CN104652037A - 含有砜基的芳香族耐高温纤维,包含所述纤维的无纺织物、过滤材料及其制造方法 - Google Patents
含有砜基的芳香族耐高温纤维,包含所述纤维的无纺织物、过滤材料及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种含有砜基的芳香族耐高温纤维，包含所述纤维的无纺织物、过滤材料及其制造方法。本发明涉及一种含有砜基的芳香族耐高温纤维，其得自含有砜基的芳香族聚合物，所述含砜基的芳香族聚合物由以下三种单体聚合而成：问位的含有二胺基的芳香族单体a；含砜基和氨基的单体b；对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c；在所述含砜基的芳香族聚合物中，砜基在聚合物中的质量百分比含量为4-10％。包含上述纤维的过滤材料具有优良的过滤效率、良好的高温尺寸稳定性和高温强度保持率。
Description
本申请要求于2015年1月14日申请的中国专利申请CN 201510017343.3的优先权。
技术领域
本发明涉及一种含有砜基的芳香族耐高温纤维，包含所述纤维无纺织物，包含所述无纺织物的过滤材料，包含所述过滤材料的过滤装置，及其上述制品的制备方法。
背景技术
随着环境标准的日趋严格，国家对于空气排放、水体排放的要求也越来越严格。垃圾烧却场、燃煤锅炉、金属熔矿炉等排放出的高温气体，对其过滤所用的都是耐热性过滤材料。对于滤料性能，包括过滤效率、使用范围、使用寿命、滤料强度等要求也日益提高，这也将导致滤料加工技术的进一步发展。而影响滤料性能的主要因素就是滤料的选材，关于构成耐热性过滤材料的纤维，选用的都是在耐热性以及耐化学药品性方面具有优异性能的纤维。耐热性纤维有玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚亚苯基硫醚纤维、芳砜纶纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等。这些纤维都非常适合用作耐热性过滤材料。上述耐热性过滤材料使用在垃圾烧却、燃煤锅炉、金属熔矿炉等高温烟气的处理。
由于高温烟气中含有腐蚀性气体，这些腐蚀性气体对耐热性过滤材料会有化学方面的劣化。为满足上述要求，许多由于优异性能的材料被研制成过滤介质。其中，含氟纤维(特别是聚四氟乙烯)是其中的佼佼者。聚四氟乙烯具有使用温度范围广(-250～260℃)、化学稳定性好、介电性能优良、自润滑性及防粘性等一系列独持的性能，其应用范围极广。以聚四氟乙烯制成的PTFE纤维，主要优点是独特的耐化学性，包括所有已知的酸、碱、卤素及氧化剂等。它的耐化学性在所有商业有机纤维中是最高的。由PTFE纤维制成的过滤材料可长期用于260℃高温环境，瞬间温度300℃，在高温下强度保持率高，是目前滤料中耐化学腐蚀性最好的一种滤料，可耐受各总酸碱及强氧化物的腐蚀，水解稳定性和阻燃性都很好，具有较高的过滤效率和良好的清灰性能，具有很高的性价比，适合在电力燃煤锅炉、垃圾焚烧炉上使用。但该种纤维多为膜结构切割而成，纤维呈扁平状，没有卷曲，纤维宽度不均匀，纤维间易发生粘连，且具有抗蠕变性差，易变型的特点，纯PTFE滤料的高温尺寸稳定性和蠕变性较差，限制了其在工业领域的应用。
CN201257337A公开了采用聚苯硫醚与聚四氟乙烯两种高温耐热纤维混纺后制成纱线，而后织成滤袋的基布。但是聚苯硫醚与聚四氟乙烯两种短纤维抱合力不好，易造成制成的混合纱线和基布强力低，从而降低滤毡的使用寿命，且滤袋在使用过程中的尺寸稳定性还有待考察。
CN203139813U公开了一种用于高温、腐蚀性烟气净化的聚四氟乙烯过滤材料，基布(11)由聚四氟乙烯长丝纤维与不锈钢纤维加捻并股，通过经、纬相编织而成；在基布(11)的上、下两面对称地覆盖有无纺层(12)；该无纺层(12)是聚四氟乙烯纤维或聚四氟乙烯纤维与聚四氟乙烯纤维与聚苯硫醚、聚酰胺、聚酰胺亚胺等高性能纤维一种或多种混纺制成。所述过滤材料具有耐高温、耐腐蚀的特点，且具有持久的防静电特性，但其使用寿命和高温尺寸稳定性仍有待考察。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含聚酰亚胺纤维的耐高温过滤材料及其制备方法，以及包含了所述过滤材料的过滤装置。所述过滤材料中加入了一种含砜基的芳香族聚合物纤维，所述含砜基的芳香族聚合物纤维具有优秀的纤维强度和耐高温性能，可以长期使用于250℃高温环境下，高温尺寸稳定性在1％以内。本发明将聚酰亚胺纤维作为迎尘层，将含砜基的芳香族聚合物纤维作为耐高温支撑层，所制得的过滤材料具有良好的过滤效果、优异的高温尺寸稳定性、高温强度保持率和伸长保持率。
本发明的目的是提供一种纤维，以及包含所述纤维无纺织物，包含所述无纺织物的耐高温过滤材料，包含所述过滤材料的过滤装置，及其上述制品的制备方法。所述过滤材料具有优良的过滤效率、良好的高温尺寸稳定性和高温强度保持率。
本发明涉及一种含有砜基的芳香族耐高温纤维，其得自含有砜基的芳香族聚合物，所述含砜基的芳香族聚合物由以下三种单体聚合而成：
间位的含有二胺基的芳香族单体a；
含砜基和氨基的单体b；
对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c；
在所述含砜基的芳香族聚合物中，砜基在聚合物中的质量百分比含量为4-10％。
优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a的芳香环上的氢独立地被选自卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基中的一个或多个取代基所取代或不取代。
