（纺织材料与纺织品设计专业论文）电气石熔喷非织造布的研究与应用.pdf

摘要本课题研制了一种熔喷非织造布，并将这种熔喷非织造布应用到多种领域。将两种不同产地的电气石母粒与聚丙烯切片按一定比例混合，通过熔喷- i = 艺制得熔喷非织造布，电气石含量分别为( 3 ，6 ，8 ) 。然后将其进行电晕放电处理。制造出一种新型电气石熔喷聚丙烯超细纤维非织造布，经过各种性能测试，得出这种非织造布可以应用在空气过滤、远红外贮热和抗菌保健等领域。聚丙烯是很好的驻极体材料，加入电气石后，其驻极效果更好，不仅电荷面密度有较大增加，从未驻极的3 i _ t c m 2 到驻极后的接近1 0 9 c m 2 而且驻极时间也延长了。在风速为2 8 3 l ，s ，过滤面积为5 0 c m 2 时，对于粒径在0 3 “m 的粒子的过滤效率可以达到9 9 4 。用这种非织造布制成的过滤器在滤速为6 9 c m s 时过滤效率可以达到9 8 ，接近高效过滤器的水平。这种熔喷非织造布的远红外发射率最高达到了8 2 ，电气石在0 8 的范围内，随着电气石含量的增加，熔喷非织造布的远红外发射率随之增加，但是其光蓄热性能却不成正比例关系。在电气石含量为6 时储热性能最好，它是良好的保暖絮片材料。这种非织造布还具有负离子发射的性能，以及抗菌性。是很好的医用保健材料。关键词：电气石驻极体熔喷非织造布远红外蓄热性负离子抑菌性a b s t r a c tak i n d so f m e l t - b l o w nn o n w o v e n si n c l u d i n gt o u r m a l i np o w d e rw e r ed e v e l o p e di nt h i sp a p c n1 1 1 i sk i n do fn o n w o v e n sc a nb eu s e di nm a n yf i e l d s m i x e dw i t l lt w od i f f e r e n tt o u r m a l i n ei nt h ep o l y p m p y l c n e ( p p ) s l i c e sa c c o r d i n gt oc e r t a i np r o p o r t i o n ,i n c l u d i n g0w t ，3 、v t ，6 、t a n d8w t n l i sn e wt y p eo ft o u r m a l i np pm e l t = b l o w nn o n w o v e n sw a sm a d eb ym e t h o do fm e l t - b l o w i n gp r o c e s sw i t l lc o r o n ac h a r g i n g n 垃r e s u l t ss h o wt h a tt h ee l e c t r e to fp pm e l t - b l o w ni l o n w o v e n sc h a r g e db yc o r o n a - c h a r g i n gc a nb ei m p r o v e dg r e a t l y a tt h es a m et i m e ，s u r f a c ed e n s i t yo f c h a r g ew a si n c r e a m e df o r m 3 1 t e lm 2t o 1 0 v t c m 2 ，a n dm o r es t a b l e i np a r t i c u l a r , t h ef i l t r a t i o ne f f i c i c n c y ( f e ) o fp pm e l t - b l o w nn o n w o v e n sw a s9 9 4 w h e nt h ew i n dv e l o c i t yi s2 8 3 l sa n d 也e 锄鼬o ff i l t e ri s5 0 m 2 f u r t h e r m o r et h ef i l t r a t i o nr e s i s t a n c e( f r ) d e c l i n e s t h i sk i n do fn o n w o v c nc a nb em a d et of i i t c r , t h er e s u l ts h o w 血a tt h i sf i l t e r sf ei s9 8 a n dt h ef u l t e r a t i o nv e l o c i t yi s2 8 3 l s a t t a i nt h el e v e lo f t h eh i g he f f i c i e n t l yf i l t e r t h i s k i n do fn o n w o v e nh a sc h a r a c t e r i s t i co ff a ri n f r a r e d ，t h er e s u l to ft h ed a t ap r o v et h a tt h ec o n t e n to ft o u r m a l i n eh a se v i d e n t l yi m p a c tt h ep h o t o t h e r m a lp r o p e r t i e so fn o n w o v e n s 。