CN105274903B - 一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸及其制备方法 - Google Patents

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一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸，其特征在于所述的滤纸由2～10层、各层厚度为0.03～2.0mm的双组份玻璃纤维层组成，其中从第一层到最后一层双组份玻璃纤维层的平均纤维直径从0.4μm呈梯度均匀增加到5μm，所述玻璃纤维由膨胀系数相差为4×10‑6/℃～6.4×10‑6/℃的两种组分的玻璃形成。本发明还公开了一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)排布2～6组梯度窑炉；(2)将两种组分的玻璃球分别熔化；(3)采用火焰喷吹拉丝，后一梯度窑炉喷吹火焰温度比前一梯度高30℃，气流速度相较于前一梯度增加50m/s；(4)集棉；(5)辊压定型；(6)热定型。本发明所具有的有益效果是：①节约成本；②过滤效率高；③耐高温。

Description

一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及到一种过滤器材及其制备方法，尤其涉及到一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸及其制备方法。
背景技术
节能环保产业是七个新兴产业之首，在“十二五”期间，垃圾焚烧产业将会有很大发展，随着垃圾焚烧量的增加，对于袋式除尘器和滤料的需求也会增加。尤其是耐高温、耐腐蚀、低阻等特性的滤料的发展都收到国家的鼓励。为改善大气环境，特别是微小颗粒物对人体的危害，国家计划成立“气专项”。依据中国高温滤料市场销售额的历史统计数据和国家相关宏观经济政策，环境保护政策，节能减排的方针，该市场容量相当巨大。
在过滤净化过程中，滤材为净化处理过程中常用的过滤元件，但传统的滤材为单层，滤芯孔径单一，无法满足处理量和处理精度的统一，于是人们采用了复合滤材技术，将两种或两种以上不同精度的滤材组合在一起，达到了处理量和处理精度的平衡。
专利号CN200910043469.2的中国专利，提出了一种梯度孔隙结构钛滤芯及其制备方法，将钛粉氢化钛粉氯化钠粉混合均匀后与粘结剂混合制粒，采用粉末共注射成形技术，先注射成内核部分，再注射成形外层，两次注射成形的喂料不同，注射成形坏经脱脂脱盐和烧结后，得到制品，该发明在结构设计方面解决芯/壳层孔隙结构控制和结合强度的问题，实现高界面结合强度并能达到可控的孔隙结构(芯/壳层的孔隙率和孔径可在30-70和1400可控)，但由于钛是稀有金属，造成成本较高，推广难度较大，同时，金属滤芯在制备和烧结过程中控制不易，孔径的均匀性较低。
专利号CN 201020301426.8的中国专利设计了一种梯度过滤复合熔喷滤芯，解决一般单层滤芯孔径单一，无法同时满足处理量和处理精度的要求、滤芯使用寿命较短的技术问题；同时解决梯度孔隙结构钛滤芯成本较高、加工不易、孔径均匀性较低的不足，提供一种过滤效果好、滤芯寿命较长、滤孔大小均匀、加工成本低的梯度过滤复合熔喷滤芯。但是各层滤材之间需要用胶黏剂粘结，不仅各层之间结合性能较弱，容易脱落，降低滤材的使用寿命，而且也使得滤芯整体耐高温性能下降。
