PTFE纖維混紡濾料的開發及性能分析

摘 要：PTFE纖維具有優異的化學穩定性和耐受高、低溫的物理性能，以及低表面摩擦系數，通過針刺加工可以得到性能優異的高溫空氣濾料。但是纖維本身的靜電現象及高密度又成為制約其加工及推廣使用的主要難題。本文通過對PTFE纖維與PPS纖維、P84纖維的不同比例混合，以及生產加工，對比分析了混合后的各項指標。通過分析找出經濟合理同時又易于加工生產的配比方案和生產工藝。本文通過對比P84、PPS混紡PTFE纖維在不同混比的情況下性能的差異。

關鍵詞：PTFE纖維；P84纖維；PPS纖維；生產工藝；不同混比

0 前言

PTFE纖維是近年來在高溫過濾材料中應用日益廣泛的一種新型纖維，其耐高低溫、耐酸堿性能遠優于其他有機或無機化纖，并且隨著國產化的進程，纖維的經濟優勢也成為推廣使用的一個優勢。但是PTFE的短板也很明顯，主要表現在靜電吸附、高體密度、纖維纖度梯度分布的差異化，為克服以上缺點，通過將PTFE纖維與P84、PPS纖維混紡加固得到性能優異的高溫濾料，通過進一步后處理如PTFE涂層，在保證產品物理、化學性能不降低的同時，降低加工難度，得到品質穩定的混合過濾材料，發揮1+1>2的效果。下面我們從100%PTFE纖維加工以及混紡PPS、混紡P84纖維等幾方面來分析。

1 100%PTFE纖維加工的難點

1.1 普通生產設備難以適應PTFE的轉移及喂棉

PTFE纖維化學名稱聚四氟乙烯纖維，纖維的特性與其纖維的化學結構特性相關。纖維中F原子對稱，C-F中兩種原子共價結合，分子中沒有游離的電子，整個分子呈中性，所以它的結晶度很高PTFE聚合物一般結晶度為90-95%；纖維的制取通常采用膜裂法獲得，所以纖維的截面為扁平狀，纖度為區間分布；PTFE的比重為2.3克/立方分米[1]，較其它纖維的比重高；由于以上化學特性決定了PTFE纖維本身性能柔軟、密度高、易抱合。通過對為開松的PTFE原纖分析就可以看出，我們以國產PTFE纖維為例，原纖維經過斜釘簾及打手反復預開松后測試纖維體密度如表1。

由表1數據可以看出，PTFE纖維在進入梳理機前的體密度通常在80kg/m3左右，這個密度是普通滌綸的7-10倍，這一數據意味著如果使用常規的設備加工PTFE，對于2.5m幅寬的梳理機如果采用氣流成網，其梳理機前的電子稱重系統上會有15-30kg左右的纖維在網簾上，這個重量范圍會大大超出電子稱重系統的范圍，造成設備無法運轉。同樣，因為纖維的高體密度，使得通過傳統的氣流輸送纖維也極為困難，容易造成設備打手纏繞、斷齒，以及設備的故障停機。所以普通纖維可以適用的生產設備不能用來直接加工100%PTFE纖維，為保證正常生產需要調整纖維，使用PTFE與PPS或P84纖維生產。

1.2 P84及PPS纖維的特性

P84纖維，化學名聚酰亞胺纖維，是由酐（BTDA）與不含鹵素的芳族聚合物二異氰酸酯在高極性溶劑（二甲基酰胺DMF或二甲基乙酰胺DMAC）中縮聚而成。理論密度1.41g/cm3，玻璃化溫度315℃，可在250℃以下使用，限氧指數可達38%[2]。P84纖維的另一個特點為，纖維不規則的截面形狀，同樣2.2dtex的P84纖維較圓形截面的PPS纖維表面積大65%，增加的表面積有利于提高產品的過濾性能。

PPS纖維（商品名Ryton， Torcon或Procon），分子主鏈由苯環和硫原子交替排列，理論密度1.44g/cm3，熔點250-315℃，分解溫度在480℃，可長期耐溫190℃，瞬時耐溫240℃，極限氧指數可達34%-45%，是一種耐高溫、耐酸堿、抗水解性能極好的濾料[3]。具備了作為高性能纖維的各種特點；可抵抗多種酸、堿和氧化劑的化學腐蝕；具有較好的耐水解能力，特別適合在高濕的煙氣中使用；典型用途是用于城市垃圾焚燒爐、公用工程鍋爐、燃煤鍋爐、醫院焚燒爐、熱電聯產鍋爐上的脈沖袋式過濾器中，也可用PPS纖維取代其他不耐高溫或化學品及不耐潮濕的合成纖維濾料[4]。但是PPS耐氧化性稍差，當煙氣含氧量超過15%時，就不能使用該種濾料。

