聚苯硫醚新型滤料的特点及应用

苏 磊，李 杰

（1.中国环境保护产业协会，北京 100037；2.佛山斯乐普特种材料有限公司，广东 佛山 528225）

聚苯硫醚新型滤料的特点及应用

苏 磊1，李 杰2

（1.中国环境保护产业协会，北京 100037；2.佛山斯乐普特种材料有限公司，广东 佛山 528225）

介绍并分析了聚苯硫醚新型滤料的生产工艺及产品性能特点，提出了聚苯硫醚新型滤料在袋式除尘行业中的应用前景。

聚苯硫醚;滤料;袋式除尘;应用

1 引言

聚苯硫醚（polyphenylene sulfide，简称PPS），是一种新型的高性能热塑性树脂。它是以苯环在对位上连接硫原子而形成大分子主链的线性、结晶聚合物，熔点285℃，分解温度＞400℃，长期使用温度可达160℃，阻燃性可达到UL94-0级，具有耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、阻燃性能好等特点。

聚苯硫醚主要应用于电子电气、汽车工业等领域，其消费量约占聚苯硫醚总消费量的40%。此外，聚苯硫醚树脂还可以加工成纤维和薄膜。由于具备优良的绝缘性和热稳定性，用PPS纤维制成的过滤袋特别适用于去除含有化学腐蚀性的烟气粉尘，并具有相当长的使用寿命及优异的除尘效果。使用聚苯硫醚纤维制成的过滤袋已成为电厂燃煤锅炉烟气除尘的首选滤料。

2 聚苯硫醚新型滤料的生产工艺

用于袋式除尘器的滤料主要为机织物、非织造材料和复合材料等。机织滤料由于生产成本低廉，在滤料市场上仍然占有一席之地；非织造材料为复杂的三维网络结构，在有限的材料空间内含有大量的微孔和弯曲通道，因而具有良好的过滤性能，是除尘滤袋的理想材料。

目前市场上的聚苯硫醚滤料主要采用短纤针刺毡的方法进行生产。其工艺流程有：

（1）短纤的生产工艺

聚苯硫醚切片→预结晶 → 干燥 → 熔体纺丝 → 卷绕集束 → 平衡 → 牵伸 → 热定型 → 丝束切断 → 打包。

（2）基布的生产工艺

PPS纤维原料准备 → 混合开松 → 梳理 → 并条 → 粗纱 → 细纱（分经纱、纬纱两种） → 络筒 → 捻线 → 织前准备 → 织造 → 基布。

（3）针刺无纺布的生产工艺

将预先制成的PPS纤网层分别复合在PPS基布的正反两面，通过截面为三角形的刺针的反复穿刺，使纤网层中的大部分纤维和基布牢固地缠结在一起，成为结构紧密，并具有相当强度的薄片状材料，即PPS针刺毡或PPS针刺过滤材料。

针刺毡采用非织造布有基布针刺工艺，在紧度很小的基布两面刺上以单根纤维组成的绒层，一般在16～32层，产品形成立体结构，故又称三维滤料，它的总孔隙率可达80%以上。因该结构系单纤维层层排列，所以布面形成众多的孔，孔径较小，且分布均匀又层层设防，能很好地发挥各种捕集作用，与机织布相比，针刺毡具有捕尘效率高、透气性好、阻力低、处理烟气效果好等优点。

但该生产技术也存在工艺流程长、所需设备和劳动力多、生产效率较低、生产成本高等缺点。并且需要在两层短纤中增加一层机织布作为增强材料，使得针刺毡过滤材料比常规的非织布产品的透气度偏小、过滤周期偏短。

通过对聚苯硫醚树脂的纺丝特性及后加固工艺的研究，通过大量的试验，确定了一种新型的聚苯硫醚滤料的生产工艺。该工艺不仅在纤维生产上应用了纺粘技术，而且在后加固的过程中采用了针刺与水刺结合的工艺，集成了目前世界上各种先进加工工艺技术。新型滤料的具体生产工艺流程如下：

切片预结晶 → 干燥 → 熔融挤压 → 熔体过滤 → 纺丝 → 缓冷 → 侧吹风冷却→ 气流牵伸 → 摆丝成网 → 针刺 → 水刺 → 热定型 → 后整理 → 卷绕。

由上可知，聚苯硫醚新型滤料采用的是从树脂到滤材的一种简洁的工艺流程，所有生产工序均集中在同一企业内，大大减少了生产流程和设备，节省了劳动力，降低了成本。其产品的组成为100%聚苯硫醚连续性长丝，与传统的短纤维+机织布的短纤针刺产品的组成完全不同。连续性的长丝大大提高了产品的力学性能，毋需机织机的结构又提升了产品的过滤性能并有效降低了生产成本。

