高溫環保復合過濾材料研發及應用

王文鑫

福建南紡有限責任公司，福建 南平353000

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高溫環保復合過濾材料研發及應用

王文鑫

福建南紡有限責任公司，福建 南平353000

以研發高溫環保復合過濾材料為目標，選用耐高溫、耐腐蝕、抗氧化的纖維為原料，采用針刺-水刺復合工藝，提高了高溫環保復合過濾材料的微細粒子(PM2.5)的捕集效果，同時防止了細微粉塵進入過濾材料深層。迎塵面采用水刺層，具有表面過濾和利于清灰的作用，使表面對細微粉塵的過濾更加高效、可靠，并降低了過濾阻力。復合技術的應用還顯著改善了過濾材料的耐溫性能，并使其耐腐蝕性、抗氧化性和拉伸強力等顯著提高，同時降低了生產成本。

高溫，針刺，水刺，復合技術，過濾材料

當前，我國已成為世界第一大鋼鐵、水泥、煤炭、化纖生產國，以及第二大電力、有色金屬、化肥生產國。2011年，全國煙(粉)塵排放量1278.8萬t；2012年，全國煙(粉)塵排放量1234.3萬t。高耗能、高污染產業的發展帶來了嚴重的環境污染問題，空氣污染尤為嚴重，其解決方法以耐高溫纖維加工的非織造袋式濾材除塵技術為主。

我國高性能纖維的起步較晚，但近年發展迅速，已開發出芳綸(AR纖維)、聚苯硫醚(PPS)纖維、聚酰亞胺(P84)纖維等。利用耐高溫纖維加工水刺、針刺復合過濾材料(以下簡稱濾料)，可以提高微細粒子(PM2.5)的捕集效果，防止粉塵進入濾料深層，迎塵面采用水刺層則具有表面過濾和利于清灰的作用，使表面過濾更加高效、可靠，并降低過濾阻力。同時，還可以改變耐高溫纖維及耐高溫濾料主要依靠進口的局面，對促進我國的環境保護具有重要的現實意義。

1 主要生產工藝路線

開發P84、PPS針刺-水刺復合濾料，提升其過濾性能。開拓性地采用針刺、水刺復合工藝，將針刺和水刺兩種濾料的優點融為一體； 采用特殊后整理工藝，提高濾料的過濾精度和過濾效率，降低過濾阻力，并延長濾料的使用壽命。主要生產工藝路線：

2 常用耐高溫纖維性能及原料選擇

2.1 常用耐高溫纖維性能

幾種常用耐高溫纖維的性能見表1。

從表1可以看出：

P84纖維具有較高的耐溫性能，持續使用溫度可達240℃，瞬間可達260℃。另外，P84纖維的結構決定了它具有較大的過濾面積及優異的過濾性能，同時，清灰時粉餅剝離性能好而易于進行，粉塵不會滲入濾布，可減小過濾阻力。

PPS纖維是一種耐高溫合成纖維，它具有優異的耐熱性、阻燃性、耐化學藥品性、尺寸穩定性等，具備了作為高性能纖維的各種特點。PPS纖維的持續使用溫度可達170℃，瞬間可達200℃，并能抵抗多種酸、堿和氧化劑的化學腐蝕。最重要的是，PPS纖維不會水解，而且它的公定回潮率只有0.4%，可用于含濕量較高的工況。對于鋼廠的燒結廠半干法脫硫工序，其工況氣體中含有SOx成分，酸性及腐蝕性較強，含濕量也比較高，選用PPS纖維較合適。

PTFE的中文名稱為聚四氟乙烯，通常又稱為特氟龍。PTFE纖維為全氟化直鏈高聚物，由四氟乙烯單體聚合而成，聚合方法有本體聚合和乳液聚合。PTFE乳液是一種含聚四氟乙烯的高分子化學材料。經過PTFE乳液浸漬或涂層后，濾料具有拒水性、耐熱性、不黏性、抗氧化性、耐磨損性、耐腐蝕性等。

2.2 原料選擇

高效低阻、耐高溫、耐腐蝕和抗氧化是高性能濾料的主要要求。根據表1中常用耐高溫纖維的性能比較，水刺迎塵面選用P84纖維，針刺層采用PPS纖維，后處理選擇PTFE乳液浸漬。

3 針刺-水刺復合濾料的關鍵工藝控制

3.1 針刺工藝

針刺坯布的密度應盡量大，一般要求控制在0.20g/cm3以上，以保證最終濾料的過濾效率和過濾精度，防止過濾初期階段發生漏灰現象。

各組分纖維配比需合理，除了考慮過濾性能的需要外，還要考慮纖維之間的抱合力，確保梳理、水刺和針刺過程順利進行。

針刺密度應控制在1500～1700N/cm2，針刺纏結點需較普通濾料多。必須加大刺針深度，確保濾料的剝離強度和纏結度。另外，需選擇最佳型號的刺針，保證濾料表面平整度高而易于清灰，保證濾料針眼小可防止過濾初期發生漏灰，保證最終濾料的過濾效率和過濾精度高。

針刺復合基布層或水刺迎塵面時，應確保復合層不產生折皺。因此，復合過程中必須嚴格控制過程張力，并保持其恒定；保持復合層退卷張力恒定，使布幅穩定，不發生偏移；復合層針深合理，確保纖維穿刺充分且不受到損傷。

3.2 軋光定型工藝

合理調整軋光定型工藝參數，包括軋光溫度、軋光速度、軋輥壓力、引布方式、過程張力、半成品厚度等，保證針坯得到充分定型，確保濾料的收縮率及透氣率在要求范圍內。同時，針坯上的針眼在軋光定型過程中進一步收縮變小，以降低粉塵透過率，并提高過濾效率和過濾精度。

