CN107308726A - 一种玻纤复合针刺毡覆ptfe膜过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料及其制备方法，属于过滤材料技术领域。其特征在于；所述的基布为中间层为玻纤基布上下两层均为毛网层的三层结构，所述的毛网层为占毛网层质量百分比3%~10%的芳纶导电纤维、占毛网层质量百分比10%~15%的聚酰亚胺纤维和占毛网层质量百分比75%~87%的玻璃纤维三者交叉铺网得到的混合纤维层。制备方法中，先将聚酰亚胺纤维、芳纶导电纤维一起开松，然后与玻璃纤维一起进行纤维梳理，本发明都过控制毛网的克重控制毛网层的厚度。使搭配更加合理，保证耐高温和抗静电性能的充分发挥。

Description

一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料及其制备方法

技术领域

一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料及其制备方法，属于过滤材料技术领域。

背景技术

在很多工业领域中会产生可燃、易爆、高温的烟尘，在使用的过程中由于粉尘与粉尘、粉尘与滤料之间摩擦容易产生大量静电，如不能及时把电荷消除，将产生火灾或爆炸事故。高温的烟尘则对过滤材料的使用提出了更高的要求。随着科学技术与现代工艺的不断发展，人们对空气质量、个人防护等方面也越来越重视，因此，需要使用耐高温防静电过滤材料对烟尘进行处理。现有的防静电过滤材料一般采用以下3种方法，1）化学纤维与不锈钢纤维混合针刺，2）化学纤维与导电纤维混合针刺，3）在过滤材料中添加防静电剂。其中，方法1）存在生产流程长、工艺复杂、均匀性差等缺点；方法2）、3）存在防静电性能不稳定、衰减快、表面电阻偏大、耐高温性能差的缺点。

中国发明专利CN201310119167 .5提供了一种防静电聚四氟乙烯过滤袋及其制备方法，该方法基布由聚四氟乙烯长丝与不锈钢纤维加捻并股，通过经、纬相编织而成，在基布的上下两面覆盖有无纺层，采用的就是方法1）的方式。中国实用新型专利CN201120341764 .9提供了一种抗静电混纺过滤毡，该过滤毡包括导电纤维和聚丙烯腈纤维交叉铺网混纺而成的迎尘层、聚丙烯腈纤维长丝编织而成的基布层以及聚丙烯腈纤维交叉铺网而成的底层。该过滤毡的各层材料单一，功能结合成功，耐高温和抗静电性能均大大的受限。所以现有的过滤材料的耐高温性能较差，一般只有130-190℃。抗静电方面，常规化纤比如氯纶的比电阻大约为10¹⁵Ω•cm，涤纶为10¹³Ω•cm腈纶10¹³Ω•cm锦纶10¹⁸Ω•cm间位芳纶10¹³Ω•cm。目前导电纤维业内主要使用晴纶改性导电纤维其电阻值为10^-2-10^-1主要缺点为不耐高温。除尘运行温度不能长时间在220℃中运行。其他业内也有用金属纤维其电阻值能好，但是不易梳理及针刺后断针比较严重，会造成设备安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种耐高温、抗静电的玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料，包括基布及表面PTFE过滤膜，其特征在于：所述的基布为中间层为玻纤基布上下两层均为毛网层的三层结构，所述的毛网层为芳纶导电纤维、聚酰亚胺纤维和玻璃纤维三者交叉铺网的混合纤维层；所述的芳纶导电纤维毛网层中所占质量百分比为3%~10%，聚酰亚胺纤维在毛网层所占质量百分比为10%~15%，玻璃纤维在毛网层所占质量百分比为75%~87%。

本发明在玻纤基布上将无机纤维与有机纤维相结合，提高了滤料的耐磨性与纤维之间的抱合力。本过滤材料使用玻纤基布，不但可以提高滤料基材的强度，结合本发明独特的毛网层设计，耐折性能也大大的提高，同时提高滤料的抗静电性能及除尘过滤性能，延长了过滤材料的在高温环境中抗静电衰减的能力。

所述的表面PTFE过滤膜的微孔直径φ＝0.1μm~3μm，孔隙率为90%~94%。优选的过滤膜的孔径和孔隙率与本发明的基本配合更合适，不但过滤的效率更高，而且结合更加牢固，过滤材料的寿命更长。

