玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的研发

费建信，顾益飞

（上海博格工业用布有限公司，上海 201302）

引言

以资源、能源消耗性为主的重化工（电力、建材、冶金、化工等）工业近年来迅速发展，随之带来的环境污染问题日趋严重。

以煤炭为例，假设煤炭产量中的50%用于发电供热的煤炭锅炉，按生烟量7000Nm3/t标准来计算，发电供热的煤炭锅炉产生烟气量为121.17亿kNm3，按平均烟尘排放浓度150mg/Nm3计算，年烟尘排放量达到1817.55万吨。如果这些烟尘未经处理都排向大气，给环境带来的污染可想而知。而工业排放的其他污染物（如水泥生产、钢铁冶炼、垃圾焚烧等）也给地球带来了压迫感。为彻底解决工业烟尘对大气环境的污染，人类发明了袋式除尘器以及能截留细微粉尘颗粒的覆膜滤料，但其相对较高的运行阻力不利于节能。因此研发出过滤精度高、价格合理的新产品是当前除尘市场的迫切需求。

1 玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料

玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料是采用高强度的无碱玻纤机织布为基材，以PPS、PTFE混纺作为纤维网层，进行水刺使纤网初步得到固结，然后采用宽幅、高均匀度和平整度的梳理机梳出纤维面层，利用高压水射流对纤网进行冲击，使PTFE纤维原纤化，如同一层附于织物表面的PTFE薄膜。形成三维容尘立体结构，最后对制成的玻纤/PPS、PTFE复合水刺过滤材料进行烘干、热定型或者浸渍处理等后处理工艺，使滤料的耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗结露、过滤效率、尺寸稳定性、收缩率和滤料强度等性能显著提高，以达到在电厂烟气净化袋式除尘器中除尘的技术要求。与覆膜滤料相比，其具有价格低、耐温更高等特殊优点。

2 玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的原料

2.1 玻璃纤维滤布

玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料采用的是连续玻纤滤布作为基材。

玻璃纤维是一种无机非金属材料，耐高温，不燃，抗腐，抗拉强度高，电绝缘性好。但脆性大、耐磨性和耐折性差，利用针刺对纤维的损伤都很大。

玻纤滤布按照织造方式，主要品种可分为：斜纹、破斜纹、纬二重等不同组织。本产品玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的基材采用的是纬二重的方式。

2.2 PPS纤维

PPS纤维截面形状通常为圆形（见图1），但日本东洋纺也生产商品名为Procon的三叶形聚苯硫醚纤维（见图2）。

图1 PPS纤维圆柱形截面

图2 PPS纤维三叶形截面

PPS纤维是由苯撑结构单元组成，具有高的结晶度，经固化交联，具有优异的耐化学腐蚀性能和不水解性。其在170℃以下不溶于任何溶剂。只有在190℃以上才部分地溶解在氯代芳香烃溶剂（二苯醚、氯化萘、联苯、氯化联苯等）及杂环化合物中。在无机酸中，除强氧化性酸外，不受其它酸腐蚀。PPS纤维在温度至200℃的范围内能经受多种酸、碱、盐和其它化工介质的腐蚀，其耐蚀性能仅次于PTFE纤维。同时它还具有良好的电绝缘性、尺寸稳定性和力学性能。

2.3 PTFE纤维

PTFE纤维的分子量大，分子表面几乎全部为氟原子覆盖。PTFE纤维是耐化学腐蚀性最好的纤维，可耐各种强酸、强碱的腐蚀；可耐260℃的高温，在高温条件下的阻燃性，电绝缘性都很好；摩擦系数较低，不沾性、耐磨性、抗水解、抗氧化性也都很好；宽温度范围内，机械强度优异，并且使用寿命长。研究表明PTFE经高速高压的水射流冲击后可分裂成更细小的纤维，用其制成的过滤产品有突出的过滤性能。

3 玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的工艺

玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料采用水刺面层包裹玻纤滤布，使玻纤的性能优势达到最大化，克服了玻纤不耐磨、不耐折的缺点。

滤料迎尘面选用性能优异的PTFE纤维，以柔性高压水流取代刺针在纤网中由上至下连续喷射并通过托网帘的反射作用使纤维相互缠绕成布。同时高压水会对表面的PTFE纤维进行开纤，形成更加微细的PTFE纤维层，提高了过滤精度。可替代覆膜滤料适应PM2.5的排放标准，并使过滤材料的失效周期延长。

采用玻纤机织布作为滤料的骨架层，增加了滤料的抗拉伸强度，提高了滤料的尺寸稳定性及使用温度，极大地延长了滤料的使用寿命和过滤效果。

滤料底层选用粗旦PPS纤维为原料。利用粗旦PPS纤维制成的水刺纤网，可在不影响阻力的前提下提高产品的耐磨性。

通过以上步骤产生的空调系统，需要进行三种验证。第一，主要设备额定流量的匹配；第二，末端温度满足预设值；第三，动力设备压头达到要求。满足以上要求，可视为空调系统合理。

将PPS和PTFE的纤网利用高压水刺，使其贴合在玻纤滤布表面。产品的内部结构呈明显梯次结构，有效解决了过滤效率和阻力之间的矛盾，降低了滤料被堵塞的可能性，可明显提高过滤精度，减小过滤阻力，提高过滤风速。

制成后的滤料采用特氟隆聚四氟乙烯乳液整体浸渍处理，能提高滤料的抗氧化、耐腐蚀、耐温能力，增强滤料的憎水性，延长了滤料的使用寿命，同时提高了滤料的过滤精度，并可以抗结露。

