CN105624925B - 用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其技术方案要点是：包括以下步骤1）纤维选用；2）腈基型碳纤原丝改性：S1：将腈基型碳纤原丝投放到定型炉内，进行抽真空处理和升温处理，抽真空的时间为15mim至45min，达到的负压为3000‑5000pa，升温时间在5min至45min之间，达到的温度为90℃‑150℃；S2：在S1的条件下，向定型炉内瞬时注入干热气，将得到的改性腈基型碳纤原丝定型；3）梳理；4）缜密针刺；5）后处理。本发明将传统碳纤维原丝生产过程中产生的非优等品当做原料利用，将其改性之后与PTFE纤维进行混纺，得到孔间缜密精致的过滤毡，大大提高对烟尘微小颗粒的过滤效果，减少污染排放量，不仅减少了浪费，提高资源利用率，而且避免了环境污染。

Description

用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种过滤材料生产工艺，更具体的说，它涉及一种用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺。
背景技术
在火力发电，钢铁，以及水泥行业的生产过程中，会产生大量的灰尘，从而造成对大气的严重污染，所以，国家对这类企业的大气排放制定了严格的要求，而袋式除尘是广泛使用的一种理想除尘方式，除尘袋（过滤袋）被称为袋式除尘器的心脏，对于除尘效果起到非常重要的作用。决定除尘袋质量的两个重要方面是除尘布（除尘材料）的质量，如耐高温指标，过滤精度，透气量。另一方面，袋子的制作工艺和质量也是重要的因素，现有技术中，通常会使用碳纤维与PTFE纤维作为原材料进行加工，制成过滤毡（即过滤材料），之后再制成过滤袋。然而上述原料制成的过滤毡孔隙率低，制成的过滤袋的排放精度大致为50mg/m³左右，污染排放量较高，不利于环境保护。
碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，其中，碳纤维是由碳纤维原丝（高纯度聚丙烯腈）在碳化炉内经过高温高压制成的,而该碳化过程中还会产生非优等品：腈基型碳纤原丝。这是由于在碳纤维丝的生产过程中，碳纤维丝的成品率只能达到80%到90%左右，究其原因是因为有些碳纤维原丝中的碳含量未达到98%以上，含碳量未达到98%以上的碳纤维原丝制成的碳纤维无法达到高强度碳纤维丝的标准，其耐温性能低于400度，耐氧化性差，且不具有可纺性，这些非优等品的碳纤维丝便是腈基型碳纤原丝，由于腈基型碳纤原丝性能不达标不能作为材料使用，一般只能当做废料废弃，这样不仅是种资源浪费，更会造成环境污染。
因此本申请采用碳纤维原丝的生产废料作为过滤毡的生产原料，能够使过滤毡孔间缜密精致，大大提高对烟尘微小颗粒的过滤效果，减少污染排放量，并且提高资源利用率，减少环境污染。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，该生产工艺能够使过滤毡孔间缜密精致，大大提高对烟尘微小颗粒的过滤效果，减少污染排放量，并且有利于实现资源回收利用，减少环境污染。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，包括以下步骤
1）纤维选用：选用PTFE纤维以及腈基型碳纤原丝；
2）腈基型碳纤原丝改性：
S1：将腈基型碳纤原丝在常温下进行连续模压卷曲成型；
S2：将S1得到的腈基型碳纤原丝投放到定型炉内，进行抽真空处理和升温处理，抽真空的时间为5mim至45min，达到的负压为3000-5000pa，升温时间在5min至45min之间，达到的温度为90℃-150℃；
S3：在S2的条件下，向定型炉内瞬时注入干热气，将得到的改性腈基型碳纤原丝定型；
3）梳理：