w ea l s oe x p l o r et h a tt h ei n f i a r e de m i s s i v i t yh a si m p r o v e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h et o u r m a l i np o w d e rc o n t e n t ，b u tt h ep h o t o t h e r m a lp r o p e r t i e sd on o to b s e r v et h a tr u l e i naw o r d ，t h i sk i n do fm e l t - b l o w nn o n w o v e n si saw o n d e r f u lh e a t - s t o r a g em a t e r i a l 眦k i n do fn o n w o v e n sc a nd i s c u s s e st h en e g a t i v ei o n sa n di t sc h a r a c t e r i s t i co fa n t i - b a c t e r i ai sa l s ov a l u a b l ef o ru s i tc a nb em a d et oh e a l t hc a r em a t e r i a lo rm e d i c a lp r o t o c t i o nm a t e r i a lk e y w o r d s ：t o u r m a l i l le l e c t r e tm e l t b l o w nn o n w o v e n si n f r a r e dh e a t - s t o r a g en e g a t i v ei o n sa n t i b a c t e r i a独创性声一明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行韵研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期易堑年n 月矽f t学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解苤洼王业太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：型羔、魄宁签字日期：盘对年r 2 月矽日签字日期：z 时年，2 月z 窖日学位论文的主要创新点一、首次将电气石加入到聚丙烯中，利用电气石良好的压电性和极性以及它具有远红外发射和负离子发射的特性，研制出电气石母粒与聚丙烯共混的熔喷非织造布。混合比例分别为3 ，6 ，8 。叮以将这种非织造布用于空气过滤器、保暖絮片和抗菌材料。达到一布多用的目的。二、与现有一般的非织造布相比，其驻极性能远远好于未加电气石的熔喷非织造布。表面电荷密度达到了- 8 5 9 c m 2 ，稳定性能很好。实验证明：用这种非织造布做成的过滤器对于0 3 “m 粒径，空气流速6 9 c m s 的情况下。过滤效率可达9 8 。三、电气石熔喷非织造布在红外线的照射下，温度上升速率是普通保暖絮片的1 倍，在失去光照的情况下，温度下降速率比普通保暖絮片下降更慢。四、电气石熔喷非织造布经电晕放电驻极，其表面电荷具有杀菌功效，经过试验证明，其抑菌圈直径在1 3 r a m 左右，具有很好的杀菌效果，同时其负离子发射浓度 2 0 0 0 个c m 3 ，是很好的抗菌保健材料。第一章前言1 1 引言第一章前言电气石是一种产自自然界的矿物质，它自身自发极性且不受外界电场影响，它还具有远红外发射的功能和负离子发射的功能，因此受到国内外很多科学家的关注。尤其是电气石经过研磨能够达到0 1 5v - m 甚至更小，很容易分散于合成纤维中，将这些纤维直接成布或者做成织物，就能够形成具有特殊功能的：作织造柿或者纺织品。电气石通过与聚丙烯共混制成的熔喷非织造布能够形成具有多种功能的非织造产品。电气石本身具有自发极性，而聚丙烯又具有很好的存储电荷能力，聚丙烯熔喷非织造布又是极好的过滤材料，借助它们的这些特点，可以将电气石熔喷非织造布进行电晕放电处理，制成空气过滤材料。电气石具有远红外发射和远红外保健特性，熔喷非织造布纤维细、孔径小、能透气，特制的絮材松软、轻便，但不单薄。所以电气石熔喷非织造布也是良好的保暖絮片。驻极体熔喷非织造布的表面电荷能够有效的杀死细菌并且电气石非织造抑经过摩擦能够发射负离子，它也是一次性医用口罩和保健纺织品的的良好材料。1 2 国内外研究现状我国是工业生产大国，随着我国人们生活水平的提高，人们对于自身的健康和环境的要求越来越高。但我国是一个发展中的大国，正处于加速发展的工业化时期，钢铁、煤炭、水泥、电力等的产量及消费都已居世界前列。