影响玻璃纤维过滤纸性能因素的探讨

姜宏谅

（天津环球磁卡集团公司，天津，300201）

影响玻璃纤维过滤纸性能因素的探讨

姜宏谅

（天津环球磁卡集团公司，天津，300201）

采用超细玻璃纤维生产空气过滤纸。根据玻璃纤维的特性确定打浆工艺，同时筛选化学助剂进行滤纸补强，从而满足生产多种空气过滤纸的需要。

超细玻璃纤维 打浆 纸张补强 空气过滤纸

玻璃纤维是一种性能优异的化学纤维，生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为3μm～80μm的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维,通称短纤维。将玻璃纤维长丝经二次熔化后用高温高速的火焰喷吹，在牵伸及分散力的作用下得到直径0.1μm～3μm不等的微细纤维。借离心力或高速气流制成的细、短、絮状纤维，称为超细玻璃纤维。

影响超细玻璃纤维质量的关键因素为玻璃的熔制、拉丝工艺及火焰的温度和速度。

1 超细玻璃纤维的特性

1.1 超细玻璃纤维的优点是比其他纤维耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，隔音性好、抗拉强度高，电绝缘性好。但缺点是性脆，耐磨性较差。

1.2 超细玻璃纤维的主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维（氧化钠0%～2%，属铝硼硅酸盐玻璃）、中碱玻璃纤维（氧化钠8%～12%,属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃）和高碱玻璃纤维（氧化钠13%以上，属钠钙硅酸盐玻璃）。

无碱超细玻璃纤维的化学成分表

1.3 超细玻璃纤维表面光滑，呈圆柱形；纤维柔软，形态稳定。超细玻璃纤维随其直径变小其强度增高。纤维的直径一般为0.2μm～10μm。一般分布在1μm～6μm之间。平均直径为3μm。

2 玻璃纤维的造纸工艺

2.1 打浆工艺

空气过滤纸的过滤效率从95%到99.9999%都属于深层过滤的范畴，对于深层过滤而言，滤料对空气尘埃粒子产生直接拦截、惯性碰撞以及扩散等三个作用，尘埃粒子的大小、浓度和过滤速度等在一定条件下，其过滤效率主要取决于纤维直径大小和成纸的阻力及穿透率（过滤效率）呈线性关系。纤维直径越小成纸阻力越高，透过率就越小；纤维直径越大成纸阻力越低，透过率就越大。因此，滤纸的参数确定后就要选择适宜的纤维细度即直径大小，因玻璃纤维微细或超细，故只能在电镜下才能测出直径的大小，纤维直径的大小在生产中可用打浆度来表示，打浆度高则表示细纤维分布得多，打浆度低说明纤维直径大的分布得多。

2.1.1 打浆方式 玻璃纤维的打浆工艺一般为疏解，无机纤维表面活性差，纤维之间结合力低，它不象植物纤维存在着润胀和分丝帚化，疏解时适需当加入化学药品，使纤维表面改性，使其纤维之间及纤维与化学品之间的结合强度增大，纤维的表面产生黏状氧化硅膜，当干燥时这种凝胶能使玻璃纤维互相粘合增加成纸强度。

2.1.2 打浆度的控制 在一定的打浆度下，采取不同度数的玻璃纤维配成的滤纸，其性能不同，最好选用较细的玻璃纤维与较粗的玻璃纤维配比，以粗纤维为骨架，降低阻力，以细纤维作为过滤纤维。这主要取决于滤纸的性能。延长打浆时间。提高滤纸的均匀度。

2.1.3 打浆度对滤纸的影响 打浆度和纤维直径成反比，纤维直径越小，打浆度越高。纤维直径越大，打浆度越低。玻璃纤维滤纸的过滤性能和粗细纤维配比相关，混合叩解度小，滤纸的效率低，阻力小。混合叩解度越大，滤纸的效率高，阻力也同时增大。

通过试验得出：打浆度与成纸的过滤效率（穿透率）及成纸阻力之间的关系用图来表示。

2.2 滤纸的补强

一般滤纸的强度与纤维的化学成分（NaO、Al2O3、CaO等）、抄造时的pH值、定量、厚度等工艺条件及成型方式 （纤维排列及交织情况）等因素有关。然而，通过改善以上诸条件都不能满足空气过滤纸的物理特性时，就必须靠施加化学助剂来提高滤纸的挺度、抗张强度。

