PTFE纖維混紡濾料的開發(fā)及性能分析

摘 要：PTFE纖維具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和耐受高、低溫的物理性能，以及低表面摩擦系數(shù)，通過針刺加工可以得到性能優(yōu)異的高溫空氣濾料。但是纖維本身的靜電現(xiàn)象及高密度又成為制約其加工及推廣使用的主要難題。本文通過對PTFE纖維與PPS纖維、P84纖維的不同比例混合，以及生產(chǎn)加工，對比分析了混合后的各項(xiàng)指標(biāo)。通過分析找出經(jīng)濟(jì)合理同時(shí)又易于加工生產(chǎn)的配比方案和生產(chǎn)工藝。本文通過對比P84、PPS混紡PTFE纖維在不同混比的情況下性能的差異。

關(guān)鍵詞：PTFE纖維；P84纖維；PPS纖維；生產(chǎn)工藝；不同混比

0 前言

PTFE纖維是近年來在高溫過濾材料中應(yīng)用日益廣泛的一種新型纖維，其耐高低溫、耐酸堿性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他有機(jī)或無機(jī)化纖，并且隨著國產(chǎn)化的進(jìn)程，纖維的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢也成為推廣使用的一個優(yōu)勢。但是PTFE的短板也很明顯，主要表現(xiàn)在靜電吸附、高體密度、纖維纖度梯度分布的差異化，為克服以上缺點(diǎn)，通過將PTFE纖維與P84、PPS纖維混紡加固得到性能優(yōu)異的高溫濾料，通過進(jìn)一步后處理如PTFE涂層，在保證產(chǎn)品物理、化學(xué)性能不降低的同時(shí)，降低加工難度，得到品質(zhì)穩(wěn)定的混合過濾材料，發(fā)揮1+1>2的效果。下面我們從100%PTFE纖維加工以及混紡PPS、混紡P84纖維等幾方面來分析。

1 100%PTFE纖維加工的難點(diǎn)

1.1 普通生產(chǎn)設(shè)備難以適應(yīng)PTFE的轉(zhuǎn)移及喂棉

PTFE纖維化學(xué)名稱聚四氟乙烯纖維，纖維的特性與其纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)特性相關(guān)。纖維中F原子對稱，C-F中兩種原子共價(jià)結(jié)合，分子中沒有游離的電子，整個分子呈中性，所以它的結(jié)晶度很高PTFE聚合物一般結(jié)晶度為90-95%；纖維的制取通常采用膜裂法獲得，所以纖維的截面為扁平狀，纖度為區(qū)間分布；PTFE的比重為2.3克/立方分米[1]，較其它纖維的比重高；由于以上化學(xué)特性決定了PTFE纖維本身性能柔軟、密度高、易抱合。通過對為開松的PTFE原纖分析就可以看出，我們以國產(chǎn)PTFE纖維為例，原纖維經(jīng)過斜釘簾及打手反復(fù)預(yù)開松后測試?yán)w維體密度如表1。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，PTFE纖維在進(jìn)入梳理機(jī)前的體密度通常在80kg/m3左右，這個密度是普通滌綸的7-10倍，這一數(shù)據(jù)意味著如果使用常規(guī)的設(shè)備加工PTFE，對于2.5m幅寬的梳理機(jī)如果采用氣流成網(wǎng)，其梳理機(jī)前的電子稱重系統(tǒng)上會有15-30kg左右的纖維在網(wǎng)簾上，這個重量范圍會大大超出電子稱重系統(tǒng)的范圍，造成設(shè)備無法運(yùn)轉(zhuǎn)。同樣，因?yàn)槔w維的高體密度，使得通過傳統(tǒng)的氣流輸送纖維也極為困難，容易造成設(shè)備打手纏繞、斷齒，以及設(shè)備的故障停機(jī)。所以普通纖維可以適用的生產(chǎn)設(shè)備不能用來直接加工100%PTFE纖維，為保證正常生產(chǎn)需要調(diào)整纖維，使用PTFE與PPS或P84纖維生產(chǎn)。

