第二章-非織造材料用纖維

第二章

非織造用原料主要內(nèi)容1.纖維選用的原則；2.纖維與非織造材料性能的關(guān)系；3.非織造用的纖維原料；4.非織造用的樹脂原料。1.纖維選用的原則滿足非織造材料使用性能的要求；滿足非織造材料加工工藝和設(shè)備對纖維的要求；性價比的平衡及其它環(huán)境資源方面的要求。非織造材料使用性能的要求例如：土工非織造材料；吸油非織造材料；高溫過濾非織造材料；醫(yī)用衛(wèi)生非織造材料；等非織造材料加工工藝和設(shè)備對纖維的要求在成網(wǎng)中，對纖維原料要求主要考慮有：纖維的長度、線密度、密度、卷曲度、摩擦系數(shù)等最重要的是纖維的長度：例如氣流成網(wǎng)纖維長度范圍在4-60mm；機械成網(wǎng)纖維長度范圍在10-150mm；濕法成網(wǎng)纖維長度范圍在5-20mm。性價比的平衡及其它環(huán)境資源方面的要求可回收、再利用性；可降解性、對環(huán)境的污染；能源的消耗。2.纖維與非織造材料性能的關(guān)系非織造材料的性能纖維原料的性能非織造材料的結(jié)構(gòu)纖維原料的性能纖維的表觀性能；纖維的機械性能；纖維的化學性能。纖維的表觀性能纖維長度及長度分布；纖維線密度；纖維卷曲度；纖維截面形狀；纖維表面摩擦系數(shù)。纖維的機械性能纖維的斷裂強度；纖維的初始模量；纖維的彈性恢復；纖維的斷裂伸長率；纖維的耐磨性。纖維的化學性能吸濕性；熱學性能；耐化學性；耐老化性。3.非織造用的纖維原料天然纖維；化學纖維；無機纖維。天然纖維天然纖維素纖維棉纖維；麻纖維；木漿纖維；竹纖維；天然蛋白質(zhì)纖維毛纖維；蠶絲；棉紡、毛紡的各種回花落纖化學纖維再生纖維黏膠纖維；Lyocell纖維；大豆蛋白改性纖維合成纖維特種纖維合成纖維用量最大、用途最廣。滌綸；丙綸；腈綸；錦綸；等聚酯（滌綸）PET

聚酯的化學結(jié)構(gòu)式聚酯的學名為聚對苯二甲酸乙二酯，英文：Polyethyleneterephthalate

商品名為滌綸。聚酯分子的立體構(gòu)型多元醇和多元酸縮聚而得的聚合物總稱滌綸的特性滌綸纖維的吸濕性能很差；滌綸纖維強度高，彈性回復性能良好；滌綸織物耐磨性能好；滌綸纖維的耐熱性質(zhì),玻璃化溫度在800C左右,滌綸纖維在常溫下有很好的使用性能；不耐強堿，容易水解，在高溫時尤甚，滌綸耐酸，不溶于有機酸，在低溫度下，對低濃度的無機酸很穩(wěn)定，對一般的有機溶劑比較穩(wěn)定。

