PTFE短纤维性能与梳理工艺浅析

陈锡勇 陶建勤 李淑芳

(常州纺织服装职业技术学院，常州，213164)

PTFE短纤维性能与梳理工艺浅析

陈锡勇 陶建勤 李淑芳

(常州纺织服装职业技术学院，常州，213164)

介绍了PTFE纤维的物理化学性能和PTFE短纤维针刺毡优于其他过滤材料的性能，PTFE针刺毡作为在高温和腐蚀环境下使用的过滤材料其应用前景广阔。针对PTFE短纤维本身具有的密度大、静电现象严重和摩擦系数低等特性，指出了在梳理加工工艺及设备配置方面应注意的要点。

PTFE短纤维，PTFE针刺毡，过滤材料，性能，加工工艺，设备

1 PTFE短纤维的性能介绍

PTFE化学名称聚四氟乙烯，是一种物理和化学性能极为优异的高分子聚合物，其分子结构单元为。PTFE的相对分子质量较大，自数十万至1 000万以上，一般为数百万;结晶度一般为90% ～95%。由于氟原子的强极性，使得聚合物表现出极其稳定的物理化学性能。例如:耐高温，长期使用温度为200～260℃，熔融温度为327～342℃;耐低温，在－100℃的温度下仍然柔软;耐腐蚀，能耐王水和一切有机溶剂;耐气候性，在塑料中具有最佳的耐老化性能;高润滑性，在塑料中具有最小的摩擦系数(表1);不粘性，在固体材料中具有最小的表面张力而不粘附任何物质;无毒害性，具有生理惰性;有优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料。

目前PTFE短纤维多采用成膜后割裂法加工制得，短纤维截面为扁平状不规则结构，比表面积大。PTFE纤维的密度为2.3 g/cm3，较其他纤维的密度大，故其常规3.8 dtex左右的纤维平均直径在0.014 mm 左右，与常规 2.2 dtex聚酯(PET)纤维直径接近。由于采用割裂法加工，制成纤维的线密度存在一定的分布范围，有利于PTEF纤维在过滤材料方面的应用。

表1 各种高分子聚合物的表面摩擦系数比较

2 PTFE针刺毡应用在过滤材料方面的优势

由于PTFE纤维表面摩擦系数极低，由此加工得到的针刺毡滤阻小，容易清灰除尘;同时，由于PTFE纤维的异形截面结构可有效地增加过滤面积。以上优异的特性决定了PTFE针刺毡在高温气体过滤领域，特别是在高温、高湿、酸碱腐蚀性环境下的高温气体过滤领域有广阔的应用前景。采用PTFE短纤维并以针刺加工工艺制成的针刺毡无疑是特种过滤材料的最佳选择。

PTFE纤维过滤材料的主要优点有:① 优异的耐酸碱性和耐水解性;② 极好的耐高温性和阻燃性，耐温可达到260℃以上;③ 过滤性能和清灰效果好;④ 良好的抗氧化性，滤阻低。常用过滤材料的性能比较列于表2。

表2 常用过滤材料的性能比较

3 PTFE针刺毡的加工工艺

PTFE针刺毡的加工流程:

纤维(经预处理)→开包→混棉→喂棉→梳理→铺网→针刺→针刺毡

PTFE针刺毡加工的主要过程包括:

(1)对PTFE短纤维添加抗静电剂，进行预处理，将混有抗静电剂的PTFE短纤维置于接地良好的金属箱体内，静置一段时间;

(2)经预处理的PTFE短纤维用开包机称重后喂入混棉箱，并且可按比例混入其他短纤维或不同厂家生产的PTFE短纤维;

(3)采用机械转移方式将混棉箱中的短纤维输入喂棉箱，经皮带称重装置定量喂入梳理机，经梳理机梳理形成纤网;

(4)纤网经铺网后形成一定面密度和幅宽的纤网层，经针刺后制成针刺毡。

采用PTFE短纤维通过针刺工艺制成的耐高温针刺毡过滤材料，可再进行化学处理，以进一步提高其物理化学性能，该产品是一种新型的高性能耐高温针刺毡过滤材料。

4 PTFE针刺毡加工过程中的难点

虽然PTFE针刺毡具有前述众多优点，但在加工PTFE短纤维时(如梳理成网过程)却存在一定困难。主要原因在于PTFE纤维的特性，如纤维几乎无卷曲、表面光滑、静电现象严重、密度大。特别是纤维静电的影响很大，因为在加工过程中PTFE纤维易产生静电，容易出现断网、粘毛、结块等现象，造成梳理困难、纤网破洞、针布缠毛、出现毛粒等，纤维在梳理和铺网时转移困难，所以PTFE针刺毡生产制造的难度很大，特别是100%PTFE纤维的针刺毡其加工难度更大。

4.1 静电的影响

由于外力作用使电子脱离原子，引起该原子质子过剩而带上正电荷;如果电子依附于其他原子，使其拥有过多的电子，从而带上负电荷，这就导致了静电的产生。产生静电的原因包括摩擦、感应、传导，其中最常见的原因是摩擦。

