CN101406779B

CN101406779B - 含有聚苯硫醚纤维的过滤材料及用途

Info

Publication number: CN101406779B
Application number: CN2007101342631A
Authority: CN
Inventors: 李星; 沈雪松
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2027-10-08
Also published as: CN101406779A

Abstract

本发明公开了一种含有聚苯硫醚纤维补强织物的过滤材料及用途，该过滤材料是由聚苯硫醚纤维补强织物和过滤面层含有细纤维层的不织布。该过滤材料应用在制备过滤袋中。本发明耐机械冲击性好，同时过滤性能好，使用寿命长。

Description

含有聚苯硫醚纤维的过滤材料及用途

技术领域：

本发明涉及一种过滤材料及用途。

背景技术：

净化气体的过滤材料，有深层过滤的过滤材料和表面过滤的过滤材料，除尘机使用表面过滤用过滤材料。所谓表面过滤是在过滤材料表面捕集粉尘，在过滤材料表面形成粉尘层，通过该粉尘层逐渐捕集粉尘，当粉尘层达到一定程度的厚度时，就借助压缩空气去除过滤材料表面的粉尘，在过滤材料表面再形成粉尘层的操作反复进行的过滤。

作为构成用于过滤从煤炭锅炉，垃圾焚烧炉或者金属熔炼炉等排出的高温排气的过滤材料的纤维，使用由耐热性和耐化学药品性优良的聚苯硫醚(以下简称为PPS)纤维，间位芳香族聚酰胺纤维(间位芳纶纤维)，PTFE纤维，聚酰亚胺纤维，玻璃纤维，玄武岩纤维等非织造物构成的过滤材料。尤其PPS纤维具有优良的耐水解，耐酸性和耐碱性，因此广泛作为煤炭锅炉的除尘过滤袋使用。

另外最近国家提出了节能减排的要求，由于煤炭锅炉是主要的污染源，因此要求更低排放。就要求高捕集效率的除尘***。同时节能方面也要求降低能耗，对于袋式除尘机，要降低能耗只有降低除尘机的压力损失，也就是要降低过滤袋的压力损失。进一步，由于这种高温过滤材料和龙骨配合使用，清灰的过程中是使用脉冲空气喷吹的，因此除了要耐化学性和耐温性它应该有很强的机械强度。

在公开发明CN1712100中，提到用玻璃纤维作为增强织物，虽然玻璃纤维有着很高的耐温性，由于玻璃纤维的耐折性较差，但是它的耐冲击能力较差，因此会影响它的使用寿命。同时由于组成过滤面的纤维层的纤维的直径过于小，虽然可以提高过滤材料的捕集效率，但是耐磨耗性较差。因此在实际的使用中存在缺陷。

发明内容：

本发明的目的是提供一种过滤性能好，压力损失低，使用寿命长的含有聚苯硫醚纤维的过滤材料及用途。

本发明的技术解决方案是：

一种含有聚苯硫醚纤维的过滤材料，其特征是：组成过滤材料至少有三层结构，过滤面，非过滤面，中间补强织物，其中过滤面中至少含有一层由平均直径介于3-12μm的细纤维组成的细纤维层；中间补强织物为聚苯硫醚或聚四氟乙烯的织物；非过滤面是直径大于12μm的纤维组成的纤维层。

该过滤材料的通气量在5-30cc/cm².s。

该过滤材料细纤维层以外其他的纤维层纤维的平均直径在

10-40μm之间。

该过滤材料的克重在300-800g/m2之间。

该过滤材料的空隙率在0.60-0.90。

该过滤材料中的补强织物由聚苯硫醚纤维构成的。

该过滤材料可以用于过滤袋。

本发明的过滤材料的过滤性能好，压力损失低，使用寿命长。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方法

下面详细说明本发明。

首先，该过滤材料含有聚苯硫醚或聚四氟乙烯纤维组成的补强织物，在这里聚苯硫醚的补强织物是介于两层纤维网中间的稀松织物，在过滤材料中起增加过滤材料强度的作用。过滤材料中含有聚苯硫醚补强织物这一点很重要，在实机的使用过程中，过滤材料要经受几万次脉冲空气的冲击，因此起骨架材料的补强织物的必须强度要高，同时要有很好的耐疲劳性，能匹配过滤材料的长期使用性。因此这些材料应该是聚苯硫醚，聚四氟乙烯，间位芳纶等材料组成的补强织物，优选聚苯硫醚和聚四氟乙烯纤维形成的补强织物，考虑到成本的原因，更优选由聚苯硫醚纤维构成的补强织物，另外组成该补强织物可以是长丝，也可以是短纤维构成的补强织物。

