改良型PPS除塵過濾材料的制備與性能研究

鄧 洪，于 賓

(1.國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510530；2.天津工業大學 紡織學部，天津 300387)

改良型PPS除塵過濾材料的制備與性能研究

鄧 洪1，于 賓2

(1.國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510530；2.天津工業大學 紡織學部，天津 300387)

PPS(聚苯硫醚)具有強度高、耐高溫、化學穩定等優良特質，是高溫除塵過濾材料的理想原料，但其過濾效率較其他纖維濾材并無優勢，甚至較低。為提高PPS除塵過濾材料的過濾效率，實現高效低阻，通過混入超細PPS纖維、加入PTFE( 聚四氟乙烯)基布、混入PTFE纖維、PTFE乳液處理等方式，試制了改良型PPS除塵過濾材料，并對其與過濾相關的性能進行了測試。結果表明混入超細纖維可以提高濾料的過濾效率，且阻力基本不變；混入PTFE纖維后，過濾效率提高，阻力略有下降；采用PTFE乳液處理后，濾料的過濾效率明顯上升，但阻力也明顯增大。

PPS；除塵過濾材料；改良；高效低阻

改革開放以來，我國經濟迅速發展，以資源、能源消耗為主的電力、建材、冶金、化工等產業在這一時期的發展與擴張可謂是簡單粗暴，在推進發展的同時，也帶來了嚴重的環境污染問題，我國已出現大面積霧霾天氣[1]。雖然國家已經提高煙塵排放標準，但礙于治理成本過高，而違規成本較低的原因，在許多地方難以真正推行。

目前袋式除塵技術已在工業除塵過濾領域廣泛應用，袋式除塵濾料作為其關鍵部件，要求過濾效率高、阻力低、清灰性能優良、耐高溫，并具有相對較低的價格[2]。PPS(聚苯硫醚)、PTFE(聚四氟乙烯)、P84(聚酰亞胺)是目前耐高溫濾料的主要原料，然而價格均較高，分別為80～90元/kg、100～120元/kg、250元/kg以上。其中PPS作為價格最為低廉的原料，具有強度高、耐腐蝕、耐高溫等優異性能，得到了廣泛應用，但其過濾性能、阻力特性及清灰性能等較PTFE、P84差[3]。

為提高PPS除塵過濾材料的過濾性能，通過在普通PPS纖維中混入超細PPS纖維[4]、針刺氈加入PTFE基布、混入PTFE纖維[5]、針刺氈PTFE乳液處理等方式，試制了改良型PPS除塵過濾材料，獲得了良好的效果，所制備的濾料與PTFE、P84除塵過濾材料相近，且價格較低，使得煙塵污染治理成本不再昂貴，高溫袋式除塵過濾的普遍應用成為了可能。

1 試樣制備

試樣1采用普通PPS纖維，纖維直徑約為8～10 μm，針刺后進行燒毛、軋光處理；試樣2在試樣1制備過程中加入PTFE基布，克重為80 g/m2；試樣3在試樣1基礎上增加了PTFE乳液浸漬整理，乳液含固率約60 wt%，平均粒徑約0.2 μm；試樣4采用超細PPS纖維(直徑約2～4 μm)與普通PPS纖維以1∶4的比例開松混合，針刺后進行燒毛、軋光處理；試樣5采用粗細不勻的PTFE纖維與普通PPS纖維以1∶4的比例開松混合，針刺后進行燒毛、軋光處理。控制所有樣品克重均為560 g/m2左右,具體的制備過程及工藝如表1所示。

2 性能測試

所有試樣均在(20±2) ℃、(65±4)%相對濕度的環境溫濕度條件下調濕24 h，并在相應環境條件下進行測試。

2.1 厚度

采用GB/T 24218.2-2009《紡織品非織造布試驗方法第2部分：厚度的測定》測試所有試樣的厚度，精確至0.01 mm。

2.2 平均孔徑

采用ASTM F 316-2003(2011) 《泡點法測定膜過濾器的孔徑特征》測試所有樣品的平均孔徑與泡點孔徑，精確到0.1 μm。

2.3 孔隙率

濾料的孔隙率根據公式1計算得出。

表1 試樣制備工藝

(1)

其中Δ為孔隙率，ω為單位面積質量(g/cm2),t為濾料厚度(mm)，ρ為所用纖維真密度(g/cm3)。

2.4 濾料表面形貌分析

采用S-3000N型掃描電子顯微鏡對樣品的迎塵面及反面進行掃描，獲得放大100倍的電鏡照片，用以分析其表面形貌對過濾性能的影響。

2.5 過濾效率及阻力

采用德國TOPAS公司AFC-131濾料測試臺對所有試樣的靜態過濾性能進行測試，過濾面積100 cm2，流量為32 L/min，記錄其對≥0.3 μm、≥0.5 μm、≥1.0 μm、≥3.0 μm、≥5.0 μm、≥10.0 μm 6種粒徑顆粒的過濾效率，以及其過濾阻力。

