影響玻璃纖維過濾紙性能因素的探討

姜宏諒

（天津環球磁卡集團公司，天津，300201）

影響玻璃纖維過濾紙性能因素的探討

姜宏諒

（天津環球磁卡集團公司，天津，300201）

采用超細玻璃纖維生產空氣過濾紙。根據玻璃纖維的特性確定打漿工藝，同時篩選化學助劑進行濾紙補強，從而滿足生產多種空氣過濾紙的需要。

超細玻璃纖維 打漿 紙張補強 空氣過濾紙

玻璃纖維是一種性能優異的化學纖維，生產方法大致分兩類：一類是將熔融玻璃直接制成纖維；一類是將熔融玻璃先制成直徑20mm的玻璃球或棒，再以多種方式加熱重熔后制成直徑為3μm～80μm的甚細纖維。通過鉑合金板以機械拉絲方法拉制的無限長的纖維，稱為連續玻璃纖維，通稱長纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續纖維,稱為定長玻璃纖維,通稱短纖維。將玻璃纖維長絲經二次熔化后用高溫高速的火焰噴吹，在牽伸及分散力的作用下得到直徑0.1μm～3μm不等的微細纖維。借離心力或高速氣流制成的細、短、絮狀纖維，稱為超細玻璃纖維。

影響超細玻璃纖維質量的關鍵因素為玻璃的熔制、拉絲工藝及火焰的溫度和速度。

1 超細玻璃纖維的特性

1.1 超細玻璃纖維的優點是比其他纖維耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高，隔音性好、抗拉強度高，電絕緣性好。但缺點是性脆，耐磨性較差。

1.2 超細玻璃纖維的主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等，根據玻璃中堿含量的多少，可分為無堿玻璃纖維（氧化鈉0%～2%，屬鋁硼硅酸鹽玻璃）、中堿玻璃纖維（氧化鈉8%～12%,屬含硼或不含硼的鈉鈣硅酸鹽玻璃）和高堿玻璃纖維（氧化鈉13%以上，屬鈉鈣硅酸鹽玻璃）。

無堿超細玻璃纖維的化學成分表

1.3 超細玻璃纖維表面光滑，呈圓柱形；纖維柔軟，形態穩定。超細玻璃纖維隨其直徑變小其強度增高。纖維的直徑一般為0.2μm～10μm。一般分布在1μm～6μm之間。平均直徑為3μm。

2 玻璃纖維的造紙工藝

2.1 打漿工藝

空氣過濾紙的過濾效率從95%到99.9999%都屬于深層過濾的范疇，對于深層過濾而言，濾料對空氣塵埃粒子產生直接攔截、慣性碰撞以及擴散等三個作用，塵埃粒子的大小、濃度和過濾速度等在一定條件下，其過濾效率主要取決于纖維直徑大小和成紙的阻力及穿透率（過濾效率）呈線性關系。纖維直徑越小成紙阻力越高，透過率就越小；纖維直徑越大成紙阻力越低，透過率就越大。因此，濾紙的參數確定后就要選擇適宜的纖維細度即直徑大小，因玻璃纖維微細或超細，故只能在電鏡下才能測出直徑的大小，纖維直徑的大小在生產中可用打漿度來表示，打漿度高則表示細纖維分布得多，打漿度低說明纖維直徑大的分布得多。

2.1.1 打漿方式 玻璃纖維的打漿工藝一般為疏解，無機纖維表面活性差，纖維之間結合力低，它不象植物纖維存在著潤脹和分絲帚化，疏解時適需當加入化學藥品，使纖維表面改性，使其纖維之間及纖維與化學品之間的結合強度增大，纖維的表面產生黏狀氧化硅膜，當干燥時這種凝膠能使玻璃纖維互相粘合增加成紙強度。

2.1.2 打漿度的控制 在一定的打漿度下，采取不同度數的玻璃纖維配成的濾紙，其性能不同，最好選用較細的玻璃纖維與較粗的玻璃纖維配比，以粗纖維為骨架，降低阻力，以細纖維作為過濾纖維。這主要取決于濾紙的性能。延長打漿時間。提高濾紙的均勻度。

2.1.3 打漿度對濾紙的影響 打漿度和纖維直徑成反比，纖維直徑越小，打漿度越高。纖維直徑越大，打漿度越低。玻璃纖維濾紙的過濾性能和粗細纖維配比相關，混合叩解度小，濾紙的效率低，阻力小?；旌线到舛仍酱螅瑸V紙的效率高，阻力也同時增大。

