第二章-非织造材料用纤维

第二章

非织造用原料主要内容1.纤维选用的原则；2.纤维与非织造材料性能的关系；3.非织造用的纤维原料；4.非织造用的树脂原料。1.纤维选用的原则满足非织造材料使用性能的要求；满足非织造材料加工工艺和设备对纤维的要求；性价比的平衡及其它环境资源方面的要求。非织造材料使用性能的要求例如：土工非织造材料；吸油非织造材料；高温过滤非织造材料；医用卫生非织造材料；等非织造材料加工工艺和设备对纤维的要求在成网中，对纤维原料要求主要考虑有：纤维的长度、线密度、密度、卷曲度、摩擦系数等最重要的是纤维的长度：例如气流成网纤维长度范围在4-60mm；机械成网纤维长度范围在10-150mm；湿法成网纤维长度范围在5-20mm。性价比的平衡及其它环境资源方面的要求可回收、再利用性；可降解性、对环境的污染；能源的消耗。2.纤维与非织造材料性能的关系非织造材料的性能纤维原料的性能非织造材料的结构纤维原料的性能纤维的表观性能；纤维的机械性能；纤维的化学性能。纤维的表观性能纤维长度及长度分布；纤维线密度；纤维卷曲度；纤维截面形状；纤维表面摩擦系数。纤维的机械性能纤维的断裂强度；纤维的初始模量；纤维的弹性恢复；纤维的断裂伸长率；纤维的耐磨性。纤维的化学性能吸湿性；热学性能；耐化学性；耐老化性。3.非织造用的纤维原料天然纤维；化学纤维；无机纤维。天然纤维天然纤维素纤维棉纤维；麻纤维；木浆纤维；竹纤维；天然蛋白质纤维毛纤维；蚕丝；棉纺、毛纺的各种回花落纤化学纤维再生纤维黏胶纤维；Lyocell纤维；大豆蛋白改性纤维合成纤维特种纤维合成纤维用量最大、用途最广。涤纶；丙纶；腈纶；锦纶；等聚酯（涤纶）PET

聚酯的化学结构式聚酯的学名为聚对苯二甲酸乙二酯，英文：Polyethyleneterephthalate

商品名为涤纶。聚酯分子的立体构型多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称涤纶的特性涤纶纤维的吸湿性能很差；涤纶纤维强度高，弹性回复性能良好；涤纶织物耐磨性能好；涤纶纤维的耐热性质,玻璃化温度在800C左右,涤纶纤维在常温下有很好的使用性能；不耐强碱，容易水解，在高温时尤甚，涤纶耐酸，不溶于有机酸，在低温度下，对低浓度的无机酸很稳定，对一般的有机溶剂比较稳定。

聚丙烯（丙纶）PolypropylenePP聚丙烯的化学结构式聚丙烯分子的立体构型聚丙烯的熔点为164～170℃丙纶的特性是一种最耐潮的合成纤维；聚丙烯耐磨性好，弹性回复率高；聚丙烯能耐900C温度；聚丙烯的化学性能是所有化纤中性能最好的一种；它具有良好的电绝缘性能；但聚丙烯纤维容易受光、热等影响产生分解。特种纤维耐高温纤维；高强高模量纤维；热熔粘合纤维；卷曲中空纤维；复合纤维。耐高温纤维聚苯硫醚纤维；P84纤维；聚四氟乙烯纤维；间位型芳香族聚酰胺纤维；聚苯并咪唑纤维；聚醚醚酮纤维；等聚苯硫醚（PPS）聚苯硫醚，全称聚亚苯基硫醚，又称聚对苯硫醚纤维、聚苯撑硫醚纤维英文名称Polyphenylenesulfide，简称PPS。PPS的分子结构比较简单，分子主链由苯环和硫原子交替排列，大量的苯环赋予PPS以刚性，大量的硫醚键又提供柔顺性。分子结构对称，易于结晶，无极性，不吸水。由荷兰首次研制成功，商品名赖通(Ryton)，直至1983年才批量投入生产。其化学结构式为硫原子和对位被取代的苯环交替排列组成，是阻燃性纤维品种之一。聚苯硫醚的特性优异的耐热性,是一种耐高温合成纤维。熔点（285℃）；耐化学药品性、尺寸稳定性等也极为出众，抵抗许多酸、碱和氧化剂的化学腐蚀；它在极其恶劣的条件下仍能保持其原有的性能，具有突出的化学稳定性，仅次于聚四氟乙烯纤维；热稳定性优良；阻燃性、最重要的是PPS纤维不会水解；PPS毡像聚丙烯那样其吸湿率只有0.6%，但温度高得多。典型用途是市政废物焚烧炉、公用工程锅炉、烧煤锅炉、医院焚烧炉、热电联产锅炉上用的脉冲袋滤器。也可用它来取代别的经不住高温或存在化学品及不耐潮湿的合成纤维。聚苯硫醚纤维的性能项目测试值测试标准线密度2.2-7.8dtex

