CN102335533A

CN102335533A - 一种过滤材料及其用途

Info

Publication number: CN102335533A
Application number: CN2010102384050A
Authority: CN
Inventors: 席群; 顾立霞; 纪舜卿
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: CN102335533B

Abstract

本发明公开了一种过滤材料及其用途，由过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层三层结构构成，其中过滤面层是由含有10～90wt％平均直径在10μm以下的耐热性纤维与含有10～90wt％平均直径在10～20μm耐热性纤维混合组成的纤维网，非过滤面层是由含有平均直径在10～200μm的异型截面耐热性纤维组成的纤维网，中间层织物增强层是由耐热性纤维组成的纤维网。本发明过滤材料具有过滤性能好、机械强度高、压损小、循环时间长的效果，可以提高过滤材料的使用寿命。

Description

一种过滤材料及其用途

技术领域

本发明涉及一种过滤材料及其用途。

背景技术

2007年中国环保产业协会袋式除尘委员会颁布了新的袋式除尘器用料及滤袋的国家标准，对煤炭锅炉烟气的排放要求越来越严格，要求更高的捕集效率。

过滤材料应用环境表现为四高一大一低(排放烟气温度高、烟气中SO₂、NO_X、O₂含量高；含尘浓度大；改造工程要求滤料阻力低)由于燃煤锅炉排放的烟气条件比较恶劣，过滤材料寿命面临严峻的考验。

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烟气的过滤材料的纤维，耐热性和耐化学药品性优良的间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维(以下简称PPS)、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维(以下简称P84)、三聚氰胺基纤维、玻璃纤维、氟素纤维、碳纤维等纤维值得考虑。尤其PPS纤维具有优良的耐水解性，耐酸性和耐碱性，因此在煤炭锅炉除尘用过滤袋中广泛使用。

在公开号CN201101921Y中，过滤面层由迎尘层(聚酰亚胺纤维构成)与第一附着层(常规聚苯硫醚纤维构成)构成，非过滤面层由常规聚苯硫醚构成。过滤面层虽然利用聚酰亚胺纤维特殊的三叶形截面，但非过滤面层使用细度2-4旦尼尔的常规聚苯硫醚纤维，使纤维网中纤维排列紧凑，这样就会造成通气度低、压力损失大，影响过滤材料的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通气度高、机械强度高、压损小、使用寿命长的过滤材料及其用途。

本发明的技术解决方案是：

一种过滤材料，由过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层三层结构构成，过滤面层是由含有10～90wt％平均直径在10μm以下的耐热性纤维与10～90wt％平均直径在10～20μm耐热性纤维混合组成的纤维网，非过滤面层是由含有平均直径在10～200μm异型截面的耐热性纤维组成的纤维网，中间织物增强层是由耐热性纤维组成。

在上述过滤面层加入平均直径在10μm以下的耐热性纤维(以下简称极细纤维)，是为了通过降低过滤面层孔隙的平均孔径，达到表层过滤的效果，提高过滤材料对粉尘的捕集效率。如果全部使用极细纤维，虽然过滤材料的捕集效率会很好，但其压力损失也会很高。因此在本发明中采用了将极细纤维与平均直径在10～20μm的耐热性纤维(以下简称普通纤维)混合的方法，这样不仅满足了强度的要求，同时还具有很高的捕集效率。

在过滤面层的纤维网中，如果极细纤维的含量超过90wt％，纤维网致密性过大，导致压力损失增大；如果极细纤维的含量低于10wt％，纤维网的致密性降低，从而无法达到增强过滤性能的效果。从能得到更高的粉尘捕集效率来看，过滤面层优选由含有30～70wt％的极细纤维与30～70wt％的普通纤维混合组成的纤维网，更优选由含有40～60wt％的极细纤维与60～40wt％的普通纤维混合组成的纤维网。

另外，要求极细纤维的平均直径在10μm以下，优选平均直径在2～8μm之间。要求普通纤维直径在10～20μm之间，如果其平均直径过大，就会增大孔隙率从而使捕集效率降低，优选12～18μm。

非过滤面层是由含有平均直径在10～200μm的异型截面耐热性纤维组成的纤维网。该非过滤面层主要是起支撑的作用，对过滤除尘起辅助作用，是从降低压力损失的角度和增加过滤材料的耐磨性(主要是与龙骨摩擦)来考虑的。