聚丙烯（丙綸）PolypropylenePP聚丙烯的化學結(jié)構(gòu)式聚丙烯分子的立體構(gòu)型聚丙烯的熔點為164～170℃丙綸的特性是一種最耐潮的合成纖維；聚丙烯耐磨性好，彈性回復率高；聚丙烯能耐900C溫度；聚丙烯的化學性能是所有化纖中性能最好的一種；它具有良好的電絕緣性能；但聚丙烯纖維容易受光、熱等影響產(chǎn)生分解。特種纖維耐高溫纖維；高強高模量纖維；熱熔粘合纖維；卷曲中空纖維；復合纖維。耐高溫纖維聚苯硫醚纖維；P84纖維；聚四氟乙烯纖維；間位型芳香族聚酰胺纖維；聚苯并咪唑纖維；聚醚醚酮纖維；等聚苯硫醚（PPS）聚苯硫醚，全稱聚亞苯基硫醚，又稱聚對苯硫醚纖維、聚苯撐硫醚纖維英文名稱Polyphenylenesulfide，簡稱PPS。PPS的分子結(jié)構(gòu)比較簡單，分子主鏈由苯環(huán)和硫原子交替排列，大量的苯環(huán)賦予PPS以剛性，大量的硫醚鍵又提供柔順性。分子結(jié)構(gòu)對稱，易于結(jié)晶，無極性，不吸水。由荷蘭首次研制成功，商品名賴通(Ryton)，直至1983年才批量投入生產(chǎn)。其化學結(jié)構(gòu)式為硫原子和對位被取代的苯環(huán)交替排列組成，是阻燃性纖維品種之一。聚苯硫醚的特性優(yōu)異的耐熱性,是一種耐高溫合成纖維。熔點（285℃）；耐化學藥品性、尺寸穩(wěn)定性等也極為出眾，抵抗許多酸、堿和氧化劑的化學腐蝕；它在極其惡劣的條件下仍能保持其原有的性能，具有突出的化學穩(wěn)定性，僅次于聚四氟乙烯纖維；熱穩(wěn)定性優(yōu)良；阻燃性、最重要的是PPS纖維不會水解；PPS氈像聚丙烯那樣其吸濕率只有0.6%，但溫度高得多。典型用途是市政廢物焚燒爐、公用工程鍋爐、燒煤鍋爐、醫(yī)院焚燒爐、熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐上用的脈沖袋濾器。也可用它來取代別的經(jīng)不住高溫或存在化學品及不耐潮濕的合成纖維。聚苯硫醚纖維的性能項目測試值測試標準線密度2.2-7.8dtex

斷裂強度4.15（CN/dt）GB/T3916-1997斷裂伸長率（%）60GB/T3916-1997極限氧指數(shù)（%）40GB/T5454-1997使用溫度（℃）200

化學穩(wěn)定性除熱的濃硫酸和濃硝酸外，其耐酸堿性很強，200℃以下無溶劑可溶。

P84纖維是一種聚酰亞胺，它的原料為二苯酮四甲酸酐和二胺類，縮聚后，采取濕紡工藝制成纖維,不耐水解。主要由奧地利Lenzing開發(fā)，現(xiàn)在美國InspectFibres公司生產(chǎn)的P84纖維，具有代表性的化學結(jié)構(gòu)式是式中R=C6H4?CH2，或R=C6H4?CH2?C6H4。P84纖維的特性最大特點是：它從凝固浴成形后便具有天然的不規(guī)則異形中空斷面，通常為三葉瓣形，因此抱合性、蓬松性和保暖性好，由于其單纖維增加了表面積，提供了一種能有效捕集顆粒的介質(zhì)。因此P84是最有效的合成纖維之一；P84纖維玻璃化溫度高達315oC，極限氧指數(shù)高達38，因此耐熱性與抗燃性極好；P84是非熱塑性的，當玻璃纖維經(jīng)受不住脈沖清灰的磨損時，用P84來取代玻璃纖維；P84是加工耐高溫濾料、復合材料的非織造布的一種優(yōu)良原料。當化學品或水分都不存在時，它工作得最好。但P84將既被酸又被堿所腐蝕掉。聚四氟乙烯纖維PTFEPTFE纖維是氟聚合物纖維中最具代表性的高性能纖維，由于PTFE具有內(nèi)在穩(wěn)定性和聚合物鏈結(jié)構(gòu)的不活潑性以及與分子間力和鏈的有序功效，因而對高溫和化學作用的聯(lián)合影響具有極強的適應(yīng)能力。聚四氟乙烯的特性聚四氟乙烯纖維的特性目前為止它是全世界可找到的耐化學藥品性最好的纖維，其纖維熔點3270C，瞬間耐溫可達到3000C；PTFE纖維具有良好的低磨擦性，難燃燒性及良好的絕緣和隔熱性。具有良好的過濾效率及良好的清灰性能。即使在溫度較大的情況下，表面也只粘附少量的灰塵。同等工況條件下，濾料的使用壽命將比其它材質(zhì)的濾料提高1－3倍以上。具有很高的性價比。隨著使用量的擴大，成本將會進一步降低至可易于接受的價格。大量應(yīng)用于垃圾焚燒除塵中，將來會大量應(yīng)用于燃燒高硫煤除塵工況條件下。間位型芳香族聚酰胺纖維是一種間位芳香聚酰胺合成纖維，是一種縮聚型聚合物，會水解，只是承受溫度高得多。聚間苯二甲酰間苯二胺纖維；芳綸1313polyisophthaloyl

