PTFE纤维混纺滤料的开发及性能分析

摘 要：PTFE纤维具有优异的化学稳定性和耐受高、低温的物理性能，以及低表面摩擦系数，通过针刺加工可以得到性能优异的高温空气滤料。但是纤维本身的静电现象及高密度又成为制约其加工及推广使用的主要难题。本文通过对PTFE纤维与PPS纤维、P84纤维的不同比例混合，以及生产加工，对比分析了混合后的各项指标。通过分析找出经济合理同时又易于加工生产的配比方案和生产工艺。本文通过对比P84、PPS混纺PTFE纤维在不同混比的情况下性能的差异。

关键词：PTFE纤维；P84纤维；PPS纤维；生产工艺；不同混比

0 前言

PTFE纤维是近年来在高温过滤材料中应用日益广泛的一种新型纤维，其耐高低温、耐酸碱性能远优于其他有机或无机化纤，并且随着国产化的进程，纤维的经济优势也成为推广使用的一个优势。但是PTFE的短板也很明显，主要表现在静电吸附、高体密度、纤维纤度梯度分布的差异化，为克服以上缺点，通过将PTFE纤维与P84、PPS纤维混纺加固得到性能优异的高温滤料，通过进一步后处理如PTFE涂层，在保证产品物理、化学性能不降低的同时，降低加工难度，得到品质稳定的混合过滤材料，发挥1+1>2的效果。下面我们从100%PTFE纤维加工以及混纺PPS、混纺P84纤维等几方面来分析。

1 100%PTFE纤维加工的难点

1.1 普通生产设备难以适应PTFE的转移及喂棉

PTFE纤维化学名称聚四氟乙烯纤维，纤维的特性与其纤维的化学结构特性相关。纤维中F原子对称，C-F中两种原子共价结合，分子中没有游离的电子，整个分子呈中性，所以它的结晶度很高PTFE聚合物一般结晶度为90-95%；纤维的制取通常采用膜裂法获得，所以纤维的截面为扁平状，纤度为区间分布；PTFE的比重为2.3克/立方分米[1]，较其它纤维的比重高；由于以上化学特性决定了PTFE纤维本身性能柔软、密度高、易抱合。通过对为开松的PTFE原纤分析就可以看出，我们以国产PTFE纤维为例，原纤维经过斜钉帘及打手反复预开松后测试纤维体密度如表1。

由表1数据可以看出，PTFE纤维在进入梳理机前的体密度通常在80kg/m3左右，这个密度是普通涤纶的7-10倍，这一数据意味着如果使用常规的设备加工PTFE，对于2.5m幅宽的梳理机如果采用气流成网，其梳理机前的电子称重系统上会有15-30kg左右的纤维在网帘上，这个重量范围会大大超出电子称重系统的范围，造成设备无法运转。同样，因为纤维的高体密度，使得通过传统的气流输送纤维也极为困难，容易造成设备打手缠绕、断齿，以及设备的故障停机。所以普通纤维可以适用的生产设备不能用来直接加工100%PTFE纤维，为保证正常生产需要调整纤维，使用PTFE与PPS或P84纤维生产。

1.2 P84及PPS纤维的特性

P84纤维，化学名聚酰亚胺纤维，是由酐（BTDA）与不含卤素的芳族聚合物二异氰酸酯在高极性溶剂（二甲基酰胺DMF或二甲基乙酰胺DMAC）中缩聚而成。理论密度1.41g/cm3，玻璃化温度315℃，可在250℃以下使用，限氧指数可达38%[2]。P84纤维的另一个特点为，纤维不规则的截面形状，同样2.2dtex的P84纤维较圆形截面的PPS纤维表面积大65%，增加的表面积有利于提高产品的过滤性能。

PPS纤维（商品名Ryton， Torcon或Procon），分子主链由苯环和硫原子交替排列，理论密度1.44g/cm3，熔點250-315℃，分解温度在480℃，可长期耐温190℃，瞬时耐温240℃，极限氧指数可达34%-45%，是一种耐高温、耐酸碱、抗水解性能极好的滤料[3]。具备了作为高性能纤维的各种特点；可抵抗多种酸、碱和氧化剂的化学腐蚀；具有较好的耐水解能力，特别适合在高湿的烟气中使用；典型用途是用于城市垃圾焚烧炉、公用工程锅炉、燃煤锅炉、医院焚烧炉、热电联产锅炉上的脉冲袋式过滤器中，也可用PPS纤维取代其他不耐高温或化学品及不耐潮湿的合成纤维滤料[4]。但是PPS耐氧化性稍差，当烟气含氧量超过15%时，就不能使用该种滤料。