其次该过滤材料的过滤面上至少含有一层由平均直径小于12μm的细纤维组成的纤维层。在这里过滤材料的面是指过滤材料的过滤面和非过滤面，过滤面是指直接接触含尘气体的一面，非过滤面是指洁净空气排除的面的一面。在这里过滤面层纤维的平均直径小于12μm是很重要的，根据过滤的理论表面的纤维越细形成过滤材料的平均孔径小同时均匀，利于提供捕集效率，同时阻止了粉尘进入过滤材料的内部，因此也能降低压力损失。在这里小于12μm的纤维组成的纤维层可以是过滤面的整个面层，也可以是覆盖在其他纤维层上的过滤面中一部分，另外对于组成该纤维层纤维的直径介于3-12μm是比较适合的，纤维直径小于3μm时，组成的纤维网层的耐磨耗性不够，不能抵抗粉尘冲刷。优选纤维的平均直径在5-12μm的纤维。对于细纤维层为覆盖的层的情况下，介于细纤维层和补强织物层间的纤维层，由于是起着呈上起下的作用，因此，对于这个层次的纤维网组成的纤维的直径在12μm以上20μm以下的纤维组成，可以是几种纤维的混合，也可以是单一的纤维组成。对于非滤过面的纤维层，考虑到它的耐磨耗性，要选择耐磨耗性优秀的纤维组成，优选纤维直径在12μm以上的纤维。考虑到增加过滤材料的捕集效率，可以在20μm以上的纤维内混合20μm以下的纤维。对于细纤维层的含量(相对于整个过滤材料)在10％到70％之间是合适的，量小于10％起不到提高捕集效率的作用，量大于70％对于降低压力损失是不利的，考虑到成本的问题优选10％到50％，更优选10％-40％。

对于构成该过滤材料纤维层的原料，可以优选耐热性纤维，包括：聚苯硫醚(PPS)，聚四氟乙烯(PTFE)，间位芳纶，聚酰亚胺，玻璃纤维，氧化聚丙烯氰纤维，玄武岩纤维等。优选聚苯硫醚和PTFE和间位芳纶，更优选聚苯硫醚和PTFE。这里所指纤维的平均直径是通过扫描电镜采集50根纤维的直径，然后计算其平均值。在这里聚苯硫醚是指(以下简称为PPS)纤维是其构成单位的90wt％或90wt％以上含-(C₆H₄-S)_n-表示的亚苯基硫醚结构单元的聚合物构成的纤维。在这里不织布是指将短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成，具体的加工方法有纺粘，针刺，水刺等加工方法。在这里不织布的选用是很重要的，由于不织布材料的各向同行，因此能适应过滤材料的长期使用耐久性，考虑到过滤材料用于煤炭锅炉，因此优选水刺和针刺的方法，更优选针刺的方法。

其次，该过滤材料的通气量在5-30cc/cm².s，这一点是十分重要的，通气量过小过滤材料的压力损失比较大，对于使用于除尘机的过滤袋的要求是满足不了的。同时增加了过滤面积，增加了除尘机的尺寸，也增加了成本。因此通气量小于5cc/cm².s是不优选的。对于通气量过大，过滤材料的平均孔径和空隙率都比较大，容易造成粉尘进入过滤材料内部，堵塞过滤材料，引起压力损失的大幅提高，降低过滤材料的使用寿命；同时对于捕集效率的要求满足不了，因此通气量大于30cc/cm².s也是不优选的。因此通气量在5-30cc/cm².s是必要的，考虑到捕集效率和压地损失的综合平衡，优选5-25cc/cm².s，更优选10-20cc/cm².s。

