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湿法非织造过滤材料的研究与开发
作者:管理员    发布于:2016-01-25 16:34:07    文字:【】【】【

  产业用纺织品综述湿法非织造过滤材料的研究与开发汤人望(浙江省普瑞科技有限公司,杭州,310011)应用领域、应用前景和市场发展空间。列举了几种典型过滤材料,介绍了湿法非织造过滤材料对纤居原料。工艺和设备的基本要求。

  1湿法非织造技术与产品随着纤维纺丝技术和非织造技术的不断进步与发展,各行各业尤其是高新技术领域对非织造材料的品种和性能提出了更新更高的要求。我国已成为非织造材料的生产大国,各种工艺技术的非织造材料都以飞快的速度增长。作为非织造技术一个大类的湿法非织造技术在我国的发展相对较慢,有待非织造业界的关注。

  在我国,“湿法非织造布”这个名词是在20世纪80年代后期非织造布行业开始迅猛发展之后才出现的,在造纸行业长期以来称其为长纤维会纸也称功能纸、特种纸、特种工业用纸等。

  在很长一段时期,长纤维纸是指采用韧皮纤维抄造的纸。此后矿物纤维、无机纤维、化学纤维、金属纤维等特种纤维应用于湿法造纸。湿法造纸使用的特种纤维长度通常比传统造纸纤维长,所以抄造的纸统称长纤维纸。而采用特种纤维抄造的纸张几乎都具有特定功能,因此往往称为功能纸(日本称“机能纸”)或特种纸。

  湿法非织造布是指采用或掺用特种纤维(或湿法和干法非织造材料的研究与开发工作。

  者说传统造纸采用的植物纤维之外的纤维品种)经由湿法工艺抄造的具有功能性(即产业用)的片状材料或者在用途上可替代纺织品的片状材料。

  湿法非织造成网原理与干法非织造相似。湿法工艺以水为载体将纤维原料均匀地分散、悬浮于水中,并在成形设备上沉淀形成纤维网。从这一点上看,湿法非织造的工艺技术和原理与传统造纸完全一样,仅仅是因采用的纤维原料品种不同而在生产工艺条件与成形设备上有所差异。可见湿法非织造布与特种功能纸只是两个不同行业对名称的不同称谓而已。国外已有将非传统造纸原料生产的特种功能纸归入湿法非织造布范畴,其中相当一部分产品是造纸行业称特种纤维的化学纤维、无机纤维等与传统造纸纤维混合抄造而成。我国的湿法非织造产品至今仍主要由造纸研究单位与企业进行研究和生产,因此产品大多仍冠以“纸”的名称。

  湿法非织造产品的均匀性比干法非织造材料好,且适用的纤维原料选择余地大,几乎呈纤维状的材料均可以用,尤其是可以多种不同的纤维原料混合使用或多层复合,工艺上可以采用湿法与湿法复合、湿法与干法复合等,形成性能各异的产品,因此应用领域十分广阔。湿法非织造技术特别适合生产均匀性要求较高的过滤材料,其在湿法非织造产品中占有重要地位。

  2湿法非织造过滤材料过滤材料通常是可使液一固和气一固物质分离的材料。从广义上讲,过滤可以是分离两种或两种以上的物质,因此过滤材料的范畴是很广的。

  采用湿法非织造工艺生产的过滤材料与传统的纸质过滤材料、干法非织造过滤材料相比有其的优点。湿法非织造产品采用的纤维比传统造纸纤维长,产品蓬松,过滤性能好;比干法非织造产品均匀而致密,过滤效率高,尤其是生产薄型过滤材料的优势更加明显。

  湿法非织造过滤材料品种很多,大致可分为曰常生活用和产业用两大类。由于使用环境、使用方法、性能要求不同,采用的原料有很大区别。

  本文以几种典型材料为例作简要介绍。

  3生活用过滤材料3.1真空吸尘袋纸真空吸尘袋纸是一种供制作家庭用、工业用干式真空吸尘器滤尘袋的过滤材料。先进国家如日本、德国等早已普遍淘汰真空吸尘器绒布滤尘袋,而改用一次性纸质滤尘袋,解决了在清除灰尘时费力、费时以及可能造成灰尘的二次污染的问题。

  该产品不仅要求具有极好的透气性能,保证吸尘器的真空度,还必须具有较好的强度和很高的灰尘收集率。传统纸张太致密,透气性不好,强度也难以保证;而干法非织造材料面密度很小,尤其内层仅15g/m2左右,其材料孔隙太大,达不到截尘效果。因此,选用化纤与木浆混合的湿法工艺进行生产,不仅解决了上述问题,而且成本大大降低。该产品国内于1991年初研制成功以来,已有多家企业进行生产,并形成了制袋业,吸尘袋销往众多国家。

