玻璃纖維/聚酰亞胺復(fù)合水刺濾料的制備和性能研究

俞應(yīng)珍，于淼涵，徐新杰，郁宗琪

（南京際華三五二一環(huán)?？萍加邢薰荆暇?210001）

過濾材料是控制顆粒物排放，尤其是工業(yè)煙塵排放的關(guān)鍵材料，對(duì)新型過濾材料的研究一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。

玻璃纖維由于具有耐高溫、高強(qiáng)力、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性和良好的耐酸堿腐蝕性，一直受到環(huán)保行業(yè)的青睞。玻璃纖維過濾材料能夠在260℃高溫下長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，強(qiáng)力往往可達(dá)到2000N 以上，尺寸穩(wěn)定性大于99%，耐酸堿腐蝕性良好，制成的濾袋被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、水泥等高溫氣體除塵領(lǐng)域。但由于玻璃纖維性脆、耐折性能差，制成的玻璃纖維濾袋耐磨性能較差、易破袋，平均使用壽命在1 年左右，遠(yuǎn)低于化纖濾袋3—4 年的使用壽命。

為了改善玻璃纖維濾料的耐磨性，提高濾袋的使用壽命，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文以新型高強(qiáng)玻纖復(fù)合水刺濾料為研究對(duì)象，介紹了一種柔軟性良好，耐化學(xué)腐蝕性、拒水拒油性能好，易清灰，高效低阻使用壽命長(zhǎng)的玻璃纖維/聚酰亞胺（PI）復(fù)合水刺濾料的制備方法。

1 制備方法

1.1 配制涂層劑

步驟1 為配置涂層劑。涂層劑配方見表1。

表1 涂層劑配方

1.2 生成泡沫

步驟2 采用動(dòng)態(tài)泡沫生成設(shè)備，將上述涂層劑進(jìn)行發(fā)泡，根據(jù)不同的涂層劑配方選擇合適的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和發(fā)泡比。

1.3 涂層工藝

步驟3 采用單面刮刀壓在玻璃纖維基布上，將步驟2 中生成的泡沫輸送至刮刀處，根據(jù)不同的涂層劑配方調(diào)整單面涂層的厚度、上膠量及車速。

1.4 烘燥工藝

步驟4 將涂層后的玻璃纖維機(jī)織布進(jìn)行烘燥，預(yù)烘溫度為120℃—160℃，焙烘溫度為170℃—220℃，烘燥時(shí)間為3—5min。烘燥可使泡沫破裂，涂層劑成分發(fā)生相互交聯(lián)，最終在基布表面形成均勻的涂層膜。

1.5 制備濾料

步驟5 將國(guó)產(chǎn)PI 短切，纖維開松，梳理形成單層纖維網(wǎng)，經(jīng)過多層鋪網(wǎng)后與玻璃纖維機(jī)織布層疊，通過針刺纏結(jié)制得玻璃纖維基布——單面無(wú)紡層結(jié)構(gòu)的非織造針刺氈濾料，再將其水刺加固成玻璃纖維/PI短纖復(fù)合濾料。纖維層的克重為300—500g/m2，玻璃纖維基布的克重為400—500g/m2。

1.6 配制整理劑

步驟6 為配制整理劑。整理劑由PTFE 乳液、偶聯(lián)劑、水溶性耐高溫黏合劑等組成。

1.7 熱定型工藝

步驟7 將玻璃纖維復(fù)合濾料浸入步驟6 制得的PTFE 整理液中，使濾料完全浸透，然后進(jìn)行壓乳，對(duì)浸漬壓乳后的濾料進(jìn)行焙烘，焙烘溫度為240℃—280℃，焙烘時(shí)間為4—15min。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

2m2玻璃纖維/PI 復(fù)合水刺濾料（代號(hào)GL-S）、2m2針刺玻纖濾料（代號(hào)GL-Z）。

2.2 主要儀器

YG026 電子織物強(qiáng)力機(jī)、織物透氣量?jī)x、VDI 濾料過濾性能測(cè)試儀。

2.3 測(cè)試結(jié)果

樣品常規(guī)性能的對(duì)比見表2。

表2 樣品常規(guī)性能的對(duì)比

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比水刺類與針刺類玻璃纖維復(fù)合濾料的機(jī)械性能、過濾性能，證明了水刺玻纖復(fù)合濾料比針刺玻纖復(fù)合濾料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體如下：

（1）在產(chǎn)品克重相同的前提下，水刺濾料經(jīng)、緯向強(qiáng)力優(yōu)于針刺濾料，耐久性更好，擁有更長(zhǎng)的使用壽命。

（2）水刺濾料過濾效率高于針刺濾料，可以更好地滿足細(xì)顆粒物（PM2.5）排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）水刺濾料由于孔徑小、表面更光潔，粉塵剝離率遠(yuǎn)優(yōu)于針刺濾料，因此具有更低的運(yùn)行阻力，可大大節(jié)約能耗，降低成本。