优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a为间苯二胺，或包含80摩尔％以上间苯二胺的混合间位芳香族二胺单体。
优选的，所述含砜基和氨基的单体b为R,R’-二氨基二苯砜。
优选的，所述的R,R’-二氨基二苯砜选自3,3’-二氨基二苯砜、4,4’-二氨基二苯砜或它们的混合物。
优选的，所述的对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c的芳香环上的氢独立地被选自卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基中的一个或多个取代基所取代或不取代。
优选的，所述的对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c为对苯二甲酰氯，或包含80摩尔％以上对苯二甲酰氯的混合对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物。
优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之和与对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c的摩尔量的比例为1：0.98-1：1.01，优选为1：1。
优选的，所述的间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之比为50-80：20-50，优选60-75：25：40，更优选70-75：25-30。
优选的，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维具有300℃以上的玻璃化温度，优选320℃以上的玻璃化温度，更优选340℃以上，最优选345℃以上。
优选的，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维具有4CN/dtex以上的强度，优选4.5CN/dtex以上,优选5cN/dtex以上。
本发明涉及一种包含上述含有砜基的芳香族耐高温纤维的无纺织物，所述无纺织物包含：
含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)中，砜基在聚合物中的质量百分比含量为4-10％；和含氟纤维(B),所述含氟纤维(B)的成纤聚合物的链节单元90％以上的主链或侧链上至少含有1个氟原子。
优选的，所述含氟纤维(B)选自四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、经过表面氟化处理聚合物纤维中的一种或两种以上的混合物。
更优选的，所述含氟纤维(B)为聚四氟乙烯(PTFE)。
优选的，所述的无纺织物中，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为10％-90％，含氟纤维(B)的重量比为10％-90％；更优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为15％-60％，含氟纤维(B)的重量比为40％-85％；最优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为20％-50％，含氟纤维(B)的重量比为50％-80％。
优选的，所述无纺织物中，还含有选自聚苯硫醚(PPS)(用于提高耐化学性)、聚酰亚胺(提高过滤效率)、对位芳纶(增加织物的强度)、间位芳纶、芳砜纶、聚恶二唑纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、硅石-氧化铝纤维、氧化铝纤维、硅石纤维、氧化锆纤维、钛酸钾晶须纤维、石棉、碳纤维、富铝红柱石纤维、硅铝酸盐纤维、铝硼硅酸盐纤维、二氧化钛纤维中的一种或两种以上。
优选的，所述无纺织物具有在250℃高温条件下平铺200小时后，纵向热收缩率小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％。
优选的，所述无纺织物具有在250℃高温条件下平铺200小时后，横向热收缩率小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％。
优选的，所述无纺织物具有在250℃高温条件下垂直悬挂24小时后，纵向伸长率小于2％，优选小于1.8％，更优选小于1.5％。
优选的，本发明的无纺织物在250℃的温度下进行7天的热处理，其横向强力保持率为大于95％。
优选的，本发明的无纺织物在250℃的温度下进行7天的热处理，其纵向强力保持率为大于95％。
本发明涉及包含上述无纺织物的过滤材料，所述过滤材料包含无纺织物；
所述无纺织物包含：含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)中，砜基在聚合物中的质量百分比含量为4-10％；和含氟纤维(B),所述含氟纤维(B)的成纤聚合物的链节单元90％以上的主链或侧链上至少含有1个氟原子。
优选的，所述过滤材料还包含一种补强织物。
优选的，所述无纺织物具有在250℃高温条件下平铺200小时后，纵向热收缩率小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％。
优选的，所述无纺织物具有在250℃高温条件下平铺200小时后，横向热收缩率小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％。
