功能性车用非织造过滤材料田彩虹　靳向煜 (东华大学非织造研究发展中心,上海,200051)摘　要:论述了功能性纤维在车用非织造材料中的应用和作用的机理,并列举了一些用功能性纤维制造的过滤材料的性能和应用。

关键词:功能性纤维,非织造过滤材料,汽车工业,应用中图分类号:TS17615 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2006)05-0035-04 随着科学技术和非织造工业的不断发展,对于车用非织造过滤材料的数量、品种及质量、性能方面都提出了新的要求。

功能性车用非织造过滤材料是针对特定的环境要求(如耐高温、耐腐蚀、抗静电、拒水、拒油、阻燃、抗菌或抗病毒、清除有害气体等)而开发的过滤材料。

1　非织造材料的应用过滤是一个分离、捕集分散在气体或液体中颗粒状物质的过程,像气—固相过滤、液—固相过滤[1]。

非织造过滤材料作为一种新型的纺织过滤材料,以其优良的过滤效能、高产量、低成本、易与其他过滤材料复合且容易在生产线上进行打裥、折叠、模压成型等深加工处理的优点,逐步取代了传统的机织和针织过滤材料而在各行各业得到广泛应用,其用量越来越大。

非织造布的各种加工技术,如湿法、化学粘合法、针刺法、纺粘法、热粘合及熔喷法几乎都适用于过滤材料的生产,而在非织造布的最终用途市场中,过滤产品的增长最快。

非织造过滤材料应用于汽车工业虽然时间很短,但是其用途广泛,用量相当可观。

利用各种工收稿日期:206-02-23作者简介:田彩虹,女,1979年生,在读硕士研究生。

主要从事非织造布的研发工作。

艺方法和复合加工技术生产的非织造过滤材料满足了各汽车制造厂及配套生产厂家的需要,其中有浸渍粘合法、针刺法、熔喷法、纺粘法以及热风法非织造布等,上述材料不仅应用于汽车的内部构件制造,而且还应用于汽车的生产加工过程中。

在国际市场上,非织造布内燃机滤清器、空气过滤器、过滤袋内燃机滤清器已在汽车制造行业得到普遍使用。

例如汽车车厢内存在着各种对人体有危害的微细粒子、烟尘、细菌、霉菌和粉尘,将非织造布空气过滤器用于汽车车厢内,可以有效地排除有害气体,净化车内空气。

应用于汽车制造行业的非织造过滤材料主要有汽车发动机过滤介质、空调用热熔非织造布滤网、滤清器用针刺过滤毡、熔喷非织造布滤芯、复合非织造布过滤袋、面漆生产线用针刺非织造布过滤毡、浸渍粘合法除砂过滤布、喷漆房用层压复合非织造过滤材料、汽车尾气排放针刺过滤毡或熔喷非织造布,还有轿车变速杆、方向盘、油门等处与机器连接部分的隔离层用经活性炭处理的非织造布过滤毡等。

不同应用场合对非织造布有各自的性能要求,随着汽车用非织造布的不断发展,功能性纤维在汽车过滤材料中的作用已逐渐增大[2]。

2　功能性车用过滤材料2.1　功能性纤维随着纤维技术的发展和积累,新技术与新的基—53—础理论相结合,开始形成新纤维品种。

近年纤维科学界把高分子纤维与材料的高性能化、高功能化作为重要的研究方向,开发了一批具有高性能、高功能的新一代化学纤维。

从高分子原料的合成、反应、结构及聚集态,到纤维成形的物理加工、高次结构的控制等方面进行研究,采用新的工艺技术和后加工技术,使纤维具有某种特殊功能,从而形成了高功能纤维。

高功能纤维一般可分为仿真纤维、防护功能纤维、分离功能纤维、保健卫生功能纤维和传导性纤维五个大类。

汽车过滤介质的性能不仅取决于过滤材料的制造方法,更取决于制造过滤材料的纤维,其中功能性纤维起着关键性的作用。

2.2　耐高温和耐超高温过滤材料袋式除尘器的常规过滤材料是采用涤纶、锦纶和丙纶等化学纤维制成的,使用温度120～150℃,只适用于一般的烟气处理,不能胜任烟气温度较高的场合(如化工、炭黑尾气),高温烟气的处理需要用一种能耐较高温度的纤维来制作过滤材料。

