CN112370865B - 含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料及其制备方法，属于过滤材料技术领域。按质量百分比计，该过滤材料由如下组分组成：芳纶纤维0.1‑90％，B型硼硅酸盐玻璃纤维5‑85％和含环氧基团的热固性聚合物树脂1‑15％。该过滤材料不但可以满足过滤效率和纳污量的要求，而且具有成本低，化学物质，特别是二氧化硅析出少的特点，可以满足核电站水过滤材料对硅析出的要求。将多层该过滤材料复合使用，使各层结构之间形成一定的孔隙梯度，不但能够进一步提高纳污容量，还能提高过滤器的使用寿命。该材料制备方法简单，易操作，且成本低，适合工业化生产。

Description

含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明属于过滤材料技术领域，具体涉及含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料及其制备方法。
背景技术
芳纶纤维(Aramid fiber)全称为"芳香族聚酰胺纤维"，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。
专利US5529844披露了一种不含粘结树脂的小孔径的芳纶纤维过滤纸，同时该材料还有抗菌功能；专利PCT/EP2019/063636披露了一种聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)树脂增强的芳纶纸，由至少90％的芳纶纤维和0.1-10％的PAE树脂组成，其中芳纶纤维的芳纶短切纤维和芳纶浆粕的混合物，PAE树脂的加入，显著地增强了芳纶纸的Z向结合强度和撕裂强度。但随着过滤要求的不断提高，对于过滤材料在透气度、过滤效率、纳污容量等性能方面也提出了更高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料；目的之二在于提供含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料，其特征在于，所述过滤材料由如下组分组成：芳纶纤维0.1-90％，B型硼硅酸盐玻璃纤维5-85％和含环氧基团的热固性聚合物树脂1-15％。
优选的，所述过滤材料克重为10-1000g/m2，厚度为0.1-50mm，透气度为2-500L/m2/s，平均孔径为0.1-30μm，过滤精度为0.1-25μm，纳污量在60g/m2以上，硅析出量低于50ppm。
优选的，所述过滤材料为单层结构或双层梯度结构。
优选的，所述芳纶纤维为芳纶浆粕纤维，所述芳纶浆粕纤维的长度为0.5-5.0mm，直径为0.1-35μm，比表面积为3-20m2/g。
优选的，所述芳纶浆粕纤维的比表面积为8-15m2/g。
优选的，所述芳纶浆粕纤维为间位芳纶浆粕纤维或对位芳纶浆粕纤维。
优选的，所述B型硼硅酸盐玻璃纤维，按质量百分比计，包括如下组分：SiO2 55-60％、CaO 1-5％、Al2O3 4-7％、B2O3 8-11％、MgO<2％、Na2O 9.5-13.5％、K2O 1-4％、ZnO 2-5％、Fe2O3<0.2％、BaO 3-6％，直径为0.1-8μm。
优选的，所述含环氧基团的热固性聚合物树脂为水性环氧树脂、溶剂型环氧树脂或聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂。
2、所述的含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料的制备方法，所述方法如下：
将芳纶纤维和B型硼硅酸盐玻璃纤维分散于pH为2-3的水中，将纤维总质量浓度调制0.01-3％后以造纸抄片器成型，获得湿纸，所述湿纸经脱水、干燥后，浸入固含量为0.2-5％的含环氧基团的热固性聚合物树脂溶液中，取出去除表面多余分散液后，经干燥、固化，即可。
优选的，所述脱水具体为在真空度为1-90kPa下真空脱水。
优选的，两次干燥均具体为在100-120℃下干燥1-10min。
优选的，真空抽去表面多余分散液。
优选的，所述固化具体为在100-250℃下固化1-30min。
本发明的有益效果在于：本发明提供了含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料及其制备方法，该过滤材料不但可以满足过滤效率和纳污量的要求，而且具有成本低，化学物质，特别是二氧化硅析出少的特点，该过滤材料克重为10-1000g/m2，厚度为0.1-50mm，透气度为2-500L/m2/s，平均孔径为0.1-30μm，过滤精度为0.1-25μm，纳污量在60g/m2以上，硅析出量低于50ppm，可以满足核电站水过滤材料对硅析出的要求。该过滤材料中芳纶纤维具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐照等特点，可显著提高过滤材料在特殊过滤介质中的稳定性，防止滤材性能失效；B型硼硅酸盐玻璃纤维成本低，直径在0.1-8μm，通过不同直径的玻璃纤维配比可以获得不同过滤效率的滤材；含环氧基团的热固性聚合物树脂具有优良的耐高温及耐化学腐蚀性能，不仅可以把芳纶纤维和玻璃纤维粘结在一起，还可以很好的包裹住玻璃纤维，提高玻璃纤维的化学稳定性，降低过滤材料的硅析出，通过控制上述三种材料的用量配比，既可以调节滤材的过滤精度和硅析出指标，也可以调节生产成本，满足核电站水过滤系统中不同工段过滤器对滤材性能的要求。将多层该过滤材料复合使用，使各层结构之间形成一定的孔隙梯度，不但能够进一步提高纳污容量，还能提高过滤器的使用寿命。该材料制备方法简单，易操作，且成本低，适合工业化生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料，按质量百分比计，该过滤材料由如下组分组成：芳纶浆粕纤维10％，B型硼硅酸盐玻璃纤维80％和水性环氧树脂10％。其中，芳纶浆粕纤维为帝人芳纶公司生产的