4 产品的性能

对PPS针刺毡、PPS覆膜针刺毡、玻纤/PPS、PTFE复合水刺毡进行性能对比。

4.1 阻力性能对比（见图3）

图3 产品的阻力情况对比

由图3可知，3种产品的初始阻力情况对比结果为：PPS针刺＜玻纤/PPS、PTFE复合水刺＜PPS覆膜针刺，玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料产品的阻力之所以会略微大于针刺产品，是因为通过高速高压的水射流加固后纤维被细化，纤维与纤维间的空隙变小，使得初始阻力要大于针刺产品。

4.2 过滤性能对比（见图4）

图4 产品过滤精度的比较

从图4可以看出，玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的过滤精度要高于PPS针刺滤料的过滤精度。由于玻纤/PPS、PTFE复合水刺产品采用的是表层过滤，它的过滤效率要比采用深层过滤的PPS针刺产品要高。从图4中还可看出，玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的过滤精度在相对于2微米颗粒时几乎达到了针刺覆膜产品的过滤精度。这是因为该材料特殊的三维立体结构及水射流细化纤维的结果。

PPS针刺毡和玻纤/PPS、PTFE复合水刺毡的过滤性能测试结果见表1；洁净滤料1000Pa喷吹30次后见图5；老化后1000Pa喷吹2h的结果见表2、图6； 老化后1800Pa喷吹2h结果见表3、图7。

表1 过滤性能测试

图5 洁净滤料1000Pa喷吹30次

表2 老化后1000Pa喷吹2h

图6 老化后1000Pa喷吹2h

表3 老化后1800Pa喷吹2h

图7 老化后1800Pa喷吹2h

从以上图、表可知：PPS针刺毡经过30个喷吹周期的实验时间比玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料少2261s，PPS针刺毡排放浓度比玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料高出1.33mg/m3。在老化阶段10,000次清灰中，PPS针刺毡的最终阻力比新型PPS水刺滤料高出159Pa。在1000Pa定压喷吹2h中，PPS针刺毡比玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的清灰次数要高出59次，平均清灰周期要短56s。玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的循环次数为19次，平均清灰间隔为379s，粉尘排放浓度为0.054mg/m3。其阻力在清灰之后基本上没有增加，即滤料的残余阻力会相对比较稳定。

5 产品的应用

5.1 燃煤锅炉

燃煤锅炉排放的烟气，温度一般都较高并具有腐蚀性，气体中所含的油雾、细微颗粒物等黏性物易附着在滤料表面造成滤料的堵塞，使除尘器的阻力上升，滤袋磨损。因此具有耐高温、耐腐蚀的表面过滤产品“玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料”能很好地应用于燃煤锅炉。

5.2 垃圾焚烧

垃圾焚烧产生的烟气具有以下特点：

（1）在燃烧中一些碳氢化合物也会生成水汽，因此烟气的含湿量也较大，一般为烟气总量的23%～30%；

（2）由于垃圾成分复杂，燃烧后产生的烟尘中的有毒、有害成分也较复杂，其中包含一些微量重金属，如汞、镉、铅、钼、铬、镍、铜等；

（3）与燃煤锅炉不同，垃圾焚烧烟气除含有O2、SOX、CO2、NOX等外，还含有HCl、HF等酸性气体，以及水蒸汽和烃类（THC）；

（4）烟尘的粒径较小、黏度较高。

从以上特点可以看出，生活垃圾焚烧烟气净化袋式除尘器滤料的选择具有很大的难度。由于垃圾焚烧烟气成分复杂，一般滤料难以在该行业中使用，所以垃圾焚烧炉袋式除尘器采用的滤料主要有PPS滤料、P84滤料、玻璃纤维膨体纱及覆膜滤料、玻璃纤维针刺毡、PTFE纤维复合滤料和GORE-TEX等品种，以及PTFE纤维或者PTFE覆膜滤料。其中使用比较广泛的是PPS滤料和P84滤料，尤其在国外的垃圾焚烧炉袋式除尘器中，这两种滤料的使用量较大。所以性能比PPS更加优越的玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料更加适合垃圾焚烧行业的使用。

6 发展前景

2013年发生的严重灰霾天气已经成为许多地区的重大民生问题。随着全球对环保的日趋重视，各国都不断提高环保标准，环保除尘非织造过滤行业也随之进入高峰发展期，目前国内行业的平均增长速度已是GDP的3倍左右。由于玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料具有过滤精度高、阻力小、使用寿命长等特点，烟气过滤效果可达到欧美发达国家PM2.5排放标准，也是适应我国烟尘排放标准从PM10提高到PM2.5的更新换代产品。根据实际应用情况和生产情况来看，玻纤/PPS、PTFE复合水刺滤料的过滤效率、强度、透气等性能都优于针刺过滤材料，且玻纤/PPS、PTFE复合水刺毡的生产速度快、产量大、能源消耗少，可直接为厂家节约成本。因此该项目产品在各方面都有着极大的优势，同时与国外高档的滤材技术指标接轨，填补了国内生产复合过滤材料的空白，对打破发达国家的技术垄断和产业垄断，提升我国环保过滤材料行业整体技术水平也具有重要意义。

我国工业用布中的除尘过滤材料今后的高速发展将会更加严格，该技术新产品将拥有非常广阔的应用前景，同时由于该技术的科技含量高，与其相关的设备仪器的科技含量也需随之提高，从而必将也会带动相关行业的产业化、科技化发展。