CN101406780B

CN101406780B - 一种过滤材料及用途

Info

Publication number: CN101406780B
Application number: CN200710134264A
Authority: CN
Inventors: 沈雪松; 李星
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-10-08
Also published as: CN101406780A

Abstract

本发明公开了一种过滤材料及其用途，过滤材料有三层结构：过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层，其中过滤面层是10wt％～90wt％平均直径在10μm以下的耐热性纤维和10wt％～90wt％平均直径在10～20μm耐热性纤维混合组成的纤维网，非过滤面层是平均直径为10～20μm的耐热纤维组成的纤维网，中间层为织物增强层。本发明粉尘捕集效率高，过滤材料表面粉尘清除后压力损失的上升小，而且由于清灰周期时间变长在一定的时间里减少压缩空气喷吹次数对过滤材料的损伤，因而能够延长过滤材料的使用寿命。可用于制备过滤袋等。

Description

一种过滤材料及用途

技术领域：

本发明涉及一种过滤材料及其用途。

背景技术：

随着我国社会、经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对大气环境的质量要求将越来越高，为控制燃煤电厂大气污染物排放，保护生活、生态环境，实施可持续发展的战略，我国已于2004年开始实施新修订的国家污染物排放标准，分三时段规定了火电厂的大气污染物排放限值，提出到2005年和2010年火电厂应执行的二氧化硫和烟尘的排放限值，其中烟尘排放标准的低限值已接近或达到发达国家的标准。而且今年(2007年)中国环保产业协会袋式除尘委员会也起草了新的袋式除尘器用料及滤袋的国家标准，来进一步规范过滤袋市场，提高我国过滤袋产品的品质，增强在国际市场的竞争力。

新标准的起草和制定对我国目前无论是过滤袋产品的生产厂商还是最终用户(新建的燃煤电厂及旧有的燃煤电厂)的除尘系统都提出了更高的要求，经采取最有效的切实可靠的除尘技术已势在必行。

利用针刺过滤毡过滤粉尘的布袋除尘技术是一种高效的除尘技术。它是利用针刺毡上形成的粉饼层来过滤粉尘，而常规的针刺过滤毡由于孔隙较大，粉尘易切入滤料的深层而导致阻力上升较快，同时也很难保证很好的捕集效率。也有采用针刺过滤毡复合PTFE薄膜来克服上述问题，从而将粉尘截留在薄膜表面，实现了表层过滤。但是针刺过滤毡复合PTFE薄膜生产工艺较为复杂。此外，很多工业烟气温度高、腐蚀性强，这就要求我们的滤料朝着耐高温、耐腐蚀方面发展。

作为构成用于过滤从煤炭锅炉，垃圾焚烧炉或者金属熔炼炉等排出的高温排气的过滤材料的纤维，使用由耐热性和耐化学药品性优良的聚苯硫醚(以下简称为PPS)纤维，玻璃纤维，间位芳香族聚酰胺纤维(间位芳纶纤维)，PTFE纤维，聚酰亚胺纤维等非织造物构成的过滤材料。尤其PPS纤维具有优良的耐水解性，耐酸性和耐碱性，因此广泛作为煤炭锅炉的除尘用过滤袋使用。

在公开号CN 2907835Y中，在迎尘层(即过滤面层)和附着层(即非过滤面层)中加入了玻璃纤维，由于玻璃纤维的耐折性差，在反复的脉冲清灰下易折断从而影响滤毡的使用寿命；此外，在迎尘层中含有超细耐高温合成纤维和玻璃纤维，在附着层是粗纤维和玻璃纤维的混合。由于超细纤维和玻璃纤维的存在，滤毡的压力损失将比较高，透气量小，使滤毡的清灰间隔减小，脉冲次数增多使滤毡的机械性能降低，从而使用寿命减短。

因此有必要开发一种既能克服现有针刺过滤毡由于粉尘易切入滤料深层而导致阻力上升因而失效的缺点，又能提供一种不同于针刺过滤毡复膜滤料而又能达到表层过滤效果的针刺复合过滤毡。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种过滤性能好、机械强度高的一种过滤材料及用途。

