CN102451589B - 一种耐热性过滤材料及其生产方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐热性过滤材料及其生产方法和用途，先采用含量为10～90wt％、结晶化热量在10J/g以上的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～90wt％的其他至少一种耐热性纤维进行混合形成纤维网，然后将所得的纤维网至少层叠两层，经过预热压后在热压温度为聚苯硫醚玻璃化温度以上、熔点以下的温度区间内采用带花纹的压辊压制，最后制得过滤材料。本发明的过滤材料具有刚软度高、耐折性好，而且过滤时容易清灰，压力小，使用寿命长的特点，特别适合于制作过滤筒。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐热性过滤材料及其生产方法和用途。
背景技术
近些年来由于国家对环境保护的日益重视以及环保技术的自身革新，使得中国的环保产业迅猛发展，至09年底行业总产值已超过100亿元。特别是袋式除尘行业，随着国家排放标准的严格，袋式除尘器的应用比率迅速增加。新建项目20万千瓦、30万千瓦机组使用袋式除尘器较多，并已有几台60万千瓦机组采用袋式除尘器。在130至250度的高温除尘领域，利用圆筒型滤袋来过滤燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、金属熔解炉等排出的含尘气体已为大家所熟知。这种形式的滤袋是通过将纤维网铺于基布两侧，然后经针刺或水刺法将两者络合为一体得到的。
但是这种为人们所熟知的圆筒型滤袋为满足设计过滤面积的要求，不得不增加滤袋的数量或加大滤袋尺寸，从而使除尘机的体积也增大。在一些老电厂的改造中，老厂由于场地限制无法按设计要求改建，这给改造工作提出了难题。对于这个问题，可以通过打褶加工将滤毡制作成滤筒形式，这样可以有效地提高单位容积内的过滤面积，使除尘器小型化成为可能。
在特开平11-158776号公报中，记述的由聚苯硫醚纤维制成的不织布通过树脂浸渍提高其刚性，然后再打褶制成滤筒。通过树脂浸渍方法虽然提高了滤筒的刚性，但是同时也降低了其耐折性，在反复脉冲清灰过程中，折线处容易出现开裂破损的情况。在特开2001-192953号公报中，记述的由聚苯硫醚纤维和玻璃化温度100度以上或是没有玻璃化温度的混合纤维混合构成不织布，然后再浸渍耐高温合成树脂以提高其刚性的方法将遭遇如上相同的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐折性优良、刚软度高、粉尘剥离性良好的耐热性过滤材料及其生产方法和用途。
本发明的技术解决方案是：
一种耐热性过滤材料，含有至少两层由含量为10～90wt％、结晶化热量在10J/g以上的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～90wt％的其他至少一种耐热性纤维混合形成的纤维网，且是在热压温度为聚苯硫醚玻璃化温度以上、熔点以下的温度区间内采用带花纹的压辊压制而成的过滤材料。
上述的未拉伸聚苯硫醚纤维是指在纺丝过程中不经过拉伸工艺，直接切断得到的聚苯硫醚短纤维，而且通过差示扫描量热仪测得其结晶化热量在10J/g以上。如果结晶化热量低于10J/g，非结晶部分占纤维整体的比率很小，在加热、加压时纤维的变形量小，这样就无法起到近似于粘合剂的作用。所述的结晶化热量是称取干燥后的纤维2mg，然后用差示扫描量热仪(例：TA公司制Q100)在氮气环境下，调节升温速率为10℃/min时测得的第一次升温时的热量。上述的其他耐热性纤维包括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(拉伸)、聚酰亚胺纤维、氟素纤维。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。
本发明的过滤材料由含量为10～90wt％的未拉伸聚苯硫醚纤维和含量为10～90wt％的其他至少一种耐热性纤维混合形成的纤维网制成。在纤维网中，由于未拉伸PPS纤维易受热变形，所以当未拉伸PPS纤维的含量超过90wt％时，通过热压制得的过滤材料结构致密、孔隙小，造成过滤时的压力损失高；当未拉伸PPS纤维的含量低于10wt％，制得的过滤材料结构松散、刚软度低，形态保持性差，不适合制作滤筒。从能获得较高的刚软度、较低的压力损失来看，优选含有30～70wt％的未拉伸PPS纤维和30～70wt％的其他至少一种耐热性纤维进行混合；更优选含有40～60wt％的未拉伸PPS纤维和40～60wt％的其他至少一种耐热性纤维进行混合。
制作本发明的过滤材料时，热压的温度必须控制在PPS玻璃化温度以上、熔点以下。如果热压温度低于PPS玻璃化温度的话，纤维网中的未拉伸PPS纤维不易受热变形填充纤维间隙，从而无法起到加固纤维网，提高刚软度的作用；如果热压温度高于PPS纤维的熔点，PPS纤维受热熔融，过滤材料的加工性受到很大影响。优选热压温度为120～260℃，更优选热压温度为160～240℃。此外，采用的压辊花纹可以是如图4，也可以是如图5的形式。热压时，纤维网通过花纹凸点的部分受到的压力大，使未拉伸纤维受热变形更充分，易于填充满与其他耐热纤维间的空隙，提高纤维网的刚软度，在过滤材料表面形成凹点；纤维网通过花纹凸点间的凹槽部分受到的压力小，未拉伸PPS纤维不易受热变形，纤维间的空隙大，从而使纤维网整体的通气度不会过低，增大过滤时的压力损失。
