CN107376509B - 氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于除尘过滤材料技术领域，提供一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，解决现有技术中玻璃纤维韧性较差、耐温性、耐磨耐折性，以及对二氧化硫及其他有害气体的抗氧性能较差的技术问题，该制备方法包括以下步骤：酸浸渍、水洗、烘干、高锰酸钾氧化处理、热清洗、化学浸润剂浸渍、烘干制得成品。本发明制备方法生产的产品性能优良，化学稳定性好，耐温度从原始玻璃纤维过滤材料的280℃左右提高到了600℃以上，高强低延、耐磨、耐折及抗酸碱、耐腐蚀性能突出，制得的玻璃纤维材料广泛应用在钢铁、冶炼、水泥、燃煤锅炉、炭黑、电力等行业，氟硅氧超细改性纤维过滤材料的收尘率可达到99.99％，粉尘排放5‑20mg/N·m以下，在国内、国外发展前景十分广阔及巨大的市场潜力。

Description

氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法
技术领域
本发明属于除尘过滤材料技术领域，涉及一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法。
背景技术
现有玻璃纤维韧性较差、耐温性及耐磨耐折性不好，尤其是对二氧化硫及其他有害气体的抗氧化性能较差，使之在过滤行业比如燃煤锅炉、垃圾焚烧、发电行业、冶炼行业不得不采取各种办法使收尘器温度降至190℃以下，来迎合聚苯硫醚(PPS)合成纤维的使用。
针对上述耐温性较差的问题，申请号为201510391644.2的中国发明专利公开了一种提高E玻璃纤维过滤材料耐高温性能的方法，包括以下步骤：酸滤沥处理、水洗烘干和表面处理三个步骤，可耐300℃～500℃等级高温烟气过滤材料，该专利制备的玻璃纤维过滤材料在大于500℃的条件下的耐高温性能较低，而且在过滤精度及耐酸、抗腐蚀方面都没有得到提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足之处，提供一种能够将现有玻璃纤维过滤材料在抗氧化性、耐酸性、耐磨耐折、耐温性、透气性各方面的性能都能得到提高的氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：
一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，是按照如下步骤制备的：
(5)将无碱玻璃纤维制成玻璃纤维过滤材料；
(6)将织成的玻璃纤维过滤材料进行热清洗；
(7)将热清洗的玻璃纤维过滤材料置于浸渍槽内，再加入酸沥滤处理液，将玻璃纤维过滤材料浸渍，然后水洗；
(8)将水洗后的玻璃纤维过滤材料烧结处理；
(5)将烧结后的玻璃纤维过滤材料置于高锰酸钾溶液中加热浸渍进行氧化处理；
(6)将步骤(5)氧化处理后的玻璃纤维过滤材料进行水洗、烘干；
(7)将烘干后的玻璃纤维过滤材料将放入盛有化学浸润剂的双辊浸渍槽内浸泡，使玻璃纤维过滤材料饱含化学浸润剂，所述化学浸润剂是由以下原料按照质量百分比组成：聚四氟乙烯20-45％，285#硅油8-15％，丙烯酸树脂4-10％，偶联剂7-15％，醋酸铅0.7-1.0％，余量为软化水，所述偶联剂的制备方法是：取硅烷偶联剂1.0kg、酒精1.0kg、吐温-800.2kg，软化水7.8kg，加入胶体磨研磨10-20min制成偶联剂；
(8)将浸渍处理后的玻璃纤维过滤材料置于热风炉内的预烘干箱室和焙烘干箱室分别进行预烘及焙烘，化学浸润剂经循序渐进的温度烘干后有效地固化在玻璃纤维过滤材料中，从而制得氟硅氧超细改性纤维过滤材料。
进一步地，所述步骤(1)中所述无碱玻璃纤维是单丝直径为3.5-5.5μm的E级玻璃纤维纱。
进一步地，所述步骤(1)具体是将玻璃纤维有捻及无捻纱经空气变形机蓬松、整经、掏综，再采用凸轮剑杆织布机和喷气式织布机按照需要的织物组织结构进行织造，所述织物组织结构包括一上三下斜纹、五枚三飞纬二重缎纹或斜纹纬二重。