优选的，所述过滤材料具有在250℃高温条件下垂直悬挂200小时后，纵向伸长率小于2％，优选小于1.8％，更优选小于1.5％。
优选的，本发明的过滤材料在250℃的温度下进行7天的热处理，其横向强力保持率为大于95％。
优选的，本发明的过滤材料在250℃的温度下进行7天的热处理，其纵向强力保持率为大于95％。
优选的，所述补强织物为平纹组织、二层织物、三层织物、斜纹组织、锻纹组织、起绒斜纹组织。
在一些实施方式中，所述补强织物包含的纤维选自对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维、含氟纤维、碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上的混合；优选含氟纤维、石英纤维；更优选PTFE纤维。
本发明涉及一种上述无纺织物的制备方法，包括如下步骤：
(i)将所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)与含氟纤维(B)混合；
(ii)将步骤(i)中的混合纤维形成短纤维网；
(iii)将步骤(ii)中的短纤维网形成多层纤维网，即无纺织物。
本发明还涉及一种所述过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
(i)将含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)与含氟纤维(B)混合；
(ii)将步骤(i)中的混合纤维形成短纤维网；
(iii)将步骤(ii)中的短纤维网形成多层纤维网；
(vi)贴合所述多层纤维网与补强织物；
(v)利用针刺或水刺加固所述多层纤维网与补强织物。
另一方面，本发明提供一种所述过滤材料在高温烟气过滤中的用途。
再一方面，本发明还涉及一种过滤装置，其包含有本发明所述的过滤材料。
具体实施方式
通过参见本申请具体实施方式的内容可以更易于理解本发明，但是本发明并不限于本文所述和/或所示的具体方法、条件或参数，并且本文中所用的术语仅是为了以举例的方式描述具体实施方式，并不能限制本申请权利要求要求保护的技术方案。在下文中，将描述根据本发明的一种含有砜基的芳香族耐高温纤维过滤材料及其制备方法，包含所述过滤材料的过滤装置。
含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)
本发明所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)的成纤聚合物中包含一种含砜基的芳香族聚合物，所述含砜基的芳香族聚合物衍生自含砜基和氨基的单体(b)，且砜基在所述聚合物中的质量百分比含量为4-10％。
优选的，所述的含砜基和氨基的单体(b)优选自R,R’-二氨基二苯砜(DDS)、双(氨基苯氧基苯基)砜(BAPS)或其混合物。所述的R,R’-二氨基二苯砜选自3,3’-二氨基二苯砜、4,4’-二氨基二苯砜或它们的混合物。其中，优选仅为R,R’-二氨基二苯砜或含有80摩尔％以上，优选90摩尔％以上的R,R’-二氨基二苯砜的混合含砜基和氨基的单体。
在一些优选的实施方式中，所述含砜基的芳香族聚合物由以下三种单体聚合而成：
间位的含有二胺基的芳香族单体a；
含砜基和氨基的单体b；
对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c。
优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a优选自间苯二胺、3,4’-二氨基二苯醚，以及在芳香环上具有卤素、碳原子数为1-4的烷基等取代基的衍生物。进一步的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体(c)的芳香环上的氢可以独立地被以下一个或多个如下的取代基所取代或不取代，这些取代基包括卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基中的一个或多个取代基所取代或不取代。更优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a为间苯二胺，或包含80摩尔％以上间苯二胺的混合间位芳香族二胺单体。
优选的，对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c以例如对位间苯二甲酸氯化物，对苯二甲酸溴化物等，在这些芳香环上具有卤素、碳原子数为1-4的烷基等取代基的衍生物。进一步的，所述对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物(b)的芳香环上的氢可以独立地被以下一个或多个如下的取代基所取代或不取代，这些取代基包括卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基。其中，优选所述对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物(b)为对苯二甲酰氯本身或包含80摩尔％以上，优选90摩尔％以上的对苯二甲酰氯与其他对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物(b)的混合物。
含砜基的芳香族聚合物的聚合反应中还可以加入其它含有二胺基的芳香族单体(c)，优选自间苯二胺、3,4’-二氨基二苯醚等，以及在这些芳香环上具有卤素、碳原子数为1-4的烷基等取代基的衍生物。进一步的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体(c)的芳香环上的氢可以独立地被以下一个或多个如下的取代基所取代或不取代，这些取代基包括卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基。其中，优选仅为间苯二胺或含有80摩尔％以上，优选90摩尔％以上的间苯二胺的混合间位芳香族二胺单体。
