CN113304546A - 一种用于超低排放的耐高温过滤材料 - Google Patents

一种用于超低排放的耐高温过滤材料 Download PDF

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    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
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Abstract

本发明公开了一种用于超低排放的耐高温过滤材料，该耐高温过滤材料包括由第一耐热纤维网过滤层、第二织物增强层和第三耐热纤维网非过滤层组成的三层结构，其中第一耐热纤维网中的耐热纤维为间位芳纶短纤维，且间位芳纶短纤维的比例不少于90wt%,第一耐热纤维网层是由两种不同纤度的间位芳纶短纤维组成，其中较细的纤维平均纤度为0.5～1.2D、纤度的CV%小于等于20%，较粗的纤维平均纤度为1.5D～3.0D，纤度的CV%小于等于15%。本发明加工性能好、生产成本较低，可以在204℃时长时间使用，瞬时使用温度达到240℃，被广泛的应用于沥青搅拌、钢铁、水泥等的过滤领域。

Description

一种用于超低排放的耐高温过滤材料
技术领域
本发明涉及过滤材料技术领域，具体涉及一种用于超低排放的耐高温过滤材料。
背景技术
目前、沥青搅拌、钢铁厂、水泥厂、火力发电等对过滤材料的过滤性能具有较高的要求，根据国家环境政策，10mg/Nm3将成为主流，甚至有些重点地区要求5mg/Nm3以内的排放。而针对现场复杂的工况环境，对于过滤材料本身的要求也比较高，一般需要拥有耐腐蚀，抗氧化，耐高温，力学性能优秀，使用寿命长，结构稳定等的特点。
如中国实用新型CN203030120U中公开了一种芳纶1313针刺滤料，该案使用了间位芳纶作为原料，目的在于提高滤料的耐温性能，间位芳纶也具有良好的耐腐蚀性能，但是由于未涉及超细间位芳纶的使用，本案的过滤材料无法对应大部分地区10mg/Nm3，甚至有些重点地区要求5mg/Nm3以内的排放要求。
又如中国公开专利CN110947243A中公开了一种除尘滤袋用滤料，这种除尘滤袋用滤料，包括纤维面层、基布；所述滤料主体采用上、下层纤维面和基布经过针刺法组成；所述滤料主体的上层纤维为100%的超细纤维，滤料主体的下层纤维为100%的普通粗细纤维，纤维皆为芳纶纤维，本案采用了芳纶纤维具有良好的耐温性能，和良好的耐腐蚀性能，面层采用100%超细纤维则能够有效的对应10mg/Nm3，甚至有些重点地区要求5mg/Nm3以内的排放要求。但是由于纯超细芳纶的梳理加工较为困难，需要降低加工速度，否则会导致梳理不均匀，进一步导致过滤性能不均匀，为了提高均匀性可以降低加工速度，但是此时则会产生较高的加工费，且超细原料费用较高，造成成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温，一般使用温度204℃、瞬时使用温度达到240℃、热稳定性高、捕集效率高、成本较低的过滤材料。
本发明的技术解决方案如下：一种用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：该耐高温过滤材料至少包括由第一耐热纤维网过滤层、第二织物增强层和第三耐热纤维网非过滤层组成的三层结构，其中第一耐热纤维网过滤面为迎尘面，第一耐热纤维网中的耐热纤维为间位芳纶短纤维，且间位芳纶短纤维的比例不少于90wt%,第一耐热纤维网层是由两种不同纤度的间位芳纶短纤维组成，其中较细的纤维平均纤度为0.5～1.2D、纤度的CV%小于等于20%，较粗的纤维平均纤度为1.5D～3.0D，纤度的CV%小于等于15%；所述较细的纤维所占第一耐热纤维网层中纤维的重量比例不小于25wt%，较细的纤维纤度以及较粗的纤维纤度总体的平均纤度大于等于1.0D且小于等于2.0D，纤度超过3.0D的纤维根数，小于等于第一耐热纤维网层纤维总根数的2%。
优选的，第一耐热纤维网层中，较细纤维所占第一耐热纤维网层中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商不小于40%/D。
优选的，第二织物增强层为中间基布层,为间位芳纶纤维织物增强层，其克重为80～200g/m2。
优选的，第三耐热纤维网为非迎尘面，其耐热纤维为间位芳纶短纤维，且间位芳纶短纤维的比例不少于90wt%,第三耐热纤维网中的间位芳纶短纤维的平均纤度为1.5D～3.0D，纤度的CV%小于等于15%。
优选的，耐热纤维过滤材料的克重为400g/m2～600g/m2，迎尘面和非迎尘面的克重比为4:6～7:3，第二织物增强层占过滤材料整体的重量不超过35%。
优选的，过滤材料厚度为1.3～2.2mm、过滤材料透气度为6～20cc/㎝2/s。
优选的，该过滤材料径向强力大于等于800N/5cm，纬向强力大于等于1000N/5cm。
优选的，由这种过滤材料可以制得的一种滤袋。
