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丙纶针刺滤料的PTFE乳液浸渍工艺研究
作者:管理员    发布于:2017-06-09 14:06:55    文字:【】【】【

  近年来,健康和环保受到人们的极大关注,大气污染的控制标准也不断提高。目前,新型滤料研究开发的重点主要围绕提高效率、降低阻力、减少能耗和成本等方面m.丙纶非织造材料作为重要的空过滤针刺非织造材料气过滤材料,其加工工艺简单、产量高、成本低,纤维在滤料中呈三维网状结构,排列杂乱无序,较传统的机织和针织滤料具有更明显的优势。因而,近些年丙纶非织造滤料的市场需求量越来越大,研究和发展也极其迅速。但是,单纯的聚丙烯针刺滤料存在孔径大、空隙多、过滤效率低等不足,有待进步的研究完善。优化针刺工艺参数可在一定程度上提高滤料的过滤性能,但仍不能满足对微小颗粒的除尘要求。针刺滤料经过乳液浸渍处理,使滤料的表面实现“微孔化”可进一步改善滤料的过滤性能。但是,乳液浸渍必然也会影响滤料的其他性能,尤其是过滤阻力,因此,只有选择合适的浸渍乳液及工艺参数才能达到理想的效果。

  周冠辰等0对玄武岩聚苯硫醚纤维复合滤料进行聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸渍,过滤性能有了显著的提高。PTFE乳液具有良好的物理和化学性能,摩擦系数极小,具有突出的不粘性和绝缘性,热稳定性好,几乎不与任何化学试剂反应,具有优良的耐气候性0.这些性质奠定了PTFE在除尘领域的优势地位,因此,可以通过PTFE乳液浸渍的方法提高滤料的过滤性能,同时还可以在定程度上改善滤料的表面性能及其他物理化学性能。

  本文采用PTFE乳液浸渍的方法处理丙纶针刺滤料,以过滤效率作为主要评价指标,运用正交试验设计,分析PTFE乳液质量分数、浸渍时间、烘焙温度、烘焙时间等因素对过滤效率的影响,以选择优的浸渍工艺参数,为PTFE乳液浸渍工艺的研究提供。

  1试验部分1.1丙纶针刺滤料的制备工艺流程:纤维抗静电处理开松混合梳理成网预针刺主针刺。

  工艺参数:针刺密度为1 836刺/cm2,针刺深度1.2PTFE浸渍试验材料:PTFE乳液,白色分散液,去离子水。

  -4型恒温水浴锅,DGG-9093A型恒温电热鼓风干燥箱。

  1.3测试项目及标准1―2009,采用FA2004型电子天平测试质量,然后计算面密度。

  型自动滤料检测仪,使用NaCl气溶胶进行测试,气流流量为32L/min.电脑式透气性测试仪测试。

  -AI型孔径仪测试,试样需用ProwickSurfaceFension润湿,气流作用于试样上,测得湿态曲线,然后吹干试样,测得干态曲线4.镜(SEM)观察,先对PTFE乳液浸渍前后的材料进行喷金处理,然后观察滤料的表面形貌。

  2结果与分析2.1正交试验及数据分析由PTFE乳液浸渍丙纶针刺滤料的加工工艺流程可知,乳液质量分数A、浸渍时间B,以及浸渍后滤料的烘焙温度C和时间D都会对滤料性能产生重要影响,为此,通过正交试验的方法寻找佳的工艺参数。试验因素及水平见表1,试验方案及结果见表2.为了避免由于滤料本身差异而引起的误差,本试验用浸渍前后滤料过滤效率变化的百分率作为主要的表征指标。

  表1因素及水平因素表2正交试验方案及结果七安因素过滤效率/木提高率/均值1均值2均值3极差如表2所示,极差越大,说明该因素对过滤效率的影响越大,因而因素的主次顺序为D>A>B>C,即烘焙时间对滤料过滤性能产生的影响大,其次是乳液质量分数,而烘焙温度在一定范围内对滤料性能的影响小。因此,佳工艺设计为A2B3C1D2(方案6),即乳液质量分数6、浸渍时间7min、烘焙温度135C、烘焙时间4min. 2.2表观形貌分析正交试验结果显示,方案6采用的是佳工艺参数,为方案6PTFE乳液浸渍前后的表观形貌。由(a)可以明显看出,滤料经针刺作用后,纤维之间相互穿插纠缠,纤维之间的空隙比较大。由(b)可见,经PTFE乳液浸渍后,PTFE附着在纤维上,填充了部分纤维间的空隙,因而纤维间的空隙率减小,滤料更加密实,过滤效率相应提高。

