高溫濾料用P84纖維耐H2SO4蒸汽水解性能探究

吳延捷+付式鵬

摘 要：為探究P84濾料耐H2SO4蒸汽水解性能，設計了一套實驗裝置，并對P84纖維做了水解實驗，通過對比實驗前后P84纖維力學性能的變化，驗證了H2SO4蒸汽能加快P84纖維的水解。當反應時間5h時，P84在10 % H2SO4蒸汽水解下的強力保持率為72.09 %，當反應時間由2h轉為3h時，P84纖維的力學性能會有短暫的恢復，為實際工業生產中的除塵工作提供了參考。

關鍵詞：P84；濾料；水解；H2SO4

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.008

1 引言

因除塵效率可以達到99%以上，袋式除塵在工業除塵領域得到了廣泛的應用。在燃煤電廠、垃圾焚燒廠、水泥廠等需要過濾高溫煙氣的場所，為滿足新的環保要求，袋式除塵已逐漸替換以往的舊式的除塵過濾方法[1-3]。在袋式過濾的機件中，除塵濾袋里的濾料是核心，濾料的性能決定了除塵效率和濾袋的使用壽命。因此，研究濾料的性能，對做好工業除塵、防治霧霾具有深遠的意義。

P84濾料是一種高性能的濾料，它具有高的玻璃化轉變溫度，沒有熔點，常用于高溫過濾。其耐瞬時高溫可達300 ℃，在260 ℃以下長期使用也不會受到熱損傷。因為纖維截面是葉片型，增加了過濾面積，P84濾料的過濾性能比其它濾料都好。但P84濾料在高溫下耐堿、耐酸性較差，有一定的水解性[4-6]。為了充分探究P84濾料高溫下耐酸性能，本文設計了一套實驗方法，測試了P84纖維耐H2SO4蒸汽的性能。

2 實驗方法

2.1 實驗原理

制備好不同溶度的H2SO4溶液，通過加熱，使H2SO4蒸汽穿透P84纖維，反應一段時間后，取下纖維，比較纖維反應前后的物理機械性能，對H2SO4蒸汽給P84纖維造成的損傷做評估，探究P84纖維的耐H2SO4蒸汽水解的性能。

實驗裝置如圖1所示。

玻璃容器3中的H2SO4溶液收到電熱源5的加熱，產生的H2SO4蒸汽透過金屬支架2的底網，沖擊底網上的P84纖維，H2SO4蒸汽透過P84纖維后遇到密封罩1的阻擋，又回流下來，周而復始，同時模擬了高溫煙氣過濾中的酸結露過程，對P84纖維造成水解損傷。

通過對比不同溶度H2SO4蒸汽對P84纖維造成的強力損傷，可對纖維耐H2SO4蒸汽水解性能做初步探究。

2.2 實驗步驟

（1）計算、配置不同濃度的H2SO4溶液，體積分數分別為10%、20%、30%，放入儲液瓶中并編好號備用。

（2）分組水解實驗。

（3）強力測試。按照《纖維強力測試標準GB/T14337-2008》，在等速伸長單纖維拉伸儀（CPE）上測試P84纖維實驗前后強力，計算纖維強力保持率。

3 數據分析

經測試，未經水解實驗的P84纖維對照樣單纖斷裂拉伸強力為9.53cN、伸長率為15.35%、強力變異系數為13.47%、伸長變異系數為15.38%。整理不同溶度H2SO4溶液的蒸汽對P84纖維損傷后的強力值，將力學性能保持率歸納于表。

從表2-表5中可以看出，酸環境加速了P84纖維的水解，不論哪一組實驗，H2SO4蒸汽對P84纖維的損傷都大于水蒸氣。但是，并不是反應時間越長，酸對P84纖維的損傷越大，兩者間并未呈現嚴格的線性關系。其中反應3h后，P84纖維的整體力學性能甚至比反應2h的還要好，只是伸長率有所降低。原因是隨著水解反應的進行，纖維分子非結晶區含量增大，纖維結晶度下降，纖維強力下降；但纖維受水解作用，細度降低，增加了紡絲成網制得的P84纖維的纏結，表現為伸長率的降低。但反應至5h時，P84纖維的力學性能全線下降，在10% H2SO4蒸汽水解下的強力保持率為72.09%，已接近失效。

4 結論

通過設計一套實驗裝置，模擬了工況下H2SO4蒸汽對P84濾料纖維的水解作用，驗證了H2SO4蒸汽能加速P84纖維的水解，當反應至5h時，P84在10% H2SO4蒸汽水解下的強力保持率僅為72.09 %。但當反應由2h進入3h時，P84纖維的力學性能會有所提高。在實際的除塵工作中，可盡量將連續的高溫反應控制在5h以內，3h以內為最佳，此時濾料的物理機械性能保持良好，這為工況下的實際操作提供了參考。

參考文獻：

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作者簡介：吳延捷（1991-），男，湖北荊州人，碩士研究生，助教，主要從事高性能非織造過濾材料開發與性能測試研究。endprint