高溫環(huán)保復(fù)合過(guò)濾材料研發(fā)及應(yīng)用

王文鑫

福建南紡有限責(zé)任公司，福建 南平353000

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高溫環(huán)保復(fù)合過(guò)濾材料研發(fā)及應(yīng)用

王文鑫

福建南紡有限責(zé)任公司，福建 南平353000

以研發(fā)高溫環(huán)保復(fù)合過(guò)濾材料為目標(biāo)，選用耐高溫、耐腐蝕、抗氧化的纖維為原料，采用針刺-水刺復(fù)合工藝，提高了高溫環(huán)保復(fù)合過(guò)濾材料的微細(xì)粒子(PM2.5)的捕集效果，同時(shí)防止了細(xì)微粉塵進(jìn)入過(guò)濾材料深層。迎塵面采用水刺層，具有表面過(guò)濾和利于清灰的作用，使表面對(duì)細(xì)微粉塵的過(guò)濾更加高效、可靠，并降低了過(guò)濾阻力。復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用還顯著改善了過(guò)濾材料的耐溫性能，并使其耐腐蝕性、抗氧化性和拉伸強(qiáng)力等顯著提高，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。

高溫，針刺，水刺，復(fù)合技術(shù)，過(guò)濾材料

當(dāng)前，我國(guó)已成為世界第一大鋼鐵、水泥、煤炭、化纖生產(chǎn)國(guó)，以及第二大電力、有色金屬、化肥生產(chǎn)國(guó)。2011年，全國(guó)煙(粉)塵排放量1278.8萬(wàn)t；2012年，全國(guó)煙(粉)塵排放量1234.3萬(wàn)t。高耗能、高污染產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，空氣污染尤為嚴(yán)重，其解決方法以耐高溫纖維加工的非織造袋式濾材除塵技術(shù)為主。

我國(guó)高性能纖維的起步較晚，但近年發(fā)展迅速，已開發(fā)出芳綸(AR纖維)、聚苯硫醚(PPS)纖維、聚酰亞胺(P84)纖維等。利用耐高溫纖維加工水刺、針刺復(fù)合過(guò)濾材料(以下簡(jiǎn)稱濾料)，可以提高微細(xì)粒子(PM2.5)的捕集效果，防止粉塵進(jìn)入濾料深層，迎塵面采用水刺層則具有表面過(guò)濾和利于清灰的作用，使表面過(guò)濾更加高效、可靠，并降低過(guò)濾阻力。同時(shí)，還可以改變耐高溫纖維及耐高溫濾料主要依靠進(jìn)口的局面，對(duì)促進(jìn)我國(guó)的環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 主要生產(chǎn)工藝路線

開發(fā)P84、PPS針刺-水刺復(fù)合濾料，提升其過(guò)濾性能。開拓性地采用針刺、水刺復(fù)合工藝，將針刺和水刺兩種濾料的優(yōu)點(diǎn)融為一體； 采用特殊后整理工藝，提高濾料的過(guò)濾精度和過(guò)濾效率，降低過(guò)濾阻力，并延長(zhǎng)濾料的使用壽命。主要生產(chǎn)工藝路線：

2 常用耐高溫纖維性能及原料選擇

2.1 常用耐高溫纖維性能

幾種常用耐高溫纖維的性能見表1。

從表1可以看出：

P84纖維具有較高的耐溫性能，持續(xù)使用溫度可達(dá)240℃，瞬間可達(dá)260℃。另外，P84纖維的結(jié)構(gòu)決定了它具有較大的過(guò)濾面積及優(yōu)異的過(guò)濾性能，同時(shí)，清灰時(shí)粉餅剝離性能好而易于進(jìn)行，粉塵不會(huì)滲入濾布，可減小過(guò)濾阻力。

PPS纖維是一種耐高溫合成纖維，它具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性、耐化學(xué)藥品性、尺寸穩(wěn)定性等，具備了作為高性能纖維的各種特點(diǎn)。PPS纖維的持續(xù)使用溫度可達(dá)170℃，瞬間可達(dá)200℃，并能抵抗多種酸、堿和氧化劑的化學(xué)腐蝕。最重要的是，PPS纖維不會(huì)水解，而且它的公定回潮率只有0.4%，可用于含濕量較高的工況。對(duì)于鋼廠的燒結(jié)廠半干法脫硫工序，其工況氣體中含有SOx成分，酸性及腐蝕性較強(qiáng)，含濕量也比較高，選用PPS纖維較合適。

