CN104548751B - 一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料及其制备方法，其至上而下依次包括PTFE微孔膜层、由超细玻璃纤维，芳砜纶纤维与聚酰亚胺纤维等超细纤维组合的迎尘面超细复合纤维层、PTFE缝纫线基布层和由玻璃纤维，芳砜纶纤维与聚酰亚胺纤维组合的净气面复合纤维层而成的四层结构。本发明采用高压水刺工艺，将迎尘面超细复合纤维层和净气面复合纤维层附着于基布层两侧，再通过热压覆膜工艺将空间网状结构的PTFE微孔膜结合在迎尘面的超细复合纤维层表面制成。此滤料具有耐高温、低制作成本、超高过滤精度、高粉尘剥离率和低运行阻力等特点。
Description
技术领域
本发明涉及工业高温烟气过滤除尘技术领域，具体涉及一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料及其制备方法。
背景技术
近年来我国重工业（钢铁、建材、冶金、化工）迅速发展，随之带来了大气污染和雾霾问题，国家对工业领域的各类锅炉、窑炉制定的工业粉尘排放标准越来越严格，这对滤料的过滤精度提出了更高的要求。传统玻纤或者玻纤复合滤料目前很难长时间达到排放要求。现有的玻纤复合滤料在加工过程中多采用针刺工艺对纤维损伤大，纤维缠结不密实，孔隙大密实度不高导致粉尘易侵入滤料内部运行阻力大排放精度低。且多采用玻纤机织布作为基布，玻纤机织布克重高、耐折和耐磨性差而普通膜裂法制成的长丝PTFE基布具有耐酸碱性好、克重低强力保持率高等优点但在高压水刺工艺加工时强力损失大又会使得滤料强力不足。
公开号为102350131A的中国发明专利申请文件公开了一种玻纤、凯夫拉纤维和P84复合滤料及其制备方法。此滤料使用温度260℃，但其使用针刺工艺对纤维损伤大，玻纤基布克重高、耐折性差，凯夫拉纤维价格昂贵且排放精度不高。
公开号为202179905U的中国实用新型专利文件公开了一种高温复合针刺过滤材料，包括由毡层、基布、耐磨涂层组成，其毡层由玻璃、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、芳砜纶、不锈钢、玄武岩、陶瓷等几种纤维充分混合后，进行针刺，得到基布两侧针刺着复合纤维毡层的过滤材料。此滤料采用多达7种纤维，制作繁杂，耐折差，排放精度不高，运行阻力大。
公开号为201899931U的中国实用新型专利文件公开了一种玻璃纤维与聚酰亚胺纤维复合过滤水刺毡，在玻纤基布的两面采用高压水射流对称粘贴玻纤与P84复合的纤维面层。此滤料采用水刺工艺纤维受损小，但其玻纤基布克重高、耐折性差，排放精度低，滤料阻力大。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现耐高温、克重小、运行阻力低，使用寿命长且过滤精度高的超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料，其自上而下依次包括PTFE微孔膜层、迎尘面超细复合纤维层、PTFE缝纫线基布层和净气面复合纤维层复合而成；其迎尘面超细复合纤维层采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维、1D×51mm的芳砜纶纤维和1D×60mm的聚酰亚胺纤维组成；净气面复合纤维层采用规格为6μ×51mm的玻璃纤维、2D×51mm的芳砜纶纤维和2D×60mm的聚酰亚胺纤维组成。
所述迎尘面和净气面复合纤维层中玻璃纤维的质量百分含量为40~45%，芳砜纶纤维的质量百分含量为40~45%，聚酰亚胺纤维的质量百分含量为10~20%；所述迎尘面和净气面复合纤维层克重均为180~220g/m2。
所述超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料的最终成品克重在480~560g/m2。
所述基布采用500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成PTFE缝纫线，该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm；其克重为90g/m2。
一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料的制备方法，其步骤包括：