3 結果與分析

3.1 常規物理性能

通過測試獲得試制濾料的常規物理性能見表2，濾料正反面表面形貌如圖1所示。

表2 試制濾料的常規物理性能

圖1 改良型PPS除塵過濾材料的表觀形貌

根據表2及圖1，對比試樣1與試樣2可知，在針刺工藝不變的情況下，加入PTFE基布后，濾料的平均孔徑、厚度、孔隙率均有不同程度的變小，表面也更加緊密，這是由于PTFE纖維密度較大，在其作為基布使用時，PPS纖維受到的針刺效果更為明顯，也更加緊密；對比試樣1與試樣3可知，PTFE乳液浸漬處理后濾料的厚度基本不變，平均孔徑明顯減小，孔隙率卻并未有明顯變化，從表面可以明顯觀察到吸附的PTFE顆粒，這些顆粒填充于纖維間的空隙中，使得孔隙變小；對比試樣1和試樣4可知，加入20%的超細PPS纖維后，其表面形貌并未發生明顯變化，但數據顯示其厚度、平均孔徑均明顯減小，但孔隙率并未明顯變化；對比試樣1與試樣5可知，混入20%粗細不勻的PTFE纖維后，濾料的厚度、平均孔徑、孔隙率都有明顯的下降，表面更是粗細纖維交替分布，這是因為PTFE纖維是采用裂膜法而來，在纖維的表面常出現較線為主干更細的分支，這些分支可視為細纖維，填充于PPS纖維的空隙間，使其孔隙變小，同時由于PTFE密度較大，故其厚度明顯變小。

3.2 過濾性能

試樣在流量為32 L/min時的過濾阻力如圖2所示，各試樣對于不同粒徑顆粒物的過濾效率如圖3所示。

圖2 試樣在32 L/min流量下的過濾阻力

圖3 試樣對不同粒徑顆粒物的過濾效率

結合圖2與圖3分析可知，前述改良方法均可提高PPS除塵過濾材料的過濾效率，但不同的方式對過濾阻力的影響不盡相同。

試樣2加入PTFE基布針刺而得到的濾料阻力上升明顯，但過濾效率提高不大，這是因為加入基布后，纖維在基布的擠壓作用下向基布的空隙位置集中，使得纖維更加緊密，相應的氣流通道變少同時直徑變小，但通道的曲折程度變化不大，提高了攔截效應，但慣性效應變化較小。

試樣3通過PTFE乳液后整理的濾料過濾阻力基本不變，但過濾效果卻大幅提高，這是因為乳液中微小PTFE顆粒吸附在PPS纖維表面，不會明顯改變濾料的孔隙率，也不會引起濾料平均孔徑的明顯變化，但卻使得氣流通道的曲折程度明顯增加，在過濾顆粒物的過程中慣性效應明顯增強。

試樣4在開松混合過程中加入20%的超細纖維后，其阻力明顯變大，過濾效率更是所有試樣中最好。這是因為混入超細纖維后，在相同的針刺工藝下，濾料將變得更加致密，厚度、孔隙率及平均孔徑都會較普通PPS纖維更小，其氣流通道的分支也會明顯增多，曲折程度大幅提高，同時提高了顆粒物過濾過程中的攔截效應與慣性效應，故獲得了最好的過濾效率。

試樣5在開松混合過程中加入了20%粗細不勻、分支較多的PTFE纖維，其對0.3 μm顆粒物的過濾效果提高了近25%，其他粒徑的顆粒物過濾效率也明顯提高，但其阻力未有明顯增大，甚至有小幅下降。這是因為加入PTFE后，針刺氈中形成了粗纖維、普通纖維及細小纖維分支的混合結構，這種結構使得濾料的平均孔徑與孔隙率均明顯變小，但氣流通道總量卻因較粗纖維的支撐及細小纖維分支對原有孔隙的分割而變化不大，粗纖維的支撐作用使得原有的氣流通道變大，但細小分支的分割作用使得氣流通道分支數量與曲折程度大幅提高，這樣提高了濾料的攔截效應與慣性效應，但卻并未使得氣流通道總量明顯變小，使濾料獲得了高效低阻的理想過濾性能。

4 結論

(1)通過加入基布或者混入超細纖維的手段提高濾料的過濾效率，能提高濾料的緊密程度，可以提高過濾效率，卻會使阻力明顯增大，難以實現高效低阻。

(2)在保證濾料氣流通道總量不明顯減小的前提下，通過提高氣流通道曲折程度的方式，提高濾料對顆粒物的攔截效應與慣性效應是實現高效低阻的有效途徑。可以通過乳液浸漬、混入如PTFE等粗細分布不勻的纖維等途徑實現。

(3)通過乳液浸漬、混入PTFE纖維等手段改良PPS除塵過濾材料成本較低，不僅實現了高效低阻的效果，還具有價格較低的優勢，使得高溫袋式除塵過濾的普遍應用成為可能。

[1] 費傳軍,郭曉蓓,白耀宗,等. 燃煤電廠對過濾材料的要求及其解決方案[J]. 電力科技與環保,2014,(1):20-22.