所述的芳纶导电纤维的纤度为1 Dtex×51mm ~2.22Dtex×51mm，聚酰亚胺纤维纤度为0.89-2.22Dtex×51mm，玻璃纤维为单纤维直径3~4μm的超细玻纤。优选的三种纤维的纤度或直径相互搭配后能更好地保证批次之间的报合力，降低空隙，提高过滤性能的同时更好的将功能批次结合，增加抗静电性能和耐热性能。

所述的玻纤基布为无碱玻璃纤维80支5.5μm~6μm的玻纤基布。优选的玻纤基布与本发明搭配更合适，与本发明独特的毛网层设计具有更高的结合牢度，折起不会分离，抗折效果更好。

一种上述玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料及其制备方法，其特征在于，制备步骤为：

1）称取芳纶导电纤维、聚酰亚胺纤维和玻璃纤维后开松并混合，开松时按照聚酰亚胺纤维、芳纶导电纤维的顺序分层均匀进行叠加2～5次再开松，玻璃纤维单独开松；

2）将混合后的所述3种纤维进行纤维梳理成网得到纤维网，环境温度为20℃~35℃，环境相对湿度在40%~75%；

3）玻纤基布的上下表面上分别用纤维网进行交叉铺网制成上、下毛网；上毛网克重为200 g/m²，~220g/m²，下毛网克重为180 g/ m²~200g/ m²；然后进行针刺加固制得素毡，素毡整体克重为800 g/ m²~860g/ m²，针刺加固过程中的牵伸比为2%~3%；

4）素毡经过浸渍表面处理剂后，再预烘、焙烘成为针刺毡；表面处理剂的重量份组成包括：聚四氟乙烯乳液10~20份，苯甲基硅油3~5份，聚丙烯酸树脂乳液10~20份，硅烷偶联剂0.7~1.5份；

5）将针刺毡和PTFE过滤膜热压复合即得，热压复合的温度为340℃~380℃，压力为0.55MPa ~2MPa、热压速率为2.5m/min ~3m/min。

本发明的制备方法中，先将聚酰亚胺纤维、芳纶导电纤维叠加后一起开松，使两者在开松的过程中充分的混合，然后与单独开松的玻璃纤维一起在特定的环境下进行纤维梳理，使彼此更加合理的结合，能够保证批次的性能充分的发挥，降低了相互干扰。本发明都过控制毛网的克重控制毛网层的厚度。使搭配更加合理，保证耐高温和抗静电性能的充分发挥。本发明还提供了一种独特的表面处理剂，组成更简单，成本更低，但对本发明的纤维组成更加适应，能够以更快的速率，实现更好的浸渍效果。

步骤3）中所述的上毛网和下毛网进行交叉铺网的总层数为8层。铺网层数和克重控制用量，是比例更加合理，提高耐折性能。

步骤4）中所述的表面处理剂的重量份组成包括：聚四氟乙烯乳液14~16份，苯甲基硅油3.5~4.5份，聚丙烯酸树脂乳液14~16份，硅烷偶联剂1~1.2份。优选的表面处理剂对本发明的纤维组成最为适应，能够得到更好的抗静电效果。

步骤4）中所述的素毡经表面处理剂浸渍饱和后，经过3.5MPa~4MPa挤胶辊扎余率为30%，再进行预烘、焙烘。优选的挤胶辊扎余率能够提高预烘和焙烘的速率和效果，缩短制备时间，提高表面处理剂的挂附效果。

步骤4）中所述的预烘为在定型炉烘干，烘干速度为4 m/min ~5m/min，烘干温度为190℃~220℃。优选的预烘工艺条件能够提高预烘的速率和效果，保证产品的强度。

步骤4）中所述的焙烘的焙烘温度为220℃~260℃。优选的焙烘温度能够提高预烘的速率和效果，保证产品的强度。

本发明使用纤维生产厂家可以选择以下厂家型号，能够满足本发明的使用需求：芳纶防静电纤维选用烟台泰和新材料有限公司，其牌号为泰美达®导电纤维，规格为1-2.22Dtex×51mm。主要性能指标为极限氧指数LOI＞28%属于阻燃纤维。芳纶导电纤维能在270℃以下导电性能基本不会出现明显变化，只有275℃导电性能才出现下降。芳纶导电纤维比电阻为10⁴-10⁵Ω•cm。

