耐高温空气过滤材料的发展现状

王 璐 于 斌 祝成炎 施淑波 刘北壬

(1.浙江理工大学，杭州，310018; 2.杭州路先非织造股份有限公司，杭州，310011)

耐高温空气过滤材料的发展现状

王 璐1于 斌1祝成炎1施淑波2刘北壬2

(1.浙江理工大学，杭州，310018; 2.杭州路先非织造股份有限公司，杭州，310011)

介绍了耐高温空气过滤材料的发展概况及其特点。重点列举了玻璃纤维、芳纶、PTFE覆膜、P84和PPS等新型过滤材料的性能、研发或生产状况，并探讨了今后耐高温空气过滤材料的发展前景。

耐高温空气过滤材料，性能，研究现状，发展方向

随着科学技术的进步，对耐高温空气过滤材料的研究受到了国内外研究人员的关注，目前耐高温空气过滤材料已被广泛地应用于汽车行业、制药工业、环保业、核工业及军事领域等［1］。非织造耐高温空气过滤材料作为一种新型的过滤材料，较机织和针织过滤材料有更优良的过滤性能，并具有高产量、低成本、易在生产线上进行深加工处理且能与其他过滤材料复合等优势，因此在各行各业得到了广泛应用。

1 耐高温空气过滤材料概况

2009年我国提出了纺织工业调整和振兴计划，重点提到了加快产业用纺织品的开发和产业化，加快推进针刺、水刺、纺粘等先进工艺和高性能纤维在环保过滤用纺织材料生产上的应用，新材料比重由20%提高到50%。现阶段，空气过滤材料约占过滤材料市场的三分之一［2］，是过滤材料领域中增长速度最快的产品之一，其中一些非织造空气过滤材料具有耐高温和高效过滤的性能，广泛应用于高温烟气过滤领域。

国外从20世纪70～80年代开始就已经致力于耐高温空气过滤材料的研究，研制出一些性能优越的纤维过滤材料。如美国Gore公司［3］生产的Gore-Tex聚四氟乙烯(PTFE)覆膜过滤材料，能非常高效地收集亚微米级粒子。90年代初，美国杜邦公司对PTFE纤维与玻璃纤维复合针刺毡进行研究，成功地开发出商品名为Tefaire的复合针刺毡［4］。美国唐纳森公司研发的褶皱过滤材料，过滤面积比普通过滤材料大许多倍，是这一时期空气过滤材料发展的又一项重要成果。而后，Gore［5］对褶皱过滤材料进行了进一步的研究，生产出了宽褶距覆膜褶皱过滤材料，大大降低了粒子的附着率。近年来国外高效空气过滤材料的研究发展迅速。德国科德宝公司推出了三维非织造表面微孔类过滤材料，该材料具有创新性的三维结构、类似透气薄膜微孔的表面和较高的过滤效率。杜邦公司推出的Teflon纤维［6］过滤材料以其较好的耐高温、耐酸碱、抗老化、防日晒和耐磨性得到了用户的好评。日本东丽公司的聚苯硫醚(PPS)纤维具有耐酸、耐高温、耐热湿分解的特点，用其制成的过滤尘袋特别适用于含有化学腐蚀性烟尘的过滤，使用寿命相当长。BASF公司开发的耐高温纤维Basoilf［7］是嘧胺树脂系耐燃高热稳定性的有机纤维，有突出的耐化学药品性和耐高温性。2004年俄罗斯研制出的新型耐高温非织造布采用进口含氟制剂喷洒和含氟制剂涂覆两种方法，将产品的使用寿命从循环3.5万次提高到6.5万次［8］。2009年在德国世界过滤与分离技术设备工业展览会上，德国Kermel公司推出了Kermel纤维过滤材料［9］，该纤维具有芳香族聚酰胺结构，其制成的过滤材料可以承受220℃以上的连续高温，耐温最高可达240℃，可以用于钢铁和水泥等行业。

