CN112776437A - 自清洁高温过滤材料及其制备方法和使用其的过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自清洁高温过滤材料及其制备方法和使用其的过滤装置，更具体地该过滤材料包括由聚苯硫醚熔喷超细纤维和与该聚苯硫醚熔喷超细纤维混合并且穿插在其中的聚四氟乙烯短纤维形成的共混纤维网，以及覆盖在所述共混纤维网的一个或两个表面上的由聚苯硫醚短纤维构成的聚苯硫醚基布。本发明通过在聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，将聚四氟乙烯短纤维与聚苯硫醚熔喷纤维混合并且穿插在聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网。这样的形成聚四氟乙烯短纤维与聚苯硫醚熔喷纤维的共混纤维网的工艺及其获得的产品在本领域都具有创新性。

Description

自清洁高温过滤材料及其制备方法和使用其的过滤装置
技术领域
本发明涉及自清洁高温过滤材料及其制备方法，更具体地涉及含有聚苯硫醚超细纤维的自清洁高温过滤材料及其制备方法和使用其的过滤装置。
背景技术
工业粉尘与烟尘是影响大气环境，引发雾霾的主要污染源。袋式除尘是控制粉尘，尤其是微细颗粒物的最有效手段。聚苯硫醚纤维是高温工业粉尘过滤中常用过滤材料，具有一定的耐温性，耐腐蚀性和良好的力学吸能，由聚苯硫醚纤维制备成的无纺布过滤材料在袋式除尘市场中已经占到了很大比例。但是目前可供无纺布加工的聚苯硫醚纤维直径大于10μm，在目前国家超低排放要求中无法满足要求。聚四氟乙烯复膜材料具有很高的过滤效率，可以满足5mg/m3的排放要求，但存在阻力过大，膜和无纺布基材之间起泡，脱落甚至被高温粉尘易损坏等特点，无法满足目前节能和减排的双向要求。
燃煤过滤烟气是中国空气污染的一个重要来源，政府对于燃煤电厂的排放要求也从”十二五”规划中的20mg/m3提高到目前普遍的10mg/m3。这对目前袋式过滤用非织造毡料，尤其是小颗粒过滤效率提出了较高要求。目前常规短纤维制造方法所能生产的最细纤维直径是1旦尼尔(Denier)(1旦尼尔约等于10-11μm)，且存在梳理困难。
CN103961939A涉及一种聚苯硫醚(PPS)复合滤料的制备方法，其中将熔喷聚苯硫醚超细纤维网与聚苯硫醚短纤维梳理网进行复合以得到聚苯硫醚复合滤料。然而，该制备方法在实际操作中，由于熔喷纤维的细度和短纤维细度有很大差别，同时熔喷纤维层自身致密状态在针刺复合中易被损伤，也容易在使用过程中与基体脱落，无法满足实际使用需求。
CN106362484A涉及一种提高聚苯硫醚无纺布复合滤料层间结合强度的方法，其中在熔喷聚苯硫醚超细纤维网参杂聚苯硫醚短纤维，之后将这种参杂的聚苯硫醚纤维网与聚苯硫醚短纤维网进行复合加固。然而，该申请中描述的掺杂技术方法在实际应用中无法将聚苯硫醚短纤维加入熔喷纤维层，同时该申请也没有提供相关数据用于支持所述方法提高了结合强度。
CN102634979A涉及耐瞬时高温氧化的聚苯硫醚纤维滤料的制备，其中采用聚四氟乙烯与环氧酚醛作为整理液体，对聚苯硫醚纤维滤料进行浸渍处理。该方法可以提高纤维滤料的耐温和耐腐蚀性能，但无法明显提高纤维滤料的过滤性能。
CN106310789A涉及一种低克重超细纤维超洁净过滤高温滤料及其制备方法，其中超细纤维面层由聚苯硫醚(PPS)超级细纤维、PPS细旦纤维和聚四氟乙烯(PTFE)纤维按一定比列混合组成作为迎尘面，用于提高滤料的过滤效率。然而，其中使用的PPS超级细纤维是通过多组分熔体纺丝方法制备，需要在后道工艺中用酸碱洗涤的步骤达到其超细纤维的结果。另外，该方法采用的细旦纤维是商业化的短纤维，其纤维细度仍在10微米之上，并没有达到真正超细纤维的细度，从而导致过滤效率无法明显提高。
因此，本领域仍然需要提供新型的自清洁高温过滤材料及其制备方法。
发明内容
针对现有技术的滤料对超细颗粒物的过滤精度及过滤效率不理想的问题；高精度滤料，如聚四氟乙烯覆膜滤料，小颗粒过滤精度虽然很高，但过滤阻力高及使用寿命存在较大问题，无法满足节能减排的要求等中的一个或多个问题，本发明的目的是提供一种具有高过滤效率的自清洁高温过滤材料及其制备方法和使用其的过滤装置。