本发明在聚合过程中还可以加入其它共聚成分，例如对苯二胺、2，5-二氨基氯苯、2，5-二氨基溴苯、氨基甲氧基苯胺等苯衍生物、1，5-萘二胺、4，4’-二氨基二苯醚、4，4’-二氨基二苯酮、4，4’-二氨基二苯基胺、4，4’-二氨基二苯基甲烷、间苯二甲酸氯化物、1，3-萘二甲酸氯化物、3，3’-联苯二甲酸氯化物、3，3’-二苯基醚二甲酸氯化物等。
在一些优选的实施方式中，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之和与对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c的摩尔量的比例为1：0.98-1：1.01，优选为1：1。所述的间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之比为50-80：20-50，优选60-75：25：40，更优选70-75：25-30。
本发明的含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)具有300℃以上的玻璃化温度，优选320℃以上的玻璃化温度，更优选340℃以上，最优选345℃以上。
本发明所述的含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)具有4CN/dtex以上的强度，优选4.5CN/dtex以上,优选5cN/dtex以上。
本发明对于成纤聚合物的聚合方式没有特别的限定，例如可以通过以溶液聚合、界面聚合等方式进行制造。对于缩聚反应的工艺条件采用本领域的常规工艺即可，缩聚反应的温度可为≤60℃，优选≤30℃，更优选≤0℃。
所述纤维的长度，是为了获得作为过滤材料使用时的必要强度，优选在2-120mm的范围内。纤维长度不足2mm时，有时纤维之间的络合不足，造成强度不够，这是不希望的。而超过120mm时，有时会发生纤维开纤不良，这也是不希望的。
另外，构成本发明所用过滤材料的含有砜基的芳香族耐高温纤维的单纤维纤度，着眼于纤维梳理时或针刺时难以引起纤维断丝、耐热性过滤器的强度不降低，优选为0.1-15旦。也就是说，纤度不足0.1旦时，单纤维强度低，因此织物的强度变差，是不优选的。纤度超过15旦时，就会由于纤度过粗，制丝时容易发生纤度不匀，缺乏纺丝稳定性，也是不优选的。
含氟纤维(B)
本发明所用的含氟纤维(B)的单纤维纤度，着眼于纤维梳理时或针刺时难以引起纤维断丝、耐热性过滤器的强度不降低，优选为0.1-15旦，更优选1-5旦。
含氟纤维(B)具有优越的耐热性、耐化学药品性。关于含氟纤维，如果其聚合物的链节单元90％以上的主链或侧链上至少含有1个氟原子，那它就可以应用于任一产品，而且由多个氟原子单体构成的纤维的耐热性能和耐化学性能良好。例如，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚(PFA)、或者乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、或者聚四氟乙烯(PTFE)等都可以使用。氟纤维中的聚四氟乙烯(PTFE)，由于其具有优越的耐热性、耐化学药品性及表面低摩擦性，选用它，能够达到更优的技术效果。
对于聚四氟乙烯纤维而言，通过母体纺丝法或乳液纺丝法或糊剂挤出法制造而成的纤维都可以使用。
所述含氟纤维(B)还包括对经过表面氟化处理的其他聚合物纤维，具有类似于聚四氟乙烯结构和性能。《聚(对亚苯基-1,3,4-恶二唑)纤维表面氟化处理研究》
无纺织物
本发明涉及一种包含含有砜基的芳香族耐高温纤维的无纺织物，所述无纺织物包含：含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)中，砜基在聚合物中的质量百分比含量为4-10％；和含氟纤维纤维(B),所述含氟纤维(B)的成纤聚合物的链节单元90％以上的主链或侧链上至少含有1个氟原子。
优选的，所述的无纺织物中，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为10％-90％，含氟纤维(B)的重量比为10％-90％；更优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为15％-60％，含氟纤维(B)的重量比为40％-85％；最优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为20％-50％，含氟纤维(B)的重量比为50％-80％。
过滤材料
本发明涉及一种包含含有砜基的芳香族耐高温纤维的过滤材料，所述过滤材料包含上述无纺织物和补强织物。
优选的，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)包含一种含砜基的芳香族聚合物，所述聚合物衍生自一种含砜基和氨基的单体b，且砜基在所述聚合物中的质量百分比含量为4-10％；优选的，所述的含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)具有4CN/dtex以上的强度，优选4.5CN/dtex以上的强度，优选5cN/dtex以上。优选的，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)具有300℃以上的玻璃化温度，优选320℃以上的玻璃化温度，更优选340℃以上，最优选345℃以上。