聚酰亚胺纤维选用长春高琦聚酰亚胺材料有限公司，其牌号为轶纶®纤维，规格为0.89-2.22Dtex×51mm。主要技术指标为断裂强度＞4.0Dtex；断裂伸长率20-60%；密度为1.41g/cm²；回潮率＜2%；玻璃化温度376℃（DMA）极限氧指数为38％；能够长期使用温度在280℃；瞬间使用温度300℃。耐酸性能好在85℃60％质量分数硫酸下强度保持＞90％以上。其纤维截面为不规则三叶形，有利于更好的捕集除尘能力。

玻璃纤维选用淄博丑牛特种纤维科技有限公司，其规格为3.5μm×51mm短切丝。玻纤基布选用淄博丑牛特种纤维科技有限公司。其规格为420g/m²单纤维直径5.5~6μm。

与现有技术相比，本发明的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料及其制备方法所具有的有益效果是：本发明涉及一种以芳纶导电纤维为主，与聚酰亚胺纤维及超细玻璃纤维混合用针刺复合法制作成毡，本发明使用的芳纶导电纤维通常在标准状态下（20℃，65%相对湿度）比电阻在10⁷Ω•cm以下。选用的芳纶导电纤维其半衰期很短，能在极短的时间内消除除尘器内静电的工况。结合本发明的结构和制备方法使得本滤料抗静电性能更好，表面电阻仅10¹⁰，摩擦电压仅500V，半衰期仅1S。滤料的过滤效率高，除尘过滤效率在99.99%以上。使用温度在220℃~240℃瞬间使用温度达到270℃，滤料的MIT耐折性能高及使用使用寿命长等特点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。

实施例

1）原料的选取与准备

1.1：选取芳纶导电纤维纤度为1-2.22Dtex×51mm，聚酰亚胺纤维0.89-2.22Dtex×51mm，玻璃纤维80支（5.5-6μm）短切纱进行混合，混合比例如表1：

表1复合毡中各纤维的重量比例（%）

；

1.2：纤维配料与梳理针刺加工区域的温湿度控制

整个生产车间是在密封的玻璃隔断空间内进行操作，这样有效与外界气候及外界的气流隔离。车间加装加湿设备及空气内循环设备。其中纤维梳理成网与交叉铺网需要的温度区间为20~35℃，相对湿度空间控制在40~75%；

复合毡的制造步骤为：纤维配比将在开包机输送皮帘箱内进行，按照不同的比例称取各种短切纤维，将短切纤维按照分层均匀进行叠加，先放一层聚酰亚胺纤维，然后放芳纶防静电纤维；按此顺序依次叠加2～5次；玻璃纤维在另一个开包机输送皮帘箱中进行，把玻璃纤维均匀撒在输送皮帘上；3种纤维经定量称重后进入粗开松，然后进入大棉箱均匀混合。根据气压震动棉箱光电限位纤维打入气压震动棉箱，中间经过一道精开松；

2）梳理成网与交叉铺网；将均匀混合后的3种纤维喂入梳理机，工艺流程为双网双铺并交叉铺网；

3）梳理成网后，纤维网经过交叉铺网在中间玻纤基布上，上、下两层为毛网层，中间为玻纤基布，上毛网层克重控制在200~220g/m²之间，下毛网层克重控制在180~200g/m²之间，素毡整体克重控制在800~860g/m²，上下交叉铺网层数为8层，表2是梳理机主要工艺参数：

表2 梳理机主要工艺参数

；

针刺加固：将交叉铺网后的毛网与玻纤基布进行针刺加固形成素毡，其主要的针刺工艺参数如表3；

表3 针刺工艺参数

；

整个针刺过程包括预刺和主刺，预刺的目的主要初步把纤网与基布相结合，在经过各道主刺加固勾连成型。其中针刺过程中牵伸比控制在2~3%之间；由此工艺制得素毡；

4）表面化学处理及浸渍：

表面化学配方处理剂配置见表4；

表4 表面化学配方处理剂配置

；

针刺素毡经化学表面处理剂浸渍饱和后，经过3.5MPa~4MPa挤胶辊扎余率为30%；在经过定型炉烘干使水分蒸发，烘干速度为4 m/min~5m/min，烘干温度为190℃~220℃，再经过220℃~260℃焙烘，最后收卷，经过整个过程表面处理后，预烘、焙烘成为针刺毡；