本发明为了实现这个目的而采用了下述的方法。

一种过滤材料，有三层结构：过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层，其特征是：其中过滤面层是含有10wt％～90wt％平均直径在10μm以下的耐热性纤维的纤维网，非过滤面层是由平均直径在10～20μm的耐热纤维组成的纤维网，中间层为织物增强层。

过滤面层中还含有90wt％～10wt％平均直径在10～20μm的耐热性纤维。

该过滤材料的孔隙率为40％-90％；

孔隙率(％)＝(组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)-过滤材料的密度(g/cm³))/组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)×100％。

根据JIS L 1096标准，该过滤材料的克重在400～800g/m²之间。

根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度在500N/5cm以上。

过滤材料纤维网表面是经过熔融处理的。

构成中间织物增强层织物的纤维为耐热性纤维，耐热性纤维优选短纤维或长丝。

一种过滤材料在制备过滤袋中的应用。

在本发明中，所谓过滤面表示在表面过滤用过滤材料中，包含粉尘的空气最初和过滤材料接触的面。即表示在过滤材料表面捕集粉尘而形成粉尘层的面。另外，将其相反侧的面，即去除了粉尘的空气排出的面定义为非过滤面。本发明中，所谓的中间织物增强层是指由纱线交织形成的一种稀疏织物层，通过使用织物增强层能够使过滤材料有着一定机械强度。

在过滤面加入平均直径在10μm以下的耐热性纤维(以下简称极细纤维)，是通过降低过滤面孔隙的平均孔径，达到表层过滤的效果，提高过滤材料对粉尘的捕集效率。但是全部使用极细纤维，滤毡的捕集效果会很好，但其压力损失也会很高。因此在本发明中采用了将极细纤维和平均直径在10～20μm的耐热性纤维(以下简称普通纤维)混合的方法，同时满足强度和高捕集效率的要求。

在过滤面层的纤维网中，极细纤维的含量超过90wt％时，纤维网致密性过大导致压力损失增大，因而不适用；而极细纤维的含量低于10wt％时，纤维网的致密性降低，从而无法达到增强过滤性能的效果。作为形成上述过滤面纤维网的纤维，从能得到更高的粉尘捕集效率来看，选择含有30wt％～70wt％的极细纤维和70wt％～30wt％的普通纤维。优选含40wt％～60wt％的极细纤维和60wt％～40wt％的普通纤维。

另外，过滤面极细纤维的直径过小时，致纤维网致密性过高而增大了滤毡的压力损失，因此极细纤维的直径控制在10μm以下并且优选直径在2～8μm之间。过滤面选用的普通纤维直径也不宜过大，直径过大会增大孔隙率从而使捕集效率降低，因此普通纤维直径在10～20μm，优选12-18μm。这里纤维的平均直径是指通过扫描电子显微镜所测量的50根纤维直径的平均值。过滤面指就表面过滤用耐热性过滤材料而言，是指含粉尘的气体最初与耐热性过滤材料接触的一面，粉尘被耐热性过滤材料表面捕集，形成粉尘层的一面(即气体流入面)。

本发明中非过滤面层是平均直径为10～20μm的耐热纤维组成的纤维网。此非过滤面主要是起支撑的作用，对过滤除尘起辅助作用，是从降低压力损失的角度和增加过滤材料的耐磨性来考虑的。

当使用的纤维直径在10μm以下时，造成纤维网致密、通气度低而压力损失过大，因此不适用；因此为了降低过滤材料的压力损失和增强过滤材料的耐磨性(主要与龙骨摩擦)，优选平均直径为12-18μm的耐热性纤维。这里的龙骨是指支撑过滤材料使用的圆筒状的骨架，一般由金属制成。这里非过滤面是指气流流入面的对应面，气流由此面排出，又称气流流出面。

本发明中使用耐热性纤维可以是对位芳族聚酰胺纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、氟系纤维、玄武岩纤维。其中优选聚苯硫醚纤维，聚苯硫醚(以下简称为PPS)纤维是其构成单位的90wt％或90wt％以上含-(C₆H₄-S)_n-表示的亚苯基硫醚结构单元的聚合物构成的纤维。通过使用PPS纤维，能够得到耐热性、耐化学药品性和耐水解性优良的过滤材料。因此优选聚苯硫醚纤维作为本发明用耐热性纤维。

