混纺活性炭纤维针刺毡的活化与吸附关系.pdf

第2 7 卷第4 期 2 0 0 6 年4 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a m h V d2 7N o4 A p r 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 4 0 0 7 4 - 0 3 混纺活性炭纤维针刺毡的活化与吸附关系 陈东生1 2 ，甘应进“2 ，张宏伟2 ，王建刚2 ，万雅波2 ，白越2 ( 1 闽江学院服装系，福建福' h t3 5 0 1 0 8 ；2 长春工业大学艺术设计学院，吉林长春1 3 0 0 1 2 ) 摘要采用腈纶和粘胶纤维混纺制成针刺毡，然后在2 3 0 2 5 0 对其进行预氧化，并用一步法对针刺毡进行炭 化和活化。对针刺毡的生产、预氧化、一步法炭化活化工艺进行了详细的研究。预氧化针刺毡的预氧化程度用含 水率来表示，对活性炭纤维针刺毡的产出率及对碘的吸附能力也进行了研究。 关键词聚丙烯腈；粘胶；针刺毡；预氧化 中图分类号：T S l 0 25 ；T Q 3 4 2文献标识码：A A c t i v a t i o na n da d s o r p t i o no fA C Fn e e d l ef e l t C H E ND o n g - s h e n g ”，G A NY i n g j i n l ”，Z H A N GH o n g w e i 2 ，W A N GJ i a n g a n 9 2 ，W A NY a b 0 2 ，B A IY u d ( 1D e p m n to f C l o t h m g ，胁慨U n i t e r s i t y ，F u z h o u ，n 曲n3 5 0 1 0 8 ，C h i n a ； 2S c h o o l 矿A r tD e s i g n ，C h a n g c h u nb d v e r s i t yo f T e c h r w l o g y ，C h a n g c h u n ，J i l i n1 3 0 0 1 2 ，C h i n a ) A b s t r a c tAn e e d l ef e l tW a Sp r o d u c e dw i t ht h eb l e n do fp o l y a c r y l o n i t r i l e ( P A N ) a n dv i s c o s ef i b e r s T l e n ，t h e n e e d l ef e l tW a Sp r e o x i d i z e di nt h ea i ra t2 3 0 2 5 0 f o l l o w e db yc a r b o n i z i n ga n da c t i v a t i n gb yO f l e - s t e p p r o c e s s Ad e t a i l e dr e s e a r c hw a sc o n d u c t e dO i lt h et e c h n o l o g i e so fp r o d u c t i o n ，p r e - o x i d i z a t i o n ，a n do n es t e p c a r b o n i z a t i o n a c t i v a t i o no ft h en e e d l ef e l t I t sp r e - o x i d i z a f i o ne x t e n tw a se x p r e s s e dw i t ht h em o i s t u r ec o n t e n t T h ei o d i n ea d s o r p t i o n c a p a c i t ya n dy i e l do ft h ea c t i v a t e dc a r b o nf i b e r ( A C F ) n e e d l ef e l tw e r ea l s os t u d i e d K e yw o r d sp o l y a c r y l o n i t r i l e ( P A N ) ；v i s c o s e ；n e e d l ef e l t ；p r e - o x i d i z a t i o n 随着环保意识的提高，开发新型环保产品已成 为研究的热点。