拒水防油針刺氈濾料的應(yīng)用與生產(chǎn)實(shí)踐

福建南紡有限責(zé)任公司, 福建 南平 353000

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會文明的進(jìn)步，國家不斷加重對我們賴以生存的環(huán)境的保護(hù)和治理，環(huán)保已成為人們時刻關(guān)注的熱點(diǎn)。環(huán)境治理內(nèi)容眾多，本文涉及的是大氣環(huán)境治理中的袋式除塵問題。袋式除塵技術(shù)的核心部分是過濾材料(簡稱“濾料”)，其在煙氣干法除塵治理中是“心臟”部位。袋式除塵器利用濾料中的孔隙過濾原理，對被污染的空氣進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)氣體和固體顆粒物的分離，達(dá)到空氣凈化和濾物回收的目的。袋式除塵器對細(xì)微顆粒物的捕集能力強(qiáng)且除塵效率高，是其他除塵器無法相比的。被污染氣體通過袋式除塵器后，再小的煙塵和粉塵顆粒物都會被捕集下來，其過濾效率高達(dá)99.99%以上，粉塵排放濃度可降到10.0 mg/m3以下，達(dá)到大氣環(huán)境治理目的[1]10。下面重點(diǎn)介紹一種拒水防油針刺氈濾料的應(yīng)用與生產(chǎn)實(shí)踐。

1 針刺氈濾料及拒水防油針刺氈濾料的特性與工況應(yīng)用

1.1 針刺氈濾料的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

針刺氈濾料多為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，分迎塵層、基布層和內(nèi)表層，有“三維濾料”之稱，它具有過濾阻力低、透氣性好、處理能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。針刺氈濾料中，纖維呈縱深立體狀、雜亂無規(guī)律分布，孔隙結(jié)構(gòu)細(xì)小、均勻而不直通，具有深層過濾粉塵的作用，可將大部分塵粒阻留在濾料表面。

針刺氈濾料具有易清灰的特點(diǎn)，其設(shè)備運(yùn)行阻力較穩(wěn)定。當(dāng)濾袋表面的粉塵層厚到一定程度時，必須對濾袋進(jìn)行清灰，以保證濾袋持續(xù)工作所需的透氣性。袋式除塵器的工作過程：通過清灰裝置實(shí)現(xiàn)不斷濾塵，又不斷清灰，周而復(fù)始，保證除塵和透氣效果。

1.2 針刺氈濾料的過濾機(jī)理

濾料過濾機(jī)理按其結(jié)構(gòu)可分為表面過濾和深層過濾。針刺氈濾料以纖維層為集塵體，厚而蓬松，孔隙較大，形成內(nèi)部纖維的過濾，其過濾粉塵的機(jī)理屬深層過濾。深層過濾首先是纖維過濾與顆粒過濾，最終表現(xiàn)為以粉塵層顆粒過濾為主導(dǎo)，即所謂的以粉塵過濾粉塵。纖維過濾的捕塵機(jī)理：當(dāng)粉塵粒子隨氣流運(yùn)動至接近纖維時，氣流繞過纖維，質(zhì)量大的粉塵粒子由于慣性作用偏離氣流，這些粉塵粒子與纖維碰撞而被捕集；當(dāng)粉塵粒子隨氣流運(yùn)動至接近纖維時，較細(xì)小的粉塵粒子隨氣流繞過纖維，若粉塵粒子的半徑大于其中心至纖維邊緣的距離，則這些粉塵粒子與纖維接觸而被捕獲；微小的粉塵粒子在氣體分子的撞擊下脫離氣流，像氣體分子一樣，做不規(guī)則運(yùn)動，若這些粉塵粒子與纖維接觸，即被捕集。

1.3 工況條件與拒水防油針刺氈濾料的選擇

在工業(yè)企業(yè)中，不同工況的煙氣成分千差萬別，這要求根據(jù)不同的工況選擇不同的濾料，進(jìn)行不同的處理，故科學(xué)選擇濾料成為一項(xiàng)關(guān)鍵工作。濾料的選擇應(yīng)根據(jù)處理對象的性質(zhì)，并綜合考慮濾料的性能，以適應(yīng)各種不同的條件及工況，不斷研究，不斷創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)“對況用材”。表1給出了一組鋼鐵企業(yè)工況調(diào)查數(shù)據(jù)。