专利号CN 201220360483.2的中国专利设计了一种多层梯度过滤复合织物解决了传统多层过滤织物不仅制作工艺复杂、生产成本高，而且在实用过程中表层容易被堵塞，过滤效率和过滤精度低，使用寿命较短的问题，但是滤材由微孔中空PPS单丝滤布和至少两层耐高温聚合物单丝滤布按单丝直径依次减小的顺序复合而成，使得滤材无法使用于高温领域。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸及其制备方法，通过多级窑炉梯度分布工艺，采用炉头逐级升温和喷吹气流逐级增压的工艺实现了各梯度工艺制备纤维平均直径逐级减小，实现了多梯度滤材一次性生成，极大的简化了现有的多梯度滤材生产工艺，提高过滤性能的同时，也节约了生产成本。此外，本发明提出了采用双组份玻璃纤维作为滤纸材料的方案，双组份玻璃纤维会自然打卷、弯曲，不需要施加任何胶黏剂滤纸即可以达到要求的强度，提高了滤材的耐高温性能，而且滤纸中纤维分布均匀，使得滤纸的过滤效率和寿命极大提高。
为实现本发明的目的采用的技术方案是：一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸，其特征在于所述的滤纸由2～10层、各层厚度为0.03～2.0mm的双组份玻璃纤维层组成，其中从第一层到最后一层双组份玻璃纤维层的平均纤维直径从0.4μm呈梯度均匀增加到5μm，所述的双组份玻璃纤维由膨胀系数相差为4×10-6/℃～6.4×10-6/℃的两种组分的玻璃原料分别在两个窑炉熔化后形成混合液，再经高温火焰喷吹拉丝形成的，其中第一种组分玻璃原料成分以质量计算为：40～71％SiO2，1～17％Al2O3，1～15％MgO，0～12％CaO，0～3％FeO，0～3％Na2O+K2O；第二种组分玻璃原料成分以质量计算为：40～71％SiO2，1～17％Al2O3，1～15％MgO，0～12％CaO，0～3％FeO，13～27％Na2O+K2O。
所述的双组份玻璃纤维中第一种组分玻璃原料占两种组分的玻璃原料的40％～85％wt。
本发明还公开了一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在成纤方向上排布2～6组梯度窑炉，每组梯度窑炉包含两个独立窑炉，两个独立窑炉熔化的玻璃液流向同一个漏板；
(2)将两种组分的玻璃原料分别添加到每组梯度的两个独立窑炉当中，其中第一种组分玻璃原料用1400～1800℃温度熔化，第二种组分玻璃原料用1250～1500℃温度熔化；
(3)每组梯度窑炉均采用火焰喷吹拉丝，其中第一梯度窑炉喷吹火焰温度为1500～1530℃，气流速度为200～250m/s；第二梯度窑炉喷吹火焰温度为1530～1560℃，气流速度为250～300m/s，所有后一梯度窑炉喷吹火焰温度比前一组梯度高30℃，气流速度相较于前一梯度增加50m/s；
(4)用集棉机以0.03～0.7m/s的速度对步骤(3)制备的梯度分布纤维进行集棉；
(5)将步骤(4)收集的梯度分布棉毡进行辊压定型，成为初级滤纸；
(6)将步骤(5)制备的初级滤纸送入温度370～600℃烘箱中烘5～18min，进行热定型，得到梯度分布双组份玻璃纤维滤纸。
本发明所具有的有益效果是：①节约成本、在布棉过程中即将玻璃纤维纸制备成梯度分布形式，减少了后续的各梯度复合工艺，简化工艺，提高了生产效率；②过滤效率高，梯度分布和优异的均匀性使得滤纸在具有较高过滤容量的同时，还具有优异的过滤效率；③耐高温，双组份玻璃纤维，单根纤维呈弯曲状，自然打卷，相互缠绕，因此滤纸不需要施加任何胶黏剂既可以达到较高的强度，完全使用玻璃纤维材料使得本发明相较于其他有机过滤材料和含有胶黏剂的有机材料，耐高温性能明显提高。
附图说明
图1是梯度分布双组份玻璃纤维滤纸示意图
图2是梯度分布双组份玻璃纤维滤纸制备流程图
其中附图标记11-梯度分布双组份玻璃纤维滤纸第一层
12-梯度分布双组份玻璃纤维滤纸第三层
13-梯度分布双组份玻璃纤维滤纸第二层
21-第一梯度窑炉 22-喷吹火焰
23-第二梯度窑炉 24-第三梯度窑炉
25-辊压机 26-烘箱
27-集棉机 28-梯度分布双组份玻璃纤维滤纸