本发明的过滤材料制作方面，作为制作纤维网的方法，可以使用常规使短纤维通过梳棉机形成纤维网的方法。所得到的纤维网，使用挤出辊施加轻压缩，形成叫做棉卷的状态后，利用针刺法在厚度方向使纤维相互络合，制成过滤面一侧和非过滤面一侧的纤维网。依次层叠过滤面一侧的纤维网、增强织物和非过滤面一侧的纤维网后，通过络合进行一体化。所述络合方法优选选自针刺法和喷水穿孔法中的至少一种方法，也可用其他方法。

作为过滤材料的孔隙率，优选在40％-90％的范围，孔隙率大于90％的过滤材料，对粉尘的捕集效率降低，孔隙率小于40％气量过低，提高了压力损失，增加了除尘机风机的能耗。优选孔隙率为60％～85％的过滤材料，更优选孔隙率为70％～85％。在这里孔隙率的定义是：过滤材料中空隙部分的体积占过滤材料体积的百分比。计算式为：孔隙率(％)＝(组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)-过滤材料的密度(g/cm³))/组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)×100％。在这里，过滤材料纤维的密度是指组成纤维网纤维的密度(g/cm³)，过滤材料的密度是过滤材料的克重除于过滤材料的厚度。这里的克重是指单位平方米过滤材料的重量。过滤材料纤维(PPS)的密度为1.34g/cm³。

本发明的过滤材料作为用于烟气除尘的过滤材料，必须满足捕集效率的要求，克重太大增加了成本，克重太小起过滤除尘作用的纤维网太薄，无法满足高捕集效率的作用而且机械强度无法得到满足，因此克重在400～800g/m²是合适的，进一步优选的克重是400～750g/m²。这里的克重是指单位平方米过滤材料的重量。

本发明的过滤材料是用于高温烟气除尘的过滤材料，高温烟气的环境是温度高、具有化学腐蚀性，同时烟气中的粉尘浓度高等特点，因此过滤材料必须要有一定的强度来满足高温烟气的环境。另外过滤材料在使用过程中必须克服自身的重力和附载粉尘的重力，以及清灰时压缩空气对过滤材料的冲击力。因此过滤材料强力优选500N/5cm以上，更优选600N/5cm以上。

过滤面层纤维网表面是经过熔融处理的。本发明的过滤材料，通过对过滤材料至少一面的表面进行熔融，能够更进一步提高粉尘剥离性能或粉尘捕集效率。作为使纤维网表面的一部分熔融的方法，可以采用烧毛处理或光亮加工等方法。特别是在要求粉尘捕集效率高的情况下，优选使用过滤面实施处理的纤维网，具体地说，在过滤材料的过滤面一侧进行利用燃烧焰或者红外线加热等的烧毛处理，或用热辊加压。通过这样的处理，使过滤面一侧的纤维网表面至少一部分发生熔融来提高过滤材料对粉尘捕集效率。这里的熔融是指：纤维的部分通过化学或物理方法变成液态状后混合在一起形成水膜的状态。

在本发明中，织物增强层起保持机械强度的作用，因此适合使用抗拉强度为500N/5cm以上的织物增强层。构成织物增强层的纤维，只要是具有耐热性的纤维就可以，可以使用对位芳族聚酰胺纤维、间位芳香族聚酸胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维、氟系纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等。尤其从耐化学药品性、耐水解性的观点来看，优选使用选自PPS纤维和氟系纤维。从机械强度高方面考虑，最优选PPS纤维。另外，氟系纤维的机械强度比PPS纤维差，但耐热性和耐化学药品性优良，因此在特别苛刻的环境中使用时，优选使用氟系纤维。为了不影响作为过滤性能的压力损失，基布优选形成稀疏的织造组织。作为一般的构造，有平纹组织、双层组织、三层组织、斜纹组织、缎纹组织等。特别是低成本、广泛使用的平纹织物能得到满意的性能，因此优选使用。织物密度优选经纱密度优选是20～50根/2.54cm，更优选是30～40根/2.54cm，纬纱密度优选是10～30根/2.54cm，更优选是10～20根/2.54cm。这里的织物增强层指在过滤面与非过滤面中间，由耐热性纤维构成的起增强机械强力作用的织物。

