CN109501408A - 一种复合滤料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合滤料及其制备方法。本发明提供的复合滤料包括依次接触的第一PTFE浸渍层，化学纤维网层，玻纤膨体布层和第二PTFE浸渍层。其中，化学纤维网层与玻纤膨体布层结合产生协同作用，能够产生优异的过滤性能、耐温耐性能，以及优异的强度性能，同时，在上述结合体的两侧复合PTFE浸渍层，有利于对微细粉尘的收集，进一步提升除尘效率，因此，所得使整体复合滤料具有优异的过滤性能、耐温耐腐蚀性能，使其使用工况广，使用寿命长。

Description

一种复合滤料及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，特别涉及一种复合滤料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国家对环保的日益重视，环保产业呈现了高速发展的态势。炭黑、钢铁、有色金属、化工、水泥、垃圾燃烧、燃煤发电等行业会产生粉尘烟气等，污染环境，通常需采用高温过滤材料进行处理。然而，上述行业中部分烟气排放点或扬尘点产生的烟气温度高、含酸性、碱性等物质，对过滤材料的过滤精度、耐温耐腐蚀等性能提出了更高的要求。
目前，高温过滤领域使用的过滤材料主要包括：玻璃纤维、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺、芳纶、聚四氟乙烯等，这些材料均存在一定的缺陷，过滤性能或耐受性等性能较差，所制得滤料的综合性能一般，而随着工业烟尘排放要求的日趋严格，上述材料逐渐不能满足实际使用需求，对高性能环保过滤材料的需求日益增加。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合滤料及其制备方法。本发明提供的复合滤料过滤效率高、耐温耐腐蚀性能好，能够适用的工况广，使用寿命长。
本发明提供了一种复合滤料，包括依次接触的第一PTFE浸渍层，化学纤维网层，玻纤膨体布层和第二PTFE浸渍层。
优选的，所述第一PTFE浸渍层的孔径＜化学纤维网层的孔径＜玻纤膨体布层的孔径＜第二PTFE浸渍层的孔径。
优选的，所述化学纤维网层中的化学纤维为芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、芳砜纶纤维中的一种或几种。
优选的，所述第一PTFE浸渍层和/或第二PTFE浸渍层采用的浸渍液由包含以下质量比的组分形成：
优选的，所述氟取代的烯烃为C2～C6的烯烃；
所述羧酸为C2～C6的羧酸；
所述聚烯烃醇为C2～C6的烯烃醇的聚合物。
优选的，所述氟取代的烯烃为六氟丙烯和/或四氟乙烯；
所述羧酸为乙酸；
所述聚烯烃醇为聚乙烯醇。
优选的，所述化学纤维网层为细旦化学纤维网层；
所述细旦化学纤维网层中化学纤维的单丝纤度≤1.25dtex；
所述玻纤膨体布层为超细玻纤膨体布层；
所述超细玻纤膨体布层中玻纤的直径为3.8～6μm；
所述化学纤维网层与玻纤膨体布层通过针刺和/或水刺工艺固结。
优选的，所述化学纤维网层的克重为200～350g/m2，孔径为0.1～3μm；
所述玻纤膨体布层的克重为350～620g/m2，孔径为0.5～5μm。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的复合滤料的制备方法，包括以下步骤：
a)将化学纤维网层与玻纤膨体布层通过针刺和/或水刺固结，得到复合体；
b)对所述复合体进行浸渍、干燥和热定型，得到复合滤料。
优选的，所述步骤b)中，浸渍的温度为20～45℃；
干燥的温度为90～160℃，时间为2～8min；
热定型的温度为220～250℃，时间为5～15min。
本发明提供了一种复合滤料，包括依次接触的第一PTFE浸渍层，化学纤维网层，玻纤膨体布层和第二PTFE浸渍层。其中，化学纤维网层与玻纤膨体布层结合产生协同作用，能够产生优异的过滤性能、耐温耐性能，以及优异的强度性能，同时，在上述结合体的两侧复合PTFE浸渍层，有利于对微细粉尘的收集，进一步提升除尘效率，因此，所得使整体复合滤料具有优异的过滤性能、耐温耐腐蚀性能，使其使用工况广，使用寿命长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例提供的复合滤料的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种复合滤料，包括依次接触的第一PTFE浸渍层，化学纤维网层，玻纤膨体布层和第二PTFE浸渍层。