进一步地，所述步骤(2)热清洗是将过滤材料置于经热风炉烘干的竖炉中，经导布辊往复储布30m，在500-550℃下进行热清洗。
进一步地，所述步骤(3)中的浸渍槽为白钢槽，浸渍槽恒温控制在90-92℃，所述酸沥滤处理液的加入量为300-500kg，处理时间为1-3h，所述酸沥滤处理液由以下成分按照质量百分比组成：浓盐酸13-25％、硅烷偶联剂0.8-3.0％、软化水余量；所述水洗是将过滤材料在35-45℃循环水中冲洗，去除表面的余酸，使pH值在6-7之间达到中性效果。
进一步地，所述步骤(4)具体是将水洗后的玻璃纤维过滤材料经30m高的经热风炉烘干的竖炉储布56m，在600-800℃的温度下进行烧结。
进一步地，所述步骤(5)的高锰酸钾溶液浓度为0.05mol/L-0.10mol/L，加热温度为65-85℃，氧化处理时间为20-30min。
进一步地，所述步骤(6)是将氧化处理后的玻璃纤维过滤材料置于40-60℃的温水中进行清洗，再经轧辊挤出水份后在热风炉内进行烘干，烘干温度设为90-120℃。
进一步地，所述步骤(7)所述化学浸润剂的制备方法是依次将聚四氟乙烯、285#硅油，丙烯酸树脂、偶联剂用软化水稀释后加入到双辊浸渍槽中，加入转子以60转/分的速度不停搅拌，然后添加醋酸铅，将pH调至6-8即可。
进一步地，所述步骤(8)的预烘干箱室储布45m，温度设定为90-110℃，在该温区将水份蒸发，所述焙烘干箱室储布35m，温度设定为260-280℃，在该温区将浸渍的化学浸润剂完全固化在玻璃纤维过滤材料中。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
(1)本发明的氟硅氧改性玻璃纤维过滤材料的制备方法是采用3.5-5.5μm E级无碱玻璃纤维纱拼捻，缩小了使用玻璃纤维单丝直径、增加布面纤维的孔隙率提高过滤精度，按照需要的织物组织结构进行织造而成的玻璃纤维过滤材料；
(2)经热清洗把织造过程中的拉丝浸润剂及拼捻织造过程中的一切杂物清洗干净，使拉丝浸润剂的残留量达到0.02％以下，完全裸露的玻璃纤维过滤材料经酸沥滤处理液处理后，使其分相中易溶组分B203和Na2O等被酸沥滤出来，留下连续的SiO2的多孔骨架，再经600-800℃高温下烧结，使SiO2微孔闭合，恢复酸浸沥滤损失的强度，经酸沥滤、高锰酸钾氧化处理、再经化学浸润剂渗透浸渍，使玻璃纤维过滤材料完全被化学浸润剂包裹覆盖，完全改变了玻璃纤维过滤材料的整体性能，获得了高稳定性的氟硅氧超细改性纤维过滤材料；
(3)本发明制备方法生产的产品性能优良，化学稳定性好，耐温度从原始玻璃纤维过滤材料的280℃左右提高到了600℃以上，高强低延、耐磨、耐折及抗酸碱、耐腐蚀性能突出；
(4)本发明制备的产品广泛应用在钢铁、冶炼、水泥、燃煤锅炉、炭黑、电力等行业，使用寿命长、过滤粉尘精度高，能够在较苛刻的工况环境中长期使用，符合国家环境保护烟气、粉尘排放标准的严格控制，氟硅氧超细改性纤维过滤材料的收尘率可达到99.99％，粉尘排放5-20mg/N·m以下，在国内、国外发展前景十分广阔及巨大的市场潜力。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，是按照如下步骤制备的：
(1)将单丝直径为3.5μm的E级玻璃纤维有捻及无捻纱经空气变形机蓬松、整经、掏综，再采用凸轮剑杆织布机和喷气式织布机按照一上三下斜纹的织物组织结构进行织造，制成玻璃纤维过滤材料；
(2)将过滤材料置于9m的经热风炉烘干的竖炉中，经导布辊往复储布30m，在500℃下进行热清洗，将玻璃纤维过滤材料在拉丝过程中所用浸润剂及各道工序的杂物除掉，经高温热清洗后裸露的是纯玻璃纤维，拉丝浸润剂的残留量达到0.02％；
(3)将热清洗后的玻璃纤维过滤材料置于浸渍槽内浸渍处理，浸渍槽为白钢槽，浸渍槽恒温控制在90℃，浸渍槽内加入酸沥滤处理液300kg，处理时间为1h，所述酸沥滤处理液由以下成分按照质量百分比组成：浓盐酸13％、硅烷偶联剂3.0％、软化水余量，酸沥滤的作用是在短时间内把B203和Na2O充分分解，留下连续的二氧化硅达到96-98％的多孔骨架；