为此，在一方面，本发明提供了一种自清洁高温过滤材料，包括：
共混纤维网，所述共混纤维网包括：
聚苯硫醚熔喷超细纤维；和
聚四氟乙烯短纤维，所述聚四氟乙烯短纤维与所述聚苯硫醚熔喷超细纤维混合并且穿插在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网；以及
覆盖在所述共混纤维网的一个或两个表面上的聚苯硫醚基布，所述聚苯硫醚基布由聚苯硫醚短纤维构成，并且所述共混纤维网与所述聚苯硫醚基布通过加固处理而复合在一起。
在一个优选实施方案中，所述共混纤维网的克重为20～200g/m2。
在一个优选实施方案中，所述共混纤维网由50～90质量％的聚苯硫醚熔喷超细纤维和10～50质量％的聚四氟乙烯短纤维形成。
在一个优选实施方案中，所述聚苯硫醚基布的克重为100～500g/m2。
在一个优选实施方案中，所述聚苯硫醚熔喷超细纤维的直径为1～7μm，优选为2～5μm。
在一个优选实施方案中，所述聚四氟乙烯短纤维的长度为35～80mm。
在一个优选实施方案中，所述聚四氟乙烯短纤维的直径为12～30μm。
在一个优选实施方案中，所述聚苯硫醚短纤维的长度为35～80mm。
在一个优选实施方案中，所述聚苯硫醚短纤维的直径为10～20μm。
在另一方面，本发明提供一种制备上述自清洁高温过滤材料的方法，所述方法包括：
在将聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，通过气流将聚四氟乙烯短纤维喷射进入到所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流中，由此在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流到达接收装置之前，所述聚四氟乙烯短纤维与所述聚苯硫醚熔喷超细纤维混合并且穿插在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网；和
在所述共混纤维网的一个或两个表面上覆盖由长聚苯硫醚短纤维构成的聚苯硫醚基布，并且通过针刺或水刺进行复合加固以使所述聚苯硫醚熔喷超细纤维与所述聚苯硫醚短纤维相互缠绕，由此获得所述共混纤维网与所述聚苯硫醚基布牢固结合的过滤材料。
在一个优选实施方案中，所述方法还包括：在所述复合加固之后，对所述过滤材料进行热定型处理。
在一个优选实施方案中，所述热定型处理的温度为180-230℃并且时间为5-15分钟。
在一个优选实施方案中，在形成所述共混纤维网期间，在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流的垂直方向上喷射所述聚四氟乙烯短纤维。
在一个优选实施方案中，在喷射所述聚四氟乙烯短纤维之前，首先将所述聚四氟乙烯短纤维经过开松机和高速刺辊处理以处于游离状态，然后在气流作用下喷射进入所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流中，并在到达接收装置之前形成聚苯硫醚熔喷超细纤维和聚四氟乙烯短纤维的混合纤维，最后在所述接收装置处获得所述共混纤维网。
在另一方面，本发明提供一种使用上述自清洁高温过滤材料的过滤装置。
与现有技术相比，本发明具有但不限于以下优点：
本发明通过使用聚四氟乙烯短纤维(优选长度为35～80mm)，并且创新性地采用气流纤维处理工艺，在聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，将该聚四氟乙烯短纤维与聚苯硫醚熔喷纤维混合并且穿插在聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网。这样的形成聚四氟乙烯短纤维与聚苯硫醚熔喷纤维的共混纤维网的工艺及其获得的产品在本领域都属于创新行为。
本发明采用了通过采用熔喷工艺获得的聚苯硫醚熔喷超细纤维(纤维细度更细，优选直径为1～7μm，例如为2～5μm)，纤维直径比现有商业化超细纤维或细旦短纤直径更细，至少克服了现有技术中高精度过滤材料过滤阻力高的问题，这对于提高过滤效率有直接的有利影响。