3.3 燒毛軋光工藝

合理調整燒毛軋光工藝參數，如火口選擇、火口距離、液化汽流量、軋光溫度、軋光速度、軋輥壓力、引布方式、過程張力、半成品厚度等，確保在濾料迎塵面形成易清灰層。同時，注意燒毛后半成品顏色的變化，使外觀質量符合用戶要求。燒毛過程中要穩定控制半成品厚度，保證濾料的收縮率及透氣率在要求范圍內。

3.4 飽和浸漬工藝

浸漬時需選用合適的漿料助劑，合理調整配方，控制浸漬液的附著量，使濾料能夠更好地發揮作用。根據纖維性質及濾料特點，合理調節烘箱的各區段溫度、壓漿輥壓力、拉幅定型機車速，使濾料的外觀質量及過濾性能均能符合用戶要求。

4 濾料技術性能比較

4.1 濾料過濾方式比較

濾料過濾方式分深層過濾和表層過濾(圖1)。深層過濾方式下，粉塵會滲透到濾料中間，運行后過濾阻力會不斷提高。表層過濾方式下，與深層過濾方式相比，其過濾精度和過濾效率高很多，這有利于提高對微細粒子(PM2.5)的捕集效果。針刺、水刺復合過濾材料采用表層過濾方式，可防止粉塵進入濾料深層，而且有利于清灰，表層過濾也更加有效、可靠，并降低了過濾阻力。

(a) PTFE薄膜表層過濾 (b) 傳統濾料深層過濾 (c) 復合濾料表層過濾

4.2 濾料透氣度比較

對三種濾料的面密度、厚度及透氣度進行測試，測試結果見表2

表2 PPS濾料性能及透氣度

4.3 濾料排放濃度比較

如圖2所示，針刺-水刺復合PPS濾料的粉塵總排放濃度(TOT)比針刺PPS濾料減少了61%，微細粉塵(PM2.5)排放濃度減少了48%，表層過濾的優越性得到充分體現，過濾效率非常高，且對微細粉塵(PM2.5)的控制優勢更大。

圖2 濾料排放濃度比較[基于環境技術認證(ETV)標準]

4.4 濾料過濾效率比較

如圖3所示，由于針刺-水刺復合PPS濾料和針刺PPS覆膜濾料都采用表層過濾方式，所以它們的過濾效率高并且較接近，而針刺PPS濾料的過濾效率明顯較低。

圖3 濾料過濾效率比較

4.5 濾料過濾壓差比較

如圖4所示，由于針刺PPS覆膜濾料的透氣度很小，所以過濾壓差大；針刺-水刺復合PPS濾料的透氣量在8m3/(m2·min)左右，過濾壓差與針刺PPS濾料接近，所以過濾阻力比針刺PPS覆膜濾料小。

圖4 濾料過濾壓差比較

從表2可以看出，針刺PPS濾料的透氣量約為針刺-水刺復合PPS濾料的2倍，而后者的透氣量又為針刺PPS覆膜濾料的2倍多。由于針刺-水刺復合PPS濾料的表層采用細旦纖維水刺層，其致密性比常規濾料的表層高很多。針刺-水刺復合PPS濾料和針刺PPS覆膜濾料都采用表層過濾，它們都比常規濾料具有更高的過濾效率，出口的粉塵濃度可降低30%～60%。但是由于針刺-水刺復合PPS濾料的透氣量是針刺PPS覆膜濾料的2倍多，實際使用時前者的過濾面積僅為后者的一半，過濾袋數量和除塵器體積都降低近50%，大大節約了除塵器的制造成本和過濾袋的更換成本，提高了競爭力。

通過比較得出，采用針刺-水刺復合工藝，濾料的過濾效率、過濾阻力、排放濃度、透氣度均大大優于針刺工藝制備的濾料。

4.6 濾料主要技術指標

將P84纖維及PPS纖維按一定質量配比混合，然后經水刺制成30～60g/m2水刺層作為迎塵面，再經針刺復合成濾料。對濾料的主要技術指標進行測試，測試結果見表3。

表3 濾料主要技術指標

5 結語

通過解決針刺、水刺復合工藝難題，提高了濾料的使用性能，所得最終產品具有高強度、耐高溫、透氣量大、易清灰、使用時間長等特點，可改變冶金、發電、水泥、垃圾焚燒等工業在高溫煙氣過濾中采用較復雜的工藝路線的狀況。這種先進的一步法直接制備復合濾料的方式，既有利于增加產量、節約能源，又降低了成本；既減少了煙排濃度，降低了對大氣的污染程度，又改變了耐高溫纖維及耐高溫濾料主要依靠進口的局面，對促進我國的環境保護具有重要的現實意義。

Development and application of high-temperature environmental protection filter material compound products

WangWenxin

Fujian Nanfang Textile Co.,Ltd.,Nanping 353000,China

With the aim to research and develop high-temperature environmental protection compound filter materials,the high-temperature,corrosin-resistant and antioxidant fibers were chosen as raw materials,with needle-punch and spunlace compound technology,the trapping effect of micro-particles(PM2.5) of the compound materials was increased,and the fine dust from penetrating into the deep filter was prevented.The dust facing surface was made of spunlaced layer,which possessed the effect of surface filtration and was conducive to clear ash,and therefore,surface filtration was more efficient and reliable,and the filtration resistance was also reduced.The application of compound technology significantly improved the temperature resistance of the filter material,and the corrosion resistance,oxidation resistance and tensile strength of the filter material were increased greatly,and the cost was reduced.

high-temperature,needle-punch,spunlace,compound technology,filter material

2016-04-12

王文鑫，男，1973年生，工程師，主要從事針刺非織造布產品開發和生產技術管理工作

TS174.6

A

1004-7093(2016)08-0011-05