然后将酸沥滤处理后的玻璃纤维过滤材料在35℃循环水中冲洗，去除表面的余酸，使pH值在6-7之间达到中性效果；
(4)将水洗后的玻璃纤维过滤材料经30m的经热风炉烘干的竖炉往复储布56m，在600℃的温度下进行烧结，使二氧化硅微孔闭合，严格控制烧结温度，使玻璃纤维过滤材料回复最大强度的同时提高使用温度，增强耐磨、耐折性能，使其在高温条件下热收缩率接近零；
(5)将烧结后的玻璃纤维过滤材料置于浓度为0.05mol/L的高锰酸钾溶液中加热浸渍进行氧化处理，加热温度为65℃，氧化处理时间为20min；
(6)将步骤(5)氧化处理后的玻璃纤维过滤材料置于40℃的温水中进行水洗，再经轧辊挤出水份后在热风炉内进行烘干，烘干温度设为90℃；
(7)将烘干后的玻璃纤维过滤材料放入盛有化学浸润剂的双辊浸渍槽内浸泡，使玻璃纤维过滤材料饱含化学浸润剂，所述化学浸润剂是由以下原料按照质量百分比组成：聚四氟乙烯20％，285#硅油8％，丙烯酸树脂4％，偶联剂15％，醋酸铅0.7％，余量为软化水，所述偶联剂的制备方法是：取硅烷偶联剂1.0kg、酒精1.0kg、吐温-80 0.2kg，软化水7.8kg，加入胶体磨研磨20min制成偶联剂；所述化学浸润剂的制备方法是依次将聚四氟乙烯、285#硅油，丙烯酸树脂、偶联剂用软化水稀释后加入到双辊浸渍槽中，加入转子以60转/分的速度不停搅拌，然后添加醋酸铅，将pH调至6-8即可；
(8)将浸渍处理后的玻璃纤维过滤材料置于热风炉内的预烘干箱室和焙烘干箱室分别进行预烘及焙烘，预烘干箱室储布45m，温度设定为90℃，在该温区将水分蒸发，所述焙烘干箱室储布35m，温度设定为260℃，在该温区将浸渍的化学浸润剂完全固化在玻璃纤维过滤材料中，从而制得氟硅氧超细改性纤维过滤材料。
实施例2
一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，是按照如下步骤制备的：
(1)将单丝直径为5.5μm的E级玻璃纤维有捻及无捻纱经空气变形机蓬松、整经、掏综，再采用凸轮剑杆织布机和喷气式织布机按照斜纹纬二重的织物组织结构进行织造，制成玻璃纤维过滤材料；
(2)将过滤材料置于9m的经热风炉烘干的竖炉中，经导布辊往复储布30m，在550℃下进行热清洗，将玻璃纤维过滤材料在拉丝过程中所用浸润剂及各道工序的杂物除掉，经高温热清洗后裸露的是纯玻璃纤维，拉丝浸润剂的残留量达到0.02％；
(3)将热清洗后的玻璃纤维过滤材料置于浸渍槽内浸渍处理，浸渍槽为白钢槽，浸渍槽恒温控制在92℃，浸渍槽内加入酸沥滤处理液500kg，处理时间为3h，所述酸沥滤处理液由以下成分按照质量百分比组成：浓盐酸25％、硅烷偶联剂0.8％、软化水余量，酸沥滤的作用是在短时间内把B203和Na2O充分分解，留下连续的二氧化硅达到96-98％的多孔骨架；
然后将酸沥滤处理后的玻璃纤维过滤材料在45℃循环水中冲洗，去除表面的余酸，使pH值在6-7之间达到中性效果；
(4)将水洗后的玻璃纤维过滤材料经30m的经热风炉烘干的竖炉往复储布56m，在800℃的温度下进行烧结，使二氧化硅微孔闭合，严格控制烧结温度，使玻璃纤维过滤材料回复最大强度的同时提高使用温度，增强耐磨、耐折性能，使其在高温条件下热收缩率接近零；
(5)将烧结后的玻璃纤维过滤材料置于浓度为0.10mol/L的高锰酸钾溶液中加热浸渍进行氧化处理，加热温度为85℃，氧化处理时间为30min；
(6)将步骤(5)氧化处理后的玻璃纤维过滤材料置于60℃的温水中进行水洗，再经轧辊挤出水份后在热风炉内进行烘干，烘干温度设为120℃；
(7)将烘干后的玻璃纤维过滤材料放入盛有化学浸润剂的双辊浸渍槽内浸泡，使玻璃纤维过滤材料饱含化学浸润剂，所述化学浸润剂是由以下原料按照质量百分比组成：聚四氟乙烯45％，285#硅油15％，丙烯酸树脂10％，偶联剂7％，醋酸铅1.0％，余量为软化水，所述偶联剂的制备方法是：取硅烷偶联剂1.0kg、酒精1.0kg、吐温-80 0.2kg，软化水7.8kg，加入胶体磨研磨10min制成偶联剂；所述化学浸润剂的制备方法是依次将聚四氟乙烯、285#硅油，丙烯酸树脂、偶联剂用软化水稀释后加入到双辊浸渍槽中，加入转子以60转/分的速度不停搅拌，然后添加醋酸铅，将pH调至6-8即可；