表1 鋼鐵企業(yè)工況調(diào)查數(shù)據(jù)

選擇一種濾料后，一定要結(jié)合具體的工況條件，對濾料進(jìn)行必要的處理。除了考慮煙氣的含塵濃度、粉塵細(xì)度、煙氣溫度、水分含量、排放要求和濾料的強(qiáng)度等因素外，還需考慮濾料的疏水疏油、耐酸耐堿和抗水解等化學(xué)穩(wěn)定性。表1中，瞬間溫度、含氧量和含濕量比較高，煙氣成分比較復(fù)雜。根據(jù)這一工況，選擇耐高溫、耐酸堿、耐有機(jī)溶劑及水解穩(wěn)定性好的內(nèi)外層為聚苯硫醚(PPS)、中間層為聚四氟乙烯(PTFE)組合的三層濾料較為合理。在后處理工序中，除了對該三層濾料進(jìn)行聚四氟乙烯(PTFE)乳液發(fā)泡涂層處理外，還需進(jìn)行防水防油飽和浸漬處理。經(jīng)過處理的三層濾料的耐水解、抗氧化等性能得到增強(qiáng)，可以更好地發(fā)揮其過濾效能，延長使用壽命。拒水防油濾料是這種工況的首選產(chǎn)品。

1.4 針刺氈濾料拒水防油處理的必要性

工礦煙氣中含有燃燒或干燥過程所帶來的濕氣，這是無法避免的。含有氣態(tài)水的煙氣在溫度降到露點(diǎn)以下時，會在濾料上結(jié)露，與工礦煙塵中滯留在濾袋表面的大量無機(jī)物結(jié)合，形成水溶液，同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生酸性或堿性物質(zhì)。煙氣中的水分含量和溫度越高，則因纖維水解造成的濾料損壞越嚴(yán)重；在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境中，纖維水解作用會增強(qiáng)，纖維抗拉強(qiáng)度下降，導(dǎo)致濾料出現(xiàn)不同程度的失效。因此，生產(chǎn)中除了要控制煙氣溫度和防止結(jié)露外，還要注意濾料自身的疏水、耐濕、耐油和耐酸性能，保證除塵器安全運(yùn)行，降低運(yùn)行成本。

濕含塵氣體會使濾袋表面捕集的粉塵粒子潤濕、黏結(jié)，引起糊袋現(xiàn)象，導(dǎo)致過濾阻力上升。經(jīng)過含氟處理劑處理的拒水防油濾料，同時還具備覆膜濾料的清灰效果。福建南紡有限責(zé)任公司(以下簡稱“福建南紡”)開發(fā)的超亮面易清灰濾料，經(jīng)過防油防水化學(xué)處理后，不僅獲得了覆膜濾料的優(yōu)點(diǎn)，黏結(jié)在其表面的粉塵也更加容易清除。

2 拒水防油針刺氈濾料針刺工序生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 工藝技術(shù)要點(diǎn)

針刺是拒水防油針刺氈濾料生產(chǎn)的第一步，應(yīng)根據(jù)針刺工序生產(chǎn)線設(shè)備配置和纖維可紡性，合理選擇適應(yīng)工藝參數(shù)，確保開清、梳理、鋪網(wǎng)及針刺過程中實(shí)現(xiàn)混合均勻、轉(zhuǎn)移充分、纏結(jié)良好等目的。針刺坯布的燒毛面和非燒毛面的毛羽都要短，以保證后處理過程順利進(jìn)行。為適應(yīng)拒水防油處理工藝的需要，需合理選擇刺針的規(guī)格型號、刺針密度和針刺頻率，確保纖維纏結(jié)充分，同時減少對纖維和基布的損傷。針深應(yīng)從高到低設(shè)置，濾料針眼要小，表面平整度要好，以保證拒水防油和清灰效果。迎塵層與內(nèi)表層的密度、厚薄盡可能接近。合理分配針刺內(nèi)部牽伸及針刺臺間牽伸。復(fù)合過程中針刺布面張力和基布退布張力必須匹配，確保基布層不發(fā)生折皺和偏移，達(dá)到迎塵層與基布層之間、基布層與內(nèi)表層之間復(fù)合良好的效果[1]11。

