CN103372346A

CN103372346A - 一种高强度过滤材料及其用途

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Publication number: CN103372346A
Application number: CN2012101187069A
Authority: CN
Inventors: 席群; 顾立霞
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明公开了一种高强度过滤材料及其用途，该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：组成这三层结构的纤维为耐热性纤维，所述耐热性纤维的纤度CV值为2%以下，强度CV值为15%以下；且该过滤材料在200℃、96周处理后，经向强度保持率在50%以上，纬向强度保持率在40%以上。本发明的高强度过滤材料强度保持率高、更换周期少、使用寿命长，可应用于过滤袋的制备。

Description

一种高强度过滤材料及其用途

技术领域

本发明涉及一种高强度过滤材料及其用途。

背景技术

在注重环境的当今社会，对煤炭锅炉烟气的排放要求越来越严格，因此对过滤烟气装置的强度要求也越来越高，高强度的过滤材料有利于延长滤料的使用寿命，而且延长滤料的使用寿命还体现在过滤材料在一定条件下使用后其残余强度的保持率。

由于构成滤袋纤维的强度低，导致滤袋强度低，因此在使用过程中滤袋会随着时间的推移或烟气的排放而渐渐地被劣化，如中国专利公开号CN101766933A中公开了一种过滤材料的引张强度经向≥950N/5cm，纬向≥1600N/5cm，虽然强度也得到了明显的提高，但在更高环境下使用时，其纤维本身的低强度降低了过滤材料的使用寿命，影响了强度保持率，最终影响滤料的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强度保持率高、更换周期少、使用寿命长的高强度过滤材料。

本发明的技术解决方案是：本发明的高强度过滤材料，由过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层三层结构构成，上述过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层是由纤度CV值为2%以下、强度CV值为15%以下的耐热纤维构成，且在200℃、96周处理后，该过滤材料的经向强度保持率在50%以上、纬向强度保持率在40%以上。过滤面层为含粉尘的气体与过滤材料最初接触的一面，即表示在过滤材料表面捕集粉尘而形成粉尘的面。相反一侧的面层定义为非过滤面层。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。CV值（离散率）计算方法如下：

CV=

×

×100%

其中：Xi：各根纤维的纤度或强度

：各根纤维的纤度或强度的平均值

n：30～50根。

本发明中过滤材料的机械性能由纤维网层与中间织物增强层的强度决定，而决定这两者的机械强度的关键是纤维。而体现纤维物性的两大关键体征是纤度和强度。纤维的纤度是表示纤维粗细的程度，若耐热性纤维的纤度CV值高于2%，则表明纤维粗细不均匀，受外在因素作用时（高温烟气、风速等），纤维的细节部分最先劣化断裂，从而影响过滤材料的强度。耐热性纤维的纤度CV值在2%以下表明纤维粗细均匀，受外在因素作用时，纤维的劣化点一致，不会影响过滤材料的使用寿命。若强度CV值高于15%，说明纤维纤度CV值高，纤维细节部分最先断裂，纤维间强度差异比较大，过滤材料受外在因素作用时，断裂不一致，影响过滤材料的强度。为了保证纤维纤度CV值均匀，纤维间强度差异小，过滤材料断裂时纤维间受力均匀，提高过滤材料的强度，本发明纤维的强度CV值优选在10%以下。

本发明的高强度过滤材料在200℃、96周处理后，经向强度保持率在50%以上，纬向强度保持率在40%以上。一般除尘箱体中的温度在100～200℃，在长期高温下对过滤材料使用后强度保持率有要求，强度保持率过低的话，过滤材料在使用一段时间后，即会破损，使用寿命降低。本发明的过滤材料在除尘箱体中使用2年之后，强度保持率仍远在滤毡必要的最低强度300N/5cm之上，可更进一步延长滤料的使用寿命，更换周期减少，这样就降低了成本。

本发明的高强度过滤材料，上述耐热性纤维为间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维、玻璃纤维、氟素纤维、碳纤维中的一种或几种。其中优选聚苯硫醚纤维和氟素纤维,从机械强度高方面考虑，更优选聚苯硫醚纤维，使用聚苯硫醚纤维能够得到具有优良的耐热性、耐化学药品性和耐水解性的过滤材料。另外，氟素纤维的机械强度比聚苯硫醚纤维差，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，优选氟系纤维。

本发明的高强度过滤材料，上述耐热性纤维的强度为3.0CN/dtex以上。纤维强度是衡量纤维品质的重要指标，在很多情况下，提高纤维的强度可以直接改善过滤材料的使用性质。为了得到更高强度的过滤材料，本发明中纤维强度优选4.5CN/dtex以上，更优选5.0CN/dtex以上。

本发明的高强度过滤材料，上述过滤面层和非过滤面层是由平均直径在200μm以下的耐热纤维组成的纤维网。当纤维平均直径大于 200μm时，用此纤维制成的过滤材料的过滤性能降低，将无法达到排放标准。作为形成上述过滤材料的纤维，从能得到更高的粉尘捕集效率来看，纤维的平均直径优选5～100μm；更优选10～30μm。

