玻璃纖維/聚苯硫醚纖維復(fù)合煙氣除塵濾料制備

黃 旭

(江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226007)

玻璃纖維/聚苯硫醚纖維復(fù)合煙氣除塵濾料制備

黃 旭

(江蘇工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226007)

文章針對(duì)工業(yè)煙塵高溫、化學(xué)成分復(fù)雜、運(yùn)用時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，研發(fā)了新型玻璃纖維/聚苯硫醚纖維復(fù)合煙氣除塵濾料，以達(dá)到高效凈化工業(yè)煙塵的目的。文章介紹了該濾料的生產(chǎn)技術(shù)，研究了高溫條件、處理時(shí)間對(duì)復(fù)合煙氣除塵濾料力學(xué)性能和透氣量的影響。研究表明研發(fā)的新型復(fù)合濾料具有制備工藝簡(jiǎn)單、過濾效果優(yōu)、清灰簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)。

玻璃纖維；聚苯硫醚；煙氣除塵濾料

1 前言

聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide，簡(jiǎn)稱PPS)纖維是一種新型高性能合成纖維。具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐高溫、耐酸堿、耐化學(xué)腐蝕性和阻燃性能，可在較高溫度及極端苛刻的環(huán)境下長(zhǎng)期使用，主要用于煙氣熱過濾材料制備[1]。近年來，隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)排污日益增加，空氣質(zhì)量多處于“重污染”狀態(tài)，作為一種高性能纖維，聚苯硫醚纖維在環(huán)境保護(hù)、化學(xué)工業(yè)過濾、軍事等領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用，如：高溫袋式除塵過濾材料、液相過濾材料、阻燃材料等。

目前由于PPS纖維制成的非織造布過濾材料有著表面平整、強(qiáng)力高、耐用等特點(diǎn)，在袋式除塵應(yīng)用上已相當(dāng)廣泛，但PPS纖維制成的非織造布過濾材料通常纖維較粗，濾料之間孔隙較大，對(duì)于過濾細(xì)顆粒物效果不佳，精細(xì)過濾效率較低。嚴(yán)玉蓉等[2]采用PPS樹脂通過紡粘法制備非織造布，同時(shí)復(fù)合PPS纖維網(wǎng)，加固后制備復(fù)合非織造布。該方法制備的復(fù)合過濾產(chǎn)品，具有耐高溫，過濾性能好的優(yōu)點(diǎn)，但在高溫使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)纖維應(yīng)力松弛現(xiàn)象。面對(duì)日益嚴(yán)重的工業(yè)大氣排污問題，迫切需要開發(fā)出一種性能優(yōu)、制備簡(jiǎn)單、能過濾細(xì)顆粒物的高效率PPS復(fù)合濾料。本文將開發(fā)一款強(qiáng)度高的熱穩(wěn)定性能好、透氣率高、表面光潔、過濾精度高的玻璃纖維/PPS纖維煙氣除塵材料。

2 復(fù)合濾料的生產(chǎn)工藝

機(jī)織物濾料(如圖1所示)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，被大量應(yīng)用；非織造濾料通過短纖提供的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及纖維間微小孔隙，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的過濾效果，是工業(yè)煙氣除塵過濾的理想材料。本文設(shè)計(jì)開發(fā)玻璃纖維/聚苯硫醚纖維非織造布復(fù)合濾料。將玻璃纖維網(wǎng)與聚苯硫醚短纖維進(jìn)行復(fù)合，在玻璃纖維基布表面形成一層精細(xì)過濾層，聚苯硫醚短纖維網(wǎng)為迎風(fēng)面，由于聚苯硫醚短纖維直徑小，比表面積大，可得到更好的過濾效果以克服現(xiàn)有聚苯硫醚非織造布濾料對(duì)微小顆粒物過濾效率低的問題。玻璃纖維粗纖維層基布為中間骨架層。采用加熱方式對(duì)復(fù)合濾料進(jìn)行熱定型及表面軋光整理。玻璃纖維具有優(yōu)異的耐高溫性、耐化學(xué)性、高強(qiáng)低伸、尺寸穩(wěn)定，是高溫?zé)煔獬龎m用濾料的常用材料。采用聚苯硫醚超細(xì)纖維+耐磨玻璃纖維基布+聚苯硫醚超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，表面聚苯硫醚超細(xì)纖維過濾，底部采用玻璃粗纖維底層來增強(qiáng)強(qiáng)力及耐磨性。

