玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的研發

費建信，顧益飛

（上海博格工業用布有限公司，上海 201302）

引言

以資源、能源消耗性為主的重化工（電力、建材、冶金、化工等）工業近年來迅速發展，隨之帶來的環境污染問題日趨嚴重。

以煤炭為例，假設煤炭產量中的50%用于發電供熱的煤炭鍋爐，按生煙量7000Nm3/t標準來計算，發電供熱的煤炭鍋爐產生煙氣量為121.17億kNm3，按平均煙塵排放濃度150mg/Nm3計算，年煙塵排放量達到1817.55萬噸。如果這些煙塵未經處理都排向大氣，給環境帶來的污染可想而知。而工業排放的其他污染物（如水泥生產、鋼鐵冶煉、垃圾焚燒等）也給地球帶來了壓迫感。為徹底解決工業煙塵對大氣環境的污染，人類發明了袋式除塵器以及能截留細微粉塵顆粒的覆膜濾料，但其相對較高的運行阻力不利于節能。因此研發出過濾精度高、價格合理的新產品是當前除塵市場的迫切需求。

1 玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料

玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料是采用高強度的無堿玻纖機織布為基材，以PPS、PTFE混紡作為纖維網層，進行水刺使纖網初步得到固結，然后采用寬幅、高均勻度和平整度的梳理機梳出纖維面層，利用高壓水射流對纖網進行沖擊，使PTFE纖維原纖化，如同一層附于織物表面的PTFE薄膜。形成三維容塵立體結構，最后對制成的玻纖/PPS、PTFE復合水刺過濾材料進行烘干、熱定型或者浸漬處理等后處理工藝，使濾料的耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、抗結露、過濾效率、尺寸穩定性、收縮率和濾料強度等性能顯著提高，以達到在電廠煙氣凈化袋式除塵器中除塵的技術要求。與覆膜濾料相比，其具有價格低、耐溫更高等特殊優點。

2 玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的原料

2.1 玻璃纖維濾布

玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料采用的是連續玻纖濾布作為基材。

玻璃纖維是一種無機非金屬材料，耐高溫，不燃，抗腐，抗拉強度高，電絕緣性好。但脆性大、耐磨性和耐折性差，利用針刺對纖維的損傷都很大。

玻纖濾布按照織造方式，主要品種可分為：斜紋、破斜紋、緯二重等不同組織。本產品玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的基材采用的是緯二重的方式。

2.2 PPS纖維

PPS纖維截面形狀通常為圓形（見圖1），但日本東洋紡也生產商品名為Procon的三葉形聚苯硫醚纖維（見圖2）。

圖1 PPS纖維圓柱形截面

圖2 PPS纖維三葉形截面

PPS纖維是由苯撐結構單元組成，具有高的結晶度，經固化交聯，具有優異的耐化學腐蝕性能和不水解性。其在170℃以下不溶于任何溶劑。只有在190℃以上才部分地溶解在氯代芳香烴溶劑（二苯醚、氯化萘、聯苯、氯化聯苯等）及雜環化合物中。在無機酸中，除強氧化性酸外，不受其它酸腐蝕。PPS纖維在溫度至200℃的范圍內能經受多種酸、堿、鹽和其它化工介質的腐蝕，其耐蝕性能僅次于PTFE纖維。同時它還具有良好的電絕緣性、尺寸穩定性和力學性能。

2.3 PTFE纖維

PTFE纖維的分子量大，分子表面幾乎全部為氟原子覆蓋。PTFE纖維是耐化學腐蝕性最好的纖維，可耐各種強酸、強堿的腐蝕；可耐260℃的高溫，在高溫條件下的阻燃性，電絕緣性都很好；摩擦系數較低，不沾性、耐磨性、抗水解、抗氧化性也都很好；寬溫度范圍內，機械強度優異，并且使用壽命長。研究表明PTFE經高速高壓的水射流沖擊后可分裂成更細小的纖維，用其制成的過濾產品有突出的過濾性能。

3 玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的工藝

玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料采用水刺面層包裹玻纖濾布，使玻纖的性能優勢達到最大化，克服了玻纖不耐磨、不耐折的缺點。

濾料迎塵面選用性能優異的PTFE纖維，以柔性高壓水流取代刺針在纖網中由上至下連續噴射并通過托網簾的反射作用使纖維相互纏繞成布。同時高壓水會對表面的PTFE纖維進行開纖，形成更加微細的PTFE纖維層，提高了過濾精度。可替代覆膜濾料適應PM2.5的排放標準，并使過濾材料的失效周期延長。

采用玻纖機織布作為濾料的骨架層，增加了濾料的抗拉伸強度，提高了濾料的尺寸穩定性及使用溫度，極大地延長了濾料的使用壽命和過濾效果。

濾料底層選用粗旦PPS纖維為原料。利用粗旦PPS纖維制成的水刺纖網，可在不影響阻力的前提下提高產品的耐磨性。

通過以上步驟產生的空調系統，需要進行三種驗證。第一，主要設備額定流量的匹配；第二，末端溫度滿足預設值；第三，動力設備壓頭達到要求。滿足以上要求，可視為空調系統合理。

將PPS和PTFE的纖網利用高壓水刺，使其貼合在玻纖濾布表面。產品的內部結構呈明顯梯次結構，有效解決了過濾效率和阻力之間的矛盾，降低了濾料被堵塞的可能性，可明顯提高過濾精度，減小過濾阻力，提高過濾風速。

制成后的濾料采用特氟隆聚四氟乙烯乳液整體浸漬處理，能提高濾料的抗氧化、耐腐蝕、耐溫能力，增強濾料的憎水性，延長了濾料的使用壽命，同時提高了濾料的過濾精度，并可以抗結露。