将PTFE纤维和2）中的改性腈基型碳纤原丝一起放入到梳理机中进行混合梳理；
4）缜密针刺：
将3)中梳理后得到的纤维面层投入到针刺机中缜密针刺形成毡；
5）后处理：拒水防油处理。
较佳的，2）中抽真空的时间为35mim，抽真空达到的负压为4000pa，同时进行升温的时间为25mim，升温达到的温度为120℃。
较佳的，2）中抽真空的时间为45min，抽真空达到的负压为5000pa，同时进行升温的时间为45min，升温达到的温度为125℃。
较佳的，3）中的改性腈基型碳纤原丝以及PTFE纤维混合梳理时的含量的比例为1:1。
较佳的，3）中混合梳理时于常温下的环境湿度为35%至85%，梳理机的出网速度为1m/min至3m/min。
较佳的，3）中混合梳理时于常温下的环境湿度为65%，梳理机的出网速度为2m/min。
较佳的，5）中拒水防油处理包括将4）中缜密针刺形成毡的过滤毡于疏水疏油剂中浸渍，然后进行预烘、焙烘固化、卷绕、退卷。
较佳的，浸渍处理的速度为5m/min至25m/min，温度为160℃-200℃，带液量为90g/㎡至100g/㎡。
较佳的，浸渍处理的速度为15m/min，温度为180℃，带液量为95g/㎡。
本发明具有下述优点：本发明用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺将传统碳纤维原丝生产过程中产生的非优等品当做原料利用，并将其生产为改性腈基型碳纤原丝，之后与PTFE纤维进行混纺，得到孔间缜密精致的过滤毡，大大提高对烟尘微小颗粒的过滤效果，减少污染排放量，不仅避免了材料的浪费，提高资源利用率，而且避免了环境污染。
具体实施方式
一种用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，选用PTFE纤维以及腈基型碳纤原丝，此处需说明的是PTFE纤维为现有技术产品，此处不做赘述，而腈基型碳纤原丝选用的是碳纤维原丝在碳化生产过程中产生的非优等品，该非优等品腈基型碳纤原丝的含碳量和耐温性能较低，并且耐氧化性差且不具有可纺性。
为了提高腈基型碳纤原丝的耐温性能和耐氧化性能以及可纺性，要进行腈基型碳纤原丝改性工艺，包括腈基型碳纤原丝改性步骤：
S1：将腈基型碳纤原丝在常温下进行连续模压卷曲成型；
S2：将S1得到的腈基型碳纤原丝投放到定型炉内，进行抽真空处理和升温处理，抽真空的时间为5mim至45min，达到的负压为3000-5000pa，升温时间在5min至45min之间，达到的温度为90℃-150℃；
S3：在S2的条件下，向定型炉内瞬时注入干热气，将得到的改性腈基型碳纤原丝定型；
实施例一：腈基型碳纤原丝改性包括以下步骤，在S1中，将腈基型碳纤原丝在常温下进行连续模压卷曲成型，把腈基型碳纤原丝的直杆型经过机械连续模压卷曲，改变纤维摩擦力，增加纤维可纺性。在S2中，将S1中碳腈基型碳纤原丝（已卷曲）投放到定型炉内，进行抽真空处理和升温处理，使得定型炉内的负压在15分钟内达到3000pa，进而使得温度能够在5分钟内逐渐的达到90℃，这样能够使非优等品碳腈基型碳纤原丝逐渐的被熔融，并且内部结构发生变化，进而得到改性。当非优等品在S2中得到改性之后，S3中在定型炉内瞬时注入干热气，能够使得熔融的腈基型碳纤原丝液迅速固化形成改性腈基型碳纤原丝，进而能够被定型。
其中，定型炉为现有的纤维生产过程中常用的设备，可在市场上直接购得，在此不做赘述。通过上述步骤可以将传统碳纤维原丝生产过程中产生的非优等品当做原料利用，并将其生产为改性腈基型碳纤原丝，不仅避免了非优等品的浪费，回收了资源，而且避免了环境污染。
利用该工艺所得的改性腈基型碳纤原丝具有耐高温、耐氧化、抗腐蚀、高强度以及具有可纺性的特点。将这种改性腈基型碳纤原丝制成过滤材料后，其过滤毡孔间缜密精致，能够大大提高对烟尘微小颗粒的过滤，可应用于复杂工况条件下的烟尘处理，如工业危废焚烧、医疗垃圾处理、生物质燃烧等。