该过滤材料细纤维层以外其他的纤维层纤维的平均直径在10-40μm之间。在这里可以是单一的纤维，也可以是几种纤维的混合。在这里对纤维直径的界定是很重要的，纤维直径小于10μm形成纤维层的强度不够，不能满足与龙骨的磨耗要求。在这里龙骨是指：支撑过滤材料的铁质框架结构。同时增加了成本，对于纤维直径大于40μm，虽然能提高纤维层的强度，但是，由于在生产过程中粗纤维会被带入细纤维层中，引起细纤维层的孔径变大，形成纤维层的空隙率和孔径变大，粉尘容易侵入过滤材料内部，提高压力损失，同时捕集效率也低。形成的平均孔径不均匀，影响烟气的流量分布，因此影响到了过滤材料的粉尘分布。

该过滤材料的克重在300-800g/m²之间。在这里过滤材料的克重是很重要的，克重过小，过滤材料的强度得不到保证，过滤材料的强度过大时，增加了过滤材料的成本，同时也不利于除尘机的运行。优选400-700g/m²，考虑到表面含有细纤维层，更优选400-600g/m²，克重过小，过滤材料的强度不够，同时，对于过滤效率也有会影响。过滤材料的克重大于800g/m²时，其过滤材料的成本加大，同时，过滤材料的的压力损失也比较大，对于除尘机来讲，和降低能耗方面是有利的。在这里克重是指单位面积过滤材料的重量。

该过滤材料的空隙率在0.60-0.90。对于过滤材料的空隙率，过滤材料的空隙率过大，过滤材料的空隙率过小，压力损失比较大，不利于运用于除尘机内，空隙率过小的时候，过滤材料的捕集效率过小，不能满足排放的标准。另外，空隙率过小，影响过滤材料的强度。纤维与纤维的络合性差，影响了过滤材料的强度。过滤材料的强度偏低，影响其使用寿命，另外，空隙率过大，粉尘容易侵入过滤材料内部，在清灰时粉尘不容易被清出，随着时间的运行，过滤材料的压力损失会显著升高。空隙率过低，纤维层之间以及纤维层和增强织物的结合性。降低其强度。影响其使用寿命。在这里空隙率的定义是指：过滤材料的单位体积内空气占有的体积比率。

以下，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。

过滤材料各物性的测定方法如下。

【通气量】

基于JISL 1096规定的弗雷泽型织物透气性测试法测定过滤材料的通气量。测定部位是随机选择6点进行测定。

【VDI3926捕集效率】

基于VDI3926的标准测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是Φ150mm，喂入的粉尘浓度在5g/m³，过滤风速为2m/min。实验的顺序是，初期30回+稳定化5000回+最后30回。这里的初期30回和最后30回的方法是，随着运行时间的延长，过滤材料两面的压差会渐渐升高，当到达1000Pa时，脉冲空气对过滤材料表面的粉尘进行清灰，然后进行下一个过程，该过程总共进行30回，在实验的过程中记录压力和时间的变化，同时检测没有被过滤材料捕集的粉尘的浓度。稳定化过程是指在运行的过程中，以5s为时间间隔对过滤材料进行清灰，共进行5000回。在这里所指的清灰的压力是5bar。

实施例1

使用纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”)，得到经纱20S/2、纬纱20s。使其平织，得到经纱密度30根/2.54cm、纬纱密度14根/2.54cm的PPS短纤维纱平纹织物。

以该织物作为基布，在织物一个面上以110g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网是纤度1.0分特(纤维平均直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-1.0T 51mm)实施开棉、梳棉处理后，以刺针密度50根/cm²进行针刺而得到的。在该纤维下面一层以同样的方法得到纤度为2.2分特(东丽株式会社制“特康”S301-2.2T 51mm)110g/m²的单位面积重量层叠纤维网，在该两层纤维网形成过滤面一侧的过滤层。在织物的另一侧的面上以210g/m²的单位面积重量层叠下述纤维网，该纤维网是将纤度7.8分特(纤维平均直径27μm)、匹长76mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S101-7.8T76mm)100wt％进行开棉、梳棉处理后，以刺针密度50根/cm²进行针刺而得到的。该纤维网形成非过滤面一侧的过滤层。进一步通过针刺加工使织物(基布)和上述的纤维网进行交织，得到单位面积重量540g/m²，总针刺密度300根/cm²的过滤材料，然后进行热定型处理，另外，在此得到的过滤材料中看到由于针刺处理而发生收缩、单位面积重量比理论上变高的倾向。