断裂强度4.15（CN/dt）GB/T3916-1997断裂伸长率（%）60GB/T3916-1997极限氧指数（%）40GB/T5454-1997使用温度（℃）200

化学稳定性除热的浓硫酸和浓硝酸外，其耐酸碱性很强，200℃以下无溶剂可溶。

P84纤维是一种聚酰亚胺，它的原料为二苯酮四甲酸酐和二胺类，缩聚后，采取湿纺工艺制成纤维,不耐水解。主要由奥地利Lenzing开发，现在美国InspectFibres公司生产的P84纤维，具有代表性的化学结构式是式中R=C6H4•CH2，或R=C6H4•CH2•C6H4。P84纤维的特性最大特点是：它从凝固浴成形后便具有天然的不规则异形中空断面，通常为三叶瓣形，因此抱合性、蓬松性和保暖性好，由于其单纤维增加了表面积，提供了一种能有效捕集颗粒的介质。因此P84是最有效的合成纤维之一；P84纤维玻璃化温度高达315oC，极限氧指数高达38，因此耐热性与抗燃性极好；P84是非热塑性的，当玻璃纤维经受不住脉冲清灰的磨损时，用P84来取代玻璃纤维；P84是加工耐高温滤料、复合材料的非织造布的一种优良原料。当化学品或水分都不存在时，它工作得最好。但P84将既被酸又被碱所腐蚀掉。聚四氟乙烯纤维PTFEPTFE纤维是氟聚合物纤维中最具代表性的高性能纤维，由于PTFE具有内在稳定性和聚合物链结构的不活泼性以及与分子间力和链的有序功效，因而对高温和化学作用的联合影响具有极强的适应能力。聚四氟乙烯的特性聚四氟乙烯纤维的特性目前为止它是全世界可找到的耐化学药品性最好的纤维，其纤维熔点3270C，瞬间耐温可达到3000C；PTFE纤维具有良好的低磨擦性，难燃烧性及良好的绝缘和隔热性。具有良好的过滤效率及良好的清灰性能。即使在温度较大的情况下，表面也只粘附少量的灰尘。同等工况条件下，滤料的使用寿命将比其它材质的滤料提高1－3倍以上。具有很高的性价比。随着使用量的扩大，成本将会进一步降低至可易于接受的价格。大量应用于垃圾焚烧除尘中，将来会大量应用于燃烧高硫煤除尘工况条件下。间位型芳香族聚酰胺纤维是一种间位芳香聚酰胺合成纤维，是一种缩聚型聚合物，会水解，只是承受温度高得多。聚间苯二甲酰间苯二胺纤维；芳纶1313polyisophthaloyl

metaphenylene

diamine主要生产公司及商品名为：美国杜邦公司的诺梅克斯（Nomex）、法国罗纳·布朗克公司的凯美尔（Kennel）、日本帝人公司的康纳克斯（Conex）等。间位型芳香族聚酰胺纤维的特性它可在干燥条件下经受2000C以下温度。如果有水分及化学药品时会发生水解；是在聚酯会发脆及失败的高温用途中采用的滤料；它的抗曲挠及耐磨性能极佳，比大多数合纤好；是非热塑性的不能上光，但能采用特殊的技术来烧毛或其它后处理。