2.2 工藝流程選擇及創(chuàng)新點(diǎn)

按照上述工藝技術(shù)要點(diǎn)，福建南紡?fù)ㄟ^研發(fā)并擬訂了針刺工序的工藝流程(圖1)。

圖1 拒水防油針刺氈濾料針刺工序工藝流程

圖1所示工藝流程的創(chuàng)新點(diǎn)：創(chuàng)造性地運(yùn)用雙預(yù)針刺裝置，保證針刺氈的多層面料的纏結(jié)效果，提高了剝離強(qiáng)力；雙預(yù)針刺裝置之間配有主動送布裝置，防止迎塵層在復(fù)合過程中發(fā)生意外牽伸；按PU(聚氨酯)革基布的標(biāo)準(zhǔn)，配備足夠的主針刺和修面針刺機(jī)臺，實(shí)現(xiàn)了針刺氈布面效果在同行業(yè)領(lǐng)先水平。

2.3 設(shè)備布置

按照圖1所示的工藝流程進(jìn)行設(shè)備布置，采用雙開清、雙梳理、雙鋪網(wǎng)、雙預(yù)針刺的工藝路線，達(dá)到一次復(fù)合成型針刺氈的效果。開清裝置為對稱設(shè)置的雙開清裝置，包括分別用于迎塵層和內(nèi)表層纖維開清、混合的開包機(jī)、粗開松、大倉、精開松、儲棉箱和喂棉箱各一套；梳理裝置為對稱設(shè)置的兩臺梳理機(jī)，一臺用于迎塵層纖維的梳理、混合，另一臺用于內(nèi)表層纖維的梳理、混合，使迎塵層和內(nèi)表層的纖維同時具備色澤均勻、比例一致、質(zhì)量穩(wěn)定的效果；鋪網(wǎng)裝置為對稱設(shè)置的兩臺鋪網(wǎng)機(jī)，其作用是分別把梳理機(jī)輸出的較輕、較窄的迎塵層纖網(wǎng)和內(nèi)表層纖網(wǎng)鋪疊成所需厚度和密度的迎塵層和內(nèi)表層；預(yù)針刺裝置為兩臺預(yù)針刺機(jī)，其中一臺預(yù)針刺機(jī)把鋪網(wǎng)機(jī)輸出的蓬松、無強(qiáng)力的迎塵層初步加固成具有一定強(qiáng)力的預(yù)針刺布，另一臺預(yù)針刺機(jī)對迎塵層與退布裝置釋放的基布層和內(nèi)表層進(jìn)行三層復(fù)合，保證纖維纏結(jié)效果；主針刺采用兩臺雙板正刺機(jī)及兩臺雙板倒刺機(jī)；修面針刺采用一臺雙板對刺機(jī)，通過逐步穿刺、纏結(jié)和修面，達(dá)到針刺氈及后處理的工藝要求，保證最終濾料產(chǎn)品的品質(zhì)。

3 拒水防油針刺氈濾料后處理工序

生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 工藝技術(shù)要點(diǎn)

為了保證最終濾料產(chǎn)品的熱收縮率、透氣率、表觀效果，必須合理調(diào)整軋光定型工藝，如軋光溫度、軋光速度、軋輥壓力、引布方式、過程張力和軋光半成品厚度等。軋光工序要注意控制濾料的厚度均勻度，保證產(chǎn)品透氣性一致；燒毛工序要適時調(diào)整車速，火口火焰要均勻，保證無燒毛顏色色差。