实施例2

与实施例1同样的方法得到的，组成结构是过滤面是220g/m²的纤维网，该纤维网是纤度1.0分特(纤维平均直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-1.0T 51mm)构成；非过滤面是210g/m²的纤维网，该纤维网是纤度7.8分特(纤维平均直径27μm)、匹长76mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S101-7.8T76mm)构成。

实施例3

与实施例1同样的方法得到的，组成结构是过滤面是220g/m²的纤维网，该纤维网是纤度1.0分特(纤维平均直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-1.0T 51mm)构成；非过滤面是由100g/m²的纤度为7.8分特(纤维平均直径27μm)、匹长76mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S101-7.8T 76mm)和110g/m²纤度是2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-2.2T 51mm)混合构成。

实施例4

与实施例1同样的方法得到的，组成结构是过滤面是110g/m²纤度是1.0分特(纤维平均直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-1.0T 51mm)和110g/m²纤度是2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-2.2T 51mm)分层构成；非过滤面是由100g/m²的纤度为7.8分特(纤维平均直径27μm)、匹长76mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S101-7.8T 76mm)和110g/m²纤度是2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-2.2T 51mm)混合构成。

实施例1～4得到的含有聚苯硫醚纤维的过滤材料可以用于制作过滤袋。

比较例1

与实施例1同样的方法得到的，组成结构是过滤面是220g/m²的纤维网，该纤维网是纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-2.2T 51mm)构成；非过滤面是210g/m²的纤维网，该纤维网是纤度7.8分特(纤维平均直径27μm)、匹长76mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S101-7.8T76mm)构成。

比较例2

与实施例1同样的方法得到的，组成结构是过滤面是220g/m²的纤维网，该纤维网是纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-2.2T 51mm)构成；非过滤面是210g/m²的纤维网，该纤维网是纤度2.2分特(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维(东丽株式会社制“特康”S301-2.2T 51mm)构成。

从表1、的评价结果可知，实施例1～4的过滤材料，与比较例1～2的过滤材料相比，粉尘捕集效率高，而且过滤材料的残余压力损失也低。进一步的来看，实施例1、3、4更加要好一点，再进一步来看，实施例1为最好的。过滤材料的捕集效率高，压力损失也不变高。因此延长过滤材料的使用寿命是可能的。

表一

			实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	比较例1	比较例2
									构成	过滤面1	PPS1.0T	50％	100％	100％	50％	-	-
过滤面2	PPS2.2T	50％	-	-	50％	100％	100％
								增强织物层		PPS	PPS
非过滤面	PPS2.2T	-	-	50％	50％	-	100％
								PPS7.8T		100％	100％	50％	50％	100％	-
	克重			540	557	532	538									550	542
孔隙率								0.77	0.76	0.77	0.77	0.8	0.76
			通气量(cc/cm².s 125Pa)			18.4	15.1							13.3	15.7	24.8	14.2
循环时间(s)								11237	10030	10095	11035	7964	8651
			捕集效率(％)			99.9979	99.9985							99.9993	99.9984	99.9718	99.9931
残余压差(Pa)								184	213	230	215	155.6	254
			综合判断			○	○							○	○	×	×

Claims

1.一种含有聚苯硫醚纤维的过滤材料，其特征是：组成过滤材料至少有三层结构，过滤面，非过滤面，中间补强织物，其中过滤面中至少含有一层由平均直径介于3-12μm的细纤维组成的细纤维层；中间补强织物为聚苯硫醚或聚四氟乙烯的织物；非过滤面是直径大于12μm的纤维组成的纤维层；该过滤材料的空隙率在0.60-0.90；该过滤材料的细纤维层以外其他的纤维层纤维的平均直径在10-40μm之间。

2.根据权利要求1所述的含有聚苯硫醚纤维的过滤材料，其特征是，按照JIS L 1096标准该过滤材料的通气量在5-30cc/cm².s。

3.根据权利要求1或2所述的含有聚苯硫醚纤维的过滤材料，其特征是：该过滤材料的克重在300-800g/m2之间。

4.权利要求1所述的含有聚苯硫醚纤维的过滤材料在制备过滤袋中的应用。