高强高模量纤维芳纶纤维；炭纤维；超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纤维。芳纶1414(PPTA)

其化学名称为聚对苯二甲酰对苯二胺；美国杜邦公司商品名为Kevlar。它是第一个有价值并且现在仍然在大量生产和使用的高性能纤维。聚对苯二甲酰对苯二胺纤维；芳纶1414；凯芙拉;polyterephthaloyl-p-phenylene

diamine制备或来源：由聚合物经干喷湿纺法或湿法纺丝制得。

芳纶1414的性能特点强度高，实际强度可达22cN/dtex，具有优异的抗张性能；热稳定性好，PTTA纤维的玻璃化转变温度约为345oC，高温下不熔，收缩也很小；反复拉伸性能好，尺寸稳定性最佳；耐普通的有机溶剂和盐类溶液，但耐强酸和强碱性较差；对紫外线比较敏感，不宜直接在日光下使用；PPTA纤维呈黄色，不易染色。芳纶1414的应用用途：一种有机耐高温纤维。具有很高的强度和弹性模量。主要用作高速飞机轮胎的窗子线。用作增强材料，用于高压容器、火箭发动机外壳和雷达天线罩等。

炭纤维碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃所形成的纤维状碳材料，其碳含量在90%以上。

炭纤维的性能特点碳（石墨）纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等优良特性，此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比强度和比模量优于其它纤维增强体。炭纤维的应用（1）宇航工业用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻锥、大面积防热层；卫星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星-火箭结合部件；航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件；哈勃太空望远镜的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。（2）航空工业用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等，此外还有C/C刹车片。（3）交通运输用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件；船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼雷快艇、快艇和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆；海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。炭纤维的应用（4）运动器材用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。（5）土木建筑幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的管线、海水和水轮结构的增强筋、地板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌板、抗震救灾用补强材料。（6）其它工业化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。生体和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X光机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、电极度、音响、减磨、储能及防静电等材料也已获得广泛应用。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）

属聚乙烯家族，但它的线形分子链比常规高密度聚乙烯长十倍----这一独特的结构。其粘均分子量大于120万，产品外观为白色粉末。

被称为“令人惊异”的工程塑料。超高分子量聚乙烯纤维的性能特点优异的理化性能：伸屈服强度MPa≥20；断裂伸长%≥350；

耐磨性居塑料之冠：其耐磨性和抗冲击性越高；综合性能佳：冲击强度是尼龙66的10倍、PVC的20倍、PE100的5倍。其抗拉断裂强度>50Mpa，是PE100的2倍；弹性模量是PE100的1.5倍以上；

抗疲劳强度>50万次，是PE100的30倍以上；耐化学腐蚀性：化学稳定性特高，耐腐蚀性特强，耐各种腐蚀性介质（酸碱盐）及溶剂的侵蚀；自润滑性好：UHMW-PE滑动摩擦系数在塑料中最低，仅为0.07-0.11,

是其具有自润滑性的原因。超高分子量聚乙烯纤维的性能特点耐环境应力开裂性最优：抗环境应力开裂>4000h

，是PE100的2倍以上；冲击能吸收性为最高值，消音性好；UHMW-PE吸水率极低：吸水率小于0.01%，仅为尼龙的1%。其物理机械性能与工作条件无关；防垢性强：抗粘附性与特氟隆相当；密度为工程塑料中最小：小口径管材可以任意弯曲，不会脆裂。

无机纤维玻璃纤维；玄武岩纤维；不锈钢纤维；碳纤维；石棉纤维。玻璃纤维玻璃纤维是无机质，主要成分为SiO2，耐高温，能连续暴露在260℃的高温下，尺寸稳定性好，耐化学腐蚀，但对氢氟酸、强碱的耐腐蚀性较差。