由于这些重工业，能源工业，原材料工业都属于落后工业，相应的仪器和设备都非常落后，给环境和我们的身心健康带来严重的影响。空气粉尘和细菌是两种最严重的污染物，尤其是在公共场所，或者通风不好的室内( 病房和公共设施场所) 。在生产高精密仪器的生产车间和需要高洁净度的制药工厂、微电子车间的超挣室和光学工程车间，更需要高效的过滤装置过滤空气中细小的尘埃和细菌。这些尘埃和细菌的粒径都在0 1 0 3um 左右，用一般的过滤器很难过滤掉。我国在经受住了s a r s 疯狂进攻以后，人们对过滤材料的过滤效率及过滤粒径的要求更为严格，但传统的空气过滤材料对粒径小于1pm 的微粒的过滤并不是十分有效【1 】，因此，开发新型高效低阻的过滤材料是当前非常重要的课题。美国3 m 公司很早就用驻极聚丙烯熔喷非织造布代替传统的玻第一章前言璃纤维做空气过滤材料，他们生产的熔喷非织造布能够长久带电荷，不仅大大降低了过滤材料的滤阻，而且极大的提高了非织造布的过滤效率。美国的h v 将胺根离子加入聚丙烯，实现改性的目的，做成的驻极体空气过滤材料也有很好的过滤效率。目前，我国也有少数厂家对聚丙烯熔喷非织造布采用电晕充电的方法生产驻极体熔喷布，但我国生产的产品手法单一，静电荷存储时间短，过滤效率不高所以我国的大多过滤器生产厂家还在选用国外的熔喷非织造布过滤材料。电气石熔喷非织造布由于其自身的自发极性可以延长聚丙烯的静电贮存时间。同时，驻极体熔喷非织造布的静电荷可以有效的杀死细菌。这种材料可以做成很好的过滤材料和医用卫生口罩。目前，第二军医大学药学院物理化学研究所对驻极体的抑菌作用已经有了比较深入地研究，但对于聚丙烯驻极体的抑菌性能的研究还鲜为人知。另外，在人们追求舒适、时尚的同时，高科技的保健产品越来越多地受到人们的欢迎。非织造布中的电气石可以发射远红外线，并吸收身体内的近红外线，并将其转化为热量来提高自身温度【2 】。2 0 世纪8 0 年代中期，日本尤尼契卡公司和东丽公司率先研制出远红外功能性纤维，随后日本的帝人、旭化成、钟纺等公司也开始了对秋冬季服用织物纤维的开发研究口】。美 虱a l b a n y 公司采用熔喷技术生产开发p r i m a l o f t 纤维超细纤维。在美国3 m 公司t h i n s u l a t e r 产品中，熔喷纤维相当于羽绒，这种纤维极细，有很小的空气间隙，起到良好的保暖作用。9 0 年代初，国内众多高校及科研单位，如天津工业大学、东华大学、清华大学、珠海天年高科技国际企业公司、江苏省纺织实业公司等，也积极展开了远红外纤维的研究工作，并成功推出了远红外纤维及其制品。远红外纤维被称为纺织材料的第三次革命有“生命的纤维”之称，远红外纤维制品也被誉为2 1 世纪人类最需要的保健品目前生产的熔喷非织造布都不具备远红外保暖的特点。因此生产保暖、保健和更加便捷、舒适，尤其是具有远红外保健性能的保暖絮片更具有广阔的市场。电气右熔喷非织造布的另一功能是发射负离子。自从德国物理学家菲利蒲莱昂纳德博士第一次在学术会议上证明了负离子对人体具有特殊保健功效以来，有关负离子纤维及其功能性纺织品研发业已成为学术界和企业界共同关心的热点话题之一【4 1 。学术界把负离子称为“空气维生素”或“长寿素”，空气中负离子含量的多少已被列为评价空气质量的重要指标。当人们身处负离子含量比较丰富的空气中时，会感到心情舒畅，精神抖擞，充满活力。负离子对机体的明显作用，故它的浓度直接影响室内空气的质量，因此，负离子熔喷非织造布具有良好的保健作用。日本f o r e s t 公司开发的海藻碳纤维具有远红外放射功能和发生负离子的功能其制成品：睡衣、运动护身带、袜子、内衣、床上用品、室内装饰物等服用纺织品和家庭用纤维制品现已投放日本市场【5 j 。国内开发负离子功能纤维还主第一章前言要停留在化学纤维阶段上海石化公司开发的命名为“奇异纤维”的负离子纤维，可作为填充料用于医疗纺织品和床上用品、汽车座椅的内芯，也可纺成纱线用。1 3 电气石的概述电气石( t o u r m a l i n e ) 是电气石族矿物的总称，目前矿物学界将不能鉴定到矿物种的电气石族矿物称为电气石。电气石族矿物丰富多姿的晶体形态、独特的晶体结构、复杂多样的化学成分、特殊的物理性质，以及各种电气石几乎可以在各类岩石中产出，有时出现几乎是1 0 0 由电气石矿物组成的电气石岩，并构成巨大储量的地质体( 矿床) 。电气石是自然界为数不多的兼具压电效应和热电效应的晶体。它由a 1 、n a 、c a 、m g 、b 和f e 等元素组成的含水、氟等环状硅酸盐晶体矿物，由火山岩浆从花岗岩等火成岩层流过时所生成的，由于其结晶中离子晶格点阵的对电中性位置偏离而形成了永久带电性。电气石矿物的化学成份非常复杂。其通式可表示为x z 6 s i 6 0 l s ( b 0 3 h w 4 ，式中，x = n a 、c a 、k 、e l ( 空位) ，y - - - - m 9 2 + 、f e 2 + 、m n 2 + 、a 1 、f d + 、m n 3 + 、l i ，z = a 1 、f e 3 + 、c r 3 + 、m g ，w= o h 、f 、o 。x ，y ，z 三位置的原子或离子种类不同会影响电气石的颜色。依据y 位占位原子种类的不同，将电气石分为铁电气石、镁电气石、种电气石和锂电气石等等。