除塵濾袋用PTFE復(fù)合縫紉線熱態(tài)拉伸性能分析*

王向欽 陳明剛 吳波偉 舒 瑞 劉 敏 柳靜獻

1. 廣州檢驗檢測認證集團有限公司，廣東 廣州 511447；2. 蘇州耐德新材料科技有限公司，江蘇 蘇州 215600；3. 東北大學(xué)濾料檢測中心，遼寧 沈陽 110004

目前，我國工業(yè)飛速發(fā)展，國力日益雄厚，但環(huán)境污染問題仍較為突出，尤其是大氣污染，在一定程度上影響了人們的生活質(zhì)量。針對這一現(xiàn)狀，國家不斷提高工業(yè)煙氣排放粉塵顆粒物的指標要求，這為袋式除塵技術(shù)的發(fā)展帶來了機遇。對于電力、水泥、垃圾焚燒、鋼鐵、冶金等行業(yè)中的高溫?zé)煔庥么匠龎m器，其工作溫度一般為130～250 ℃，甚至更高，而且排放的煙氣中還常混有酸性、堿性等腐蝕性氣體，因此工業(yè)煙氣的排放控制對袋式除塵過濾技術(shù)有著很高要求[1]。

在袋式除塵器中，濾袋有著除塵器心臟之稱，高效安全的除塵濾袋的生產(chǎn)涉及材料、織造、縫制等多項關(guān)鍵技術(shù)。當傳統(tǒng)的PTFE縫紉線制作的濾袋在熱煙氣等惡劣的環(huán)境下使用時，隨著濾袋附著的灰塵不斷增加，濾袋縫線處的縫紉線很容易發(fā)生變形、斷裂、熔化等，這對袋式除塵器的除塵效果及使用壽命都有重大影響。縫紉線作為縫制濾袋的重要輔助材料，必需能在嚴苛工作環(huán)境下保持良好的拉伸性能，這對濾袋安全、可靠的使用具有重要意義。

PTFE具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性能和熱穩(wěn)定性能，廣泛用于耐高溫、耐腐蝕的材料應(yīng)用領(lǐng)域中[2]。由于PTFE是長鏈大分子聚合材料，氟原子幾乎覆蓋了整個高分子鏈，特殊的長鏈分子結(jié)構(gòu)賦予其較高的熱蠕變性能。將PTFE材料用于除塵濾袋縫紉線時，其熱蠕變性能將影響濾袋的除塵效果[3]，尤其在高溫工況下，PTFE縫紉線較大的熱蠕變會使濾袋縫合部位的縫線松動、斷裂，甚至脫落，從而使濾袋失效。

對于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線，因其熱蠕變性能而導(dǎo)致濾袋失效的情況屢見不鮮，在燃煤電廠、垃圾焚燒、水泥行業(yè)等高溫?zé)煔獬龎m中都有因濾袋縫紉線斷裂而導(dǎo)致濾袋失效的案例，給用戶造成重大經(jīng)濟損失。針對傳統(tǒng)的PTFE材料的不足，本文選用改性聚苯硫醚(MPPS)纖維和PTFE單絲來制備PTFE復(fù)合縫紉線，并對比分析PTFE復(fù)合縫紉線與傳統(tǒng)的PTFE縫紉線的熱態(tài)拉伸性能，以期得到熱態(tài)拉伸性能優(yōu)良的除塵濾袋縫紉線。

1 試驗部分

PTFE復(fù)合縫紉線由蘇州耐德新材料科技有限公司制備。對聚苯硫醚(PPS)纖維[4]進行化學(xué)改性，得到MPPS纖維。MPPS纖維具有更好的耐化學(xué)性能、耐高溫性能，與PTFE材料相似，但又有良好的熱穩(wěn)定性能，可彌補PTFE纖維的不足。選取3股50 tex(450 D)Z捻的PTFE單絲與4股Z捻的MPPS紗線進行3+4并線混紡，再進行熱定型及上油處理，制成PTFE復(fù)合縫紉線。兩種縫紉線的基本參數(shù)如表1所示，表觀形態(tài)如圖1所示。

表1 兩種縫紉線的基本參數(shù)

圖1 傳統(tǒng)的PTFE縫紉線和PTFE復(fù)合縫紉線的表觀形態(tài)

選取市場上常見的傳統(tǒng)的PTFE縫紉線及蘇州耐德新材料科技有限公司生產(chǎn)的PTFE復(fù)合縫紉線進行熱態(tài)拉伸試驗。試樣長為600 mm，試驗溫度選取25、 40、 60、 100、 120、 140、 160、 180、 200、 220、 240 ℃共11組不同的溫度，每組測試10根試樣。采用美國INSTRON 3365型萬能強力機進行熱態(tài)拉伸試驗。強力機帶有電加熱箱(見圖2)，該萬能強力機可以在常溫到300 ℃的高溫下進行控溫拉伸測試。將試樣安裝在試樣夾頭上，分別按不同梯度的溫度進行拉伸測試，測試間隔長度為500 mm，拉伸速度為100 mm/min，試驗方法參考GB/T 3916—2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定(CRE法)》[5]和GB/T 14344—2008《化學(xué)纖維長絲拉伸性能試驗方法》[6]。