新型滤料在后加固的工艺上，采用的是先进的针刺与水刺结合的工艺。针刺可以使纤维缠结良好，缺点是会对纤维造成一定的损伤；水刺对纤维基本没有损伤，但是在生产高标重产品时，纤维的缠结度不够而有分层现象。通过将针刺与水刺结合，充分发挥了两种工艺的优点并消除了两种工艺的缺点。采用针刺与水刺结合的加固工艺生产的产品，纤维缠结好，布面外观良好，产品力学性能优异，过滤精度好，过滤周期长。

针刺工艺和水刺工艺的区别示意见图1；梯度过滤示意见图2。

新型滤料采用4S纺丝技术，滤料由四层纤网构成，每层纤网的纤维纤度均可以独立调节。在过滤的迎风面的纤维纤度可以小至1dtex，有效地提高了过滤精度，使滤料接近达到表面过滤的效果；在过滤的背风面，采用了纤度高达6dtex的粗纤维作为骨架材料，提高了产品的透气性能和力学性能。通过采用不同纤度纤维的组合，使产品兼顾了过滤滤精度和过滤寿命的两种矛盾的需求。

图1 针刺工艺和水刺工艺的区别示意

图2 梯度过滤示意

3 聚苯硫醚新型滤料产品的性能特点

3.1 力学性能

聚苯硫醚新型滤料的力学性能如图3所示。

图3 聚苯硫醚新型滤料的力学性能

由图3可知，聚苯硫醚新型滤料的综合拉伸强力与聚苯硫醚短纤550g/m2产品相差不大，但是新型滤料的纵向强力大于横向强力，而短纤产品正好相反。这是因为短纤产品采用了横向铺网，因此其横向强力大于纵向强力；而新型滤料由于采用的是连续长丝机械成网，纤维在横向的排列数目较少，加上后加固过程的拉伸作用，导致了产品的纵向强力大于横向强力。

3.2 静态过滤性能

表1为各种聚苯硫醚材料产品的透气性能比较。图4为450g/m2的聚苯硫醚新型滤材的孔径分布情况。

表1 各种聚苯硫醚材料产品的透气性能比较

图4 450g/m2的聚苯硫醚新型滤材的孔径分布情况

由表1可知，PPS纺粘产品的透气度小于短纤产品，但大于短纤覆膜产品。由图4可见，聚苯硫醚新型滤料的孔径分布较为集中，其中孔径为2μm的孔洞占了50%以上。这是由于聚苯硫醚新型滤料在生产过程中采用了针刺与水刺结合的加固方式，纤维的缠结十分均匀，孔径分布相对集中。而短纤针刺的PPS滤料的孔径平均值在20μm左右，远远大于聚苯硫醚新型滤料的孔径平均值。

图5为450g/m2的聚苯硫醚新型滤料对2μm粒径的粉尘的过滤效率。

图5 450g/m2的聚苯硫醚新型滤料的过滤效率

由图5可看出聚苯硫醚新型滤料与短纤产品相比，过滤效率大大提高，甚至其过滤效率可接近短纤覆膜产品的水平，因此该产品不需要再进行覆膜就已经可以达到高过滤精度。这可能是因为聚苯硫醚新型滤料采用了针刺加水刺的加固形式，孔径分布集中且孔径较小，因此过滤效率高。另外，该产品中长纤维绝大部分与过滤时的气流呈垂直方向，单纤维的有效过滤面积和过滤效率较高，因此该新型滤料的过滤效率相当高。而短纤维针刺生产的过滤材料，其较多纤维与过滤时的气流呈平行方向，因此其单纤维的有效过滤面积及过滤效率较低，并且中间的机织布层的过滤效率更差，因此其的过滤效率不如新型滤料产品。

3.3 动态过滤性能

表2为未热定型前PPS新型滤料的动态过滤性能测试结果。

表2 PPS新型滤料动态过滤性能测试结果

由表2可知，PPS新型滤料具有优异的动态过滤性能，其过滤精度高，粉尘剥离效果好，过滤周期长。

3.4 其他性能

对PPS新型滤料进行马丁代尔耐磨试验，其耐磨次数高达2000次，远远大于短纤的1200次，这是因为新型滤料由100%的长丝构成，其耐磨性是所有纤维耐磨性的集合，而短纤产品在部分纤维被磨损后，一些未磨损的纤维也会随之脱落，因而耐磨性不如纺粘长丝产品。