步骤一：制备迎尘面复合超细纤维层，超细纤维层采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维、1D×51mm的芳砜纶纤维和1D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理成超细纤维网；
步骤二：制备净气面复合纤维层，采用规格为6μ×51mm的玻璃纤维、2D×51mm的芳砜纶纤维和2D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理成纤维网；
步骤三：制备基布，采用500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成PTFE缝纫线，该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm；其克重为90g/m2；
步骤四：水刺缠结，将迎尘面复合超细纤维层、净气面复合纤维层置于基布两侧，通过高压水刺工艺缠结加固；
步骤五：后处理，将水刺后的滤料毡材经烘干、烧毛、压光、涂层等后处理；
步骤六：热压覆膜，将PTFE微孔膜置于滤料毡材迎尘面上方进行热压覆膜，PTFE微孔膜热覆于迎尘面超细复合纤维层表面即可制成本发明产品。
所述步骤6的PTFE微孔膜层的孔径分布在1~3微米；厚度为3.0~3.5微米，透气量为45~50L/dm2·min；覆膜机温度350℃，压力0.1~0.3Mpa，速度7m/min。
本发明的超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料形成由内到外孔径逐渐缩小、微孔率逐渐增大的类似喇叭结构的三维差别化密度分布结构，此结构的特点在于，迎尘面的PTFE微孔膜和超细复合纤维层使滤料表面形成致密层，滤料进行表面过滤而不再依赖于滤料表面附着的粉饼层过滤，粉尘难以从迎尘面侵入滤料内部且PTFE微孔膜的孔径在1~3微米大大提高了对PM2.5的捕捉能力。净气面采用比迎尘面直径粗2倍的纤维孔径较大有利于空气通过，不仅可以保持较大的透气量而且有助于清灰气流更易穿过滤料对表面进行清灰，加之PTFE微孔膜疏水、低摩擦特性使得滤料粉尘剥离率高，从而可以长时间保持低阻力运行。
为避免了纤维在缠结工艺中的机械损伤，增加了纤维之间的缠结点提高过滤精度，所述复合纤维层和基布层通过高压水刺工艺进行柔性加工，纤维与纤维之间空间交错，使其变成三维空间结构，水刺工艺制成的滤料的特点是机械强力高、孔隙密度大、孔径小、微孔分布均匀，过滤精度高，粉尘剥离率高。
芳砜纶纤维学名为聚苯砜对苯二甲酰胺纤维，在300℃下热收缩小于2%，与玻纤同比例混纺可以有效的改善玻纤性脆，耐磨性较差的缺点，同时在水刺加工时可以增加玻纤与芳砜纶纤维和聚酰亚胺纤维的缠结，使得滤料更加密、实孔隙小，孔隙率更高。而利用适量的聚酰亚胺纤维的异型断面增加过滤面积增大对细微粉尘的捕捉能力。本发明复合滤料选用三种耐高温材料，长期使用温度可达250℃可广泛的适用于热电、水泥、钢铁、钛白粉等行业。
上述的PTFE缝纫线基布是由500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成PTFE缝纫线，再将PTFE缝纫线机织成网，该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm，其克重为90g/m2。利用PTFE的优良化学特性使得滤料强力保持率高有效的保证了滤料的机械寿命。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
解决了玻纤基布滤克重高、耐折性差的缺点，并改善滤料透气性；
避免了纤维在缠结工艺中的机械损伤，增加了纤维之间的缠结点提高过滤精度，所述复合纤维层和基布层通过高压水刺工艺进行柔性加工，纤维与纤维之间空间交错，使其变成三维结构，水刺工艺制成的滤料的特点是机械强力高、孔隙小分布均匀、微孔率高，过滤精度高，粉尘剥离率高。
附图说明
图1是本发明滤料的三维差别化密度分布结构示意图；
图2是本发明滤料3万次耐折实验横向强力保持率；
图3是本发明滤料3万次耐折实验纵向强力保持率；
图4是本发明滤料厚度与磨损次数关系。
图号说明：1——PTFE微孔膜层；2——迎尘面超细复合纤维层；3——PTFE缝纫线基布层；4——净气面复合纤维层。