metaphenylene

diamine主要生產(chǎn)公司及商品名為：美國杜邦公司的諾梅克斯（Nomex）、法國羅納·布朗克公司的凱美爾（Kennel）、日本帝人公司的康納克斯（Conex）等。間位型芳香族聚酰胺纖維的特性它可在干燥條件下經(jīng)受2000C以下溫度。如果有水分及化學藥品時會發(fā)生水解；是在聚酯會發(fā)脆及失敗的高溫用途中采用的濾料；它的抗曲撓及耐磨性能極佳，比大多數(shù)合纖好；是非熱塑性的不能上光，但能采用特殊的技術(shù)來燒毛或其它后處理。

高強高模量纖維芳綸纖維；炭纖維；超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）纖維。芳綸1414(PPTA)

其化學名稱為聚對苯二甲酰對苯二胺；美國杜邦公司商品名為Kevlar。它是第一個有價值并且現(xiàn)在仍然在大量生產(chǎn)和使用的高性能纖維。聚對苯二甲酰對苯二胺纖維；芳綸1414；凱芙拉;polyterephthaloyl-p-phenylene

diamine制備或來源：由聚合物經(jīng)干噴濕紡法或濕法紡絲制得。

芳綸1414的性能特點強度高，實際強度可達22cN/dtex，具有優(yōu)異的抗張性能；熱穩(wěn)定性好，PTTA纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約為345oC，高溫下不熔，收縮也很??；反復拉伸性能好，尺寸穩(wěn)定性最佳；耐普通的有機溶劑和鹽類溶液，但耐強酸和強堿性較差；對紫外線比較敏感，不宜直接在日光下使用；PPTA纖維呈黃色，不易染色。芳綸1414的應(yīng)用用途：一種有機耐高溫纖維。具有很高的強度和彈性模量。主要用作高速飛機輪胎的窗子線。用作增強材料，用于高壓容器、火箭發(fā)動機外殼和雷達天線罩等。

炭纖維碳纖維是由有機纖維或低分子烴氣體原料加熱至1500℃所形成的纖維狀碳材料，其碳含量在90%以上。

炭纖維的性能特點碳（石墨）纖維具有低密度、高強度、高模量、耐高溫、抗化學腐蝕、低電阻、高熱導、低熱膨脹、耐化學輻射等優(yōu)良特性，此外，還具有纖維的柔曲性和可編性，比強度和比模量優(yōu)于其它纖維增強體。炭纖維的應(yīng)用（1）宇航工業(yè)用作導彈防熱及結(jié)構(gòu)材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛(wèi)星構(gòu)架、天線、太陽能翼片底板、衛(wèi)星-火箭結(jié)合部件；航天飛機機頭，機翼前緣和艙門等制件；哈勃太空望遠鏡的測量構(gòu)架，太陽能電池板和無線電天線。（2）航空工業(yè)用作主承力結(jié)構(gòu)材料，如主翼、尾翼和機體；次承力構(gòu)件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動機艙、整流罩及座板等，此外還有C/C剎車片。（3）交通運輸用作汽車傳動軸、板簧、構(gòu)架和剎車片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達罩、深海油田的升降器和管道。炭纖維的應(yīng)用（4）運動器材用作網(wǎng)球、羽毛球、和壁球拍及桿、棒球、曲棍球和高爾夫球桿、自行車、賽艇、釣桿、滑雪板、雪車等。（5）土木建筑幕墻、嵌板、間隔壁板、橋梁、架設(shè)跨度大的管線、海水和水輪結(jié)構(gòu)的增強筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發(fā)熱嵌板、抗震救災用補強材料。（6）其它工業(yè)化工用的防腐泵、閥、槽、罐；催化劑，吸附劑和密封制品等。生體和醫(yī)療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、X光機的床板和膠卷盒。編織機用的劍竿頭和劍竿防靜電刷。其它還有電磁屏蔽、電極度、音響、減磨、儲能及防靜電等材料也已獲得廣泛應(yīng)用。超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）

