复合驻极体聚丙烯熔喷非织造布的研究.pdf

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1、第2 6 卷第5 期 2 0 0 5 年1 0 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N o 5 0 c t 2 0 0 5 复合驻极体聚丙烯熔喷非织造布的研究 程博闻，康卫民，焦晓宁 ( 天津工业大学，天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要研制了一种含有特种电气石微粒复合驻极体熔喷非织造布，并对其纤网结构、力学性能、透气性、表面电 荷密度、过滤性能和抗菌性能等进行了测试。结果表明，加入特种电气石之后，纤网的力学性能有所下降；复合驻 极体非织造布的驻极效果大大改善，其表面电荷密度、过滤性能及抗菌性均有明显提高。 关

2、键词复合；驻极体；非织造布；过滤 中图分类号：鸭1 7 6 5文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 5 ) 0 5 O 0 0 8 0 4 S t u d i e so nm e l t - b l o w np o l y p r o p y l e n ec o m p o s i t ef a b r i cc o n t a i l l i n ge l e c t r e t C H E N GB o w e n ，K A N GW e i - r I l i n ，J I A OX i a o n i n g ( 彬nP o Z 膨 廊眦m 砂，研

3、n3 0 0 1 6 0 ，仍i M ) A b s t 瑚c tAm e l 卜b l o w nn o n w o v e nf a b r i cc o n t a j n i n gt o u 肋a l i n em i c m p o w d e re l e c t r e tw a sd e v e l o p e d ，a n di t sp m p e n i e ss u c ha s w e bs t r u c t u r e ，m e c h a n i c a lp m p e n i e s ，a i rp e 珊e a b i l i t y ，s u 血c e

4、c h a r g ed e n s i t y ，f i l t e re m c i e n c ya n da n t i b a c t e r i a lp r o p e r t yw e r e t e s t e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fn o n w o v e n sw i t l lt o 咖a l i n e sd e c l i n et os o m ee x t e n t ，w h e r e a si t se l e c t

5、 I t e f f e c t ，t l l es u 血c ec h a 唱ed e n s i t y ，f i l t e re m c i e n c ya n da n t i b a c t e r i a lp m p e r t yh a v ei m p m v e ds i 印m c a n t l y K e yw o r d sc o m p o s i t e ；e l e c t r e t ；n o n w o v e n s ；6 l t e re 伪c i e n c y 驻极体是指具有长期储存电荷功能的电介质材 料，具有在无外电场的条件下能自身产生静电作用

6、 力的特性，被广泛应用于高效低阻空气过滤材料领 域刮。相关文献表明，驻极体过滤材料过滤效率 要远远高于常规过滤材料H 5 1 。众所周知，常用的纤 维过滤材料，其捕尘机理主要依靠直接拦截、布朗扩 散、惯性碰撞和重力沉积等机械阻挡作用，过滤材料 和粒子之间静电吸附作用甚弱，对粒径小于1 扯m 的 粒子过滤效果很差。如果在空气过滤过程中增强静 电吸附，除原有的机械阻挡作用外，依靠库仑力直接 吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微 粒产生极性再将其捕获，过滤效率无疑将大大增强， 且过滤阻力也有所下降。 驻极体材料带电量的多少和电荷衰减快慢在很 大程度上影响产品的性能和使用寿命，将无机或有 机添

7、加剂加入驻极体过滤材料中能改善驻极体的带 电能力，提高驻极体过滤材料的过滤性能1 。本文 采用特种电气石微粒作为添加剂，加入聚丙烯熔喷 非织造布中，并对该非织造布电晕充电，制得了一种 新型的复合驻极体熔喷非织造布，并对其各项性能 进行了测试。 l 实验部分 1 1 原料 熔喷级聚丙烯切片：熔点为1 6 5 左右，燕山石 化；特种电气石微粒：粒径4 0 0 8 0 0n m ，北京钢铁研 究院；偶联剂：钛酸酯T M 3 8 s ，江苏省天杨化工厂； 分散剂：低分子聚乙烯蜡，天津市化学试剂一厂；稀 释剂：石油醚，分析纯，天津市化学试剂一厂；抗氧 剂： B ( 3 ，5 一二叔丁基4 一羟基苯基)