随着实际应用的需要和产品技术的不断发展,相继开发出了聚苯硫醚(PPS)类纤维Ryt on和芳族聚酰胺类纤维Nomex过滤材料,其使用温度分别提高到190℃和200℃。

随后又研制出了聚酰亚胺纤维P84、聚四氟乙烯Tefl on过滤材料,耐温可高达260℃。

Nomex是水解性纤维,在高温条件下当其遇到有机化学成分和水分时会很快水解而损坏;在水分浓度为10%及弱酸性和中性环境下可适用于190℃的操作温度,使用寿命可达两年[3]。

无碱玻璃纤维经化学处理制成的过滤材料,其耐温可达280℃,瞬间使用温度可达320℃。

近年来一些金属、陶瓷类过滤材料也开始投入使用,由金属纤维棉网经高温烧结而成的金属烧结过滤材料在干烟气状况下使用,最高可耐温600℃,若用于过滤有腐蚀性的湿烟气,则可在400℃工况下稳定运行。

装配汽车工业用过滤装置所需的热塑性粘合剂必须是耐高温的。

瑞士Em s2Che m ie公司的Em s2Griltech(产业用纤维和粘合剂部)生产的特色耐高温纤维共聚酯Griltex D1502E和D1655E除具有耐高温性能外,良好的可加工性及耐油、耐汽油性也是其特色,该产品已被很有声望的汽车过滤产品制造商证明用于过滤器是合格的[4]。

2.3　耐腐蚀过滤材料在实际应用中烟气、液体的性质是极为复杂的,常含有酸性或碱性物质,因而对过滤材料的耐化学腐蚀性提出了要求。

对于聚酯类化学纤维制成的针刺非织造布可使用涂层处理或覆膜过滤材料,以改善过滤材料的防水性能及耐腐蚀性能,延长使用寿命。

由聚苯硫醚纤维制成的针刺毡过滤材料,具有较强的常温、高温耐酸和常温耐碱性能,是过滤含有腐蚀性气体和液体的理想过滤材料[5]。

玻璃纤维过滤材料都是经过表面化学处理,使其能抵抗各种侵蚀介质(如水、酸性溶液、碱性溶液等)后才投入使用的。

2.4　抗静电过滤材料在气体过滤器的内部,粉尘随空气流动的摩擦、粉尘与滤布的冲击摩擦都会产生静电,如当工业粉尘的浓度达到一定程度后(爆炸极限),遇静电放电、火花、外界点火等因素,极易导致爆炸和火灾。

通常使用防静电剂和导电纤维两种方法来消除过滤材料上电荷的集聚,从而消除静电。

在化学纤维制品中加入一定量的导电纤维,利用放电效应除去静电,实际上是应用电晕放电的原理。

当化学纤维制品带有静电后,形成带电体,带电体与导电纤维之间形成强电场,形成局部电离了的活化区域。

当出现微电晕后,产生正、负两种离子,负离子移向带电体而正离子经导电纤维漏到接地体,从而达到防静电的作用。

除常用的导电金属丝外,聚酯、聚丙烯腈导电纤维以及碳纤维等均有很好的效果。

近年来随着纳米技术的不断发展,纳米材料特殊的导电和电磁性能、超强的吸收性能和宽频带性将进一步在导电吸波织物中得到发挥。

例如,纳米碳管就是一种优异的导电体,将其作为功能添加剂,使之稳定地分散于化纤纺丝液中,在不同的摩尔浓度下可以制成具有良好导电性能或抗静电的纤维和织物。

抗静电纤维分为永久性抗静电纤维和暂时性抗静电纤维。

日本东丽公司最早开发成功并实现工业化生产的尼龙Paral是最早的抗静电纤维[6]。

暂时性抗静电纤维主要是为了防止合成纤维制造和加工过程中的静电干扰,所用的抗静电剂多为各种表面活性剂,但该类抗静电纤维耐洗涤性和耐久性差,加工过程完成后抗静电性随即消失。

