CN112007428B - 一种复合塑烧板及其制备方法和塑烧板式除尘器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合塑烧板及其制备方法和塑烧板式除尘器。该复合塑烧板包括塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的增强材料，增强材料包括增强纤维、网状织物中的一种或两种；所述网状织物由增强纤维编织而成，网状织物沿平行于复合塑烧板的长度方向设置。本发明提供的复合塑烧板，通过增强材料对塑烧板进行改性，可增强塑烧板的抗拉强度和模量，从而避免塑烧板在反复反吹冲洗过程中破裂损坏。

Description

一种复合塑烧板及其制备方法和塑烧板式除尘器

技术领域

本发明属于塑烧板(烧结板)领域，具体涉及一种复合塑烧板及其制备方法和塑烧板式除尘器。

背景技术

现有传统的袋式粉尘过滤材料对粉尘有很好的拦截与捕捉效果，在许多领域得到了广泛的应用，已成为环境保护的重要技术手段。但是，袋式除尘器也有很多不足，如排放浓度高、使用寿命短，更换频率高，能耗大等。而且，随着国家对环保的日益严格，排放标准逐渐提高，袋式除尘器已不能适应新的要求。为了解决这些问题，近些年人们开发出了称为塑烧板式除尘器来替代袋式除尘器。

塑烧板式除尘器是目前世界上较先进的除尘设备之一，其中塑烧板是除尘器的核心元件。授权公告号为CN105944424B的中国发明专利公开了一种塑烧板的制作方法。塑烧板的加工制作工艺是选用一定粒径的塑烧粉末颗粒(高密度聚乙烯粉末、超高分子量聚乙烯粉末、聚四氟乙烯粉末、聚苯硫醚粉末、聚砜粉末等，也可适配填充剂)置入模具中，在一定的温度和时间的控制下，烧结成的微孔塑料制品，在加热烧结过程中，塑烧颗粒之间发生粘连，未发生粘连的空隙部分即形成微小的贯通孔径。塑烧板在工作时，当含有杂质的液、气流体在一定的压力下由塑烧板外表面通过时，洁净的流体由贯通的微孔通过，而杂质则被阻留在微孔之外的工作面表层；当杂质在工作面表面积累到一定程度，妨碍和影响流体通过时，须对表面积累物进行清除，通常采用大于正向工作压力的高压流体从反向进行瞬间喷吹使表面杂质脱落，从而达到反冲洗的效果，之后再循环进入下一轮的除尘工作。

由于反冲洗的压力及频次较高，塑烧板会因此发生频繁的变形，而且传统塑烧板材料的抗拉强度较小(一般只有4MPa左右)，这会导致塑烧板容易破裂而损坏，这降低了除尘器滤芯的使用寿命也增加了使用成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合塑烧板，以解决现有塑烧板的抗拉强度小的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述复合塑烧板的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种使用上述复合塑烧板的塑烧板式除尘器。

为实现上述目的，本发明的复合塑烧板的技术方案是：

一种复合塑烧板，包括塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的增强材料，增强材料包括增强纤维、网状织物中的一种或两种；所述网状织物由增强纤维编织而成，网状织物沿平行于复合塑烧板的长度方向设置。

本发明提供的复合塑烧板，通过增强材料对塑烧板进行改性，可增强塑烧板的抗拉强度和模量，从而避免塑烧板在反复反吹冲洗过程中破裂损坏。

为实现更好的增强效果，同时不影响其过滤性能，优选的，所述网状织物的网孔目数为60-200目。

所述网状织物由直径为1-17μm的单根纤维丝，或2-10根所述纤维丝形成的细丝束编织而成。优选的，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、化学纤维、金属纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上组合；所述化学纤维选自高密度聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚苯砜酰胺纤维中的一种或两种以上组合。所述金属纤维为不锈钢纤维、铜纤维中的一种或两种组合。以上增强纤维可以为短纤维或连续纤维，均属于市售常规产品。

所述塑料过滤基体所使用的树脂材料为聚丙烯、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺中的一种或两种以上的组合。以上树脂材料均为粉末状塑料，可根据塑烧板的使用温度范围选择相应的树脂材料品种。

本发明的复合塑烧板的制备方法的技术方案是：

一种复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：将制备塑料过滤基体的原料粉末、活化处理的增强纤维混匀、振实，梯度烧结；或者将制备塑料过滤基体的原料粉末、活化处理的网状织物分层摊铺、振实，梯度烧结。