圖1 機(jī)織物濾料

2.1 聚苯硫醚短纖生產(chǎn)工藝

切片→結(jié)晶→烘干→熔融紡絲→卷繞集束→牽伸→熱定型→切斷→入庫(kù)。

2.2 玻璃纖維基布的生產(chǎn)工藝

玻璃纖維拉絲→烘干→退并→整經(jīng)→穿綜穿筘→織造→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

2.3 復(fù)合處理

將聚苯硫醚短纖網(wǎng)鋪疊到玻璃纖維基布的兩個(gè)表面，鋪疊方式采用陣列式針刺設(shè)備將聚苯硫醚短纖網(wǎng)以點(diǎn)陣形式嵌入到玻璃纖維基布中，在玻璃纖維基布的表面上形成聚苯硫醚短纖網(wǎng)面，得到聚苯硫醚復(fù)合濾料。聚苯硫醚短纖直徑為0.8 um～10 um，聚苯硫醚短纖維網(wǎng)單面的克重200 g/m2。

2.4 熱定型處理

將玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料采用程序升溫工藝進(jìn)行熱定型處理：90℃處理5 min，然后120℃處理3 min，最后170℃處理2 min，保證復(fù)合濾料的尺寸穩(wěn)定性。

2.5 表面軋光處理

采用熱輥對(duì)熱定型處理后得到的玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料進(jìn)行熱軋?zhí)幚恚簾彳垳囟葹?20℃，熱軋時(shí)間為20 s后得成品，熱軋工藝使得復(fù)合濾料表面光潔，容易清灰。

玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料樣品規(guī)格見表1：

表1 玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料樣品規(guī)格

3 玻璃纖維/聚苯硫醚纖維復(fù)合濾料產(chǎn)品的性能特點(diǎn)

3.1 力學(xué)性能測(cè)試

玻璃纖維/聚苯硫醚纖維復(fù)合濾料力學(xué)性能測(cè)試參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7689.5—2001。設(shè)備采用YG028—3000型織物電子強(qiáng)力儀。試樣要求：經(jīng)向、緯向條樣有效尺寸為5 cm×20 cm。測(cè)試參數(shù)：夾持距離200 mm，拉伸速度100 mm/min。并計(jì)算強(qiáng)力變化率。

通過下式計(jì)算強(qiáng)力變化率Y：

Y=(Fj-F0)/F0×100%

式中：F0復(fù)合濾料初始斷裂強(qiáng)力。

Fj復(fù)合濾料處理后的斷裂強(qiáng)力。

3.2 透氣性測(cè)試

復(fù)合濾料試樣截取規(guī)定面積，經(jīng)過180℃、200℃、240℃和280℃高溫處理72 h，取出冷卻后進(jìn)行透氣性測(cè)試，參照標(biāo)準(zhǔn) GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試[3]。

4 結(jié)果與討論

4.1 濾料力學(xué)性能的變化

將玻璃纖維/聚苯硫醚非織造布復(fù)合濾料試樣分別置于180℃、200℃、240℃和280℃的烘箱內(nèi)72 h，鼓風(fēng)烘燥處理。取出、冷卻后測(cè)定斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率。結(jié)果見表2。