本发明的高强度过滤材料，上述构成中间织物增强层的耐热性纤维为短纤维或长丝，优选短纤维，短纤维纱和纤维网的络合性良好，因此使过滤材料的粉尘捕集效率变得更好。为了不影响过滤性能的压力损失，中间织物增强层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，优选平纹组织，平纹织物成本低、被广泛使用，能够得到满意的性能。织物的经纱密度优选为10～60根/2.54cm，更优选20～50根/2.54cm；纬纱密度优选为10～30根/2.54cm，更优选10～25根/2.54cm。

本发明的高强度过滤材料，根据JISL1096标准，该过滤材料的拉伸强度在900N/5cm以上。作为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。为了符合国家标准中对过滤材料强力要求，本发明中过滤材料强力优选在900N/5cm以上。

本发明的高强度过滤材料，根据JIS L 1096标准，该过滤材料的克重在300～800g/m²之间。如果克重大于800 g/m²，就增加了成本；如果克重小于300 g/m²，起过滤除尘作用的纤维网太薄，就无法满足高捕集效率的作用，而且机械强度也无法得到满足，优选克重450～700g/m²。

本发明中过滤面层纤维网表面是经过烧毛、轧光、光亮、涂层、覆膜、浸渍中的一种或多种后加工处理。这里的后加工处理可以是表面烧毛、轧光或光亮加工等物理方法处理，也可以是表面涂层、覆膜及浸渍等化学方法处理。通过对过滤材料至少一面通过物理方法或化学方法处理，能够更进一步提高粉尘剥离性能或粉尘捕集效率。特别是在要求粉尘捕集效率高的情况下，优选使用过滤面处理过的纤维网。

本发明的高强度过滤材料在200℃、96周处理后强度保持率高、更换周期少、使用寿命长，可应用于过滤袋的制备。

具体实施方式

下面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。本发明的过滤材料各物性的测定方法如下。

【拉伸强度】

基于JISL 1096规定的布条强度法测定过滤材料的拉伸强度。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（与纤维的取向垂直的方向，在包含平纹粗布试样的情况下，与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，与平纹粗布的纬向同一方向）中的强度的值。

【强度保持率】

在过滤材料上随机剪取500mm×400mm的滤料5块，每块样品上取一个样品进行初始强度测试，然后将剩余样品放入高温干燥箱，设定温度200℃，进行干燥，并处理96周。这里强度保持率的计算方法如下：

强度保持率（%）=

×100%。

【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。

【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通气度，测定部位是随机选择6点进行测定。

【残余压力损失】

VDI3926的测定试验后，得到过滤材料的残余压力损失。

【捕集效率】

按照大气粉尘计数法测定过滤材料的粉尘捕集效率。实验样品的尺寸是φ170mm，过滤风速为1mm/min，通气5分钟后使用RION公司制颗拉计数器（上游）测定过滤材料的上游侧的大气粉尘（粒径：0.3～5μm）的个数A，同时使用该公司制颗粒计数器（下游）测定过滤材料的下游侧的大气粉尘（粒径：0.3～5μm）个数B。测定试样n等于3。从得到的测定结果,按照下式求出捕集效率（%）：（1-B/A)×100%，

式中A为上游侧大气粉尘个数， B为下游侧大气粉尘个数。

实施例1

采用纤度2.0dtex、纤度CV值1.55%、强度CV值6.57%、（平均直径13.8μm、匹长51mm）的PPS短纤维得到经纱20s/2、纬纱7s/1，使其平织制得经向密度35.8根/2.54cm、纬向密度12.2根/2.54cm的平纹织物作为中间织物增强层，然后在其上下层分别层叠以185g/m²单位面积重量的短纤维网层，即过滤面层和非过滤面层，该过滤面层和非过滤面层都是由100wt%纤度2.0dtex、纤度CV值1.55%、强度CV值6.57%（平均直径13.8μm、匹长51mm）的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm^２刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和过滤面层、非过滤面层进行交织，得到单位面积重量521g/m^２、总针刺密度300根/cm^２的过滤材料，最后对该过滤材料的过滤面层进行烧毛处理，本发明的过滤材料的各物性参见表1。

实施例2

采用纤度2.0dtex、纤度CV值1.98%、强度CV 值14.7%纬纱7s/1，使其平织制得经向密度35.8根/2.54cm、纬向密度12.2根/2.54cm的平纹织物作为中间织物增强层。然后在其上下层分别层叠以185g/m²单位面积重量的短纤维网层，即过滤面层和非过滤面层，该过滤面层和非过滤面层都是由100wt%纤度2.0dtex、纤度CV值1.85%、强度CV值8.93%（平均直径13.8μm、匹长51mm）的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm^２刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和过滤面层、非过滤面层进行交织，得到单位面积重量557g/m^２、总针刺密度300根/cm^２的过滤材料，最后对该过滤材料的过滤面层进行烧毛处理，本发明的过滤材料的各物性参见表1。