多孔活性炭在空气净化方面起着重 要的作用w ，作为活性炭的第三代产品，活性炭纤维 ( A C F ) 比粉末状和粒状活性炭具有更多的优点，由于 活性炭纤维直径小、孔径尺寸分布范围窄，大大减小 了可吸附的最低浓度，并且吸附和脱附速率快，活性 炭纤维布作为一种新型活性炭吸附材料，已广泛应用 于工业生产中。但是活性炭纤维非织造布，特别是活 性炭纤维针刺毡的应用却少有报道。 本文用腈纶和粘胶纤维混纺生产针刺毡，然后 在2 3 0 2 5 0 的空气中对其进行预氧化。对活性 炭纤维针刺毡的生产、预氧化、预氧化程度进行了较 详细的探讨。 1 原料选择 因为腈纶纤维表面光滑，无天然卷曲，刚度大， 吸湿、可纺性能差，故纯腈纶非织造布生产较困难。 粘胶基与腈纶基活性炭纤维生产工艺很相似，并且 粘胶纤维具有很好的可纺性，经试验研究表明，混纺 时粘胶纤维混纺比达到2 0 以上时，可纺性大大提 高，而且梳棉和针刺过程中不需要加任何油剂，可以 避免油剂对活性炭纤维吸附性的负面影响。原料的 基本性能见表1 。 表l 原料性能 纤维强度，( c N ·d t e x 一)断裂仲长， 密度，( g 。) 回潮率， 细度，p ” 长度，一 混纺比， 腈纶4 51 6 1 9I 1 90 61 15 1 6 58 0 粘胶4 2815 21 31 25 I 一6 5 2 0 收稿日期：2 0 0 4 0 8 0 5修回日期：2 0 0 5 0 4 2 5 作者简介：陈东生( 1 9 5 7 一) 男教授博士。主要从事功能服装厦新型服装材料、舒适服装厦服装生理卫生的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第4 期陈东生等：混纺活性炭纤维针刺毡的活化与吸附关系f 7 5 】 2 针刺毡的生产 针刺毡的生产路线：腈纶和粘胶纤维混配一气 流输送一开松混合一梳理成网一纤维网铺叠一预针 剌一主针刺一切边一卷绕。 所生产的针刺毡表面平整，厚度均匀，无撕裂和 分层，无油污或其它杂质，适合生产预氧化针刺毡。 针刺毡规格及主要性能：幅宽2m ，厚度3I i t l l a ，定量 3 0 0 c m 2 ；纵向强力1 8 5N 5c m ，横向强力 1 7 4N 5c m 3 预氧化试验 采用自制的间歇式预氧化炉，基本结构如图l 所示。 箱式电阻炉 图1 预氧化装置 首先，将针刺毡放在不锈钢网上，然后把不锈钢 网置于预氧化炉内的支架上，关上预氧化炉门，从 2 0 开始，以1 0 “ C m i n 的升温速率加热到预氧化温 度( 2 0 0 3 0 0 ) ，预氧化时间大约为3 0 6 0r a i n 。同 时，从压缩空气钢瓶中控制一定流量的空气进入预 氧化炉，空气不但能保证预氧化的实现，还带走反应 产生的热量和副产品”。 预氧化过程很复杂，包括氧化反应、脱氢、脱氮 和大分子环化过程，所有这些都是放热反应，这些 反应热必须及时被空气流带走以避免热量聚集和纤 维燃烧。空气流还能保持预氧化炉内温度恒定与均 匀，使预氧化过程顺利进行。 在预氧化阶段，针刺毡中的纤维会收缩，包括物 理收缩和化学收缩，收缩率分别为4 1 6 和 1 4 一3 5 。收缩会导致预氧化纤维增粗、变脆和 强力下降，为了消除收缩的负面影响，用不锈钢夹 子把非织造布的四周固定在不锈钢网上。 4 预氧化程度的测定 在预氧化过程中，纤维大分子生成的环状梯形 结构中古有氧的极性基团，它们与水缔合而生成水 台物，使纤维的含水率得到显著提高。预氧化纤维 中结合氧越多，环化程度越高，含水率也就越高，所 以用含水率可以间接表示预氧化纤维的预氧化程 度”J 。具体实验步骤如下。 试验仪器包括感量为0 0 0 01g 的天平、温度范 围为0 3 0 0 的烘箱、内装变色硅胶的干燥器、称 量瓶。