参见图1，图1为本发明的一个实施例提供的复合滤料的示意图，其中，1为第一PTFE浸渍层，2为化学纤维网层，3为玻纤膨体布层，4为第二PTFE浸渍层。
本发明中，所述化学纤维网层2为由化学纤维处理形成的网层。所述化学纤维优选为芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、芳砜纶纤维中的一种或几种。
所述化学纤维网层2优选为细旦化学纤维网层，即纤维网层中的化学纤维为细旦化学纤维。更优选的，所述细旦化学纤维的单丝纤度≤1.25dtex。
所述化学纤维网层2的克重优选为200～350g/m2。在本发明的一些实施例中，所述化学纤维网层2为细旦芳纶化学纤维网层，其克重为240～260g/m2。在本发明的一些实施例中，所述化学纤维网层2为细旦P84(即聚酰亚胺)纤维网层，其克重为300～350g/m2。在本发明的一些实施例中，所述化学纤维网层2为细旦PPS(即聚苯硫醚)纤维网层，其克重为220～240g/m2。
所述化学纤维网层2的孔径优选为0.1～3μm。所述化学纤维网层2的厚度优选为0.2～0.8mm。
所述化学纤维网层2的来源没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的常规制备工艺制得即可，如将化学纤维原料拆包→均匀铺开→预处理→预开松→主开松→均匀混合→喂给→梳理成网。
其中，所述预处理优选为向化学纤维喷洒抗静电剂水溶液。所述抗静电剂水溶液的质量浓度优选为1％～3％。所述抗静电剂水溶液的喷洒量优选为0.1～0.3g/g纤维。本发明对所述抗静电剂的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的抗静电剂即可，优选为石墨烯、石墨和银纳米粉中的一种或几种。其中，在喷洒抗静电剂水溶液后，优选静置处理；所述静置的时间优选为5～15小时，更优选为12小时。进行上述预处理能够改善纤维蓬松性、以利于后续加工并增强成网后纤维间的抱合力。
其中，所述预开松是将预处理后的纤维经输送平帘喂给梳针开松机进行自由式开松，能够减少纤维损伤，同时使纤维束得到开松和分解，以利于后续加工；所述预开松的开松度优选为50～200kg/m3。经预开松后，进行主开松，所述主开松的开松度优选为100～150kg/m3。经上述开松处理后，进行混合和梳理，即得到化学纤维网。
本发明中，所述玻纤膨体布层3即为玻璃纤维膨体布层。膨体布指纤维原料经膨化处理后织造而成的布。所述玻纤膨体布层优选为超细玻纤膨体布层。更优选的，所述玻纤膨体布层中玻纤的直径优选为3.8～6μm。
所述玻纤膨体布层3的克重优选为350～620g/m2。所述玻纤膨体布层3的经纬强力优选为≥1650N。在本发明的一个实施例中，所述玻纤膨体布层3的克重为350g/m2，经纬强力≥1650N。在本发明的另一个实施例中，所述玻纤膨体布层3的克重为420g/m2，经纬强力≥1850N。在本发明的另一个实施例中，所述玻纤膨体布层3的克重为620g/m2，经纬强力≥2400N。
所述玻纤膨体布层3的孔径优选为0.5～5μm。所述玻纤膨体布层3的厚度优选为0.5～1.5mm。
所述玻纤膨体布层3的来源没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的常规制备工艺制得即可，如超细玻纤拉制成型→拉丝浸润处理→纺纱加工→膨体加工→织布→超细玻纤膨体布。
其中，拉制成型和拉丝浸润的方式和条件参数等没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的操作方式和常规条件执行即可。所述浸润剂的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的浸润剂即可，如酚醛树脂或石蜡微乳化剂等。所得超细玻纤的直径优选为3.8～6μm。
其中，所述膨体加工是指将超细玻纤纱经洁净的高压气流喷吹，使纱线表面形成无规则蓬松、毛圈等膨松状态，其膨化不匀率优选为＜0.8％。经膨体加工后，通过织布工艺织造成布即可。本发明中，所述织布工艺优选为斜纹工艺，更优选为1/3斜纹工艺。经织造后，得到玻纤膨体布，所述玻纤膨体布能够起加强筋作用，使复合滤料保持高抗拉强度和较好的尺寸稳定性，有利于延长滤料的使用寿命。
