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过滤材料的结构形态及特性

发布时间:2017-04-26

      过滤材料生产工艺技术复杂,按不同制作工艺方法可得到不同结构形态的过滤材料。一般分为织造滤料、非织造滤料、纸质滤料、热塑成型滤料、多孔陶瓷滤料和复合滤料等。水泥工业所用过滤材料主要是织造滤料、非织造滤料及复合滤料。
  非织造技术与传统织造技术相比,具有工艺流程简单、生产速度快、产量与劳动生产率高、成本低、可用的纤维来源范围广、工艺容易变化、可生产的产品品种多等优点,近年来的销量增长很快。
  非织造物按加工方法可分为水刺加固非织造物和针刺加固非织造物等。水刺法是用高压产生的多股水射流喷射纤网,纤网中的纤维在不同方向水射流穿插水力作用下,产生位移、穿插、缠结和抱合,从而使纤网得到加固;针刺法是以含有倒钩的刺针,机械穿刺纤网中的纤维,从而使纤网得到加固。水刺非织造材料纤网中的纤维为柔性缠绕结构,相对而言,针刺非织造物则为刚性缠绕结构。水刺法耗水,废水经处理虽可循环使用,但也要补充5%的洁净水。当前,袋式除尘器用非织造滤料大多为针刺毡。
  上世纪70年代,东北工学院(现东北大学)研发涤纶针刺毡生产技术,之后在抚顺第三毛纺厂(现抚顺东方滤料有限企业)首次成功生产,并在抚顺产业用布厂(现抚顺晶花产业用布有限企业)批量生产了袋式除尘器用针刺毡非织造物滤料——涤纶针刺毡。
  上世纪80年代末,南京玻璃纤维研究设计院(现中材科技股份有限企业)研发了玻璃纤维针刺毡生产技术,并于上世纪90年代初批量生产了针刺毡非织造物滤料——玻璃纤维针刺毡,开辟了耐高温针刺毡滤料应用的新天地,其成套生产技术获国家科技进步二等奖。
  随着环保工业的发展,国内针刺毡的年产量已由上世纪70年代的几万平方米,发展到现在的几千万平方米。品种也从当年单一的涤纶针刺毡和玻璃纤维针刺毡,发展为可用多种纤维原料、适应多种需求的几十种规格的非织造物滤料,包括芳香蔟聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等多种耐高温的化学纤维品种。常用的非织造滤料品种有涤纶针刺毡、玻纤针刺毡、PPS针刺毡、Nomex针刺毡、P84针刺毡、PTFE针刺毡,以及各种化学纤维混杂针刺毡和玻纤与耐高温化学纤维混杂针刺毡。
  针刺毡滤料发展速度之所以如此迅速,与其自身优势分不开。针刺毡滤料中的纤维呈立体交错排列,可充分发挥纤维的捕尘功能。这种结构有利于粉尘层的快速形成,滤尘开始和清灰后也不存在直通孔隙,捕尘效果稳定,因而捕尘率高于一般织物滤料。测试结果表明,针刺毡滤料的静态捕尘率可达99.9%,比一般绒布高出一个数量级;针刺毡没有或只有少量加捻的经纬纱线,孔隙率高达70%~80%,为一般织造滤料的1.6~2.0倍,因而自身的透气性好,阻力低;针刺毡的生产流程简单,生产速度快,劳动生产率高,产品成本低,易形成自动化一条龙生产线,便于监控和保证产品质量的稳定性。
  织造滤料
  织造滤料中应用较多的是机织物滤料,此外还有针织物滤料、三向织物滤料和编辫织物滤料等。机织物滤料是以合股加捻的经纬纱线用织机交织而成。由于经纬纱线都经过加捻,所以纱线本身和交织点的密度都比较大,过滤物几乎只能从经纬线间的空隙通过。一般机织过滤材料的孔隙率只有30%~40%,而且是直通的。
  与非织造滤料相比,织造滤料尺寸稳定性较好,适于制成大直径、长滤袋。使用织造滤料可制成具有较大强度,能承受较大压力的滤料,易形成平整和较光滑表面或薄形柔软的织物,有利于滤袋清灰,同时便于调整织物的紧密程度,既可制成较疏松滤料,也可制成高度紧密的滤料。