在本发明中，聚四氟乙烯短纤维在形成共混纤维网中起到了多重作用。例如，聚四氟乙烯短纤维的加入使得聚苯硫醚熔喷超细纤维网的结构蓬松，便于后面的针刺/水刺加固复合。此外，聚四氟乙烯短纤维也具有耐高温性及低表面能等特点，对于超细迎尘面层具有自清洁功能(例如表面不粘灰，因而表面易清洁)，从而使得本发明获得的高温过滤材料是自清洁高温过滤材料(其有时也可以称为易清洁耐高温过滤材料)。
本发明的共混纤维网可直接使用现有生产设备进行加工，工艺简单，生产成本低。
本发明所制备的熔喷PPS超细纤维，无需后续通过酸碱洗涤的处理。此外，熔喷法PPS超细纤维具有更高的超细纤维密度，单位面积内的超细纤维远超常规的双组份熔体纺丝法制备的超细纤维。
本发明通过熔喷工艺提供了一种直径优选在1-7μm的聚苯硫醚超细纤维，并且通过在熔喷工艺期间共混聚四氟乙烯短纤维，使获得的聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯的共混纤维网保持蓬松结构，便于后续的针刺或水刺加固复合。本发明填补了本领域同时满足超低排放和节能减排的双重要求的高温过滤材料，尤其是聚苯硫醚过滤材料的空白。而且，随着中国政府对在环保领域的投入和要求保持提高，本发明将具有更大的工业和商业价值。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施方案的聚苯硫醚熔喷超细纤维的电镜照片。
图2示出了根据本发明一个实施方案对所获得的共混纤维网通过针刺进行复合加固的工艺流程示意图。
图3示出了根据本发明实施例1的自清洁高温过滤材料的分级过滤效率曲线图。
图4示出了根据本发明实施例2的自清洁高温过滤材料的分级过滤效率曲线图。
具体实施方式
本发明使用通过熔喷工艺获得的聚苯硫醚熔喷超细纤维(纤维细度更细，优选直径为1～7μm，例如2～5μm)和聚四氟乙烯短纤维(优选长度为35～80mm)，并且创新性地采用气流纤维处理工艺，在聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，将该聚四氟乙烯短纤维与聚苯硫醚熔喷纤维混合并且穿插在聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网。
更具体地，本发明提供了一种自清洁高温过滤材料，包括：
共混纤维网，所述共混纤维网包括：
聚苯硫醚熔喷超细纤维；和
聚四氟乙烯短纤维，所述聚四氟乙烯短纤维与所述聚苯硫醚熔喷超细纤维混合并且穿插在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网；以及
覆盖在所述共混纤维网的一个或两个表面上的聚苯硫醚基布，所述聚苯硫醚基布由聚苯硫醚短纤维构成，并且所述共混纤维网与所述聚苯硫醚基布通过加固处理而复合在一起。
这样的自清洁高温过滤材料可以通过以下方式制得：在将聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，通过气流将聚四氟乙烯短纤维喷射进入到所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流中，由此在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流到达接收装置之前，所述聚四氟乙烯短纤维与所述聚苯硫醚熔喷超细纤维混合并且穿插在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网。
在本发明中，用于树脂材料形成纤维的熔喷工艺在本领域是熟知的，其通过利用本领域熟知、可商购获得或者在实验室简单设计和制造的熔喷设备或熔喷模具将树脂材料喷出形成纤维网。对于本发明来说，聚苯硫醚(PPS)树脂的熔喷过程可以为如下：将可商购获得的PPS树脂，优选为熔喷级PPS树脂，进行干燥(例如在50～100℃例如80℃下)后，利用本领域熟知且常用的单螺杆或双螺杆挤出机将该PPS树脂进行熔融，其中PPS熔体温度在280～310℃之间；然后将该PPS熔体输送至熔喷设备或熔喷模具，在200～360℃的热风作用下，将PPS熔体拉伸至亚微米级别，优选为1～7μm，由此可以获得本发明所需的聚苯硫醚熔喷超细纤维。优选地，使用的聚苯硫醚熔喷超细纤维的直径可以为2～5μm。
