新型覆膜濾料的制備工藝及性能研究

聶孫建,梁 燕,周冠辰,楊 東,黃偉琪

(安徽元琛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?安徽 合肥 230012)

隨著工業(yè)的高速發(fā)展,我國的大氣污染日趨嚴(yán)重,全國性霧霾影響人民的身體健康。研究表明,袋式除塵器是控制工業(yè)煙氣、減少霧霾的有效手段之一,也應(yīng)用最為廣泛[1-3],其核心組件為濾料,能夠?qū)Υ髿夥蹓m進(jìn)行過濾處理。但隨著國家對工業(yè)煙氣排放濃度要求的日趨嚴(yán)苛,傳統(tǒng)的濾料并不能滿足要求。基于此,研究人員通過在濾料表面覆上一層以聚四氟乙烯(PTFE)為原料的薄膜(即覆膜濾料),其過濾機(jī)理不同于傳統(tǒng)濾料,是以表面過濾方式(傳統(tǒng)濾料過濾方式為滲透過濾),能夠?qū)崿F(xiàn)過濾效率高、清灰徹底、壓力損失穩(wěn)定且保持較低水平,滿足國家規(guī)定的工業(yè)煙氣排放濃度,因此越來越受到人們的關(guān)注和廣泛應(yīng)用[4-8]。

但覆膜濾料在實際使用過程中,會由于PTFE 膜自身較薄、覆膜濾袋與濾袋(凈氣室內(nèi)壁)之間的摩擦、濾袋與骨架之間的磨碰、高風(fēng)速攜塵氣流對濾袋的沖刷及脈沖噴吹清灰時的空氣力作用等因素導(dǎo)致表面PTFE膜破損,使得除塵器工業(yè)煙氣排放濃度超標(biāo)、濾料使用壽命縮短、企業(yè)生產(chǎn)成本增加[9-10]。

從已有研究出發(fā),以覆膜濾料為對象,研究了不同覆膜材料對濾料耐磨性能的影響。

1 試驗部分

1.1 原料

滌綸未覆膜濾料和滌綸針刺覆膜濾料(安徽元琛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?,滌-錦水刺布(浙江福瑞森水刺無紡布有限公司)。

1.2 儀器

日本Tokuden電磁加熱覆膜機(jī),熱壓覆膜機(jī),濾料綜合性能測試平臺,馬丁代爾耐磨儀,通氣阻力測試儀器,透氣性測試儀器,電子天平。

1.3 試驗步驟

1.3.1 制備PTFE覆膜濾料

通過電磁加熱覆膜機(jī),將PTFE 膜與滌綸濾料熱覆在一起,工藝參數(shù)見表1。

表1 熱覆工藝參數(shù)

1.3.2 制備以滌-錦水刺布為膜的覆膜濾料

覆膜原理和傳統(tǒng)覆PTFE 膜一樣,通過熱壓覆膜機(jī),將滌-錦水刺布與基材滌綸濾料貼合在一起,工藝參數(shù)見表2。

表2 覆膜貼合工藝參數(shù)

1.4 性能表征

透氣性能:利用透氣性測試儀器對所制備的兩類覆膜濾料進(jìn)行透氣性能檢測,測試壓強200 Pa;

通氣阻力:利用通氣阻力儀器對所制備的兩類覆膜濾料進(jìn)行通氣阻力性能檢測,測試面積4.9 cm2;

過濾效率:采用LZC-K1 濾料綜合性能測試平臺,介質(zhì)為NaCl和DEHS,粒徑范圍0.33～0.36μm;

耐磨性能:將2種樣品裁剪至要求大小(直徑38 mm 的圓),稱重記錄數(shù)據(jù)后,進(jìn)行磨損試驗,每摩擦一定次數(shù)后取出,測量質(zhì)量,計算耐磨指數(shù)。

式中:Ai為耐磨指數(shù),次/mg;n為總摩擦次數(shù),次;Δm試樣在總摩擦次數(shù)下的質(zhì)量損失,mg。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同覆膜濾料透氣性能