具体实施方式
以下结合附图解释本发明的实施方式：
如图1所示，本发明揭示了一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料，其三维差别化密度分布结构包括四层，第一层为PTFE微孔膜层；第二层为由3μ×51mm玻璃纤维（40~45w%）、1D×51mm芳砜纶纤维（40~45w%）与1D×60mm聚酰亚胺纤维（10~20w%）三种超细纤维组合的迎尘面超细复合纤维层；第三层为PTFE缝纫线基布层；第四层为由6μ×51mm玻璃纤维（40~45w%）、2D×51mm芳砜纶（40~45w%）纤维与2D×60mm（10~20w%）聚酰亚胺纤维混纺组合的净气面复合纤维层。PTFE缝纫线基布层上下表面的复合纤维层通过高压水刺工艺与基布层结合在一起，PTFE微孔膜层经热覆工艺覆于滤料迎尘面的超细复合纤维层表面。
此超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料形成由内到外孔径逐渐缩小、微孔率逐渐增大的类似喇叭结构的三维差别化密度分布结构，此结构的特点在于，迎尘面的PTFE微孔膜和超细复合纤维层使滤料表面形成致密层，滤料进行表面过滤而不再依赖于滤料表面附着的粉饼层过滤，粉尘难以从迎尘面侵入滤料内部且PTFE微孔膜的孔径在1~3微米大大提高了对PM2.5的捕捉能力。净气面采用比迎尘面直径粗2倍的纤维孔径较大有利于空气通过，不仅可以保持较大的透气量还有助于清灰气流更易穿过滤料对表面进行清灰，加之PTFE微孔膜疏水、低摩擦特性使得滤料粉尘剥离率高，从而可以长时间保持低阻力运行。
为避免了纤维在缠结工艺中的机械损伤，增加了纤维之间的缠结点提高过滤精度，所述复合纤维层和基布层通过高压水刺工艺进行柔性加工，纤维与纤维之间空间交错，使其变成三维空间结构，水刺工艺制成的滤料的特点是机械强力高、孔隙密度大、孔径小、微孔分布均匀，过滤精度高，粉尘剥离率高。
芳砜纶纤维学名为聚苯砜对苯二甲酰胺纤维，在300℃下热收缩小于2%，与玻纤同比例混纺可以有效的改善玻纤性脆，耐磨性较差的缺点，同时在水刺加工时可以增加玻纤与芳砜纶和聚酰亚胺纤维的缠结，使得滤料更加密、实孔隙小，孔隙率更高。而利用适量的聚酰亚胺纤维的异型断面增加过滤面积增大对细微粉尘的捕捉能力。本发明复合滤料选用三种耐高温材料，长期使用温度可达250℃可广泛的适用于热电、水泥、钢铁、钛白粉等行业。
上述的PTFE缝纫线基布是由500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成PTFE缝纫线，再将PTFE缝纫线机织成网，该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm，其克重为90g/m2；利用PTFE的优良化学特性使得滤料强力保持率高有效的保证了滤料的机械寿命。
一种高精度玻纤复合水刺覆膜滤料其制备方法包括以下步骤：
步骤一：制备迎尘面复合超细纤维层，超细纤维层采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维（40~45w%）、1D×51mm的芳砜纶纤维（40~45w%）和1D×60mm的聚酰亚胺纤维（10~20w%）梳理成超细纤维网。其克重为180~220g/m2。
步骤二：制备净气面复合纤维层，采用规格为6μ×51mm的玻璃纤维（40~45w%）、2D×51mm的芳砜纶纤维（40~45w%）和2D×60mm的聚酰亚胺纤维（10~20w%）梳理成纤维网。其克重为180~220g/m2。
步骤三：制备基布，采用500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成PTFE缝纫线，该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm；其克重为90g/m2。
步骤四：水刺缠结，将迎尘面复合超细纤维层、净气面复合纤维层置于基布两侧，通过高压水刺工艺缠结加固。
步骤五：后处理，将水刺后的滤料毡材经烘干、烧毛、压光、涂层等后处理。
步骤六：热压覆膜，将PTFE微孔膜置于滤料毡材迎尘面上方进行热压覆膜，PTFE微孔膜热覆于迎尘面超细复合纤维层表面。所述的PTFE微孔膜层的孔径分布在1~3微米；厚度为3.0~3.5微米，透气量为45~50L/dm2·min。覆膜机温度350℃，压力0.1~0.3Mpa，速度7m/min。即可制成本发明产品。