(8)将浸渍处理后的玻璃纤维过滤材料置于热风炉内的预烘干箱室和焙烘干箱室分别进行预烘及焙烘，预烘干箱室储布45m，温度设定为110℃，在该温区将水分蒸发，所述焙烘干箱室储布35m，温度设定为280℃，在该温区将浸渍的化学浸润剂完全固化在玻璃纤维过滤材料中，从而制得氟硅氧超细改性纤维过滤材料。
实施例3
一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，是按照如下步骤制备的：
(1)将单丝直径为4.0μm的E级玻璃纤维有捻及无捻纱经空气变形机蓬松、整经、掏综，再采用凸轮剑杆织布机和喷气式织布机按照斜纹纬二重缎纹的织物组织结构进行织造，制成玻璃纤维过滤材料；
(2)将过滤材料置于9m的经热风炉烘干的竖炉中，经导布辊往复储布30m，在520℃下进行热清洗，将玻璃纤维过滤材料在拉丝过程中所用浸润剂及各道工序的杂物除掉，经高温热清洗后裸露的是纯玻璃纤维，拉丝浸润剂的残留量达到0.02％；
(3)将热清洗后的玻璃纤维过滤材料置于浸渍槽内浸渍处理，浸渍槽为白钢槽，浸渍槽恒温控制在91℃，浸渍槽内加入酸沥滤处理液400kg，处理时间为2h，所述酸沥滤处理液由以下成分按照质量百分比组成：浓盐酸20％、硅烷偶联剂2.5％、软化水余量，酸沥滤的作用是在短时间内把B203和Na2O充分分解，留下连续的二氧化硅达到96-98％的多孔骨架；
然后将酸沥滤处理后的玻璃纤维过滤材料在40℃循环水中冲洗，去除表面的余酸，使pH值在6-7之间达到中性效果；
(4)将水洗后的玻璃纤维过滤材料经30m的经热风炉烘干的竖炉往复储布56m，在700℃的温度下进行烧结，使二氧化硅微孔闭合，严格控制烧结温度，使玻璃纤维过滤材料回复最大强度的同时提高使用温度，增强耐磨、耐折性能，使其在高温条件下热收缩率接近零；
(5)将烧结后的玻璃纤维过滤材料置于浓度为0.06mol/L的高锰酸钾溶液中加热浸渍进行氧化处理，加热温度为75℃，氧化处理时间为25min；
(6)将步骤(5)氧化处理后的玻璃纤维过滤材料置于50℃的温水中进行水洗，再经轧辊挤出水份后在热风炉内进行烘干，烘干温度设为100℃；
(7)将烘干后的玻璃纤维过滤材料放入盛有化学浸润剂的双辊浸渍槽内浸泡，使玻璃纤维过滤材料饱含化学浸润剂，所述化学浸润剂是由以下原料按照质量百分比组成：聚四氟乙烯30％，285#硅油10％，丙烯酸树脂6％，偶联剂10％，醋酸铅0.8％，余量为软化水，所述偶联剂的制备方法是：取硅烷偶联剂1.0kg、酒精1.0kg、吐温-80 0.2kg，软化水7.8kg，加入胶体磨研磨10min制成偶联剂；所述化学浸润剂的制备方法是依次将聚四氟乙烯、285#硅油，丙烯酸树脂、偶联剂用软化水稀释后加入到双辊浸渍槽中，加入转子以60转/分的速度不停搅拌，然后添加醋酸铅，将pH调至6-8即可；
(8)将浸渍处理后的玻璃纤维过滤材料置于热风炉内的预烘干箱室和焙烘干箱室分别进行预烘及焙烘，预烘干箱室储布45m，温度设定为100℃，在该温区将水分蒸发，所述焙烘干箱室储布35m，温度设定为270℃，在该温区将浸渍的化学浸润剂完全固化在玻璃纤维过滤材料中，从而制得氟硅氧超细改性纤维过滤材料。
对实施例1-3制备的氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料进行机械物理性能检测，并且与未经改性的玻璃纤维过滤材料各项机械物理性能进行对比，检测及对比结果见表1：
表1机械物理性能检测指标
由表1可看出，氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的耐温度提高了232％，耐温度达到600℃以上，同时透气性降低，过滤精度得到了提高，同时，抗氧化性、耐酸性、耐磨耐折性都得到了提高，玻璃纤维过滤材料的整体性能都得到了提高，可广泛应用于钢铁、冶炼、水泥、燃煤锅炉、炭黑、电力行业，它使用寿命长、过滤粉尘精度高能够在较苛刻的工况环境中长期使用，根据国家环境保护烟气、粉尘排放标准的严格控制，氟硅氧超细改性纤维过滤材料的收尘率可达到99.99％，粉尘排放5-20mg/N·m3以下。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，该制备方法是按照如下步骤进行的：