作为构成织物增强层的纤维，优选使用短纤维纱或者长丝。更优选使用短纤维的纱，短纤维纱和纤维网的络合性良好，纤维的表面积变多，因此在使过滤材料的粉尘捕集效率变好这点上是合适的。

如此制得的过滤材料缝制成袋状后，适合用作要求耐热性好的对垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或者金属熔炼炉等的排气进行除尘的过滤袋。作为在该缝制中使用的缝线，优选使用和构成织物的纤维同样地用具有耐化学药品性、耐热性的纤维材料构成的线，适合使用PPS纤维或氟素纤维等，优选PPS或氟素纤维。

本发明粉尘捕集效率高，过滤材料表面粉尘清除后压力损失的上升小，而且由于清灰周期时间变长在一定的时间里减少压缩空气喷吹次数对过滤材料的损伤，因而能够延长过滤材料的使用寿命。另外，过滤材料在高温下的热尺寸稳定性好。本发明的过滤袋，由上述的过滤材料构成，因此包含在排气中的粉尘捕集效率优良，而且和龙骨的耐磨性或断裂强度、硬挺度、尺寸稳定性等机械强度良好，因而能够使过滤材料长寿命化。此外由于本发明的过滤材料和过滤袋，特别适合作为过滤从垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或者金属熔炼炉等排出的高温气体的除尘用滤布及由其构成的过滤袋使用。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明涉及的过滤材料的分解剖面图。

图中有1、过滤面层，2、织物增强层，3、非过滤面层。

以下，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。过滤材料各物性的测定方法如下。

【单位面积重量】

将过滤材料切成200×200mm的正方形，从重量计算出过滤材料的单位面积重量。

【厚度】

使用厚度千分表(挤压力0.000245Pa)测定过滤材料的厚度。随机选择6点进行测定，求出平均值。

【透气量】

基于JIS L 1096标准规定的弗雷泽型织物透气性测试法测定过滤材料的透气量。测定部位是随机选择6点进行测定。

【VDI3926捕集效率】

使用图1的装置，基于VDI3926的标准测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是φ150mm，喂入的粉尘浓度在5g/m3，过滤风速为2m/min。实验的顺序是，初期30回+稳定化5000回+最后30回。这里的初期30回和最后30回的方法是，随着运行时间的延长，过滤材料两面的压差会渐渐升高，当到达1000Pa时，脉冲空气对过滤材料表面的粉尘进行清灰，然后进行下一个过程，该过程总共进行30回，在实验的过程中记录压力和时间的变化，同时检测没有被过滤材料捕集的粉尘的浓度。稳定化过程是指在运行的过程中，以5s为时间间隔对过滤材料进行清灰，共进行5000回。在这里所指的清灰的压力是5bar。

【压力损失】

VDI3926的测定试验后，过滤材料的残余压力损失。

【过滤材料强度】

基于JIS L 1096标准规定的布条强度法测定过滤材料的抗拉强度。试样尺寸是200mm×50mm，以拉伸速度100mm/min、夹头间隔100mm进行测定。测定值是试样的经向(是和纤维的取向垂直的方向，在包含平纹粗布的试样的情况下，和平纹粗布的经向同一方向)和试样的纬向(包含平纹粗布的试样的情况下，和平纹粗布的纬向同一方向)中的1次强度的值。

实施例1

使用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”)，得到经纱20S/2、纬纱20s。使其平.织，得到经丝密度36根/2.54cm、纬丝密度15根/2.54cm的PPS短纤维丝平纹织物。

以该织物作为基布，在其中一个面上以198g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网是纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S101-2.2T 51mm)和纤度1.0分特(纤维平均直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维以重量比80∶20进行混棉得到的短纤维实施开棉、梳棉处理后，以刺针密度50根/cm²进行针刺而得到的，该纤维网形成过滤面一侧的过滤层。在织物的另一侧的面上以198g/m²的单位面积重量层叠下述纤维网，该纤维网是将纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S101-2.2T51mm)100wt％进行开棉、梳棉处理后，以刺针密度50根/cm²进行针刺而得到的。该纤维网形成非过滤面一侧的过滤层。进一步通过针刺加工使织物(基布)和上述的纤维网进行交织，得到单位面积重量531g/m²，总针刺密度300根/cm²的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。另外，由此得到的过滤材料中看到由于针刺处理而发生收缩、单位面积重量比理论上变高的倾向。根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度径向为775N/5cm，纬向为1510N/5cm。