本发明提供的塑烧板的制备方法，对原料的适用范围广，生产工艺简单，通过原料和烧结工艺选择，可调节塑烧板制品的孔径、孔隙率以获得相应的过滤效果，从而满足不同的过滤需求。

活化处理的增强纤维(或网状织物)为使用偶联剂对增强纤维(或网状织物)进行表面处理。相关过程可参考相关现有技术。

为使烧结高分子材料具有抗老化性能，或者增加材料的抗静电性，按照传统的方法在原料粉末中加入相应种类及数量的抗老化剂，或抗静电剂。相关过程可参考相关现有技术。

所述梯度烧结包括至少三段式烧结，各段烧结的烧结温度依次增加，以使树脂粉末受热尽可能均匀，避免过烧和欠烧；相邻两段烧结之间的烧结温度之差为30-100℃；所述原料粉末包括树脂粉末，所述树脂粉末为聚丙烯时，烧结温度为80-150℃；

所述树脂粉末为超高分子量聚乙烯时，烧结温度为100-200℃；

所述树脂粉末为聚四氟乙烯时，烧结温度为100-370℃；

所述树脂粉末为聚苯硫醚时，烧结温度为150-310℃；

所述树脂粉末为聚醚醚酮时，烧结温度为150-280℃；

所述树脂粉末为聚酰亚胺时，烧结温度为180-350℃。

优选的，所述树脂粉末为聚丙烯时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为80℃，保温时间为20min，第二段烧结的温度为110℃，保温时间为20min，第三段烧结的温度为150℃，保温时间为20min；

所述树脂粉末为超高分子量聚乙烯时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为100℃，保温时间为30min，第二段烧结的温度为150℃，保温时间为30min，第三段烧结的温度为200℃，保温时间为20min；

所述树脂粉末为聚四氟乙烯时，所述梯度烧结为四段式烧结，第一段烧结的温度为100℃，保温时间为30min，第二段烧结的温度为200℃，保温时间为30min，第三段烧结的温度为300℃，保温时间为50min，第四段烧结的温度为370℃，保温时间为60min；

所述树脂粉末为聚苯硫醚时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为150℃，保温时间为30min，第二段烧结的温度为270℃，保温时间为2h，第三段烧结的温度为310℃，保温时间为1h；

所述树脂粉末为聚醚醚酮时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为150℃，保温时间为60min，第二段烧结的温度为220℃，保温时间为40min，第三段烧结的温度为280℃，保温时间为90min；

所述树脂粉末为聚酰亚胺时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为180℃，保温时间为50min，第二段烧结的温度为250℃，保温时间为2h，第三段烧结的温度为350℃，保温时间为1h。

针对采用增强纤维的情形，树脂粉末与增强纤维的质量比优选为(70-95):(30-5)。

通过采用以上梯度烧结工艺，可最终获得孔径分布相对均匀、孔隙率相对高的烧结制品，而且对提高制品的抗拉强度和模量有益。

本发明的塑烧板式除尘器的技术方案是：

一种塑烧板式除尘器，包括塑烧板滤芯，所述塑烧板滤芯采用上述复合塑烧板。

使用上述复合塑烧板形式的滤芯，滤芯的强度得到提升，可提高塑烧板式除尘器的连续工作时间，增加除尘器在工业应用时的适应性。

具体实施方式

下面结合具体对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，增强纤维、网状织物在复合前均使用硅烷偶联剂进行活化处理，具体的活化处理为现有技术，在该处不再说明。

一、本发明的复合塑烧板及其制备方法的具体实施例

实施例1

本实施例的复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：

1)选取分子量为350万、粒径为60-80目的超高分子量聚乙烯为树脂基材粉末；以5根纤维丝(单根纤维丝的直径为1μm)形成的纤维丝束进行编织加工，制成100目的T300碳纤维网状织物作为增强材料。

2)将模腔高度为6mm的模具水平放置，分别间隔摊铺树脂粉末和网状织物，由下至上分别为一至五层，其中一层、三层和五层为树脂粉末，二层和四层为碳纤维网状织物，平均摊铺树脂粉末厚度，每层摊铺后进行振动以使物料密实，合模后按实际使用方向垂直放置，再经振动后放入烧结炉。