非过滤面层使用异型截面的耐热纤维时，其不规则的纤维截面使纤维表面积增大，这样就会提高滤料通气度，降低压损，延长循环时间，从而提高使用寿命。如果非过滤面层使用圆型截面纤维的话，纤维网中纤维排列紧凑，就会造成通气度低、压力损失大。

异型截面耐热性纤维直径的计算，在纤维的多边形截面中，将从截面重心至多边形各顶点(内角包括锐角和钝角)的距离的平均值定义为纤维直径。在椭圆纤维的情况下，将长边和短边的平均值定义为纤维直径。

当使用的异型截面的纤维平均直径小于10μm时，造成纤维网致密、通气度低而压力损失过大；当平均直径大于200μm时，纤维网稀松，其机械强度会比较低，优选平均直径为15～100μm。

中间织物增强层起保持机械强度的作用，因此适合使用拉伸强度为500N/5cm以上的织物增强层。为了不影响过滤性能的压力损失，基布优选形成稀疏的织造组织。作为一般的构造，有平纹组织、双层组织、三层组织、斜纹组织、缎纹组织等，优选平纹组织，成本低、被广泛使用，能够得到满意的性能。织物的经纱密度优选为10～60根/2.54cm，更优选20～50根/2.54cm；纬纱密度优选为10～30根/2.54cm，更优选10～25根/2.54cm。

上述异型截面为三角形、五角形、三叶形、多叶形、椭圆形中的一种或几种。优选三角形、三叶形。由于三角形、三叶形的不规则截面使纤维网表面中纤维排列松散，可以提高滤料通气度，降低压损，延长循环时间，从而提高使用寿命。

构成中间织物增强层的耐热纤维是短纤维或长丝中的至少一种。优选使用短纤维，短纤维纱和纤维网的络合性良好，因此使过滤材料的粉尘捕集效率变好。

上述耐热性纤维是间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维、三聚氰胺基纤维、玻璃纤维、氟素纤维、碳纤维等纤维中的至少一种。其中优选PPS纤维和氟系纤维，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。从机械强度高方面考虑，更优选PPS纤维，使用PPS纤维能够得到具有优良的耐热性、耐化学药品性和耐水解性的过滤材料。另外，氟系纤维的机械强度比PPS纤维差，但耐热性和耐化学药品性优良，因此在特别苛刻的环境中使用时，优选使用氟系纤维。

根据JIS L 1096标准的8.27.1 A法，在测试压力为125Pa时，本发明过滤材料的通气度为5～50cc/cm².s。如果通气度小于5cc/cm².s，压损大，引起阻力大，就会降低过滤材料的使用寿命；当通气度大于50cc/cm².s，容易造成粉尘进入过滤材料内部，这样就造成过滤材料的堵塞，降低捕集效率，达不到排放标准。考虑到捕集效率和压损，优选5～25cc/cm².s，更优选10～20cc/cm².s。

本发明过滤材料的孔隙率为40～90％。如果过滤材料的孔隙率大于90％，对粉尘的捕集效率就会降低；如果过滤材料的孔隙率小于40％，通气度就变得过低，而且提高了压力损失，增加了除尘机风机的能耗。优选孔隙率为60～85％，更优70～85％。在这里孔隙率的定义是：过滤材料中空隙部分的体积占过滤材料体积的百分比。计算式为：孔隙率(％)＝(组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)-过滤材料的密度(g/cm³))/组成过滤材料纤维的密度(g/cm³)×100％。

根据JIS L 1096标准，本发明过滤材料的克重在300～1000g/m²之间。如果克重大于1000g/m²，就增加了成本；如果克重小于300g/m²，起过滤除尘作用的纤维网太薄，就无法满足高捕集效率的作用而且机械强度也无法得到满足，优选450～700g/m²。

根据JIS L 1096标准，本发明过滤材料的拉伸强度在500N/5cm以上。本发明的过滤材料是用于高温烟气除尘的过滤材料，高温烟气的环境具有温度高、强的化学腐蚀性，同时烟气中的粉尘浓度高等特点，因此过滤材料必须要有一定的强度来满足高温烟气的环境。另外过滤材料在使用过程中必须克服自身的重力和附载粉尘的重力，以及清灰时压缩空气对过滤材料的冲击力。因此过滤材料的拉伸强度在500N/5cm以上，更优选900N/5cm以上。