图1示出了根据本发明一个实施方案的聚苯硫醚熔喷超细纤维的电镜照片，本发明通过采用熔喷工艺获得的聚苯硫醚熔喷超细纤维(纤维细度更细，优选直径为1～7μm，例如2～5μm)，纤维直径比现有商业化超细纤维或细旦短纤直径更细，至少能够克服了现有技术中高精度过滤材料过滤阻力高的问题，这对于提高过滤效率有直接的有利影响。
此外，本发明所制备的熔喷PPS超细纤维，无需后续通过酸碱洗涤的处理。此外，熔喷法PPS超细纤维具有更高的超细纤维密度，单位面积内的超细纤维远超常规的双组份熔体纺丝法制备的超细纤维。
然而，如果上述PPS树脂通过熔喷工艺喷射成纤维并直接喷射到接受装置上而得到PPS纤维网，则由于熔喷得到的PPS纤维网本身结构紧密，因而不利于后续的复合加固工艺如针刺或水刺。为了克服这样的工艺缺陷，在本发明中，为了制得所需的共混纤维网，需要在将聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，通过气流将聚四氟乙烯短纤维喷射进入到所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流中，以使它们二者混合并相互穿插。即，将处于游离状态的聚四氟乙烯短纤维，通过主动气流作用将聚四氟乙烯短纤维喷射进入聚苯硫醚熔喷射流中，在射流到达接收装置前完成了两种纤维的混合。
在本发明中，可使用的聚四氟乙烯(PTFE)短纤维在本领域是已知的且可商购获得，优选地，聚四氟乙烯短纤维的长度优选为35～80mm。优选地，使用的聚四氟乙烯短纤维的长度可以为38-64mm；更优选地，使用的聚四氟乙烯短纤维的直径可以为12～30μm。
在本发明中，聚四氟乙烯短纤维在形成共混纤维网中起到了多重作用。例如，聚四氟乙烯短纤维的加入使得聚苯硫醚熔喷超细纤维网的结构蓬松，便于后面的针刺/水刺加固复合。此外，聚四氟乙烯短纤维也具有耐高温性及低表面能等特点，对于超细迎尘面层具有自清洁功能。
更具体地，该混合过程可以为如下：首先采用由输送辊和刺辊等机械结构组成的气流成网设备，在经过开松机、振动棉箱后，将商购得到的PTFE纤维网输送至气流成网设备，其中PTFE纤维网由输送辊送至高速刺辊，而刺辊上的针布将该PTFE纤维网打开，使得PTFE纤维变为游离状态；然后在将聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，在PPS的熔喷射流垂直方向上，在气流作用下将该游离状态的PTFE纤维喷射进入熔喷射流中，使得两种射流在空气中混合并穿插，由此变为PPS/PTFE共混纤维网，最终由熔喷射流带入到纤维网接收器或接收板，从而形成所需的共混纤维网。在这样获得的共混纤维网中，PPS熔喷超细纤维和PTFE短纤维二者混合均匀，并且不会分层。
本发明的共混纤维网可直接使用现有的生产设备进行加工，工艺简单，生产成本低。在本发明中，优选地，在形成共混纤维网期间，在聚苯硫醚熔喷超细纤维射流的垂直方向上喷射聚四氟乙烯短纤维。更优选地，在喷射聚四氟乙烯短纤维之前，首先将商购获得的聚四氟乙烯短纤维网经过开松机和高速刺辊处理以处于游离状态，然后在气流作用下喷射进入聚苯硫醚熔喷超细纤维射流中，并在到达接收装置(如接收器或接收板)之前形成聚苯硫醚熔喷超细纤维和聚四氟乙烯短纤维的混合纤维，最后在接收装置处获得所需的共混纤维网。
在本发明中，优选地，所得的共混纤维网可以由50～90质量％的聚苯硫醚熔喷超细纤维和10～50质量％的聚四氟乙烯短纤维形成。换句话说，在本发明中，PPS熔喷超细纤维和PTFE短纤维二者的混合比例根据使用需求可以进行调整。优选地，聚四氟乙烯短纤维与聚苯硫醚熔喷超细纤维的混合质量比率可以为1:9～1:1。本发明的发明人已发现，在所获得的共混纤维网中，当聚苯硫醚熔喷超细纤维占50质量％以上的比例，能够保证具有所得的共混纤维网的过滤材料提供足够的过滤效率；而且，本发明的发明人已发现，当聚四氟乙烯短纤维占10质量％以上的比例时，能够保证所得的共混纤维网结构疏松，同时能够为最终复合滤料赋予耐腐蚀和自清洁的功能。