在已知的具有永久极性的驻极体矿物中，电气石是永久自发电极性最强的，其极化矢量不会受到外部电场的影响，这与其结构和成分密切相关。1 9 8 6年日本物理学家久保哲治郎发现电气石微粉具有0 0 6 m h ( ( 2 4 0 r a m ；滤纸波折深度为1 0m m ；波折阔距2 5l r l l l l l 。为分析方便，分别选用2 稃，3 群，醑样品和三层3 # 样品复合做成过滤器。制作步骤如下：1 将熔喷非织造布和浸溃非织造布在卷绕机上复合，以增加过滤材料的硬挺度。2 将滤纸在折纸机上上料、修边、折纸、侧面封胶、传递。这些工序全部自动完成。3 完成滤材与外壳的封装，无隔板过滤器密封面多，泄漏点多，一旦泄漏，漏点不易查找，因此要求一次性密封，合格率高。确保密封可靠性。3 3 测试与表征3 3 1 熔喷非织造布扫描电镜观察采用f e i 公司生产的q u a n t a - 2 0 0 型扫描电子显微镜对非织造布形态结构进行观察。第三章实验部分3 3 2 熔喷非织造布透气性能测试测试仪器：通过宁波纺织仪器厂的y g 4 6 1 型织物中压透气量仪对非织造布透气性进行测试。测试方法：参照g b t5 4 5 3 1 9 9 7 ( 纺织品织物透气性的测定) 按照产业用织物压降为2 0 0 p a 测得样品的透气性。3 3 3 熔喷非织造布透湿性能测试实验仪器：透湿杯、干燥器、烘箱、f a 2 1 0 4 型电子天平，烧杯、移夜管测试方法：参照g b t1 2 7 0 4 9 1 ( 纺织品透湿量的测定) 中的b 法：蒸发法测定。3 3 4 熔喷非织造布表面电荷密度测试测试仪器：e s t l1 l 型数字电荷仪( 北京市劳动保护科学研究所制造)测试方法：如图3 - 2 所示，参照g b f f l 2 7 0 3 9 1 ( 纺织品静电性能测试方法) ，在室温下测量规格1 0 1 0 c m 2 试样的电荷密度。可得样品电荷密度( pc m 2 ) 。一习l 蛹炼- t l 位1 1图3 - 2e s t l l l 电荷仪示意图3 3 5 熔喷非织造布过滤性能测试测试仪器：y y t - 2 0 0 b 倾斜式微压计，c l 卜叼3 a 型激光尘埃粒子计数器( 江苏省苏州市百神科技有限公司苏州市洁净技术研究所) ，空气通风装置。测试方法：在过滤面积为5 0 c m 2 ，对每一种样品分别测定空白条件下一分钟内粒径分别为0 3 、o 5 、1 、3 、5 、1 0 t m a 的尘埃粒子的流量x 和加入样品后一分钟内粒径分别为o _ 3 、o 5 、1 、3 、5 、1 0 5 m a 的尘埃粒子的流量y ，并用公式( 1 一x y ) 1 0 0 ，计算出过滤效率。2 第三章实验部分3 3 6 过滤器过滤效率测试实验仪器：美国p m s 公司l a s e r l i f o 激光粒子计数器( 采样流量1 0 立方英尺分) ；美国d w y e r 压差表测过滤器压差。实验步骤：d o p 测试法。采用的d o p ( d i o c t y lp h t h a l a t e ) 气溶胶是邻苯二甲酸二辛酯，这是一种无色透明液体。将无色透明液体d o p 在严格控制的条件下加热汽化，再用冷空气混合，使之凝结为单分散相( 即粒子大小基木一致) 的液滴，成为实验用气溶胶。3 - 3 检测台结构图如图所示检测台结构，主要由风管系统、发尘系统和测量装置三部分组成。进风口先经过一个高效过滤器，使进入管道的空气干净。干净的空气经过发尘系统使其在管道内充满一定粒径的微尘，以一定的风量通过被测试过滤器( d o p发尘装置用来测试过滤器的记径效率；人工发尘装置用来测量过滤器的记重效率) 。前、后采样头分别计算出前后空气中微粒的数量。过滤效率的计算同3 3 5的计算方法相同。3 3 7 非织造布光蓄热性能测定根据基尔霍夫定律可知【”】，能够发射红外辐射的物体也能吸收红外辐射，并且红外发射能力越强吸收能力就越强，因此可以推测，非织造布吸收的红外线越多，其表面温度也越高。实验装置如图3 4 所示。测试仪器：红外线灯2 0 0 w ，非接触式测温仪测试方法：在温度为室温，相对湿度为6 0 的恒温室中以2 0 0 w 的红外灯为光源。以4 5 度角在距离为3 0 锄条件下，分别照射同规格的样品，用红外记录仪第三章实验部分记录下1 分钟间隔下每种非织造布样品的温度。絮斛姆 剐“可了图3 - 4 非织造布光蓄热性能测定装置3 3 8 非织造布模拟体表升温性能测定测试仪器：不锈钢锅，红外线灯2 0 0 w 。实验装置如图3 - 5 所示。测试方法：用薄不锈钢制成高3 0 c m ，容积为2 5 0 m i 的不锈钢圆筒。两端用隔热材料密封，温度计插在盖上，内装2 5 c 水模拟人体，分别将样品包覆在不锈钢圆筒外，在红外灯照射下，分别测得每5 分钟间隔下的各种样品的温度p 6 1 。、堑抖光源、，r 、j i 。i ? 。图3 - 5 非织造布模拟体表升温性能测定实验装置3 3 9 非织造布远红外功能测试通过美国n i c o l e t 公司生产5 d x 傅立叶变换红外光谱仪对聚丙烯熔喷非织造布远红外发射率进行测试，光谱范围4 6 0 0 c m l 4 0 0 c m ，波数精度0 o l c m 一- 分第三章实验部分辨率4 c m - t ，5 0 、2 ”i 。