4 產品的性能

對PPS針刺氈、PPS覆膜針刺氈、玻纖/PPS、PTFE復合水刺氈進行性能對比。

4.1 阻力性能對比（見圖3）

圖3 產品的阻力情況對比

由圖3可知，3種產品的初始阻力情況對比結果為：PPS針刺＜玻纖/PPS、PTFE復合水刺＜PPS覆膜針刺，玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料產品的阻力之所以會略微大于針刺產品，是因為通過高速高壓的水射流加固后纖維被細化，纖維與纖維間的空隙變小，使得初始阻力要大于針刺產品。

4.2 過濾性能對比（見圖4）

圖4 產品過濾精度的比較

從圖4可以看出，玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的過濾精度要高于PPS針刺濾料的過濾精度。由于玻纖/PPS、PTFE復合水刺產品采用的是表層過濾，它的過濾效率要比采用深層過濾的PPS針刺產品要高。從圖4中還可看出，玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的過濾精度在相對于2微米顆粒時幾乎達到了針刺覆膜產品的過濾精度。這是因為該材料特殊的三維立體結構及水射流細化纖維的結果。

PPS針刺氈和玻纖/PPS、PTFE復合水刺氈的過濾性能測試結果見表1；潔凈濾料1000Pa噴吹30次后見圖5；老化后1000Pa噴吹2h的結果見表2、圖6； 老化后1800Pa噴吹2h結果見表3、圖7。

表1 過濾性能測試

圖5 潔凈濾料1000Pa噴吹30次

表2 老化后1000Pa噴吹2h

圖6 老化后1000Pa噴吹2h

表3 老化后1800Pa噴吹2h

圖7 老化后1800Pa噴吹2h

從以上圖、表可知：PPS針刺氈經過30個噴吹周期的實驗時間比玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料少2261s，PPS針刺氈排放濃度比玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料高出1.33mg/m3。在老化階段10,000次清灰中，PPS針刺氈的最終阻力比新型PPS水刺濾料高出159Pa。在1000Pa定壓噴吹2h中，PPS針刺氈比玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的清灰次數要高出59次，平均清灰周期要短56s。玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的循環次數為19次，平均清灰間隔為379s，粉塵排放濃度為0.054mg/m3。其阻力在清灰之后基本上沒有增加，即濾料的殘余阻力會相對比較穩定。

5 產品的應用

5.1 燃煤鍋爐

燃煤鍋爐排放的煙氣，溫度一般都較高并具有腐蝕性，氣體中所含的油霧、細微顆粒物等黏性物易附著在濾料表面造成濾料的堵塞，使除塵器的阻力上升，濾袋磨損。因此具有耐高溫、耐腐蝕的表面過濾產品“玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料”能很好地應用于燃煤鍋爐。

5.2 垃圾焚燒

垃圾焚燒產生的煙氣具有以下特點：

（1）在燃燒中一些碳氫化合物也會生成水汽，因此煙氣的含濕量也較大，一般為煙氣總量的23%～30%；

（2）由于垃圾成分復雜，燃燒后產生的煙塵中的有毒、有害成分也較復雜，其中包含一些微量重金屬，如汞、鎘、鉛、鉬、鉻、鎳、銅等；

（3）與燃煤鍋爐不同，垃圾焚燒煙氣除含有O2、SOX、CO2、NOX等外，還含有HCl、HF等酸性氣體，以及水蒸汽和烴類（THC）；

（4）煙塵的粒徑較小、黏度較高。

從以上特點可以看出，生活垃圾焚燒煙氣凈化袋式除塵器濾料的選擇具有很大的難度。由于垃圾焚燒煙氣成分復雜，一般濾料難以在該行業中使用，所以垃圾焚燒爐袋式除塵器采用的濾料主要有PPS濾料、P84濾料、玻璃纖維膨體紗及覆膜濾料、玻璃纖維針刺氈、PTFE纖維復合濾料和GORE-TEX等品種，以及PTFE纖維或者PTFE覆膜濾料。其中使用比較廣泛的是PPS濾料和P84濾料，尤其在國外的垃圾焚燒爐袋式除塵器中，這兩種濾料的使用量較大。所以性能比PPS更加優越的玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料更加適合垃圾焚燒行業的使用。

6 發展前景

2013年發生的嚴重灰霾天氣已經成為許多地區的重大民生問題。隨著全球對環保的日趨重視，各國都不斷提高環保標準，環保除塵非織造過濾行業也隨之進入高峰發展期，目前國內行業的平均增長速度已是GDP的3倍左右。由于玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料具有過濾精度高、阻力小、使用壽命長等特點，煙氣過濾效果可達到歐美發達國家PM2.5排放標準，也是適應我國煙塵排放標準從PM10提高到PM2.5的更新換代產品。根據實際應用情況和生產情況來看，玻纖/PPS、PTFE復合水刺濾料的過濾效率、強度、透氣等性能都優于針刺過濾材料，且玻纖/PPS、PTFE復合水刺氈的生產速度快、產量大、能源消耗少，可直接為廠家節約成本。因此該項目產品在各方面都有著極大的優勢，同時與國外高檔的濾材技術指標接軌，填補了國內生產復合過濾材料的空白，對打破發達國家的技術壟斷和產業壟斷，提升我國環保過濾材料行業整體技術水平也具有重要意義。

我國工業用布中的除塵過濾材料今后的高速發展將會更加嚴格，該技術新產品將擁有非常廣闊的應用前景，同時由于該技術的科技含量高，與其相關的設備儀器的科技含量也需隨之提高，從而必將也會帶動相關行業的產業化、科技化發展。