所述含氟纤维(B)的成纤聚合物的链节单元90％以上的主链或侧链上至少含有1个氟原子。优选的，所述含氟纤维(B)选自四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)中的一种或两种以上的混合物。更优选的，所述含氟纤维(B)选自聚四氟乙烯(PTFE)。考虑到PTFE纱线具有优异的化学稳定性，耐氢氟酸、王水、发烟硫酸、浓碱、过氧化氢等强腐蚀性试剂的特点，同时具有良好的耐气候性、抗粘性能，即对粘性粉尘具有良好的脱灰性能，且耐磨损性能低，因此无纺织物中优选含有PTFE纤维60％-90％(重量百分比)，更优选的65％-85％(重量百分比)，最优选的70％-80％(重量百分比)。
优选的，过滤材料中的无纺织物作为过滤织物的面层，所述无纺织物中，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为10％-90％，含氟纤维(B)的重量比为10％-90％；更优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为15％-60％，含氟纤维(B)的重量比为40％-85％；最优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)重量比为20％-50％，含氟纤维(B)的重量比为50％-80％。
在含氟纤维产品中加入一定比例的含有砜基的芳香族耐高温纤维材料，该材料可以长期使用于250℃高温环境中，瞬间温度300℃，具有极佳的耐热性和高温尺寸稳定性，是一种优良的耐高温有机纤维材料，且材料卷曲度较高，具有较好的抱合性。通过二者的组合，可有效提高滤料的抗蠕变性，减小了高温尺寸变化率，提高滤料面层纤维的缠结和抱合，不仅结构更稳固，强力提升，同时也降低压降，提高产品的过滤性能，使材料综合性能大幅提高。
本发明的所述过滤材料中还可包括一种或多种本领域已知的常见添加剂，例如增塑剂、填充剂、阻燃剂、硫化剂、防老剂、硫化促进剂、抗氧化剂、增强改性剂、增韧改性剂、防焦剂、抗紫外光稳定剂、抗静电剂、触变剂、热稳定剂、润滑剂、催化剂、颜料等。本领域的普通技术人员根据具体的用途及其专业知识可容易地选择合适的添加剂及其用量。
在本发明的过滤材料中，PTFE纤维截面呈长方形，含有砜基的芳香族耐高温纤维截面为圆形、椭圆形、星形等，不同截面的纤维混合，使产品孔隙率增加，空隙变化复杂，PTFE纤维贴合粘联现象减少，织物内纤维的比表面积增加，过滤效果更好，透气性能更好。
本发明的过滤材料具有在250℃高温条件下平铺200小时后，纵向热收缩率小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％；横向热收缩率小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％；250℃高温条件下悬挂24小时后，纵向伸长率小于2％，优选小于1.8％，更优选小于1.5％。
无纺织物及过滤材料的制备方法
本发明的过滤材料由下述方法制备：将纤度为0.1～15旦、纤维长度2～120mm的含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)和含氟纤维(B)混合，并且经过开松工序。将混合后的纤维在一个方向上排列整齐形成片状的短纤维网，将短纤维网层合交叉铺网得到多层纤维网(此多层纤维层即为本发明的无纺织物，其作为本发明过滤材料的面层)，将多层纤维网与补强织物贴合(优选为，在两层上述多层纤维层中放入补强织物)，以上结构经过标准针刺机或水刺机预刺，使上述结构微微加固，再将上述预刺结构按照加工工艺需求进行单面针刺或水刺复合加工，以制得所述滤料。
制备短纤维网的工艺是，首先为了使含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)与含氟纤维(B)在混棉箱中充分混合均匀，并经过开松机开松，再使混合后的纤维按一定方向进行排列有序，把混合纤维投入到带有无数针的滚筒、锡林内，将纤维有序排列喂给梳棉机(梳棉工艺)、产生的纤维网通过铺网工艺的分配装置，在输送帘子上按照一定的比例折叠。
对于过滤材料的补强织物而言，以不影响过滤材料的压力损失的密度较小的织物比较好。织物的构造，主要有平纹组织、二层织物、三层织物、斜纹组织、锻纹组织、起绒斜纹组织等。对于过滤材料的补强织物而言，可以使用对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维、氟系纤维、碳纤维、玻璃纤维等。尤其从耐化学药品性、耐水解性的观点来看，优选使用选自PPS纤维和含氟纤维(例如PTFE纤维)。作为含氟纤维，可以使用和关于上述含氟纤维(B)的说明中记载的相同的含氟纤维。可以选用含氟纤维(B)的中长纤维进行纺纱，再织造得到的补强织物。也可以选用短纤维纱线制备无纺织物。
本发明的多层纤维网与补强织物合为一体成为过滤材料的加工方法，为使纤维与纤维间达到更好的交络效果，使用针刺或水刺中的任一种方法均可实现。从纤维与纤维间的络合效果来看，采用针刺加工法得到耐热性过滤材料比较理想。而从过滤材料实际使用时压力损失及对粉尘的捕集效果来考虑，选择水刺法加工得到的过滤材料比较理想。另外，水刺法与针刺法两者结合，可以取优补劣。所以在实际加工时要视性能要求作适当的选择，以得到理想的耐热性过滤材料。