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸，其特征在于所述的滤纸由2层、各层厚度为0.03mm的双组份玻璃纤维层组成，其中从第一层到最后一层双组份玻璃纤维层的平均纤维直径从0.4μm呈梯度均匀增加到5μm，所述的双组份玻璃纤维由膨胀系数相差为4×10-6/℃的两种组分的玻璃原料分别在两个窑炉熔化后形成混合液，再经高温火焰喷吹拉丝形成的，其中第一种组分玻璃原料成分以质量计算为：71％SiO2，10％Al2O3，10％MgO，8％CaO，2％FeO，0％Na2O+K2O；第二种组分玻璃原料成分以质量计算为：71％SiO2，5％Al2O3，4％MgO，6％CaO，1％FeO，13％Na2O+K2O。
所述的双组份玻璃纤维中第一种组分玻璃原料占两种组分的玻璃原料的40％wt。
本发明还公开了一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在成纤方向上排布2组梯度窑炉，每组梯度窑炉包含两个独立窑炉，两个独立窑炉熔化的玻璃液流向同一个漏板；
(2)将A、B两种组分的玻璃球分别添加到每组梯度的两个独立窑炉当中，其中A组分的玻璃球用1800℃温度熔化，B组分的玻璃球用1500℃温度熔化；
(3)每个梯度窑炉均采用火焰喷吹拉丝，其中第一梯度窑炉喷吹火焰温度为1500℃，气流速度为200m/s；第二梯度窑炉喷吹火焰温度为1530℃，气流速度为250m/s；
(4)用集棉机以0.03m/s的速度对步骤(3)制备的梯度分布纤维进行集棉；
(5)将步骤(4)收集的梯度分布棉毡进行辊压定型，成为初级滤纸；
(6)将步骤(5)制备的初级滤纸送入温度370℃烘箱中烘5min，进行热定型，得到梯度分布双组份玻璃纤维滤纸。
实施例2
一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸，其特征在于所述的滤纸由6层、各层厚度为1.0mm的双组份玻璃纤维层组成，其中从第一层到最后一层双组份玻璃纤维层的平均纤维直径从0.4μm呈梯度均匀增加到5μm，所述的双组份玻璃纤维由膨胀系数相差为5.4×10-6/℃的两种组分的玻璃原料分别在两个窑炉熔化后形成混合液，再经高温火焰喷吹拉丝形成的，其中第一种组分玻璃原料成分以质量计算为：65％SiO2，10％Al2O3，9％MgO，11％CaO，3％FeO，2％Na2O+K2O；第二种组分玻璃原料成分以质量计算为：50％SiO2，8％Al2O3，12％MgO，8％CaO，2％FeO，20％Na2O+K2O。
所述的双组份玻璃纤维中第一种组分玻璃原料占两种组分的玻璃原料的65％wt。
本发明还公开了一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在成纤方向上排布4组梯度窑炉，每组梯度窑炉包含两个独立窑炉，两个独立窑炉熔化的玻璃液流向同一个漏板；
(2)将A、B两种组分的玻璃球分别添加到每组梯度的两个独立窑炉当中，其中A组分的玻璃球用1600℃温度熔化，B组分的玻璃球用1350℃温度熔化；
(3)每个梯度窑炉均采用火焰喷吹拉丝，其中第一梯度窑炉喷吹火焰温度为1520℃，气流速度为230m/s；第二梯度窑炉喷吹火焰温度为1550℃，气流速度为280m/s；第三梯度窑炉喷吹火焰温度为1580℃，气流速度为330m/s；第四梯度窑炉喷吹火焰温度为1610℃，气流速度为380m/s；
(4)用集棉机以0.3m/s的速度对步骤(3)制备的梯度分布纤维进行集棉；
(5)将步骤(4)收集的梯度分布棉毡进行辊压定型，成为初级滤纸；
(6)将步骤(5)制备的初级滤纸送入温度400℃烘箱中烘10min，进行热定型，得到梯度分布双组份玻璃纤维滤纸。
实施例3