  3.2热封型茶叶袋纸与干燥剂袋纸热封型茶叶袋纸与干燥剂袋纸是一类随包装工业发展而开发的产品。我国是茶叶生产大国,自1986年研制成热封型茶叶袋纸(面密度仅18g/m2左右)后,由于热封茶叶包装机价廉、占地小、操作简便、生产效率高且吨茶耗纸仅50kg而迅速推广。热封型干燥剂袋纸也是同期开发成功的,面密度比热封型茶叶袋纸略大,约25 m2,可用于硅干燥剂包装外,也可用于食品保鲜剂、衣物防虫剂等的包装。此类产品大多采用热塑性合成纤维如聚丙烯纤维或ES纤维等和木浆的混合浆料抄造,再经热处理。热塑性合成纤维的主要作用是热封,热处理后有热粘合性,产生增强效果。根据纤维配比不同以及抄造设备或工艺流程不同,可以生产双面热封型和单面热封型产品。

  该类型的湿法非织造过滤材料中还有咖啡滤纸等多种产品。

  3.3口罩纸用口罩纸制作的口罩属一次性用品,主要在医院、矿山等场合使用。口罩纸系以木浆为主,配以热塑性或热溶性纤维,必要时掺少量麻浆制成。

  面密度仅15g/m2左右。湿法抄造相对致密性较好,即使制成的口罩层数少,也能达到过滤效果,比其他材料如纱布、干法非织造布制成的口罩具有价格优势。

  3.4空调和水处理过滤纸空调和水处理过滤纸是一个系列产品。包括纯水过滤、油水分离和净水器用滤纸以及空调器用过滤材料等。值得一提的是以活性碳纤维为主体纤维的过滤材料的开发动向。活性碳纤维过滤材料纸用于净水器和空调器,可大大提高水或空气的纯净度。过滤材料的形状(如蜂窝板状、圆筒芯状等)和性能需根据新型的净水器和空调器的具体要求而变更。该系列产品中还有除臭功能的空调过滤纸、除微生物的精密过滤纸等。

  4产业用过滤材料4.1压洗袋纸压洗纸袋是供粘胶人造丝压洗工艺使用的。

  该产品有较好的透气滤水性,耐热水浸泡,化学稳定性好,能经受离心机甩干而不破。早期的压洗袋纸是以韧皮纤维为主体纤维,掺用麻纤维制成。

  随着化纤工业发展,压洗袋纸现已掺用化纤,耐酸碱性和耐漂液等性能更佳。

  4.2空气过滤纸空气过滤纸中的一个大类是玻璃纤维空气过滤纸。该过滤纸的问世和发展与军事工业、核试验、核电站的技术进步密切相关。空气过滤纸的用途十分广泛,在军事领域的战场个体防护、潜艇等,煤炭、食品、医药、电子、仪表等行业和科研工年代美国对生产工艺进行了系统研究,70年代生产高效过滤纸,80年代初用玻璃纤维生产初、中效空气过滤纸。我国在1964开发成功手抄形式的玻璃纤维空气过滤纸;1972年定型生产后,多家造纸研究所和企业又先后研究和生产了亚高效、高效空气过滤纸。

  作为非织造过滤材料的玻璃纤维纸主要是以玻璃棉为主体原料,国产玻璃棉细的直径仅0.3m.为了增加强度和韧性,往往添加少量化纤或玻璃纤维等其他纤维。有特殊要求的场合,如要求外观平整、抗热辐射、导热系数低等可掺用陶瓷纤维;也可与非织造布或其他纸产品复合,以提高产品的机械加工性能。

  玻璃纤维空气过滤纸具有过滤效率高,阻力低,阻隔毒烟、毒雾和细菌的能力强,防水性好,耐折度高等特点。该产品的主要功能是净化空气,滤除空气中烟雾等气溶胶粒子、尘埃和细菌。目前国内生产的玻璃纤维空气过滤纸高过滤效率已达7个9,即99.99999 空气流阻力已降低至20Pa.目前该产品的过滤功能从阻隔气溶胶功能向杀菌、吸附或固定有毒物质等方面发展,随着净化理论发展,过滤理念已从0. 3Mm发展到0. 1Mm.4.3汽车工业滤纸汽车工业滤纸是汽车滤清器配套的过滤材料,用于汽车发动机内部,过滤空气、机油、燃油中的杂质。人们往往称其为“三滤纸”根据不同要求,分为高、中、低透气度和特殊要求4种类型。

  对于一些既要求高透气性能,又要求孔径小的三滤纸,往往加入化纤、玻璃纤维等特种纤维。

  汽车工业滤纸的紧度较小,纸张软而强度差,经受不住制作滤清器时的加工过程,有的厂家采用适当的树脂予以浸渍处理,改善纸张的强度、加综述工性和过滤性能。大多数浸渍型滤纸使用的树脂是热固性树脂,主要是酚醛树脂类。为了赋予滤纸以特殊的性质,还可添加磷酸盐或卤化物使之具有阻燃性,添加有机硅树脂改善防水性和对高温油的抵抗性等。