屬聚乙烯家族，但它的線形分子鏈比常規(guī)高密度聚乙烯長十倍----這一獨特的結(jié)構(gòu)。其粘均分子量大于120萬，產(chǎn)品外觀為白色粉末。

被稱為“令人驚異”的工程塑料。超高分子量聚乙烯纖維的性能特點優(yōu)異的理化性能：伸屈服強度MPa≥20；斷裂伸長%≥350；

耐磨性居塑料之冠：其耐磨性和抗沖擊性越高；綜合性能佳：沖擊強度是尼龍66的10倍、PVC的20倍、PE100的5倍。其抗拉斷裂強度>50Mpa，是PE100的2倍；彈性模量是PE100的1.5倍以上；

抗疲勞強度>50萬次，是PE100的30倍以上；耐化學腐蝕性：化學穩(wěn)定性特高，耐腐蝕性特強，耐各種腐蝕性介質(zhì)（酸堿鹽）及溶劑的侵蝕；自潤滑性好：UHMW-PE滑動摩擦系數(shù)在塑料中最低，僅為0.07-0.11,

是其具有自潤滑性的原因。超高分子量聚乙烯纖維的性能特點耐環(huán)境應(yīng)力開裂性最優(yōu)：抗環(huán)境應(yīng)力開裂>4000h

，是PE100的2倍以上；沖擊能吸收性為最高值，消音性好；UHMW-PE吸水率極低：吸水率小于0.01%，僅為尼龍的1%。其物理機械性能與工作條件無關(guān)；防垢性強：抗粘附性與特氟隆相當；密度為工程塑料中最小：小口徑管材可以任意彎曲，不會脆裂。

無機纖維玻璃纖維；玄武巖纖維；不銹鋼纖維；碳纖維；石棉纖維。玻璃纖維玻璃纖維是無機質(zhì)，主要成分為SiO2，耐高溫，能連續(xù)暴露在260℃的高溫下，尺寸穩(wěn)定性好，耐化學腐蝕，但對氫氟酸、強堿的耐腐蝕性較差。