8、丙酸 季戊四 醇酯，天津市化学试剂一厂。 1 2 特种电气石母粒制备 先把特种电气石微粒放入高速混合器中，加入 低密度蜡、少量的抗氧剂以及偶联剂，充分搅拌后取 出，在1 0 5 烘箱恒温烘干2h 。然后将表面处理好的 特种电气石微粒与聚丙烯切片以l ：4 比例加入双螺 杆配混挤出机熔融挤出，经水浴冷却，切割成粒。 1 3 聚丙烯熔喷非织造布制备 分别将母粒以0 、1 5 、3 0 和4 0 质量分数 ( 对应特种电气石微粒质量分数分别为O 、3 、 基金项目：中国石化集团资助项目( 2 0 2 0 2 6 ) 作者简介：程博闻( 1 9 6 3 一) ，男，教授，博士。主要研究领域包括功能高分

9、子、非织造布等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第5 期 纺织学报【9 】 6 和8 ) 与聚丙烯切片均匀混合，用美国产熔喷 非织造布成型设备制成熔喷非织造布，再经过电晕 充电装置对纤网进行驻极( 驻极电压为一2 5k V ) ，制 得聚丙烯驻极熔喷非织造布( 面密度为3 0g m 2 ) 。 1 4 性能测试 1 4 1形态结构采用F E I 公司生产的Q u a n t a2 0 0 型扫描电子显微镜观察。 1 4 2力学性

10、能采用山东莱州市电子仪器有限 公司制造的Y G 0 6 5 系列电子织物强力机测试。 1 4 3 透气性采用宁波纺织仪器厂的Y G 4 6 1 型 织物中压透气量仪测试。 1 4 4 表面电荷带电量采用北京市劳动保护科 学研究所E S T l l l 型数字电荷仪测试。 1 4 5 过滤性采用美国产r I s I 8 1 3 0 型检测仪，气 流流量1 6L m i n ，N a C l 粒子粒径0 2 7 ”m 以下。 1 4 6 抗菌性采用抑菌圈法测试非织造布对大 肠杆菌抗菌性能。将试样剪成直径为1 0m m 的圆 片，紧紧平贴在已接种实验菌种的培养基表面上，经 3 7 培养2 4h ，培

11、养基表面上长出密密麻麻的菌 落，而试样周围有一个不长菌落的“晕圈”。测量晕 圈环的宽度，用m m 表示，通过十字交叉法测量抑菌 圈直径，比较抑菌圈直径的大小， 抑菌圈直径= 总直径一孔直径。 2 结果与讨论 2 1 非织造布表面形态结构 图1 是非织造布表面形态图。由图1 看出，熔 喷非织造布的纤网呈三维网状结构，纤维之间相互 纠缠，纤网中孔空隙较多，透气、透湿性好，适合做 过滤材料。不含特种电气石微粒熔喷非织造布中纤 维细并且密实，加入特种电气石之后纤维变粗且排 列比较松散。即在相同的熔喷工艺条件下，特种电 气石微粒的加入，对纤网结构有一定的影响。从纤 维的机械阻挡过滤机理角度来看，纤维越细

12、，纤网结 构越密，纤网的过滤效率应该越高。尽管如此，从后 面过滤效率可知，加入特种电气石之后，熔喷非织造 布的过滤效率均有所提高，这说明添加特种电气石 微粒能有效改善聚丙烯驻极体熔喷非织造布的驻极 效果。 2 2 对非织造布力学性能的影响 图2 、3 分别为断裂强度和断裂伸长率与特种电 气石质量分数的变化曲线。由图2 ，3 看出，样品的 断裂强度和断裂伸长率随着纤维中特种电气石质量 分数的增加而下降，由于特种电气石的加入，相当于 在纤维内部形成“疵点”，在外部作用力的拉伸下，纤 ( a ) 不含特种电气石微粒( b ) 含特种电气石微粒 图1 非织造布表面形态 维易在疵点处形成应力集中而断裂，