在本发明中，优选地，所得共混纤维网的克重为20～200g/m2。
在本发明中，在制得上述共混纤维网之后，接着在共混纤维网的一个或两个表面上覆盖由长聚苯硫醚短纤维构成的聚苯硫醚基布，并且通过针刺或水刺进行复合加固以使聚苯硫醚熔喷超细纤维与聚苯硫醚短纤维相互缠绕，由此获得共混纤维网与聚苯硫醚基布牢固结合的过滤材料。
图2示出了根据本发明一个实施方案对所获得的共混纤维网通过针刺进行复合加固的工艺流程示意图。更具体地，将上述获得的聚苯硫醚熔喷超细纤维/聚四氟乙烯短纤维的共混超细纤维网A放卷铺网到聚苯硫醚基布B(有时也可以称为聚苯硫醚短纤维网)的表面上，或通过梳理交叉铺网将共混超细纤维网A夹在两层聚苯硫醚基布B中间，采用针刺或水刺复合物理加固方法进行复合和纤维网加固，使得共混纤维网中PPS和/或PTFE纤维与基布中的PPS短纤维在加固过程中相互缠绕，从而得到共混纤维网层(有时也可以称为熔喷层)和基布层牢固结合的复合滤料。
在本发明中，使用的由聚苯硫醚短纤维构成的聚苯硫醚基布是已知的且可商购获得。优选地，使用的聚苯硫醚短纤维的长度可以为35～80mm，优选为38-76mm；更优选地，使用的聚苯硫醚短纤维的直径为10～20μm。在本发明中，优选地，使用的聚苯硫醚基布的克重可以为100～500g/m2。
在本发明中，优选地，制备自清洁高温过滤材料的方法还可以包括：在进行复合加固之后，对所述过滤材料进行热定型处理。更优选地，热定型处理的温度可以为180-230℃，时间可以为5-15分钟。
本发明填补了本领域同时满足超低排放和节能减排的双重要求的高温过滤材料，尤其是聚苯硫醚过滤材料的空白。本发明的自清洁高温过滤材料例如可以用于燃煤烟气的净化过滤等。相应地，本发明还提供了使用上述自清洁高温过滤材料的过滤装置，其中例如所述自清洁高温过滤材料可以作为一个过滤层设置在该过滤装置中。
实施例
下面参照实施例对本发明进行进一步的详细说明。应理解，本发明并不局限于下述实施例。除非另有说明，“％”均指的是“质量％”。
实施例中使用的部分原料及其来源为如下：
PPS熔喷级树脂：Celanese，0203
PTFE纤维：直径约22μm，长度为约64mm，购自上海灵氟隆新材料科技有限公司。
PPS基布：450克重PPS针刺无纺布，可购自青岛纺织机械制造有限公司或由3M公司无纺布实验室提供。
熔喷设备：可购自青岛纺织机械制造有限公司或由3M公司无纺布实验室提供。
气流成网设备:可购自青岛纺织机械制造有限公司或由3M公司提供。
单螺杆或双螺杆挤出机：可购自青岛纺织机械制造有限公司。
开松机、振动棉箱：可购自青岛纺织机械制造有限公司。
热定型设备和热轧设备：可购自常州广宇花辊设备制造有限公司。
测试方法
A.滤料分级计数效率测定
滤料分级计数效率可以明确的给出滤料对不同粒径颗粒的效率，尤其可以直接的看出滤料对PM10、PM2.5等微细颗粒的捕集效果。测试使用的主要仪器为由美国TSI公司生产的9306-V2型极光粒子计数器，使用的气溶胶为大气尘。
测试过程如下：
(1)从滤料剪取2块直径至少为140mm的圆形试样，该试样表面应平整无褶皱。
(2)将试样放置在测试夹具上，用夹持系统固定试样，使试样的迎尘面朝向气流来的方向，并防止测试过程中试样扭曲或边缘气体泄漏。
(3)开启抽气泵，并使风速稳定至1.44m/min的测试风速。
(4)开启激光粒子计数器，测试10min后，读取并记录滤料上游的计数浓度Cx,up和下游(即经过滤料过滤后)的计数浓度Cx,down，其中x表示粒子的粒度并且x＝0.3、0.5、1、2.5、5或10μm。为保证测试精度，每次测量时要保证激光粒子计数器测得的粒子数大于500个，并且如果测得的粒子数低于500个，则可适当延长测量时间或提高上游气溶胶浓度直到大于500个。
(5)按下式分别计算滤料对各粒径粒子的计数效率。
Figure BDA0002265976600000101
式中：
ηx—滤料对粒度为xμm粒子的计数效率，％；
Cx,up—粒度为xμm粒子在滤料上游的计数浓度，粒/cm3；
Cx,down—粒度为xμm粒子在滤料下游的计数浓度，粒/cm3。