3)在烧结炉中进行三段式梯度烧结，第一段烧结温度为100℃，直接将模具放进100℃的炉子中保温30min，第二段烧结温度为150℃，升温速度为10℃/min，保温30min，第三段烧结温度为200℃，升温速度为5℃/min，保温20min。烧结完成后，以10℃/min的速度降至室温，打开模具，取出烧结制品。

本实施例得到6mm厚超高分子量聚乙烯-碳纤维织物复合微孔烧结板，包括超高分子量聚乙烯塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的碳纤维织物，碳纤维织物沿平行于复合塑烧板的长度方向设置。

实施例2

本实施例的复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：

1)选择分子量1000万、粒径为80-120目的聚四氟乙烯树脂干粉为树脂基材粉末；选用直径为5μm、目数为150-200目的不锈钢丝网作增强材料。

2)将模腔高度为10mm的模具水平放置，分别间隔摊铺聚四氟乙烯粉和不锈钢丝网，一层、三层、五层和七层为聚四氟乙烯粉，二层、四层和六层为不锈钢纤维网。平均摊铺树脂粉末厚度，每层摊铺后进行在振动以使物料密实。合模后按实际使用方向垂直放置，再经振动后放进烧结炉。

3)在烧结炉中进行四段式梯度烧结。第一段烧结温度为100℃，保温时间为30min，模具直接放入；第二段烧结温度为200℃，升温速度为10℃/min，保温时间为30min；第三段烧结温度为300℃、升温速度为5℃/min，保温时间为50min；第四段烧结温度为370℃，升温速度为5℃/min，保温1h。烧结完成后，以10℃/min的速度降至室温，打开模具，取出烧结制品。

本实施例得到10mm厚聚四氟乙烯-不锈钢丝网复合微孔烧结板，包括聚四氟乙烯塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的不锈钢丝网，不锈钢丝网沿平行于复合塑烧板的长度方向设置。

实施例3

本实施例的复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：

1)选取P2型、粒径为100-150目的聚苯硫醚为树脂基材粉末；以10根纤维丝(单根纤维丝的直径为17μm)形成的纤维丝束进行编织加工，制成150-200目的玄武岩纤维网状织物作为增强材料。

2)将模腔高度为4mm的模具水平放置，分别间隔摊铺聚苯硫醚粉和玄武岩纤维织物，一层、三层为聚苯硫醚粉，中间层为玄武岩纤维织物。平均摊铺树脂粉末厚度，每层摊铺后进行在振动以使物料密实。合模后按实际使用方向垂直放置，再经振动后放进烧结炉。

3)在烧结炉中进行三段式梯度烧结。第一段烧结温度为150℃，保温时间为30min，模具直接放入；第二段烧结温度为270℃，升温速度为10℃/min，保温2h；第三段烧结温度为310℃，升温速度为5℃/min，保温时间为1h。烧结完成后，以10℃/min的速度降至室温，打开模具，取出烧结制品。

本实施例得到4mm后聚苯硫醚-玄武岩纤维织物复合微孔烧结板，包括聚苯硫醚塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的玄武岩纤维网状织物，玄武岩纤维网状织物沿平行于复合塑烧板的长度方向设置。

实施例4

本实施例的复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：

1)选用分子量在400万、粒径为80-100目的超高分子量聚乙烯为树脂基材粉末；选用径为1μm、长度在10mm的超高分子量聚乙烯短纤维做增强材料。

2)将超高分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯短纤维(分子量为400万)按质量比80：20混合，混合后在水平放置的模腔高度为6mm的模具中装填，摊铺后进行再振动以使物料密实，合模后按实际使用方向垂直放置，再经振动后放进烧结炉。

3)在烧结炉中，进行三段式烧结。第一段烧结温度为100℃，直接将模具放进100℃的烧结炉中保温30min；第二段为150℃，升温速度为10℃/min，保温30min；第三段为200℃，升温速度为5℃/min，保温20min。烧结完成后，以10℃/min的速度降至室温，打开模具，取出烧结制品。

本实施例得到6mm厚超高分子量聚乙烯-超高分子量聚乙烯短纤维复合微孔烧结板，包括超高分子量聚乙烯塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的超高分子量聚乙烯短纤维。