本发明的有益效果是：采用的纤维为间位芳纶短纤维，其一般使用温度达到了204℃、瞬间最高使用温度达到了240℃、可以使用在温度较高的项目中、如沥青搅拌、钢铁、垃圾焚烧、水泥窑、火力发电等场所。本发明采用了超细芳纶纤维和一般粗细芳纶纤维混合的方式作为其过滤面，这种方法可以提高其加工性能，和纯超细比加工出的产品具有更好的均匀性，由于对较细纤维所占第一耐热纤维网层中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商做了限定，以用来保证能够使用在10mg/Nm3以内，甚至5mg/Nm3的排放要求。
具体实施方式
该耐高温过滤材料至少包括由第一耐热纤维网过滤层、第二织物增强层和第三耐热纤维网非过滤层组成的三层结构，其中第一耐热纤维网过滤面为迎尘面，但是不局限于三层结构，还可以在第一层上方增加一层PTFE膜，膜的克重小于等于5g/m2，或者在过滤材料表面实施PTFE浸渍加工，加工克重以10～30g/m2为适宜。
第一耐热纤维网中的耐热纤维为间位芳纶短纤维，且间位芳纶短纤维的比例不少于90wt%,优选100%纯芳纶纤维。第一耐热纤维网层是由两种不同纤度的间位芳纶短纤维组成，其中较细的纤维平均纤度为0.5～1.2D、纤度的CV%小于等于20%，当纤维平均纤度小于0.5D时纤维比较难以加工，在开送混合时，无法保证其均一的混合，导致在梳棉过程中，产生一定量的斑块，影响过滤性能均一性，而且越细的纤维就越难以生产，往往纤维强力较小，导致最终过滤材料强力偏低，纬向强力甚至无法达到1000N/5cm。较粗的纤维平均纤度为1.5D～3.0D，纤维的CV%小于等于15%。较粗的纤维平均纤度小于1.5D时，纤度和细纤维过于接近，产生的孔不够大，细纤维不足以充分的填充入孔。导致过滤效果达不到预期要求。并且整体纤度过小，加工困难，加工速度必须降低，导致加工费上涨。所述较细纤维所占第一耐热纤维网层中纤维的重量比例不小于25wt%不高于75wt%，细纤度纤维占比小于25wt%过滤效果差，细纤维数量不足以填补粗纤维形成的孔洞。细纤维占比大于75wt%则加工困难，加工费以及原料费上涨。
细纤度纤维以及粗纤度纤维总体的平均纤度大于等于1.0D且小于等于2.0D，纤度超过3.0D的纤维根数，小于等于第一耐热纤维网层纤维总根数的2%。纤度超过3.0D的纤维根数大于2%时，大纤维形成的大孔存在不能弯曲填充的风险，少量大孔存在最终会导致过滤效果降低，不能满足10mg/Nm3的排放要求。
第一耐热纤维网层中，较细纤维所占第一耐热纤维网层中细纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商不小于40%/D。当细纤维的重量比例较小时，为了满足商不小于40%/D的条件，其纤度也必须减小。当细纤维的重量比例增加时，则即使适当的提高纤维的纤度也可以保证达到商大于40%/D。这是满足10mg/Nm3排放的要点，需要达到5mg/Nm3的排放要求，则较细纤维所占第一耐热纤维网层中细纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商不小于50%/D。
第二织物增强层为芳纶纤维织物增强层，其克重为80~200g/m2。克重低于80g/m2，则过滤材料径向强力达不到800N/5cm以上的要求，克重高于200 g/m2时，过滤层和非过滤层比例降低，过滤效果变差难以对应10mg/Nm3的排放要求。
第三耐热纤维网为非迎尘面，其耐热纤维为间位芳纶短纤维，且间位芳纶短纤维的比例不少于90wt%,第三耐热纤维网中的间位芳纶短纤维的平均纤度优先选用1.5D～3.0D，纤维的CV%小于等于15%。第三耐热纤维层也可以使用细纤度纤维，但是对于过滤效果的改进并不明显且增加材料成本。
耐热纤维过滤材料的克重为400g/m2～600g/m2，迎尘面和非迎尘面的克重比为4:6～7:3，第二织物增强层占过滤材料整体的重量不超过35%。当克重小于400g/m2时，即使使用了细纤度纤维，也无法保证过滤效果，无法对应10mg/Nm3的排放要求，且纬向强力降低至800N/5cm以内，存在未达到使用寿命就破损的危险。克重并非不能超过600g/m2，当克重超过600g/m2以后其过滤性能的增加不明显，还会导致成本上升。
过滤材料厚度为1.3～2.2mm、过滤材料透气度为6～20cc/㎝2/s。厚度和透气度是相互关联的，当克重不变，厚度下降时，一般来说透气度会下降，反之则透气度上升，本案的透气度是在125Pa时测出的。透气度小于6 cc/㎝2/s时，初期压损过高，纤维和纤维之间过于挤压，平均孔径会减小，但是会出现个别的超大孔。当透气度大于20 cc/㎝2/s时，说明厚度大于2.2mm,针刺或者轧光不完全,整体平均孔径较大不能满足10mg/Nm3以下的排放。
该过滤材料径向强力大于等于800N/5cm，纬向强力大于等于1000N/5cm。
迎尘面以及非迎尘面分别经过混合开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，在生产过程时可以增加环境湿度进行调湿到50%湿度以上，能够更好的进行梳理，增加梳理的均匀性，也可以添加少量防止静电剂。过滤层，中间基布层，非过滤层的结合方法可以采用针刺或者水刺或者水刺与针刺结合的方式，针刺/水刺密度优先选择800～1800针/cm2，更优选选择1000～1600针/cm2,热定型后制成过滤材料。热定型优先使用拉幅定型机将针刺形成的素毡进行热定型处理，然后可以对其进烧毛以及轧光处理。