我国对耐高温空气过滤材料的研究起步较晚，20世纪60～70年代主要以引进国外技术为主，80年代后期开始自行设计生产。进入21世纪以后，空气过滤技术发展迅速，开发出许多耐高温空气过滤材料，如PPS纤维［10］和芳纶过滤材料。我国耐高温过滤材料用纤维过去主要是从日本、欧洲和美国等地进口，现在已开始生产。中国烟台氨纶集团于2004年实现间位芳纶的工业化生产，目前年生产能力达到4 300 t，位居全球第二，仅次于美国杜邦公司。上海市纺织科学研究院和上海市合成纤维研究所共同开发的芳砜纶［11］目前已实现了年产1 000 t的产业化生产，该纤维具有良好的耐热性、抗热氧老化的稳定性和耐酸性，非常适用于制作耐高温过滤材料。辽宁抚顺市工业用布厂与营口玻璃纤维有限公司在玻璃纤维毡的基础上研制并开发了聚乙烯(PE)与玻璃纤维的复合产品［12］，可以承受260℃的高温。中国还开发了两种新的过滤材料。一种是用连续束状玻璃纤维和束状PTFE纤维混合织造的复合过滤材料［13］，具有耐高温、耐腐蚀、使用寿命长等特点;另一种是用短切无碱玻璃纤维与聚酰亚胺(P84)、PPS纤维混合的复合针刺过滤材料［14］，具有三维微孔结构，在耐高温的同时拉伸性能尤为突出，该过滤材料是高炉煤气净化中使用量比较大的一个品种。

21世纪亚洲非织造过滤材料市场扩展迅速。加入WTO后，我国非织造布行业与世界非织造布行业联系更加紧密，也迎来了机遇和挑战。目前欧洲最大的过滤材料生产厂德国BWF公司已经进驻中国市场，美国的一些公司也准备在我国建立独资或合资的过滤材料生产企业，中国已成为世界过滤材料商最看好的国家之一。因此，我国的耐高温空气过滤材料行业迫切需要提高生产技术水平，提升产品的综合实力，以促进行业迅速发展。

2 耐高温空气过滤材料特点

2.1 耐高温

目前高温烟气过滤采取先冷却再除尘的方式，一般高温烟气经空气冷却器冷却至250℃以下，但仍属于高温烟气［15］，需使用耐高温的过滤材料，且对非织造过滤材料的要求较高。出于成本和使用寿命上的考虑，要求耐高温过滤材料的耐温范围在200℃以上，还要求具有持续耐高温的性能。

2.2 机械强度高

过滤材料在高温条件下需具有足够大的机械强度，以利于提高过滤材料在生产和使用上的稳定性。一般工业高温烟气过滤材料用纤维的断裂强度较高，至少不小于0.5 N/tex。高强度的过滤材料经折叠后所制作的过滤器材具有较强的抗冲击力，增加了有效过滤面积，从而提高其过滤性能，具有很大的实际意义。

2.3 具有功能性

随着科学技术的发展和工业化水平的不断提高，许多特定行业和领域对耐高温空气过滤材料的功能性也提出了很高的要求。多功能、高效的耐高温空气过滤材料具有很强的针对性，例如对于不同的使用场合要求具有耐腐蚀、抗静电、阻燃、抗菌等功能中的一种或几种功能。随着需求量的不断增加和应用领域的拓展，耐高温空气过滤材料具有多种不同功能是今后一个重要的发展方向。

2.4 工艺适用性好

空气过滤材料用于空气过滤器时，有的需被折叠成具有曲折表面的褶皱过滤材料。褶皱过滤材料的透气性好，过滤面积和容尘量大，且抗拉伸和抗断裂能力强。目前的褶皱过滤材料大多采用表面处理纤维过滤材料和覆膜过滤材料。耐高温过滤材料用于褶皱过滤材料可发挥其本身的优势，且可提高过滤器的综合性能。

3 各类耐高温空气过滤材料的发展

随着人们对空气环境质量的要求逐渐提高，对过滤材料用纤维的要求也相应提高，国际高效空气过滤材料市场出现了许多性能和适用性都很好的材料，表1列出了几种空气过滤材料用纤维及其性能。

3.1 玻璃纤维过滤材料

玻璃纤维及其复合材料一直被认为是优质的耐高温、防腐过滤材料，是处理高含湿量、高温和有腐蚀性化学成分烟气的较理想的过滤材料。目前玻璃纤维过滤材料的一个发展趋势是与其他材料进行复合，改善其性能，延长使用寿命。