[2] 馬 捷. 我國耐高溫過濾材料的發展現狀及市場潛力[J]. 化學工業,2016,(1):18-21.

[3] 張 楠,崔 鑫,靳向煜,等. 加固工藝及組分對PPS/PTFE復合耐高溫濾料性能的影響[J]. 東華大學學報(自然科學版),2014,(2):202-204.

[4] 萬艷霞，朱志國，馬 萌. 聚苯硫醚超細纖維的制備及形態結構研究[C]// 中國化學會，中國機械工程學會，中國材料研究學會.2014年全國高分子材料科學與工程研討會學術論文集(下冊)，2014.

[5] 張 恒,甄 琪,王俊南,等. 梯度結構耐高溫纖維過濾材料的結構與性能[J]. 紡織學報,2016,(5):17-22.

推智能，促創新，印染行業改革發展脈絡日趨明晰

7月11～13日，中國印染行業協會五屆六次理事擴大會議暨宏大第六屆全國印染行業管理創新年會在浙江紹興舉辦。會議以“智能制造、創新發展”為主題，探討當前宏觀經濟形勢、行業發展環境、產業轉型創新、產業鏈協同發展等議題，邀請了行業資深專家以及企業領軍人物發表觀點、探討對策。

中國紡織工業聯合會會長孫瑞哲在主旨發言中，用“虛與實，世界是原子的也是比特的”、“合與分，世界是一體的也是離散的”、“平與折，世界是平坦的也是波折的”、“同與異，世界是趨同的也是多元的”4句富有哲理的話高度概括了目前紡織工業所處的快速變化、深度關聯、對立統一又充滿未知的世界，并提出了創新驅動下的紡織工業的六大價值引爆點，即智能、體驗、共享、責任、即時和信用。

孫瑞哲表示：“盡管中國紡織行業經歷了兩年的出口負增長，但其在世界市場的份額依舊可觀。”中國企業走出去的模式正在逐步由“產品走出去”，“企業走出去”轉向“產業集群走出去”，以降低投資風險和成本、規避貿易摩擦、并且在沒有形成產業集群效益的國家獲得先發優勢。中國紡織服裝行業如今有了新定位，分別是科技產業、時尚產業、先進制造產業。三個定位并非截然分立，而是充滿無限可能性的跨界融合與價值共生。

“十三五”時期是我國紡織工業轉型升級的關鍵階段，印染行業作為紡織工業產業鏈中技術密集、管理復雜、環保要求高的重要環節，面臨著嚴峻的挑戰和難得的發展機會。

中國印染行業協會會長陳志華在做理事會工作報告中指出，當前，印染行業既存在歷史遺留問題，又有新時期遇到的新挑戰，必須以轉型升級為方向、綠色發展為基石、提質增效為手段，依靠科技創新和管理創新，提升行業運行水平，繼續發揮在產業鏈中的重要作用，進一步促進行業健康發展。

陳志華還介紹了2017年1～5月印染行業經濟運行基本情況。期間，規模以上印染企業印染布產量219.02億m，同比增加6.5%，增速較去年同期提高7.29個百分點。規模以上印染企業實現主營業務收入1 601.86億元，同比增加7.87%，增速較去年同期提高5.28個百分點；實現利潤總額74.57億元，同比增加8.32%，增速較去年同期回落2.49個百分點，銷售利潤率4.66%，同比增加0.02個百分點。

(摘自：全球紡織網)

Study on Preparation and Properties of Modified PPS Dust Removal Filter Material

DENG Hong1, YU Bing2

(1. Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office, SIPO, Guangdong, Guangzhou 510530, China; 2. School of Textile, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

Polyphenylene sulfide has the advantages of high strength, high temperature resistance and chemical stability. It is an ideal raw material for high temperature dust removal and filtration, but its filtration efficiency has no advantage or even lower than other fiber filter materials. In order to improve the filtration efficiency of PPS filter materials, achieve high efficiency and low resistance, modified PPS filter material were prepared by mixing ultrafine PPS fibers, PTFE fabric, PTFE fiber and PTFE emulsion. And related filter performance were tested. The results showed that the filtration efficiency of filter media could be improved by mixing superfine fiber, and the resistance was basically unchanged. After mixing with PTFE fiber, the filtration efficiency increased and the resistance decreased slightly. After the treatment with PTFE emulsion, the filtration efficiency of the filter material increased obviously, and the resistance also increased obviously.

PPS; dust removal filter material; improvement; high efficiency and low resistance

2017-07-12

鄧 洪(1990-)，男，研究實習員，碩士研究生，主要從事紡織材料及紡織機械領域發明專利實質審查工作。

TS106.6

A

1673-0356(2017)08-0011-04