选用以上纤维与PTFE混纺主要因为，PPS、P84纤维在化学特性上接近于PTFE纤维，在不降低产品的最终产品化学性能优势的前提下实现1+1>2的生产设计。

以上两种纤维与PTFE纤维复合混纺的优势在于：

①有效降低PTFE梳理过程中的静电现象，利于纤维梳理，减少和降低PTFE梳理过程的“毛粒”现象。

②纤维复合混纺可以有效降低纤维的体密度，实现气流输送，并保证供棉的连续避免断网，同时不需要对现有设备做过大的调整。

③PPS、P84混纺PTFE增强纤维的针刺抱合效果，利于提高成品的强力。

④PPS的热塑性可以实现高稳定型，提高滤料的过滤效率；P84纤维特有的不规则截面结构，与PTEF纤维互补，同样有利于提高产品过滤精度。

2 PTFE与P84的混合针刺加工

2.1 P84纤维的不同比例混纺

实验选用2.2DX60mmP84与国产5DX70mmPTFE纤维，分别使用15%、20%，25%、40%的比例进行实验。

实验步骤一：针刺生产阶段。生产工艺，开清混棉使用人工混比喂入（人工混棉效果优于开包机称重混棉，原因在于P84纤维蓬松容易受气流影响，在自动开包混棉时与PTFE会自动隔离），纤维通过称重按比例分别投放在开包机皮帘上，然后通过管道输送喂入棉箱及梳理机。生产梳理阶段工艺设置参照P84工艺设定，针刺工艺经过四道针刺，总针密控制在900-950刺/平方厘米。

实验步骤二：定型及后处理，针刺完成后的产品需经过，轧光及PTFE乳液浸渍处理以保证表面效果。轧光采用三辊轧光机处理，轧光温度240℃，轧光后厚度控制在1.1-1.2mm；轧光处理后过拉幅烘箱做PTFE乳液浸渍处理，乳液增重在20-25g/㎡。

2.2 P84纤维混合PTFE后的测试数据对比

经过生产加工后，产品的数据指标对比如表2。

通过表2测试结果可以看出，P84纤维与PTFE混纺后较纯PTFE纤维比较，产品单位重量可以下降，厚度增加，透气效率有很好的提高，产品的强力也有所提高，而且随着P84纤维的比例增加，纬向强力提高明显，滤料的整体过滤性能均优于纯PTFE纤维产品。经过实际应用产品，在耐化学性能、耐温性能方面没有明显的下降，在经济效益方面考虑含有25%的P84纤维混纺产品更适用于市场推广。

3 PTFE纤维与PPS纤维的混合加固

3.1 PPS纤维的不同比例混纺

实验选用东丽产2.0DX65mmPPS与国产5DX70mm PTFE纤维，分别使用50%、75%、85%的比例进行实验。

实验步骤一：针刺生产阶段。生产工艺，开清混棉使用开包机自动称重混棉，通过混棉箱对纤维进一步混合。生产梳理阶段工艺设置参照PPS工艺设定，针刺工艺经过五道针刺，总针密控制在1100-1200刺/平方厘米。

实验步骤二：定型及后处理。针刺完成后的产品同样经过轧光及PTFE乳液浸渍处理以保证表面效果。轧光采用三辊轧光机处理，轧光温度230℃，轧光后厚度控制在1.3-1.4mm；轧光处理后过拉幅烘箱做PTFE乳液浸渍处理，乳液增重在20-25g/㎡。

3.2 PPS纤维混合PTFE后的测试数据对比

经过生产加工后，产品的数据指标对比如表3。

通过表3测试结果可以看出，PPS纤维与PTFE混纺后较纯PTFE纤维比较，普遍产品单位重量可以下降，厚度增加，透气效率得到提高，产品的强力也得到提高，而且随着PPS纤维的比例增加，经向纬向强力先提高后降低，滤料的整体过滤性能同样也是表现出先提高后下降。由此可以看出，75%PPS混纺25%PTFE产品的加工效果更優。

4 结语

PTFE纤维与其他纤维的混纺比100%PTFE材料在加工性能、产品实用角度都有明显的优势。但是对于不同品种的纤维混纺时要充分考虑不同纤维的性能确定最优的混合比例，P84纤维由于纤维的异形截面、纤维体密度低等特点最佳的混合比例在25%：75%；而对于PPS纤维由于纤维体密度大，纤维的热塑性特点，纤维比例不能过低，建议混合比例75%PPS混合25%PTFE纤维生产。

参考文献：

[1]张天，胡祖明，于俊荣.PTFE纤维制备技术的研究进展[J].合成纤维工业，2012.

[2]P84纤维和普抗纤维性能介绍及应用[J].玻璃纤维，2002.

[3]翁美玲，龙海如，张孝南.PPS/PTFE纤维复合水刺耐高温过滤材料的制备与性能研究[J].产业用纺织品，2012.

[4]李熙，靳双林.PPS纤维及其在袋式除尘领域的应用[J].产业用纺织品，2007.

作者简介：

邱长利（1978- ），男，汉族，山东青岛人，天津工业大学纺织工程学士，中级职称。从事阻燃材料和过滤材料、PTFE、石墨烯等材料技术与研发工作18年，曾在青岛纺织机械厂、美国安德鲁集团、美国莱德尔集团上海公司任职，现于上海缔荣纺织品有限公司任职。