一种耐热性过滤材料，上述未拉伸PPS纤维的直径在1～50μm之间。上述其他耐热性纤维的直径在1～200μm之间。当未拉伸PPS纤维直径小于1μm时，导致纤维网致密性过高，增大过滤材料的压力损失，而且刚软度也会偏低；当未拉伸PPS纤维的直径大于50μm时，单位克重的过滤材料中未拉伸PPS纤维的根数少，热压时通过未拉伸PPS纤维受热变形从而加固纤维网的作用降低，生产出的过滤材料刚软度低，无法满足目标要求。从提高过滤材料刚软度的角度考虑，优选未拉伸PPS纤维的直径在10～40μm之间，更优选未拉伸PPS纤维的直径在10～20μm之间。纤维网中的其他耐热性纤维在纤维直径过小或过大时，也会导致与未拉伸PPS纤维直径过小或过大相同的问题。因此，优选耐热性纤维的直径在5～100μm之间，更优选纤维的直径在10～50μm之间。
一种耐热性过滤材料，根据JIS-L1096标准，该过滤材料纬向的刚软度在40mN以上。如果纬向的刚软度低于40mN的话，滤筒褶皱在高温下的形态保持性差。
一种耐热性过滤材料，该过滤材料的克重在200～500g/m2之间。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，克重太小起过滤作用的纤维网太薄，无法满足高捕集效率的要求，同时刚软度也会偏低，因此克重在200～500g/m2是合适的，进一步优选的克重是250～350g/m2。这里的克重是指单位平方米过滤材料的重量。
一种耐热性过滤材料，在测试压力为125Pa时，该过滤材料的通气度在5～25cc/cm2/sec之间。如果过滤材料的通气度低于5cc/cm2/sec，在过滤时的压力损失过高，脉冲清灰平凡，缩短了过滤材料的使用寿命；如果过滤材料的通气度高于25cc/cm2/sec时，滤毡的空隙大，粉尘易侵入滤毡内部，造成堵塞劣化。因此，过滤材料的通气度要控制在5～25cc/cm2/sec之间，更优选通气度为10～20cc/cm2/sec。
一种耐热性过滤材料，在170℃条件下处理1hr后，该过滤材料的耐热下垂的长度在50mm以下。如果耐热下垂的长度长于50mm，滤毡在高温下的刚性差，而且制成滤筒后褶皱的形态保持率差。
一种耐热性过滤材料，该过滤材料经向的耐折回数在10000回以上，纬向的耐折回数在100000回以上。如果过滤材料经向的耐折回数低于10000回，纬向的耐折回数低于100000回，在使用过程中，由于不断地脉冲清灰，容易造成滤毡开裂和破损。
一种耐热性过滤材料的生产方法，先采用含量为10～90wt％、结晶化热量在10J/g以上的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～90wt％的其他至少一种耐热性纤维进行混合形成纤维网，将所得的纤维网至少层叠两层，经过预热压后在热压温度为聚苯硫醚玻璃化温度以上、熔点以下的温度区间内采用带花纹的压辊压制，最后制得过滤材料。上述预热压的目的是使纤维网中的部分纤维熔融粘合，降低纤维网的厚度。采用的方法可以是热风法、热平面压辊法或超声波法，其中优选热风法。
通过以上方法制得的过滤材料，经过打褶加工制成滤筒在高温烟气过滤领域中的应用。
本发明的过滤材料表面特别光滑，粉尘不易附着，清灰特别容易，不易发生堵塞劣化，从而延长过滤材料的使用寿命。在制成褶皱式滤筒后，在高温下的形态保持性良好，有效过滤面积大，粉尘捕集效率高。因此本发明的过滤材料和过滤筒，特别适合于过滤从垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或者金属熔炼炉等排出的高温含尘气体。
附图说明
图1是过滤材料生产工艺的示意图
图2是耐热下垂长度的测定方法
图3是耐折度测试示意图
图4、图5是压辊花纹形式的示意图
图1中：①开棉、②梳棉、③铺网、④预热压(热风法)、⑤热压(花纹辊)；
图2中：1金属架、2热处理前的测试样品、3热处理后的测试样品、4桌面平面；
图3中：5弹簧(荷重：2kg)、6样品(15×110mm)
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不受这些实施例的限制。本发明的过滤材料各物性的测定方法如下。
【刚软度】
将过滤材料切成长50.8mm、宽25.4mm的试样条(n＝4)，然后根据JISL1096标准规定的格立式刚软度测试仪测定。
【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。
【通气度】
基于JISL 1096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。
【耐热下垂长度】
将过滤材料切成20×200mm的试样条(n＝3)，将其过滤面朝上贴在特制的金属架的一面且试样条长边的一半(100mm)，伸出到金属架外。在水平桌面上测得试样条所在平面到桌面的距离H，在经过170℃×1hr处理后再测得下垂的试样条最低点到桌面的距离h，从而算得耐热下垂长度为S＝H-h。(参考附图2)
【耐折回数】
将过滤材料切成长110mm，宽15mm的试样条(n＝3)，然后通过MIT耐折度仪测试且设定每个试样条的荷重为2Kg。(参考附图3)