表2 玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料力學(xué)性能

玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料試樣在不同溫度下處理72 h的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力呈現(xiàn)了下降、上升、再下降的趨勢(shì)，而緯向斷裂強(qiáng)力呈下降趨勢(shì)。通過計(jì)算得知，斷裂強(qiáng)力變化率經(jīng)向依次為3.43%、2.5%、0.16%、5.01%，緯向斷裂強(qiáng)力變化率為2.12%、3.79%、6.15 和8.04%。經(jīng)不同溫度處理后，復(fù)合濾料強(qiáng)力變化不大，均保持在90%以上，能夠滿足工作過程中高溫條件下對(duì)濾料強(qiáng)力的要求。

同時(shí)可以看出，在不同溫度下處理72 h經(jīng)、緯向斷裂強(qiáng)力都在2300 N～2600 N之間。濾料經(jīng)向、緯向的斷裂強(qiáng)力變化率均在10%以下，表明玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高溫處理后仍能保持良好的強(qiáng)度，符合濾料對(duì)長(zhǎng)期在高溫條件下工作的強(qiáng)力要求。

4.2 透氣性測(cè)試

透氣性是反應(yīng)濾料特性的一個(gè)指標(biāo)，是在指定的面積、壓降和時(shí)間條件下，測(cè)試氣流垂直通過試樣的速率 (單位mm/s)，透氣度的大小因?yàn)V料的材質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)形式和鋪網(wǎng)面密度差異而不同，透氣度越大，表示濾料的透氣性越好，阻力越小[4]。復(fù)合濾料經(jīng)過180℃、200℃、240℃和280℃高溫處理72 h進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

表3 玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料透氣性

由表3可以看出，復(fù)合濾料的透氣率有微小的變化，屬正常波動(dòng)，表明溫度、時(shí)間對(duì)復(fù)合濾料的透氣性沒有明顯影響，符合濾料長(zhǎng)期在高溫條件下保持較高過濾效果的要求。

5 結(jié)論

玻璃纖維/聚苯硫醚復(fù)合濾料的強(qiáng)度和透氣率都符合濾料長(zhǎng)期在高溫條件下正常工作的要求，在后道經(jīng)熱定型處理后該濾料的收縮率控制在可控范圍內(nèi)，而且經(jīng)軋光處理后表面光滑容易清灰。

玻璃纖維/聚苯硫醚非織造布復(fù)合濾料采用了嵌入復(fù)合方法，將聚苯硫醚超細(xì)纖維網(wǎng)與玻璃纖維基布進(jìn)行物理復(fù)合加固，無(wú)需加熱或使用粘合劑，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)較厚的纖維網(wǎng)層之間的結(jié)合也非常牢固，克服了PPS多層復(fù)合濾料使用過程中發(fā)生層間剝離脫落的缺陷。

[1] 朱銳鈿，張鵬.國(guó)內(nèi)耐高溫濾材用合成纖維的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].合成纖維工業(yè)，2011，34(5)：52—54.

[2] 嚴(yán)玉蓉，趙耀明.PPS紡粘非織造布及其復(fù)合產(chǎn)品以及制備方法[P].中國(guó)專利：CN101532212A，2009—09—16．

[3] GB/T 5453—1997紡織品織物透氣性的測(cè)定[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997．

[4] 陳隆樞，陶暉.袋式除塵技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

Preparation of GF/PPS Complex Flue Gas Dust Removal Filter Material

HuangXu

(Jiangsu College of Engineering and Technology, Nantong 226007, China)

A new type glass fiber/polyphenylene sulfide complex filter material was researched, which improved the efficiency of industrial fume purification. The production technology of new material was introduced, the mechanical properties and air permeability under different high temperature and treating time were discussed. The results are shown that the new complex filter material has simple production flow, has good filter effect and easy to remove ash.

glass fiber; polyphenylene sulfide; flue gas dust removal filter material

2016-09-08

江蘇省先進(jìn)紡織工程技術(shù)中心基金項(xiàng)目(XJFZ/2015/8)；江蘇省高等職業(yè)院校教師青年教師企業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)項(xiàng)目(2016QYSJ015)

黃 旭(1982—)，女，黑龍江齊齊哈爾人，副教授。

TS176+.5

B

1009-3028(2016)06-0014-03