所述的一种高精度玻纤复合水刺覆膜滤料其最终成品的克重为480~560g/m2。
实施例1
该滤料按照以下步骤制备：
步骤一：制备迎尘面超细复合纤维层2
采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维、1D×51mm的芳砜纶纤维和1D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理铺网成迎尘面超细纤维层。其克重为220g/m2。其纤维质量百分比为40%的3μ×51mm的玻璃纤维、40%的1D×51mm的芳砜纶纤维和20%的1D×60mm的聚酰亚胺纤维。
步骤二：制备净气面复合纤维层4
采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维、1D×51mm的芳砜纶纤维和2D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理铺网成净气面复合纤维层。其克重为220g/m2。其纤维质量百分比为40%的6μ×51mm的玻璃纤维、40%的2D×51mm的芳砜纶纤维和20%的2D×60mm的聚酰亚胺纤维。
步骤三：制备PTFE缝纫线基布3
采用500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成PTFE缝纫线，再将PTFE缝纫线机织成网。该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm；其克重为90g/m2。
步骤四：水刺缠结
将迎尘面超细复合纤维层、净气面复合纤维层置于基布两侧，通过高压水刺工艺缠结加固；
步骤五：后处理
将水刺后的滤料毡材经烘干、烧毛、压光、涂层等后处理。
步骤六：热压覆膜
将PTFE微孔膜1置于滤料毡材迎尘面2上方进行热压覆膜，覆膜机温度350℃，压力0.1~0.3Mpa，速度7m/min。按照以上步骤即可制成本发明产品。按照实施例1方法制得的一种高精度玻纤复合水刺覆膜滤料的性能参数如表1所示。
实施例2
该滤料按照以下步骤制备：
步骤一：制备迎尘面超细复合纤维层2
采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维、1D×51mm的芳砜纶纤维和1D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理铺网成迎尘面超细复合纤维层。其克重为180g/m2。其纤维质量百分比为45%的3μ×51mm的玻璃纤维、45%的2D×51mm的芳砜纶纤维和10%1D×60mm的聚酰亚胺纤维。
步骤二：制备净气面复合纤维层4
采用规格为6μ×51mm的玻璃纤维、2D×51mm的芳砜纶纤维和2D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理铺网成净气面复合纤维层。其克重为180g/m2。其纤维质量百分比为45%的6μ×51mm的玻璃纤维、45%的1D×51mm的芳砜纶纤维和10%的2D×60mm的聚酰亚胺纤维。
步骤三：制备PTFE缝纫线基布3
采用500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成PTFE缝纫线，再将PTFE缝纫线机织成网。该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm；其克重为90g/m2。
步骤四：水刺缠结
将迎尘面超细复合纤维层、净气面复合纤维层置于基布两侧，通过高压水刺工艺缠结加固；
步骤五：后处理
将水刺后的滤料毡材经烘干、烧毛、压光、涂层等后处理。
步骤六：热压覆膜
将PTFE微孔膜1置于滤料毡材迎尘面2上方进行热压覆膜，覆膜机温度350℃，压力0.1~0.3Mpa，速度7m/min。按照以上步骤即可制成本发明产品。
按照实施例2方法制得的一种高精度玻纤复合水刺覆膜结构滤料的性能参数如表1所示。
表1实施例中滤料性能参数
（其中过滤性能基于VDI实验数据参照GB/T6719—2009《袋式除尘器技术要求》）
耐折实验