表1 空气过滤材料用纤维的性能［16］

近年来国内外对玻璃纤维过滤材料进行了深入的研究，取得了一定的成果［17］。美国杜邦公司开发的玻璃纤维针刺毡，过滤效率可达到99.9%以上，耐高温，耐腐蚀性能强，使用寿命长;奥地利一家公司开发的玻璃纤维针刺毡可长期在260℃左右的高温下使用，使用寿命在两年以上，是脉冲喷吹除尘和反吹风除尘的优质过滤材料;美国约翰斯·曼维尔公司提出新的无硼玻璃配方并获得专利［18］，据称该配方特别适合于制造净化室HEPA过滤器用的微纤维。我国用玻璃纤维作为过滤材料的研究起步较晚，针对玻璃纤维的特性并克服其脆性，南京玻璃纤维研究院共研制成功四代玻璃纤维表面处理和配方工艺，取得了明显的技术经济效果。

在利用玻璃纤维复合进行过滤材料研制方面也有较大进展［19］。20世纪90年代初美国杜邦公司通过将PTFE纤维与玻璃纤维混合后针刺到纯PTFE纤网上的方法制得商品名为Tefaire的复合针刺毡;日本一家公司在玻璃纤维毡或玻璃纤维织物上贴合经过特殊处理的PTFE薄膜，增加了材料的使用寿命;我国南京玻璃纤维研究院成功研制了玻璃纤维涂覆PTFE的覆膜过滤材料及玻璃纤维与特种化纤混合的针刺过滤材料，取得了不错的效果;由我国研制开发的玻璃纤维与P84纤维复合的针刺毡是一种新型耐高温过滤材料，也得到了很好的应用。

3.2 芳纶过滤材料

20世纪60年代初杜邦公司首先开发出Nomex纤维。我国在1981年和1985年先后通过了对芳纶14和芳纶1414的鉴定。随着国民经济的发展，我国对芳纶及其制品的需求量快速增长［20］，目前国产芳纶(特别是间位芳纶)的主要产地在山东、广东、上海和四川等地，国产能力已达万吨级水平，而芳纶非织造过滤材料也随着纤维原料的发展而迅速崛起。

芳纶是一种高强高模［21］、低密度和高耐磨的有机合成材料，属芳香族聚酰胺纤维，具有稳定的化学性质。1974年美国贸易联合会FTC将其命名为“Aramid fiber”［6］，分子结构中至少有 85% 的酰胺键(—CONH—)直接把两个苯环连接起来。芳纶是世界上发展最快的高科技纤维之一，具有非常好的耐高温性能，可以承受204℃的持续高温，且能在高温下保持其优越的物理性能和尺寸稳定性，常应用于高温干热的过滤系统中;在室温条件下，芳纶的抗弯能力非常好，几乎和聚酯纤维相当;芳纶能耐受大部分酸、碱的化学作用，还不受特殊粉末和气体的影响，有非常好的适用性。以芳纶为主体原料开发的芳纶非织造材料可以作为高效的空气过滤材料。利用纤维本身的耐高温、耐酸碱腐蚀等性能，并经过针刺、水刺等处理，芳纶非织造材料具有过滤精度高、流量大、耐腐蚀等特点，可以满足特殊情况下的过滤需求。

3.3 PTFE过滤材料

美国Gore公司在20世纪70年代首先研制出了膨体聚四氟乙烯(ePTFE)覆膜过滤材料，近年又逐步开发出了一系列具有特殊功能的覆膜过滤材料产品。PTFE用于功能性覆膜是今后的一个重要发展方向。PTFE是一种结构完全对称的中性高分子化合物［3］，该特殊的结构使其具有良好的热稳定性、化学稳定性和绝缘性等，且PTFE膜的表面张力很低，具有很好的不粘性和拒水性，但其撕裂强度、耐腐蚀性和拉伸性能比其他纤维差，通过强化处理可得以改善，使用期限达3～5年。

覆膜过滤材料的优越性可以概括为:①覆膜过滤材料是微孔结构，表面无直通孔，可实现表面过滤，除尘效率可达99.999%［22］;②覆膜过滤材料表面孔隙率高，阻力小;③容易清灰。由于具有出众的耐化学性和良好的过滤性能，PTFE目前已广泛应用于空气过滤领域。如用PTFE纤维制成针刺过滤毡的基布，与玻璃纤维或PPS短纤维混合作纤维过滤面层［13］;用PTFE悬浮状乳液浸渍过滤材料本体、涂覆在过滤材料表面和用水刺等方法与其他过滤材料复合。上述应用都能使过滤材料的强度、耐腐蚀性、耐酸碱性及耐磨性有较大的提高，增强材料的过滤性能，并大大延长其使用寿命。

