ES纤维热风非织造布驻极性能初探

（ 1. 东华大学 产业用纺织品发展中心， 上海 201620 ； 2. 绍兴县庄洁无纺材料有限公司， 浙江 绍兴 312026 ） 摘 要 以未驻极的 ES 纤维热风非织造布为原料， 对其进行电晕驻极处理 。 通过选用不同纤维线密度和面密度
对比驻极处理前后的过滤效率， 分析纤维线密度和面密度对驻极性能的影 的 ES 纤维热风非织造布进行驻极处理， 响； 测试了 PP 熔喷布和 ES 纤维热风非织造布驻极后的即时表面静电势， 并分析 ES 纤维热风非织造布的电荷存储 稳定性能。结果表明： 热风非织造布的纤维线密度越小 、 面密度越大， 材料的驻极效果愈好； ES 纤维热风非织造布 的即时电荷存储稳定性较 PP 熔喷非织造布差。 关键词 热风； 驻极； 过滤效率； 电压衰减； ES 纤维 文献标志码： A 中图分类号： TS 131. 9
Exploration of electret property of area bonded ESfiber fabric
ZHOU Chen1 ，XU Xiongyao2 ，JIN Xiangyu1
（ 1 ． The Development Centre of Industrial Nonwoven Material，Donghua University，Shanghai 201620 ，China； 2 ． Zhuangjie Nonwoven of Shaoxing，Shaoxing，Zhejiang 312000 ，China． ）
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纺织学报
第 33 卷
比电阻不再发生变化。比电阻是衡量材料介电性能 的指标之一， 通过测量清洗前后材料的比电阻可判 断表面处理剂的去除程度， 由于材料中的吸水剂、 纺 丝油剂等表面添加剂有助于释放电荷， 降低材料的 比电阻， 比电阻低说明表面处理剂残留较多， 反之， 残留较少。 2. 2. 2 驻极处理 将清洗烘干后的 ES 纤维热风非织造布铺在滚 筒上， 打开静电发生器， 产生的高压通过大量均匀分 布的针尖（ 上电极） 放电， 使针尖附近形成高强度的 电场， 在电场的作用下， 气体迅速被电离成正负离 子， 正负离子会发生频繁地复合， 此时， 针尖下的驻 ［7 ］ 如图 2 所示。 极材料受电场的作用产生驻极效果 ，
Abstract Aห้องสมุดไป่ตู้ea bonded ESfiber fabrics with different linear densities and surface densities were subjected to electret treatment by corona discharge and the filtration efficiency of the fabrics before and after the treatment was compared，along with the effect of fiber linear density and surface density on the electret property． The authors tested the surface electrostatic potential of the meltblown PP nonwoven fabric and the area bonded ESfiber fabric immediately after the electret treatment and analyzed the charge keeping stability of the area bonded ES- fiber fabric． The results indicated that in terms of area bonded ESfiber fabric，smaller the fiber linear density and larger the surface density，better the electret blown PP nonwoven fabric compared favorably with the area bonded ESproperty． However，the meltfiber fabric in respect of instant charge keeping stability． Key words hotair ； electret； filtration efficiency； voltage decay； ESfiber ES 纤维（ PP / PE 皮芯复合短纤维 ） 热风非织造 布只有部分低熔点纤维熔融， 可形成三维网状结构， 用不同线密度的纤维进行混纺时可形成过滤梯度 。 ES 纤维中的 PP 和 PE 组分， 介电性能好， 具有突出 的疏水性 （ 吸水率小于 0. 01% ） ， 是驻极的理想材 ［1 ］ 料 ， 对其进行驻极处理可以明显改善热风非织造 布的过滤性能。 近几年来， 热风非织造布广泛应用于过滤材料 ， 如抗菌滤料， 主要用于医院无菌室和飞机内空气过 滤； 复合滤料， 采用热塑性树脂为黏合剂， 两层黏合， 一层由粗纤维构成， 具有较大孔径， 另一层由较细纤 维组成， 细纤维在三维方向随机排列并均匀分布在 粗纤维层， 将粗纤层中的大孔遮盖住， 减小了纤网孔 径， 使该材料具有更好的过滤效果； 带电滤料， 用电
［5 ］ 整、 结晶 度 高、 熔 点 高， 属 于 高 密 度 型 。 Creswell ［1 ］ 等 的研究表明， 高密度的聚乙烯具有较高的电荷
2. 1
本文采用的材料为 ES 纤维热风非织造布 （ 绍 兴县 庄 洁 无 纺 布 有 限 公 司 提 供 ） 。 ES 纤 维， 即 PP / PE 复合短纤维， 为皮芯型结构， 其中 PE 为皮组 PP 为芯组分， 分， 熔点 130° ， 熔点 165° ， 组分比例为 50∶ 50 。其界面结构如图 1 所示。 热风非织造布的 工艺流程为： 原料检验 → 混棉箱 1 /2 → 粗开松 → 精 开松→气流棉箱→梳理机→热风机→卷绕。
收稿日期： 2011 － 07 － 21