  织造滤料虽有自身优势,也存在一些不足之处。如传统生产工艺流程长,生成产品的速度慢;过滤主要通过经纱与纬纱的孔隙进行,与非织造滤料相比,在同样滤速情况下,滤料本身的阻力大;织造滤料只有在形成粉尘层后,才能阻挡较小颗粒物,在滤料未形成粉尘层、滤层清灰后或其他原因使粉尘层遭到破坏时,捕尘率明显下降。
  采用适当的后处理技术,如在织造滤料表面覆以微孔透气薄膜、实现表面过滤等,有助于提高捕尘率、改善清灰效果和降低滤袋工作阻力。
  常用的织造滤料品种主要有208涤纶绒布、机织729滤料、连续玻璃纤维过滤布、膨体纱玻璃纤维过滤布等。目前208涤纶绒布和机织729滤料在市场上已不多见。
  1.连续玻璃纤维过滤布
  连续玻璃纤维过滤布是经、纬股纱交织而成的织物,上世纪60年代由南京玻璃纤维研究设计院(现中材科技股份有限企业)研发成功,是我国最早的耐高温过滤材料品种之一。这种过滤布采用中碱45s和无碱80s两种坩埚玻纤纱,经过捻线机的退解和并捻,给纱线加上合适的捻度,并按粗细要求进行合股后织造,再经表面化学处理制成的。
  改变过滤布的纱线配置和织物组织结构,可以纺织出斜纹、缎纹、纬二重等不同织纹,生产出不同厚度和幅度的玻璃纤维过滤布,以满足除尘系统对滤料透气率、经纬向强度、粉尘剥离性的要求。
  连续玻璃纤维过滤布具有耐高温、强度大、表面光滑、清灰性能好等特点,是气温在260℃以下时,大型低能清灰类高温袋式除尘器的合适过滤材料。其缺点是承受的过滤风速较低,需控制在0.3~0.5m/min。
  2.膨体纱玻璃纤维过滤布
  膨体纱玻璃纤维过滤布是在连续玻璃纤维过滤布基础上发展起来的一种新型玻纤过滤材料,通常情况下它采用部分或全部膨化的玻纤纱作纬纱,与玻纤经纱通过织造而成。在膨化工序中,一束或多束玻璃纤维纱经过膨化变形喷嘴,受到压缩空气形成的湍流冲击和扰动,增加膨松度并形成均匀的丝圈。玻纤膨体纱的特点是纱线膨松,纤维的覆盖能力和吸附灰尘的能力强、容尘量大。与连续玻璃纤维平幅过滤布相比,在相同容尘量下,膨体纱玻璃纤维过滤布的过滤风速可提高1/3,系统运行阻力可降低1/4,可收集粒径在1μm左右的产品,捕尘率在99.5%以上,它能承受的过滤风速可提高到0.3~0.7m/min。
  复合滤料
  为了发挥材料特性,扬长避短,可用两种或两种以上各具特色的材料加工成一种滤料,这种滤料被称为复合滤料。鉴于复合滤料所用材料的形态不同,可分为材料复合和结构复合两种。
  材料复合是由两种或两种以上材料,采用织造或非织造工艺生产织造滤料或非织造滤料的一种复合方法。如由部分耐高温短合成纤维与玻璃短纤维混合,采用非织造工艺制成纤网,针刺到玻璃纤维基布上制成的玻璃纤维复合毡。合成纤维的加入,提高了针刺毡中纤维的缠结强度及毡层与基布的结合强度,增加了针刺毡的密实度,提高了针刺毡的过滤性能。但是,若加入的合成纤维耐温性较低,就会降低针刺毡过滤材料的总体耐温性能。按加入的耐高温合成纤维的不同,材料复合针刺毡可分为P84玻璃纤维复合针刺毡、PTFE玻璃纤维复合针刺毡和Nomex玻璃纤维复合针刺毡等。
  结构复合是指成品与成品材料的复合,如针刺毡或机织布与多孔透气薄膜复合制成的滤料,又被称为覆膜滤料。中材科技股份有限企业生产的覆膜滤料,所覆的是膨体聚四氟乙烯微孔膜,孔径可以在1μm以下或几个μm之间,基底可以是玻璃纤维机织布、耐高温合成纤维针刺毡(如PPS针刺毡、Nomex针刺毡、PTFE针刺毡等)、P84玻璃纤维复合针刺毡、PTFE玻璃纤维复合针刺毡等,已广泛应用于我国建材、冶金、化工和电力等基础工业的环境保护和清洁生产中。
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