本发明将化学纤维网层与玻纤膨体布层复合，二者协同作用，能够产生优异的过滤性能、耐温耐酸碱性能。
本发明中，所述化学纤维网层2与玻纤膨体布层3优选通过针刺和/或水刺工艺固结。本发明对所述针刺、水刺的方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的常规针刺水刺工艺执行即可。优选的，先通过针刺进行预处理，再通过水刺进一步固结。在上述处理后，优选还进行修面后处理。通过上述工艺将二者固结，能够使化学纤维网层与玻纤膨体布达到最高的紧密度与抱合度，能够进一步增强材料的过滤效果，还能够增强滤料产品的强度。
本发明中，所述化学纤维网层2与玻纤膨体布层3作为中间复合体，其两侧分别复合第一PTFE浸渍层1和第二PTFE浸渍层4，使用时，与化学纤维网层2接触的第一PTFE浸渍层1正对烟尘方向，烟尘依次穿过第一PTFE浸渍层1、化学纤维网层2、玻纤膨体布层3和第二PTFE浸渍层4，复合于两侧的浸渍层孔径均匀、空隙致密，能够有效收集微细粉尘，进一步提升滤料的过滤效果。
本发明中，所述第一PTFE浸渍层1和/或第二PTFE浸渍层4采用的浸渍液为PTFE(即聚四氟乙烯)基浸渍液；优选的，所述浸渍液由包含以下质量比的组分形成：
其中，所述聚四氟乙烯乳液的固含量优选为55wt％～65wt％，更优选为60wt％。本发明对所述聚四氟乙烯乳液的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
其中，所述硅烷偶联剂优选包括KH550和KH570中的一种或几种。本发明对所述硅烷偶联剂的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。
其中，所述聚氨酯水溶液中聚氨酯含量优选为25wt％～35wt％，更优选为30wt％。本发明对所述聚氨酯水溶液的来源没有特殊限制，为一般市售品或按照本领域技术人员熟知的配制方式制得即可。
其中，所述氟取代的烯烃优选为C2～C6的烯烃，更优选为全氟取代的C2～C6的烯烃，进一步优选为六氟丙烯和/或四氟乙烯。
其中，所述羧酸优选为C2～C6的羧酸，更优选为乙酸。所述聚烯烃醇优选为C2～C6的烯烃醇的聚合物，更优选为聚乙烯醇。所述水优选为蒸馏水或去离子水。
本发明中，在配制浸渍液时，上述各组分的混料顺序没有特殊限制，能够将各组分混合均匀即可。具体的，可为：a)将聚四氟乙烯乳液和硅烷偶联剂混合，得到混合液；b)将羧酸或聚烯烃醇、氯取代的烯烃、聚氨酯水溶液、水与步骤a)所得混合液混合，得到浸渍液。其中，所述步骤a)中，混合的温度优选为20～45℃，所述混合的时间优选为20～40min。所述混合的方式没有特殊限制，能够将各组分混匀即可，如可通过搅拌进行混合。在具体实施例中，可先将聚四氟乙烯乳液在20～45℃下搅拌一定时长，再加入硅烷偶联剂继续搅拌均匀。其中，所述步骤b)中混合的方式没有特殊限制，能够将各组分混匀即可，如可通过搅拌进行混合。
本发明中，将化学纤维网层2与玻纤膨体布层3的复合体浸渍于上述浸渍液后，进行干燥和热定型，即可在复合体两侧分别形成第一PTFE浸渍层和第二PTFE浸渍层。其中，所述浸渍的温度优选为20～45℃。所述干燥的温度优选为90～160℃；所述干燥的时间优选为2～8min。所述热定型的温度优选为220～250℃；所述热定型的时间优选为5～15min。
本发明中，所述第一PTFE浸渍层的厚度优选为0.05～0.1mm。所述第二PTFE浸渍层的厚度优选为0.05～0.1mm。
本发明中，优选的，所述第一PTFE浸渍层的孔径＜化学纤维网层的孔径＜玻纤膨体布层的孔径＜第二PTFE浸渍层的孔径。
化学纤维网层2与玻纤膨体布层3的复合体经上述浸渍处理后，在复合体两侧形成孔径均匀、孔隙致密的浸渍层，有利于对微细粉尘收集，进一步提升除尘效率；而且，经浸渍处理后，化学纤维层2表面形成孔径更小的浸渍层，玻纤膨体布层3表面形成孔径更大的浸渍层，沿第一PTFE浸渍层1-化学纤维网层2-玻纤膨体布层3-第二PTFE浸渍层4，孔径逐渐增大，形成前窄后宽的高速气流通道，有利于气流顺利通过，且滤料内层不易积尘，保持滤料长期运行后具有既低且稳定的阻力，能够减少清灰次数，节约能源，同时还能延长滤料的使用寿命。
本发明还提供了一种上述技术方案中所述复合滤料的制备方法，包括以下步骤：
a)将化学纤维网层与玻纤膨体布层通过针刺和/或水刺固结，得到复合体；