(1)将无碱玻璃纤维制成玻璃纤维过滤材料；所述无碱玻璃纤维是单丝直径为3.5-5.5μm的E级玻璃纤维纱；
(2)将织成的玻璃纤维过滤材料进行热清洗；热清洗是将过滤材料置于经热风炉烘干的竖炉中，经导布辊往复储布30m，在500-550℃下进行热清洗；
(3)将热清洗的玻璃纤维过滤材料置于浸渍槽内，再加入酸沥滤处理液，将玻璃纤维过滤材料浸渍，然后水洗；
(4)将水洗后的玻璃纤维过滤材料烧结处理；具体是将水洗后的玻璃纤维过滤材料经30m高的经热风炉烘干的竖炉储布56m，在600-800℃的温度下进行烧结；
(5)将烧结后的玻璃纤维过滤材料置于高锰酸钾溶液中加热浸渍进行氧化处理；
(6)将步骤(5)氧化处理后的玻璃纤维过滤材料进行水洗、烘干；
(7)将烘干后的玻璃纤维过滤材料放入盛有化学浸润剂的双辊浸渍槽内浸泡，使玻璃纤维过滤材料饱含化学浸润剂，所述化学浸润剂是由以下原料按照质量百分比组成：聚四氟乙烯20-45％，285#硅油8-15％，丙烯酸树脂4-10％，偶联剂7-15％，醋酸铅0.7-1.0％，余量为软化水，所述偶联剂的制备方法是：取硅烷偶联剂1.0kg、酒精1.0kg、吐温-800.2kg，软化水7.8kg，加入胶体磨研磨10-20min制成偶联剂；
(8)将浸渍处理后的玻璃纤维过滤材料置于热风炉内的预烘干箱室和焙烘干箱室分别进行预烘及焙烘，化学浸润剂经循序渐进的温度烘干后有效地固化在玻璃纤维过滤材料中，从而制得氟硅氧超细改性纤维过滤材料。
2.如权利要求1所述的一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体是将玻璃纤维有捻及无捻纱经空气变形机蓬松、整经、掏综，再采用凸轮剑杆织布机和喷气式织布机按照需要的织物组织结构进行织造，所述织物组织结构包括一上三下斜纹、五枚三飞纬二重缎纹或斜纹纬二重。
3.如权利要求1所述的一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的浸渍槽为白钢槽，浸渍槽恒温控制在90-92℃，所述酸沥滤处理液的加入量为300-500kg，处理时间为1-3h，所述酸沥滤处理液由以下成分按照质量百分比组成：浓盐酸13-25％、硅烷偶联剂0.8-3.0％、软化水余量；所述水洗是将过滤材料在35-45℃循环水中冲洗，去除表面的余酸，使pH值在6-7之间达到中性效果。
4.如权利要求1所述的一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的高锰酸钾溶液浓度为0.05mol/L-0.10mol/L，加热温度为65-85℃，氧化处理时间为20-30min。
5.如权利要求1所述的一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)是将氧化处理后的玻璃纤维过滤材料置于40-60℃的温水中进行清洗，再经轧辊挤出水份后在热风炉内进行烘干，烘干温度设为90-120℃。
6.如权利要求1所述的一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)汇总所述化学浸润剂的制备方法是依次将聚四氟乙烯、285#硅油，丙烯酸树脂、偶联剂用软化水稀释后加入到双辊浸渍槽中，加入转子以60转/分的速度不停搅拌，然后添加醋酸铅，将pH调至6-8即可。
7.如权利要求1所述的一种氟硅氧超细改性玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)的预烘干箱室储布45m，温度设定为90-110℃，在该温区将水份蒸发，所述焙烘干箱室储布35m，温度设定为260-280℃，在该温区将浸渍的化学浸润剂完全固化在玻璃纤维过滤材料中。
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