3 3 1o 电气石熔喷非织造布负离子发射性能测试利用美国产的空气离子测定仪( a i ri o nc o u n t e r ) 。采用手搓的方法进行测试在一定温湿度条件下双手握持试样做1 0 秒搓揉的物理刺激后，将试样靠近空气离子浓度测定仪测定样品附近空气的负离子浓度负离子性能评价：根据表2 1 可知，当负离子浓度达到 1 0 0 0 个c m 3 时就有良好的保健效果。3 3 11 电气石熔喷非织造布抗菌性能测试采用晕圈法测试。实验原料：酵母粉、胰蛋白胨、琼脂，分析纯，由s i g m a 试剂公司提供。实验仪器：h z q - x 1 0 0 震荡培养箱哈尔滨东联技术开发有限公司洁净工作台天津市医药净化工程设备厂u n i c o 阱2 0 0 0 紫外分光光度计尤尼柯( 上海) 仪器有限公司实验用大肠杆菌菌种南开大学分子生物所提供电热手提式压力蒸汽灭菌器上海医用核子仪器厂无蔷平皿、无菌吸管、比浊管、试管、振荡器、接种针( 环) 等。培养基的配制：实验采用l b ( l u r i a - b c r t a n i ) 培养基。胰蛋白胨1 0 9 ，酵母粉5 9 ，氯化钠5 9 ，琼脂2 0 9 ，蒸馏水1 0 0 0 m l ，加热使其溶解并调节p h 值至7 o 7 2 。高压蒸气灭菌3 0 r a i n 后放入洁净工作台冷却使用。菌种的培养：用接种环将少量活化大肠杆菌转移到液体培养基中，在振荡培养箱中培养过夜。用加样器移取i m l 菌液，转移到测试用培养基中，培养过夜。操作步骤：在无菌营养琼脂培养基平板上滴加0 3 o 5m l 菌悬液( 1 0 5 1 0 f u m 1 ) ，置3 7 c 培养箱内干燥1 0 l s m i n ，将待检样品剪成直径1 0 c m 的样片，逐片放于涂布检测菌平皿内，每种检样3 块。置3 7 培养箱培养1 8 h ，测量观察结果。通过十字交叉法测量抑菌圈直径，比较抑菌圈直径的大小。抑菌圈实验判定标准：抑菌圈直径达于1 3 咖为最敏感( 良好的抑菌效果) 、1 l 1 2 唧为中度敏感( 中等的抑菌效果) ，小于1 i m m 为不敏感( 无抑菌效果)为丰富数据，使数据更能说明结果，增加了几种样品作为实验对象，如表3 2所示。第三章实验部分表3 2 电气石熔喷非织造布试样编号b 电气石( 宝斯特试验机)编号9 #1 0 #1 1 并纯p p 加电气试样p p 加2 电气石p p 加4 电气石石未驻极第四章结果与讨论第四章结果与讨论本课题试图通过大量的实验分析和论证，根据电气石熔喷非织造布( 驻极体熔喷非织造布) 的性能特点，分别将它应用在空气过滤、远红外保暖、和抗菌保健三个领域。空气过滤是利用聚丙烯熔喷非织造布的强电荷贮存性，远红外保暖絮片是利用它的远红外蓄热性，而抗菌保健用非织造布则是利用它电荷杀菌和负离子发射的功能。具体的实验分析如下。4 1 驻极体熔喷非织造布的性能分析4 1 1 非织造布的形态结构分析从图4 - 1 的扫描电境图中可以看出，熔喷非织造布的纤网中的纤维很细，并且呈三维网状结构，排列紊乱。纤网中空隙较多，纤维之间以相互缠结、交叉、热粘合形式结合，构成了纤网的强力。随着电气石含量的增加，聚丙烯熔喷非织造布的孔隙逐渐变大，非织造布的透气性大大加强，在不含电气石微粒的熔喷非织造布中，纤维超细并且密实，加入电气石之后纤维变粗且排列稀疏，且随着电气石含量的增大，纤网空隙逐渐增大。可见，在相同的熔喷工艺条件下，加入电气石微粒，降低了共混体系的表观粘度，改变了熔体的流变性能，从而对纤网结构产生了一定的影响。( a ) 纯p p 未驻极( b ) 含3 电气石驻极第四章结果与讨论含6 电气石驻极( d ) 含8 电气石驻极图4 1电境观察的聚丙烯熔喷非织造布表面形态结构图从空气过滤的角度考虑，纤网的孔径越大，布的过滤效率越差，但是经过驻极的非织造布使纤网驻存了大量的静电荷，这些静电荷能够大量的吸附灰尘，从而提高过滤器的过滤效率。后面的数据能够说明这一点。4 1 2 电气石含量对非织造布透气性的影响过滤材料的过滤阻力与透气性是两个相关的概念。这两个概念与空气过滤息息相关。驻极聚丙烯熔喷非织造布主要用途之一在于它是一种高效低阻过滤材料。透气性是影响高效低阻过滤材料的性能和使用寿命的一个重要方面。非织造布的透气性越大，则其过滤阻力越小，对纤网的损害越小，从而可以提高其使用寿命。但透气性和过滤效率往往是两个相矛盾的概念，对于一般的熔喷非织造布而言，提高透气率是以牺牲过滤效率为代价的。我们在设计空气过滤器时，也要求在满足过滤效率的前提下，尽可能的减小过滤阻力。举一个很简单的例子，纸张的过滤效率很高，可它的透气性很差，根本不适合做空气过滤材料。图4 - 2 ，4 3 是几种熔喷非织造布样品的透气量数据。1 4 0 001 2 0 0亡1 0 0 0) 8 0 0：6 0 04 0 0螽z o o0024681 0电气石含量( )图4 2 含a 电气石的透气量从图中数据可以证明电境看到的结果：0_ 鲁)u圹蜊024681 0电气石含量( )图4 3 含b 电气石的透气量随着电气石含量的增加孔隙率变大啪啪啪栅枷。第四章结果与讨论透气量变大，过滤阻力变小。原因有两个：其一在前面已经论述，那就是加入电气石改变了聚丙烯熔体的流变性能，对纤网结构和纤维直径有较大影响；还有一个原因可能是驻极后纤维之间的排斥作用力增加，导致纤网孔隙率增加。