NO對PPS濾料影響的實驗研究

王 輝，王素梅，卞思思，姜玉婷，毛 寧，柳靜獻

（1.東北大學濾料檢測中心，沈陽 110004；2.沈陽鑿巖機械有限公司，沈陽 110025）

1 前言

近十年來，隨著中國經濟的高速發展，特別是以資源、能源等消耗性為主的重工業（電力、建材、冶金、化工等）的迅速發展，給環境保護工作帶來了壓力，而袋式除塵器作為治理大氣污染的高效除塵設備得到了廣泛的應用。

袋式除塵器與其他種類的除塵器相比，其最大優點是在實際應用中除塵效率高達99.99%以上，而其粉塵排放濃度可在10mg/m3以下，甚至達到2mg/m3，可基本實現零排放。濾袋作為過濾介質是除塵器的關鍵部件，其性能的好壞直接決定了除塵器的除塵效果。

如何降低煙氣成分對濾料的腐蝕性，延長濾料的壽命是目前除塵界關注的焦點。燃煤鍋爐煙氣成分復雜，本文主要研究了煙氣中的NO氣體對PPS濾料的影響。研究在不同溫度、不同NO濃度和不同作用時間情況下，PPS濾料機械性能的變化，對優化濾料現場應用環境、延長濾料使用壽命、降低袋式除塵器運行成本有重要意義。

2 實驗方法

2.1 實驗方案

本實驗選用進口PPS纖維50%+國產PPS纖維50%+PTFE基布作為實驗用濾料樣品，研究NO濃度、作用時間和溫度條件對PPS濾料強度的影響，即研究：1）在固定NO濃度和作用時間條件時，PPS濾料強度隨溫度的變化；2）在固定溫度和作用時間條件時，PPS濾料強度隨NO濃度的變化；3）在固定NO濃度和溫度時，PPS濾料強度隨時間的變化。

試驗所用的PPS濾料樣品的參數見表1，實驗條件見表2，使用的實驗裝置如圖1所示。

表1 濾料樣品參數

表2 實驗條件

圖1 實驗裝置示意圖

實驗中，將濾料樣品放置于老化實驗器內，打開NO氣瓶，調整電熱鼓風干燥箱的溫度控制，當溫度上升至預定值時開始計時，到預定時間后關閉所有裝置，取出樣品進行強度測試。

強度特性分析是濾料失效分析的主要方面。本實驗選擇斷裂強度、斷裂伸長率作為濾料機械性能的檢驗指標。

2.2 樣品制備

濾料斷裂強度和斷裂伸長率測試樣品的制備、測試和計算按GB3923-97進行，試樣樣條的剪取通常采用平行法。從批量樣品中的某一批，隨機剪下至少1m長的全幅作為實驗樣品，但離匹端至少3m。每份樣品需在料樣上剪取長度為400mm左右。

實驗剪裁的經緯向實驗樣品各5條，長為400mm，寬為50mm。各試樣的長度方向平行于織物的經紗或緯紗。要求試樣長度方向不得含有相同的紗線，幅寬小于1000mm的，經向在距布邊1/10幅寬處裁取，幅寬大于1000mm的，經向距布邊100mm處裁取。見圖2所示。

圖2 試樣裁剪圖例

3 實驗結果

3.1 固定NO濃度和作用時間，溫度變化對PPS濾料的影響

調整NO質量濃度為1000ppm，溫度為100℃、130℃、150℃、170℃、190℃、210℃、230℃和250℃，放置24h后進行強度測試，其斷裂強度見圖3，斷裂伸長率見圖4。

圖3 溫度對PPS斷裂強度的影響（NO1000ppm， 24h）

圖4 溫度對PPS斷裂伸長率的影響（NO1000ppm，24h）

數據顯示，150℃時緯向斷裂強度最大，其原因主要是溫度使PPS發生晶體交聯的作用超過NO的負面作用；隨著溫度的升高，經緯向斷裂強度均呈現下降趨勢。斷裂伸長率的變化與斷裂強度的變化規律相似，呈下降趨勢，說明濾料的脆性增加。

3.2 固定溫度和作用時間，NO濃度對PPS濾料的影響

PPS的熔點超過280℃，分解溫度大于400℃。現場應用時，建議使用溫度不超過190℃，因此，在實驗中固定環境溫度190℃，NO濃度為1000、2000、3000、4000、5000、10,000ppm，放置24h后進行強度測試，其斷裂強度見圖5，斷裂伸長率見圖6。