实施例二：一种腈基型碳纤原丝纺前处理工艺，包括以下步骤，S1：将腈基型碳纤原丝在常温下进行连续模压卷曲成型；S2：将S1得到的腈基型碳纤原丝加入定型炉内，进行真空状态下瞬时升达定型温度，抽真空的时间为35mim，达到的负压为3500pa，在抽真空的过程中进行升温，升温时间为25min，达到的温度为120℃；S3：在S2的条件下，向定型炉内瞬时注入干热气，将得到的腈基型碳纤原丝定型。
实施例三：一种腈基型碳纤原丝纺前处理工艺，包括以下步骤，S1：将腈基型碳纤原丝在常温下进行连续模压卷曲成型；S2：将S1得到的腈基型碳纤原丝加入定型炉内，进行真空状态下瞬时升达定型温度，抽真空的时间为45mim，达到的负压为4000pa，在抽真空的过程中进行升温，升温时间为45min，达到的温度为125℃；S3：在S2的条件下，向定型炉内瞬时注入干热气，将得到的腈基型碳纤原丝定型。
实施例四：一种腈基型碳纤原丝纺前处理工艺，包括以下步骤，S1：将腈基型碳纤原丝在常温下进行连续模压卷曲成型；S2：将S1得到的腈基型碳纤原丝加入定型炉内，进行真空状态下瞬时升达定型温度，抽真空的时间为45mim，达到的负压为5000pa，在抽真空的过程中进行升温，升温时间为45min，达到的温度为150℃；S3：在S2的条件下，向定型炉内瞬时注入干热气，将得到的腈基型碳纤原丝定型。
综合实施例一至实施例四所述的数据如下表所示：
实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
耐温性能 1200 1355 1860 2035
断裂强度 1.88 1.93 2.34 2.67
可纺性 有 有 有 有
其中，耐温性能的单位为℃，其表示该改性腈基型碳纤原丝的耐温温度；断裂强度的单位为cN/dtex，其表示，在同样的氧化程度下，该改性腈基型碳纤原丝所具有的断裂强度。由上表可得，在S1中，进行抽真空处理和升温处理，抽真空的时间越长且达到的负压越高，以及升温的时间越长且达到的温度越高时，得到的改性腈基型碳纤原丝所具有的耐高温性和耐氧化性也就越好，并且这种改性腈基型碳纤原丝相比于一般的腈基型碳纤原丝具有可纺性，可以将其用来纺织制成过滤材料等。
改性得到的腈基型碳纤原丝经按过滤材料工艺制造取得过滤材料。可应用于复杂工况条件下的烟尘处理，如工业危废焚烧、医疗垃圾处理、生物质燃烧等。
之后选用改性腈基型碳纤原丝和PTFE纤维通过梳理机进行混合梳理，改性腈基型碳纤原丝以及PTFE纤维混合梳理时的含量的比例为1:1，可以选为650g/m²，梳理时改性腈基型碳纤原丝以及PTFE纤维不宜过多，过多时梳理机不能进行充分的梳理，当然，过少会影响工作效率。混合梳理时环境的湿度为35%至85%，梳理机的出网速度为1m/min至3m/min，具体的参数可参考下表：
综上，改性腈基型碳纤原丝可选用纤度为0.7dpf至1.0dpf的腈基型碳纤原丝，湿度可以优选为65%，梳理机的出网速度可以优选为2m/min，通过这样的设置，可有效的减小排放精度。当然，腈基型碳纤原丝的纤度不宜较小，这样在改性时以及出网时容易发生损坏，腈基型碳纤原丝的纤度也不宜过大，腈基型碳纤原丝的纤度过大则与PTFE纤维之间排列不够紧密，影响排放精度；同时，环境湿度太大，容易使腈基型碳纤原丝和PTFE纤维粘在一起，影响梳理效果，环境温度太过干燥，容易使得纤维损坏；同时，出网的速度不宜过快，这样会使梳理不充分，太慢则会影响工作效率。
梳理完成后得到的纤维面层投入到针刺机中缜密针刺形成毡，然后进行后处理。后处理包括常规后处理或功能化后处理，本申请进行拒水防油处理，使过滤毡有一定的防酸碱性能和拒水防油的效果，然后进行预烘、焙烘固化、卷绕、退卷；常规后处理步骤包括热定型、烧毛、轧光；功能化后处理是该非织造过滤毡根据客户的不同需要进行各种功能化的处理，如拒水防油处理、PTFE浸溃处理、石墨处理、阻燃处理等；以上可以参考现有技术，具体可参考申请号为200710046538.6的文件，故在此不加以赘述。