实施例2

作为构成过滤面一侧的纤维网的纤维，将纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm和1.0分特(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维按70∶30的重量比混合使用。作为构成非过滤面一侧的纤维网的纤维，使用100wt％的纤度2.2分特(纤维平均直径为14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度径向为780N/5cm，纬向为1530N/5cm。

实施例3

作为构成过滤面一侧的纤维网的纤维，将纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm和1.0dtex(纤维直径9.7μm)匹长51mm的的PPS短纤维按60∶40的重量比混合使用。作为构成非过滤面一侧的纤维网的纤维，使用100wt％的纤度2.2分特、匹长51mm的PPS短纤维。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。根据JIS L1096标准，该过滤材料的引张强度径向为775N/5cm，纬向为1510N/5cm。

实施例4

作为构成过滤面一侧的纤维网的纤维，将纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm和1.0dtex(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的的PPS短纤维按50∶50的重量比混合使用。作为构成非过滤面一侧的纤维网的纤维，使用100wt％的纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度径向为770N/5cm，纬向为1480N/5cm。

实施例5

作为构成过滤面一侧的纤维网的纤维，将纤度7.8分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm和1.0dtex(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的的PPS短纤维按50∶50的重量比混合使用。作为构成非过滤面一侧的纤维网的纤维，使用100wt％的纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度径向为780N/5cm，纬向为1380N/5cm。

实施例1～5得到的含有聚苯硫醚纤维的过滤材料可以用于制作过滤袋。

比较例1

作为构成过滤面一侧的纤维网的纤维，使用90wt％的纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm和10wt％的纤度1.0分特(纤维平均直径9.7μm)的PPS短纤维。进一步地，作为构成非过滤面一侧的纤维网的纤维，使用100wt％的纤度2.2分特、匹长51mm的PPS短纤维。除这些以外，采用和实施例1相同的方法得到过滤材料。根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度径向为780N/5cm，纬向为1540N/5cm。

比较例2

将纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社“特康”S101-2.2T 51mm)100wt％的短纤维进行开棉、梳棉处理后，以针刺密度40根/cm²进行假针刺，得到形成空气流入面和空气排出面的过滤层的纤维网，该纤维网的单位面积重量分别是220g/m²和220g/m²。除此以外，用和实施例1相同的方法形成过滤材料，得到单位面积重量562g/m²的过滤材料。根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度径向为790N/5cm，纬向为1550N/5cm。

从表1、图2的评价结果可知，实施例1～4的过滤材料，与比较例1、2的过滤材料相比，粉尘捕集效率高，而且过滤材料的残余压力损失也低。进一步的来看，实施例2、3、4更加要好一点，再进一步来看，实施例3为最好的。过滤材料的捕集效率高，压力损失也不变高。同时过滤材料的机械强度优良，因此延长过滤材料的使用寿命是可能的。

表一：

Claims

1.一种过滤材料，有三层结构：过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层，其特征是：过滤面层是含有10wt％～90wt％平均直径为10μm以下的耐热性纤维的纤维网；非过滤面层是由平均直径为10～20μm的耐热纤维组成的纤维网，中间层为织物增强层；该过滤材料的孔隙率为40％～90％。

2.根据权利要求1所述的一种过滤材料，其特征是：过滤面层中还含有90wt％～10wt％平均直径为10～20μm耐热纤维。

3.根据权利要求1或2所述的过滤材料，其特征是：根据JISL1096标准，该过滤材料的克重在400～800g/m²之间。

4.根据权利要求1或2所述的一种过滤材料，其特征是：根据JIS L 1096标准，该过滤材料的引张强度在500N/5cm以上。

5.根据权利要求1或2所述的一种过滤材料，其特征是：过滤面层纤维网表面是经过熔融处理的。

6.根据权利要求1或2所述的一种过滤材料，其特征是：构成中间织物增强层织物的纤维为耐热性纤维。

7.根据权利要求6所述的一种过滤材料，其特征是：耐热性纤维为短纤维或长丝。

8.权利要求1所述的一种过滤材料在制备过滤袋中的应用。