1.2 P84及PPS纖維的特性

P84纖維，化學(xué)名聚酰亞胺纖維，是由酐（BTDA）與不含鹵素的芳族聚合物二異氰酸酯在高極性溶劑（二甲基酰胺DMF或二甲基乙酰胺DMAC）中縮聚而成。理論密度1.41g/cm3，玻璃化溫度315℃，可在250℃以下使用，限氧指數(shù)可達(dá)38%[2]。P84纖維的另一個特點(diǎn)為，纖維不規(guī)則的截面形狀，同樣2.2dtex的P84纖維較圓形截面的PPS纖維表面積大65%，增加的表面積有利于提高產(chǎn)品的過濾性能。

PPS纖維（商品名Ryton， Torcon或Procon），分子主鏈由苯環(huán)和硫原子交替排列，理論密度1.44g/cm3，熔點(diǎn)250-315℃，分解溫度在480℃，可長期耐溫190℃，瞬時(shí)耐溫240℃，極限氧指數(shù)可達(dá)34%-45%，是一種耐高溫、耐酸堿、抗水解性能極好的濾料[3]。具備了作為高性能纖維的各種特點(diǎn)；可抵抗多種酸、堿和氧化劑的化學(xué)腐蝕；具有較好的耐水解能力，特別適合在高濕的煙氣中使用；典型用途是用于城市垃圾焚燒爐、公用工程鍋爐、燃煤鍋爐、醫(yī)院焚燒爐、熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐上的脈沖袋式過濾器中，也可用PPS纖維取代其他不耐高溫或化學(xué)品及不耐潮濕的合成纖維濾料[4]。但是PPS耐氧化性稍差，當(dāng)煙氣含氧量超過15%時(shí)，就不能使用該種濾料。

選用以上纖維與PTFE混紡主要因?yàn)椋琍PS、P84纖維在化學(xué)特性上接近于PTFE纖維，在不降低產(chǎn)品的最終產(chǎn)品化學(xué)性能優(yōu)勢的前提下實(shí)現(xiàn)1+1>2的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

以上兩種纖維與PTFE纖維復(fù)合混紡的優(yōu)勢在于：

①有效降低PTFE梳理過程中的靜電現(xiàn)象，利于纖維梳理，減少和降低PTFE梳理過程的“毛?！爆F(xiàn)象。

②纖維復(fù)合混紡可以有效降低纖維的體密度，實(shí)現(xiàn)氣流輸送，并保證供棉的連續(xù)避免斷網(wǎng)，同時(shí)不需要對現(xiàn)有設(shè)備做過大的調(diào)整。

③PPS、P84混紡PTFE增強(qiáng)纖維的針刺抱合效果，利于提高成品的強(qiáng)力。

④PPS的熱塑性可以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定型，提高濾料的過濾效率；P84纖維特有的不規(guī)則截面結(jié)構(gòu)，與PTEF纖維互補(bǔ)，同樣有利于提高產(chǎn)品過濾精度。

2 PTFE與P84的混合針刺加工

2.1 P84纖維的不同比例混紡

實(shí)驗(yàn)選用2.2DX60mmP84與國產(chǎn)5DX70mmPTFE纖維，分別使用15%、20%，25%、40%的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)步驟一：針刺生產(chǎn)階段。生產(chǎn)工藝，開清混棉使用人工混比喂入（人工混棉效果優(yōu)于開包機(jī)稱重混棉，原因在于P84纖維蓬松容易受氣流影響，在自動開包混棉時(shí)與PTFE會自動隔離），纖維通過稱重按比例分別投放在開包機(jī)皮簾上，然后通過管道輸送喂入棉箱及梳理機(jī)。生產(chǎn)梳理階段工藝設(shè)置參照P84工藝設(shè)定，針刺工藝經(jīng)過四道針刺，總針密控制在900-950刺/平方厘米。

實(shí)驗(yàn)步驟二：定型及后處理，針刺完成后的產(chǎn)品需經(jīng)過，軋光及PTFE乳液浸漬處理以保證表面效果。軋光采用三輥軋光機(jī)處理，軋光溫度240℃，軋光后厚度控制在1.1-1.2mm；軋光處理后過拉幅烘箱做PTFE乳液浸漬處理，乳液增重在20-25g/㎡。

