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摘要:介紹了用于汽車噴漆房空氣過濾的初、中效和亞高效過濾材料的性能要求和不同的試制工藝,其試制產品的外觀和內在質量指標均達到要求。

中國汽車行業經過幾十年的努力,發展前景一片大好。近10 年來更是發展勢頭迅猛,國外的汽車制造公司幾乎全都在中國國土上合資建廠,使中國汽車業無論是數量還是質量都得到了很大的提升。汽車行業的發展,必然導致與汽車相關行業的發展。因非織造材料相對于織物有其獨特的性能,而有些特性是織物無法替代的,從而在汽車業發展的同時,非織造業也緊跟著快速發展。我國的車用裝飾材料、地毯、隔音氈、過濾材料等非織造材料,經過不斷的研究開發,幾乎完全替代了進口產品。

汽車噴漆房用空氣過濾材料原本也是依靠進口的。回憶20 年前,上海牌轎車的油漆面暗淡無光,而進口車則輛輛光亮,究其原因并非是油漆質量不好,而是汽車噴漆房內空氣中灰塵含量高、顆粒大,在噴漆時混在油漆內或粘在油漆表面,使漆面失去光澤。針對這種情況,筆者參考了國外資料和樣品,利用已有的非織造空氣過濾材料的生產和應用方面的知識,確定了初、中效非織造材料的生產方式和工藝;而最終一級(亞高效) 過濾材料由于對其過濾精度要求極高,改變了傳統的生產方式, 制定新的生產方式及工藝。在產品試制成功后,經測試完全符合國外資料要求,外觀也與國外樣品相同。產品投入使用后,得到上海申沃、上海大眾等汽車制造廠的一致好評。特別是經上海申沃公司幾年來的使用,對產品的良好性能產生的社會效益和經濟效益作了很高的評價。

1 、生產流程和產品性能測試

1.1 初、中效過濾材料的生產流程

開清混→梳理成網→針刺→噴膠→烘干定型→切邊成卷→剪裁→縫紉成袋

1.2 亞高效過濾材料的生產流程

開清混—→ 梳理成網—→熱熔定型—→切邊成卷

聚丙烯切片熔融紡絲→成網→熱軋定型→切片成卷

最終兩種材料復合→裁剪

1.3 非織造空氣過濾材料的性能測試

(1) 濾速。濾速是測試時的風速,初效過濾材料為2～2.5 m/s, 中效、亞高效過濾材料為1～1. 5 m/s 。

(2) 初阻力。初阻力是正式測試前過濾材料進風口與出風口之間的靜壓差(在過濾材料前后安裝的靜壓環管的傾斜微壓計上顯示的靜壓差), 以Pa 表示。

(3) 效率。效率是過濾材料在測試結束后所捕集的大氣塵重量占總發出的大氣塵重量的百分比。

(4) 容塵量。容塵量是當過濾阻力達到3 倍初阻力時,每平方米過濾材料上捕集的大氣塵重量,以g/ m2 表示。把重量為W (到0. 001 mg) 的過濾材料固定在一定截面積的風管內,啟動風機,使風管內的空氣流速達到測試要求后,測得的過濾材料前后(出風口與進風口) 靜壓差為初阻力。發塵濃度恒定在20 ±10 mg/ m3 的范圍內(用BF22 型模擬大氣塵,由冶金部建筑研究總院環保所提供,其大氣塵的粒徑分布見表1) ,直到阻力達到3 倍初阻力時停止發塵,拆下過濾材料秤重為W 1 (到0. 001 mg) ,并計算出已發出的模擬大氣塵總量S 。

則過濾材料的容塵量Q 為: Q = W 1 -W

過濾材料的過濾效率L 為:L = Q/ S ×100

表1 BF22 模擬大氣塵的粒徑分布 粒徑(μm) 0～5 5～10 10～20 20～30 30～40 含量( %) 33 16 26 9
2、非織造過濾材料的過濾機理及性能影響因素

過濾材料的過濾作用來自于兩個方面,一是纖維之間形成的微孔對塵埃產生的阻隔作用,二是過濾材料本身靜電產生的吸附作用,但主要作用是微孔對塵埃的阻隔作用。只要了解某塊過濾材料的過濾效率,就可以通過模擬大氣塵的粒徑分布表計算出過濾材料過濾后的空氣內含灰塵粒徑的大小范圍。容塵量是衡量過濾材料使用壽命的指標,容塵量越高,使用壽命越長。初阻力的大小決定了在同等條件下的風機功率大小。根據環境對塵埃粒徑的不同要求,用不同粗細的纖維制成不同面密度(g/ m2 ) 、不同蓬松度的過濾材料。纖維的直徑粗,則產品的孔徑大,過濾效率低,但初阻力小,使用壽命長,對風機的要求低;反之,則產品的孔徑小,過濾效率高,但初阻力增加,使用壽命降低,對風機的要求高。然而,原料纖維的粗細不是影響產品初阻力、效率、容塵量的因素,還與過濾材料的面密度及蓬松度有關。

提高過濾材料的面密度,則初阻力、過濾效率和容塵量都會增加;增加過濾材料的蓬松度(厚度) , 則初阻力、過濾效率會降低,而容塵量會上升。

3、非織造過濾材料與傳統紡織品過濾材料的性能對比

非織造過濾材料與傳統紡織品過濾材料的性能對比見表2 。

表2 　非織造過濾材料與傳統紡織品過濾材料的性能對比 過濾 材料 纖維 排列 孔數 初阻力 效率 容塵量 同等面密度 材料厚度 對設備 要 求 紡織品 二維 少 大 低 小 薄 高 非織造材料 三維 多 小 高 大 厚 低
傳統紡織品通過紡紗、織布制成產品。布內纖維基本呈二維排列,作為過濾材料使用時幾乎等于起到篩網的作用,過濾過程是在一個相對的平面上進行,少量的灰塵即可堵塞全部的濾孔,使用壽命很短。而非織造材料,由于生產形式不同, 材料的厚度范圍為5～30 mm , 內部的纖維呈三維排列,濾孔的數量比紡織品過濾材料多,不但在材料表面可阻隔塵埃,而且在材料內部也能阻隔塵埃,從而大大地增加了容塵量,降低了初阻力, 使得非織造過濾材料的使用壽命延長,過濾效率提高,而對設備要求降低。
4、汽車噴漆房過濾材料的生產工藝
根據上海申沃公司提供的國外資料,對汽車噴漆房過濾材料的要求列于表3 。
表3 　汽車噴漆房過濾材料的性能要求 過濾材料 效率( %) 初阻力( Pa) 容塵量(g/ m2 ) 初　效 55～65 ≥50 400 中效 75～90 ≥135 500 亞高效 95 ≥50 500   4. 1 初、中效過濾材料
采用常規的針刺加噴膠方式生產初、中效過濾材料,工藝設計見表4 。 表4 　初、中效過濾材料工藝參數 過濾材料 面密度(g/ m2) 厚度(mm) 原料配比 初效 350 10～12 27. 7 dtex 滌綸40 % 16. 7 dtex 滌綸60 % 中效 450 13～15 16. 7 dtex 滌綸35 % 6. 67 dtex 滌綸65 %
車速控制在滿足面密度要求,針刺深度、針刺頻率控制在不分層(纖維網之間不分離) 的前提下達到厚度要求即可。
4. 2 亞高效過濾材料
由于對亞高效過濾材料的過濾效率要求很高,故要求過濾材料的孔徑小于刺針的直徑,用常規的針刺加噴膠方式達不到上述要求,因而選用熱熔法生產,工藝設計為:
面密度　　 500 g/ m2 厚度　　　 25～30 mm 原料配比　 1. 67dtex ES     纖維30 %                      1. 67 dtex     滌綸70 %
ES 纖維為皮芯型纖維,皮層為低熔點原料, 如聚丙烯、低熔點聚酯等,芯層為常規聚酯。
用熱熔方法生產的過濾材料過濾效率很高, 但過濾材料的成型依靠表面熔融的低熔點纖維與其他纖維粘連而成,一旦纖維的混合稍有局部的不均勻或梳理時損傷的斷短纖維多時,就難免會因局部纖維間沒有粘連而出現掉毛現象(對于用戶是在制造灰塵),而過度增加ES 纖維的配比, 則會造成過濾材料的板結,達不到規定的厚度,使容塵量減少,初阻力增加。為了解決上述問題,在過濾材料的出風口復合一層15 ±1 g/ m2 的紡粘非織造布(考慮到透氣性,選用15 ±1 g/m2,若面密度過高,則過濾的風力會消耗在此) 。因紡粘非織造布是由長絲形成的,不存在掉毛問題;如果過濾材料中有纖維的毛頭掉出,也可被阻隔在這層紡粘非織造布上面。

5、結語
汽車行業用的非織造材料也非織造材料的生產方法多種多樣,變化多端, 品種繁多,如空氣過濾材料、液氣過濾材料、液體過濾材料、汽車頂篷布、車用地毯、座椅材料、隔音氈等。而且還在不斷增加。不同的品種就必然由不同的非織造生產方法來完成,而不同的非織造生產方法均有其獨特的優點,因此有待于人們更好地開發非織造材料的新產品,以適應不同的使用要求。