首先，用预先烘干并恒重的称量瓶在天平上 称取一定量的针刺毡试样，试样的湿重为m 。( g ) 。 把装有试样的称量瓶敞口放入烘箱中，在1 0 5 1 1 0o c 条件下烘干2h ，取出测试试样干重为m ：( g ) 。 最后用公式计算出含水率M ： M = ( m 1 一m 2 ) ，m l ×1 0 0 5 正交试验与结果 在预氧化过程中，影响预氧化程度的主要因素 有3 个：预氧化温度、预氧化时问、空气流速。表2 为三因素四水平表。不考虑三因素之间的交互作 用，根据文献 3 设计了正交试验表L ，。( 4 3 ) ，试验结 果见表3 。表4 给出了正交试验的方差分析结果。 表2 三因素四水平表 试验编号温度时间r a i n 空气流速( m L i _ ) 古水率， 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 【7 6 】 纺织学报 第2 7 卷 表4 正交试验的方差分析结果 注：F 。( oo ，) 。47 6 ，只( o0 1 ) = t 09 。 从表4 看出，预氧化温度和时间对含水率有显 著的影响，而空气流速的影响不显著。用腈纶生产 活性炭纤维时，预氧化程度必须控制在适当的范围 内，超过或不足都会使生产的活性炭纤维力学性能 受到负面影响”1 。根据文献 2 ，预氧化腈纶的含水 率为8 时最好。从表3 、4 看出，第1 1 号试验结果 最理想，所以得出最佳预氧化工艺参数为预氧化温 度2 5 0 、预氧化时间5 0m i n 、空气流速 10 0 0m L m l n ，得到的预氧化针刺毡含水率8 0 2 。 6 单因素试验和结果 根据正交试验结果，3 个因素中分别取其中2 个因素的最佳值为常数，改变另一因素做单因素试 验，结果见图2 4 。 从图2 。4 看出，含水率随温度、时问及空气流 速的增大而增大，其中温度的影响最显著，时间其 次，空气流速影响很小。实践证明，空气流速应与针 刺毡的厚度相适应，所以应根据实际情况选取适当 的值。 图2 含水率与预氧化温度的关系 85 8o 75 7o 65 6o 55 8 4 8 2 8 0 7 8 7 6 7 4 7 2 时间，m i n 围3 音水率与预氧化时间的关系 0 0 01 1 0 012 0 013 0 014 0 015 0 0l6 0 0 空气流速( m Lm i n “1 图4 含水率与空气流速的关系 7 结论 当粘胶纤维混纺比达到2 0 以上时，可以生产 出均匀度很好的粘胶腈纶混纺针刺毡。针刺毡生 产过程中，不需要加入任何化学油剂，可以避免油剂 对最终活性炭纤维吸附性能的负面影响。在本文的 试验条件下，预氧化最佳工艺参数是预氧化温度 2 5 0 、预氧化时间5 0m i n 、空气流速l0 0 0m L m i n ， 该工艺条件下得到的预氧化针刺毡含水率为 8 0 2 ，适合于活性炭纤维的生产。l 嚣§镬 参考文献 1 埘uz ，Z h e n gJ ，W a n gM a c t i tdc a r b o nf i b e r s J 4 3 2 P o r o u ss t n l e t u r eo fP A N b a s e d C a r b o n 。1 9 9 8 ，3 6 ( 4 ) ：4 2 7 一 2 贺福，王茂章炭纤维及其复台材料 M 北京：科学 出版社，1 9 9 5 5 6 5 8 3 汪荣鑫数理统计 M 西安：西安交通大学出版社， 1 9 8 78 0 8 5 4 W a n gP H C o n v e r s i o no fp o l y a e r y I o r t i t r i l ef i b e rt oa c t i v a t e d c a r h n nf i b e r s ：e f f e c to fp r e o x i d i z a f i o ne x t e n t 【JJ JA p p l P o l y mS e i 1 9 9 6 6 2 1 7 7 1 1 7 7 3 芝井* 舡 莲瞽* 舡 堡哥* 舡 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark