高温环保复合过滤材料研发及应用

王文鑫

福建南纺有限责任公司，福建 南平353000



高温环保复合过滤材料研发及应用

王文鑫

福建南纺有限责任公司，福建 南平353000

以研发高温环保复合过滤材料为目标，选用耐高温、耐腐蚀、抗氧化的纤维为原料，采用针刺-水刺复合工艺，提高了高温环保复合过滤材料的微细粒子(PM2.5)的捕集效果，同时防止了细微粉尘进入过滤材料深层。迎尘面采用水刺层，具有表面过滤和利于清灰的作用，使表面对细微粉尘的过滤更加高效、可靠，并降低了过滤阻力。复合技术的应用还显著改善了过滤材料的耐温性能，并使其耐腐蚀性、抗氧化性和拉伸强力等显著提高，同时降低了生产成本。

高温，针刺，水刺，复合技术，过滤材料

当前，我国已成为世界第一大钢铁、水泥、煤炭、化纤生产国，以及第二大电力、有色金属、化肥生产国。2011年，全国烟(粉)尘排放量1278.8万t；2012年，全国烟(粉)尘排放量1234.3万t。高耗能、高污染产业的发展带来了严重的环境污染问题，空气污染尤为严重，其解决方法以耐高温纤维加工的非织造袋式滤材除尘技术为主。

我国高性能纤维的起步较晚，但近年发展迅速，已开发出芳纶(AR纤维)、聚苯硫醚(PPS)纤维、聚酰亚胺(P84)纤维等。利用耐高温纤维加工水刺、针刺复合过滤材料(以下简称滤料)，可以提高微细粒子(PM2.5)的捕集效果，防止粉尘进入滤料深层，迎尘面采用水刺层则具有表面过滤和利于清灰的作用，使表面过滤更加高效、可靠，并降低过滤阻力。同时，还可以改变耐高温纤维及耐高温滤料主要依靠进口的局面，对促进我国的环境保护具有重要的现实意义。

1 主要生产工艺路线

开发P84、PPS针刺-水刺复合滤料，提升其过滤性能。开拓性地采用针刺、水刺复合工艺，将针刺和水刺两种滤料的优点融为一体； 采用特殊后整理工艺，提高滤料的过滤精度和过滤效率，降低过滤阻力，并延长滤料的使用寿命。主要生产工艺路线：

2 常用耐高温纤维性能及原料选择

2.1 常用耐高温纤维性能

几种常用耐高温纤维的性能见表1。

从表1可以看出：

P84纤维具有较高的耐温性能，持续使用温度可达240℃，瞬间可达260℃。另外，P84纤维的结构决定了它具有较大的过滤面积及优异的过滤性能，同时，清灰时粉饼剥离性能好而易于进行，粉尘不会渗入滤布，可减小过滤阻力。

PPS纤维是一种耐高温合成纤维，它具有优异的耐热性、阻燃性、耐化学药品性、尺寸稳定性等，具备了作为高性能纤维的各种特点。PPS纤维的持续使用温度可达170℃，瞬间可达200℃，并能抵抗多种酸、碱和氧化剂的化学腐蚀。最重要的是，PPS纤维不会水解，而且它的公定回潮率只有0.4%，可用于含湿量较高的工况。对于钢厂的烧结厂半干法脱硫工序，其工况气体中含有SOx成分，酸性及腐蚀性较强，含湿量也比较高，选用PPS纤维较合适。

PTFE的中文名称为聚四氟乙烯，通常又称为特氟龙。PTFE纤维为全氟化直链高聚物，由四氟乙烯单体聚合而成，聚合方法有本体聚合和乳液聚合。PTFE乳液是一种含聚四氟乙烯的高分子化学材料。经过PTFE乳液浸渍或涂层后，滤料具有拒水性、耐热性、不黏性、抗氧化性、耐磨损性、耐腐蚀性等。

2.2 原料选择

高效低阻、耐高温、耐腐蚀和抗氧化是高性能滤料的主要要求。根据表1中常用耐高温纤维的性能比较，水刺迎尘面选用P84纤维，针刺层采用PPS纤维，后处理选择PTFE乳液浸渍。

3 针刺-水刺复合滤料的关键工艺控制

3.1 针刺工艺

针刺坯布的密度应尽量大，一般要求控制在0.20g/cm3以上，以保证最终滤料的过滤效率和过滤精度，防止过滤初期阶段发生漏灰现象。

各组分纤维配比需合理，除了考虑过滤性能的需要外，还要考虑纤维之间的抱合力，确保梳理、水刺和针刺过程顺利进行。

针刺密度应控制在1500～1700N/cm2，针刺缠结点需较普通滤料多。必须加大刺针深度，确保滤料的剥离强度和缠结度。另外，需选择最佳型号的刺针，保证滤料表面平整度高而易于清灰，保证滤料针眼小可防止过滤初期发生漏灰，保证最终滤料的过滤效率和过滤精度高。

针刺复合基布层或水刺迎尘面时，应确保复合层不产生折皱。因此，复合过程中必须严格控制过程张力，并保持其恒定；保持复合层退卷张力恒定，使布幅稳定，不发生偏移；复合层针深合理，确保纤维穿刺充分且不受到损伤。

3.2 轧光定型工艺

合理调整轧光定型工艺参数，包括轧光温度、轧光速度、轧辊压力、引布方式、过程张力、半成品厚度等，保证针坯得到充分定型，确保滤料的收缩率及透气率在要求范围内。同时，针坯上的针眼在轧光定型过程中进一步收缩变小，以降低粉尘透过率，并提高过滤效率和过滤精度。

3.3 烧毛轧光工艺

合理调整烧毛轧光工艺参数，如火口选择、火口距离、液化汽流量、轧光温度、轧光速度、轧辊压力、引布方式、过程张力、半成品厚度等，确保在滤料迎尘面形成易清灰层。同时，注意烧毛后半成品颜色的变化，使外观质量符合用户要求。烧毛过程中要稳定控制半成品厚度，保证滤料的收缩率及透气率在要求范围内。

3.4 饱和浸渍工艺

浸渍时需选用合适的浆料助剂，合理调整配方，控制浸渍液的附着量，使滤料能够更好地发挥作用。根据纤维性质及滤料特点，合理调节烘箱的各区段温度、压浆辊压力、拉幅定型机车速，使滤料的外观质量及过滤性能均能符合用户要求。

4 滤料技术性能比较

4.1 滤料过滤方式比较

滤料过滤方式分深层过滤和表层过滤(图1)。深层过滤方式下，粉尘会渗透到滤料中间，运行后过滤阻力会不断提高。表层过滤方式下，与深层过滤方式相比，其过滤精度和过滤效率高很多，这有利于提高对微细粒子(PM2.5)的捕集效果。针刺、水刺复合过滤材料采用表层过滤方式，可防止粉尘进入滤料深层，而且有利于清灰，表层过滤也更加有效、可靠，并降低了过滤阻力。

(a) PTFE薄膜表层过滤 (b) 传统滤料深层过滤 (c) 复合滤料表层过滤

4.2 滤料透气度比较

对三种滤料的面密度、厚度及透气度进行测试，测试结果见表2

表2 PPS滤料性能及透气度

4.3 滤料排放浓度比较

如图2所示，针刺-水刺复合PPS滤料的粉尘总排放浓度(TOT)比针刺PPS滤料减少了61%，微细粉尘(PM2.5)排放浓度减少了48%，表层过滤的优越性得到充分体现，过滤效率非常高，且对微细粉尘(PM2.5)的控制优势更大。

图2 滤料排放浓度比较[基于环境技术认证(ETV)标准]

4.4 滤料过滤效率比较

如图3所示，由于针刺-水刺复合PPS滤料和针刺PPS覆膜滤料都采用表层过滤方式，所以它们的过滤效率高并且较接近，而针刺PPS滤料的过滤效率明显较低。

图3 滤料过滤效率比较

4.5 滤料过滤压差比较

如图4所示，由于针刺PPS覆膜滤料的透气度很小，所以过滤压差大；针刺-水刺复合PPS滤料的透气量在8m3/(m2·min)左右，过滤压差与针刺PPS滤料接近，所以过滤阻力比针刺PPS覆膜滤料小。

图4 滤料过滤压差比较

从表2可以看出，针刺PPS滤料的透气量约为针刺-水刺复合PPS滤料的2倍，而后者的透气量又为针刺PPS覆膜滤料的2倍多。由于针刺-水刺复合PPS滤料的表层采用细旦纤维水刺层，其致密性比常规滤料的表层高很多。针刺-水刺复合PPS滤料和针刺PPS覆膜滤料都采用表层过滤，它们都比常规滤料具有更高的过滤效率，出口的粉尘浓度可降低30%～60%。但是由于针刺-水刺复合PPS滤料的透气量是针刺PPS覆膜滤料的2倍多，实际使用时前者的过滤面积仅为后者的一半，过滤袋数量和除尘器体积都降低近50%，大大节约了除尘器的制造成本和过滤袋的更换成本，提高了竞争力。

通过比较得出，采用针刺-水刺复合工艺，滤料的过滤效率、过滤阻力、排放浓度、透气度均大大优于针刺工艺制备的滤料。

4.6 滤料主要技术指标

将P84纤维及PPS纤维按一定质量配比混合，然后经水刺制成30～60g/m2水刺层作为迎尘面，再经针刺复合成滤料。对滤料的主要技术指标进行测试，测试结果见表3。

表3 滤料主要技术指标

5 结语

通过解决针刺、水刺复合工艺难题，提高了滤料的使用性能，所得最终产品具有高强度、耐高温、透气量大、易清灰、使用时间长等特点，可改变冶金、发电、水泥、垃圾焚烧等工业在高温烟气过滤中采用较复杂的工艺路线的状况。这种先进的一步法直接制备复合滤料的方式，既有利于增加产量、节约能源，又降低了成本；既减少了烟排浓度，降低了对大气的污染程度，又改变了耐高温纤维及耐高温滤料主要依靠进口的局面，对促进我国的环境保护具有重要的现实意义。

Development and application of high-temperature environmental protection filter material compound products

WangWenxin

Fujian Nanfang Textile Co.,Ltd.,Nanping 353000,China

With the aim to research and develop high-temperature environmental protection compound filter materials,the high-temperature,corrosin-resistant and antioxidant fibers were chosen as raw materials,with needle-punch and spunlace compound technology,the trapping effect of micro-particles(PM2.5) of the compound materials was increased,and the fine dust from penetrating into the deep filter was prevented.The dust facing surface was made of spunlaced layer,which possessed the effect of surface filtration and was conducive to clear ash,and therefore,surface filtration was more efficient and reliable,and the filtration resistance was also reduced.The application of compound technology significantly improved the temperature resistance of the filter material,and the corrosion resistance,oxidation resistance and tensile strength of the filter material were increased greatly,and the cost was reduced.

high-temperature,needle-punch,spunlace,compound technology,filter material

2016-04-12

王文鑫，男，1973年生，工程师，主要从事针刺非织造布产品开发和生产技术管理工作

TS174.6

A

1004-7093(2016)08-0011-05