后处理工艺对聚苯硫醚滤料清灰性能的影响

殷依华， 于 斌,2， 韩 建，2

(1. 浙江理工大学 材料与纺织学院， 浙江 杭州 310018；2. 产业用纺织材料制备技术浙江省重点实验室， 浙江 杭州 310018)

后处理工艺对聚苯硫醚滤料清灰性能的影响

殷依华1， 于 斌1,2， 韩 建1，2

(1. 浙江理工大学 材料与纺织学院， 浙江 杭州 310018；2. 产业用纺织材料制备技术浙江省重点实验室， 浙江 杭州 310018)

为研究滤料清灰性能的不同影响因素，选取4种聚苯硫醚(PPS)纤维滤料，即未经后处理、烧毛、聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸渍和PTFE微孔膜覆膜处理的滤料为试样，采用滤料动态过滤性能测试仪测试了4种聚苯硫醚纤维滤料的清灰性能，通过扫描电镜观察了过滤前后滤料的表观形貌。测试结果表明：在试验周期内，这4种滤料中，覆膜滤料经粉尘过滤后剩余压差最低，清灰周期最长，清灰性能最为优异；未经处理滤料清灰性能次之；PTFE乳液浸渍滤料由于表面纤维间充满着PTFE乳液固状物，其清灰性能较差；烧毛处理滤料表面留有面积较大的PPS纤维烧焦物质，其清灰性能最差。

聚苯硫醚滤料； 滤料后处理； 粉尘过滤； 清灰性能

我国在工业高速发展的同时也给大气环境造成了较严重的危害，为减轻重工业排放物对环境的影响，在排放前需经除尘处理。袋式除尘器是一种高效的工业除尘设备，其除尘效率高达99%以上[1-2]，滤料是袋式除尘器的核心部件，承担着主要的过滤作用，在过滤初期，粉尘沉积在滤料深处，随着粉尘的增加，粉尘颗粒不断沉积在滤料表面形成滤饼结构[3]，滤饼可高效地拦截粉尘，但是会增加运行阻力，为保证除尘器高效、低阻力地运行，清灰工序必不可缺。

有学者对粉尘颗粒沉积过程[4-6]进行了研究，但是由于滤饼的牢度低，非常脆弱，很难直接测量其结构参数，目前主要采用理论模拟的方法研究滤饼的结构特性。文献[7-9]对于清灰过程和清灰机制的研究已有多年，存在一定分歧，研究重点在影响清灰效果的因素[10-12]，主要有清灰喷吹系统参数、清灰方式、粉尘特性、滤料特性等。滤料表面结构是影响清灰效果的一个因素，不同后处理工艺条件下的滤料有不同的表面形貌，因此，同种滤料经过不同后处理工艺，其清灰效果有所不同。为此，本文通过测试滤料在过滤和清灰过程中，滤料的清灰周期、剩余压差和表面粉尘沉积的变化来研究滤料不同后处理对清灰效果的影响。

1 试验仪器

滤料过滤测试系统由加料装置、垂直管道、水平管道、浓度检测仪、压力传感器、压力泵等组成，如图1所。示试验装置包括1个刷型粉尘喂入器，持续地输送粉尘进入垂直管道，其喂入速度由位于下方的电子秤测得并记录。粉尘在进入通道前经过放射源中和电性，垂直和水平管道上安装有光度仪监控粉尘质量浓度，水平管道口装置需测试的滤料，过滤前后的最大压差将触发脉冲喷吹进行清灰，洁净气流通道通过“Y”型管道分成两股气流，即样品流和旁支流，样品流中的安德森撞击器进行粒子的分离和测试，旁支流拥有绝对过滤滤纸。质量流量控制器可测试系统气流速度，压力传感器记录着每次喷吹清灰后3 s时的压力值。JSM-5610LV型扫描电子显微镜，日本电子株式会社；PSM165型孔径仪，德国TOPAS公司。

2 试验方法

2.1 试 样

聚苯硫醚(PPS)是一种高性能纤维，具有出色的耐高温和化学腐蚀性能，是理想的高温过滤材料。本文试验选取4种不同后处理工艺处理后的PPS滤料，分别是未处理对照、烧毛、聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸渍和PTFE微孔覆膜试样。其基本参数如表1所示。

表1 4种滤料的基本工艺参数Tab.1 Basic technological parameters of four filters

2.2 动态性能测试方法

测试参照德国VDI 3926—2004《评价可清洁滤料的标准测试方法》进行。

1)滤料初始性能测试：30次定压清灰，滤料压降达到1 000 Pa。2)滤料调试：10 000次定时清灰，时间间隔5 s。3)滤料恢复：10次定压清灰，滤料压降达到1 000 Pa。4)性能测试：30次定压清灰，滤料压降达到1 000 Pa。

2.3 滤料样品外观形貌观察

分别将4种过滤前后的滤料进行镀金处理，采用扫描电镜进行表面观测，加速电压为20 kV。

2.4 滤料孔径测试方法

孔径测试参照ASTM F316—2003《通过起泡点和平均流动孔试验描述膜过滤器的孔的大小特征的试验方法》，ISO 4003—1997《可渗透性烧结金属材料——起泡试验孔径的测定》；选取直径为11 mm的夹具，测试液体为试剂 Topor，采用冒泡法对4种不同后处理的滤料进行孔径测试，测得滤料的平均孔径。

