CN101564619A - 一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，构成该补强织物的纤维中至少含有间位芳族聚酰胺纤维，补强织物的强度高、尺寸稳定性好。本发明提供了一种高强度无纺布耐热性过滤材料用补强织物，从而延长过滤材料的使用寿命。

Description

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物及其用途

技术领域：

本发明涉及一种过滤材料用补强织物，是一种用于气-固、液-固分离等形式的过滤领域(包括工业排放烟尘的过滤、水处理的过滤等)过滤材料的补强织物。

背景技术：

近年来，随着工业的飞速发展，工业排污日益严重，已危害到自然环境和人们的身体健康。烟气除尘是治理污染的重要组成部分，而袋式除尘是治理烟气的有效方法。当前，国家对环保问题日益重视，尤其在“人代会”上将其列入重点解决的问题。2004年1月1日起，火电厂及其他行业的燃煤锅炉执行50mg/m³的排放标准，限值已接近或达到发达国家的标准，为了能够达到这一新标准，采取最有效最可靠的除尘技术势在必行。袋式除尘因设备结构简单，运行维护方便；工程造价及运行费用低；能承受烟气中不同特性的粉尘；处理气体量大；除尘效率高的优势，众多国家已把其作为主要除尘技术。袋式除尘的核心问题是滤袋的性能。滤袋由滤布缝制而成，滤袋性能即滤布性能，滤布性能主要有过滤效率、使用条件、使用寿命、滤布强度等。

专利号为CN1724111A中提出了一种以复合纤维为原料的高温滤料的制造方法，主要是以聚四氟乙烯纤维和其他耐高温纤维(可以是玻璃纤维，也可以是聚酰胺酰亚胺纤维或聚苯硫醚纤维)制成高温滤料，优点为扩大除尘器的应用范围和延长使用寿命，但是聚四氟乙烯纤维因其强度低、伸长大而且价格昂贵难以推广。专利号为CN1223161A中介绍的滤料是以玻璃纤维为主要原料加入适量的诺梅克斯纤维或者是碳纤维经基布织造、面纱制造、针刺成毡和后处理形成有机膜等工序制成，其耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗折性能提高，使用寿命比现有品提高一倍以上，但是其构成主要原材料为玻璃纤维，玻璃纤维的耐折皱性差，不能长期经受脉冲气流的反复喷打，使用寿命短。故需要开发一种强度高、尺寸稳定性佳使用寿命长、价格适中的滤料产品。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高强度、高尺寸稳定性的过滤材料用补强织物及其用途。

本发明的技术解决方案是：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，构成该补强织物的纤维中至少含有间位芳族聚酰胺纤维。依据JIS L 1069法，所述织物中的间位芳族聚酰胺纤维的强度在3.0CN/dtex以上，杨氏模量在10.0Gpa以上。

依据JIS L 10968.12.1A法，该补强织物的拉伸强力，经向为500N/5cm～1600N/5cm，纬向为250N/5cm～900N/5cm。

该补强织物的干热收缩率为0～8.0％。

依据JIS L 10968.27.1A法，测定压为125Pa时，该织物的通气度为150～600cc/cm²/s。

该补强织物的覆盖系数CF为700～1500，其计算公式为：CF＝NW×DW^1//2+NF×DF^1/2，其中NW：经向密度(根/2.54cm)，DW：经纱纤度(旦尼尔)；NF：纬向密度(根/2.54cm)，DF：纬纱纤度(旦尼尔)。对应补强织物的经向密度为20～43根/2.54cm，纬向密度为6～43根/2.54cm。经、纬向纱线的纤度为100～1700旦尼尔。

该过滤材料用补强织物所使用原料纤维为短纤维或长丝。采用间位芳族聚酰胺纤维或间位芳族聚酰胺纤维与其他耐热性纤维混合而成。其他耐热性纤维为耐热性无机纤维或耐热性有机纤维，耐热性无机纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维，耐热性有机纤维是聚亚苯硫醚纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、聚砜酰胺纤维、聚酰胺酰亚胺纤维。应用于制备烟气过滤。

过滤材料用纤维的强度直接影响补强织物的强力，其强度过低使补强织物的强力达不到要求，影响使用寿命。作为过滤材料用纤维的强度(注：本文所述的纤维强度测试指从补强织物中抽取具有代表性的纤维)优选3.4cN/dtex以上。杨氏模量亦称物体的弹性模量，当材料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。杨氏模量高可以提升补强织物、过滤材料的尺寸稳定性。为保证补强织物的强度，又能确保补强织物所对应无纺布过滤材料、过滤袋的尺寸稳定性优选纤维的杨氏模量12.0Gpa以上。

补强织物的强度直接影响过滤材料的强度和使用寿命。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缩短使用寿命。强度过小使滤袋经受不住长期的脉冲气流的喷打而损坏，缩短使用寿命；强度过大势必通过增加补强织物的密度或纱线的线密度达到，增加制造成本。依据JIS L 10968.12.1A法，该补强织物的拉伸强力，经向为500～1600N/5cm，纬向为250～900N/5cm，优选经向650N/5cm～1400N/5cm，纬向350N/5cm～700N/5cm。