实施例3

采用纤度2.0dtex、纤度CV值1.98%、强度CV 值14.7%（平均直径13.8μm、匹长51mm）的PPS短纤维，得到经纱20s/2、纬纱7s/1，使其平织制得经向密度35.8根/2.54cm、纬向密度12.2根/2.54cm的平纹织物作为中间织物增强层。然后在其上下层分别层叠以185g/m²单位面积重量的短纤维网层，即过滤面层和非过滤面层，该过滤面层和非过滤面层都是由100wt%纤度2.0dtex、纤度CV值1.98%、强度CV值14.7%（平均直径13.8μm、匹长51mm）的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm^２刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和过滤面层、非过滤面层进行交织，得到单位面积重量585g/m^２、总针刺密度300根/cm^２的过滤材料，最后对该过滤材料的过滤面层进行烧毛处理，本发明的过滤材料的各物性参见表1。

实施例4

采用纤度2.0dtex、纤度CV值1.85%、强度CV值8.93%、（平均直径13.8μm、匹长51mm）的PPS短纤维，得到经纱20s/2、纬纱7s/1，使其平织制得经向密度35.8根/2.54cm、纬向密度12.2根/2.54cm的平纹织物作为中间织物增强层。然后在其上下层分别层叠以185g/m²单位面积重量的短纤维网层，即过滤面层和非过滤面层，该过滤面层和非过滤面层都是由100wt%纤度2.0dtex、纤度CV值1.91%、强度CV值12.5%（平均直径13.8μm、匹长51mm）的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm^２刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和过滤面层、非过滤面层进行交织，得到单位面积重量565g/m^２、总针刺密度300根/cm^２的过滤材料，最后对该过滤材料的过滤面层进行烧毛处理，本发明的过滤材料的各物性参见表1。

比较例1

采用纤度2.2dtex、纤度CV 值2.15%、强度CV值 17.55%（平均直径14.5μm、匹长51mm）的PPS短纤维，得到经纱20s/2、纬纱7s/1，使其平织制得经向密度30.5根/2.54cm、纬向密度13根/2.54cm的平纹织物作为中间织物增强层。然后在其上下层分别层叠以200g/m²单位面积重量的短纤维网层，即过滤面层和非过滤面层，该过滤面层和非过滤面层都是由100wt%纤度2.2dtex、纤度CV值 2.15%、强度CV值 17.55%（平均直径14.5μm、匹长51mm）PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm^２刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和过滤面层、非过滤面层进行交织，得到单位面积重量599g/m^２、总针刺密度300根/cm^２的过滤材料，最后对该过滤材料的过滤面层进行烧毛处理，该过滤材料的各物性参见表1。

比较例2

采用纤度2.2dtex、纤度CV 值3.68%、强度CV 值21.07%（平均直径14.5μm、匹长51mm）的PPS短纤维，制得经向密度30.5根/2.54cm、纬向密度13根/2.54cm的平纹织物作为中间织物增强层，然后在其上下层分别层叠以230g/m²单位面积重量的短纤维网层，即过滤面层和非过滤面层，该过滤面层和非过滤面层都是由100wt%纤度2.2dtex、纤度CV值3.68%、强度CV值 21.07%（平均直径14.5μm、匹长51mm）PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以40根/cm^２刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和过滤面层、非过滤面层进行交织，得到单位面积重量630g/m^２、总针刺密度240根/cm^２的过滤材料，最后对该过滤材料的过滤面层进行烧毛处理，该过滤材料的各物性参见表1。

Claims

1.一种高强度过滤材料，由过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层三层结构构成，其特征是：所述过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层是由纤度CV值为2%以下、强度CV值为15%以下的耐热纤维构成，且在200℃、96周处理后，该过滤材料的经向强度保持率在50%以上、纬向强度保持率在40%以上。

2.根据权利要求1所述的高强度过滤材料，其特征在于：所述过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层是由纤度CV值为2%以下、强度CV值为10%以下的耐热纤维构成。

3.根据权利要求1或2所述的高强度过滤材料，其特征是：所述耐热纤维的强度为3.0cN/dtex以上。

4.根据权利要求1或2所述的高强度过滤材料，其特征是：所述过滤面层与非过滤面层是由平均直径在200μm以下的耐热纤维组成的纤维网。

5.根据权利要求1或2所述的高强度过滤材料，其特征是：构成中间织物增强层的耐热性纤维为短纤维或长丝。

6.根据权利要求1或2所述的高强度过滤材料，其特征是：根据JISL1096标准，该过滤材料的拉伸强度在900N/5cm以上。

7.根据权利要求1或2所述的高强度过滤材料，其特征是：根据JIS L 1096标准，该过滤材料的克重在300～800g/m²之间。

8.一种如权利要求1所述高强度过滤材料在制备过滤袋中的应用。