玻璃纖維的特性高溫用途上表現(xiàn)很突出。它能經(jīng)得起在2600C下連續(xù)暴露。耐大部分酸，但有一重要例外就是氟氫酸；室溫下的強堿及高溫下的中等堿性亦將侵蝕玻璃。玻纖性脆，特別易于因曲撓磨損而損壞。玻璃纖維的缺點玻璃纖維一般只是為了降低費用及高溫作業(yè)而選用，玻璃纖維的高效過濾器存在一些嚴重缺點:玻璃纖維的脆性較大，折疊之后易斷裂，影響過濾效率。過濾阻力大，不僅大大增加了能耗，而且可能產(chǎn)生較大的噪音，這對于要求安靜環(huán)境的生物潔凈室是非常不利的。近年來的研究表明:超細的玻璃纖維在加工使用中因脆性斷裂脫落后也有潛在的致癌可能，危及人體健康.非織造用的樹脂原料聚丙烯樹脂（PP）；聚酯（PET）；聚酰胺（PA）；聚乙烯（PE）；聚乳酸（PLA）。1、聚丙烯（PP）聚丙烯由碳原子為主鏈的大分子所組成，其結(jié)構(gòu)如下：根據(jù)其甲基在空間排列位置不同，存在三種立體結(jié)構(gòu)，即等規(guī)、間規(guī)和無規(guī)結(jié)構(gòu)。在丙綸紡粘法成型加工中，一般采用等規(guī)聚丙烯的等規(guī)度在95%以上，若低于90%則紡絲困難。丙綸纖維分子的螺旋構(gòu)型在聚丙烯成型加工中，熔體流動性能是一個重要指標，一般采用熔體流動指數(shù)（MI）（熔融指數(shù)）來表征，它是指：在一定的溫度下，熔融狀態(tài)的高聚物熔體在標準負荷下，10分鐘內(nèi)從標準毛細管中流出的重量，單位為g/10min。2.16kg直徑2.095mm長8mm在紡粘法成型加工中，由于要實現(xiàn)紡絲、拉伸、鋪網(wǎng)的連續(xù)進行，且可高速紡絲生產(chǎn)細旦纖維，因此所需的MI值一般為30～40g/10min左右。聚丙烯的熔點為164～170℃（純等規(guī)PP為176℃），紡絲溫度需控制在熔點以上。聚丙烯的可紡性與其分子量及分布密切相關(guān)。用于擠出紡絲的等規(guī)聚丙烯的平均分子量高達20萬—30萬，熔體一般表現(xiàn)出較為明顯的非牛頓假塑性行為。分子量分布以重均分子量與數(shù)均分子量的比值來度量。用于丙綸紡絲的聚丙烯樹脂的分子量分布越窄越好，用于紡粘法的聚丙烯分子量分布一般小于4。紡粘法常用PP切片質(zhì)量指標測試項目指標含濕（％）＜0.05熔點（℃）164密度（g/cm3）0.91MI（g/10min）35±5分子量分布指數(shù)＜4等規(guī)度（％）＞96灰分（％）＜0.025導熱系數(shù)低、密度輕：導熱系數(shù)是所有纖維中最低的，為(8.79—17.58)×10-2W/(m·K)，其保溫效果比羊毛還好；其纖維密度為0.90—0.92g/cm3，具有較大的覆蓋面積，可用于家庭和車用填料、絮片等保溫材料及吸音和隔熱材料等。不與一般化學試劑反應(yīng)，具有較強的耐化學藥品性能，丙綸紡粘布可用于土工布、鉛蓄電池隔膜、過濾材料等。丙綸紡粘過程沒有污染，其細旦纖維具有疏水性及芯吸作用，主鏈中沒有活性基團，不易被細菌、霉菌侵蝕，與人體皮膚接觸無刺激、無毒性，可廣泛用作醫(yī)療衛(wèi)生材料。PP的特點及應(yīng)用聚酯的學名為聚對苯二甲酸乙二酯，商品名為滌綸。聚酯是熱塑性聚合物，由于其具有優(yōu)良的物理機械性能和加工性能，已成為紡粘法非織造布的重要原料之一。2、聚酯（PET）結(jié)構(gòu)式：聚酯的分子及晶格示意圖PET分子鏈為線性結(jié)構(gòu)，具有高度的立構(gòu)規(guī)整性，所有的芳香環(huán)幾乎處于同一平面上，因此具有結(jié)晶傾向；由于沒有大的支鏈，分子易于沿著纖維拉伸方向取向而平行排列。PET分子鏈通過酯基相連，其化學性質(zhì)多與酯基有關(guān)，如在高溫和水存在下或在強堿性介質(zhì)中容易發(fā)生酯鍵的水解，使分子鏈斷裂，聚合度下降。所以PET紡絲成型過程中必須嚴格控制水分含量，一般要求切片的含水率小于50mg/kg。耐酸性：PET對酸(尤其是有機酸)很穩(wěn)定，但在室溫下不能抵抗?jié)饬蛩峄驖庀跛岬拈L時間作用。耐堿性：由于PET大分子上的酯基受堿作用容易水解。耐溶劑性：PET對一般非極性有機溶劑有極強的抵抗力，即使對極性有機溶劑在室溫下也有相當強的抵抗力。耐微生物性：PET耐微生物作用，耐蟲蛀，不受霉菌等作用。PET的化學性能聚合車間PET切片圖PET具有良好的耐熱性，軟化點為238—240℃，一般工業(yè)產(chǎn)品用PET的熔點在255—260℃。PET可在較寬的溫度范圍內(nèi)保持其良好的物理—機械性能，在-20—80℃的溫度范圍內(nèi)受溫度影響較小，長期使用溫度可到120℃，能在150℃使用一段時間。PET的熱性能PET的成型加工性能主要與其分子量及分布有關(guān)。紡絲用PET樹脂的相對分子質(zhì)量通常為15000—22000。相對分子量低→熔體粘度下降→紡絲易斷頭，絲條經(jīng)不起高倍拉伸，成品絲強力↓，延伸度↑，耐熱性、耐光性、耐化學穩(wěn)定性↓當相對分子量小于8000～10000時，PET就幾乎不具有可紡性了。分子量分布對PET紡絲加工性能及非織造布纖網(wǎng)中纖維的結(jié)構(gòu)、性能的影響也很大。實踐證明：平均分子量相同而分布寬的PET，紡絲時易產(chǎn)生斷頭、毛絲和疵點，且經(jīng)不起拉伸，所得纖維及非織造布的強度低、延伸度高、彈性回復率低、表面粗糙。項目單位指標特性粘數(shù)熔點（光學片）二氧化鈦含量凝膠粒子：平均粒徑大于10μm

