新型覆膜濾料的制備工藝及性能研究

聶孫建,梁 燕,周冠辰,楊 東,黃偉琪

(安徽元琛環(huán)保科技股份有限公司,安徽 合肥 230012)

隨著工業(yè)的高速發(fā)展,我國的大氣污染日趨嚴重,全國性霧霾影響人民的身體健康。研究表明,袋式除塵器是控制工業(yè)煙氣、減少霧霾的有效手段之一,也應用最為廣泛[1-3],其核心組件為濾料,能夠?qū)Υ髿夥蹓m進行過濾處理。但隨著國家對工業(yè)煙氣排放濃度要求的日趨嚴苛,傳統(tǒng)的濾料并不能滿足要求。基于此,研究人員通過在濾料表面覆上一層以聚四氟乙烯(PTFE)為原料的薄膜(即覆膜濾料),其過濾機理不同于傳統(tǒng)濾料,是以表面過濾方式(傳統(tǒng)濾料過濾方式為滲透過濾),能夠?qū)崿F(xiàn)過濾效率高、清灰徹底、壓力損失穩(wěn)定且保持較低水平,滿足國家規(guī)定的工業(yè)煙氣排放濃度,因此越來越受到人們的關(guān)注和廣泛應用[4-8]。

但覆膜濾料在實際使用過程中,會由于PTFE 膜自身較薄、覆膜濾袋與濾袋(凈氣室內(nèi)壁)之間的摩擦、濾袋與骨架之間的磨碰、高風速攜塵氣流對濾袋的沖刷及脈沖噴吹清灰時的空氣力作用等因素導致表面PTFE膜破損,使得除塵器工業(yè)煙氣排放濃度超標、濾料使用壽命縮短、企業(yè)生產(chǎn)成本增加[9-10]。

從已有研究出發(fā),以覆膜濾料為對象,研究了不同覆膜材料對濾料耐磨性能的影響。

1 試驗部分

1.1 原料

滌綸未覆膜濾料和滌綸針刺覆膜濾料(安徽元琛環(huán)保科技股份有限公司),滌-錦水刺布(浙江福瑞森水刺無紡布有限公司)。

1.2 儀器

日本Tokuden電磁加熱覆膜機,熱壓覆膜機,濾料綜合性能測試平臺,馬丁代爾耐磨儀,通氣阻力測試儀器,透氣性測試儀器,電子天平。

1.3 試驗步驟

1.3.1 制備PTFE覆膜濾料

通過電磁加熱覆膜機,將PTFE 膜與滌綸濾料熱覆在一起,工藝參數(shù)見表1。

表1 熱覆工藝參數(shù)

1.3.2 制備以滌-錦水刺布為膜的覆膜濾料

覆膜原理和傳統(tǒng)覆PTFE 膜一樣,通過熱壓覆膜機,將滌-錦水刺布與基材滌綸濾料貼合在一起,工藝參數(shù)見表2。

表2 覆膜貼合工藝參數(shù)

1.4 性能表征

透氣性能:利用透氣性測試儀器對所制備的兩類覆膜濾料進行透氣性能檢測,測試壓強200 Pa;

通氣阻力:利用通氣阻力儀器對所制備的兩類覆膜濾料進行通氣阻力性能檢測,測試面積4.9 cm2;

過濾效率:采用LZC-K1 濾料綜合性能測試平臺,介質(zhì)為NaCl和DEHS,粒徑范圍0.33～0.36μm;

耐磨性能:將2種樣品裁剪至要求大小(直徑38 mm 的圓),稱重記錄數(shù)據(jù)后,進行磨損試驗,每摩擦一定次數(shù)后取出,測量質(zhì)量,計算耐磨指數(shù)。

式中:Ai為耐磨指數(shù),次/mg;n為總摩擦次數(shù),次;Δm試樣在總摩擦次數(shù)下的質(zhì)量損失,mg。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同覆膜濾料透氣性能