13、纤维容易断裂 并产生毛丝，使纤维的物理机械性能下降。 f 一 暑 皇 2 ￥ 蜊 程 磔 罄 图2 断裂强度与特种电气石质量分数变化曲线 摹 褥 出 量 磔 蓝 图3 断裂伸长率与特种电气石质量分数变化曲线 2 3 对熔喷非织造布透气性的影响 表1 列出了不同熔喷非织造布样的透气量。从 表l 数据可知，随着特种电气石含量的增加，面密度 相同的熔喷非织造布透气性越大，其主要原因是特 种电气石的加入改变了聚丙烯熔体的流变性能，从 表1 熔喷非织造布样品透气量 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to r

14、emove the watermark 【1 0 】纺织学报2 0 0 5 年第5 期 而对纤网结构有所影响。从图1 看出，加入特种电 气石后纤网结构变得疏松，空隙较多。另外电晕充 电使纤网带上相同的电荷也可能使纤维之间相互排 斥，空隙变大。 2 4 对熔喷非织造布表面电荷密度的影响 尽管添加特种电气石对非织造布表面电荷密度 影响机理还尚未完全探明，但电气石是永久自发电 极性最强的矿物驻极体材料，极化矢量不会受到外 部电场的影响，还具有压电和热电性。图4 为非织 造布表面电荷密度在室温下的衰减曲线图。从图4 可知，加入特种电气石微粒之后非织造布表面电荷 密度都有较大的提高，特别是含6 特种电气

15、石微 粒时( 44 ) ，熔喷非织造布的起始表面电荷密度最 大。其原因除了特种电气石本身有偶极电荷外，还 可能是因为极性特种电气石容易吸附电晕充电时产 生的自由电荷以及使聚丙烯大分子极化更容易进 行。驻极体电荷衰减有2 条途径，一是空气中的离 子被驻极体电荷吸至驻极体，与驻极体的电荷中和； 二是驻极体内的传导电流的载流子与驻极体电荷的 中和。从图4 看到，3 。的表面电荷密度衰减要比4 + 和5 。缓慢些，这说明加入特种电气石微粒太多，可 能不利于驻极体熔喷非织造布电荷的贮存。 f 暑 譬 ￥ 魁 龆 柱 御 暄 摧 时同h 图4 非织造布表面电荷密度在室温下衰减曲线图 2 5 对熔喷非织造布

16、过滤性能的影响 表2 列出了单、双层非织造布的过滤效率。由 表2 中1 和2 。样品过滤效率比较可以看出，材料 经过电晕充电驻极处理后，样品过滤效率有了很大 的提高。这是因为这些驻极材料由于驻极而产生的 静电效应，大大提高了材料的静电吸附能力，粒子在 经过驻极体纤维附近时，就会被强烈地吸附；加入特 种电气石微粒后，驻极体熔喷非织造布的过滤性能 又进一步的提高，而且过滤阻力也有所下降；非织造 布样品随着特种电气石的质量分数的增加，其过滤 效率先增加后减小( 6 效果最佳) ，这可能是因为加 入特种电气石含量太高，在纤维中分散不均，对纤网 结构和电荷贮存影响较大的缘故。 表2 单、双层非织造布过滤

17、效率对比( N a c l 粒径0 2 6 扯m ) 2 6 对熔喷非织造布抗茵性的分析 资料表明，抑菌圈越大，说明抗菌性越好“ o 。实 验中培养菌液的直径为1 0m m ，当抑菌圈的直径大 于1 0m m 时，证明织物有抗菌性。由图5 可看出，复 合驻极体非织造布对大肠杆菌有好的抗菌，其抗菌 性随着特种电气石质量含量的增加呈先上升后减小 的趋势。其中电气石质量分数为6 的非织布抗菌 性最好，这也可能是因为加入特种电气石的质量含 量太高，分散不均匀，对纤网结构和电荷贮存影响较 大，驻极效果下降的缘故。 2 43 44 。5 。 样品编号 不同样品的抑菌圈直径 复合驻极体熔喷非织造布抗菌机理主