3.4 P84过滤材料

P84纤维的截面呈三叶瓣形［14］，纤维表面积系数较高，与圆形或豆形截面的纤维相比，具有较大的比表面积，有利于捕集尘粒。P84纤维特殊的截面形态，使得粉尘大多被集中到过滤材料的表面，较难渗透到过滤材料的内部，故不易堵塞孔隙，运行阻力降低，因此P84纤维对粉尘的捕集能力远高于一般的纤维。P84过滤材料的集尘效率要比同样线密度的其他纤维制得的过滤材料高一个数量级，因此混有P84纤维的过滤材料将会大大改善使用性能。P84纤维作为一种耐高温合成纤维，能连续暴露在240℃环境中，最高工作温度可达260℃，还能承受304℃的瞬时高温，但是当温度低于200℃时，P84过滤材料的过滤效率低于PTFE过滤材料［23］。由于是非热塑性纤维，其耐受脉冲清灰的磨损能力比较强，可用在要求耐磨性好的过滤器中。P84过滤材料在没有化学品或水分存在的环境中工作得最好，对常见的有机溶剂具有很强的抵抗能力，但是在酸、碱环境中易被腐蚀。P84过滤材料因其具有突出的耐高低温性、难燃性、电绝缘性和耐辐照性，受到了国内外研究人员的关注。目前P84过滤材料已广泛地应用于高温烟气过滤，并取得了很好的效果。

3.5 PPS过滤材料

PPS纤维是一种耐高温合成纤维。PPS纤维的化学结构简单，其耐温性和化学稳定性较好;PPS纤维的几何形状互相对称，且高度线性，因此熔点极高;PPS纤维耐热性能良好，不会在熔点软化［24］，相反会更坚硬;PPS纤维具有高性能纤维所具备的良好的阻燃性、耐化学性以及尺寸稳定性，能连续耐受190℃的温度，并抵抗多种化学腐蚀;PPS纤维不会水解，因此可在高温、潮湿和有化学物质的条件下使用。PPS过滤材料的典型用途是用于脉冲袋式过滤器中，能满足垃圾焚烧、燃煤锅炉等特殊领域的过滤过程中过滤材料需耐热性能好、耐化学腐蚀和耐水解等要求。在某些领域也可用PPS纤维取代其他合成纤维，用于制作在高温、存在化学品或潮湿环境下使用的过滤材料。

国外主要有四家生产PPS纤维的厂家［25］，日本的东丽公司和东洋纺公司、美国的nT公司以及法国的Nexis公司。日本东丽和东洋纺公司生产的PPS纤维使用本国树脂;而美国nT和法国Nexis公司生产的PPS纤维都使用德国产的树脂。我国过去主要使用日本产的PPS纤维，美国nT公司的PPS纤维2007年开始进人中国，法国Nexis公司与我国有过接触。近年来，我国PPS纤维生产也开始起步，辽宁营口耐斯特环保科技有限公司、江苏张家港瑞泰新中环保有限公司和东邦特种纤维有限公司已有批量生产，浙江海宁新能纺织有限公司2008年也开始生产PPS纤维。

4 展望

随着现代科技的发展，工业化水平不断提高，人们的环保意识也逐渐加强，全世界对过滤材料的需求逐年上升，对空气净化行业也提出了更高的要求，在空气过滤领域非织造过滤材料已经逐渐取代传统纺织过滤材料，耐高温空气过滤材料迎来了迅速发展的时代。

(1)覆膜过滤材料的快速发展给非织造空气过滤材料注入了新鲜血液，在实际应用中取得了不俗的成绩，凭借其独特的优异性能，得到了国内外的空前关注，在今后空气过滤材料市场中覆膜过滤材料的比重将会不断增加。

(2)高性能纤维的应用使得空气过滤材料在性能和适用范围上有了很大的飞跃。由于一般的过滤材料受到耐温等性能的限制，需对过滤材料进行处理，增加了成本。高性能纤维的应用有利于生产耐高温、耐腐蚀、抗拉伸度高、使用寿命长的过滤材料，也减少了繁琐的后处理工序。

(3)随着各种新型耐高温空气过滤材料的出现，带来了一系列成本和生产方面的问题，如纤维和过滤材料的生产需耗费大量的资源和资金，所以今后不仅要关注过滤材料的高效，还要将降低成本和环境问题作为一个重要的研发内容。

［1］刘来红，朱玲英.高效空气过滤材料的发展与特点［J］.产业用纺织品，2005，23(4):6-8.