3 结果与分析

3.1 过滤前后滤料的表面形态

4种滤料经动态性能测试前后的扫描电镜照片如图2所示。在测试前，未经后处理滤料中的纤维排列清晰，纤维间孔隙均匀；经烧毛处理后的滤料有面积较大的PPS烧焦状物质覆盖在纤维表面；经浸渍处理的滤料中PFTE分布在纤维间的孔隙，乳液干燥后颗粒的存在使得滤料孔径减小；覆膜滤料的PTFE微孔膜覆盖在滤料表面，滤料孔径大幅减小。以上4种滤料经动态性能测试后，粉尘会在滤料表面堆积，未经处理滤料的表面，大团粉尘无规则地黏结在纤维的四周；烧毛滤料的表面，粉尘较为平整地覆盖在滤料表面；浸渍滤料的表面，纤维孔隙中乳液的存在对粉尘的进入有所阻碍；覆膜滤料，清晰可见薄膜的存在，表面粉尘层较薄。

从这4种滤料扫描电镜结果可看出，前3种滤料的纤维和粉尘紧密黏结在一起，而经覆膜处理的滤料中粉尘被隔绝在PTFE膜外，因此不同后处理对粉尘在滤料表面的沉积有着很大的影响。

3.2 滤料初始性能分析

图3、4分别示出4种滤料在试验初始阶段的清灰周期，剩余压差随清灰次数增加的变化图。

由图3、4可看出，在前30次清灰过程中，清灰周期和剩余压差随清灰次数的增加呈反比趋势，即清灰周期逐渐减小，剩余压差逐渐增大。清灰周期和剩余压差都是表征清灰性能的重要参数，清灰周期长，表明滤料压降上升慢，透气性好；剩余压差小，表明滤料的清灰效果好。未处理滤料、烧毛滤料、浸渍滤料和覆膜滤料的平均清灰周期为229、393、398和194 s，4种滤料的平均剩余压差为53、85、69和59 Pa。这段时间是粉尘进入滤料深层进行堆积的过程，烧毛滤料、浸渍滤料和未处理滤料的过滤机制属于这种深层过滤，在该初始阶段，滤饼正处于成形阶段，此时过滤阻力正在增大，表现为清灰周期减小，剩余压差增大。未处理滤料纤维间孔隙大，粉尘堆积使之达到第1次清灰压差的时间比其他滤料长，烧毛滤料由于表面焦状物质的存在和深层过滤的机制双重因素，运行阻力较大，表现为剩余压差比其他滤料高。滤料浸渍后，纤维表面和纤维间会形成不连续膜，使纤维不易滑动，增加了纤维间的结构密度，透气性会因此减小，但清灰性能提高。覆膜滤料由于PTFE薄膜的附着，过滤机制属于表面过滤，粉尘不易进入滤料里层，并且PTFE膜表面光滑易清灰，但是由于滤料孔径最小，初始阻力高。

3.3 滤料清灰性能分析

图5、6分别示出滤料在稳定状态下的清灰周期和剩余压差变化图。

由图5、6可看出，在经历定压清灰定时清灰和恢复清灰后，此时滤料的容尘状态基本处于饱和。覆膜滤料、未处理滤料、浸渍滤料、烧毛滤料4种滤料的平均清灰周期为127、76、52、13 s。烧毛滤料、浸渍滤料、未处理滤料、覆膜滤料4种滤料的平均剩余压差为580、497、393、357 Pa。在这一阶段中，4种滤料的过滤阻力趋于稳定。和初始阶段相比，PPS烧毛、浸渍滤料的平均剩余压差和清灰周期发生较大变化，清灰周期明显减小，剩余压差显著增大，这两大变化表明了在稳定状态下，粉尘在这2种滤料中堆积严重且不易清灰导致过滤阻力增大。覆膜滤料的剩余压差最小，清灰周期最长，表明滤料清灰彻底，压力损失稳定并保持较低水平，清灰周期长会减少清灰次数，从而延长滤料的使用寿命。经过长时间的过滤清灰试验发现，滤料的覆膜处理是必要且有效的后处理工艺，既减小了除尘器的运行成本，又延长了滤袋的使用寿命。

4 结 论

1)经不同后处理工艺处理过的滤料具有不同的表面形态，烧毛滤料表面附着焦状物质，浸渍滤料纤维间充满着PTFE乳液，覆膜滤料表面附着一层孔隙微小的PTFE膜，滤料表面形态对清灰性能有显著影响。

2)覆膜滤料具有最长的清灰周期和最小剩余压差，清灰效果好，并且清灰后保持较好透气性，具有较长的使用寿命和较低运行成本。

FZXB

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Influence of post-treatment process on dust cleaning performance of polyphenylene sulfide filters

YIN Yihua1, YU Bin1,2, HAN Jian1,2

(1.CollegeofMaterialsandTextiles,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofIndustrialTextileMaterialsandManufacturingTechnology,Hangzhou,Zhejiang310018,China)

To research the influence of treatment on the dust cleaning performance of filters, polyphenylene sulfide(PPS) filters which are not treated, singed, dipped with polytetrafluoroethy-lene(PTFE) emulsion and laminated with PTFE micro-porous film, respectively, were chosen as the experimental samples. Their filtering effects with different surface morphologies were studied by the dynamic filter performance tester, the surface morphologies of filters before and after filtration were observed by the scanning electron microscope. The results showed that laminated filter suffered from a long time filtration and cleaning, and it remained the lowest residual pressure and the longest cleaning cycle time, and had the most outstanding dust-cleaning performance. The performance of non-treated PPS filter was the second. The filter surface dipped with PTFE emulsion solid substance has poor performance. The singed filter surface was covered with large area of coke-like substance, and its performance was the worst.

polyphenylene sulfide filter; filter post-treatment; dust filtering; dust-cleaning performance

10.13475/j.fzxb.20150702505

2015-07-10

2016-04-18

教育部高校博士学科点专项科研基金项目(20133318110001)

殷依华(1990—)，女，硕士生。主要研究方向为产业用纺织材料。韩建，通信作者，E-mail:hanjian8@zstu.edu.cn。

TS 171.9

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