18、要是：驻 极体产生的强静电场和微电子流刺激细菌，使其蛋 白质和核酸变异损伤，破坏细菌的表面结构，导致细 菌死亡；特种电气石本身释放了离子阻断了某些细 菌微生物的代谢过程，这包括呼吸系统、酶的活性、 来自细胞壁的物质传递，从而抑制了细菌细胞的生 长，起到了抗菌的作用。 3结 论 1 ) 在相同的熔喷工艺下，特种电气石对熔喷非 织造布纤维和纤网结构有明显影响，纤维直径变粗， 纤网孔隙增加，熔喷非织造布的力学性能稍有下降。 2 ) 电晕充电能大大提高聚丙烯熔喷非织造布的 过滤性能，加入特种电气石微粒有效地改善驻极体 聚丙烯熔喷非织造布的过滤性能，而且过滤阻力也 ( 下转第1 3 页) 3 2 1 0

19、 g聪硼凰粗幂 5 图 # 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第5 期纺织学报【1 3 】 提取的概念，其利用的是织物图案所在的颜色特征 域。通过图3 实验的放大细节对比发现，基于颜色 分量运算度及其位压缩算法尽量避免了将噪声转换 成多余色块与线条的现象，能有效地减少纹理和噪 声引起的错误分割，使织物的图案提取识别更清晰， 取得了接近完美的织物图案提取效果。 ( I ) 4 9 6 6 4 0 像素的( b ) 灰度转换+ 5 5

20、中值滤波+( c ) 本文结果o l G + B 转换+ 5 5 中值滤波+ 2 4 位真彩图像 最优阀值二值化的结果 1 0 0 0 0 0 0 0 与运算) 图3 对舍噪声模糊织物图像的图秉提取买验对比结果 实验虽然取得了较完美的织物图案提取效果，人机交互量，提高识别效率。 极大地减少了人机辅助交互量，但其是建立在对象 参考文献： 颜色特征空间各种R G B 分量运算对目标增强效果 1 A l b e nF ，G O I I l i 。JM ，v a l 。，M ，。ta 1 M 。t h o d o l o 盯f o rg m p h i 。d e s i 印 的充分调研基础上的。目前，

21、在工程实用中，用光标。p p l i 。d t 。t e x l 。衄dt i l 。p 砒t 。d 。i 印 A I E A ，A I E2 0 0 4 c ， 交互指定区域来引导学习进行目标颜色特征的提取 c ”a d a ：B i b T e x ，2 0 0 4 8 7 6 8 8 5 尚不可避免。今后，将逐步引入对目标颜色特征空 2 V 山。M A 1 6 ：9 ：抽i ? 1 鼍毗8 1 。T e x i l 。蛐d “1 ep a t t 。山8 i g I I 间的机器学习机制，以减少按颜色特征类别进行调 A c 。n p u 。，。G 二h i 。j 。m i o n a l

22、2 0 0 3f c 之k ，。：i i 孟： 研的时间。2003112119 3 V a l i e n t eJM ，A l b e r tF ，G O I l l i sJM F e a t u I ee x t m c t i o n 蛐d 4结 论 c l a s s i 6 c 撕o no ft e x t i l e i m a g e 8 ：t o w a r d sad e s i g I li 幽m a t i o ns y s t e mf o r t h e t e x t i l e i n d u 髓r y A P R l s2 0 0 2 c 却越n ：B i b