選用以上纖維與PTFE混紡主要因為，PPS、P84纖維在化學特性上接近于PTFE纖維，在不降低產品的最終產品化學性能優勢的前提下實現1+1>2的生產設計。

以上兩種纖維與PTFE纖維復合混紡的優勢在于：

①有效降低PTFE梳理過程中的靜電現象，利于纖維梳理，減少和降低PTFE梳理過程的“毛粒”現象。

②纖維復合混紡可以有效降低纖維的體密度，實現氣流輸送，并保證供棉的連續避免斷網，同時不需要對現有設備做過大的調整。

③PPS、P84混紡PTFE增強纖維的針刺抱合效果，利于提高成品的強力。

④PPS的熱塑性可以實現高穩定型，提高濾料的過濾效率；P84纖維特有的不規則截面結構，與PTEF纖維互補，同樣有利于提高產品過濾精度。

2 PTFE與P84的混合針刺加工

2.1 P84纖維的不同比例混紡

實驗選用2.2DX60mmP84與國產5DX70mmPTFE纖維，分別使用15%、20%，25%、40%的比例進行實驗。

實驗步驟一：針刺生產階段。生產工藝，開清混棉使用人工混比喂入（人工混棉效果優于開包機稱重混棉，原因在于P84纖維蓬松容易受氣流影響，在自動開包混棉時與PTFE會自動隔離），纖維通過稱重按比例分別投放在開包機皮簾上，然后通過管道輸送喂入棉箱及梳理機。生產梳理階段工藝設置參照P84工藝設定，針刺工藝經過四道針刺，總針密控制在900-950刺/平方厘米。

實驗步驟二：定型及后處理，針刺完成后的產品需經過，軋光及PTFE乳液浸漬處理以保證表面效果。軋光采用三輥軋光機處理，軋光溫度240℃，軋光后厚度控制在1.1-1.2mm；軋光處理后過拉幅烘箱做PTFE乳液浸漬處理，乳液增重在20-25g/㎡。

2.2 P84纖維混合PTFE后的測試數據對比

經過生產加工后，產品的數據指標對比如表2。

通過表2測試結果可以看出，P84纖維與PTFE混紡后較純PTFE纖維比較，產品單位重量可以下降，厚度增加，透氣效率有很好的提高，產品的強力也有所提高，而且隨著P84纖維的比例增加，緯向強力提高明顯，濾料的整體過濾性能均優于純PTFE纖維產品。經過實際應用產品，在耐化學性能、耐溫性能方面沒有明顯的下降，在經濟效益方面考慮含有25%的P84纖維混紡產品更適用于市場推廣。

3 PTFE纖維與PPS纖維的混合加固

3.1 PPS纖維的不同比例混紡

實驗選用東麗產2.0DX65mmPPS與國產5DX70mm PTFE纖維，分別使用50%、75%、85%的比例進行實驗。

實驗步驟一：針刺生產階段。生產工藝，開清混棉使用開包機自動稱重混棉，通過混棉箱對纖維進一步混合。生產梳理階段工藝設置參照PPS工藝設定，針刺工藝經過五道針刺，總針密控制在1100-1200刺/平方厘米。

實驗步驟二：定型及后處理。針刺完成后的產品同樣經過軋光及PTFE乳液浸漬處理以保證表面效果。軋光采用三輥軋光機處理，軋光溫度230℃，軋光后厚度控制在1.3-1.4mm；軋光處理后過拉幅烘箱做PTFE乳液浸漬處理，乳液增重在20-25g/㎡。

3.2 PPS纖維混合PTFE后的測試數據對比

經過生產加工后，產品的數據指標對比如表3。

通過表3測試結果可以看出，PPS纖維與PTFE混紡后較純PTFE纖維比較，普遍產品單位重量可以下降，厚度增加，透氣效率得到提高，產品的強力也得到提高，而且隨著PPS纖維的比例增加，經向緯向強力先提高后降低，濾料的整體過濾性能同樣也是表現出先提高后下降。由此可以看出，75%PPS混紡25%PTFE產品的加工效果更優。

4 結語

PTFE纖維與其他纖維的混紡比100%PTFE材料在加工性能、產品實用角度都有明顯的優勢。但是對于不同品種的纖維混紡時要充分考慮不同纖維的性能確定最優的混合比例，P84纖維由于纖維的異形截面、纖維體密度低等特點最佳的混合比例在25%：75%；而對于PPS纖維由于纖維體密度大，纖維的熱塑性特點，纖維比例不能過低，建議混合比例75%PPS混合25%PTFE纖維生產。

參考文獻：

[1]張天，胡祖明，于俊榮.PTFE纖維制備技術的研究進展[J].合成纖維工業，2012.

[2]P84纖維和普抗纖維性能介紹及應用[J].玻璃纖維，2002.

[3]翁美玲，龍海如，張孝南.PPS/PTFE纖維復合水刺耐高溫過濾材料的制備與性能研究[J].產業用紡織品，2012.

[4]李熙，靳雙林.PPS纖維及其在袋式除塵領域的應用[J].產業用紡織品，2007.

作者簡介：

邱長利（1978- ），男，漢族，山東青島人，天津工業大學紡織工程學士，中級職稱。從事阻燃材料和過濾材料、PTFE、石墨烯等材料技術與研發工作18年，曾在青島紡織機械廠、美國安德魯集團、美國萊德爾集團上海公司任職，現于上海締榮紡織品有限公司任職。