由这种过滤材料可以制得的一种滤袋。在制作滤袋的时候需要注意、如果排放要求低于5mg/Nm3，则需要在缝合处做特殊的加工，例如用耐热胶水堵住缝合处等。
这种滤袋被用在沥青、水泥窑，垃圾焚烧，火力发电，钢铁这些领域。
本发明过滤材料的各性能的测试方法如下所示。但测试方法并不局限于此。
【纤维的平均纤度】
抽取5块过滤材料，然后使用扫描电子纤维镜观察过滤材料的断面，每块过滤材料各任意取粗纤维10根，细纤维10根，粗细纤维各共计50根断面，测试50根断面的直径，再算出其平均纤度。
【纤维的平均纤度的CV%】
抽取5块过滤材料，然后使用扫描电子纤维镜观察过滤材料的断面，每块过滤材料各任意取粗纤维10根，细纤维10根，粗细纤维各共计50根断面，测试50根断面的直径，算出这50的纤度，再计算处CV%
【细纤度纤维的含量】
使用扫描电子纤维镜观察过滤材料的断面。一共任意取5快过材料，每块材料的放大倍率为200～400倍，在观察放大后的照片后统计照片内所有的细纤度间位芳纶纤维以及粗纤度间位芳纶的根数。根据根数以及纤度计算出其重量比例。
【克重】
采取GB/T 4669-2008标准，将材料剪切为20cm×20cm的形状，总计不少于5块，分别称重，然后通过计算得到过滤材料的克重，取平均值。
【过滤材料的厚度】
根据HG/T 2041-2009法进行测定(取N=10的平均值)。
【透气度】
基于ASTMD737-1996标准，压力为125Pa，测试点5个点，取平均值。
通过以下实施例可以更详细地说明本发明，
实施例1
作为迎尘面，将平均纤度为1.0D、纤度CV%为10%的间位芳纶以及平均纤度为2.0D、纤度CV%为6%的间位芳纶短纤维，按照50：50的重量比例相互混合后经过混合开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，其中较细的纤维所占第一层纤维网中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商为50%/D。中间基布层采用间位芳纶基布，克重为120g/m2。非迎尘面采用平均纤度为2.0D的间位芳纶短纤维，纤度的CV%为6%，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得。迎尘面和非迎尘面的重量比为6：4.迎尘面（过滤层），中间基布层，非迎尘面（非过滤层）的结合方法为针刺法，再经过热定型、得到的滤毡整体克重为550g/m2，用这种滤毡制造滤袋，滤袋缝合以后用胶水将中缝针眼密封。这种滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于1.0m/min时，能够满足10mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度240℃、使用温度204℃的条件下使用3年，不发生破损。
实施例2
其余条件和实施例1完全一致，在针刺结束后PTFE乳液浸渍，热定型，其乳液浸渍克重为15g/m2，总克重为565g/m2，制得的滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于0.9m/min时，能够满足10mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度245℃、使用温度209℃的条件下使用3年，不发生破损。
实施例3
作为迎尘面，将平均纤度为0.5D、纤度CV%为18%的间位芳纶以及平均纤度为2.0D、纤度CV%为6%的间位芳纶短纤维，按照40：60的重量比例相互混合后经过混合开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，其中较细纤维所占第一层纤维网中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商为80%/D。中间基布层采用间位芳纶基布，克重为120g/m2。非迎尘面采用平均纤度为2.0D的间位芳纶短纤维，纤度的CV%为6%，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得。迎尘面和非迎尘面的重量比为6：4.迎尘面（过滤层），中间基布层，非迎尘面（非过滤层）的结合方法为针刺法，再经过热定型、得到的滤毡整体克重为550g/m2，用这种滤毡制造滤袋，滤袋缝合以后用胶水将中缝针眼密封。这种滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于1.2m/min时，能够满足5mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度240℃、使用温度204℃的条件下使用3年，不发生破损。
实施例4