实施例5

本实施例的复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：

1)选用分子量在重均分子量在40000-70000、粒径为80-100目的聚醚醚酮为树脂基材粉末；以3根纤维丝(单根纤维丝的直径为10μm)形成的纤维丝束进行编织加工，制成150-200目的玄武岩纤维网状织物作为增强材料。

2)将模腔高度为6mm的磨具水平放置，分层摊铺聚醚醚酮粉和玄武岩网状织物，其中由下至上，一层、三层为聚醚醚酮粉，二层为玄武岩网状织物，平均摊铺树脂粉末厚度，每层摊铺后进行再振动以使物料密实，合模后按实际使用方向垂直放置，再经振动后放进烧结炉。

3)在烧结炉中，进行三段式烧结。第一段烧结温度为150℃，直接将模具放进150℃的烧结炉中保温60min；第二段为220℃，升温速度为10℃/min，保温40min；第三段为280℃，升温速度为5℃/min，保温90min。烧结完成后，以10℃/min的速度降至室温，打开模具，取出烧结制品。

本实施例得到6mm厚聚醚醚酮-玄武岩纤维织物复合微孔烧结板，包括聚醚醚酮塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的玄武岩纤维网状织物，玄武岩纤维网状织物沿平行于复合塑烧板的长度方向设置。

实施例6

本实施例的复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：

1)选用分子量在400万、粒径为80-100目的聚酰亚胺为树脂基材粉末；选用直径为5μm、目数为150-200目的不锈钢丝网作增强材料。

2)参考实施例5中步骤2)的方法摊铺各层物料，合模后按实际使用方法垂直放置，再经振动后放进烧结炉。

3)在烧结炉中，进行三段式烧结。第一段烧结温度为180℃，直接将模具放进180℃的烧结炉中保温40min；第二段为250℃，升温速度为10℃/min，保温180min；第三段为350℃，升温速度为5℃/min，保温60min。烧结完成后，以10℃/min的速度降至室温，打开模具，取出烧结制品。

本实施例得到6mm厚聚酰亚胺-不锈钢丝网复合微孔烧结板，包括聚酰亚胺塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的不锈钢丝网，不锈钢丝网沿平行于复合塑烧板的长度方向设置。

实施例7

本实施例的复合塑烧板的制备方法，包括以下步骤：

1)选用注塑级、粒径为80-100目的聚丙烯为树脂基材粉末；选用长度在5-15mm的聚丙烯短纤作增强材料。

2)将聚丙烯粉末和聚丙烯短纤维按质量比75：25混合，混合后在水平放置的模腔高度为6mm的模具中装填，摊铺后进行再振动以使物料密实，合模后按实际使用方向垂直放置，再经振动后放进烧结炉。

3)在烧结炉中，进行三段式烧结。第一段烧结的温度为80℃，保温时间为20min，第二段烧结的温度为110℃，保温时间为20min，第三段烧结的温度为150℃，保温时间为20min。烧结完成后，以10℃/min的速度降至室温，打开模具，取出烧结制品。

本实施例得到6mm厚聚丙烯-聚丙烯纤维复合微孔烧结板，包括聚丙烯塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的聚丙烯短纤维。

以上是平板模具生产平板型微孔烧结板的实施例。如生产波浪形板式或波浪形空心圆柱型微孔烧结过滤器，由于纤维织物不易铺设，以短纤维复合为主。通过树脂的选择，可使使用温度在70-200℃范围内可调。

在本发明的其他实施例中，针对使用增强纤维的情形，树脂粉末与增强纤维的质量比可以调整为70:30、90:10、95:5等，参考以上实施例4的方法，可得到具有相应增强效果的复合塑烧板。

二、本发明的塑烧板式除尘器，与现有塑烧板式除尘器的结构相同，区别仅在于，滤芯采用上述实施例的复合塑烧板形成滤芯。

三、实验例

对实施例1-6的复合塑烧板的拉伸强度、弯曲模量和孔隙率进行测试，结果如下表1所示。表1中，“复合”为实施例的测试数据，“非复合”为采用实施例相同工艺，但不添加增强材料的塑烧板的测试数据。

表1实施例1-6的复合塑烧板的性能测试结果

由表1的实施结果可知，实施例的复合塑烧板具有较高的拉伸强度和弯曲模量，能够满足塑烧板滤芯反复冲洗的要求。

Claims (6)