本发明所用的“针刺法”是指包括使诸如针等纤维交织工具刺入并拔出垫料的步骤的垫料制造法。本发明不限制针刺的数量。然而，和其他的针刺操作一样，必须对许多因素进行最优化以提供所需的孔结构以及各层织物之间的结合量。这些因素包括针的大小和类型、针刺量、针刺深度、根据纤维类型、长度、纤度单位和纤维网密度对粗纤维的合适选择。考虑到耐热性过滤材料的强度、表观密度、通气量等性能，针刺时针刺密度在800针/cm2以上比较理想。针刺密度过低，纤维与纤维的络合性差，生产得到的耐热性过滤材料的强度降低、同时表观密度也有降低的趋势。终端产品过滤材料，针眼粗、透气量过高、对粉尘的捕集效率呈降低的趋势，这样的过滤材料是不理想的。相反，针刺密度过高，通过针刺工艺会造成由于针刺造成纤维或补强织物织物(骨材)的损伤，最终导致耐热性过滤材料的强度变低。另外，针刺密度提高，耐热性过滤材料的收缩增大，过滤材料的表观密度提高，从而使过滤材料对粉尘的捕集效率提升。但过滤材料的透气量相应降低，易导致过滤材料在实机使用初期的压力损失提高，最终导致过滤材料的使用寿命变短，这样的耐热性过滤材料也不理想。
本发明所用的“水刺法”是已知的，主要用于加固、尤其用于预加固无纺布。用于加固或预加固的水压通常约为150巴或小于50巴。实践证明，用于产生本发明所述纤维网或松散结合的无纺布的孔结构的水压在60～120巴范围内。
由上述可知，过滤材料的表观密度可通过针刺条件的改变来进行调整。适用于本发明过滤材料的表观密度无特别的限制，优选为500～800g/m2，更优选550.1～750g/m2。另外透气度也可以通过调整针刺的条件来进行调整。耐热性过滤材料的比较理想的透气量是，120～220L/dm2*min。适用于本发明过滤材料的基重无特别的限制。在本发明的一个实例中，所述滤料的厚度为2-4毫米，较好为2-3.5毫米，更好为2-3毫米。
过滤装置
本发明还涉及一种所述过滤材料用于电厂、垃圾焚烧工业中用作高温烟气过滤中的用途。
本发明还涉及一种包含了本发明耐高温滤料的过滤装置。可将本发明的滤料制成任何所需过滤器形式，例如筒状、平盘、罐、板、袋和囊。本发明的过滤材料，通过缝制或热熔等方式加工成袋式过滤器。该袋式过滤器，适合用于对耐热性、耐化学药品性有较高要求的电厂、垃圾焚烧、燃煤锅炉、金属熔矿炉等的废气处理。该袋式过滤器若采用缝制方式加工，用于缝制的缝纫线的材料需满足下述要求：该缝纫线所选用的材料，其耐热性、耐化学药品性等需与构成过滤材料或形成补强织物织物的纤维具有同等或以上的性能。比如，选用PTFE纤维缝纫线缝纫线是比较理想的。在这些结构中，所述滤料可充分打褶、辊压或或以其他方式固定在支持结构上。本发明过滤材料可实际上以任何传统结构使用，包括平板过滤器、椭圆过滤器、筒式过滤器、旋绕过滤器结构。
实施例和比较例
下面用实施例和比较例更具体地说明本发明的织物与已知织物的对比。对于实施例1～3和对比例1的织物，都测定了织物基重、织物厚度、过滤效率、高温尺寸稳定性、高温强度保持率。应予说明，这些实施例和比较例中，采用以下所述的评价方法评价织物的上述参数。
高温尺寸稳定性
将过滤材料成品放置在环境温度为20℃，相对湿度为65％的实验室条件24h后的样品仔细剪裁成100mm*100mm的样品后，再分别放入调试稳定的250℃高温烘箱中，平铺处理200h，悬挂处理24h，处理后的样品在环境温度为20℃，相对湿度为65％的实验室条件放置24h后，测量其纵横向尺寸变化，测量平铺处理200h后的样品的纵向热收缩率、横向热收缩率，测量悬挂处理24小时的样品的纵向伸长率。
高温强度保持率
将试样在200℃的温度下进行7天的热处理，测定该试样热处理之前(a)和该热处理之后(b)的拉伸强度，按下式求出横向/纵向强度保持率。
强力保持率(％)＝(b/a)×100
实施例1
以10％含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)，90％PTFE纤维(聚四氟乙烯)，按比例投入混棉箱中，经过开松机开松并均匀混合后，形成的纤维混合物，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀混合充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，在两层上述多层纤维层中放入100％PTFE补强织物，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照1100针/cm2的主针刺密度进行单面针刺，制得700gsm的过滤毡。上述过滤毡经过轧光、烧毛、PTFE乳液浸渍后形成过滤材料成品。
实施例2
以20％含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)，80％含氟纤维(经F2气体直接处理后的POD纤维)，按比例投入混棉箱中，经过开松机开松并均匀混合后，形成的纤维混合物，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀混合充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，在两层上述多层纤维层中放入100％PTFE补强织物，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照800针/cm2的主针刺密度进行双面针刺，制得580gsm的过滤毡。上述过滤毡经过轧光、烧毛、PTFE乳液浸渍后形成过滤材料成品。
实施例3