本发明过滤材料的过滤面层纤维网表面部分是经过熔融处理的。本发明的过滤材料，通过对过滤材料至少一面的表面进行熔融粘着，能够更进一步提高粉尘剥离性能或粉尘捕集效率。作为使纤维网表面的一部分熔融粘着的方法，可以采用烧毛处理或光亮加工等方法。特别是在要求粉尘捕集效率高的情况下，优选使用过滤面实施处理的纤维网，具体地说，在过滤材料的过滤面一侧进行利用燃烧焰或者红外线加热等的烧毛处理，或用热辊加压。通过这样的处理，使过滤面一侧的纤维网表面的至少一部分发生熔融粘着来提高过滤材料对粉尘捕集效率。这里的熔融粘着是指纤维的部分通过化学或物理方法变成液态状后混合在一起形成水膜的状态。

制得的过滤材料缝制成袋状适用于耐热性好的垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或者金属熔炼炉等排出的高温气体的除尘。作为在该缝制中使用的缝线，优选使用和构成织物的纤维同样地具有耐化学药品性、耐热性的纤维材料构成的线，适合使用PPS纤维或氟素纤维等，优选PPS或氟素纤维。

本发明的过滤材料粉尘捕集效率高，过滤材料表面粉尘清除后压力损失小，而且由于较长的清灰周期，在一定的时间里减少压缩空气喷吹次数对过滤材料的损伤，因此具有延长过滤材料使用寿命的效果，而且在高温下过滤材料的热尺寸稳定性好、在排气中的粉尘捕集效率优良，而且和龙骨的耐磨性或断裂强度、硬挺度、尺寸稳定性等良好，因而能够使过滤材料长寿命化。

具体实施方式

下面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。本发明过滤材料各物性的测定方法如下。

【单位面积重量】

将过滤材料切成200×200mm的正方形，从重量计算出过滤材料的单位面积重量。

【厚度】

使用厚度千分表(挤压力0.000245Pa)测定过滤材料的厚度。随机选择6点进行测定，求出平均值。

【通气度】

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度，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。

【残余压力损失】

VDI3926的测定试验后，得到过滤材料的残余压力损失。

【拉伸强度】

基于JISL 1096规定的布条强度法测定过滤材料的拉伸强度。试样尺寸是200mm×50mm，以拉伸速度100mm/min、夹头间隔100mm进行测定。测定值是试样的经向(与纤维的取向垂直的方向，在包含平纹粗布试样的情况下，与平纹粗布的经向同一方向)和试样的纬向(包含平纹粗布的试样的情况下，与平纹粗布的纬向同一方向)中的1次强度的值。

实施例1

采用纤度2.0dtex(纤维平均直径13.8μm)、匹长51mm的PPS短纤维制得经向密度38根/2.54cm、纬向密度15根/2.54cm的平纹织物作为基布，在其中一个面上以198g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网是由将纤度1.0dtex(纤维平均直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维与2.2dtex(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维按重量比10∶90进行混棉，将得到的混纺短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm²刺针密度进行针刺而得到的，该纤维网即为过滤面一测的过滤层；在基布的另一侧的面上以198g/m²的单位面积重量层叠纤维网，该纤维网是由100wt％的纤度2.2dtex(纤维平均直径为19.5μm)、匹长51mm的PPS三角形截面的短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm²刺针密度进行针刺而得到的。该纤维网即为非过滤面一侧的过滤层；再通过针刺加工使基布(即织物增强层)和上述的纤维网进行交织，得到单位面积重量536g/m²、总针刺密度300根/cm²的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面层进行烧毛处理。该过滤材料的各物性参见表1。

实施例2

以实施例1制得的平纹织物作为基布，作为构成过滤面一侧的纤维网是由将纤度1.0dtex(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维与2.2dtex(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维按20∶80的重量比混合而得到的；作为构成非过滤面一侧的纤维网是由100wt％的纤度2.2dtex(纤维平均直径16.2μm)、匹长51mm的PPS椭圆形截面的短纤维进行开棉、梳棉、针刺而得到的。其余方法同实施例1，所得过滤材料的各物性参见表1。

实施例3

以实施例1制得的平纹织物作为基布，作为构成过滤面一侧的纤维网是由将纤度1.0dtex(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维与2.2dtex(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维按30∶70的重量比混合而得到的；作为构成非过滤面一侧的纤维网是由100wt％的纤度2.2dtex(纤维平均直径为21.2μm)、匹长55mm的P84三叶形截面短纤维进行开棉、梳棉、针刺而得到的。其余方法同实施例1，所得过滤材料的各物性参见表1。