圖1是在不同工藝參數(shù)下所制備的覆膜濾料的透氣性檢測結(jié)果。從圖1中可以看出,熱壓速度和壓輥壓力對覆膜濾料的透氣性有影響,同一壓力下,熱壓速度越快,透氣率越高;同一熱壓速度下,熱壓的壓力越大,覆膜濾料的透氣性越低,因為壓力越大,滌-錦水刺布與基材滌綸貼合越緊密,兩者之間空隙減少或堵塞的可能性增加,導(dǎo)致透氣性較低;同時,可以看出,傳統(tǒng)滌綸覆膜的透氣性為3.21 m3/m2/min,處于滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料透氣性之間,這表明滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料能夠滿足傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料的透氣要求。

圖1 不同工藝條件下的透氣性

2.2 不同工藝條件下的過濾效率對比

圖2為不同工藝參數(shù)下所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的過濾效率,可以看出,不同工藝條件下,其所制備的覆膜濾料的過濾效率差別較小,因為過濾效率取決于所覆膜的材質(zhì),材質(zhì)相同,過濾效率差異小;同時與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料(99.83%)處于同一水平,能夠滿足工業(yè)煙氣濃度排放要求。

圖2 不同工藝參數(shù)下的過濾效率

2.3 不同工藝條件下的通氣阻力

圖3為不同工藝條件下所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的通氣阻力。從圖3可以看出,熱壓速度和壓輥壓力對通氣阻力有影響:同一壓力下,熱壓速度越快,通氣阻力越低;同一速度下,壓輥壓力越大,通氣阻力越大,因為滌-錦水刺布與基材滌綸貼合越緊密,自身及兩者之間的孔隙被堵住的機(jī)率就越大,最終會導(dǎo)致覆膜濾料的通氣阻力增大。

圖3 不同工藝條件下的通氣阻力

從滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的透氣性、過濾效率及通氣阻力的檢測數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料綜合對比,選取6 M-3 MP的工藝參數(shù)下所制備的覆膜濾料做耐磨性能測試。

2.4 不同過濾材料的耐磨性能測試

圖4分別為2種滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料和傳統(tǒng)覆膜濾料在1 000、1 500 次摩擦后的外觀對比。從圖4可知,在1 000次摩擦后,滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料表面膜結(jié)構(gòu)無破損現(xiàn)象,而傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料磨損嚴(yán)重,已經(jīng)出現(xiàn)漏基布情況;1 500次摩擦后,類海島纖維覆膜濾料仍未出現(xiàn)明顯磨損破壞情況,而滌綸覆膜濾料基布已被磨損。

圖4 摩擦后的外觀對比

圖5為在壓力3 MPa、熱壓速度6 m/min下所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料摩擦次數(shù)與質(zhì)量損失之間的關(guān)系對比圖。從圖5可以看出,滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的質(zhì)量損失曲線較為平緩,在1 750次摩擦后的質(zhì)量損失率為11.1%;而傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料的質(zhì)量損失曲線下降較快,1 750次摩擦后質(zhì)量損失率為43.3%。滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的耐磨指數(shù)為21次/mg,滌綸覆膜濾料的耐磨指數(shù)為6次/mg?？梢钥闯?滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的耐磨性能要優(yōu)于傳統(tǒng)滌綸覆PTFE 膜濾料,這種新型覆膜濾料能夠避免傳統(tǒng)覆膜濾料的PTFE 膜破損而導(dǎo)致濾料性能失效、使用壽命下降的缺點,使得濾料使用性能得以保證。

圖5 不同類型覆膜濾料的耐磨性能

3 結(jié)論

以滌-錦水刺布為膜,通過熱壓貼合工藝覆在滌綸基材上制成滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料,并與傳統(tǒng)滌綸覆PTFE膜濾料進(jìn)行性能對比:

(1)不同熱壓速度、熱壓壓力所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料,其透氣性、通氣阻力、過濾效率會隨著速度與壓力的變化而變化,其中,以熱壓速度6 m/min、熱壓壓力3 MPa的工藝所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的過濾效率、通氣阻力和透氣性綜合較好,與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料相比,差異不大。

(2)6 M-3 MPa的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的耐磨性要比傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料好。