PTFE的中文名稱為聚四氟乙烯，通常又稱為特氟龍。PTFE纖維為全氟化直鏈高聚物，由四氟乙烯單體聚合而成，聚合方法有本體聚合和乳液聚合。PTFE乳液是一種含聚四氟乙烯的高分子化學(xué)材料。經(jīng)過(guò)PTFE乳液浸漬或涂層后，濾料具有拒水性、耐熱性、不黏性、抗氧化性、耐磨損性、耐腐蝕性等。

2.2 原料選擇

高效低阻、耐高溫、耐腐蝕和抗氧化是高性能濾料的主要要求。根據(jù)表1中常用耐高溫纖維的性能比較，水刺迎塵面選用P84纖維，針刺層采用PPS纖維，后處理選擇PTFE乳液浸漬。

3 針刺-水刺復(fù)合濾料的關(guān)鍵工藝控制

3.1 針刺工藝

針刺坯布的密度應(yīng)盡量大，一般要求控制在0.20g/cm3以上，以保證最終濾料的過(guò)濾效率和過(guò)濾精度，防止過(guò)濾初期階段發(fā)生漏灰現(xiàn)象。

各組分纖維配比需合理，除了考慮過(guò)濾性能的需要外，還要考慮纖維之間的抱合力，確保梳理、水刺和針刺過(guò)程順利進(jìn)行。

針刺密度應(yīng)控制在1500～1700N/cm2，針刺纏結(jié)點(diǎn)需較普通濾料多。必須加大刺針深度，確保濾料的剝離強(qiáng)度和纏結(jié)度。另外，需選擇最佳型號(hào)的刺針，保證濾料表面平整度高而易于清灰，保證濾料針眼小可防止過(guò)濾初期發(fā)生漏灰，保證最終濾料的過(guò)濾效率和過(guò)濾精度高。

針刺復(fù)合基布層或水刺迎塵面時(shí)，應(yīng)確保復(fù)合層不產(chǎn)生折皺。因此，復(fù)合過(guò)程中必須嚴(yán)格控制過(guò)程張力，并保持其恒定；保持復(fù)合層退卷張力恒定，使布幅穩(wěn)定，不發(fā)生偏移；復(fù)合層針深合理，確保纖維穿刺充分且不受到損傷。

3.2 軋光定型工藝

合理調(diào)整軋光定型工藝參數(shù)，包括軋光溫度、軋光速度、軋輥壓力、引布方式、過(guò)程張力、半成品厚度等，保證針坯得到充分定型，確保濾料的收縮率及透氣率在要求范圍內(nèi)。同時(shí)，針坯上的針眼在軋光定型過(guò)程中進(jìn)一步收縮變小，以降低粉塵透過(guò)率，并提高過(guò)濾效率和過(guò)濾精度。

3.3 燒毛軋光工藝

合理調(diào)整燒毛軋光工藝參數(shù)，如火口選擇、火口距離、液化汽流量、軋光溫度、軋光速度、軋輥壓力、引布方式、過(guò)程張力、半成品厚度等，確保在濾料迎塵面形成易清灰層。同時(shí)，注意燒毛后半成品顏色的變化，使外觀質(zhì)量符合用戶要求。燒毛過(guò)程中要穩(wěn)定控制半成品厚度，保證濾料的收縮率及透氣率在要求范圍內(nèi)。

3.4 飽和浸漬工藝

浸漬時(shí)需選用合適的漿料助劑，合理調(diào)整配方，控制浸漬液的附著量，使濾料能夠更好地發(fā)揮作用。根據(jù)纖維性質(zhì)及濾料特點(diǎn)，合理調(diào)節(jié)烘箱的各區(qū)段溫度、壓漿輥壓力、拉幅定型機(jī)車速，使濾料的外觀質(zhì)量及過(guò)濾性能均能符合用戶要求。

4 濾料技術(shù)性能比較

4.1 濾料過(guò)濾方式比較

濾料過(guò)濾方式分深層過(guò)濾和表層過(guò)濾(圖1)。深層過(guò)濾方式下，粉塵會(huì)滲透到濾料中間，運(yùn)行后過(guò)濾阻力會(huì)不斷提高。表層過(guò)濾方式下，與深層過(guò)濾方式相比，其過(guò)濾精度和過(guò)濾效率高很多，這有利于提高對(duì)微細(xì)粒子(PM2.5)的捕集效果。針刺、水刺復(fù)合過(guò)濾材料采用表層過(guò)濾方式，可防止粉塵進(jìn)入濾料深層，而且有利于清灰，表層過(guò)濾也更加有效、可靠，并降低了過(guò)濾阻力。