圖2 熱態(tài)拉伸試驗示意圖

2 結(jié)果與討論

縫紉線的熱態(tài)拉伸性能包括熱態(tài)拉伸斷裂強力和熱態(tài)拉伸斷裂伸長率，熱蠕變性能需根據(jù)這兩個指標進行綜合評價。

2.1 縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂強力

兩種縫紉線在25～240 ℃下的熱態(tài)拉伸斷裂強力如圖3所示。應(yīng)用Origin軟件對試驗結(jié)果進行擬合，分析溫度對兩種縫紉線拉伸斷裂強力的影響規(guī)律。傳統(tǒng)的PTFE縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂強力擬合曲線方程為y=0.000 76x2-0.309 23x+36.308 61，擬合度為99.28%。PTFE復(fù)合縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂強力擬合曲線方程為y=-0.000 20x2-0.094 05x+42.261 90，擬合度為98.78%。

圖3 縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂強力及其擬合曲線

由圖3可看出，兩種縫紉線的拉伸斷裂強力均隨溫度的上升而下降。但在同一溫度下，PTFE復(fù)合縫紉線的拉伸斷裂強力均大于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。標準GB/T 6719—2009《袋式除塵器技術(shù)要求》[7]規(guī)定縫紉線拉伸斷裂強力需大于27.0 N。兩種縫紉線在常溫下均可達標。由兩種縫紉線的擬合曲線系數(shù)可看出，PTFE復(fù)合縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂強力下降速率小于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。在120 ℃時，PTFE復(fù)合縫紉線拉伸斷裂強力仍符合GB/T 6719—2009的要求，損失率僅為25.2%，而傳統(tǒng)的PTFE縫紉線拉伸斷裂強力卻下降到10.5 N，遠不能滿足GB/T 6719—2009的要求，損失率高達65.2%。總體而言，在相同條件下，PTFE復(fù)合縫紉線的拉伸斷裂強力優(yōu)于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。

2.2 縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂伸長率

兩種縫紉線在25～240 ℃下的熱態(tài)拉伸斷裂伸長率如圖4所示。應(yīng)用Origin軟件對試驗結(jié)果進行擬合，分析溫度對兩種縫紉線拉伸斷裂伸長率的影響規(guī)律。傳統(tǒng)的PTFE縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂伸長率擬合曲線方程為y=0.000 05x3-0.020 68x2+02.432 29x-32.305 18，擬合度為97.95%。PTFE復(fù)合縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂伸長率擬合曲線方程為y=-0.000 000 1x4+0.000 07x3-0.015 42x2+1.378 28x-9.748 93，擬合度為97.54%。

圖4 縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂伸長率及其擬合曲線

由圖4可看出，隨溫度的增加，兩種縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂伸長率的變化幅度及變化特征均不同。在20～90 ℃時，兩種縫紉線的拉伸斷裂伸長率均隨溫度的上升而增大，但PTFE復(fù)合縫紉線的熱態(tài)拉伸斷裂伸長率增幅遠小于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。在150 ℃時，兩種縫紉線的拉伸斷裂伸長率相近。傳統(tǒng)的PTFE縫紉線的熱態(tài)拉伸斷裂伸長率呈先上升后下降的趨勢；在高溫時，其拉伸斷裂強力變小，使得在拉伸長度較小時縫紉線發(fā)生斷裂，故其拉伸斷裂伸長率呈下降趨勢。而PTFE復(fù)合縫紉線的熱態(tài)拉伸斷裂伸長率呈不斷上升的趨勢，這是因為隨溫度的升高，PTFE復(fù)合縫紉線還有足夠的拉伸斷裂強力。

在60 ℃以上時，PTFE復(fù)合縫紉線的熱態(tài)拉伸斷裂伸長率變化幅度遠小于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線，這證明PTFE復(fù)合縫紉線的熱蠕變較小，其熱蠕變性能較好。

3 結(jié)論

通過對傳統(tǒng)的PTFE縫紉線和蘇州耐德新材料科技有限公司生產(chǎn)的PTFE復(fù)合縫紉線的熱態(tài)拉伸性能比較分析，可得到以下結(jié)論：

(1) 兩種縫紉線的拉伸斷裂強力均隨溫度的上升而下降，且PTFE復(fù)合縫紉線熱態(tài)拉伸斷裂強力下降速率小于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。在相同溫度條件下，PTFE復(fù)合縫紉線的拉伸斷裂強力損失率低于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。總體而言，PTFE復(fù)合縫紉線的熱態(tài)拉伸斷裂強力優(yōu)于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。

(2) 在20～90 ℃時，隨溫度的上升，兩種縫紉線的拉伸斷裂伸長率均不斷上升，而PTFE復(fù)合縫紉線的拉伸斷裂伸長率增幅遠小于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。PTFE復(fù)合縫紉線的拉伸斷裂伸長率隨溫度的上升而不斷增加，傳統(tǒng)的PTFE縫紉線的拉伸斷裂伸長率卻是隨溫度的上升呈先增加后降低的趨勢，但PTFE復(fù)合縫紉線的熱態(tài)拉伸斷裂伸長率變化幅度遠小于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線。

(3) 結(jié)合兩種縫紉線的熱態(tài)拉伸斷裂強力及熱態(tài)拉伸斷裂伸長率，PTFE復(fù)合縫紉線在高溫條件下既能保持一定的拉伸斷裂強力，又具有相對穩(wěn)定的拉伸斷裂伸長率。總體而言，PTFE復(fù)合縫紉線的熱態(tài)拉伸性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PTFE縫紉線，即PTFE復(fù)合縫紉線的熱蠕變較傳統(tǒng)的PTFE縫紉線小。

為確保袋式除塵器中濾袋的除塵效果，建議選取熱態(tài)拉伸性能較好的PTFE復(fù)合縫紉線作為縫合材料，既能降低生產(chǎn)成本，又可以延長袋式除塵器的使用壽命。