那么过滤效率是不是因此而降低呢? 在后面的过滤性试验中我们再作分析。4 1 3 电气石含量对非织造布过滤性能的影响将各样品进行过滤效率测试，以a 电气石为例，除了未驻极的1 样样品外，其它驻极的样品在空气过滤方面均显示出极好的效果。其结果如表4 1 所示。这也说明：增加静电荷对提高非织造布的过滤效率有着关键影响( 如图4 4 ) ，驻极后纤维吸附粒子明显增多。尤其是对于小粒径的微粒，过滤效率明显增加，由表缸1 的数据可以看出，大粒径微粒( 5 岬) 的过滤效率都能达到1 0 0 ，而对于0 3 胛的小粒径而言，经过驻极的非织造布的过滤效率比1 撑样品高7 5 。小粒径( 3 辂2 # 8 撑。这也基本符合个样品过滤效率的测试结果。第四章结果与讨论4 1 5 非织造布的表面电荷面密度及电荷衰减分析在驻极体内真实电荷的衰减，或者是由于驻极体的内因：如欧姆电导，过剩电荷在驻极体自身电场作用下的漂移或扩散；或者是外界过程，即驻极体外场作用下异性离子在其表面的沉积。欧姆电导取决材料的价带和导带内可利用的正负本征载流子，并随温度上升而急剧增加。电导过程是由于驻极体在内场作用下引起这些载流子的运动；另一方面，注入的过剩电荷是由于自身场的作用结果，欧姆传导电流和过剩电荷的漂移电流是导致驻极体真实电荷内部衰减的主要原因。两类电流都受载流子迁移率的控制。扩散效应对驻极体的电荷衰减影响较小，通常予以忽略。驻极体电荷衰减的外因则是由于驻极体外场对周围环境中异性离子的吸引而产生的补偿效应，外场也可以吸收水分子等极性分子，这类极性分子虽然静电荷为零，但它们进入驻极体后往往作为托阱电荷的载体以较大的迁移率而加速其内部衰减。02 04 06 08 01 0 01 2 01 4 01 6 0时间( m i n )图4 7b 电气石熔喷非织造布电荷衰减曲线02 04 06 08 01 0 01 2 01 4 01 6 0时间( m i n )图4 8a 电气石熔喷非织造布电荷衰减曲线765432l0mb二封麓翱g雠牺牲脚旧群7654321o一售j三趔靛瓣s避雠埠曾旧群第四章结果与讨论时间图4 9b 电气石熔喷非织造布半年内电荷衰减曲线时间图4 1 0a 电气石熔喷非织造布半年内电荷衰减曲线图4 7 和图4 8 是b 和a 电气石的电荷衰减过程，初始时电量大小基本相当，但是随着时间的延长，受到聚丙烯非织造布内部欧姆电导和过剩电荷漂移和迁移的影响，电荷开始衰减，当衰减到一定程度时呈现稳定态势。很明显，加入电气石的非织造布的电荷面密度比不加电气石的非织造布的绝对值高2 i ic ，m 乙61 tc m 2 。这是因为无机驻极体材料能够容易的捕获其表面或者近表面的电荷，它直接影响聚丙烯非织造布的驻极寿命。另外，电气石内部的s i 和其它金属氧化物分子体内存储的电荷对形成稳定的电荷起主导作用。另外，这些金属5453525l5043210一营。三掣靛鼎g魁龆柱世旧僻43210( 1 m u0捌靛曰事g避帮禧脚隔僻第四章结果与讨论氧化物表面含有较高浓度的深阱，通过常温电晕充电后将注入电荷的大部分沉积在体内而获得长寿命，可以有效地延长驻极体的寿命。图4 - 9 ，4 - 1 0 是电气石在室温环境下，静置半年后的电荷衰减情况，从数据可以看出，加入电气石都能够使非织造布的电荷量衰减变得缓慢，半年只衰减了原来电荷量的1 4 ，而未加电气石的样品继续衰减，半年衰减了5 2 还多。4 1 6 极化电压对熔喷非织造布表面电荷密度的影响在常压大气中，利用一个非均匀电场引起空气的局部击穿的电晕放电产生的离子柬轰击电介质，并使离子电荷沉积于电介质内，利用高压充电法可能形成横向均匀分布的高密度驻极体。在常温常压下以电晕放电法形成的驻极体可能实现高储存电荷密度，然而即使在相同的充电参数v 。，t p ，和t p ( 极板电压、极化温度、极化时间) 下，其沉积电荷有时也会出现离散性。只有足够高的温度和电压的电晕充电，电荷在表面分布才呈现均匀性。p p 内的沉积电荷量首先依赖于在驻极体充电时问内提供的极化电压v 。，当v 。一定时，最大等效面电荷密度0。的近似关系式【i 习0m “2 c v p( 公式4 - 1 )c 是单位面积驻极体的电容量。图4 - 11 示出了利用电击穿法经负充电的聚丙烯熔喷非织造布的等效面电荷密度o v 。关系曲线，将6 # 样品在不同的电压下进行驻极得到的结果。证明了随着极化电压的升高，熔喷非织造布的表面电荷密度增大，且呈正比例关系。同时，驻极体的o 。受极化电压v 。和聚丙烯击穿电场的限制。如果v 。足够大，o 。将接近一极值。鲁bj型翻梧脚喧粥ol234电压( k v )图4 - 11表面电荷密度随电晕放电电压变化的曲线第四章结果与讨论4 1 7 驻极体过滤材料应用分析目前国际上的空气过滤器的材料，主要是以高聚物为主的有机驻极体材料，在过滤器制作的过程中，为了提高材料的定量，将其中过滤效率最好的3 # 样品折叠三层。主要是为了达到过滤器要求的定量。本课题自制的驻极体熔喷非织造布无蕊板高效过滤器，经过过滤效率测试，效果令人满意。过滤器的测试报告由浙江诸暨金海三喜空调网业有限公司提供，他们是一家专业生产空气过滤器的生产厂家，其测试结果具有一定的权威性。从表4 2 中的结果可以看出将三层3 #样品做成的过滤器在o 5 p m 的粒径时的过滤效率超过9 8 。