(a) PTFE薄膜表層過(guò)濾 (b) 傳統(tǒng)濾料深層過(guò)濾 (c) 復(fù)合濾料表層過(guò)濾

4.2 濾料透氣度比較

對(duì)三種濾料的面密度、厚度及透氣度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2

表2 PPS濾料性能及透氣度

4.3 濾料排放濃度比較

如圖2所示，針刺-水刺復(fù)合PPS濾料的粉塵總排放濃度(TOT)比針刺PPS濾料減少了61%，微細(xì)粉塵(PM2.5)排放濃度減少了48%，表層過(guò)濾的優(yōu)越性得到充分體現(xiàn)，過(guò)濾效率非常高，且對(duì)微細(xì)粉塵(PM2.5)的控制優(yōu)勢(shì)更大。

圖2 濾料排放濃度比較[基于環(huán)境技術(shù)認(rèn)證(ETV)標(biāo)準(zhǔn)]

4.4 濾料過(guò)濾效率比較

如圖3所示，由于針刺-水刺復(fù)合PPS濾料和針刺PPS覆膜濾料都采用表層過(guò)濾方式，所以它們的過(guò)濾效率高并且較接近，而針刺PPS濾料的過(guò)濾效率明顯較低。

圖3 濾料過(guò)濾效率比較

4.5 濾料過(guò)濾壓差比較

如圖4所示，由于針刺PPS覆膜濾料的透氣度很小，所以過(guò)濾壓差大；針刺-水刺復(fù)合PPS濾料的透氣量在8m3/(m2·min)左右，過(guò)濾壓差與針刺PPS濾料接近，所以過(guò)濾阻力比針刺PPS覆膜濾料小。

圖4 濾料過(guò)濾壓差比較

從表2可以看出，針刺PPS濾料的透氣量約為針刺-水刺復(fù)合PPS濾料的2倍，而后者的透氣量又為針刺PPS覆膜濾料的2倍多。由于針刺-水刺復(fù)合PPS濾料的表層采用細(xì)旦纖維水刺層，其致密性比常規(guī)濾料的表層高很多。針刺-水刺復(fù)合PPS濾料和針刺PPS覆膜濾料都采用表層過(guò)濾，它們都比常規(guī)濾料具有更高的過(guò)濾效率，出口的粉塵濃度可降低30%～60%。但是由于針刺-水刺復(fù)合PPS濾料的透氣量是針刺PPS覆膜濾料的2倍多，實(shí)際使用時(shí)前者的過(guò)濾面積僅為后者的一半，過(guò)濾袋數(shù)量和除塵器體積都降低近50%，大大節(jié)約了除塵器的制造成本和過(guò)濾袋的更換成本，提高了競(jìng)爭(zhēng)力。

通過(guò)比較得出，采用針刺-水刺復(fù)合工藝，濾料的過(guò)濾效率、過(guò)濾阻力、排放濃度、透氣度均大大優(yōu)于針刺工藝制備的濾料。

4.6 濾料主要技術(shù)指標(biāo)

將P84纖維及PPS纖維按一定質(zhì)量配比混合，然后經(jīng)水刺制成30～60g/m2水刺層作為迎塵面，再經(jīng)針刺復(fù)合成濾料。對(duì)濾料的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 濾料主要技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)解決針刺、水刺復(fù)合工藝難題，提高了濾料的使用性能，所得最終產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、耐高溫、透氣量大、易清灰、使用時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可改變冶金、發(fā)電、水泥、垃圾焚燒等工業(yè)在高溫?zé)煔膺^(guò)濾中采用較復(fù)雜的工藝路線的狀況。這種先進(jìn)的一步法直接制備復(fù)合濾料的方式，既有利于增加產(chǎn)量、節(jié)約能源，又降低了成本；既減少了煙排濃度，降低了對(duì)大氣的污染程度，又改變了耐高溫纖維及耐高溫濾料主要依靠進(jìn)口的局面，對(duì)促進(jìn)我國(guó)的環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

Development and application of high-temperature environmental protection filter material compound products

WangWenxin

Fujian Nanfang Textile Co.,Ltd.,Nanping 353000,China

With the aim to research and develop high-temperature environmental protection compound filter materials,the high-temperature,corrosin-resistant and antioxidant fibers were chosen as raw materials,with needle-punch and spunlace compound technology,the trapping effect of micro-particles(PM2.5) of the compound materials was increased,and the fine dust from penetrating into the deep filter was prevented.The dust facing surface was made of spunlaced layer,which possessed the effect of surface filtration and was conducive to clear ash,and therefore,surface filtration was more efficient and reliable,and the filtration resistance was also reduced.The application of compound technology significantly improved the temperature resistance of the filter material,and the corrosion resistance,oxidation resistance and tensile strength of the filter material were increased greatly,and the cost was reduced.

high-temperature,needle-punch,spunlace,compound technology,filter material

2016-04-12

王文鑫，男，1973年生，工程師，主要從事針刺非織造布產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)管理工作

TS174.6

A

1004-7093(2016)08-0011-05