［2］李冶，王伟民.21世纪非织造过滤材料的发展现状及趋势［J］.非织造布，2003，11(1):13-15.

［3］黄翔，顾群，狄育慧.功能性空气过滤材料及其应用［J］.洁净与空调技术，2003(3):38-42.

［4］李熙，靳双林.我国针刺过滤毡的现状及展望［J］.产业用纺织品，2008，26(6):6-8.

［5］向晓东.烟尘纤维过滤理论、技术及应用［M］.北京:冶金工业出版社，2007:1-2.

［6］王维一，丁启圣.过滤介质及其选用［M］.北京:中国纺织出版社，2008:35.

［7］HANDERMAN A C.应用于高温气体过滤的Basofil过滤材料［J］.产业用纺织品，2001，19(5):10-15.

［8］俄罗斯研制成功耐高温无纺布［J］.江苏纺织，2004(12):51.

［9］Show preview:FILTECH 2009［J］.Filtration+Separation，2009，46(5):36-39.

［10］王冬梅，邓洪，吴纯，等.高温过滤材料的应用及发展趋势［J］.中国环保产业，2009(6):24-29.

［11］班燕，张玉华，任加荣.芳砜纶在耐高温滤料中的应用［J］.产业用纺织品，2006，24(12):33-36.

［12］刘书平.新型耐高温滤料的研制与发展［J］.中国环保产业，2000(2):32-33.

［13］刘书平.我国用于袋式除尘器的过滤材料［J］.产业用纺织品，2007，25(1):1-4.

［14］范晓玲，郭秉臣，刘书平.新型耐高温滤料的研制［J］.产业用纺织品，2001，19(10):24-27.

［15］宋景郊.高温除尘技术发展和耐高温滤材的市场前景［J］.化工装备技术，2002，23(5):19-21.

［16］KUMAR V，张威，艾庆文.纺织品过滤材料及其应用［J］.国外纺织技术，2004(1):34-40.

［17］李宝珊.新型玻璃纤维滤料［J］.玻璃纤维，1991(5):33-37.

［18］叶鼎铨.高效空气过滤用玻璃微纤维成分的研究［J］.玻璃纤维，2003(1):41-42.

［19］朱平.多层玻璃纤维复合针刺毡的研究［J］.玻璃纤维，2006(3):1-7.

［20］中国纺织工程协会.2008～2009纺织科学技术学科发展报告［R］.北京:中国科学技术出版社，2009:13.

［21］WU Yijui，SEFERIS J C，LORENTZ V.Evaluations of an aramid fiber in nonwoven processes for honeycomb applications［J］.Journal of Applied Polymer Science，2002，86(5):1149-1156.

［22］穆璐莹，吴刚.浅谈几种高温合纤过滤材料［J］.水泥科技，2005(2):19-27.

［23］CHUNG Wenwei，LAGENAUR C F，YAN Yimin，et al.Developmental expression of neural cell adhesion molecules in the mouse neocortex and olfactory bulb［J］.The Journal of Comparative Neurology，1991，314(2):290-305.

［24］WINYU TANTHAPANICHAKOON，MASAMI FURUUCHI，KOH-HEI NITTA，et al..Degradation of bag-filter non-woven fabrics by nitric oxide at high temperature［J］.Advanced Powder Technology.2007，18(3):349-354.

［25］李熙，靳双林.PPS纤维及其在袋式除尘领域的应用［J］.产业用纺织品.2007，25(4):1-4.

Research on high temperature resistance air filter media

Wang Lu1，Yu Bin1，Zhu Chengyan1，Shi Shubo2and Liu Beiren2
(1.Zhejiang Sci-Tech University;2.Hangzhou Advanced Nonwoven Co.，Ltd.)

The development status and the characteristics of high temperature resistance air filter media were introduced.The performances and research situation of novel filter media made of various materials，such as glass fiber，aramid fiber，PTFE membrane，P84 and PPS were summarized.The development trend of high temperature resistance filter media was also discussed in the paper.

high temperature resistance air filter media，performance，present situation of research，development trend

TS106.62

A

1004－7093(2010)03－0001－05

2009－11－03

王璐，女，1987年生，在读硕士研究生。主要研究方向是非织造过滤材料。