玻璃纤维的特性高温用途上表现很突出。它能经得起在2600C下连续暴露。耐大部分酸，但有一重要例外就是氟氢酸；室温下的强碱及高温下的中等碱性亦将侵蚀玻璃。玻纤性脆，特别易于因曲挠磨损而损坏。玻璃纤维的缺点玻璃纤维一般只是为了降低费用及高温作业而选用，玻璃纤维的高效过滤器存在一些严重缺点:玻璃纤维的脆性较大，折叠之后易断裂，影响过滤效率。过滤阻力大，不仅大大增加了能耗，而且可能产生较大的噪音，这对于要求安静环境的生物洁净室是非常不利的。近年来的研究表明:超细的玻璃纤维在加工使用中因脆性断裂脱落后也有潜在的致癌可能，危及人体健康.非织造用的树脂原料聚丙烯树脂（PP）；聚酯（PET）；聚酰胺（PA）；聚乙烯（PE）；聚乳酸（PLA）。1、聚丙烯（PP）聚丙烯由碳原子为主链的大分子所组成，其结构如下：根据其甲基在空间排列位置不同，存在三种立体结构，即等规、间规和无规结构。在丙纶纺粘法成型加工中，一般采用等规聚丙烯的等规度在95%以上，若低于90%则纺丝困难。丙纶纤维分子的螺旋构型在聚丙烯成型加工中，熔体流动性能是一个重要指标，一般采用熔体流动指数（MI）（熔融指数）来表征，它是指：在一定的温度下，熔融状态的高聚物熔体在标准负荷下，10分钟内从标准毛细管中流出的重量，单位为g/10min。2.16kg直径2.095mm长8mm在纺粘法成型加工中，由于要实现纺丝、拉伸、铺网的连续进行，且可高速纺丝生产细旦纤维，因此所需的MI值一般为30～40g/10min左右。聚丙烯的熔点为164～170℃（纯等规PP为176℃），纺丝温度需控制在熔点以上。聚丙烯的可纺性与其分子量及分布密切相关。用于挤出纺丝的等规聚丙烯的平均分子量高达20万—30万，熔体一般表现出较为明显的非牛顿假塑性行为。分子量分布以重均分子量与数均分子量的比值来度量。用于丙纶纺丝的聚丙烯树脂的分子量分布越窄越好，用于纺粘法的聚丙烯分子量分布一般小于4。纺粘法常用PP切片质量指标测试项目指标含湿（％）＜0.05熔点（℃）164密度（g/cm3）0.91MI（g/10min）35±5分子量分布指数＜4等规度（％）＞96灰分（％）＜0.025导热系数低、密度轻：导热系数是所有纤维中最低的，为(8.79—17.58)×10-2W/(m·K)，其保温效果比羊毛还好；其纤维密度为0.90—0.92g/cm3，具有较大的覆盖面积，可用于家庭和车用填料、絮片等保温材料及吸音和隔热材料等。不与一般化学试剂反应，具有较强的耐化学药品性能，丙纶纺粘布可用于土工布、铅蓄电池隔膜、过滤材料等。丙纶纺粘过程没有污染，其细旦纤维具有疏水性及芯吸作用，主链中没有活性基团，不易被细菌、霉菌侵蚀，与人体皮肤接触无刺激、无毒性，可广泛用作医疗卫生材料。PP的特点及应用聚酯的学名为聚对苯二甲酸乙二酯，商品名为涤纶。聚酯是热塑性聚合物，由于其具有优良的物理机械性能和加工性能，已成为纺粘法非织造布的重要原料之一。2、聚酯（PET）结构式：聚酯的分子及晶格示意图PET分子链为线性结构，具有高度的立构规整性，所有的芳香环几乎处于同一平面上，因此具有结晶倾向；由于没有大的支链，分子易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。PET分子链通过酯基相连，其化学性质多与酯基有关，如在高温和水存在下或在强碱性介质中容易发生酯键的水解，使分子链断裂，聚合度下降。所以PET纺丝成型过程中必须严格控制水分含量，一般要求切片的含水率小于50mg/kg。耐酸性：PET对酸(尤其是有机酸)很稳定，但在室温下不能抵抗浓硫酸或浓硝酸的长时间作用。耐碱性：由于PET大分子上的酯基受碱作用容易水解。耐溶剂性：PET对一般非极性有机溶剂有极强的抵抗力，即使对极性有机溶剂在室温下也有相当强的抵抗力。耐微生物性：PET耐微生物作用，耐虫蛀，不受霉菌等作用。PET的化学性能聚合车间PET切片图PET具有良好的耐热性，软化点为238—240℃，一般工业产品用PET的熔点在255—260℃。PET可在较宽的温度范围内保持其良好的物理—机械性能，在-20—80℃的温度范围内受温度影响较小，长期使用温度可到120℃，能在150℃使用一段时间。PET的热性能PET的成型加工性能主要与其分子量及分布有关。纺丝用PET树脂的相对分子质量通常为15000—22000。相对分子量低→熔体粘度下降→纺丝易断头，丝条经不起高倍拉伸，成品丝强力↓，延伸度↑，耐热性、耐光性、耐化学稳定性↓当相对分子量小于8000～10000时，PET就几乎不具有可纺性了。分子量分布对PET纺丝加工性能及非织造布纤网中纤维的结构、性能的影响也很大。实践证明：平均分子量相同而分布宽的PET，纺丝时易产生断头、毛丝和疵点，且经不起拉伸，所得纤维及非织造布的强度低、延伸度高、弹性回复率低、表面粗糙。项目单位指标特性粘数熔点（光学片）二氧化钛含量凝胶粒子：平均粒径大于10μm

