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玄武岩纤维复合过滤材料水刺工艺及性能研究

王萍  
【摘要】:玄武岩纤维近几年来备受关注,我国将玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维一起列为鼓励发展的四大高性能纤维。玄武岩纤维的综合性能非常优异,特别适合用作过滤材料,它优异的耐高温性能、化学稳定性能以及抗静电性能等均在过滤材料领域发挥重要的作用。本课题在此基础上,探讨采用水刺工艺取代原有的针刺工艺加固玄武岩纤维过滤材料的可行性及最终产品的性能。 本课题主要是开发一种新型的耐高温玄武岩纤维复合过滤材料,主要在以下几方面进行了研究:第一,研究了玄武岩纤维的特性,对其强力伸长、密度、线密度、耐高温性能以及结构和截面形状进行了相关的测试分析;第二,通过大量探索性实验发现纯100%的玄武岩纤维不能形成连续的网,须与其它耐高温纤维混合,本课题最终选择芳纶1313与玄武岩纤维相混合,并且确定了与其混纺比为50/50时,成网效果比较好,成网方式通过梳理成网和气流成网两种方式的比较,发现气流成网效果优于梳理成网,并通过气流成网获得了三种不同面密度的纤网;第三,重点研究了水刺压强、水刺道数、输网帘速度这三个参数的改变对其产品最终性能影响,试验结果表明:①随着输网帘速度的减小、水刺道数和水刺压强的增加,纤网的厚度是逐渐降低的。但当水压超过200bar时,因纤网表面滞留水的存在,产生了褶皱效应,从而导致纤网厚度有所增大。②随着水刺压强的增加,三种不同面密度样品的纵横向断裂强力都呈先增加后减小的趋势,而且面密度越大,样品的断裂强力越高,同时也发现面密度越低的样品,在水刺压强过高时,纵横向强力下降的更快。水刺道数小于等于4道时纤网内部纤维缠结较好,玄武岩纤维受损程度小,对纤网强力的提高可能比较有利。③随着水刺压强的增大,纤网内纤维的堆积越紧密,从而使纤网的透气性与孔隙率降低、孔径变小、纤维对微小尘粒的过滤效率越高。但当水压过大时,纤维发生断裂及一定程度的解缠现象,导致透气率增大、出现较大空隙。④在对其进行水刺道数和输网帘速度参数调整时,出现了与常规材料不太一致的变化趋势,这主要由于玄武岩纤维比重大、无卷曲、脆性等特点而导致的。针对本课题玄武岩纤维材料的独特性,我们可得出水刺工艺加固玄武岩纤维复合过滤材料时水刺道数的设置应偏小,输网帘速度的设置应相对偏大。第四,研究了水刺加固原理以及纤网中纤维与纤维,纤维与基布之间的缠结机理,同时对其水刺加固高面密度纤网的特点进行了分析。第五,以水刺压强、输网帘速度、水刺道数为影响因子设计正交试验,以断裂强力、平均孔径、透气率、过滤效率为参考指标,做极差分析优化水刺工艺。本课题所开发过滤材料的最佳工艺参数组合是:水刺压强100bar,输网速度10m/min,水刺道数2道。 水刺法加固玄武岩纤维复合过滤材料具有一定的意义,与针刺加固工艺相比,材料表面更光滑、平整;孔径分布更加紧密集中,过滤效率更高;在水刺工艺参数设置合理的情况下,纤维及基布受损小,非织造布的纵横向强力更高;比针刺非织造布具有更高的透气性,而且在一定程度上可以节省纤维的用量。


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