滤料裁成20×200mm样条，在120度弯折角度下弯折3万次后，考察其横纵向强力保持率，其结果如图2、图3所示。滤料的横向主要由纤维网提供，纵向强力则主要由基布提供。图2表明采用水刺工艺的滤料纤维缠结度要优于针刺，而同比例混纺芳纶后有效的改善玻纤性脆不耐折的缺点，3万次耐折后横向强力保持率在97%以上。图3中采用玻纤机织布的国产A国产B滤料3万次耐折实验后纵向强力保持率都低于80%，而采用PTFE缝纫系基布的实施例1、实施例2则在95%以上。
耐磨实验
用圆盘取样器将滤料裁剪成100cm2圆形，置于耐磨实验仪磨损0、100、600、1100、1700、2100、2700次，测量其厚度保持率，结果如图4所示，图4中采用水刺工艺的滤料耐磨性均优于针刺滤料，而采用PTFE缝纫线基布的实施例水刺滤料耐磨性能较玻纤机织布基布水刺滤料要分别高出23.5%和58.8%。
Claims (6)
1.一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料，其特征在于：其自上而下依次包括PTFE微孔膜层、迎尘面超细复合纤维层、PTFE缝纫线基布层和净气面复合纤维层复合而成；其迎尘面超细复合纤维层采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维、1D×51mm的芳砜纶纤维和1D×60mm的聚酰亚胺纤维组成；净气面复合纤维层采用规格为6μ×51mm的玻璃纤维、2D×51mm的芳砜纶纤维和2D×60mm的聚酰亚胺纤维组成。
2.如权利要求1所述的一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料，其特征在于：所述迎尘面和净气面复合纤维层中玻璃纤维的质量百分含量为40~45%，芳砜纶纤维的质量百分含量为40~45%，聚酰亚胺纤维的质量百分含量为10~20%；所述迎尘面和净气面复合纤维层克重均为180~220g/m2。
3.如权利要求1所述的一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料，其特征在于：所述超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料的最终成品克重在480~560g/m2。
4.如权利要求1、2或3所述的一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料，其特征在于：所述基布层基布由采用500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成的PTFE缝纫线制得，该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm；其克重为90g/m2。
5.一种如权利要求1到4中任一项的超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料的制备方法，其步骤包括：
步骤一：制备迎尘面超细复合纤维层，超细纤维层采用规格为3μ×51mm的玻璃纤维、1D×51mm的芳砜纶纤维和1D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理成超细纤维网；
步骤二：制备净气面复合纤维层，采用规格为6μ×51mm的玻璃纤维、2D×51mm的芳砜纶纤维和2D×60mm的聚酰亚胺纤维梳理成纤维网；
步骤三：制备基布，由采用500dtexPTFE长丝通过加捻合股制成的PTFE缝纫线制得，该基布为经纬交叉网状结构径向密度102根/10cm，纬向密度70根/10cm；其克重为90g/m2；
步骤四：水刺缠结，将迎尘面复合超细纤维层、净气面复合纤维层置于基布两侧，通过高压水刺工艺缠结加固；
步骤五：后处理，将水刺后的滤料毡材经烘干、烧毛、压光、涂层等后处理；
步骤六：热压覆膜，将PTFE微孔膜置于滤料毡材迎尘面上方进行热压覆膜，PTFE微孔膜热覆于迎尘面超细复合纤维层表面即可制成本发明产品。
6.如权利要求5所述的一种超高精度玻纤复合水刺覆膜滤料的制备方法，其特征在于：所述步骤6的PTFE微孔膜层的孔径分布在1~3微米；厚度为3.0~3.5微米，透气量为45~50L/dm2·min；覆膜机温度350℃，压力0.1~0.3Mpa，速度7m/min。
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