对于静电现象，关键通常不是电荷的极性，而是电荷量的大小。每一个微量的电荷都会累加起来，从而产生很高的静电电压(电池效应)。任何摩擦(包括挤压和分离)发生时带来的外力都会直接影响产生的电荷量，输入的能量越高，产生的电荷就越多。物体的类型将极大地影响所产生的电荷和极性，根据物体所拥有的不同电子结合强度，对得失电子的能力进行排序，称其为摩擦带电序列(图1)。由于氟原子极性强，吸附电子的能力极大，所以极容易吸附聚集电荷。在PTFE短纤维加工中静电是造成纤维结团、绕辊、毛粒及破洞等现象的直接原因，不利于纤维的分梳与成网。

图1 摩擦带电序列

影响静电产生的因素包括材质、相对湿度、摩擦频率和接触面积等。在PTFE针刺毡生产中可以控制的条件包括相对湿度、摩擦频率和接触面积，其中相对湿度属于环境因素，而摩擦频率、接触面积是工艺控制及设备选型方面所主要考虑的因素。以下是根据PTFE针刺毡生产实践，在加工过程中采用的消除和降低静电影响的方法。

4.1.1 使用有效的抗静电剂

选择一种合适的抗静电剂或油剂很重要。一方面抗静电剂可以有效地实现电荷的转移和逸散，避免积累在PTFE纤维表面，降低静电带来的危害;另一方面是用适当的油剂可以在PTFE纤维表面形成保护膜，减少PTFE纤维在梳理过程中与空气的接触，从而降低电荷的积累。采用一定量的油剂还可以借助分子间的作用提高PTFE纤维成网的性能。

4.1.2 设备接地

在生产过程中做好设备的接地非常必要。纤维积累的电荷除一部分依靠提高环境湿度向空气转移逸散外，大部分电荷的转移是依靠良好的接地向大地释放。

4.1.3 采用合理的生产工艺

在PTFE短纤维加工过程中，降低纤维的转移速度、减少纤维与设备及空气的接触面积可以从根本上控制PTFE纤维的静电积累，因此PTFE短纤维可采用低速分梳、强效分梳的梳理工艺。具体措施是:在梳理机针布配置上采用高密、矮齿针布，PTFE短纤维梳理机的针布密度要高于其他常规非织造布生产所采用的针布密度;提高针布针齿的横向、纵向比，以增加针齿对纤维的分梳力度，有利于纤维的梳理转移。

4.1.4 控制环境湿度

环境的湿度对PTFE短纤维的连续稳定加工同样很重要。特别是在梳理机附近，由于温湿度的变化可使纤网质量发生变化，影响产品品质的稳定性，对此可采取局部加湿的方法提高空气的湿度。

4.2 纤维密度的影响

因为PTFE纤维的密度大，在生产中纤维的转移不宜采用气流输送方式。常规的气流输送会造成已经开松的纤维在气流的带动下再次堆积，造成无效开松，而且气流还会增加纤维与空气的摩擦，造成电荷积累，所以在加工PTFE短纤维时宜采用机械转移方式，并减少纤网的牵伸，保持纤网平缓顺畅的转移。

5 结语

采用PTFE短纤维或其与其他短纤维混合生产的针刺毡过滤材料，充分利用了针刺非织造布无定向三维立体结构的优势，针刺毡内部孔隙呈曲折路径、孔径小、孔隙率高，结合PTFE纤维自身耐高温、表面光滑、耐化学腐蚀等特性，制得的过滤材料阻力小，透气性能好，除尘效率高于普通过滤材料，过滤速度比普通过滤材料提高一倍以上。PTFE针刺毡经定型、烧毛、压光或其他化学处理等，可以进一步提高其物理化学性能，使表面光整平滑，不易被粉尘所堵塞，化学稳定性好，具有耐高温、耐高湿、耐腐蚀、耐磨损、过滤精度高、易清灰等优点。PTFE针刺毡过滤材料适合于燃煤发电、水泥、垃圾焚烧、钢铁、冶金、耐火材料以及化工等行业的工业高温烟气过滤，是一种非常理想的耐高温过滤材料。随着生产工艺的进一步完善和发展，未来PTFE针刺毡的应用领域将十分广阔。

Brief analysis on PTFE staple performance and carding technique

Chen Xiyong，Tao Jianqin and Li Shufang
(Changzhou Textile Garment Special Technology College)

The mechanical and chemical performances of PTFE fiber and the PTFE fiber needle-punched felt property which be better than that of other filter media were presented.The application of PTFE needlepunched felt used under the condition of high temperature and corrosion resistance would be expanded.Due to PTFE fiber with properties of high density and serious electrostatics effect as well as low friction factor，the keys on process of carding and equipment installation were pointed out in the paper.

PTFE staple，PTFE needle-punched felt，filter media，performance，processing technique，equipment

TQ342.711;TS174.22

A

1004－7093(2010)09－0034－03

2010－09－07

陈锡勇，男，1956年生，副教授。主要从事纺织与非织造新材料和新技术的研究。