一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸，其特征在于所述的滤纸由10层、各层厚度为2.0mm的双组份玻璃纤维层组成，其中从第一层到最后一层双组份玻璃纤维层的平均纤维直径从0.4μm呈梯度均匀增加到5μm，所述的双组份玻璃纤维由膨胀系数相差为4×10-6/℃～6.4×10-6/℃的两种组分的玻璃原料分别在两个窑炉熔化后形成混合液，再经高温火焰喷吹拉丝形成的，其中第一种组分玻璃原料成分以质量计算为：50％SiO2，17％Al2O3，15％MgO，12％CaO，3％FeO，3％Na2O+K2O；第二种组分玻璃原料成分以质量计算为：40％SiO2，17％Al2O3，15％MgO，1％CaO，0％FeO，27％Na2O+K2O。
所述的双组份玻璃纤维中第一种组分玻璃原料占两种组分的玻璃原料的85％wt。
本发明还公开了一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在成纤方向上排布6组梯度窑炉，每组梯度窑炉包含两个独立窑炉，两个独立窑炉熔化的玻璃液流向同一个漏板；
(2)将A、B两种组分的玻璃球分别添加到每组梯度的两个独立窑炉当中，其中A组分的玻璃球用1400℃温度熔化，B组分的玻璃球用1250℃温度熔化；
(4)每个梯度窑炉均采用火焰喷吹拉丝，其中第一梯度窑炉喷吹火焰温度为1530℃，气流速度为250m/s；第二梯度窑炉喷吹火焰温度为1530℃，气流速度为300m/s；所有后一梯度窑炉喷吹火焰温度比前一梯度高30℃，气流速度相较于前一梯度增加50m/s；
(4)用集棉机以0.7m/s的速度对步骤(3)制备的梯度分布纤维进行集棉；
(5)将步骤(4)收集的梯度分布棉毡进行辊压定型，成为初级滤纸；
(6)将步骤(5)制备的初级滤纸送入温度600℃烘箱中烘18min，进行热定型，得到梯度分布双组份玻璃纤维滤纸。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸，其特征在于所述的滤纸由2～10层、各层厚度为0.03～2.0mm的双组份玻璃纤维层组成，其中从第一层到最后一层双组份玻璃纤维层的平均纤维直径从0.4μm呈梯度均匀增加到5.0μm，所述的双组份玻璃纤维由膨胀系数相差为4×10-6/℃～6.4×10-6/℃的两种组分的玻璃原料分别在两个窑炉熔化后形成混合液，再经高温火焰喷吹拉丝形成，其中第一种组分玻璃原料成分以质量计算为：50～71％SiO2，1～17％Al2O3，1～15％MgO，0～12％CaO，0～3％FeO，0～3％Na2O+K2O；第二种组分玻璃原料成分以质量计算为：40～71％SiO2，1～17％Al2O3，1～15％MgO，0～12％CaO，0～3％FeO，13～27％Na2O+K2O。
2.根据权利要求1所述的滤纸，其特征在于所述的双组份玻璃纤维中第一种组分玻璃原料占两种组分的玻璃原料的40％～85％wt。
3.一种梯度分布双组份玻璃纤维滤纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在成纤方向上排布2～6组梯度窑炉，每组梯度窑炉包含两个独立窑炉，两个独立窑炉熔化的玻璃液流向同一个漏板；
(2)将两种组分的玻璃原料分别添加到每组梯度的两个独立窑炉当中，其中第一种组分玻璃原料用1400～1800℃温度熔化，第二种组分玻璃原料用1250～1500℃温度熔化；
(3)每组梯度窑炉均采用火焰喷吹拉丝，其中第一梯度窑炉喷吹火焰温度为1500～1530℃，气流速度为200～250m/s；第二梯度窑炉喷吹火焰温度为1530～1560℃，气流速度为250～300m/s，所有后一梯度窑炉喷吹火焰温度比前一组梯度高30℃，气流速度相较于前一梯度增加50m/s；
(4)用集棉机以0.03～0.7m/s的速度对步骤(3)制备的梯度分布纤维进行集棉；
(5)将步骤(4)收集的梯度分布棉毡进行辊压定型，成为初级滤纸；
(6)将步骤(5)制备的初级滤纸送入温度370～600℃烘箱中烘5～18min，进行热定型，得到梯度分布双组份玻璃纤维滤纸。
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