重复以上步骤，测试另一块滤料试样的计数效率，如果与第1块试样计数效率的误差小于5％，以两块试样的平均值作为测试结果；如果误差大于5％时，需要取第3块试样进行测试，以三块试样的平均值作为测试结果。
B.滤料动态过滤性能测试系统(VDI)测试方法：
滤料动态过滤性能测试法是国际上采用的对袋式除尘器滤材过滤性能测试的主要方法，该方法通过对实际工业应用中袋式除尘器滤料的工作状态，测试滤料在使用中的荷尘-清灰周期中过滤阻力和效率的变化，能够比较全面地反应滤料的实际过滤性能。本方法是中国标准《袋式除尘器技术要求》(GB/T6719)、德国标准VDI/DIN 3926、美国标准ASTMD 6830-02、日本标准JIS Z8909-1以及ISO标准ISO 11057中采用的方法。其中除尘效率、粉尘剥离率，阻力特性，喷吹周期均采用滤料动态过滤性能测试系统(VDI)进行测试。
(1)测试顺序
测试按如下步骤进行：
a.初始滤料样品滤尘性能测定：在滤料夹具上安装滤料样品，滤料样品规格为
Figure BDA0002265976600000111
当压力损失达到1000Pa时进行清灰，反复30次后测定高效滤膜增重及出口粉尘浓度并记录；
b.老化处理：滤尘过程中进行间隔为5s的反吹清灰，反复10000次；
c.稳定化处理：为使老化后的滤料样品滤尘性能稳定，按照a条件进行10次滤尘—清灰操作
d.稳定化后滤料滤尘性能测定：对于经上述稳定化处理的滤布，按照a条件进行30次滤尘—清灰操作。测试粉尘通过量及出口粉尘浓度并记录；
e.在a、b、c、d测试中均记录全过程各瞬时阻力值。
(2)测试条件
测试条件如下表1所示，测试使用的粉尘的粒径分布见表2。
表1：滤料动态滤尘性能测试条件
项目 符号 数值/种类
测试用粉尘 氧化铝
入口粉尘浓度 C<sub>in</sub> 5g/m<sup>3</sup>
过滤速度 V 2m/min
清灰阻力 △P<sub>c</sub> 1000Pa
喷吹压力 P 500kPa
脉冲喷吹时间 t<sub>p</sub> 50ms
表2：测试用氧化铝粉尘粒径分布
粒径(μm) <4 <25 <100
百分比(％) 50 90 99
(3)测试步骤
a.记录检测室温度、相对湿度及大气压力；
b.由检测条件调整检测装置包括气体流量、粉尘供给量，清灰阻力，清灰次数，喷吹压力，脉冲喷吹时间等；
c.粉尘在105℃～110℃温度干燥3h以上，在干燥器中放置lh以上；
d.根据质量法求入口粉尘浓度
e.将滤料样品裁剪后安装到滤料夹具上，对夹具进行称量。
f.称量高效滤纸并装入采样部分；
g.开动真空泵，进行初始滤料样品滤尘性能测定，记录过程的瞬时阻力值；
h.取出滤料夹具并称量，得到残留粉尘量；
i.取出高效滤纸并称重，计算出口粉尘浓度；
j.测定残余阻力(△Pr)，记录采样时间(t)，并算出除尘效率(η)；
k.把滤料夹具重新安装到实验装置上，更换高效滤纸，进行老化处理过程；
l.进行稳定化处理过程；
m.为了进行稳定化后滤料滤尘性能测定，取出滤料样品，称量后计算粉尘残留量；
n.将滤料样品重新安装到滤料夹具上，称量后装到检测装置上；
o.称量高效滤纸，组装到滤纸夹具上；
p.开启真空泵进行稳定化后滤料滤尘性能测定；
q.全部过程均应考虑高效滤纸的恒重。
(4)剥离率k计算
K＝(P-Pi)/(P-P0)×100％
式中：
P—清灰阻力
Pi—第i吹清灰后阻力
P0—洁净滤料阻力
(5)除尘效率η计算
Figure BDA0002265976600000131
式中：
η—滤料的计重效率，％；
ΔWm—绝对滤膜末重和初重的差值，mg；
ΔWl—试样末重和初重的差值，mg。
实施例1
1、共混纤维网的制备
首先，采用由输送辊和刺辊机械结构组成的气流成网设备，在经过开松机、振动棉箱后，将商购得到的聚四氟乙烯(PTFE)短纤维网输送至该气流成网设备，其中PTFE纤维网由输送辊送至高速刺辊，而刺辊上的针布将该PTFE纤维网打开，使得PTFE纤维变为游离状态。