作为迎尘面，将平均纤度为1.2D、纤度CV%为9%的间位芳纶以及平均纤度为3.0D、纤度CV%为6%的间位芳纶短纤维，按照60：40的重量比例相互混合后经过混合开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，其中较细纤维所占第一层纤维网中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商为50%/D。其余条件等同实施例1。这种滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于1.0m/min时，能够满足10mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度240℃、使用温度204℃的条件下使用3年，不发生破损。
实施例5
作为迎尘面，将平均纤度为0.8D、纤度CV%为12%的间位芳纶以及平均纤度为1.5D、纤度CV%为8%的间位芳纶短纤维，按照35：65的重量比例相互混合后经过混合开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，其中较细纤维所占第一层纤维网中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商为44%/D。中间基布层采用间位芳纶基布，克重为200g/m2。非迎尘面采用平均纤度为1.5D的间位芳纶短纤维，纤度的CV%为8%，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得。迎尘面和非迎尘面的重量比为5：5.迎尘面（过滤层），中间基布层，非迎尘面（非过滤层）的结合方法为针刺法，再经过热定型、得到的滤毡整体克重为550g/m2，用这种滤毡制造滤袋，滤袋缝合以后用胶水将中缝针眼密封。这种滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于1.0m/min时，能够满足10mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度240℃、使用温度204℃的条件下使用3年，不发生破损。
实施例6
作为迎尘面，将平均纤度为0.5D、纤度CV%为18%的间位芳纶以及平均纤度为2.0D、纤度CV%为6%的间位芳纶短纤维，按照50：50的重量比例相互混合后经过混合开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，其中较细纤维所占第一层纤维网中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商为100%/D。中间基布层采用间位芳纶基布，克重为100g/m2。非迎尘面采用平均纤度为2.0D的间位芳纶短纤维，纤度的CV%为6%，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得。迎尘面和非迎尘面的重量比为6：4.迎尘面（过滤层），中间基布层，非迎尘面（非过滤层）的结合方法为针刺法，再经过热定型、得到的滤毡整体克重为450g/m2，用这种滤毡制造滤袋，滤袋缝合以后用胶水将中缝针眼密封。这种滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于1.0m/min时，能够满足8mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度240℃、使用温度204℃的条件下使用3年，不发生破损。
实施例7
其余条件和实施例1完全一致，采用水刺的方法结合迎尘面、基布、非迎尘面，制得的滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于1.2m/min时，能够满足10mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度245℃、使用温度209℃的条件下使用3年，不发生破损。
比较例1
作为迎尘面，平均纤度为2.0D、纤度CV%为6%的间位芳纶短纤维，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，中间基布层采用间位芳纶基布，克重为120g/m2。非迎尘面采用平均纤度为2.0D的间位芳纶短纤维，纤度的CV%为6%，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得。迎尘面和非迎尘面的重量比为5：5.迎尘面（过滤层），中间基布层，非迎尘面（非过滤层）的结合方法为针刺法，再经过热定型、得到的滤毡整体克重为580g/m2，用这种滤毡制造滤袋，滤袋缝合以后用胶水将中缝针眼密封。这种滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。虽然不能针对超细排放，但是当过滤风速小于等于1.0m/min时，也能够满足20mg/Nm3的排放要求。可以在瞬时温度240℃、使用温度204℃的条件下使用3年，不发生破损。