23、 l h ，2 0 0 2 7 7 一 基于颜色分量运算及颜色位屏蔽压缩的图像处 9 4 理技术首先被应用到了纹理状织物图案的提取研究 4 周平汪亚明，赵匀织物图案提取中的断线连接及其矢量化 中，并已开始在摄像机主动视觉多目标识别锁定研 5 ：篙嚣j 誓：竺藉嚣适应颜色压缩的织物图案 究中取得应用。研究表明，颜色分量运算可以增强 提取方法 J 计算机工程与应用2 0 0 4 ，4 0 ( 1 6 ) ：2 1 7 2 2 0 织物图案的显示特性，而颜色位的屏蔽运算可以在 6 c o l l i n sRT ，u uY m x i o n l i n es e l e c t i o no fd

24、 i s c r i I I l i n a t i v et r a c k i n g 保证处理实时性的同时减弱图像中的噪声污染成 裟兰：2 j 嚣= ：手意曼1 芸：意：艺：塞竺瓮 分，减小原图像上因噪声干扰引起的纹理分割误差。I E E Ec 。m m i t 。，s 。i 。t v 2 0 0 3 3 4 6 3 5 2 本文研究结果在获取织物图案设计与仿制中可减少 ( 上接第1 0 页) 有所下降，纤网表面电荷密度增加明显，纤网电荷贮 存能力也有所增强，其中加入6 的驻极体综合效 果最佳。 3 ) 复合驻极体聚丙烯非织造布有较好的抗菌 性，尤其是添加了质量分数为6 的特种电气石微

25、粒，抗菌性能有了显著的提高。 参考文献： 1 K a n k ac ，E m iH ，0 t 帆iY ，e ta 1 E H to fc h a 西n gs t a t eo fp a r t i c l e s 0 ne l e c t r e t f i l t r a t i o n J A e r o s o lS c i e n c e dT e c h n o l o g y ，1 9 8 7 ，( 7 ) ： l 一1 3 2 B 蛐m g 耐n e rH ，k K e rF P 叭i c l ec o l l e c t i o ni ne l e c t r e t 仙e r

26、 sf i l t e r $ ：a b 鹪i c t h e o r e t i c a la n de x p e 矗m e n t a ls t u d y J F i h r a t i o na n d S e p a m t i o n ，1 9 8 7 ，( 2 3 ) ：3 4 6 3 5 1 3 J iJH ，B a ecN ，K 趴gsH ，e ta 1 E f f t “p a r t i c l el o a d i n go nt h e c o l l e c t i o np e d b m 蛐c eo f 龃e l e c t I tc a b i na i r

27、6 l t e rf 打s u b m i c m n a e r o s o l s J A e r o s o ls c i e n c e ，2 0 0 3 ，( 3 4 ) ：1 4 9 3 1 5 0 4 4 K a n a o k ac ，H i r a 舀s ，T a n t h a p a I l i c h a k o o nw s t o c h a s t i cs i 舢I a t i o n0 f t h ea 髂1 0 m e r a t i v ed e p o s i t i 叽p r o c e s so fa e r o s o lp a r t i c l

28、 e so na ne l e c t r e t 6 b e r J P o w d e r1 k h n o l o g y ，2 0 0 l ，( 1 1 8 ) ：9 7 一1 0 6 5 【e eM ，0 t a l l iY ，N 蛐i I 【iN ，e ta 1 P r e d i c t i o no fc o l l e c t i o ne 佑c i e n c y0 f h i g h p e r f 咖a n c ee l e c t r e tf i l t e r s J J o u m a l0 fc h e m i c a lE n 舀n e e r i n g

29、 o fJ a D ，2 0 0 2 ，3 3 ( 1 ) ：5 7 6 2 6 N i f u k uM ，z h o uY ，K i s e lAK ，e ta 1 c h a r g i n gc h 硼c t e r i s t i c sf 矗 d e c t r e tf i l t e rI m t e r i a l s J J o u m a lo fE l e c t m 8 t a t i c s ，2 0 0 1 ，( 5 1 5 2 ) ： 2 0 0 2 0 5 7 朱艳静，马振瀛，曹惠椿，等抗菌纤维的研究 J 纺织科学研 究，2 加l ，1 2 ( 4 ) ：9 1 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark