tarihinde yayınlandı

Mikron ve mikron altı partiküllerin filtrelenmesi için çok katmanlı dokusuz kumaşlar

nonwoven

Gobi Nallathambi,  Evangelin S, Kasthuri R, Nivetha D

Tekstil Teknolojisi Bölümü, Anna Üniversitesi, Hindistan

Yazışma: Gobi Nallathambi, Anna Üniversitesi, Tekstil Teknolojisi Bölümü, Chennai, Tamil Nadu, Hindistan, Tel 91 9884845999

Gönderim Tarihi: 27 Ağustos 2018 | Yayın: 2019 6 Mart

Atıf: Gobi N, Evangelin S, Kasthuri R, et al. Mikron ve mikron altı partiküllerin filtrasyonu için çok katmanlı dokusuz kumaşlar. J Tekstil Müh Moda Tekn . 2019, 5 (2): 81-84. DOI: 10.15406 / jteft.2019.05.00185

 PDF İndir

Özet

Çok katmanlı dokuma olmayan kumaşlar, polyester, pamuk ve viskoz ile ve polipropilen olarak bağlayıcı fiber ile termal olarak birleştirilerek geliştirilmiştir. Üç farklı tabakada elyafların farklı bir kısmı kullanılmış ve sırasıyla üst, orta ve alt tabakalar olarak polyester, pamuk ve viskoz kullanılmıştır. Kumaşın kalınlığı ve alan yoğunluğu değişmiş, elyafın yoğunluk değişimi ve şekil faktörüne bağlı olarak her katmanın oranına bağlıdır. Teorik katı hacim fraksiyonu, geliştirilen çok katmanlı dokunmamış kumaşların filtrasyon verimliliğiyle eşleşir. Alt tabaka olarak en yüksek viskoz elyaf oranı, hava geçirgenliğinin azalmasına ve 0.3 ila 1μ partiküller için daha iyi filtreleme verimliliğine yol açar.

Giriş

Filtrasyon, dağılmış parçacıkların gözenekli bir ortam yardımıyla hava veya sıvı gibi bir dağılma ortamından ayrılması işlemidir. 1

Dokunmamış kumaşlar, daha yüksek hava geçirgenliği, daha iyi filtreleme performansı ve dokuma filtre ortamından daha fazla iplik kayması nedeniyle parçacıkların filtrelenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. 2 -5Dokunmamış kumaşın rastgele lifli ağı nedeniyle etkili filtrasyon elde edilmiştir. Dokunmamış kumaşın filtrasyon performansı, kumaşın kalınlığından, alan yoğunluğundan ve gözenek boyutundan etkilenmiştir. Dokunmamış kumaşların çoğu eğrilerek bağlanır ve genel olarak, mekanik olarak bağlanmış dokunmamış kumaşlar daha kalındır, termal bağlanmış dokunmamış kumaştan daha büyük gözenek açıklığına sahiptir. İğne ile delinmiş dokunmamış kumaşlar, kömür, toz ve kimyasal parçacıkların ayrılması gibi kaba parçacıkları filtrelemek için kullanılır. Eriyik üflemeli, eğrilerek bağlanmış ve iğne keçeleştirme tekniklerine dayanan diğer dokunmamışlar, tek kullanımlık kartuş, membran ve gıda filtrasyonu için kullanılır. Ortalama akış gözenek çapı, termal olmayan birleştirilmiş kumaşlar için 1-500 mikron olarak elde edildi ve termal takvim ile 10-15 mikron olarak azaltıldı.6

Sürekli filamentlerden geliştirilen dokunmamış kumaşlar, düzenli bir gözenek oluşumu izlemiştir ve kesikli elyaf durumunda, elyafların rastgele düzenlenmesi ve daha yüksek gözenek sıkılığı elde edilebilir. 7 Dokumasız kumaşta rastgele bir elyaf düzenlemesi, orta ila ince partiküllerin yakalanması ve çökeltilmesi için daha uygun koşullar sağlar. Fiber kesiti ayrıca dokunmamış kumaşın hava geçirgenliğini ve filtrasyon verimliliğini etkiler, 8 liflerin düzensiz ve tırtıklı kesiti daha iyi filtreleme performansı verebilir. Kumaş alansal yoğunluğu arttığında, termal olarak bağlanmış dokunmamış kumaşlar için hava geçirgenliği önemli ölçüde azalır 9ve aynı zamanda, termal olarak erimiş poliesterden elde edilen ürünlerle, düşük erime noktalı liflere sahip viskondan daha fazla artar. 10

Termal bağlama, alan ve nokta bağlama olabilir ve alan bağlama, kesikli elyaf dokuma olmayan kumaş için uygundur. Termal bağlanma durumunda, birim alandaki kütle artarsa, erimiş liflerin sayısı artar, böylece daha ince bir gözenek boyutu dağılımı oluşturulur. Dokunmamış kumaşlar için, katı hacim payının arttırılması genellikle hem filtrasyon verimliliğini hem de basınç düşüşünü arttıracaktır. 11

Lif karışımlarının kullanımı, filtrasyon derinliğini artırarak ve üç boyutlu bir yapı oluşturarak filtre özelliklerini de geliştirebilir. 12 , 13 Hava filtrasyonu uygulamasında tek katmanlı iğneli zımbalanmış dokunmamış malzemeler arasında ağın homojen olmaması ve gözeneklerin dağılım boyutu sayılabilir; 14Geliştirilmiş filtrasyon performansı ile çok katmanlı homojen bir dokuma olmayan kumaş maliyet etkin bir şekilde üretilebilir, pamuk ve diğer doğal elyaflar çok katmanlı dokuma olmayan kumaş filtre yapmak için uygun elyaftır. Farklı liflerin yapısal anizotropisi, çok katmanlı dokunmamış filtre kumaşlarının çeşitli fiziksel ve filtrasyon özelliklerinin geliştirilmesine yol açar. Gaz türbini giriş filtresi için çok katmanlı dokusuz kumaşlar kullanıldı ve tek katmanlı filtrelere göre daha iyi performans elde edildi. 15 Karışık fiber filtreler ayrıca mono ve polidispers aerosol partiküllerini filtrelemek için geliştirilmiş ve performansı karşılaştırılmıştır. 16 Takvimle termal bağlama için, polipropilen kesikli elyafların yapıştırılması için uygun bir elyaftır. 17 , 18 Bu çalışmada, polyester, pamuk ve viskoz içeren çok tabakalı dokuma olmayan kumaşlar, polipropilen olarak bağlama lifi ile termal olarak birleştirilerek geliştirildi ve ayrıca 0.3 ila 2μ arasındaki eşyaların filtrasyon performansı analiz edildi.

Malzemeler ve yöntemler

Malzemeler

Polyester, pamuk, viskon ve polipropilen kesikli elyaflar, çok katmanlı dokunmamış kumaşların (MLNF) geliştirilmesi için kullanılır ve elyaf parametreleri Tablo l’de verilmektedir . Bağlayıcı elyaf olarak polipropilen kullanıldı ve bu, tarak makinası ile taşıyıcı elyaf ile karıştırıldı ve her elyafın harmanlanmış ağı üretildi.

Lifuzunluk (mikron)denye /
Pamuk303.4
Polyester321.2
viskoz381.5
Polipropilen321.2

Tablo 1 Lif özellikleri

Çok katmanlı dokusuz kumaş yapımı

Filtrasyon için çok katmanlı dokuma olmayan kumaşın yapım prensibi Şekil 1’de gösterilmektedir . Minyatür tarak makinası, taşıyıcı elyaf ve bağlayıcı elyaf ile harmanlanmış ağ üretmek için, taşıyıcı elyafın ağırlığına göre% 25 polipropilen, her bir polyester, pamuk ve viskoz tabakasını üretmek için bağlayıcı elyaf olarak kullanılmıştır. Çok tabakalı dokunmamış kumaş terkibinin geliştirilmesi için deneysel plan Tablo 2’de gösterilmiştir . Hazırlanan çoklu ağ katmanları, minyatür termal yapıştırma makinesi ile 30 saniye boyunca 120 ° C sıcaklıkta termal olarak bağlandı.

Şekil 1 Çok katmanlı dokuma olmayan kumaşın yapım prensibi.

Örnek oranı (P / C / V)Kalınlık mmYoğunluk (gram / m 2 )Katı hacim oranıHava geçirgenliğiFiltrasyon %
120/20/600,82111907,387.643.7469,3578,6883,396489,0592,3691
230/20/500,7295892,776.630.5949.0463.5574.264886,4492.0389
320/30/500.81106877,174.631.9946,959.9772,694684.991.0288
420/40/400.89112843,460,436.4962.9870,675,895785.5195.7191
530/30/400.7398908,37537,5145,3357.4472.324785.3493,4389
640/20/400,82107891,382.626.3237.3342,2764,383574.8485.180
720/50/300.85112883,176.840.6850,8960.9568.225176,5585,0881
830/40/300,78105910,891.332.550.8769,9181.565194.3299,1597
940/30/300,79106916,594.731.6252.7465,8973,675087,4598,0593
1050/20/300,83108897,484.423,4932.2845,3460.333472.2384.9679
1120/60/200,7296893,7883343.2258.3469,244581,0777,6179
1230/50/200.7798861,192.242.9952.959,8363,585276.5279,6179
1340/40/200.86107849,988.213.2227.6639.352.522766.4289,3678
1450/30/200.81102868,574,810,9935.3642,3943,383062,7185.0174
1560/20/200,7894839,292.81.1211.5227,5141,471368.3682.475

Tablo 2 Çok katmanlı dokusuz kumaşların fiziksel ve filtrasyon özellikleri. Her bir fiberin yüzey morfolojisi dokuma olmayan kumaşın filtrasyon performansına katkıda bulunur ve Şekil 2’de gösterilmiştir .

Çok katmanlı dokunmamış kumaşın karakterizasyonu

Geliştirilen dokunmamış kumaşın fiziksel özellikleri, standart test yöntemlerine göre analiz edilmiştir. Kumaşın alansal yoğunluğu ASTM D 6242-98 ile ölçüldü ve kumaşın hava geçirgenliği ASTM D 737-04 (2016) ile ölçüldü. Dokunmamış kumaşın katı hacim fraksiyonu (α), denklem 1 ile hesaplandı.

G = birim alan başına kütle, g / 2 , ρ f = lif yoğunluğu, g / cc 3 , Z = kalınlığı kumaş, mm

Filtrasyon verimliliğinin analizi

ASTM F2299-03 uyarınca hava filtrasyon verimliliği test cihazı prensibi Şekil 3’te gösterilmiştir. Kuru ve temiz hava kompresörden alınmış ve hava regülatörüne beslenmiştir. AeClol ve 0.3 ila 10 mikron arasında değişen aerosol boyutu için NaCl kullanıldı. Aerosol nötrleştiriciden (P-120) geçirildi ve filtrasyon odasından geçmeden önce seyreltildi. 80mm çapındaki çok katmanlı dokunmamış kumaş numunesi, tutucular arasında sabitlenmiştir. Aerosol ile hava akışının hızı 5 cm / s olarak tutuldu ve yukarı ve aşağı akım arasındaki basınç farkı sürekli olarak izlendi. Yüzey hızındaki daha fazla artış, dokunmamış kumaşların filtrasyon verimliliğini azaltacaktır. Partikül boyutu, filtrasyon verimliliğini hesaplamak için yukarı ve aşağı hava akımından lazer partikül sayacı (Lasair III, Partikül ölçüm sistemi) ile ölçüldü. Hava filtrasyon verimliliği, denklem 2 ile hesaplanır.

A = partikül sayısı beslendiğinde, B = filtrasyondan sonra alınan partikül sayısı

Sonuçlar ve tartışma

Proses değişkenlerinin dokusuz kumaşların alan yoğunluğu ve kalınlığı üzerindeki etkisi

Çok katmanlı dokusuz kumaşın alansal yoğunluğu 94 ile 112 arasında değişmektedir ve polyester, pamuk ve viskoz liflerin yoğunluğundaki değişiklik ve her numunedeki oranı nedeniyle kalınlık 0.72 ile 0.89 mm arasındadır.

Proses değişkenlerinin dokunmamış kumaşların hava geçirgenliğine etkisi

Hava geçirgenliği sonuçları verilmiştir Tablo 2 ve 94.3cm için 60.4 arasında değişir 3 / cm 2 / s. Pamuk ve viskon oranındaki artış, kumaşların hava geçirgenliğini azaltır. Elyafın eşit oranı, gözeneklerin üst katmandan alt katmana sırasını azaltarak dağıtması nedeniyle çok katmanlı dokunmamış kumaşın (MLNF) hava geçirgenliğini arttırır. Bu, pamuk ve viskon liflerinin kolay bükülmesinden ve yüzey pürüzlülüğünden kaynaklanmaktadır. Yüksek polyester oranı, hacimli ve pürüzsüz yüzeyi nedeniyle hava geçirgenliğini arttırır.

Filtrasyon verimliliği

Hazırlanan örneklerin filtrasyon verimliliği, 0.3, 0.5, 0.7, 1, 2 ve 3 mikron partikül boyutu için filtrasyon etkinlik testinde test edilmiştir. MLNF’nin filtreleme verimliliği, 0.3 ila 1 ve 2 ila 3 gibi iki parçacık boyutu grubu için test edilmiştir ve sonuçlar ayrıca tablo 2’de verilmektedir . 30/40/30 ve 40/30/30 olarak da P / C / V oranı 91.3 ve 94.7cm hava geçirgenliği ile, sırasıyla,% 91 ve% 93 gibi daha yüksek filtreleme verimi sağlar 3 / cm 2 / s.

Partiküllerin filtrelenmesi için 0.3–1 arasında, 20/20/60 olarak P / C / V oranı diğer örneklerden daha yüksek filtrasyon verimliliği sağlar ve Şekil 4 ve 5’te gösterilmektedir . viskoz suni ipek ve 87.6cm hava geçirgenliği ile yakın paketleme yoğunluğu 3 / cm 2 / s.

Şekil 4 Farklı partiküllü numunelerin filtrasyon verimliliği.

Şekil 5 Farklı partiküllere (0.3-1.0, 2-3) sahip numunelerin tüm filtreleme verimliliği üzerinde.

Derinlik filtrasyonu prensibinde, liflerin yüzey özellikleri filtrasyonda büyük rol oynar ve dokunmamış kumaşın her tabakasındaki lifler MLNF’nin filtrasyon performansından sorumludur. Viskon elyafın tırtıklı kesiti, yüzeyinde orta ila ince partiküller tutabilir ve dokusuz kumaşın geçirgenliği, gözeneklerin tıkanması nedeniyle azalacak, böylece filtrenin performansı, bir üst katman olarak kullanılacaksa azalacaktır. çok katmanlı dokunmamış kumaş filtre. Üst yüzeydeki polyester elyaf, birim alan yoğunluğu ile daha fazla hacim kaplar ve daha yüksek hava geçirgenliğine yol açar ve parçacıkların rotadan inceye kadar filtrelenmesine yardımcı olur.

Sonuç

Çok katmanlı dokunmamış kumaşlar başarılı bir şekilde geliştirilmiş ve filtrasyon performansı analiz edilmiştir. Geliştirilen dokunmamış kumaşların alansal yoğunluğu ve kalınlığı, polyester, pamuk ve viskon liflerinin oranına göre değiştirildi. Liflerin oranı kumaşın hava geçirgenliğini de etkiler. Çok katmanlı dokuma olmayan kumaşın hava geçirgenliği, pamuk ve polyester oranı daha yüksek olduğunda ve bunun tersi olduğunda azalmıştır. Ancak lif eşit oranda daha yüksek hava geçirgenliği 94.7cm olarak oluşan 3 / cm 2 / s. Minimum hava geçirgenliği olarak 60.4cm 20/40/40 tarafından rapor edilmiştir 3 / cm 2/ s’dir. Liflerin oranındaki değişim, dokunmamış kumaşların filtrasyon performansını etkiler. 0.3 ve 1.0μ arasındaki parçacıklar için filtrasyon verimliliği 87.6cm arasında hava geçirgenliğine sahip 20/20/60 olan P / C / V oranı daha yüksek olan 3 / cm 2 / s. Daha yüksek oranda polyester, filtrasyon verimliliğinde azalmaya yol açar. 1 ve 2μ gibi daha büyük partiküller durumunda, 30/40/30 ve 40/30/30 P / C / V oranı, en yüksek hava geçirgenlik değerleriyle sırasıyla% 97 ve% 93 filtreleme verimliliği sağlar.