1.一种复合塑烧板，其特征在于，包括塑料过滤基体和复合在塑料过滤基体中的增强材料，增强材料包括增强纤维、网状织物中的一种或两种；所述网状织物由增强纤维编织而成，网状织物沿平行于复合塑烧板的长度方向设置；

所述网状织物的网孔目数为60-200目；所述网状织物由直径为1-17μm的单根纤维丝，或2-10根所述纤维丝形成的细丝束编织而成；

所述复合塑烧板的制备方法包括以下步骤：将制备塑料过滤基体的原料粉末、活化处理的增强纤维混匀、振实，梯度烧结；或者将制备塑料过滤基体的原料粉末、活化处理的网状织物分层摊铺、振实，梯度烧结；

所述塑料过滤基体所使用的树脂材料为聚丙烯、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺中的一种或两种以上的组合；

所述梯度烧结包括至少三段式烧结，各段烧结的烧结温度依次增加，相邻两段烧结之间的烧结温度之差为30-100℃；

所述原料粉末包括树脂粉末，所述树脂粉末为聚丙烯时，烧结温度为80-150℃；

所述树脂粉末为超高分子量聚乙烯时，烧结温度为100-200℃；

所述树脂粉末为聚四氟乙烯时，烧结温度为100-370℃；

所述树脂粉末为聚苯硫醚时，烧结温度为150-310℃；

所述树脂粉末为聚醚醚酮时，烧结温度为150-280℃；

所述树脂粉末为聚酰亚胺时，烧结温度为180-350℃。

2.如权利要求1所述的复合塑烧板，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、化学纤维、金属纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上组合；所述化学纤维选自高密度聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚苯砜酰胺纤维中的一种或两种以上组合。

3.如权利要求2所述的复合塑烧板，其特征在于，所述金属纤维为不锈钢纤维、铜纤维中的一种或两种组合。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的复合塑烧板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将制备塑料过滤基体的原料粉末、活化处理的增强纤维混匀、振实，梯度烧结；或者将制备塑料过滤基体的原料粉末、活化处理的网状织物分层摊铺、振实，梯度烧结；

所述梯度烧结包括至少三段式烧结，各段烧结的烧结温度依次增加，相邻两段烧结之间的烧结温度之差为30-100℃；

所述原料粉末包括树脂粉末，所述树脂粉末为聚丙烯时，烧结温度为80-150℃；

所述树脂粉末为超高分子量聚乙烯时，烧结温度为100-200℃；

所述树脂粉末为聚四氟乙烯时，烧结温度为100-370℃；

所述树脂粉末为聚苯硫醚时，烧结温度为150-310℃；

所述树脂粉末为聚醚醚酮时，烧结温度为150-280℃；

所述树脂粉末为聚酰亚胺时，烧结温度为180-350℃。

5.如权利要求4所述的复合塑烧板的制备方法，其特征在于，所述树脂粉末为聚丙烯时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为80℃，保温时间为20min，第二段烧结的温度为110℃，保温时间为20min，第三段烧结的温度为150℃，保温时间为20min；

所述树脂粉末为超高分子量聚乙烯时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为100℃，保温时间为30min，第二段烧结的温度为150℃，保温时间为30min，第三段烧结的温度为200℃，保温时间为20min；

所述树脂粉末为聚四氟乙烯时，所述梯度烧结为四段式烧结，第一段烧结的温度为100℃，保温时间为30min，第二段烧结的温度为200℃，保温时间为30min，第三段烧结的温度为300℃，保温时间为50min，第四段烧结的温度为370℃，保温时间为60min；

所述树脂粉末为聚苯硫醚时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为150℃，保温时间为30min，第二段烧结的温度为270℃，保温时间为2h，第三段烧结的温度为310℃，保温时间为1h；

所述树脂粉末为聚醚醚酮时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为150℃，保温时间为60min，第二段烧结的温度为220℃，保温时间为40min，第三段烧结的温度为280℃，保温时间为90min；

所述树脂粉末为聚酰亚胺时，所述梯度烧结为三段式烧结，第一段烧结的温度为180℃，保温时间为50min，第二段烧结的温度为250℃，保温时间为2h，第三段烧结的温度为350℃，保温时间为1h。

6.一种塑烧板式除尘器，其特征在于，包括塑烧板滤芯，所述塑烧板滤芯采用如权利要求1-3中任一项所述的复合塑烧板。