2.2 P84纖維混合PTFE后的測試數(shù)據(jù)對比

經(jīng)過生產(chǎn)加工后，產(chǎn)品的數(shù)據(jù)指標(biāo)對比如表2。

通過表2測試結(jié)果可以看出，P84纖維與PTFE混紡后較純PTFE纖維比較，產(chǎn)品單位重量可以下降，厚度增加，透氣效率有很好的提高，產(chǎn)品的強(qiáng)力也有所提高，而且隨著P84纖維的比例增加，緯向強(qiáng)力提高明顯，濾料的整體過濾性能均優(yōu)于純PTFE纖維產(chǎn)品。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品，在耐化學(xué)性能、耐溫性能方面沒有明顯的下降，在經(jīng)濟(jì)效益方面考慮含有25%的P84纖維混紡產(chǎn)品更適用于市場推廣。

3 PTFE纖維與PPS纖維的混合加固

3.1 PPS纖維的不同比例混紡

實(shí)驗(yàn)選用東麗產(chǎn)2.0DX65mmPPS與國產(chǎn)5DX70mm PTFE纖維，分別使用50%、75%、85%的比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)步驟一：針刺生產(chǎn)階段。生產(chǎn)工藝，開清混棉使用開包機(jī)自動稱重混棉，通過混棉箱對纖維進(jìn)一步混合。生產(chǎn)梳理階段工藝設(shè)置參照PPS工藝設(shè)定，針刺工藝經(jīng)過五道針刺，總針密控制在1100-1200刺/平方厘米。

實(shí)驗(yàn)步驟二：定型及后處理。針刺完成后的產(chǎn)品同樣經(jīng)過軋光及PTFE乳液浸漬處理以保證表面效果。軋光采用三輥軋光機(jī)處理，軋光溫度230℃，軋光后厚度控制在1.3-1.4mm；軋光處理后過拉幅烘箱做PTFE乳液浸漬處理，乳液增重在20-25g/㎡。

3.2 PPS纖維混合PTFE后的測試數(shù)據(jù)對比

經(jīng)過生產(chǎn)加工后，產(chǎn)品的數(shù)據(jù)指標(biāo)對比如表3。

通過表3測試結(jié)果可以看出，PPS纖維與PTFE混紡后較純PTFE纖維比較，普遍產(chǎn)品單位重量可以下降，厚度增加，透氣效率得到提高，產(chǎn)品的強(qiáng)力也得到提高，而且隨著PPS纖維的比例增加，經(jīng)向緯向強(qiáng)力先提高后降低，濾料的整體過濾性能同樣也是表現(xiàn)出先提高后下降。由此可以看出，75%PPS混紡25%PTFE產(chǎn)品的加工效果更優(yōu)。

4 結(jié)語

PTFE纖維與其他纖維的混紡比100%PTFE材料在加工性能、產(chǎn)品實(shí)用角度都有明顯的優(yōu)勢。但是對于不同品種的纖維混紡時(shí)要充分考慮不同纖維的性能確定最優(yōu)的混合比例，P84纖維由于纖維的異形截面、纖維體密度低等特點(diǎn)最佳的混合比例在25%：75%；而對于PPS纖維由于纖維體密度大，纖維的熱塑性特點(diǎn)，纖維比例不能過低，建議混合比例75%PPS混合25%PTFE纖維生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?zhí)?，胡祖明，于俊榮.PTFE纖維制備技術(shù)的研究進(jìn)展[J].合成纖維工業(yè)，2012.

[2]P84纖維和普抗纖維性能介紹及應(yīng)用[J].玻璃纖維，2002.

[3]翁美玲，龍海如，張孝南.PPS/PTFE纖維復(fù)合水刺耐高溫過濾材料的制備與性能研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2012.

[4]李熙，靳雙林.PPS纖維及其在袋式除塵領(lǐng)域的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2007.

作者簡介：

邱長利（1978- ），男，漢族，山東青島人，天津工業(yè)大學(xué)紡織工程學(xué)士，中級職稱。從事阻燃材料和過濾材料、PTFE、石墨烯等材料技術(shù)與研發(fā)工作18年，曾在青島紡織機(jī)械廠、美國安德魯集團(tuán)、美國萊德爾集團(tuán)上海公司任職，現(xiàn)于上海締榮紡織品有限公司任職。