活性碳纤维非织造布的制备

活性碳纤维非织造布的制备

作为第三代活性碳产品，活性碳纤维（acf）具有良好的吸附性能。广泛应用于环境保护、纺织、食品、医疗、运输、化学、电子、国防、军事、航空航天、能源和日常生活等领域。活性碳纤维制品种类很多,其中发展最为迅速、应用范围最广的就是ACF织制品,主要有机织品和非织造产品,一般不采用针织品。ACF机织布的机械性能及稳定性好,清灰容易,特别是在液体过滤方面,介质在压力下便于用水清洗,但由于布面孔隙率低,且孔隙是直通的,易漏滤,所以其过滤效率较低。ACF非织造布比ACF机织布过滤效率高,压力损失小且生产成本低,这是由ACF非织造布特定的三维结构决定的。ACF非织造布具有很高的过滤效率(可达99.9%),在气相过滤领域的应用具有很高的经济价值。本文采用聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF)非织造布(毡)为主要研究制品。ACF非织造布预制品可采用化学粘合法、针刺或水刺法来生产。化学粘合法由于采用化学粘合剂降低产品的性能,非织造布中用化学粘合剂不利于活性碳纤维的生产,而水刺法生产成本高,针刺法使用最普遍、最经济,且能满足活性碳纤维的生产和产品性能要求。1粘胶纤维vf的理化性能本研究所用原料是由吉林碳纤维厂提供的聚丙烯腈纤维(PANF)、聚丙烯腈预氧化丝(PANOF)、聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF),辽源碳纤维厂提供的粘胶纤维(VF),它们的有关理化性能见表1。2panf-b-毡双组分纤维制备工艺开发PAN-ACF制品采用如下工艺流程:(1)大丝束ΡAΝF剪切→PANF→剪切中长ΡAΝF深加⌶→ΡAΝFPANF→深加⌶PANF非织造布预氧化→ΡAΝΟF→预氧化PANOF非织造布碳化、活化→ΡAΝ-ACF−→碳化、活化PAN−ACF非织造布(2)ΡAΝΟF深加⌶→ΡAΝΟF非织造布(毡)碳化、活化→ΡAΝ-ACF非织造布毡2.1针刺工艺及固定工艺我们生产非织造布采用的设备是AS181A型梳棉机,原料纤维采用中长纤维。大丝束PANF和大丝束PANOF用手工法将其剪切为38～65mm的中长纤维。PAN-CF性能较脆,所以直接用大丝束喂入。鉴于条件有限,针刺工序采用手工针刺,经过针刺的毡再经高压蒸汽热定型,以使产品机械性能及尺寸稳定性能更好,表面更平整。工艺流程如下。纤维原料(PANF、PANOF、PAN-CF、VF)→一次梳理→二次梳理→成网→叠网→上针刺→下针刺→高热定型→成毡梳理工艺所采用的AS181A型梳棉机的固定工艺如表2。梳棉机的大部分隔距是定值,部分隔距随加工纤维的长度而变,其固定隔距见表3。进行了4种不同工艺的试验,见表4。2.2acf非织造布的制备我们将制得的VF/PANF混纺毡经间歇炉预氧化制成预氧化毡,然后将其与PANOF毡一样在活化温度1123K、活化时间40min、水蒸气量8.30g/min、升温速率10K/min工艺下进行碳化、活化制得ACF非织造布。3结果与讨论3.1从工艺上看,panf与vf混纺是一种最具潜力的纤维,其符合以下几种主要的特性对不同原料,采用不同工艺进行梳理试验,试验结果如表5。试验结果分五个等级,分别为:A——纤维网很清晰,无下列疵点:破边、破洞、挂花、棉球、淡云斑。B——纤维网清晰,但有以下疵点:淡云斑、挂花时有出现,稍有破边。C——纤维网不清晰、严重云斑、连续出现挂花、严重破边、有破边并兼有淡云斑、时有断网。D——不能连续成网,但能梳出小片段纤维网。E——不能成网。由实验我们看到:(1)纯PAN-CF不能用于制毡或非织造布生产。其主要原因是PAN-CF尽管强度高,但模量也高,属于脆性材料,在断裂过程中没有塑性流变特性。(2)PANF原丝由于可纺性差,进行非织造布生产是困难的。(3)PANOF柔软性好些,有一定的可纺性,可用于非织造布生产,只是由于其固有缺陷,所以成毡均匀度较差。(4)为了改善PANF的可纺性,我们将其与VF混纺。选择粘胶丝的原因主要是VF本身可以制成具有优异吸附性能的粘胶基活性碳纤维(VF-ACF),其制备工艺类似于PAN-ACF的制备;而且VF具有优良的可纺性能,与VF混纺可大大改善PANF的可纺性能。PANF与VF混纺比为80/20即可制出均匀度较好的毡,而且不用任何油剂,避免了油剂对ACF吸附性能的影响。3.2不同试剂对vf/panf纤维膜吸附性能的影响为了探索VF/PANF毡经预氧化、碳化活化制取ACF毡的可能性,将其所得的ACF毡的吸附性能与收率和相同条件下由PANOF毡所制的ACF毡的吸附性能与收率相比较,结果见表6。从表6可知,由VF/PANF所制得的ACF吸附性能低于单纯用PANOF所制的ACF。分析其原因,是VF-ACF吸附性能虽然优于PAN-ACF,但其制备工艺比PAN-CF复杂,需添加许多种助剂,而本试验未用任何试剂,所以VF/PANF的ACF毡中VF-ACF的吸附性能差。当然,也有可能是PAN-ACF