过滤阻力仅为 o o p ，比较表4 3 可以得出结论，本课题自制的驻极体熔喷非织造布可以近似达到高效级别的过滤效率。如果能将自制的非织造布傲到高克重，可以达到高效过滤的程度。因为大部分高效过滤熔喷非织造布的定量都在2 0 0 9 m z 以上。由于设备自身的原因，本课题没能将熔喷非织造布的定量做的更高。表4 - 2 过滤嚣的测试效率过滤效率( )过滤嚣名称及编号阻力( p a )o 3 p m0 掣“1 0 t “2 m 5 0 t s m1 0 0 p r o2 并3 08 9 1 29 2 8 09 7 2 09 8 5 89 9 0 5l o o 0 03 拌4 58 9 9 49 3 8 69 7 3 59 8 7 59 9 1 11 0 0 0 06 群4 08 8 5 49 3 1 09 6 8 39 8 2 29 9 0 41 0 0 o o3 # 三层1 0 09 8 肿9 8 9 39 9 6 79 9 9 71 0 0 o o1 0 0 0 0备注：测试风量为5 0 m 3 h ，滤材面积为o 2 m 2 ，浏试滤速为6 9 e m s 。温度2 7 c ；湿度7 0 表4 0 过滤器效率和阻力圾别粒径额定风量下的过滤效率e ( )额定风量下的空气阻力( p )辊效5 o a n8 0 e 2 05 0中效1 ，0 t t m7 0 e 2 08 0高中效1 0 t “9 9 e 7 01 0 0亚高效0 5 9 9 9 e 9 51 2 0a0 5 t t me 9 9 91 9 0b0 5 9 s ae 9 9 9 92 2 0高效c0 5 p me 9 9 9 9 92 5 0d0 t p me 9 9 9 9 92 8 0第四章结果与讨论4 2 电气石熔喷非织造布的远红外性能分析4 2 1 熔喷非织造布的形态结构分析从图4 1 可以看出，熔喷非织造布的纤网中纤维超细，呈三维网状结构，纤维排列紊乱，纤网中空隙较多。随着电气石含量的增加，聚丙烯熔喷非织造布的孔隙逐渐变大，非织造布的透湿、透气性大大加强，保暖絮片的舒适性得到很大的提高。孔隙变大容易使内部的热量散失，但是非织造布保暧絮片主要用在寒冷干燥的冬季，需要经常和其他防寒织物复合使用，透气性稍有增加并不影响其隔热保暖的效果，并且透气性增加使其内部存储空气更多，在非织造布内部形成相对的小气候，不易受外界环境的干扰，所以，n a 电气石后，熔喷非织造布保暖絮片的透湿、透气和舒适性加强，但不影响其保暖性。4 2 2 添加电气石对熔喷非织造布保暖絮片透湿性、透气性的影响在生理活动中，人体是通过部分的不觉察的蒸发来使体温下降和平衡的。如果所产生的水蒸气使得服装内微气候环境的相对湿度提高到足以产生明显蒸发并提高隔热空气层的热传导率，那么穿着这种服装材料就不舒适。在极端的环境条件下，将会出现由于人体散热太快而使得体内温度下降而导致体温过低的情况。相反，如果明显的出汗无法蒸发，服装的隔热性很高，从而人体的体内温度不能下降就会导致体温过高，即使是较之正常的体表温度和体内温度有微小的偏差也会导致穿着不舒适【3 9 1 。因此对于服用保暖材料来说，透气性与透湿性是衡量保暖材料服用舒适性的一个重要指标。表4 - 4 涤棉保暖材料与电气石熔喷非织造布透气性、透湿性能的比较样品克重( 卧n 2 )透气量( l m z s )透湿量耵t ( g m 。d )涤棉混合保暖絮片4 08 4 92 8 4 93 荐4 01 2 7 83 0 4 56 群4 09 6 7 ，2 0 2 5透气性与透湿性其实都是表示材料表面通过气体的能力，它们的区别在于气体分子的大小。由于水分子比空气中的大部分气体分子要大，水蒸气通过材料表面时所受到的阻力要比空气大舯】。所以，同一材料的透气量总是比透湿量大，这与理论上是吻合的。如表4 - 4 所示，加入电气石的熔喷非织造布比一般的涤棉保暖材料透气量大，透湿量相当。第四章结果与讨论如图4 1 2 所示，电气石b 做成的保暖絮片的透气性比a 的差，这可能是因为不同产地的电气石与p p 共混的能力不同。导致不同的电气石加工成的熔喷非织造布在透气性方面的差异，a 电气石做成的熔喷非织造布纤维相对较细，透气量小，相对有助于隔热保暖。但对于同种电气石而言，随着电气石含量的增加，透气量有增加的趋势。拿普通的织物来说，透气性越好，在织物内存储空气的能力逐渐下降，导致保暖性下降。但熔喷非织造布保暖絮片主要用于冬季较厚，且有夹层的织物中，一般情况下，它的透气性比普通密度的织物和针织物小，空气不易于流失，即使是透气量较大的a 电气石制成的保暖絮片在服用的过程中也不至于造成空气流失，所以不同产地的电气石做成的熔喷保暖絮片在透气性上虽然有一定差异，但并不会影响其保暖性。4 5 0 0令4 0 0 0旮3 5 0 0一，= 。f 3 0 0 0 。器z o o o蛔1 5 0 01 0 0 05 0 0o681 0电气石含量( * )图4 1 2 不同产地电气石透气量比较一厂。嚣。1 #5 #6 #7 并024，581 0电气石含量( )图4 1 3 不同产地电气石透湿量比较非织造布的透湿性与纤网结构和纤维的吸湿性有密切关系，一般纤网越稀疏，非织造布的透湿性越强。图4 1 3 所示，随着电气石含量的增加，a 电气石生产的非织造布透湿量增加，而b 生产的电气石的透湿量基本不变。a 电气石枷|啪m啪著|咖铷啪蝴色1v棚矿霉f第四章结果与讨论制成的保暖絮片吸湿性比b 好。聚丙烯几乎不吸湿，假设他们的微观结构差距不大，那么引起两种保暖絮片吸湿性差异的原因只有电气石本身的吸湿性了。如表4 5 的回潮率试验结果所示，a 电气石制成的非织造布的回潮率明显大于b产地电气石制成的非织造布。透湿性对织物的保暖性和穿着舒适性影响很大，不透湿的保暖絮片保暖性很好，但穿着一定不舒适，所以具有一定透湿量的a 电气石非织造布保暖絮片相对较好。表4 - 5 回潮率试验结果泌窖3 6 8 古a 电气石的熔喷布0 2 4 ( 2 拌)0 3 4 ( 3 # )06 ( 4 群)古b 电气石的熔喷布o 1 4 ( 5 # )0 1 9 ( 6 # )0 2 l ( 7 拌)4 2 3 电气石的不同产地对于熔喷非织造布保暖絮片远红外温升性能的影响电气石聚丙烯熔喷非织造布可以吸收外界热量( 如太阳能) 并存储起来，再向人体放射，从而使人体有温热感。这种材料也被称作积极保温材料。该材料分子在谐振中能够吸收人体以外辐射向外释放的能量。还能吸收太阳和人体周围环境所释放的为人体所需要的波长在4 1 4pr f l 的红外辐射能量1 4 ”，同时这些能量以人体放热相同的效率反馈给人体，从而达到体感升温的效果。但不同产地的电气石有不同的光热转换能力，利用它的这种特性，选用3 的a 和b 电气石做成的熔喷非织造布做红外升温试验和不锈钢锅试验，试验结果如图4 1 4 ，图4 一1 5所示。从图4 1 4 中可以看出两种电气石的升温效果不同，a 电气石生产的保暖絮片升温效果明显优于b 产地电气石的保暖絮片，并且停止红外光源照射后，自身保温性能很好。这表明a 产电气石在远红外线照射下具有较好的光热转换能力。在模拟人体的体表升温效果试验中，a 电气石生产的熔喷非织造布体现出较好的保暖性，如图4 - 1 5 所示。第四章结果与讨论pv毯赠5 04 54 03 53 02 52 0051 01 52 0时间( m i n )圈4 - 1 4 远红外温升试验( “电气石台量)一pv蜊赠3 02 92 82 72 62 52 4081 62 43 24 04 8时间( m i n )图4 一1 5 不锈钢锅试验( 6 电气石含量)4 2 4 电气石含量对于熔喷非织造布保暖絮片远红外温升性能的影响削53 。v蓄3 42 92 401 01 52 0时间( r a i n )圈4 - 1 6 不同比例电气石( a ) 远红外温升试验4 74 253 7v酱3 22 72 2051 01 52 0时间( m i n )图4 1 7 不同比例电气石( b ) 远红外温升试验如图4 1 6 所示的几条曲线可以看出，不加电气石样品的升温速度缓慢，而2 # 、3 # 、4 # 试样在红外灯开始加热时温度升高的很快，之后升温速度逐渐减慢直至达到温度平衡。而在加热升温过程中，试样的温升速度关系是3 # 4 # 2 # l # ，这也就说明随着电气石粒子含量的增加，其纤维非织造布的光热转换能力也随之增加：但是当电气石加入量超过6 以后，表面温度不继续增加反而出现下降趋势，图4 1 7 的试验数据也有利的说明了这一点，这可能是由于电气石中锆，镁等金属离子含量的增大导致纤维传热性能的提高引起的。这一实验结果与古田常胜对阳光蓄热纤维织物中碳化锆含量超过2 9 c m 后表面温度趋于平衡m 2 ，基本保持不变不同，而与张兴祥此前对远红外陶瓷粉添加聚丙烯纤维体系的研究结果有相似之处，即体系的远红外辐射性能随陶瓷粉含量增大先增大后降低，远红外辐射率存在极值j ，造成这一结果的原因还有待进一步研究。第四章结果与讨论3 052 8v嚣2 62 41 # ( 纯p p )2 # ( “电气石)3 # ( “电气石)4 # ( 雕电气石)o1 53 0 4 5时间( m i n )圈4 1 8 不同比例电气石( a ) 不锈钢锅试验3 0芭2 8籍2 62 41 # ( 斯p )5 # ( 3 t 电气石)哺( 帆电气石)7 # ( 肼电气石)01 53 04 5时间( m i n )圉4 1 9 不同比例电气石( b ) 不锈铜锅试验图4 1 8 、4 一1 9 是采用模拟人体温升方法测得的曲线，图中结果与前面得到的结论是吻合的。那就是样品的升温效果依次是3 # 4 # 2 # l ： ；6 # 7 # 5 # 1 # ，由此可以判断，并不是电气石的含量越多，相应的熔喷非织造布的保暖性越好。但加入电气石的非织造布保暖絮片有良好的隔热保暖功效。4 2 5 电气石熔喷非织造布远红外发射率普通丙纶织物远红外发射率为7 1 左右，加入电气石后，其远红外发射率有显著提高，一般认为，如果远红外发射率达到8 0 以上，其远红外保暖和保健的功能就十分优异，如表4 - 6 所示，加入电气石后的聚丙烯熔喷非织造布的远红外发射性能效果明显，b 和a 的电气石含量为8 时，其远红外发射率均达到8 2 。a 的电气石含量在6 时其远红外发射率达到了8 4 。这一结果避免了生产过程中电气石添加过多而造成的原料浪费、成本增加、纺丝难度变大。对工业生产意义重大。表4 - 6 不同含量的电气石聚丙烯熔喷非织造布远红外发射率电气石含量( )0368远红外发b 电气石熔喷布7