CN101301549B

CN101301549B - 无纺布过滤材料及其用途

Info

Publication number: CN101301549B
Application number: CN2007100221803A
Authority: CN
Inventors: 兰春艳; 李星; 山本英行
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2027-05-08
Also published as: CN101301549A

Abstract

本发明公开了一种无纺布过滤材料及其用途，过滤材料至少由纤维网层及补强织物构成，其中，补强织物包含长丝。无纺布过滤材料应用于烟气过滤中。本发明产品具有高强、高尺寸稳定性。

Description

无纺布过滤材料及其用途

技术领域

本发明为一种用于气固分离的过滤材料。

背景技术

一直以来，无纺布过滤材料，通常是由补强织物(亦称：补强层、补强布、增强织物、增强布)及织物上下的纤维网层构成，通过物理或化学加工方法使得纤维网层与补强织物结合而成为一个完整的整体。而在物理加工方法中，比较常见的有针刺法和水刺法，由于成本、设备维护、操作等原因，用于过滤用的无纺布多采用针刺法。

就无纺布过滤材料而言，由于其使用要求，所以对其机械性能中的强度、尺寸稳定性就有较高的要求。如：无纺布加工成的烟气过滤袋，由于经常承受大量入口烟气的冲刷以及清灰时来自高达3kg以上压缩空气的脉冲喷打，所以对其强度和耐摩擦性就有特别的要求，需要这种材料既具有高强、同时还需具有高耐摩擦性能，否则使用过程中的破损、露底等异常现象恶化；除此之外，滤袋的尺寸稳定性也需要保证，因为滤袋使用时外面或内部都有一个龙骨(亦称：骨架、支架)来支撑、固定滤袋的位置，在使用过程中，若滤袋尺寸稳定性不佳，随着使用时间的推移，滤袋与龙骨间的距离变窄，甚至贴附在龙骨上，如果这样，龙骨对接触点的无纺布就会产生物理及化学方面的影响，降低其耐摩擦性能，锈蚀接触点、促进物理劣化加剧等问题，最终导致滤袋的使用寿命降低，增加使用厂家的成本费用。

而上述所说的无纺布过滤材料的强度及尺寸稳定性，主要取决于补强织物的强度及尺寸稳定性。也就是说，补强织物的强度高，无纺布的强度就高；补强织物的尺寸稳定性优，无纺布的尺寸稳定性就好。现在，市面上用于补强的织物，总体趋势分为短纤织物及含长丝的织物，而短纤织物由于成本等原因，颇受使用者欢迎，但殊不知，对于特殊环境下使用的无纺布过滤材料而言，选用补强织物时，我们不得不考虑其性价比。单纯从价格出发，适得其反的结果使难以预料和避免的。

我们对滤袋的破损分析进行了大量的分析，发现：因为滤袋颈部附近的破损及龙骨接触点的腐蚀导致的破损比例也比较大。

针对这个破损现象，改善措施有三：一是确保单位总克重不变的前提下，改换高强的补强织物以提升无纺布过滤材料的机械强度，增强对气体的抵抗力。对于相同材料而言，织造规格一致的前提下，含长丝的织物或含长丝的织物强度高于短纤织物，由于其它性能(如化学性能、耐热性能)不变，所以此方案可行性较大；二是提升过滤材料的单位克重，提升纤维层量，这样的话，势必增加原料成本，不可行；三是改换过滤材料。材料的选用需要建立在使用结果的认知、判断上，贸然更换，势必带来无法估量的后果，所以该方案至少在短期内是不可行的。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高强、高尺寸稳定性的无纺布过滤材料及其用途。

本发明的技术解决方案是：

一种无纺布过滤材料，其特征在于：过滤材料至少由纤维网层及补强织物构成，其中，补强织物包含长丝。

纤维网层或含长丝的织物所选用纤维，至少含有聚亚苯基硫醚纤维(别名：聚苯硫醚、聚芳香烃硫醚、聚苯硫醚纤维、PPS纤维，以下简称：PPS纤维)。

构成纤维网层或补强织物用纤维，是耐热性无机纤维或耐热性有机纤维。

耐热性无机纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维；耐热性有机纤维为聚亚苯基硫醚纤维、芳砜纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳香族聚酰胺纤维中的至少一种。

补强织物用长丝的线密度在180Denier以上。补强织物用长丝强度在1.5cN/dtex以上，杨氏模量在10.0cN/dtex以上。织物覆盖系数CF在350以上。