然后，将商购获得的熔喷级聚苯硫醚(PPS)树脂在干燥(使用克奈尔(Conair)干燥设备，型号MDCW；干燥温度为80℃)后，采用单螺杆挤出机将该PPS树脂进行熔融，其中PPS熔体温度在300℃之间；然后将该PPS熔体输送至熔喷设备，在320℃的热风(采用熔喷工艺用热风，其中压缩空气通过空气加热器，将空气的温度提高到320℃得到热风)作用下，将PPS熔体拉伸以形成熔喷超细纤维。与此同时，在将聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，在PPS的熔喷射流垂直方向上，在气流作用下将前述处于游离状态的PTFE纤维喷射进入熔喷射流中，使得两种射流在空气中混合并穿插，由此变为PPS/PTFE共混纤维网，最终由熔喷射流带入到纤维网接收器或接收板，从而形成所需的共混纤维网。
在本实施例中，聚苯硫醚(PPS)熔喷超细纤维和聚四氟乙烯(PTFE)短纤维的混合质量比为50:50，得到的共混纤维网的克重为100g/m2；聚苯硫醚熔喷纤维平均纤维直径范围在3-5μm；聚四氟乙烯短纤维长度52-76mm，纤维直径为约22μm。
2、共混纤维网与基布复合加固
首先，将所得的共混纤维网解卷铺网到由聚苯硫醚短纤维构成的基布表面上，其中该基布的克重为450g/m2，然后采用针刺方法进行复合加固处理，使得共混纤维网与基布层之间的纤维网相互缠绕，由此得到共混纤维网与基布层牢固结合的复合滤料。
3、热定型和表面轧光
将所得的复合滤料进行热定型及表面轧光处理，其中热定型温度为210℃，时间为15分钟，热轧温度为180℃，由此得到最终的自清洁高温过滤材料。
最后，根据前述测试方法，对所得的自清洁高温过滤材料进行分级过滤效率测试，其结果参见下表3和表5以及图3，其中图3示出了根据本实施例1得到的自清洁高温过滤材料的分级过滤效率(计数效率)曲线图。如在这些表中的数据和图3所显示的，例如，本发明所得的自清洁高温过滤材料对粒度为2.5μm颗粒的过滤效率为95.31％，初始阻力为78.2Pa。
实施例2
步骤过程与实施例1完全相同，只是在共混纤维网的制备中，聚苯硫醚(PPS)熔喷超细纤维和聚四氟乙烯(PTFE)短纤维的混合质量比为90:10。
在本实施例中，得到的共混纤维网的克重为100g/m2；聚苯硫醚熔喷纤维平均纤维直径范围在3-5μm；聚四氟乙烯短纤维长度52-76mm，纤维直径为约22μm，并将其与克重为450g/m2的由聚苯硫醚短纤维构成的基布通过针刺方法进行复合加固，然后进行热定型和表面轧光，最后得到所需的自清洁高温过滤材料。
根据前述测试方法，对所得的自清洁高温过滤材料进行分级过滤效率测试，其结果参见下表4和表5以及图4，其中图4示出了根据本实施例得到的自清洁高温过滤材料的分级过滤效率(计数效率)曲线图。如在这些表中的数据和图4所显示的，例如，本发明所得的自清洁高温过滤材料对粒度为2.5μm颗粒的过滤效率为93.6％，初始阻力为131.9Pa。
表3.聚苯硫醚/聚四氟乙烯混合纤维复合滤料A分级过滤效率
粒度(μm) 0.3 0.5 1 2.5 5 10
过滤效率(％) 76.112 78.386 86.324 95.310 98.905 100.000
表4.聚苯硫醚/聚四氟乙烯混合纤维复合滤料B分级过滤效率
粒度(μm) 0.3 0.5 1 2.5 5 10
过滤效率(％) 74.100 76.144 82.776 93.584 98.880 100.000
表5聚苯硫醚/聚四氟乙烯混合纤维复合滤料VDI过滤结果
Figure BDA0002265976600000151
虽然出于举例说明的目的，上述具体实施方式包含许多具体细节，但本领域普通技术人员应理解，这些细节的许多变型、更改、替代和改变均在权利要求所保护的本发明范围内。因此，具体实施方式中描述的公开内容不对权利要求所保护的本发明施加任何限制。本发明的适当范围应由权利要求书及其适当的法律等同物限定。所有引用的参考文献均以引用的方式全文并入本文中。

Claims (16)

1.一种自清洁高温过滤材料，包括：
共混纤维网，所述共混纤维网包括：
聚苯硫醚熔喷超细纤维；和
聚四氟乙烯短纤维，所述聚四氟乙烯短纤维与所述聚苯硫醚熔喷超细纤维混合并且穿插在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网；以及
覆盖在所述共混纤维网的一个或两个表面上的聚苯硫醚基布，所述聚苯硫醚基布由聚苯硫醚短纤维构成，并且所述共混纤维网与所述聚苯硫醚基布通过加固处理而复合在一起。