实施例1
采用纤度1.0分特(纤维平均直径9.7μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与结晶化热量为23J/g的纤度6.0分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51μm的未拉伸PPS短纤维按照重量比30∶70进行混合，将充分混合的短纤维进行开棉和梳棉处理后得到纤维网，将所得的纤维网至少层叠两层，然后通过热风法预热压(温度260℃、速度2m/min、平面辊子间距8mm)使纤维网的厚度在3mm以下，然后再用带有如图4所示花纹的压辊(热压温度220℃、线压90kgf/cm、速度2m/min和辊子间距0.1mm)进行压制，最后得到厚度为0.8mm、克重为320g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例2
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与结晶化热量为20J/g的纤度3.0分特(纤维平均直径16.9μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比40∶60进行混合，其余同实施例1，最后得到厚度0.85mm、克重340g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例3
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与结晶化热量为23J/g的纤度6分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比50∶50进行混合，其余同实施例1，得到厚度为0.88mm、克重为315g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例4
采用纤度7.8分特(纤维平均直径28μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与结晶化热量为20J/g的纤度3.0分特(纤维平均直径16.9μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比60∶40进行混合，其余同实施例1，得到厚度为0.95mm、克重为330g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例5
采用纤度3.0分特(纤维平均直径16.9μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与结晶化热量为23J/g的纤度6分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比70∶30进行混合，其余同实施例1，得到厚度为0.98mm、克重为350g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例6
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与结晶化热量为23J/g的纤度6分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比50∶50进行混合，将充分混合的短纤维经开棉和梳棉处理后得到纤维网，将所得的纤维网至少层叠两层，然后经热风法预热压(温度220℃、速度2m/min、平面辊子间距8mm)使纤维网的厚度在3mm以下，再用带有图5所示花纹的压辊(热压温度150℃、线压90kgf/cm、速度2m/min和辊子间距0.1mm)进行压制，最后得到厚度为0.85mm、克重为320g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例7
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与测得结晶化热量为23J/g的纤度6分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比50∶50进行混合，将充分混合的短纤维经开棉和梳棉处理后得到纤维网，将所得的纤维网至少层叠两层，然后通过热风法预热压(温度260℃、速度2m/min、平面辊子间距8mm)使纤维网的厚度在3mm以下，然后用带有图4所示花纹的压辊(温度260℃、线压90kgf/cm、速度2m/min和辊子间距0.1mm)进行压制，最后得到厚度为0.83mm、克重为330g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例8
采用纤度1.5分特(纤维平均直径12μm)、匹长51mm的对位芳纶纤维与测得结晶化热量为23J/g的纤度6分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比50∶50进行混合，其余同实施例1，得到厚度为0.82mm、克重为325g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例9