以30％含有砜基的芳香族耐高温纤维，70％PTFE纤维(聚四氟乙烯)，按比例投入混棉箱中，经过开松机开松并均匀混合后，形成的纤维混合物，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀混合充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，在两层上述多层纤维层中放入100％PTFE补强织物，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照1000针/cm2的主针刺密度进行单面针刺，制得700gsm的过滤毡。上述过滤毡经过轧光、烧毛、PTFE乳液浸渍后形成过滤材料成品。
实施例4
以40％含有砜基的芳香族耐高温纤维，60％含氟纤维(聚偏氟乙烯)，按比例投入混棉箱中，经过开松机开松并均匀混合后，形成的纤维混合物，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀混合充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，在两层上述多层纤维层中放入100％PTFE补强织物，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照900针/cm2的主针刺密度进行单面针刺，制得700gsm的过滤毡。上述过滤毡经过轧光、烧毛、PTFE乳液浸渍后形成过滤材料成品。
实施例5
以50％含有砜基的芳香族耐高温纤维，50％PTFE纤维(聚四氟乙烯)，按比例投入混棉箱中，经过开松机开松并均匀混合后，形成的纤维混合物，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀混合充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照950针/cm2的针刺密度进行双面针刺，制得700gsm的无基布过滤毡。上述过滤毡经过轧光、烧毛、PTFE乳液浸渍后形成过滤材料成品。
实施例6
以90％含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)，10％PTFE纤维(聚四氟乙烯)，按比例投入混棉箱中，经过开松机开松并均匀混合后，形成的纤维混合物，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀混合充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，在两层上述多层纤维层中放入100％石英纤维补强织物，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照1200针/cm2的主针刺密度进行双面针刺，制得800gsm的过滤毡。上述过滤毡经过轧光、烧毛、PTFE乳液浸渍后形成过滤材料成品。
对比例1
以100％PTFE纤维(聚四氟乙烯)，投入混棉箱中，经过开松机开松均匀后，形成充分分散的散纤维，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀开松充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，在两层上述多层纤维层中放入100％PTFE补强织物，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照1000针/cm2的主针刺密度进行单面针刺，制得700gsm的过滤毡。上述过滤毡经过轧光后形成过滤材料成品。
对比例2
以50％PTFE纤维(聚四氟乙烯)，50％PPS纤维(聚苯硫醚)投入混棉箱中，经过开松机开松并均匀混合后，形成的纤维混合物，按设计克重均匀铺陈并喂给到梳棉机中。经均匀混合充分梳理后得到的纤维网经交叉卷绕设备，使短纤维网转变为交叉层叠的多层纤维层，在两层上述多层纤维层中放入100％PTFE补强织物，以上结构经过青岛纺机针刺机预刺加固后，再将预刺结构按照1000针/cm2的主针刺密度进行单面针刺，制得600gsm的过滤毡。上述过滤毡经过轧光、烧毛、PTFE乳液浸渍后形成过滤材料成品。
表1
Claims (15)
1.无纺织物，所述无纺织物包含：
含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)；和
含氟纤维(B),所述含氟纤维(B)的成纤聚合物的链节单元90％以上的主链或侧链上至少含有1个氟原子；
所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)得自含有砜基的芳香族聚合物，所述含砜基的芳香族聚合物由以下三种单体聚合而成：
间位的含有二胺基的芳香族单体a；
含砜基和氨基的单体b；
对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c；
在所述含砜基的芳香族聚合物中，砜基在聚合物中的质量百分比含量为4-10％；优选的，所述含氟纤维(B)选自四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚四氟乙烯全氟烷基乙烯基醚(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、经过表面氟化处理聚合物纤维中的一种或两种以上的混合物；更优选的，所述含氟纤维(B)为聚四氟乙烯(PTFE)。
2.根据权利要求1所述的纤维，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a的芳香环上的氢独立地被选自卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基中的一个或多个取代基所取代或不取代；优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a为间苯二胺，或包含80摩尔％以上间苯二胺的混合间位芳香族二胺单体。