补强织物的干热收缩率影响过滤材料的尺寸稳定性。干热收缩率小，过滤材料使用时的尺寸稳定性好，延长使用寿命。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。本发明过滤材料用补强织物的干热收缩率为0～8.0％，优选0～5.0％。

作为一种补强织物，需要一定的覆盖系数CF(亦称织物紧度)，它是衡量单位面积内排列纱线多少的指标。覆盖系数过大，则选用纱线的线密度或经纬向排列密度增加，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优选在800～1350之间。

补强织物的通气度，影响过滤材料的透气性能。通气度低，使过滤材料的过滤速度也就低，相同风量的情况下，过滤面积增大，则增加成本；通气度过高，过滤风速可提高，但易导致捕集效率降低，从而使排放的烟气达不到国家要求。本发明的作为过滤材料用补强织物的通气度为150～600cc/cm²/s，优选250～500cc/cm²/s，此状态下的过滤效果最好。

耐热性纤维亦可以称为：耐热纤维或耐高温纤维或高温纤维。常见的耐热纤维有无机纤维和有机纤维：耐热性无机纤维有玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维等；耐热性有机纤维有聚亚苯基硫醚纤维、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等。我们通过对滤袋的破损进行了大量的分析，发现：因为滤袋颈部附近的破损及与龙骨接触点的腐蚀导致破损比例比较大。因而过滤材料中补强织物的强度及尺寸稳定性必须改善。改善措施有三：一是确保单位总克重不变的前提下，改换高强材料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。对于同种材料而言，仅提高机械强度而其它性能(如化学性能、耐热性能)不变，所以此方案可行性较大；二是增加过滤材料的单位克重，提升纤维层量，这样势必增加原料成本及改变过滤效率，不可行；三是更换过滤材料，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。

本发明用纤维，优选聚苯硫醚纤维和间位芳族聚酰胺纤维，尤其以间位芳香族聚酰胺纤维(别名：间位芳纶纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺、Conex纤维、Nomex纤维)为佳。作为一种过滤材料，必须具备优良的耐热性、尺寸稳定性、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，从价格讲，它较聚四氟乙烯纤维(PTFE)、聚酰亚胺纤维(P84)低出很多；从性能角度考虑，间位芳香族聚酰胺纤维不仅具有优秀的耐化学性能，而且具有优秀的耐热性。间位芳香族聚酰胺纤维不熔，常规持续使用温度可以达到220℃，具有优秀的长期耐热性。间位芳香族聚酰胺纤维因其持久的热稳定性、极强的高温尺寸稳定性、骄人的阻燃性、极佳的电绝缘性、杰出的化学稳定性、优良的机械特性、超强的耐辐射性使其在高温滤材领域占据主导地位，使用其进行高温烟道和热空气过滤，既能有效除尘，又能抵抗有害烟雾的化学侵蚀。其优良的机械强度，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，其价格适中，便于推广使用。介于以上原因，从性价比角度考虑，以间位芳香族聚酰胺纤维为佳。使用高强品间位芳香族聚酰胺纤维(强度在3.8cN/dtex以上，杨氏模量高达14.0Gpa以上)制得的补强织物，通过密度的调整，依据JIS L 10968.12.1A法，其经向强度可以达到900N/5cm以上；依据JIS L 10968.27.1A法通气度可以控制在280～450cc/cm²/s；干热收缩率小于3％。既保证补强织物的强度，又确保补强织物所对应无纺布过滤材料、过滤袋的尺寸稳定性。

线密度旦尼尔为纤维及纱线的细度单位，简写为D，中文为旦尼尔或旦，指9000m长的纤维及纱线在公定回潮率时的重量克数。本发明的补强织物优选经纬向线密度为230～890旦为佳，过细过粗均使织物的覆盖系数达不到要求，影响补强织物的通气度。

本发明所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物可以称为：增强织物或基布或织物或增强层等。

本发明中的物性测试方法的说明：

【纤维强度】根据JIS L 1069法，给实验样品施加一定初负荷，在拉伸实验机上，用夹具夹住样品两端，夹口相距20mm，在恒定速度下，测定样品被拉断时的拉伸强力，每组样品至少测试30回，取平均值作为结果。

【拉伸强度】根据JIS L 10968.12.1A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。然后给实验样品施加一定初负荷，在拉伸实验机上，用夹具夹住样品两端，在20cm/min的恒定速度下，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。

【干热收缩率】将样品在无张力状态下置于一定温度的高温干燥箱，处理一段时间，比较处理前后的长度变化率。每组样品测试经向和纬向各6个。其计算公式如下：

干热收缩率(％)＝(收缩前长度-收缩后长度)/收缩前长度*100％

【通气度】根据JIS L 10968.27.1A法，将样品在无张力的状态下，放在测试区，调节气压125Pa，为避免测试点的重复，测试时将样品斜向移动以得到不同经、不同纬的测试点，每一样品至少测试5次，取平均值作为结果。

