CN103736324A - 一种涂覆碳纳米材料-ptfe杂化涂层的过滤材料制造方法 - Google Patents

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钱晓明
封严
徐志伟
刘星
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Abstract

本发明提供了一种纤维表面涂覆杂化浆料的非织造耐高温过滤材料及其制造方法。本发明的耐高温过滤材料是由作为功能层的高密度非织造布与支撑层的低密度非织造布复合而成。所述的耐高温过滤材料功能层是由高密度的耐高温非织造布纤碳纳米材料杂化聚四氟乙烯(PTFE)浆料浸渍处理。功能层的非织造布经杂化浆料浸渍处理后，纤维表面被涂覆了一层杂化涂层，过滤材料被赋予了高表面能和高导电性能。该过滤材料将应用于交变静电场除尘工艺中，通过在过滤材料表面引入直流电极，大幅度提高过滤材料的过滤精度和过滤效率，尤其对于PM2.5细微颗粒具有很高的过滤效率。该过滤材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、拒水、过滤精度高、易清灰以及使用寿命长等特点。

Description

一种涂覆碳纳米材料-PTFE杂化涂层的过滤材料制造方法
技术领域
本发明属于高温过滤材料改性技术领域，特别是涉及一种涂覆杂化浆料的耐高温过滤材料及其制造方法。
背景技术
近年来，空气质量问题引起了社会的广泛关注，工业粉尘控制已成为我国大气治理的首要任务。目前我国在垃圾焚烧、治金、水泥等领域的高温烟尘治理主要采用高温过滤材料过滤的方法。但由于过滤工况的复杂性，现有过滤材料存在细微烟尘颗粒的过滤效率低、过滤阻力大、产品使用寿命短、清灰周期短等问题，难以满足新的国家排放标准。美国Cemex等公司根据过滤尾气的工况特点而制造的耐高温、耐酸碱腐蚀的过滤材料仅仅是通过氟材料的应用来延长过滤材料使用寿命；市场上各类聚四氟乙烯(PTFE)覆膜滤料试图通过表面过滤机理来实现滤料过滤精度的提升，但确显著降低了过滤材料的通量。因此，研究新型过滤技术、开发高效、低阻的过滤材料，从根本上解决传统高温过滤材料的缺陷，是目前耐高温过滤材料领域的迫切需要。
发明内容
本发明针对以往过滤材料以筛分为主的表层过滤机制，导致透气量与过滤精度之间相互制约的问题，设计了石墨烯杂化PTFE涂层处理的耐高温非织造过滤材料，借助电场排斥效应，可以实现了透气量与过滤精度的同步提升，对工业烟气过滤领域PM2.5细微颗粒控制及治理具有重要意义。
为了达到上述目的，本发明提供的耐高温过滤材料由高密度的功能层和低密度的支撑层构成。功能层由高密度的耐高温非织造布浸渍碳纳米材料-PTFE杂化浆料制备，支撑层为低密度的耐高温非织造布。制备耐高温非织造布的纤维包括宝德纶纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、碳纤维或玻璃纤维的单一组成或混合组分。碳纳米材料可以是石墨烯纳米片、碳纳米管、碳黑纳米颗粒的单一组分或混合组分构成。杂化浆料由PTFE乳液和碳纳米材料混合制成，成份比例如下：
PTFE            0.05～3.0
PTFE溶剂      92.0～99.94
碳纳米材料    0.01～5.0
本发明提供的耐高温过滤材料的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：
通过加入溶剂对PTFE乳液进行调配，控制乳液中PTFE的固含量在0.05％～3.0％范围之内：
按照上述重量称取的碳纳米材料加入到PTFE乳液中，然后超声并搅拌处理1～10个小时，得到碳纳米材料均匀分散的PTFE杂化浆料；
将高密度的耐高温非织造布浸入杂化浆料中0.5～10分钟，取出在30～150℃的温度下干燥1～10个小时，得到纤维表面涂覆杂化浆料的高密度非织造布；
将纤维表面涂覆浆料的非织造布与低密度的耐高温非织造布通过针刺或水刺工艺复合，获得低阻、高效、长寿命的耐高温非织造过滤材料。
具体实施方式
具体实施例对本发明提供的低阻、高效、长寿命的耐高温过滤材料及其制造方法进行详细说明。
实施例1
将0.5克石墨烯纳米片加入到200克PTFE乳液(含2％的PTFE)中，超声并搅拌2个小时，形成稳定的杂化浆料。将高密度的宝德纶纤维非织造布浸入乳液中2分钟，然后取出在110℃的烘箱中干燥3个小时，作为功能层。将低密度的宝德纶纤维非织造布与浸渍浆料的非织造布经针刺工艺加固，形成耐高温过滤材料。
实施例2
将100克碳纳米管分散到30千克PTFE乳液(含0.5％的PTFE)中，超声并搅拌4个小时，形成了稳定的杂化浆料。将高密度的聚酰亚胺纤维非织造布浸入杂化浆料中1分钟，然后取出在80℃的烘箱中干燥10个小时，作为功能层。将低密度的聚酰亚胺纤维非织造布与浸渍浆料的非织造布经针刺工艺加固，形成耐高温过滤材料。
实施例3
将10克炭黑纳米颗粒分散到500克PTFE乳液(含3％的PTFE)中，超声并搅拌6个小时，形成了稳定的杂化浆料，将高密度的聚苯硫醚纤维非织造布浸入杂化浆料中5分钟，然后取出在150℃的烘箱中干燥1个小时，作为功能层。将低密度的玻璃纤维非织造布与浸渍浆料的非织造布经水刺工艺加固，形成耐高温过滤材料。

Claims (5)

1.一种低阻、高效、长寿命的耐高温过滤材料，其特征在于过滤材料是由碳纳米材料-PTFE杂化浆料浸渍处理的高密度功能层和低密度支撑层组成。 
2.根据权利要求1所述的碳纳米材料-PTFE杂化浆料中的碳纳米材料与PTFE的组成比例为0.1～10.0，碳纳米材料在浆料中的重量比为0.01％～5.O％，PTFE的重量比为0.05％～3.0％。 
3.根据权利要求1所述的杂化浆料中的碳纳米材料包括石墨烯纳米片、碳纳米管、碳黑纳米颗粒等。 
4.根据权利要求1所述的过滤材料功能层和支撑层均由耐高温纤维非织造布构成，耐高温纤维包括宝德纶、聚苯硫醚、聚酰业胺、芳纶、碳纤维和玻璃纤维等。 
5.根据权利要求1所述的过滤材料，先由高密度的非织造布浸渍碳纳米材料-PTFE杂化浆料处理，再与低密度的非织造布复合。 
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