3.根据权利要求1或2所述的纤维，所述含砜基和氨基的单体b为R,R’-二氨基二苯砜；优选的，所述的R,R’-二氨基二苯砜选自3,3’-二氨基二苯砜、4,4’-二氨基二苯砜或它们的混合物。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纤维，所述的对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c的芳香环上的氢独立地被选自卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基中的一个或多个取代基所取代或不取代；优选的，所述的对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c为对苯二甲酰氯，或包含80摩尔％以上对苯二甲酰氯的混合对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的纤维，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之和与对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c的摩尔量的比例为1：0.98-1：1.01，优选为1：1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的纤维，所述的间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之比为50-80：20-50，优选60-75：25：40，更优选70-75：25-30。
7.根据权利要求1-6任一项所述的纤维，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维具有300℃以上的玻璃化温度，优选320℃以上的玻璃化温度，更优选340℃以上，最优选345℃以上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的纤维，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维具有4CN/dtex以上的强度，优选4.5CN/dtex以上,优选5cN/dtex以上。
9.根据权利要求1-8任一项所述的无纺织物，按重量百分比计，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)的重量百分比为10％-90％，含氟纤维(B)的重量百分比为10％-90％；更优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)的重量百分比为15％-60％，含氟纤维(B)的重量百分比为40％-85％；最优选的，含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)的重量百分比为20％-50％，含氟纤维(B)的重量百分比为50％-80％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无纺织物，其中，还含有选自聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺、对位芳纶、间位芳纶、芳砜纶、聚恶二唑纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、硅石-氧化铝纤维、氧化铝纤维、硅石纤维、氧化锆纤维、钛酸钾晶须纤维、石棉、碳纤维、富铝红柱石纤维、硅铝酸盐纤维、铝硼硅酸盐纤维、二氧化钛纤维中的一种或两种以上。
11.根据权利要求1-10任一项所述的无纺织物，所述无纺织物在250℃高温条件下平铺200小时后，其纵向热收缩率和/或横向热收缩率为小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％；优选的，所述无纺织物在250℃高温条件下垂直悬挂24小时后，纵向伸长率小于2％，优选小于1.8％，更优选小于1.5％；最优选的，所述无纺织物在250℃的温度下进行7天的热处理，其横向强力保持率和/或纵向强力保持率为大于95％。
12.过滤材料，其包含如权利要求1-11任一项所述的无纺织物；优选的，所述无纺织物在250℃高温条件下平铺200小时后，其纵向热收缩率和/或横向热收缩率为小于3％，优选小于2.5％，更优选小于2％；更优选的，所述无纺织物在在250℃高温条件下垂直悬挂200小时后，纵向伸长率小于2％，优选小于1.8％，更优选小于1.5％；所述无纺织物在250℃的温度下进行7天的热处理，其横向强力保持率和/或纵向强力保持率为大于95％。
13.根据权利要求12所述的过滤材料，其还包含一种补强织物；优选的，所述补强织物包含的纤维选自对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维、含氟纤维、碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上的混合；优选的，所述补强织物中含有含氟纤维、石英纤维；更优选的，所述补强织物中含有PTFE纤维。
14.一种根据权利要求12或13所述的过滤材料在高温烟气过滤中的用途。
15.一种过滤装置，其包含根据权利要求12-14任一项所述的过滤材料。
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