溫度對PPS濾料挺度及耐磨性影響的實驗研究

李強，宋樂，孫鑫，柳靜獻

（東北大學濾料檢測中心，沈陽 110004）

引言

近年來，隨著工業的快速發展，我國的大氣污染日趨嚴重及霧霾天氣增多。理論與實踐證明，袋式除塵器是控制工業煙塵、減少霧霾的最有效手段之一[1～3]。袋式除塵器的核心部件就是濾料，聚苯硫醚（PPS）具有良好的耐腐蝕性、耐高溫性、化學穩定性等優點[4～7]，自1897年由Grenvesse提出以來逐漸被應用于各個行業，過濾行業自然也加盟其中，由其加工而成的各種濾料是燃煤電廠、工業鍋爐、冶金等行業的主要過濾材料。

現場調研發現磨損破漏是濾料的主要失效形式之一，主要原因是高風速攜塵氣流對濾袋的沖刷；濾袋與濾袋之間的摩擦；濾袋與骨架之間的磨碰以及脈沖噴吹清灰時的空氣力作用[8]。溫度是煙氣過濾的重要影響參數之一，高溫下濾料會變硬、挺度增加，導致耐磨性下降。研究溫度對濾料性能的影響，找出最適合濾料使用的溫度具有重要意義。本文從耐磨和挺度兩個方面研究了溫度對PPS針刺氈濾料的影響，從另一角度分析了溫度對濾料失效的影響。

1 實驗方法

1.1 實驗樣品

本實驗使用的是PPS針刺氈，同一廠生產的同規格新舊兩條濾袋。濾袋的基本參數如下：新袋的平均克重為606.2g/m2、厚度為1.56mm、透氣度為4.49m3/m2·min；舊袋的平均克重為697.8g/m2、厚度為1.49mm、透氣度1.236m3/m2·min。

1.2 實驗設備

實驗使用的主要設備有YG（B）522型織物耐磨儀和ZB-TD500挺度儀等。

1.3 實驗方法

實驗利用變量分析法來研究不同溫度和高溫作用的時間對PPS濾料性能的影響。即固定時間（24h），改變溫度；固定溫度（170℃、190℃、210℃），改變加熱時間。

耐磨測試的樣品制備、測試及計算依據《紡織品織物氣球實驗圓軌跡法》（GB/T4802.1-1997），每個組制樣3塊，稱重后放入耐磨儀受磨，試樣總加壓為1000cN，轉數設定為1萬次，磨后再次稱重，取3塊料的實驗結果的平均值計算單位面積濾料的磨琢平均失重；挺度測試樣品的制備、測試及計算服從《紙和紙板彎曲挺度的測定》（GBT 22364-2008）規定，每個組制樣5個，測試后取5個數的平均值為濾料在該溫度下的挺度。

2 實驗結果與分析

濾料的基本物理性能決定了其使用壽命，單位面積失重值表征了其耐磨性能，通常來說，該值越小其使用壽命越長；挺度又稱剛度，表征濾料的柔韌性[9～10]，通常濾料使用前后的挺度值不希望變化太大，挺度過大或過小都會影響濾料的正常使用。

2.1 溫度對濾料挺度與耐磨性的影響

利用烘箱對PPS濾料進行24小時的加熱預處理，加熱溫度分別為150℃、170℃、190℃、210℃、230℃，加熱后取出與參照組濾料同條件下進行挺度和耐磨測試，結果如圖1、圖2。

圖1 PPS濾料挺度隨溫度變化

圖2 PPS濾料單位面積濾料的磨琢失重隨溫度變化（處理時間24h ）

由圖1可看出，新料挺度值先減小然后變大，而舊料的挺度值持續變大。說明隨著溫度的升高新濾袋出現了軟化現象（190℃之前），當超過一定溫度后新料開始變硬，甚至出現炭化現象；而舊料沒有軟化這一過程，是因為舊料在使用過程中已經發生過軟化。

從圖2可看出，隨著溫度的上升，新、舊袋在磨琢后整體都呈現失重上升的現象，舊袋的磨琢失重值持續上升，且溫度越高上升速率越快；而新袋在170℃之前有失重值下降的現象，隨后失重開始升高。

結合兩圖參數的變化規律發現當濾料處于軟化狀態（190℃之前）新料耐磨性能較好，而舊料在此溫度之內耐磨性能也較為穩定；當溫度超過190℃后，新料耐磨性能略微下降，舊料耐磨性能明顯下降。