拒水防油處理時對針刺氈表層纖維的處理效果要求較高，但不需要太高的溫度和熱風(fēng)穿透工藝。因此，采用小布鋏拉幅裝置和表面烘干設(shè)備即可滿足要求。生產(chǎn)過程中針刺氈幅寬要保持穩(wěn)定，兩面均烘干、烘透。

拒水防油處理過程中針刺氈容易發(fā)生折皺現(xiàn)象，為控制好張力，該生產(chǎn)線必須具備連續(xù)儲布、連續(xù)放布和張力自動調(diào)節(jié)功能，以實(shí)現(xiàn)針刺氈拒水防油處理的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

3.2 工藝流程選擇及創(chuàng)新點(diǎn)

按照上述工藝技術(shù)要點(diǎn)，福建南紡?fù)ㄟ^研發(fā)并擬訂了后處理工序的工藝流程(圖2)。

圖2 拒水防油針刺氈濾料后處理工序工藝流程

圖2所示工藝流程的創(chuàng)新點(diǎn)：采用表面接觸烘干取代熱風(fēng)穿透烘干，防止針刺氈表面起毛和厚度反彈；配備在線軋光、張力自動調(diào)節(jié)和儲布裝置，保證生產(chǎn)連續(xù)性，穩(wěn)定針刺氈的寬度、厚度及透氣量；配置蒸汽加熱調(diào)漿、U型槽和液位自動探測裝置，提高飽和浸漬效果，保證針刺氈拒水防油處理效果的一致性。

3.3 設(shè)備布置

按照圖2所示的工藝流程進(jìn)行設(shè)備布置：配置一套燒毛、軋光設(shè)備進(jìn)行輕燒冷軋?zhí)幚恚ＷC針坯得到充分定型和易清灰效果，保證濾料的收縮率及透氣量達(dá)到工藝要求；浸漬裝置包括一個調(diào)漿桶、一個U型漿槽，實(shí)現(xiàn)拒水防油溶液的飽和浸漬；軋車裝置包括二輥斜軋、二輥平軋，保證布面平整，左右軋余率一致；拉幅裝置采用小布鋏夾持和自動對邊拉幅裝置，把擠漿、軋制后容易產(chǎn)生折皺、兩邊松緊不一致和門幅波動現(xiàn)象的針刺氈拉平或輕微拉幅，滿足成品要求；烘干裝置包括預(yù)烘、二烘和三烘三套烘干裝置，每套烘干裝置均配有一套獨(dú)立的溫控系統(tǒng)，獨(dú)立控溫，除了保證烘干能力外，還保證了拒水防油效果。

4 拒水防油劑的選擇

拒水防油劑的選擇要求：使用安全、無毒、無烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)類環(huán)境激素的非危險品類物質(zhì)；對不同水質(zhì)的適應(yīng)性要高；能適應(yīng)滌綸(PET)、亞克力(DT)、芳綸(AR)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亞胺(P84)等各類濾料纖維的后處理工藝要求；濾料經(jīng)處理后具有良好的防水防油性能，布面殘留物質(zhì)對其防水效果的影響??；能增強(qiáng)濾料的使用壽命，有利于清灰；與其他助劑并用時，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。

本流程使用的拒水防油劑為TG410HN乳液，其主要成分是氟碳化合物共聚物，乳白色，弱陽離子，含固量17%～19%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，pH值2～4，密度1.02～1.06 g/cm3。

5 結(jié)語

我國的大氣污染治理任重道遠(yuǎn)，隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，對環(huán)保將提出更高的要求。由于袋式除塵器具有一定的優(yōu)越性，其應(yīng)用和發(fā)展前景十分廣闊。經(jīng)拒水防油處理后具有耐濕、耐油和耐酸性的拒水防油針刺氈濾料，因它在特定工況環(huán)境中能夠發(fā)揮常規(guī)濾料所不具備的特殊作用，將被更多企業(yè)采用，并將伴隨著袋式除塵行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。

[1] 黎清芳. 針刺超亮面易清灰環(huán)保過濾材料產(chǎn)品的開發(fā)[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品, 2014, 32(9).