  4.4电池隔膜纸电池隔膜从某种意义上讲也是一种过滤材料。该隔膜在电池中除隔离正负极,防止两极间直接形成电子通路外,能阻止活性物质通过,阻挡某些有害的金属离子和粒子的迁移,而允许电解液中的离子自由通过。不同系列和不同品种的电池以及不同的使用环境,对电池隔膜材料各有特殊的性能要求,如有的要求有良好的透气性,有的要求有阻止胶体氧化银迁移的能力等。

  从1800年意大利科学家伏打(Volta)发明伏打电池至今,电池已有200多年发展史。进入20世纪后,新系列化学电源不断开发成功,性能也不断提高,因而对配套的隔膜材料品种和性能提出了新的要求。隔膜已从传统的造纸产品纸板电池隔膜(又称浆层纸)发展到采用木浆与一种或多种化纤、无机纤维混抄,或纯化纤、纯矿物纤维、纯无机纤维等制造的为各种电池配套的湿法非织造电池隔膜产品。

  5湿法非织造过滤材料使用的纤维原料用于制造湿法非织造过滤材料的纤维原料品种十分广泛。除传统造纸用的木浆外,有棉短绒、玻璃棉、玻璃纤维、陶瓷纤维、活性碳纤维、粘胶纤维、维纶、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、ES纤维、水化纤维素、聚酰胺纤维以及钛酸钾、氮化硼、氧化锆等。除木浆、棉短绒、玻璃棉等外,经纺丝、切短工艺生产的纤维长度为4~6mm,个别情况也有米用1~2mm或8~10mm.化纤的线密度通常为0.6~3.3dtex.必须根据不同过滤材料的使用环境、性能要求和市场可接受的价格来选择合适的纤维品种。但是,目前要选择适合制造湿法非织造过滤材料的国产化纤原料并不易,因为国内的化纤产品几乎都是为纺织提供原料,成为阻碍国产湿法非织造技术与产品迅速发展的一大原产业用纺织品综述因。主要表现在:达不到湿法工艺要求纤维应尽量不卷曲的要求;只有少数纤维生产厂家个别品种能满足湿法非织造过滤材料对长度、线密度的要求,因为绝大多数化纤无法用造纸打浆设备予以切短;国产纤维中湿法工艺设备难以去除的并丝、僵丝等往往很多;具有特殊要求的纤维如性亲水的聚丙烯纤维等必须由过滤材料生产厂自行改性处理。

  6湿法非织造过滤材料生产工艺与设备湿法非织造产品选用的纤维原料大多可直接使用,各种纤维原料(包括掺用的木浆)的处理以分散为主,浆料的制备设备可以选用传统造纸工艺的打浆设备,通常用水力碎浆机和半浆机即可。

  由于所采用的纤维品种与长度的特殊性,湿法非织造布在上浆浓度上与传统造纸有较大差别,一般仅0.01 ~0.08,而传统造纸约0.3或更高,因此湿法非织造的关键工艺设备是成形器。除棉短绒、玻璃棉等少数品种可使用常规的造纸成形器外,为达到较高的品质,应采用特殊的成形设备。目前国内湿法非织造布研究和大多使用20世纪50年代和60年代首创的具有浙江特色的侧流式网槽(圆网)和侧浪式成形器(长网)。同期,国际先进国家研制的压力式圆网和斜网成形器(长网)定型并得到实际应用,典型的有Rotoformer,Deltaformer和Hydrofoimer.主要的设备制造商有德国的Voith公司、美国的SandyHill公司和日本的大昌铁工所等。由于圆网的滤水长度受到限制等原因,在湿法非织造生产上应用较少。浙江省普瑞科技有限公司(浙江省造纸研究所)已引进德国Voith公司的Hydro-former,用于研究和生产湿法非织造技术与产品。

  斜网成形的产品透气性高,斜网成形器已推广应用于生产为烟草行业配套的高透气滤嘴棒纸。德国Voith公司的Hydroformer已开发出可以两层或三层上浆的水力式流浆箱,用于生产多层汽车滤纸等特殊湿法非织造材料。

  湿法非织造工艺在湿纤维网的加固、干燥、增强、卷取设备上可以采用传统的造纸工艺设备(有的需作必要的适应性改造)或其他非织造工艺的设备。

  7结语国内湿法非织造工艺及其过滤材料的开发已基本搭建起技术平台和条件平台。随着纤维纺丝与切短技术的进步,能提供更多适合湿法非织造工艺的纤维原料,将使湿法非织造过滤材料在更多的高新领域发挥更大的作用,尤其是活性碳纤维、抗菌纤维等新颖纤维性能提高,规格和型号增多,必将为湿法非织造过滤材料提供广阔的发展天地。

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