玻璃纖維/聚酰亞胺復合水刺濾料的制備和性能研究

俞應珍，于淼涵，徐新杰，郁宗琪

（南京際華三五二一環(huán)?？萍加邢薰荆暇?210001）

過濾材料是控制顆粒物排放，尤其是工業(yè)煙塵排放的關鍵材料，對新型過濾材料的研究一直是業(yè)內關注的焦點。

玻璃纖維由于具有耐高溫、高強力、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性和良好的耐酸堿腐蝕性，一直受到環(huán)保行業(yè)的青睞。玻璃纖維過濾材料能夠在260℃高溫下長期穩(wěn)定使用，強力往往可達到2000N 以上，尺寸穩(wěn)定性大于99%，耐酸堿腐蝕性良好，制成的濾袋被廣泛應用于鋼鐵、冶金、水泥等高溫氣體除塵領域。但由于玻璃纖維性脆、耐折性能差，制成的玻璃纖維濾袋耐磨性能較差、易破袋，平均使用壽命在1 年左右，遠低于化纖濾袋3—4 年的使用壽命。

為了改善玻璃纖維濾料的耐磨性，提高濾袋的使用壽命，克服現(xiàn)有技術的不足，本文以新型高強玻纖復合水刺濾料為研究對象，介紹了一種柔軟性良好，耐化學腐蝕性、拒水拒油性能好，易清灰，高效低阻使用壽命長的玻璃纖維/聚酰亞胺（PI）復合水刺濾料的制備方法。

1 制備方法

1.1 配制涂層劑

步驟1 為配置涂層劑。涂層劑配方見表1。

表1 涂層劑配方

1.2 生成泡沫

步驟2 采用動態(tài)泡沫生成設備，將上述涂層劑進行發(fā)泡，根據(jù)不同的涂層劑配方選擇合適的轉子轉速和發(fā)泡比。

1.3 涂層工藝

步驟3 采用單面刮刀壓在玻璃纖維基布上，將步驟2 中生成的泡沫輸送至刮刀處，根據(jù)不同的涂層劑配方調整單面涂層的厚度、上膠量及車速。

1.4 烘燥工藝

步驟4 將涂層后的玻璃纖維機織布進行烘燥，預烘溫度為120℃—160℃，焙烘溫度為170℃—220℃，烘燥時間為3—5min。烘燥可使泡沫破裂，涂層劑成分發(fā)生相互交聯(lián)，最終在基布表面形成均勻的涂層膜。

1.5 制備濾料

步驟5 將國產PI 短切，纖維開松，梳理形成單層纖維網(wǎng)，經過多層鋪網(wǎng)后與玻璃纖維機織布層疊，通過針刺纏結制得玻璃纖維基布——單面無紡層結構的非織造針刺氈濾料，再將其水刺加固成玻璃纖維/PI短纖復合濾料。纖維層的克重為300—500g/m2，玻璃纖維基布的克重為400—500g/m2。

1.6 配制整理劑

步驟6 為配制整理劑。整理劑由PTFE 乳液、偶聯(lián)劑、水溶性耐高溫黏合劑等組成。

1.7 熱定型工藝

步驟7 將玻璃纖維復合濾料浸入步驟6 制得的PTFE 整理液中，使濾料完全浸透，然后進行壓乳，對浸漬壓乳后的濾料進行焙烘，焙烘溫度為240℃—280℃，焙烘時間為4—15min。