  (a)浸渍前(b)浸渍后PTFE乳液浸渍前后方案6试样的SEM照片(X500)浸渍PTFE乳液后滤料的孔径会减小,但是经过不同的工艺参数加工后,滤料过滤性能的改善程度不同。显示,PTFE乳液的分散体系会随着温度的升高发生变化,当温度升高到定程度,PTFE乳液膜变得硬脆0.为两个试样的SEM照片,其中试样a的工艺参数为乳液质量分数6、浸渍时间7min、烘焙温度135C、烘焙时间4min;试样b的工艺参数为乳液质量分数6、浸渍时间7min、烘焙温度155C、烘焙时间4 min.相比浸渍前的滤料,试样a和试样b的过滤效率分别提高了76和52.比较中的4张照片,试样a所示PTFE呈块状凝结在纤维表面和纤维之间,因而滤料孔径减小,过滤效率高;试样b(c)和(d)表面未见块状PTFE.比较工艺参数,试样b乳液浸渍后的烘焙温度(155C)比较高,因而PTFE分裂细碎,没有很好地填补纤维间的空隙,所以过滤效率没有试样a高不同工艺条件下滤料的SEM照片2.3透气性和孔径分析透气性是滤料气体通过性能的度量,是衡量滤料过滤性能的重要指标之一63.以正交试验中方案6的工艺参数为依据,乳液浸渍前后滤料的面密度和透气性见表3.由表3可知:乳液浸渍后面密度增加,透气性下降;乳液浸渍前,滤料的平均孔径为40. 448m,大孔径为72. 511m;乳液浸渍后,滤料的平均孔径为32.582m,大孔径为59.987pm.滤料的平均孔径减小了7.866pm,大孔径减小了12.524m,总体上,PTFE乳液浸渍减小了滤料的孔径。

  表3浸渍前后滤料的透气性和孔径对比面密度/透气性/小孔大孑L平均孔件浸渍前浸渍后乳液浸渍前后滤料孔径分布如所示,由图可以看出,乳液浸渍后孔径的分布区域变窄。浸渍前孔径为5 ~70pm,且比较分散;乳液浸渍后,孔径为14~58pm,且多集中在26 ~40pm区域。孔径分布区域变窄,说明滤料更加均匀。从表3中还可(b)浸渍后以看出,浸渍后小孔径略有增加,这是因为滤料经过浸渍,尤其是浸压时,试样必须要经过具有一定压力的压辊,上下压辊之间的压力会改变滤料中纤维的结构,同时烘干使用的是电热鼓风干燥箱,热风穿过滤料也会对孔径产生一定的影响,所以小孔径略有增加。综合分析,PTFE乳液浸渍缩小了滤料的孔径分布区域,减小了滤料的孔径,改善了滤料的过滤性能,提高了滤料的过滤效率。

  乳液浸渍前后滤料的孔径分布3结语正交试验方法优化后整理工艺参数,对浸渍前后滤料的过滤效率、孔径及透气性等进行测试和分析,得到以下结论:佳工艺参数为乳液质量分数6、浸渍时间7min、烘培温度135 C、烘培时间4min.影响滤料过滤性能的因素主次顺序:烘焙时间>乳液质量分数>浸渍时间>烘焙温度。

  丙纶针刺滤料经过PTFE乳液浸渍后,PTFE附着于纤维上,当烘焙温度为135C时,PTFE呈块状;当烘焙温度为155C时,块状PTFE破碎,过滤效果下降。

  PTFE乳液浸渍后,滤料的面密度增加,透气性下降。

  PTFE乳液浸渍改善了滤料孔径的分布,浸渍后滤料的平均孔径减小,孔径分布更加集中,滤料更加均匀,有助于提高滤料的过滤效率。

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