修回日期： 2012 － 05 － 23
基金项目： 国家科技支撑计划（ 2011BAE10B01 ） Email： xuxiongyao007@ 作者简介： 周晨（ 1988 —） ， 女， 硕士生。主要从事高性能过滤材料驻极性能的研究 。徐熊耀， 通信作者， yahoo． com． cn。
［1 ， 3 －4 ］
Fig． 1
2. 2
2. 2. 1
ES 纤维热风非织造布后处理
去除表面处理剂
本文试样主要用于医疗卫生产品， 纤维的表面 含有吸水剂以取得良好的透水性； 由于 ES 纤维的 比电阻高， 吸湿能力差， 在梳理过程中容易发生缠绕 ［6 ］ 梳理元件和梳理不开等问题 ， 因此在材料的生产 过程中， 添加了抗静电剂， 以减少静电产生。表面处 理剂的作用是释放电荷， 与驻极处理积聚电荷的过 会大大降低材料的驻极效果。 由于试样为 程相背， 随机抽取， 纤维材料来源于厂家的不同批次 ， 材料含 有不同的表面处理剂， 对材料的驻极性能会产生不 同程度的影响， 因此需对热风非织造布进行水浴清 洗， 去除表面处理剂对实验结果的干扰 。 将材 料 放 在 75° 的 水 浴 锅 中， 用玻璃棒搅拌 10 min， 然后在烘箱中烘干， 重复处理， 直至样品的
第9 期
周
晨 等： ES 纤维热风非织造布驻极性能初探
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场对热风粘合非织造布进行处理使其积聚电荷 ， 形 ［2 ］ 成电场， 可以明显改善其过滤性能 。 对 ES 纤维热风非织造布的驻极过滤性能进行 探究， 有利于拓展其在过滤领域的应用 ， 具有重要的 研究价值。
因此价电子云的移动很小， 电子极化很 电场强的多， 弱。PP / PE 材料的驻极时间很短， 介质内部杂质离 子来不及产生宏观位移， 因此在晶粒 2 个端面所产 Wagner 效应将是极化电荷的主要来 生的 Maxwell源， 并且 PP 与 PE 之间的界面会加强这种效应， 从 而使得材料获得良好的极化效果 。
图1
实验用皮芯型 ES 纤维界面结构 SEM 照片 SEM image of skincoretype ESfiber
稳定性。 2 ） 极化电荷。驻极体材料中， 极化电荷主要来 ： 第一， 分子中的极性基团 在外加高压电场的作用下高度取向 ； 第二， 有些驻极 源于 3 个结构层次 体内部结构并不均匀， 包括晶区和非晶区， 在晶区含 产生 有细 微 的 晶 粒。 当 电 流 通 过 驻 极 材 料 时， MaxwellWagner 效应， 使得晶粒的端面积聚大量相 ， 反极性的电荷 从而形成类似取向极化的极化电荷 ； 第三， 驻极 体 内 部 杂 质 在 强 电 场 的 作 用 下 作 宏 观 位移。 PP 和 PE 为非极性材料 对于 PP / PE 复合短纤， （ 即—CH3 的正、 负电荷中心重合 ） ， 在电场的作用 下， 分子中各原子的价电子云相对于分子骨架而移 动或分子中各原子核的相对移动造成骨架发生形 变， 导致正、 负电荷中心位置发生变化， 这种极化称 为变形极化。由于价电子处的原子内电场比一般的
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结果与讨论
表 2 示出纤维线密度与织物面密度样品对驻极 性能影响。
表2
纤维线 面密度 / 样品 密度 / （g · m －2） 编号 dtex 1
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实验测试结果
过滤效率 / % · cm 比电阻 / Ω 清洗前 ＞ 1 × 10
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Tab． 2 Experimental testing results
第 33 卷 第 9 期 2012 年 9 月 文章编号： 0253-9721 （ 2012 ） 09-0066-05
纺 织 学 报 Journal of Textile Research
Vol． 33 ，No． 9 Sep． ， 2012
ES 纤维热风非织造布驻极性能初探
周
1 2 1 晨 ，徐熊耀 ，靳向煜
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ES 纤维驻极的微观理论基础 2 实验与测试
实验材料
ES 纤维（ PP / PE 皮芯复合短纤维 ） 热风非织造 布通过电晕驻极处理， 含有空间电荷和极化电荷。 1 ） 空间电荷。通过电晕驻极处理， 驻极材料中 ［1 ， 3 －4 ］ ：第 空间电荷的捕获主要发生在 3 个结构层次 电荷被捕获并束缚在相邻分子之间的原子基团 一， 内， 由这些基团的亲合势约束， 并且捕获电荷的存储 稳定性随分子结构密度的增大而增强， 随着分子链 支化程度的增大而减弱； 第二， 电荷被捕获于分子结 比如强的极性； 第三， 电荷被捕获在 构的特殊位置， 高度有序的晶区或者晶相与非晶相的界面处 。 对于皮芯型 PP / PE 复合短纤维， 皮层为 PE ， 芯 层为 PP， 并且在热风加固阶段， 只有少量的 PE 熔 融， 部分 PP 成分裸露在表面， 因此， 注入的电荷主 PE 。 PE 要取决于 的特性 由于 材料中 C —H 键的 极性较弱， 第 1 结构层次不是空间电荷 亲合势较低， 好的陷阱来源， 第 2 结构层次的束缚能也不会很高， 因此不同晶相间的界面和高度有序的结晶区是空间 电荷陷阱的主要来源。ES 纤维中的 PE 成分结构规
值； A1 为过滤之前实验尘的光电流值； A0 为测试仪的 本底光电流值； 为测试仪的自吸收系数。 实验中， 可从 TSI8130 直接读取透过率， 从而过 滤效率可通过简单计算获得。 过滤效率 = （ 1 － 透过率） × 100% 2. 3. 2 驻极体表面电压衰减测试 采用 YG401 织 物 感 应 式 静 电 测 定 仪 对 3 块 45 mm × 60 mm的样品进行电晕驻极处理， 驻极电压 为10 kV， 驻极时间为30 s， 测试探头与试样间的距 离为15 mm， 放置试样的转盘转速为1500 r / min。 驻 极完成后立即记录60 s 内的表面电压值， 每5 s 记录 1 次数据。