大于20μm端羧基二甘醇灰分（不包含TiO2）鐵含量色相：L值B值285—295℃熔體停留15min的特性粘數(shù)切片內(nèi)凝膠及黃色或黑色的固體切片尺寸（約）切片含水率℃%個/mgmol/t%%%mm%0.63—0.66≥2500—1.0≤0.4無≤30≤1.3≤0.025≤0.0003＞80＜7＜0.01無Φ3×4或4×4×5＜0.4纖維級聚酯切片標準聚酰胺又稱為尼龍，我國商品名為錦綸，它可由二元胺和二元酸通過縮聚反應(yīng)制得，如PA66，也可以由一種內(nèi)酰胺的分子通過開環(huán)自縮聚而成，如PA6。主要特征是大分子鏈由酰胺鍵()連接。3、聚酰胺（PA）尼龍66的晶胞結(jié)構(gòu)圖常用紡絲用聚酰胺的分子量及其分布分子量分子量分布聚己內(nèi)酰胺（PA6)14000—200002聚己二酰己二胺（PA66）20000—300001.85由于聚酰胺在高溫下，在有水分存在的條件下容易產(chǎn)生降解，大分子斷鏈，使制品的物理機械性能下降。因此，用于生產(chǎn)紡粘法非織造布的聚酰胺樹脂切片在紡絲前一定要充分干燥，脫除水分，以保證紡絲的順利進行和非織造布產(chǎn)品的質(zhì)量，一般含水率應(yīng)控制在0.05％以下。聚乙烯是一種熱塑性聚合物，也可用于生產(chǎn)紡粘法非織造布。高壓聚乙烯（HDPE）相對分子質(zhì)量較低，在4萬—12萬左右，具有支鏈結(jié)構(gòu)，強度低，耐熱性差，質(zhì)地柔軟，適合于做薄膜等產(chǎn)品；低壓聚乙烯（LDPE）沒有支鏈結(jié)構(gòu)，相對分子質(zhì)量較高，在2.5萬—100萬左右，強度及耐熱性都比較好，適合于制作纖維和非織造布。4、聚乙烯（PE）PE容易光氧化、熱氧化，遇臭氧分解和進行鹵化反應(yīng)，在紫外線的作用下會發(fā)生光降解，導致PE變脆，介電性變差；PE受到輻射時會發(fā)生許多反應(yīng)中等劑量輻照對聚乙烯的低溫柔性沒有影響高劑量作用會導致其結(jié)晶性消失，損害其低溫性能在更高劑量作用下，聚合物在室溫也會發(fā)脆聚乙烯的特性與PP相比，LDPE結(jié)構(gòu)沒有長鏈分枝，而且分子量分布較窄，因此更容易獲得較細的纖維。由于LDPE熔融粘度比PET、PA高，彈性大，因此紡絲比較困難，纖維纖度不易均勻，可通過提高紡絲溫度來克服這一問題，一般紡絲溫度控制在200—250℃。PE紡粘法非織造布一般可用作濾布、家具用布、防護服、手術(shù)衣、戶外用品、電絕緣材料等。PLA是Polylactide