纺粘/熔喷非织造布的制备及其结构与过滤性能研究

【摘要】非织造布是近年来作为空气过滤材料的首选材料之一，其中纺粘和熔喷非织造布由于其独特的优势而被广泛应用。非织造布的研究重点和发展趋势主要集中在两个方面，一方面，作为非织造布基本组成单元的纤维的直径大小及纤维分布情况；另一方面，人们对空气过滤材料提出的高要求使得非织造布逐步向复合化和功能化两个方向发展。就此，本文研究了单层纺粘和熔喷非织造布的结构和过滤性能，在不同层压工艺下制备了层压复合非织造布，得出了最优层压工艺；利用Matlab软件定量计算了纺粘及熔喷非织造布的杂乱度，得出了杂乱度与孔隙结构及透气率之间的关系；并测试和分析了不同复合结构模式下的多种非织造布的结构和过滤性能。可得到如下结论：（1）在不同纺粘工艺下优选出来的纺粘非织造布（计量泵转速为30Hz，网帘频率为7Hz）的平均孔径为36.00μm，最大孔径为54.74μm，过滤效率为17.7139%，过滤阻力为8.68Pa，拉伸断裂强度为4.40N/5cm；利用L9（34）正交试验表设计的熔喷工艺下优选出的熔喷非织造布（挤出速度15Hz，侧风温度265℃，模头接收距离20cm）的平均孔径为17.42μm，最大孔径为21.22μm，过滤效率为85.5413%，过滤阻力为30.47Pa，拉伸断裂强度为1.10N/5cm；（2）在不同工艺条件下制得的SMMS层压复合非织造布的过滤效率均在94%以上，过滤阻力在290Pa以上，过滤效率比单层熔喷的过滤效率（85.5413%）要大些，最大可提高15%左右，而过滤阻力要明显高于单层熔喷过滤阻力（30.47Pa），最小可增大90%，可见复合后的过滤阻力升高得很快，层压复合非织造布过滤阻力的升高要明显大于过滤效率的提高；以综合指标作为依据，SMMS的最佳层压工艺为温度135℃，压强1Mpa，时间3s；（3）利用Matlab图像处理得到纺粘和熔喷非织造布扫描电镜图像的二值化图像，并利用像素点覆盖法计算了二值化图像的结构分形维数来定量表征非织造布的杂乱度，分别得到纺粘和熔喷非织造布结构维数与平均孔径、最大孔径、孔隙率及透气率之间的线性关系，相关系数在0.7~1之间，具有较好的线性关系；（4）研究了不同复合结构模式（纺粘型、熔喷型及混合型非织造布）对复合非织造布结构和过滤性能的影响。对于纺粘型，随着层数的增加，平均孔径、最大孔径和透气率均随着层数的增加而减小，过滤效率和过滤阻力则刚好相反；当层数为4层时，平均孔径为15.68μm，最大孔径为45.28μm，过滤效率为57.2400%，过滤阻力为44.80Pa；从孔径分布来看，纺粘型复合非织造布两层或三层时的孔径分布较为集中；对于熔喷型，变化规律与纺粘型相似，当层数为4层，平均孔径为9.88μm，最大孔径为15.00μm，过滤效率为99.9863%，过滤阻力为120.90Pa；从孔径分布来看，熔喷型复合非织造布三层或四层时的孔径分布较为集中；对于混合型非织造布，不同层数之间或相同层数不同结构的孔径大小和过滤性能之间存在着较大的区别，当S和M的层数确定时，不同的叠放次序对结构有较大的影响。从综合过滤性能指标来看，纺粘型的综合过滤性能较差，熔喷型及混合型的综合过滤性能较优，其中，MMM、MMMM、SSMM、SMMM和MSMM综合过滤性能指标均大于0，大小顺序为MMM>MMMM>SMMM>MSMM>SSMM，考虑到熔喷非织造布的力学性能较差，所以采用SMMM、MSMM及SSMM结构会更好。SMMM的过滤效率为99.8068%，过滤阻力为105.40Pa；MSMM的过滤效率为99.6038%，过滤阻力为100.80Pa；SSMM的过滤效率为99.2610%，过滤阻力为82.40Pa。
【作者】应伟伟；
【导师】祝成炎；
【作者基本信息】浙江理工大学，纺织工程，2014，硕士
【关键词】纺粘非织造布；熔喷非织造布；复合；孔径；过滤性能；

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