圖1是在不同工藝參數(shù)下所制備的覆膜濾料的透氣性檢測結(jié)果。從圖1中可以看出,熱壓速度和壓輥壓力對覆膜濾料的透氣性有影響,同一壓力下,熱壓速度越快,透氣率越高;同一熱壓速度下,熱壓的壓力越大,覆膜濾料的透氣性越低,因為壓力越大,滌-錦水刺布與基材滌綸貼合越緊密,兩者之間空隙減少或堵塞的可能性增加,導致透氣性較低;同時,可以看出,傳統(tǒng)滌綸覆膜的透氣性為3.21 m3/m2/min,處于滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料透氣性之間,這表明滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料能夠滿足傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料的透氣要求。

圖1 不同工藝條件下的透氣性

2.2 不同工藝條件下的過濾效率對比

圖2為不同工藝參數(shù)下所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的過濾效率,可以看出,不同工藝條件下,其所制備的覆膜濾料的過濾效率差別較小,因為過濾效率取決于所覆膜的材質(zhì),材質(zhì)相同,過濾效率差異小;同時與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料(99.83%)處于同一水平,能夠滿足工業(yè)煙氣濃度排放要求。

圖2 不同工藝參數(shù)下的過濾效率

2.3 不同工藝條件下的通氣阻力

圖3為不同工藝條件下所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的通氣阻力。從圖3可以看出,熱壓速度和壓輥壓力對通氣阻力有影響:同一壓力下,熱壓速度越快,通氣阻力越低;同一速度下,壓輥壓力越大,通氣阻力越大,因為滌-錦水刺布與基材滌綸貼合越緊密,自身及兩者之間的孔隙被堵住的機率就越大,最終會導致覆膜濾料的通氣阻力增大。

圖3 不同工藝條件下的通氣阻力

從滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的透氣性、過濾效率及通氣阻力的檢測數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料綜合對比,選取6 M-3 MP的工藝參數(shù)下所制備的覆膜濾料做耐磨性能測試。

2.4 不同過濾材料的耐磨性能測試

圖4分別為2種滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料和傳統(tǒng)覆膜濾料在1 000、1 500 次摩擦后的外觀對比。從圖4可知,在1 000次摩擦后,滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料表面膜結(jié)構(gòu)無破損現(xiàn)象,而傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料磨損嚴重,已經(jīng)出現(xiàn)漏基布情況;1 500次摩擦后,類海島纖維覆膜濾料仍未出現(xiàn)明顯磨損破壞情況,而滌綸覆膜濾料基布已被磨損。

圖4 摩擦后的外觀對比

圖5為在壓力3 MPa、熱壓速度6 m/min下所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料摩擦次數(shù)與質(zhì)量損失之間的關(guān)系對比圖。從圖5可以看出,滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的質(zhì)量損失曲線較為平緩,在1 750次摩擦后的質(zhì)量損失率為11.1%;而傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料的質(zhì)量損失曲線下降較快,1 750次摩擦后質(zhì)量損失率為43.3%。滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的耐磨指數(shù)為21次/mg,滌綸覆膜濾料的耐磨指數(shù)為6次/mg。可以看出,滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的耐磨性能要優(yōu)于傳統(tǒng)滌綸覆PTFE 膜濾料,這種新型覆膜濾料能夠避免傳統(tǒng)覆膜濾料的PTFE 膜破損而導致濾料性能失效、使用壽命下降的缺點,使得濾料使用性能得以保證。

圖5 不同類型覆膜濾料的耐磨性能

3 結(jié)論

以滌-錦水刺布為膜,通過熱壓貼合工藝覆在滌綸基材上制成滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料,并與傳統(tǒng)滌綸覆PTFE膜濾料進行性能對比:

(1)不同熱壓速度、熱壓壓力所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料,其透氣性、通氣阻力、過濾效率會隨著速度與壓力的變化而變化,其中,以熱壓速度6 m/min、熱壓壓力3 MPa的工藝所制備的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的過濾效率、通氣阻力和透氣性綜合較好,與傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料相比,差異不大。

(2)6 M-3 MPa的滌-錦水刺布/滌綸覆膜濾料的耐磨性要比傳統(tǒng)滌綸覆膜濾料好。