通過試驗得出：打漿度與成紙的過濾效率（穿透率）及成紙阻力之間的關系用圖來表示。

2.2 濾紙的補強

一般濾紙的強度與纖維的化學成分（NaO、Al2O3、CaO等）、抄造時的pH值、定量、厚度等工藝條件及成型方式 （纖維排列及交織情況）等因素有關。然而，通過改善以上諸條件都不能滿足空氣過濾紙的物理特性時，就必須靠施加化學助劑來提高濾紙的挺度、抗張強度。

助劑的篩選：

（1）結膜的丙烯酸酯類——結膜的丙烯酸酯類樹脂屬于熱塑型樹脂，熱塑性樹脂特點是富有彈性，結膜柔軟，易彎曲性和耐沖擊等。其化學結構屬于線性結構。

（2）水溶性的熱固樹脂——水溶性的熱固樹脂結膜后表現為具有一定的剛性、堅硬性，黏結強度高但缺點是易裂、性脆。其化學結構多為網狀交聯立體結構，耐水性好，并有一定的抗溶劑性。

（3）復合型的酪朊改性樹脂——復合型的酪朊改性樹脂也是改性丙烯酸樹脂，主要成分是酪朊與丙烯酸丁酯的共聚物，構成半網狀的鏈狀共聚物，它綜合了以上兩種樹脂的優點，改變了天然酪朊易脆、彈性差及發霉等缺點，從而保持了其透氣性，結膜挺硬、不易裂、富有彈性，強度高于一般樹脂的特點。

因此空氣過濾紙的補強一般選用復合型的酪朊與丙烯酸丁酯的共聚物。同時得出黏合劑的施加量與成紙性能有關，施膠量越大，透過率下降越顯著，濾紙阻力增加。挺度、強度明顯提高。

3 用玻璃纖維生產空氣過濾紙

超細玻璃纖維紙以極高的過濾效率、很好的化學穩定性和較低的阻力而成為中高效尤其是超高效空氣過濾器的首選材料。

根據濾器過濾精度的需要，一般初效過濾器用過濾紙可用有堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維混抄制成，而中高效及高效過濾紙都會用無堿玻璃纖維進行抄造。

油霧效率在96%～99.999%的過濾紙。捕集粒徑在 0.1μm～0.3μm、效率達 99.9%～99.9995%以上的，一般用于超高效過濾系統。對捕集粒徑在2μm以上的，效率達99.9%以上一般用于亞、高效過濾器。捕集粒徑30μm以上，效率在60%～90%之間的過濾紙用于初效過濾器。

依據對過濾性能的實際要求，采取不同原料配比和相應的打漿、生產工藝，可以生產適應不同需求的過濾材料。

3.1 K-195 K-295 K-395 K-495 K-595等高效空氣濾紙

高效空氣濾紙是制造高效過濾器的基礎材料，它能有效地去除空氣中的塵埃微粒，濾掉毒煙、毒霧、細菌放射性氣體等。以其效率高、阻力低、容塵量大、強度高等特點根據市場需要裝配不同的高效過濾器。

3.2 無波紋（隔）板高效空氣濾紙

WG-49、WG-59為“無波紋板高效空氣過濾器”配套用紙，具有較高的過濾效率，較低的氣流阻力，足夠的挺度、強度和耐折度等物理特性，濾器用它裝配可以去掉波紋板，靠濾紙本身形成氣流通道，其優點是濾器的體積減少，節省原材料。

3.3 Sh-69抗水過濾紙

Sh-69抗水過濾紙用于艦艇空氣、核廢氣排放和工業污染水生化處理過濾器中的高效過濾材料，以凈化空氣中的毒煙、毒物、放射性灰塵和細菌微粒。

3.4 壓縮機空氣過濾紙

壓縮機空氣過濾紙是分離去除、壓縮空氣中的油霧的特殊材料，除油效率高，壓降損失小，具有較強的抗張強度等特性。

3.5 潔凈隧道用無隔板過濾紙

0.1 μm、0.3μm100級超高效空氣過濾紙組裝成的過濾器用于我國重點工程，超大規模集成電路、原子能發電生物醫學對放射性粉塵及捕集對人有害的微粒子等。

3.6 TG-20 TG-30濾油紙

采用合成纖維無紡布與玻璃纖維復合工藝，提高玻璃纖維過濾材料的抗張強度，制成用于各種油品及液體凈化的過濾材料。由于濾材抗張強度大也可用于反吹回用型空氣濾材。耐油、無孔洞、無污點。在保證過濾精度的前提下具有相對低的阻力。該濾紙還可用于生產與軍工配套的各種高精端空氣過濾紙，主要特性耐腐蝕、過濾效率高、阻力低、高強度、抗水、防霉、防煙霧等。

[1]趙昱等，玻纖空氣濾紙的產品特點及應用，玻摘纖維，2004，（5）40

[2]張桂萍，空氣過濾紙及其研究方向《天津造紙》1994，（2）4

2011－7－12

制漿與造紙