（4）水刺濾料的耐折性明顯優(yōu)于針刺濾料，有效克服了玻璃纖維性脆、耐折性能差的缺陷，可以大幅提升濾袋使用壽命。

3 分析與討論

3.1 針刺工藝的缺陷

針刺是以剛性的帶鉤刺的刺針在纖網(wǎng)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使纖維之間相互纏結(jié)而成氈的。在穿刺的過程中，倒鉤易損傷纖維，同時(shí)其剛性刺針的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)與柔性纖網(wǎng)的連續(xù)水平運(yùn)動(dòng)的組合必然會(huì)對(duì)纖維造成一定程度的損傷并在布面留下針痕，特別是對(duì)于脆性較大的玻璃纖維的加工，纖維損傷大，會(huì)造成最終產(chǎn)品強(qiáng)度較低，氈層密實(shí)度差，大大影響濾料使用壽命和過濾性能。

3.2 水刺工藝的優(yōu)勢(shì)

水刺加固屬于柔性加固，用水針代替鋼針，利用高壓高密的水針使纖維互相柔性纏結(jié)，與針刺氈制作時(shí)所用刺針相比，水針布針更密、直徑更細(xì)，極大降低了對(duì)纖維的損傷，賦予了水刺濾料更高的初始強(qiáng)力，有助于延長(zhǎng)濾料的使用壽命。水刺氈表面較針刺氈更光潔、平坦，微孔直徑更低、孔隙率更高、過濾效果更好。同時(shí)光滑致密的表面擁有更好的清灰效果，清灰周轉(zhuǎn)期平均延長(zhǎng)約30%。

3.3 玻璃纖維濾料現(xiàn)有后處理技術(shù)的缺陷

（1）玻璃纖維濾料現(xiàn)有后處理技術(shù)多為浸軋整理，上膠率占濾料克重的12%—25%，這種整理方式不但會(huì)浪費(fèi)大量水資源、烘燥能量及電能，而且要求烘箱長(zhǎng)度較長(zhǎng)，生產(chǎn)速度慢，產(chǎn)量低。

（2）玻璃纖維濾料現(xiàn)有后處理技術(shù)會(huì)發(fā)生PTFE等有效成分的泳移，造成濾料上膠不勻，從而導(dǎo)致濾料的剝離強(qiáng)力不勻。

（3）現(xiàn)有后處理配方中的PTFE 等有效成分濃度較低，不利于均勻包覆在玻璃纖維上。

（4）現(xiàn)有玻璃纖維濾料經(jīng)后處理后，濾料較硬挺，耐折性差，直接影響濾料的最終使用壽命。

3.4 本項(xiàng)目的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）采用泡沫涂層技術(shù)，對(duì)玻璃纖維基布進(jìn)行涂層整理，在基布表面形成具有微結(jié)構(gòu)的連續(xù)膜，有效克服了玻璃纖維產(chǎn)品脆性大、耐折性差的缺點(diǎn)，使濾料良好的柔軟性增加，提高了其耐磨、抗氧化等功能。

（2）采用水刺柔性加固技術(shù)的濾料表面的孔徑分布比針刺縮小了近40%，過濾精度與針刺濾料相比大幅提高；壓降低，節(jié)省風(fēng)機(jī)電耗，減少了清灰次數(shù)并延長(zhǎng)了清灰周期，有效降低了設(shè)備的投資及運(yùn)行費(fèi)用。

（3）水刺濾料表面光滑，殘余阻力相對(duì)一般針刺濾料要小許多，粉塵剝離率遠(yuǎn)優(yōu)于針刺濾料。在高濕結(jié)露情況下，經(jīng)高溫烘干后，結(jié)露的塵餅?zāi)軌驈墓饣倪^濾表面上粉化脫落，可大幅延長(zhǎng)濾袋的使用壽命。

（4）提高了后處理整理劑的濃度，同時(shí)將上膠量由浸漬整理時(shí)的12%—25%降低到7%—15%，上膠均勻，減少了泳移現(xiàn)象，質(zhì)量穩(wěn)定，能有效替代目前使用的嚴(yán)重耗能耗水的浸軋整理，并且能提高車速及產(chǎn)量，改善濾料的耐折性，大幅延長(zhǎng)使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目采用泡沫涂層技術(shù)、水刺柔性加固工藝，同時(shí)對(duì)后處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，大幅縮小了濾料產(chǎn)品孔徑，提高了表面光潔度及過濾精度，降低了濾料阻力，有效解決了玻璃纖維針刺濾袋耐折性能差、使用壽命短的缺陷，從而得到一種柔軟性良好，質(zhì)量穩(wěn)定，耐化學(xué)腐蝕性、拒水拒油性能好，易清灰，高效低阻，使用壽命長(zhǎng)的玻璃纖維復(fù)合濾料。使用該玻璃纖維復(fù)合濾料可以大幅降低企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本,更好地滿足PM2.5的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。該玻璃纖維復(fù)合濾料突破了傳統(tǒng)針刺產(chǎn)品的性能局限性，對(duì)新型過濾材料的研發(fā)具有積極意義。