Denier，简写为D，中文为旦尼尔，是化学纤维的一种细度表达方法，是指9000m长的丝在公定回潮率时的重量克数；杨氏模量(杨氏模量，亦称物体的弹性模量，当线由于受力作用伸长时，用单位横截面积上受到的力来表示应力，用单位长度的增加来表示应变，相应的系数(应力/应变)叫杨氏模量。它的大小取决于材料性质，与材料大小、长短、粗细等无关)；CF计算公式为：CF＝NW×DW^1/2+NF×DF^1/2，其中NW：经纱密度(根/2.54cm)，DW：经纱纤度(Denier)；NF：纬纱密度(根/2.54cm)，DF：纬纱纤度(Denier)。

一种无纺布过滤材料在制备烟气过滤材料中的应用。

作为一种过滤材料，就纤维层及补强织物而言，需具备优良的耐热性、耐化学药品性，同时还需要足够的强度，以确保机械强度。在所有的耐热性纤维中，从性能、价格等角度考虑，PPS纤维较为理想。因为PPS纤维不仅熔点高达285℃，常规使用温度可以达到170℃，所以具有优秀的耐热性，同时还具有优良的长期耐热性。耐化学性能方面，在200℃或200℃以下，它能对大多数的酸(如：浓盐酸、浓磷酸、稀硫酸等)、碱(如：30％NaOH)、有机溶剂保持稳定的性能。PPS纤维还具有优良的机械强度，对滤袋使用过程中接受到的含尘气流的冲刷及脉冲清洗时的冲击都具有极强的抵抗性。除此之外，PPS纤维还具有优良的难燃性、耐辐射性能、电气性能、耐光等性能。

本发明所涉及的过滤材料，其新颖性在于：突破传统选材方式，优选含长丝的补强织物，而含长丝的织物中，选用PPS长丝较为理想。因为它显著的特点就是：①杨氏模量高于短纤织物，可以提升织物、过滤材料的尺寸稳定性；②相同克重、密度的前提下，含长丝的织物的强度高于短纤织物；③对于相同克重的过滤材料，若要保持同样强度的话，由于②的原因，若选用含长丝的织物作为补强织物，那么，该过滤材料的纤维网层的重量比将增加，则可提高该过滤材料对粉尘的捕集性能。

对于含长丝的织物而言，除对其线密度选用有一定要求外，对其强度及杨氏模量也有一定的要求。强度要求在1.5cN/dtex以上，杨氏模量在10.0cN/dtex以上。强度值过低，织物的强度也低，达不到含长丝的织物的补强要求；杨氏模量过低，不能确保含长丝的织物及相应无纺布过滤材料、过滤袋的尺寸稳定性。在耐热性纤维中，PPS长丝较为理想，其强度在4.0cN/dtex以上，杨氏模量高达15cN/dtex以上。若选用它，既能保证含长丝的织物的强度，又能确保织物所对应无纺布过滤材料、过滤袋的尺寸稳定性。

仅有长丝的粗细、强度、杨氏模量还不够，作为一种织物，它还需要一定的覆盖系数CF(亦称织物紧度)，它是衡量单位长度内所能排列纱线根数的指标。其计算公式为：CF＝NW×DW^1/2+NF×DF^1/2，其中NW：经纱密度(根/2.54cm)，DW：经纱纤度(Denier)；NF：纬纱密度(根/2.54cm)，DF：纬纱纤度(Denier)。据这个公式可以得出，覆盖系数过大，则选用长丝的线密度或密度增加，直接导致成本的增加；覆盖系数过低，织物强度过低，达不到补强作用，所以作为一种高温纤维补强织物而言，为保证强度，其覆盖系数CF需在350以上，而优选在600～900之间。为达成这样的效果，可以选用耐热性纤维，如玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、PPS纤维、芳砜纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳香族聚酰胺纤维中的至少一种；而在这些纤维里面，若选用PPS长丝，效果更佳。

本发明所涉及的含有长丝的补强织物的无纺布过滤材料，由于使用了高杨氏模量的长丝，使得无纺布过滤材料也表现出优越的杨氏模量的性能，即低伸长、优秀的尺寸稳定性。而在众多的耐热性纤维中，

以PPS纤维为例，其对应的含长丝的织物及无纺布过滤材料的强度与伸长、杨氏模量如附图所示。

由杨氏模量的定义可知，Y轴的stress同样，但X轴的strain不同，其中短纤织物的b值大于含长丝的织物的a值，所以可以得出：相同克重的过滤材料，使用高杨氏模量的PPS含长丝的织物所对应的无纺布，其伸长率、尺寸稳定性均优于短纤织物所对应的无纺布性能。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1、图2是以PPS纤维为例，其对应的含长丝的织物及无纺布过滤材料的强度与伸长、杨氏模量关系图。