3.5 小结

总的来说，聚苯硫醚新型滤料与短纤针刺滤料比，其力学综合性能差异不大，但是力学性能纵横比有较大差异；聚苯硫醚新型滤料的透气度不如短纤针刺滤料，但是由于新型滤料的孔径分布较小，其过滤机理接近于覆膜滤料的表层过滤机理。而短纤产品的孔径较大，属于深层过滤，其使用过程中先要经过一个预涂灰的过程，需要粉尘在纤维上积聚才能起到较好的过滤效果，因此，短纤产品在实际的使用过程中，透气度与未使用之前的洁净滤料有较大差异，而新型滤料不需要预涂灰，其实际使用时的透气度与洁净滤料相差无几，因此其在实际使用中透气度优于短纤产品。由此可见，聚苯硫醚新型滤料在袋式除尘行业的实际使用中具有很大的优势，值得广泛推广使用。

4 应用前景

聚苯硫醚纺织品具有优异的耐热性、耐腐蚀性和阻燃性，尤其适宜在酸、碱高温等恶劣条件下使用。主要应用于烟气具有腐蚀性的高热环境下，如：燃煤电厂、燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、水泥厂的袋滤室和烟道气过滤器，也可应用于化学、石化、医疗、饮料等领域，过滤温度可达205℃的多种液体，包括水、牛奶、胺、醇、环丁砜、二氯甲烷、石脑油及氢氧化钾等，另外还可做电绝缘材料、阻燃材料、复合材料、耐热耐腐蚀材料等，是广泛应用的高技术纺织材料。

随着我国经济的迅速发展，特别是近年来人们的环境保护意识越来越强，国家对工业粉尘排放的标准也越来越严格。我国2003年修订了火电厂燃煤锅炉的烟尘排放标准，将粉尘排放浓度由原来的≤200mg/Nm3提高为≤50mg/Nm3，沿海经济发达地区的一些城市和企业已将烟尘、粉尘排放标准提高到≤30mg/m3或≤20mg/Nm3，甚至≤10mg/Nm3。在此排放标准的要求下，燃煤电厂必须采用袋式除尘器取代静电除尘器，才可使烟气排放浓度达到≤50mg/Nm3，甚至更低。

PM2.5已正式纳入国家《环境空气质量标准》，PM2.5监测将于明年开始在我国重点区域实施。由此可见，国家对空气监测及治理的力度将不断加大。作为燃煤锅炉烟气除尘的首选滤材，聚苯硫醚滤材的需求将会有一个巨大的增长。

我国2010年的电力装机容量达到8.59亿kW，按保守的估算，每kW装机容量需要滤料0.25m2（500g/m2），若50%的电厂采用袋式除尘装置，则一次装机就需要PPS纤维6.36万t，并且每年更换滤料需PPS纤维2.12万t。随着国家环保相关政策的出台，粉尘排放标准将会进一步趋严，袋式除尘器的应用范围将会越来越大，其所占的市场份额将会超过50%。因此，聚苯硫醚滤料的市场需求将是非常大的。

目前，聚苯硫醚纤维的生产商主要有日本东丽、东洋纺、四川德阳、江苏瑞泰等公司。而聚苯硫醚短纤针刺滤料的生产主要有必达福、奥伯尼、三维丝、博格等企业。虽然国内从事聚苯硫醚滤料的相关企业不少，但滤料的高端产品还是被外国企业垄断。因此如何打破国外技术的限制和封锁，满足国民经济以及军工各领域对聚苯硫醚滤材的需求，将成为我国聚苯硫醚产业下一步的发展方向。

聚苯硫醚新型滤料的面世，开创了我国聚苯硫醚滤料的技术先河。该产品为国内外首创，具有完全自主的知识产权。聚苯硫醚新型滤料产品打破了国外企业在高端产品上的垄断地位，具有相当的竞争力，产品应用前景十分广阔。

Characteristic & Application of New Filter Materials of Polyphenylene Sulfide

SU Lei1, LI Jie2
(1.China Association of Environmental Protection Industry, Beijing 100037;2.Foshan S. L. P. Special Materials Co., Ltd, Foshan Guangdong 528225, China)

The paper presents and analyzes the production technology and characteristic of product’s performance on new filter materials of polyphenylene sulfide; puts forward the application foreground of new filter materials of polyphenylene sulfide in bag precipitation industry.

polyphenylene sulfide; filter material; bag precipitation; application

X701.2

A

1006-5377（2012）04-0039-04