2.根据权利要求1所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述共混纤维网的克重为20～200g/m2。
3.根据权利要求1所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述共混纤维网由50～90质量％的聚苯硫醚熔喷超细纤维和10～50质量％的聚四氟乙烯短纤维形成。
4.根据权利要求1所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述聚苯硫醚基布的克重为100～500g/m2。
5.根据权利要求1所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述聚苯硫醚熔喷超细纤维的直径为1～7μm。
6.根据权利要求1所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述聚苯硫醚熔喷超细纤维的直径为2～5μm。
7.根据权利要求1所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯短纤维的长度为35～80mm。
8.根据权利要求7所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯短纤维的直径为12～30μm。
9.根据权利要求1所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述聚苯硫醚短纤维的长度为35～80mm。
10.根据权利要求9所述的自清洁高温过滤材料，其特征在于，所述聚苯硫醚短纤维的直径为10～20μm。
11.一种制备根据权利要求1-10中任一项所述的自清洁高温过滤材料的方法，所述方法包括：
在将聚苯硫醚树脂通过熔喷工艺形成聚苯硫醚熔喷超细纤维期间，通过气流将聚四氟乙烯短纤维喷射进入到所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流中，由此在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流到达接收装置之前，所述聚四氟乙烯短纤维与所述聚苯硫醚熔喷超细纤维混合并且穿插在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维中而形成共混纤维网；和
在所述共混纤维网的一个或两个表面上覆盖由长聚苯硫醚短纤维构成的聚苯硫醚基布，并且通过针刺或水刺进行复合加固以使所述聚苯硫醚熔喷超细纤维与所述聚苯硫醚短纤维相互缠绕，由此获得所述共混纤维网与所述聚苯硫醚基布牢固结合的过滤材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述复合加固之后，对所述过滤材料进行热定型处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述热定型处理的温度为180-230℃并且时间为5-15分钟。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在形成所述共混纤维网期间，在所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流的垂直方向上喷射所述聚四氟乙烯短纤维。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在喷射所述聚四氟乙烯短纤维之前，首先将所述聚四氟乙烯短纤维经过开松机和高速刺辊处理以处于游离状态，然后在气流作用下喷射进入所述聚苯硫醚熔喷超细纤维射流中，并在到达接收装置之前形成聚苯硫醚熔喷超细纤维和聚四氟乙烯短纤维的混合纤维，最后在所述接收装置处获得所述共混纤维网。
16.一种使用根据权利要求1-10中任一项所述的自清洁高温过滤材料的过滤装置。
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