2 實驗部分

2.1 實驗樣品

2m2玻璃纖維/PI 復合水刺濾料（代號GL-S）、2m2針刺玻纖濾料（代號GL-Z）。

2.2 主要儀器

YG026 電子織物強力機、織物透氣量儀、VDI 濾料過濾性能測試儀。

2.3 測試結果

樣品常規(guī)性能的對比見表2。

表2 樣品常規(guī)性能的對比

2.4 實驗結果對比

通過實驗對比水刺類與針刺類玻璃纖維復合濾料的機械性能、過濾性能，證明了水刺玻纖復合濾料比針刺玻纖復合濾料具有明顯的技術優(yōu)勢，具體如下：

（1）在產品克重相同的前提下，水刺濾料經、緯向強力優(yōu)于針刺濾料，耐久性更好，擁有更長的使用壽命。

（2）水刺濾料過濾效率高于針刺濾料，可以更好地滿足細顆粒物（PM2.5）排放標準要求。

（3）水刺濾料由于孔徑小、表面更光潔，粉塵剝離率遠優(yōu)于針刺濾料，因此具有更低的運行阻力，可大大節(jié)約能耗，降低成本。

（4）水刺濾料的耐折性明顯優(yōu)于針刺濾料，有效克服了玻璃纖維性脆、耐折性能差的缺陷，可以大幅提升濾袋使用壽命。

3 分析與討論

3.1 針刺工藝的缺陷

針刺是以剛性的帶鉤刺的刺針在纖網(wǎng)中往復運動，使纖維之間相互纏結而成氈的。在穿刺的過程中，倒鉤易損傷纖維，同時其剛性刺針的上下往復運動與柔性纖網(wǎng)的連續(xù)水平運動的組合必然會對纖維造成一定程度的損傷并在布面留下針痕，特別是對于脆性較大的玻璃纖維的加工，纖維損傷大，會造成最終產品強度較低，氈層密實度差，大大影響濾料使用壽命和過濾性能。

3.2 水刺工藝的優(yōu)勢

水刺加固屬于柔性加固，用水針代替鋼針，利用高壓高密的水針使纖維互相柔性纏結，與針刺氈制作時所用刺針相比，水針布針更密、直徑更細，極大降低了對纖維的損傷，賦予了水刺濾料更高的初始強力，有助于延長濾料的使用壽命。水刺氈表面較針刺氈更光潔、平坦，微孔直徑更低、孔隙率更高、過濾效果更好。同時光滑致密的表面擁有更好的清灰效果，清灰周轉期平均延長約30%。

3.3 玻璃纖維濾料現(xiàn)有后處理技術的缺陷

（1）玻璃纖維濾料現(xiàn)有后處理技術多為浸軋整理，上膠率占濾料克重的12%—25%，這種整理方式不但會浪費大量水資源、烘燥能量及電能，而且要求烘箱長度較長，生產速度慢，產量低。

（2）玻璃纖維濾料現(xiàn)有后處理技術會發(fā)生PTFE等有效成分的泳移，造成濾料上膠不勻，從而導致濾料的剝離強力不勻。

（3）現(xiàn)有后處理配方中的PTFE 等有效成分濃度較低，不利于均勻包覆在玻璃纖維上。

（4）現(xiàn)有玻璃纖維濾料經后處理后，濾料較硬挺，耐折性差，直接影響濾料的最終使用壽命。

3.4 本項目的主要技術創(chuàng)新點

（1）采用泡沫涂層技術，對玻璃纖維基布進行涂層整理，在基布表面形成具有微結構的連續(xù)膜，有效克服了玻璃纖維產品脆性大、耐折性差的缺點，使濾料良好的柔軟性增加，提高了其耐磨、抗氧化等功能。

（2）采用水刺柔性加固技術的濾料表面的孔徑分布比針刺縮小了近40%，過濾精度與針刺濾料相比大幅提高；壓降低，節(jié)省風機電耗，減少了清灰次數(shù)并延長了清灰周期，有效降低了設備的投資及運行費用。

（3）水刺濾料表面光滑，殘余阻力相對一般針刺濾料要小許多，粉塵剝離率遠優(yōu)于針刺濾料。在高濕結露情況下，經高溫烘干后，結露的塵餅能夠從光滑的過濾表面上粉化脫落，可大幅延長濾袋的使用壽命。

（4）提高了后處理整理劑的濃度，同時將上膠量由浸漬整理時的12%—25%降低到7%—15%，上膠均勻，減少了泳移現(xiàn)象，質量穩(wěn)定，能有效替代目前使用的嚴重耗能耗水的浸軋整理，并且能提高車速及產量，改善濾料的耐折性，大幅延長使用壽命。

4 結語

本項目采用泡沫涂層技術、水刺柔性加固工藝，同時對后處理工藝進行優(yōu)化，大幅縮小了濾料產品孔徑，提高了表面光潔度及過濾精度，降低了濾料阻力，有效解決了玻璃纖維針刺濾袋耐折性能差、使用壽命短的缺陷，從而得到一種柔軟性良好，質量穩(wěn)定，耐化學腐蝕性、拒水拒油性能好，易清灰，高效低阻，使用壽命長的玻璃纖維復合濾料。使用該玻璃纖維復合濾料可以大幅降低企業(yè)生產運營成本,更好地滿足PM2.5的排放標準要求。該玻璃纖維復合濾料突破了傳統(tǒng)針刺產品的性能局限性，對新型過濾材料的研發(fā)具有積極意義。