5）高温热压覆膜：首先将浸渍处理后的针刺毡放到放卷架上，经过储布架后到热压辊处。以上针刺毡是有引布代入。PTFE过滤膜分别平铺到针刺毡表面。两者各自平铺到高温热压辊下。并保证毡与膜放卷同步，然后再高温热压辊的压力下使毡材与PTFE膜发生熔融。分子相互转移，从而使PTFE膜牢牢附着于复合毡表面。热压复合的温度为340℃~380℃，压力为0.55MPa~2MPa。车速为2.5m/min~3m/min。通过高温微压环境中毡层与PTFE膜在新的位置上重新熔融及稳定，最终使毡膜复合更加牢靠。

以上覆膜过滤毡除尘过滤效率达到99.99%以上，使后期更容易过滤超细粉尘，且除尘运行阻力得到降低，粉尘排放浓度达到10mg/Nm³以下的过滤精度。本发明具有耐高温、抗静电、高过滤效率、长寿命、低阻力特点。凡是利用此设计理念没有实质性的调整，均属于侵犯本发明。

实施例的测试指标见表5

表5 实施例的测试指标

。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料，包括基布及表面PTFE过滤膜，其特征在于：所述的基布为中间层为玻纤基布上下两层均为毛网层的三层结构，所述的毛网层为芳纶导电纤维、聚酰亚胺纤维和玻璃纤维三者交叉铺网的混合纤维层；所述的芳纶导电纤维毛网层中所占质量百分比为3%~10%，聚酰亚胺纤维在毛网层所占质量百分比为10%~15%，玻璃纤维在毛网层所占质量百分比为75%~87%。

2.根据权利要求1所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料，其特征在于：所述的表面PTFE过滤膜的微孔直径φ＝0.1μm~3μm，孔隙率为90%~94%。

3.根据权利要求1所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料，其特征在于：所述的芳纶导电纤维的纤度为1 Dtex×51mm ~2.22Dtex×51mm，聚酰亚胺纤维纤度为0.89-2.22Dtex×51mm，玻璃纤维为单纤维直径3~4μm的超细玻纤。

4.根据权利要求1所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料，其特征在于：所述的玻纤基布为无碱玻璃纤维80支5.5μm~6μm的玻纤基布。

5.一种权利要求1~4任一项所述的玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料的制备方法，其特征在于，制备步骤为：

1）称取芳纶导电纤维、聚酰亚胺纤维和玻璃纤维后开松并混合，开松时按照聚酰亚胺纤维、芳纶导电纤维的顺序分层均匀进行叠加2～5次再开松，玻璃纤维单独开松；

2）将混合后的所述3种纤维进行纤维梳理成网得到纤维网，环境温度为20℃~35℃，环境相对湿度在40%~75%；

3）玻纤基布的上下表面上分别用纤维网进行交叉铺网制成上、下毛网；上毛网克重为200 g/m²，~220g/m²，下毛网克重为180 g/ m²~200g/ m²；然后进行针刺加固制得素毡，素毡整体克重为800 g/ m²~860g/ m²，针刺加固过程中的牵伸比为2%~3%；

4）素毡经过浸渍表面处理剂后，再预烘、焙烘成为针刺毡；表面处理剂的重量份组成包括：聚四氟乙烯乳液10~20份，苯甲基硅油3~5份，聚丙烯酸树脂乳液10~20份，硅烷偶联剂0.7~1.5份；

5）将针刺毡和PTFE过滤膜热压复合即得，热压复合的温度为340℃~380℃，压力为0.55MPa ~2MPa、热压速率为2.5m/min ~3m/min。

6.根据权利要求5所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料的制备方法 ，其特征在于：步骤3）中所述的上毛网和下毛网进行交叉铺网的总层数为8层。

7.根据权利要求5所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述的表面处理剂的重量份组成包括：聚四氟乙烯乳液14~16份，苯甲基硅油3.5~4.5份，聚丙烯酸树脂乳液14~16份，硅烷偶联剂1~1.2份。

8.根据权利要求5所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤4）中所述的素毡经表面处理剂浸渍饱和后，经过3.5MPa~4MPa挤胶辊扎余率为30%，再进行预烘、焙烘。

9.根据权利要求5所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料及其制备方法，其特征在于：步骤4）中所述的预烘为在定型炉烘干，烘干速度为4 m/min ~5m/min，烘干温度为190℃~220℃。

10.根据权利要求5所述的一种玻纤复合针刺毡覆PTFE膜过滤材料及其制备方法，其特征在于：步骤4）中所述的焙烘的焙烘温度为220℃~260℃。