助剂的筛选：

（1）结膜的丙烯酸酯类——结膜的丙烯酸酯类树脂属于热塑型树脂，热塑性树脂特点是富有弹性，结膜柔软，易弯曲性和耐冲击等。其化学结构属于线性结构。

（2）水溶性的热固树脂——水溶性的热固树脂结膜后表现为具有一定的刚性、坚硬性，黏结强度高但缺点是易裂、性脆。其化学结构多为网状交联立体结构，耐水性好，并有一定的抗溶剂性。

（3）复合型的酪朊改性树脂——复合型的酪朊改性树脂也是改性丙烯酸树脂，主要成分是酪朊与丙烯酸丁酯的共聚物，构成半网状的链状共聚物，它综合了以上两种树脂的优点，改变了天然酪朊易脆、弹性差及发霉等缺点，从而保持了其透气性，结膜挺硬、不易裂、富有弹性，强度高于一般树脂的特点。

因此空气过滤纸的补强一般选用复合型的酪朊与丙烯酸丁酯的共聚物。同时得出黏合剂的施加量与成纸性能有关，施胶量越大，透过率下降越显著，滤纸阻力增加。挺度、强度明显提高。

3 用玻璃纤维生产空气过滤纸

超细玻璃纤维纸以极高的过滤效率、很好的化学稳定性和较低的阻力而成为中高效尤其是超高效空气过滤器的首选材料。

根据滤器过滤精度的需要，一般初效过滤器用过滤纸可用有碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维混抄制成，而中高效及高效过滤纸都会用无碱玻璃纤维进行抄造。

油雾效率在96%～99.999%的过滤纸。捕集粒径在 0.1μm～0.3μm、效率达 99.9%～99.9995%以上的，一般用于超高效过滤系统。对捕集粒径在2μm以上的，效率达99.9%以上一般用于亚、高效过滤器。捕集粒径30μm以上，效率在60%～90%之间的过滤纸用于初效过滤器。

依据对过滤性能的实际要求，采取不同原料配比和相应的打浆、生产工艺，可以生产适应不同需求的过滤材料。

3.1 K-195 K-295 K-395 K-495 K-595等高效空气滤纸

高效空气滤纸是制造高效过滤器的基础材料，它能有效地去除空气中的尘埃微粒，滤掉毒烟、毒雾、细菌放射性气体等。以其效率高、阻力低、容尘量大、强度高等特点根据市场需要装配不同的高效过滤器。

3.2 无波纹（隔）板高效空气滤纸

WG-49、WG-59为“无波纹板高效空气过滤器”配套用纸，具有较高的过滤效率，较低的气流阻力，足够的挺度、强度和耐折度等物理特性，滤器用它装配可以去掉波纹板，靠滤纸本身形成气流通道，其优点是滤器的体积减少，节省原材料。

3.3 Sh-69抗水过滤纸

Sh-69抗水过滤纸用于舰艇空气、核废气排放和工业污染水生化处理过滤器中的高效过滤材料，以净化空气中的毒烟、毒物、放射性灰尘和细菌微粒。

3.4 压缩机空气过滤纸

压缩机空气过滤纸是分离去除、压缩空气中的油雾的特殊材料，除油效率高，压降损失小，具有较强的抗张强度等特性。

3.5 洁净隧道用无隔板过滤纸

0.1 μm、0.3μm100级超高效空气过滤纸组装成的过滤器用于我国重点工程，超大规模集成电路、原子能发电生物医学对放射性粉尘及捕集对人有害的微粒子等。

3.6 TG-20 TG-30滤油纸

采用合成纤维无纺布与玻璃纤维复合工艺，提高玻璃纤维过滤材料的抗张强度，制成用于各种油品及液体净化的过滤材料。由于滤材抗张强度大也可用于反吹回用型空气滤材。耐油、无孔洞、无污点。在保证过滤精度的前提下具有相对低的阻力。该滤纸还可用于生产与军工配套的各种高精端空气过滤纸，主要特性耐腐蚀、过滤效率高、阻力低、高强度、抗水、防霉、防烟雾等。

[1]赵昱等，玻纤空气滤纸的产品特点及应用，玻摘纤维，2004，（5）40

[2]张桂萍，空气过滤纸及其研究方向《天津造纸》1994，（2）4

2011－7－12

制浆与造纸