圖5 NO濃度對PPS斷裂強度的影響（190℃，24h）

圖6 NO濃度對PPS斷裂伸長率的影響（190℃， 24h）

由實驗數據可以看出，經向強度和緯向強度都隨NO濃度的增加而緩慢減小。在1000ppm時，經向、緯向強度分別為958.98N和1170.50N；當NO濃度達到4000ppm時，強度最小。說明NO對PPS濾料強度有一定的不利影響，濃度越高作用越強。斷裂伸長率保持率呈現與斷裂強度相似的規律，呈下降趨勢，說明濾料的脆性增加。

3.3 固定NO濃度和溫度，作用時間對PPS濾料的影響

NO濃度調整為5000ppm，溫度設置為190℃，分別放置0、l2、24、48、120和240h后進行強度測試。其斷裂強度見圖7，斷裂伸長率見圖8。

經向斷裂強度和緯向斷裂強度都隨NO作用時間的增長而減小，24h時經向和緯向的斷裂強度分別為1047.56N、1129.34N，240h時分別下降到880.96N、947.34N。NO對PPS濾料具有一定的不利影響，作用時間越長影響越大。斷裂伸長率也隨NO作用時間的增長而減小，其脆性增加。

圖7 作用時間對PPS斷裂強度的影響（190℃，5000ppm）

圖8 時間對PPS斷裂伸長率的影響（190℃， 5000ppm）

3.4 DSC/TG差熱分析

樣品的熱化學特性可以用DSC/TG差熱分析來研究。為確定濾料經過NO作用前后化學組分的變化，把原始濾料樣品和經過NO處理（190℃、24h、10,000ppm）后的樣品進行了DSC/TG分析，測試的條件為：80%N2+20%O2氛圍，起始溫度為40℃，終止溫度為1000℃，升溫速率為10℃/min，掃吹氣為N2、O2，N2流量為20mL，O2流量為5mL。

圖9和圖10分別為原始樣品和NO作用后的PPS濾料樣品的DSC/TG曲線。

圖9 原始PPS樣品的DSC/TG實驗結果

圖10 NO作用后的PPS樣品的DSC/TG實驗結果（190℃、24h、10,000ppm）

從TG曲線來看，原始樣品在升溫開始后以很小的斜率下降，而在升溫到500℃左右時，TG曲線出現了一次失重臺階。DSC曲線在230℃到300℃區間內，存在一個明顯的放熱峰。從TG曲線來看，升溫到500℃左右時，PPS濾料損失質量為5.05%，在400℃到500℃區間內，TG曲線出現了失重臺階，DSC曲線在200℃到300℃出現一個放熱峰，峰值為263.6℃。

對于NO作用過的PPS樣品，升溫到500℃左右時，PPS樣品損失質量為7.12%，在400℃到500℃區間內，TG曲線出現了失重臺階，DSC曲線在200℃到300℃出現一個放熱峰，峰值為262.4℃。

3.5 紅外光譜分析

對原始樣品和NO作用后的樣品進行了紅外光譜分析，分別見圖11和圖12所示。

圖11 PPS原始樣品的紅外譜圖

圖12 經過NO作用后的PPS樣品紅外譜圖（190℃、24h、10,000ppm）

從PPS原始樣品的紅外光譜可以看出，3441.42/cm為羥基或胺基的伸縮振動峰，1732.24/cm為羰基振動峰，1632.09/cm、1468.62/cm和1383.14/cm為苯環骨架伸縮振動峰，1085.85/cm、1006.15/cm為C-S、C-F振動峰，802.71/cm 為苯環對位取代振動峰。

從經過NO作用后的PPS樣品紅外光譜圖可以看出，3415.85/cm為羰基或胺基的伸縮振動峰，1617.01/cm為羰基振動峰，1509.37/cm、1412.17/cm和1382.50/cm為苯環骨架伸縮振動峰，1081.05/cm、998.33/cm為C-S、C-F振動峰，805.16 /cm 為苯環對位取代振動峰。

4 結論

通過系統的實驗，得出結論如下：

（1）經NO作用后，PPS濾料的機械強度有一定變化，隨著溫度的上升，NO濃度增加，作用時間延長，PPS濾料的斷裂強度呈下降趨勢，斷裂伸長率也下降，濾料脆性增加；

（2）差熱分析表明，PPS濾料在NO處理前后，其特征峰值溫度分別為263.6℃和262.4℃，說明樣品的熱化學特性發生了輕微變化；

（3）紅外光譜分析表明，PPS濾料在NO處理前后，幾個典型的表征聚苯硫醚的特征峰還在，說明PPS化學成分無明顯變化，但特征峰發生了輕微偏移；

（4）本文是在實驗室條件下進行的，而現場的使用情況十分復雜，工業應用中PPS受到的實際不利因素對其的影響會更為顯著。