表面改性玄武巖纖維濾料耐溫性能的研究*

童 慶 (合肥水泥研究設計院，合肥，230051)

耐高溫濾料在水泥、化工、冶金、電力等行業高溫煙氣凈化技術中已得到廣泛應用，市場需求量巨大。目前，普遍使用的耐高溫濾料用纖維包括聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(P84)、芳族聚酰胺、聚四氟乙烯(PTFE)和玻璃纖維等，但上述纖維制成的濾料持續耐溫最高不超過250℃，且在耐水解、抗氧化和耐腐蝕等方面性能優劣不一。玄武巖纖維特有的物理結構和化學組成，使其在耐高溫(持續耐溫約300～500℃)、穩定性、耐腐蝕性、耐水解性和絕緣性等許多技術指標方面優于玻璃纖維和化學纖維，成為理想的高溫煙氣過濾材料［1-5］。本文對玄武巖纖維濾料表面改性前后，以及表面改性后玄武巖纖維濾料與無堿玻纖濾料的耐溫性能、結構形態進行了對比研究。

1 試驗部分

1.1 材料

(1)玄武巖纖維濾料。玄武巖纖維經開松、除雜、混合后喂入梳理機，經機械成網工藝制成玄武巖纖網層，在玄武巖纖維基布上下兩面鋪放玄武巖纖網層，進行預刺，使玄武巖纖維針刺氈具備初步的強力;再經過多臺針刺機不同深度的主刺，確保玄武巖纖網層充分和基布勾連，各層相互抱合，增加玄武巖纖維針刺氈的強力。玄武巖纖維基布由玄武巖長絲合股并經過機織而成，面密度420 g/m2，經紗密度48根/10 cm，緯紗密度51根/10 cm;經向斷裂強力1 774 N，緯向斷裂強力2 073 N。

(2)普通無堿玻纖濾料。

1.2 儀器及試驗條件

YGO65H型電子織物強力儀;BPG-9100BH高溫干燥箱;JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，高真空模式分辨率3.0 nm，放大倍數18～300 000倍，加速電壓0.5～30 kV。

1.3 試樣改性處理

由于各行業工業爐窯產生的煙氣粉塵化學成分、煙氣的溫濕度等差別很大，需采用浸潤劑后整理技術對玄武巖纖維濾料表面進行改性處理。步驟如下：

(1)對濾料樣品進行高溫預處理，以去除原有濾料纖維表面化學物質的干擾;

(2)配制浸潤劑，將浸潤劑均勻地涂覆在經高溫預處理的濾料樣品表面，再次進行高溫熱定型;

(3)經表面改性處理的濾料樣品放置在烘箱內進行高溫處理，然后冷卻至室溫。

1.4 性能測試

對玄武巖纖維濾料表面改性前后，以及表面改性后玄武巖纖維濾料與無堿玻纖濾料的耐溫性能和結構形態進行對比研究。濾料耐溫性能試驗方法按照標準GB/T6719—2009《袋式除塵器技術要求》執行。

2 結果與討論

2.1 表面改性對玄武巖纖維濾料斷裂強力的影響

圖1 玄武巖纖維濾料表面改性處理前后的斷裂強力曲線

圖1為玄武巖纖維濾料表面改性處理前后在常溫、250、300、350和400 ℃下的經、緯向斷裂強力曲線，可以看出經過表面處理的玄武巖纖維濾料經、緯向斷裂強力明顯高于未經表面處理的濾料。這是因為濾料表面經浸潤劑處理后，部分浸潤劑已深入濾料內部，濾料表層及內部纖維間相互黏結，抱合力明顯增強。在250～300℃之間濾料強力損失較大，表明隨著溫度的升高，浸潤劑中的化學有機成分不斷揮發，纖維間的抱合力消失迅速，但在300℃附近濾料經、緯向強力仍保持在1 500 N以上，這正是玄武巖纖維本身優異的耐溫性能所致。

圖2是玄武巖纖維濾料表面改性處理前后在常溫及400℃下的SEM照片。比較圖2(a)和圖2(b)，可以看出經過300～400℃高溫處理后，浸潤劑中的化學有機成分已基本消失，濾料纖維內部結構遭到破壞，導致強力進一步下降;比較圖2(c)和圖2(d)，可以看出無論在常溫還是高溫下，未經表面處理的濾料纖維間沒有浸潤劑的黏結，從而喪失抱合力，故其強力明顯低于改性處理后的濾料。

圖2 玄武巖纖維濾料表面改性處理前后在常溫和400℃下的SEM照片

2.2 表面改性處理后玄武巖纖維濾料與無堿玻纖濾料斷裂強力比較

圖3為表面改性處理后玄武巖纖維濾料與無堿玻纖濾料在常溫、250、300和350℃下的經、緯向斷裂強力曲線，可以看出表面改性處理后玄武巖纖維濾料經、緯向斷裂強力均大大高于無堿玻纖濾料。這是因為玄武巖特殊的化學組分及晶體結構決定了其纖維產品比無堿玻纖具有更高的耐溫性能、力學性能及化學性能。

圖3 表面改性處理后玄武巖纖維濾料與無堿玻纖濾料的斷裂強力曲線

3 結論

(1)經過表面處理的玄武巖纖維濾料經、緯向強力明顯高于未經表面處理的玄武巖纖維濾料;在250～300℃之間玄武巖纖維濾料的強力損失較大，300～400℃高溫處理后浸潤劑中的化學有機成分已基本消失，玄武巖纖維濾料纖維內部結構遭到破壞，導致強力進一步下降。

(2)表面改性處理后玄武巖纖維濾料在常溫、250、300和350℃下的經、緯向斷裂強力均大大高于無堿玻纖濾料。

［1］MEDVEDYEV O，TSYBULYA Y.Basalt use in hot gas filtration［J］.Filtration and Separation，2005，42(1)：34-37.

［2］WANG Mingchao，ZHANG Zuoguang，LI Yubin，et al.Chemical durability and mechanical properties of alkaliproof basalt fiber and its reinforced epoxy composites［J］.Reinforced Plastics and Composites，2008，27(4)：393-407.

［3］KNOTKO A V，GARSHEV A V，DAVYDOVA I V，et al.Chemical processes during the heat treatment of basalt fibers［J］.Protection of Metals，2007，43(7)：694-700.

［4］張小良，沈恒根.高溫煙氣除塵用纖維濾料研究進展［J］.中國安全生產科學技術，2009，5(5)：13-16.

［5］梁鳳靜，楊彩云.玄武巖纖維織物耐酸堿性試驗研究［J］.產業用紡織品，2010，28(4)：21-23.