比较例2
作为迎尘面，平均纤度为1.0D、纤度CV%为10%的间位芳纶短纤维，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，由于100%细纤度纤维梳理较为困难，在生产过程中产生了梳理不均、大棉块。中间基布层采用间位芳纶基布，克重为120g/m2。非迎尘面采用平均纤度为2.0D的间位芳纶短纤维，纤度的CV%为6%，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得。迎尘面和非迎尘面的重量比为5：5.迎尘面（过滤层），中间基布层，非迎尘面（非过滤层）的结合方法为针刺法，再经过热定型、得到的滤毡整体克重为550g/m2，用这种滤毡制造滤袋，滤袋缝合以后用胶水将中缝针眼密封。这种滤袋可以被用于沥青搅拌、钢铁、火力发电、垃圾焚烧领域。当过滤风速小于等于1.0m/min时，可以在瞬时温度240℃、使用温度204℃的条件下使用3年，不发生破损。本比较例2虽然能够满足10mg/Nm3的排放要求。但是成本高于实施例1，
比较例3
作为迎尘面，将平均纤度为1.0D、纤度CV%为10%的PPS纤维以及平均纤度为2.0D、纤度CV%为6%的PPS，按照50：50的重量比例相互混合后经过混合开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得，其中较细纤维所占第一层纤维网中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商为50%/D。中间基布层采用间位PPS基布，克重为120g/m2。非迎尘面采用平均纤度为2.0D的间位PPS纤维，纤度的CV%为6%，经过开松—梳理—交叉铺网-预针刺制得。迎尘面和非迎尘面的重量比为6：4.迎尘面（过滤层），中间基布层，非迎尘面（非过滤层）的结合方法为针刺法，再经过热定型、得到的滤毡整体克重为550g/m2，用这种滤毡制造滤袋，滤袋缝合以后用胶水将中缝针眼密封。这种滤袋可以被用于火力发电领域。当过滤风速小于等于1.0m/min时，能够满足10mg/Nm3的排放要求。但是由于温度无法满足180℃以上的长期使用要求，使用范围有所局限性。

Claims (8)

1.一种用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：该耐高温过滤材料至少包括由第一耐热纤维网过滤层、第二织物增强层和第三耐热纤维网非过滤层组成的三层结构，其中第一耐热纤维网过滤面为迎尘面，第一耐热纤维网中的耐热纤维为间位芳纶短纤维，且间位芳纶短纤维的比例不少于90wt%,第一耐热纤维网层是由两种不同纤度的间位芳纶短纤维组成，其中较细的纤维平均纤度为0.5～1.2D、纤度的CV%小于等于20%，较粗的纤维平均纤度为1.5D～3.0D，纤度的CV%小于等于15%；所述较细的纤维所占第一耐热纤维网层中纤维的重量比例不小于25wt%，较细的纤维纤度以及较粗的纤维纤度总体的平均纤度大于等于1.0D且小于等于2.0D，纤度超过3.0D的纤维根数，小于等于第一耐热纤维网层纤维总根数的2%。
2.根据权利要求1所述的用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：第一耐热纤维网层中，较细纤维所占第一耐热纤维网层中纤维的重量比例（%）和纤度（D）的商不小于40%/D。
3.根据权利要求1所述的用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：第二织物增强层为中间基布层,为间位芳纶纤维织物增强层，其克重为80～200g/m2。
4.根据权利要求1所述的用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：第三耐热纤维网为非迎尘面，其耐热纤维为间位芳纶短纤维，且间位芳纶短纤维的比例不少于90wt%,第三耐热纤维网中的间位芳纶短纤维的平均纤度为1.5D～3.0D，纤度的CV%小于等于15%。
5.根据权利要求1所述的用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：耐热纤维过滤材料的克重为400g/m2～600g/m2，迎尘面和非迎尘面的克重比为4:6～7:3，第二织物增强层占过滤材料整体的重量不超过35%。
6.根据权利要求1所述的用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：过滤材料厚度为1.3～2.2mm、过滤材料透气度为6～20cc/㎝2/s。
7.根据权利要求1、4所述的用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：该过滤材料径向强力大于等于800N/5cm，纬向强力大于等于1000N/5cm。
8.根据权利要求1所述的用于超低排放的耐高温过滤材料，其特征在于：由这种过滤材料可以制得的一种滤袋。
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