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14μm)、匹长51mm的聚亚酰胺纤维和测得结晶化热量为20J/g的纤度为3.0分特(纤维平均直径16.9μm)的未拉伸PPS短纤维按照重量比50∶50进行混合，其余同实施例1，得到厚度为0.90mm、克重为335g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表1。
实施例1～9得到的过滤材料经过打褶加工制成滤筒在高温烟气过滤领域中的应用。
比较例1
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维，经开棉和梳棉处理后得到纤维网，其余同实施例1，得到厚度为1.2mm、克重为340g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表2。
比较例2
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与测得结晶化热量为23J/g的纤度6分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比50∶50进行混合，将充分混合的短纤维经开棉和梳棉处理后得到纤维网，将所得的纤维网至少层叠两层，然后通过热风法预热压(温度260℃、速度2m/min、平面辊子间距8mm)使纤维网的厚度在3mm以下，然后再用带有图5所示花纹的压辊(温度100℃、线压90kgf/cm、速度21m/min和辊子间距0.1mm)进行压制，最后得到厚度为1.2mm、克重为315g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表2。
比较例3
采用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的拉伸PPS短纤维与测得结晶化热量为23J/g的纤度6分特(纤维平均直径23.8μm)、匹长51mm的未拉伸PPS短纤维按照重量比50∶50进行混合，将充分混合的短纤维经开棉和梳棉处理后得到纤维网，将所得的纤维网至少层叠两层，然后通过针刺络合加固，得到的纤维网再用平面压辊(温度220℃、线压90kgf/cm、速度2m/min和辊子间距0.1mm)进行压制，最后得到厚度为1.3mm、克重为350g/m2的耐热性过滤材料。该过滤材料的各物性参见表2。
表一
表二
◎：最优；○：好；△：一般；×：差
从表1的评价结果可知，实施例1～9的过滤材料与比较例1～3的过滤材料相比，通气度高、刚软度高、耐折性好，而且制成的滤筒在高温下的褶皱形态保持性好。进一步的来看，实施例1～4和8、9更加好一点，再进一步来看，实施例3为最好的。
Claims (9)
1.一种耐热性过滤材料，其特征是：该过滤材料是含有至少两层由含量为10～90wt％、结晶化热量在10J/g以上的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～90wt％的其他至少一种耐热性纤维混合形成的纤维网，且是在热压温度为聚苯硫醚玻璃化温度以上、熔点以下的温度区间内采用带花纹的压辊压制而成的过滤材料，该过滤材料纬向的刚软度在40mN以上；通过如下方法制得：先采用含量为10～90wt％、结晶化热量在10J/g以上的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～90wt％的其他耐热性纤维进行混合形成纤维网，然后将所得的纤维网至少层叠两层，经过预热压后在热压温度为聚苯硫醚玻璃化温度以上、熔点以下的温度区间内采用带花纹的压辊压制，最后制得过滤材料。
2.根据权利要求1所述的耐热性过滤材料，其特征是：所述未拉伸聚苯硫醚纤维的直径在1～50μm之间。
3.根据权利要求1所述的耐热性过滤材料，其特征是：所述其他耐热性纤维的直径在1～200μm之间。
4.根据权利要求1所述的耐热性过滤材料，其特征是：该过滤材料的克重在200～500g/m2之间。
5.根据权利要求1所述的耐热性过滤材料，其特征是：根据JIS-L1096标准，在测试压力为125Pa时，该过滤材料的通气度为5～25cc/cm2/sec。
6.根据权利要求1所述的耐热性过滤材料，其特征是：在170℃×1hr处理后，该过滤材料的耐热下垂的长度在50mm以下。
7.根据权利要求1所述的耐热性过滤材料，其特征是：该过滤材料经向的耐折回数在10000回以上，纬向的耐折回数在100000回以上。
8.一种权利要求1所述的耐热性过滤材料的生产方法，其特征是：先采用含量为10～90wt％、结晶化热量在10J/g以上的未拉伸聚苯硫醚纤维与含量为10～90wt％的其他耐热性纤维进行混合形成纤维网，然后将所得的纤维网至少层叠两层，经过预热压后在热压温度为聚苯硫醚玻璃化温度以上、熔点以下的温度区间内采用带花纹的压辊压制，最后制得过滤材料，该过滤材料纬向的刚软度在40mN以上。
9.一种权利要求1所述的耐热性过滤材料在高温烟气过滤领域中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150909 Termination date: 20181102 |