表面改性玄武岩纤维滤料耐温性能的研究*

童 庆 (合肥水泥研究设计院，合肥，230051)

耐高温滤料在水泥、化工、冶金、电力等行业高温烟气净化技术中已得到广泛应用，市场需求量巨大。目前，普遍使用的耐高温滤料用纤维包括聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(P84)、芳族聚酰胺、聚四氟乙烯(PTFE)和玻璃纤维等，但上述纤维制成的滤料持续耐温最高不超过250℃，且在耐水解、抗氧化和耐腐蚀等方面性能优劣不一。玄武岩纤维特有的物理结构和化学组成，使其在耐高温(持续耐温约300～500℃)、稳定性、耐腐蚀性、耐水解性和绝缘性等许多技术指标方面优于玻璃纤维和化学纤维，成为理想的高温烟气过滤材料［1-5］。本文对玄武岩纤维滤料表面改性前后，以及表面改性后玄武岩纤维滤料与无碱玻纤滤料的耐温性能、结构形态进行了对比研究。

1 试验部分

1.1 材料

(1)玄武岩纤维滤料。玄武岩纤维经开松、除杂、混合后喂入梳理机，经机械成网工艺制成玄武岩纤网层，在玄武岩纤维基布上下两面铺放玄武岩纤网层，进行预刺，使玄武岩纤维针刺毡具备初步的强力;再经过多台针刺机不同深度的主刺，确保玄武岩纤网层充分和基布勾连，各层相互抱合，增加玄武岩纤维针刺毡的强力。玄武岩纤维基布由玄武岩长丝合股并经过机织而成，面密度420 g/m2，经纱密度48根/10 cm，纬纱密度51根/10 cm;经向断裂强力1 774 N，纬向断裂强力2 073 N。

(2)普通无碱玻纤滤料。

1.2 仪器及试验条件

YGO65H型电子织物强力仪;BPG-9100BH高温干燥箱;JSM-5610LV型扫描电子显微镜，高真空模式分辨率3.0 nm，放大倍数18～300 000倍，加速电压0.5～30 kV。

1.3 试样改性处理

由于各行业工业炉窑产生的烟气粉尘化学成分、烟气的温湿度等差别很大，需采用浸润剂后整理技术对玄武岩纤维滤料表面进行改性处理。步骤如下：

(1)对滤料样品进行高温预处理，以去除原有滤料纤维表面化学物质的干扰;

(2)配制浸润剂，将浸润剂均匀地涂覆在经高温预处理的滤料样品表面，再次进行高温热定型;

(3)经表面改性处理的滤料样品放置在烘箱内进行高温处理，然后冷却至室温。

1.4 性能测试

对玄武岩纤维滤料表面改性前后，以及表面改性后玄武岩纤维滤料与无碱玻纤滤料的耐温性能和结构形态进行对比研究。滤料耐温性能试验方法按照标准GB/T6719—2009《袋式除尘器技术要求》执行。

2 结果与讨论

2.1 表面改性对玄武岩纤维滤料断裂强力的影响

图1 玄武岩纤维滤料表面改性处理前后的断裂强力曲线

图1为玄武岩纤维滤料表面改性处理前后在常温、250、300、350和400 ℃下的经、纬向断裂强力曲线，可以看出经过表面处理的玄武岩纤维滤料经、纬向断裂强力明显高于未经表面处理的滤料。这是因为滤料表面经浸润剂处理后，部分浸润剂已深入滤料内部，滤料表层及内部纤维间相互黏结，抱合力明显增强。在250～300℃之间滤料强力损失较大，表明随着温度的升高，浸润剂中的化学有机成分不断挥发，纤维间的抱合力消失迅速，但在300℃附近滤料经、纬向强力仍保持在1 500 N以上，这正是玄武岩纤维本身优异的耐温性能所致。

图2是玄武岩纤维滤料表面改性处理前后在常温及400℃下的SEM照片。比较图2(a)和图2(b)，可以看出经过300～400℃高温处理后，浸润剂中的化学有机成分已基本消失，滤料纤维内部结构遭到破坏，导致强力进一步下降;比较图2(c)和图2(d)，可以看出无论在常温还是高温下，未经表面处理的滤料纤维间没有浸润剂的黏结，从而丧失抱合力，故其强力明显低于改性处理后的滤料。

图2 玄武岩纤维滤料表面改性处理前后在常温和400℃下的SEM照片

2.2 表面改性处理后玄武岩纤维滤料与无碱玻纤滤料断裂强力比较

图3为表面改性处理后玄武岩纤维滤料与无碱玻纤滤料在常温、250、300和350℃下的经、纬向断裂强力曲线，可以看出表面改性处理后玄武岩纤维滤料经、纬向断裂强力均大大高于无碱玻纤滤料。这是因为玄武岩特殊的化学组分及晶体结构决定了其纤维产品比无碱玻纤具有更高的耐温性能、力学性能及化学性能。

图3 表面改性处理后玄武岩纤维滤料与无碱玻纤滤料的断裂强力曲线

3 结论

(1)经过表面处理的玄武岩纤维滤料经、纬向强力明显高于未经表面处理的玄武岩纤维滤料;在250～300℃之间玄武岩纤维滤料的强力损失较大，300～400℃高温处理后浸润剂中的化学有机成分已基本消失，玄武岩纤维滤料纤维内部结构遭到破坏，导致强力进一步下降。

(2)表面改性处理后玄武岩纤维滤料在常温、250、300和350℃下的经、纬向断裂强力均大大高于无碱玻纤滤料。

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