永久性抗静电纤维是通过树脂整理或特殊纺丝方法制造—63—的具有永久抗静电性的纤维,具有很好的耐洗涤性和耐摩擦性。

制造方法主要有树脂整理法、共混纺丝法、复合纺丝法、共聚法或接枝共聚法,其中共混纺丝法使用较多。

如尼龙Paral就是用聚氧乙烯系聚合物与尼龙共混纺丝制得的海岛型耐久性抗静电纤维。

日本的帝人公司也以聚对苯二甲酸乙二酯与聚氧乙烯聚合物共混纺丝,开发成功抗静电聚酯纤维。

2.5　阻燃过滤材料在汽车中有很多纺织品和易燃油类,易于引起火灾。

利用阻燃纤维制成的过滤材料具有较好的阻燃特性。

P84是一种难燃材料,发烟率低,具有自熄性,当其燃烧时只要火源离去立即自行熄灭。

由P84制成的过滤材料有很好的阻燃性。

江苏滨海华光除尘滤布厂生产的J M过滤材料,其极限氧指数可达28%～30%,垂直燃烧性能达到国际B1级水平,基本可达到离火自熄的目的,是一种具有较好阻燃性的过滤材料。

利用纳米技术制成的纳米复合阻燃材料将传统的无机阻燃剂纳米化,以纳米级Sb2O3为载体,经表面改性可制成高效的阻燃剂,其氧指数是普通阻燃剂的两倍。

V isil纤维是一种新型耐高温阻燃粘胶纤维,但V isil纤维不再是单纯的纤维素成分,而是由纤维素和硅酸盐组成的纤维[7]。

在V isil纤维中加入25%～30%的芳纶,不仅可保证其阻燃效果,而且解决了耐磨问题。

用户普遍认为V isil纤维过滤材料耐热温度高、使用寿命长、过滤效率高、滤阻低、性能稳定,为企业降低了成本,将其应用在汽车空气过滤中还可改善车厢内的空气质量。

2.6　拒水拒油过滤材料[3]如果被过滤的空气湿度大,气体中粉尘就会含水、含油,或者含尘气体具有吸湿性和潮解性,在分离过程中粉尘极易粘附在过滤材料表面,发生粘袋现象。

粘袋将引起除尘设备清除困难,阻力上升,甚至使设备无法正常运转而必须停机换袋。

在汽车内燃机中,由于要过滤燃油或润滑油,要求过滤材料有更好的拒油性能,否则将会使滤清器无法正常运转。

要让过滤材料在一定程度上不被水或油润湿,必须使其表面张力降低,小于水和油的表面张力,才能达到预期的目的。

拒水拒油整理一般有两种方法。

一种是反应法,使防水油剂与纤维大分子结构中的某些基团发生反应,形成大分子链,改变纤维与水或油的亲和性能,变成拒水拒油型纤维;另一种是采用纳米技术,中国科学院化学所的研究人员提出的纳米界面结构理论以及在此基础上开发出的具有超双疏界面性能(同时具有超疏水性能及超疏油性能)材料,具有较强的拒水拒油性能。

2.7　抗菌(病毒)过滤材料医学研究表明,人类产生疾病的根本原因是各种有害细菌和病毒对人体的侵害。

有效预防和控制各种有害细菌和病毒对人体的侵害,提高生活质量,保障身体健康,净化生活环境等一系列需求已成为今后的发展趋势。

在汽车空气过滤系统中,选用进行过抗菌(病毒)处理的空气过滤材料代替一般的过滤材料,可阻断有害细菌和病毒对人身体的侵害,进一步净化空气环境,提高车内空气品质。

利用抗菌材料(例如含银离子的无机抗菌剂、纳米复合抗菌材料等)进行抗菌(病毒)整理的空气过滤织物亦具有较好的抗菌(病毒)性能。

粉尘通常是病菌和病毒的载体。

在过滤后的净化空气中,随着粉尘浓度的降低,细菌和病毒的浓度也大大降低。

细菌和病毒在正常生理条件下都带负电,经过驻极体空气过滤器过滤后的空气,不仅粉尘浓度降低,而且细菌和病毒的浓度也大大减弱。

在纤维生产中加入抗菌剂,制成的纤维及其织物在使用中能抑制细菌和真菌的滋生。

作为纤维制品的抗菌防臭剂主要有芳香族卤化物,有机硅季胺盐、烷基胺类、无机类等,可将其混入成纤原液或熔体中,也可以结合纤维的后加工进行。

Am icor 是Courtaulds纤维公司生产的抗菌纤维系列,其基纤维是聚丙烯腈系纤维。