2.2 高溫作用時間對濾料挺度與耐磨性的影響

2.2.1 濾料在170℃下的變化規律

設定烘箱溫度為170℃，加熱時間分別設置為24h、36h、48h、60h、72h，加熱后與參照組濾料在相同條件下進行耐磨和挺度測試，結果如圖3、圖4。

圖3 170℃下挺度隨受熱時間變化

圖4 170℃下單位面積濾料的磨琢失重隨受熱時間變化

由圖3、圖4可看出，新料在170℃下挺度略微下降后趨于平穩，舊料挺度值略微上升后趨于平穩；新、舊料的單位面積平均失重隨時間變化都十分平緩。表明PPS新、舊料在此溫度下的耐磨性能都十分穩定，可以長時間工作。

2.2.2 濾料在190℃下的變化規律

設定烘箱溫度為190℃，加熱時間分別設置為24h、36h、48h、60h、72h，加熱后與參照組濾料在相同條件下進行耐磨和挺度測試，結果如圖5、圖6。

圖5 190℃下挺度隨受熱時間變化

圖6 190℃下單位面積磨琢失重隨受熱時間變化

由圖5、圖6可看出，在190℃下，隨著加熱時間的增加，新料的挺度和單位面積平均失重呈現相似的變化規律，先是略微降低，時長超過36小時后緩慢增長。而舊料的挺度值持續增長，單位面積平均失重先略微降低后快速增長。

這表明新料在190℃下工作短時間內發生軟化且耐磨性能略微加強，超過36小時后，濾料的挺度值開始升高，耐磨性能開始下降；從舊料的變化規律可以看出，舊料在此溫度下工作會很快發生破損失效，從而說明PPS濾料在190℃下可以短時間工作，不能長時間工作。

2.2.3 濾料在210℃下的變化規律

設定烘箱溫度為210℃，加熱時間分別設置為24h、36h、48h、60h、72h，加熱后與參照組濾料在相同條件下進行耐磨和挺度測試，結果如圖7、圖8。

圖7 210℃下挺度隨受熱時間變化

圖8 210℃下單位面積磨琢失重隨受熱時間變化

由圖7、圖8可看出新料的挺度值先減小后增大，而新料的單位面積平均失重值先略微減小后快速增長；舊料呈現出與190℃下相似的變化規律，挺度隨加熱時間的增長而增大，單位面積平均失重前期平緩，當超過48小時后迅速增長。

這表明新料在210℃下也出現了軟化這一過程，在此過程中新料的耐磨性能略有增高，但加熱時間超過48小時后，新料的耐磨性能快速降低，舊料沒有出現軟化過程，也在48小時后耐磨性能迅速降低，從而說明PPS濾料在此溫度下只能瞬時工作。

2.3 各溫度下耐磨性能隨時間的變化

不同溫度下的耐性性能變化如圖9、圖10。

圖9 170℃、190℃、210℃下新料琢磨失重隨加熱時間變化圖

圖10 170℃、190℃、210℃下舊料磨琢失重隨加熱時間變化圖

由圖9可看出，新料的單位面積平均失重在170℃和190℃下隨時間變化平穩，在210℃下有失重值快速增大的現象，說明新料可在170℃和190℃下工作，在210℃下只能瞬時工作。

由圖10可看出，舊料的單位面積平均失重在170℃下隨時間變化平穩，在190℃和210℃下有失重值快速增大的現象。說明舊料可在170℃下工作，在190℃和210℃下只能瞬時工作。

而舊料是經過長時間使用的新料，只有舊料能夠穩定工作的溫度才是PPS濾料能穩定工作的溫度。結合上述兩個結論，說明PPS濾料可以在170℃下長時間穩定工作，在190℃短時間工作，在210℃瞬時工作。

3 結論

隨著溫度的升高，PPS濾料的耐磨性能整體呈降低趨勢。當溫度低于190℃，新料耐磨性能有一定加強，舊料的耐磨性能也較為平穩，190℃以上新、舊料的耐磨性能都發生減弱。

PPS濾料的挺度隨著溫度升高先降低后增大。PPS濾料受熱會發生軟化使挺度值降低，在190℃以下的溫度環境中能夠長時間保持軟化狀態，在190℃及以上的溫度環境中會使挺度值增大。

PPS濾料的挺度值越低耐磨性能越強。PPS濾料處于軟化階段時耐磨性能有一定程度加強，當濾料挺度值開始上升，其單位面積失重升高，耐磨性能下降。

PPS濾料可在170℃以下的溫度環境中長時間穩定的工作，在190℃短時間工作，在210℃瞬時工作。

PPS舊料的耐磨性能低于新料，挺度大于新料。舊料的挺度值比未經高溫處理的新料的挺度值小，是因為在190℃以下的溫度中工作過的舊料已經發生過軟化，而一旦進行加熱，舊料的挺度值就會高過新料。

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