Figure BDA0002748524320000031
系列对位芳纶纤维，其由母纤维和微纤丝组成，平均纤维长度约0.6-2.5mm，平均纤维直径约为0.5-30μm，比表面积约6m2/g。B型硼硅酸盐玻璃纤维按质量百分比计，包括如下组分：SiO2 58％、CaO 2.5％、Al2O3 6％、B2O3 10％、MgO 1.5％、Na2O 10％、K2O 3％、ZnO 4％、Fe2O3 0.1％、BaO 4.9％，由平均直径分别为0.4μm和2.5μm的两种B型硼硅酸盐玻璃纤维组成，重量百分比分别为30％和50％。水性环氧树脂的主要成分为聚酰胺多胺环氧氯丙烷。
该过滤材料按如下方法制备：
将芳纶浆粕纤维和B型硼硅酸盐玻璃纤维以纤维疏解机分散于pH为2.5的水中，将纤维总质量浓度调制0.5％后以造纸抄片器成型，获得湿纸，湿纸在真空度为20kPa下真空脱水，在100℃下干燥10min后，浸入固含量为1％的聚酰胺多胺环氧氯丙烷溶液中，取出真空抽去表面多余分散液后，在105℃下干燥10min，最后在150℃下固化10min，即可。
该过滤材料的克重为50g/m2，厚度为0.3mm，透气度为80L/m2/s，平均孔径为5.5μm，过滤精度为5μm，纳污量为65g/m2，硅析出量为25ppm。
实施例2
含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料，按质量百分比计，该过滤材料由如下组分组成：芳纶浆粕纤维70％，B型硼硅酸盐玻璃纤维15％和水性环氧树脂15％。其中，芳纶浆粕纤维为杜邦公司生产的
Figure BDA0002748524320000032
系列对位芳纶浆粕纤维，是高度细纤维化的芳纶浆粕，平均纤维长度约0.5-1.0mm，平均纤维直径为0.2-15μm，比表面积约10m2/g。B型硼硅酸盐玻璃纤维按质量百分比计，包括如下组分：SiO2 58％、CaO 2.5％、Al2O3 6％、B2O3 10％、MgO 1.5％、Na2O 10％、K2O 3％、ZnO 4％、Fe2O3 0.1％、BaO 4.9％，平均直径为0.2μm。水性环氧树脂为上海绿嘉水性涂料有限公司生产的GEM03型水性环氧树脂乳液。
该过滤材料按如下方法制备：
将芳纶浆粕纤维和B型硼硅酸盐玻璃纤维以纤维疏解机分散于pH为2.5的水中，将纤维总质量浓度调制0.3％后以造纸抄片器成型，获得湿纸，湿纸在真空度为60kPa下真空脱水，在100℃下干燥5min后，浸入固含量为1.5％的含水性环氧树脂溶液中，取出真空抽去表面多余分散液后，在105℃下干燥5min，最后在150℃下固化5min，即可。
该过滤材料的克重为40g/m2，厚度为0.22mm，透气度为5L/m2/s，平均孔径为0.6μm，过滤精度为0.2μm，纳污量为61g/m2，硅析出量为20ppm。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料，其特征在于，按质量百分比计，所述过滤材料由如下组分组成：芳纶纤维0.1-90％，B型硼硅酸盐玻璃纤维5-85％和含环氧基团的热固性聚合物树脂1-15％；
所述过滤材料克重为10-1000g/m2，厚度为0.1-50mm，透气度为2-500L/m2/s，平均孔径为0.1-30μm，过滤精度为0.1-25μm，纳污量在60g/m2以上，硅析出量低于50ppm；
所述芳纶纤维为芳纶浆粕纤维，所述芳纶浆粕纤维的长度为0.5-5.0mm，直径为0.1-35μm，比表面积为3-20m2/g；
所述B型硼硅酸盐玻璃纤维，按质量百分比计，包括如下组分：SiO2 55-60％、CaO 1-5％、Al2O3 4-7％、B2O3 8-11％、MgO<2％、Na2O 9.5-13.5％、K2O 1-4％、ZnO 2-5％、Fe2O3<0.2％、BaO 3-6％，直径为0.1-8μm。
2.如权利要求1所述的玻璃纤维过滤材料，其特征在于，所述过滤材料为单层结构或双层梯度结构。
3.如权利要求1所述的玻璃纤维过滤材料，其特征在于，所述含环氧基团的热固性聚合物树脂为水性环氧树脂、溶剂型环氧树脂或聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂。
4.权利要求1-3任一项所述的含芳纶纤维的玻璃纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述方法如下：将芳纶纤维和B型硼硅酸盐玻璃纤维分散于pH为2-3的水中，将纤维总质量浓度调制0.01-3％后以造纸抄片器成型，获得湿纸，所述湿纸经脱水、干燥后，浸入固含量为0.2-5％的含环氧基团的热固性聚合物树脂溶液中，取出去除表面多余分散液后，经干燥、固化，即可；
所述脱水具体为在真空度为1-90kPa下真空脱水；
所述两次干燥均具体为在100-120℃下干燥1-10min；
所述固化具体为在100-250℃下固化1-30min。
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