b)对所述复合体进行浸渍、干燥和热定型，得到复合滤料。
其中，所述化学纤维网层与玻纤膨体布层的种类、克重、孔径、厚度等特征与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。所述化学纤维网层与玻纤膨体布层的来源与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。
本发明对步骤a)中将化学纤维网层与玻纤膨体布层针刺或水刺的方式没有特殊限制，按照本领域技术人员熟知的针刺或水刺工艺执行即可。
所述步骤b)中，浸渍采用的浸渍液与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。所述浸渍的温度优选为20～45℃。所述干燥的温度优选为90～160℃；所述干燥的时间优选为2～8min。所述热定型的温度优选为220～250℃；所述热定型的时间优选为5～15min。
经上述制备过程后，得到复合滤料，包括依次接触的第一PTFE浸渍层，化学纤维网层，玻纤膨体布层和第二PTFE浸渍层。其各层特征与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。所得复合滤料的克重优选为400～1200g/m2。
本发明将化学纤维网层与玻纤膨体布层复合，二者协同作用，能够产生优异的过滤性能、耐温耐酸碱性能；在其基础上形成孔径均匀、孔隙致密的浸渍层，有利于对微细粉尘收集，进一步提升除尘效率。而且，经浸渍处理后，化学纤维层2表面形成孔径更小的浸渍层，玻纤膨体布层3表面形成孔径更大的浸渍层，沿第一PTFE浸渍层1-化学纤维网层2-玻纤膨体布层3-第二PTFE浸渍层4，孔径逐渐增大，形成前窄后宽的高速气流通道，有利于气流顺利通过，且滤料内层不易积尘，保持滤料长期运行后具有既低且稳定的阻力，能够减少清灰次数，节约能源，同时还能延长滤料的使用寿命。所得复合滤料可制成袋式除尘器广泛应用于各类复杂工况的高温烟尘过滤。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。以下实施例中，超细玻纤的玻纤直径为3.8～6μm；浸润处理采用的浸润剂为酚醛树脂；膨体加工的膨化不匀率＜0.8％；玻纤膨体布层的孔径为0.5～5μm，厚度为0.5～1.5mm。细旦化学纤维原料中纤维的单丝纤度≤1.25dtex；抗静电剂水溶中的抗静电剂为石墨烯；化学纤维网层的孔径为0.1～3μm，厚度为0.2～0.8mm。
实施例1
S1：超细玻纤拉制成型→拉丝浸润处理→纺纱加工→膨体加工→1/3斜纹工艺织布，制成350g/m2超细玻纤膨体布，经纬强力≥1650N。
S2：细旦芳纶纤维原料拆包→均匀铺开→喷洒3％抗静电剂水溶液→静置12小时→预开松→主开松→棉箱混合→梳理成网，制成240～260g/m2芳纶纤维网。
S3：将超细玻纤膨体布与芳纶纤维网通过预针刺-水刺-修面，得到复合体。
S4：将所得复合体进行浸渍处理后，于100℃下干燥5min，再在230℃下热定型10min，得到克重为600g/m2复合滤料；
上述浸渍处理采用的浸渍液配方如下：
聚四氟乙烯乳液(固含量60wt％)60％，硅烷偶联剂KH550 1％，聚氨酯水溶液(含聚氨酯30wt％)5％，六氟丙烯3wt％，乙酸1wt％，蒸馏水余量。
实施例2
S1：超细玻纤拉制成型→拉丝浸润处理→纺纱加工→膨体加工→1/3斜纹工艺织布，制成420g/m2超细玻纤膨体布，经纬强力≥1850N。
S2：细旦P84纤维原料拆包→均匀铺开→喷洒3％抗静电剂水溶液→静置12小时→预开松→主开松→棉箱混合→梳理成网，制成300～350g/m2的P84纤维网。
S3：将超细玻纤膨体布与芳纶纤维网通过预针刺-水刺-修面，得到复合体。
S4：将所得复合体进行浸渍处理后，于120℃下干燥4min，再在240℃下热定型8min，得到克重为750g/m2复合滤料；
上述浸渍处理采用的浸渍液配方如下：
聚四氟乙烯乳液(固含量60wt％)70％，硅烷偶联剂KH570 3％，聚氨酯水溶液(含聚氨酯30wt％)6％，四氟乙烯5wt％，聚乙烯醇2wt％，蒸馏水余量。
实施例3
S1：超细玻纤拉制成型→拉丝浸润处理→纺纱加工→膨体加工→1/3斜纹工艺织布，制成620g/m2超细玻纤膨体布，经纬强力≥2400N。