下面将叙述本发明的具体实施方式，结合实施例对本发明内容进一步地加以说明和补充。

实施例1：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，选用间位芳香族聚酰胺高强品短纤维(2.2dtex*51mm)为补强织物的原料，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531旦尼尔的双股纱线。纱线再通过热定型、整经、织造等工艺，生产出经向密度为35根/2.54cm、纬向密度为15根/2.54cm、覆盖系数为1155的补强织物。补强织物的部分物性结果见下表1。

实施例2：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，选用间位芳香族聚酰胺高强品短纤维(含量80％)和聚四氟乙烯短纤维(PTFE)(含量20％)为补强织物的原料，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760旦尼尔的单股纱线作纬向纱线，线密度为531旦尼尔的双股纱线作经向纱线。纱线再通过热定型、整经、织造等工艺，生产出经向密度为30根/2.54cm、纬向密度为13根/2.54cm、覆盖系数为1052的补强织物。补强织物的部分物性结果见下表1。

实施例3：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，选用间位芳香族聚酰胺高强品长丝纤维(400旦尼尔-100f)为补强织物的原料，通过整经、织造等工艺，生产出经向密度为25根/2.54cm、纬向密度为16根/2.54cm、覆盖系数为907的补强织物。补强织物的部分物性结果见下表1。

实施例4：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，选用间位芳香族聚酰胺高强品短纤维(含量65％)和聚酰亚胺纤维(P84)(含量35％)为补强织物的原料，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531旦尼尔的单股纱线作纬向纱线，线密度为531旦尼尔的双股纱线作经向纱线。纱线再通过热定型、整经、织造等工艺，生产出经向密度为35根/2.54cm、纬向密度为20根/2.54cm、覆盖系数为1200的补强织物。补强织物的部分物性结果见下表1。

比较例1：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，选用间位芳香族聚酰胺普通品短纤维(2.2dtex*51mm)为补强织物的原料，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531旦尼尔的双股纱线。纱线再通过热定型、整经、织造等工艺，生产出经向密度为35根/2.54cm、纬向密度为15根/2.54cm、覆盖系数为1155的补强织物。补强织物的部分物性结果见下表1。

比较例2：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，选用间位芳香族聚酰胺短纤维(2.2dtex*51mm)为补强织物的原料，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760旦尼尔的单股纱线作纬向纱线，线密度为531旦尼尔的双股纱线作经向纱线。纱线再通过热定型、整经、织造等工艺，生产出经向密度为30根/2.54cm、纬向密度为13根/2.54cm、覆盖系数为1052的补强织物。补强织物的部分物性结果见下表1。

比较例3：

一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其选择聚苯硫醚纤维(2.2dtex*51mm)为补强织物的原料，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760旦尼尔的单股纱线作纬向纱线，线密度为531旦尼尔的双股纱线作经向纱线。纱线再通过热定型、整经、织造等工艺，生产出经向密度为28根/2.54cm、纬向密度为10根/2.54cm、覆盖系数为980的补强织物，干热收缩率处理条件：200℃*15min。补强织物的部分物性结果见下表1。

※：干热收缩率处理条件：230℃*4h

结果显示：使用高强品间位芳香族聚酰胺纤维原料生产的补强织物的强力明显高于普通品20％以上，同时伸长也低。能够确保过滤材料的高强度和优良的尺寸稳定性。

Claims (10)

1、一种无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：组成该补强织物的纤维中含有间位芳族聚酰胺纤维。

2、根据权利要求1所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：所述织物中的间位芳族聚酰胺纤维的强度在3.0CN/dtex以上，杨氏模量在10.0Gpa以上。

3、根据权利要求1或2所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：组成该补强织物的纤维中还含有耐热性无机纤维或耐热性有机纤维的一种或几种，所述的耐热性无机纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维，所述的耐热性有机纤维是聚亚苯硫醚纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、聚砜酰胺纤维或聚酰胺酰亚胺纤维。

4、根据权利要求1或2所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：依据JIS L 1096 8.12.1A法，该补强织物的拉伸强力，经向为500～1600N/5cm，纬向为250～900N/5cm。

5、根据权利要求1或2所述的无纺布过滤材料用补强织物，其特征是：该补强织物的干热收缩率为0～8.0％。

6、根据权利要求1或2所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：依据JIS L 1096 8.27.1A法，测定压为125Pa时，该补强织物的通气度为150～600cc/cm²/s。

7、根据权利要求1或2所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：该补强织物的覆盖系数CF为700～1500。

8、根据权利要求1或2所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：该补强织物的密度为，经向20～43根/2.54cm，纬向6～43根/2.54cm。

9、根据权利要求1或2所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物，其特征是：组成该补强织物的经纱和纬纱的纤度范围为100～1700旦尼尔。

10、一种权利要求1所述的无纺布耐热性过滤材料用补强织物在制备烟气过滤材料中的应用。