大于20μm端羧基二甘醇灰分（不包含TiO2）铁含量色相：L值B值285—295℃熔体停留15min的特性粘数切片内凝胶及黄色或黑色的固体切片尺寸（约）切片含水率℃%个/mgmol/t%%%mm%0.63—0.66≥2500—1.0≤0.4无≤30≤1.3≤0.025≤0.0003＞80＜7＜0.01无Φ3×4或4×4×5＜0.4纤维级聚酯切片标准聚酰胺又称为尼龙，我国商品名为锦纶，它可由二元胺和二元酸通过缩聚反应制得，如PA66，也可以由一种内酰胺的分子通过开环自缩聚而成，如PA6。主要特征是大分子链由酰胺键()连接。3、聚酰胺（PA）尼龙66的晶胞结构图常用纺丝用聚酰胺的分子量及其分布分子量分子量分布聚己内酰胺（PA6)14000—200002聚己二酰己二胺（PA66）20000—300001.85由于聚酰胺在高温下，在有水分存在的条件下容易产生降解，大分子断链，使制品的物理机械性能下降。因此，用于生产纺粘法非织造布的聚酰胺树脂切片在纺丝前一定要充分干燥，脱除水分，以保证纺丝的顺利进行和非织造布产品的质量，一般含水率应控制在0.05％以下。聚乙烯是一种热塑性聚合物，也可用于生产纺粘法非织造布。高压聚乙烯（HDPE）相对分子质量较低，在4万—12万左右，具有支链结构，强度低，耐热性差，质地柔软，适合于做薄膜等产品；低压聚乙烯（LDPE）没有支链结构，相对分子质量较高，在2.5万—100万左右，强度及耐热性都比较好，适合于制作纤维和非织造布。4、聚乙烯（PE）PE容易光氧化、热氧化，遇臭氧分解和进行卤化反应，在紫外线的作用下会发生光降解，导致PE变脆，介电性变差；PE受到辐射时会发生许多反应中等剂量辐照对聚乙烯的低温柔性没有影响高剂量作用会导致其结晶性消失，损害其低温性能在更高剂量作用下，聚合物在室温也会发脆聚乙烯的特性与PP相比，LDPE结构没有长链分枝，而且分子量分布较窄，因此更容易获得较细的纤维。由于LDPE熔融粘度比PET、PA高，弹性大，因此纺丝比较困难，纤维纤度不易均匀，可通过提高纺丝温度来克服这一问题，一般纺丝温度控制在200—250℃。PE纺粘法非织造布一般可用作滤布、家具用布、防护服、手术衣、户外用品、电绝缘材料等。PLA是Polylactide