S2：细旦PPS纤维原料拆包→均匀铺开→喷洒3％抗静电剂水溶液→静置12小时→预开松→主开松→棉箱混合→梳理成网，制成220～240g/m2的PPS纤维网。
S3：将超细玻纤膨体布与芳纶纤维网通过预针刺-水刺-修面，得到复合体。
S4：将所得复合体进行浸渍处理后，于100℃下干燥5min，再在220℃下热定型12min，得到克重为850g/m2复合滤料；
上述浸渍处理采用的浸渍液配方如下：
聚四氟乙烯乳液(固含量60wt％)80％，硅烷偶联剂KH570 5％，聚氨酯水溶液(含聚氨酯30wt％)8％，四氟乙烯8wt％，聚乙烯醇8wt％，蒸馏水余量。
实施例4
对实施例1～3所得复合滤料进行各项性能检测，测试结果参见表1。其中，耐酸性的测试参照GB/T 9339，耐碱性的测试参照GB/T 9339，耐磨性的测试参照GB 1768，水解稳定性的测试参照GB/T 21855。
表1实施例1～3所得复合滤料的性能
由以上测试结果可以看出，本发明制得的复合滤料具有高过滤效率，且具有优异的耐酸碱、耐磨性、耐温和水解稳定性，能够应用于各种复杂工况，且有利于延长其使用寿命。
实施例5～6
实施例5：按照实施例1的制备过程进行，不同的是，将化学纤维芳纶纤维替换为聚四氟乙烯纤维。
实施例6：按照实施例2的制备过程进行，不同的是，将化学纤维P84纤维替换为芳砜纶纤维。
按照实施例4的测试方法对实施例5～6所得复合滤料进行性能测试，结果参见表2。
表2实施例5～6所得复合滤料的性能
本发明提供了一种复合滤料，包括依次接触的第一PTFE浸渍层，化学纤维网层，玻纤膨体布层和第二PTFE浸渍层。由以上测试结果可知，本发明提供的复合滤料具有高过滤效率，且具有优异的耐酸碱、耐磨性、耐温和水解稳定性，能够应用于各种复杂工况，且有利于延长其使用寿命。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种复合滤料，其特征在于，包括依次接触的第一PTFE浸渍层，化学纤维网层，玻纤膨体布层和第二PTFE浸渍层。
2.根据权利要求1所述的复合滤料，其特征在于，所述第一PTFE浸渍层的孔径＜化学纤维网层的孔径＜玻纤膨体布层的孔径＜第二PTFE浸渍层的孔径。
3.根据权利要求1所述的复合滤料，其特征在于，所述化学纤维网层中的化学纤维为芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、芳砜纶纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的复合滤料，其特征在于，所述第一PTFE浸渍层和/或第二PTFE浸渍层采用的浸渍液由包含以下质量比的组分形成：
5.根据权利要求4所述的复合滤料，其特征在于，所述氟取代的烯烃为C2～C6的烯烃；
所述羧酸为C2～C6的羧酸；
所述聚烯烃醇为C2～C6的烯烃醇的聚合物。
6.根据权利要求4或5所述的复合滤料，其特征在于，所述氟取代的烯烃为六氟丙烯和/或四氟乙烯；
所述羧酸为乙酸；
所述聚烯烃醇为聚乙烯醇。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的复合滤料，其特征在于，所述化学纤维网层为细旦化学纤维网层；
所述细旦化学纤维网层中化学纤维的单丝纤度≤1.25dtex；
所述玻纤膨体布层为超细玻纤膨体布层；
所述超细玻纤膨体布层中玻纤的直径为3.8～6μm；
所述化学纤维网层与玻纤膨体布层通过针刺和/或水刺工艺固结。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的复合滤料，其特征在于，所述化学纤维网层的克重为200～350g/m2，孔径为0.1～3μm；
所述玻纤膨体布层的克重为350～620g/m2，孔径为0.5～5μm。
9.一种权利要求1～8中任一项所述的复合滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将化学纤维网层与玻纤膨体布层通过针刺和/或水刺固结，得到复合体；
b)对所述复合体进行浸渍、干燥和热定型，得到复合滤料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中，浸渍的温度为20～45℃；
干燥的温度为90～160℃，时间为2～8min；
热定型的温度为220～250℃，时间为5～15min。
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