实施例4

以实施例1制得的平纹织物作为基布，作为构成过滤面一侧的纤维网是由将纤度1.0dtex(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维与2.2dtex(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维按40∶60的重量比混合而得到的；作为构成非过滤面一侧的纤维网是由100wt％的纤度2.2dtex(纤维平均直径为19.5μm)、匹长51mm的PPS三角形截面的短纤维进行开棉、梳棉、针刺而得到的。其余方法同实施例1，所得过滤材料的各物性参见表1。

实施例5

以实施例1制得的平纹织物作为基布，作为构成过滤面一侧的纤维网是由将纤度1.0dtex(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维与2.2dtex(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维按50∶50的重量比混合而得到的；作为构成非过滤面一侧的纤维网是由100wt％的纤度2.2dtex(纤维平均直径21.2μm)、匹长55mm的P84三叶形截面的短纤维进行开棉、梳棉、针刺而得到的。其余方法同实施例1，所得过滤材料的各物性参见表1。

实施例1～5中制得的过滤材料应用于制备过滤袋。

比较例1

以实施例1制得的平纹织物作为基布，作为构成过滤面一侧的纤维网是由将纤度1.0dtex(纤维平均直径9.7μm)的PPS短纤维与纤度2.2dtex(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维按40∶60的重量比混合而得到的；作为构成非过滤面一侧的纤维网是由100wt％的纤度2.2dtex、匹长51mm的PPS圆形截面的短纤维进行开棉、梳棉、针刺而得到的。其余方法同实施例1，所得过滤材料的各物性参见表1。

比较例2

以实施例1制得的平纹织物作为基布，将100wt％的纤度2.2dtex(纤维平均直径14.5μm)、匹长51mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以针刺密度40根/cm²进行假针刺，得到形成空气流入面和空气排出面的过滤层的纤维网，该纤维网的单位面积重量分别是220g/m²和220g/m²，得到单位面积重量562g/m²的过滤材料。其余方法同实施例1，所得过滤材料的各物性参见表1。

比较例3

以实施例1制得的平纹织物作为基布，作为构成过滤面一侧的纤维网是由将100wt％的纤度1.0dtex(纤维直径9.7μm)、匹长51mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉、针刺而得到的。作为构成非过滤面一侧的纤维网是由将100wt％的纤度2.2dtex、匹长51mm的PPS圆形截面的短纤维进行开棉、梳棉、针刺而得到的。其余方法同实施例1，所得过滤材料的各物性参见表1。

表1

○：良 ◎：优 ×：差

从表1的评价结果可知，实施例1～5的过滤材料与比较例1～3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低、通气度高。进一步来看，实施例3、4要好一点；更进一步来看，实施例4是最好的，制得的过滤材料具有高的捕集效率和通气度、而且压力损失低；同时还具有优良的机械强度，因此延长了过滤材料的使用寿命。

Claims

1.一种过滤材料，由过滤面层、非过滤面层、中间织物增强层三层结构构成，其特征是：过滤面层是由含有10～90wt％平均直径在10μm以下的耐热性纤维与10～90wt％平均直径在10～20μm耐热性纤维混合组成的纤维网，非过滤面层是由含有平均直径在10～200μm异型截面的耐热性纤维组成的纤维网，中间织物增强层是由耐热性纤维组成。

2.根据权利要求1所述过滤材料，其特征是：所述异型截面为三角形、五角形、三叶形、多叶形、椭圆形中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述过滤材料，其特征是：所述异型截面优选三角形或三叶形。

4.根据权利要求1所述过滤材料，其特征是：所述构成中间织物增强层的耐热纤维是短纤维或长丝中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述过滤材料，其特征是：所述耐热性纤维是间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维、三聚氰胺基纤维、玻璃纤维、氟素纤维、碳纤维中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述过滤材料，其特征在于：根据JIS L1096标准的8.27.1 A法，在测试压力为125Pa时，该过滤材料的通气度为5～50cc/cm².s。

7.根据权利要求1或2所述过滤材料，其特征是：根据JIS L 1096标准，该过滤材料的克重在300～1000g/m²之间。

8.根据权利要求1或2所述过滤材料，其特征是：根据JIS L 1096标准，该过滤材料的拉伸强度在500N/5cm以上。

9.根据权利项要求1所述过滤材料，其特征是：所述过滤面层纤维网表面部分是经过熔融处理的。

10.一种如权利要求1所述过滤材料在制备过滤袋中的应用。