具体实施例介绍前，对无纺布过滤材料及含长丝的织物的部分物性测试方法作一个介绍。

【平方米克重】

裁取一定尺寸(通常：40cm*40cm)的样布，称其重量，再按克重＝重量/面积的公式算出。单位通常用g/m²表示。

【拉伸强度】

按照JIS L10968.12.1A法(织物扯边法)，对于一般织物，实验样品取样大小为5.5cm×30cm，从边的两侧扯去相同根数的纱线，使剩余实验样品幅宽满足规定幅宽：5cm。然后实验样品通过一定初负荷，在拉伸实验机上，用夹具夹住样品两端，在定速20cm/min的速度下，测定样品被拉断时的拉伸强力，每组样品至少测试3回，取平均值作为结果。单位为：N/5cm

对于无纺布而言，亦按照JIS L1096试验标准，试验样品取样5cm宽*30cm长，试验时给样品施加一定的初负荷，在拉伸实验机上，用夹具夹住样品两端，在定速100mm/min的速度下，测定样品被拉断时的拉伸强力，每组样品至少测试3回，取平均值作为结果。单位为：N/5cm

实施例1

选用纤度为440dtex-100f的长丝(日本东丽株式会社生产的“特康”牌)，按照经向为25根/2.54cm，纬向为16根/2.54cm的密度进行织造，得到含长丝的织物。

含长丝的织物再与日本东丽株式会社生产的“特康”牌PPS短纤(2.2dtex*51mm)通过开棉→梳棉→铺网→上织物→针刺→后处理等工序，得到用于燃煤锅炉尾气等过滤用无纺布材料。

含长丝的织物及相应过滤材料的部分物性如表1、表2

实施例2

选用纤度为220dtex-50f的长丝(日本东丽株式会社生产的“特康”牌)，按照经向为32根/2.54cm，纬向为26根/2.54cm的密度进行织造，得到的含长丝的织物。

含长丝的织物及相应过滤材料的部分物性如表1、表2

比较例1

选用日本东丽株式会社生产的“特康”牌PPS短纤(2.2dtex*51mm)，通过开棉→梳棉→并条→粗纺→细纺→并线→加捻工艺，生产出线密度为450dtex的26s/2纱线。纱线再通过整经、织造等工艺，生产出经向密度为32根/2.54cm、纬向密度为23根/2.54cm的短纤织物。

短纤织物再与日本东丽株式会社生产的“特康”牌PPS短纤(2.2dtex*51mm)通过开棉→梳棉→铺网→上织物→针刺→后处理等工序，得到用于燃煤锅炉尾气等过滤用无纺布材料。

短纤织物及相应过滤材料的部分物性如表1、表2

从织物的部分物性可以看出，拉伸强度一致的情况下，含长丝的织物的克重较短纤织物约低40％，同时伸长也低。这些物性充分体现出长丝的优越性：高强、优良的尺寸稳定性。

从过滤用无纺布材料的部分物性可以看出，在相同克重的前提下，含长丝的织物对应的无纺布具有尺寸稳定性(用加热收缩试验反应)佳、拉伸强度高、伸长低的优点。而将无纺布加工成过滤袋后，在过滤袋上就能充分显示出优秀的尺寸稳定性、优秀的抗耐磨性，最终延长过滤袋的使用寿命。

表1：织物部分物性汇总表

表2：对应无纺材料的部分物性汇总表

Claims

1.一种无纺布过滤材料，其特征在于：过滤材料至少由纤维网层及补强织物构成，其中，补强织物包含长丝；补强织物用长丝的线密度在180Denier以上，补强织物用长丝强度在1.5cN/dtex以上，杨氏模量在10.0cN/dtex以上，织物覆盖系数CF在350以上。

2.根据权利要求1所述的无纺布过滤材料，其特征在于：纤维网层或含长丝的织物所选用纤维，至少含有聚亚苯基硫醚纤维。

3.根据权利要求1所述的无纺布过滤材料，其特征在于：构成纤维网层或补强织物用纤维，是耐热性无机纤维或耐热性有机纤维。

4.根据权利要求3所述的无纺布过滤材料，其特征在于：耐热性无机纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维；耐热性有机纤维为聚亚苯基硫醚纤维、芳砜纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳香族聚酰胺纤维中的至少一种。

5.一种如权利要求1所述的无纺布过滤材料在制备烟气过滤材料中的应用。