浸渍处理的速度为5m/min至25m/min，温度为160℃-200℃，带液量为90g/㎡至 100g/㎡，具体可参见下表：
处理工艺 速度m/min 温度℃ 时间min 带液量g/㎡
浸溃处理 525 160 200 1015 90100
作为优选，后浸渍处理的速度可以为15m/min，浸渍处理的速度不宜过快，这样可以使得毡可以充分浸润，当然，太慢会影响整体的工作效率；温度可以为180℃，温度不宜过高，不能超过毡的耐温强度；带液量可以为95g/㎡，足够的带液量可以保证整体的浸渍效果，同时通过以上的设置，可以使得疏水疏油剂附着于毡上，保证其防酸碱性能和拒水防油的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤
1）纤维选用：选用PTFE纤维以及腈基型碳纤原丝；
2）腈基型碳纤原丝改性：
S1：将腈基型碳纤原丝在常温下进行连续模压卷曲成型；
S2：将S1得到的腈基型碳纤原丝投放到定型炉内，进行抽真空处理和升温处理，抽真空的时间为5mim至45min，达到的负压为3000-5000pa，升温时间在5min至45min之间，达到的温度为90℃-150℃；
S3：在S2的条件下，向定型炉内瞬时注入干热气，将得到的改性腈基型碳纤原丝定型；
3）梳理：
将PTFE纤维和2）中的改性腈基型碳纤原丝一起放入到梳理机中进行混合梳理；
4）缜密针刺：
将3)中梳理后得到的纤维面层投入到针刺机中缜密针刺形成毡；
5）后处理：拒水防油处理。
2.根据权利要求1所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：2）中抽真空的时间为35mim，抽真空达到的负压为4000pa，同时进行升温的时间为25mim，升温达到的温度为120℃。
3.根据权利要求1所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：2）中抽真空的时间为45min，抽真空达到的负压为5000pa，同时进行升温的时间为45min，升温达到的温度为125℃。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：3）中的改性腈基型碳纤原丝以及PTFE纤维混合梳理时的含量的比例为1:1。
5.根据权利要求4所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：3）中混合梳理时于常温下的环境湿度为35%至85%，梳理机的出网速度为1m/min至3m/min。
6.根据权利要求5所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：3）中混合梳理时于常温下的环境湿度为65%，梳理机的出网速度为2m/min。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：5）中拒水防油处理包括将4）中缜密针刺形成毡的过滤毡于疏水疏油剂中浸渍，然后进行预烘、焙烘固化、卷绕、退卷。
8.根据权利要求7所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：浸渍处理的速度为5m/min至25m/min，温度为160℃-200℃，带液量为90g/㎡至100g/㎡。
9.根据权利要求8所述的用腈基型碳纤原丝生产过滤材料的生产工艺，其特征在于：浸渍处理的速度为15m/min，温度为180℃，带液量为95g/㎡。
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