拒水防油针刺毡滤料的应用与生产实践

福建南纺有限责任公司, 福建 南平 353000

随着国民经济的发展和社会文明的进步，国家不断加重对我们赖以生存的环境的保护和治理，环保已成为人们时刻关注的热点。环境治理内容众多，本文涉及的是大气环境治理中的袋式除尘问题。袋式除尘技术的核心部分是过滤材料(简称“滤料”)，其在烟气干法除尘治理中是“心脏”部位。袋式除尘器利用滤料中的孔隙过滤原理，对被污染的空气进行处理，实现气体和固体颗粒物的分离，达到空气净化和滤物回收的目的。袋式除尘器对细微颗粒物的捕集能力强且除尘效率高，是其他除尘器无法相比的。被污染气体通过袋式除尘器后，再小的烟尘和粉尘颗粒物都会被捕集下来，其过滤效率高达99.99%以上，粉尘排放浓度可降到10.0 mg/m3以下，达到大气环境治理目的[1]10。下面重点介绍一种拒水防油针刺毡滤料的应用与生产实践。

1 针刺毡滤料及拒水防油针刺毡滤料的特性与工况应用

1.1 针刺毡滤料的优点和特点

针刺毡滤料多为三层复合结构，分迎尘层、基布层和内表层，有“三维滤料”之称，它具有过滤阻力低、透气性好、处理能力强的优点。针刺毡滤料中，纤维呈纵深立体状、杂乱无规律分布，孔隙结构细小、均匀而不直通，具有深层过滤粉尘的作用，可将大部分尘粒阻留在滤料表面。

针刺毡滤料具有易清灰的特点，其设备运行阻力较稳定。当滤袋表面的粉尘层厚到一定程度时，必须对滤袋进行清灰，以保证滤袋持续工作所需的透气性。袋式除尘器的工作过程：通过清灰装置实现不断滤尘，又不断清灰，周而复始，保证除尘和透气效果。

1.2 针刺毡滤料的过滤机理

滤料过滤机理按其结构可分为表面过滤和深层过滤。针刺毡滤料以纤维层为集尘体，厚而蓬松，孔隙较大，形成内部纤维的过滤，其过滤粉尘的机理属深层过滤。深层过滤首先是纤维过滤与颗粒过滤，最终表现为以粉尘层颗粒过滤为主导，即所谓的以粉尘过滤粉尘。纤维过滤的捕尘机理：当粉尘粒子随气流运动至接近纤维时，气流绕过纤维，质量大的粉尘粒子由于惯性作用偏离气流，这些粉尘粒子与纤维碰撞而被捕集；当粉尘粒子随气流运动至接近纤维时，较细小的粉尘粒子随气流绕过纤维，若粉尘粒子的半径大于其中心至纤维边缘的距离，则这些粉尘粒子与纤维接触而被捕获；微小的粉尘粒子在气体分子的撞击下脱离气流，像气体分子一样，做不规则运动，若这些粉尘粒子与纤维接触，即被捕集。

1.3 工况条件与拒水防油针刺毡滤料的选择

在工业企业中，不同工况的烟气成分千差万别，这要求根据不同的工况选择不同的滤料，进行不同的处理，故科学选择滤料成为一项关键工作。滤料的选择应根据处理对象的性质，并综合考虑滤料的性能，以适应各种不同的条件及工况，不断研究，不断创新，实现“对况用材”。表1给出了一组钢铁企业工况调查数据。

表1 钢铁企业工况调查数据

选择一种滤料后，一定要结合具体的工况条件，对滤料进行必要的处理。除了考虑烟气的含尘浓度、粉尘细度、烟气温度、水分含量、排放要求和滤料的强度等因素外，还需考虑滤料的疏水疏油、耐酸耐碱和抗水解等化学稳定性。表1中，瞬间温度、含氧量和含湿量比较高，烟气成分比较复杂。根据这一工况，选择耐高温、耐酸碱、耐有机溶剂及水解稳定性好的内外层为聚苯硫醚(PPS)、中间层为聚四氟乙烯(PTFE)组合的三层滤料较为合理。在后处理工序中，除了对该三层滤料进行聚四氟乙烯(PTFE)乳液发泡涂层处理外，还需进行防水防油饱和浸渍处理。经过处理的三层滤料的耐水解、抗氧化等性能得到增强，可以更好地发挥其过滤效能，延长使用寿命。拒水防油滤料是这种工况的首选产品。

1.4 针刺毡滤料拒水防油处理的必要性

工矿烟气中含有燃烧或干燥过程所带来的湿气，这是无法避免的。含有气态水的烟气在温度降到露点以下时，会在滤料上结露，与工矿烟尘中滞留在滤袋表面的大量无机物结合，形成水溶液，同时发生化学反应，并产生酸性或碱性物质。烟气中的水分含量和温度越高，则因纤维水解造成的滤料损坏越严重；在强酸或强碱环境中，纤维水解作用会增强，纤维抗拉强度下降，导致滤料出现不同程度的失效。因此，生产中除了要控制烟气温度和防止结露外，还要注意滤料自身的疏水、耐湿、耐油和耐酸性能，保证除尘器安全运行，降低运行成本。

湿含尘气体会使滤袋表面捕集的粉尘粒子润湿、黏结，引起糊袋现象，导致过滤阻力上升。经过含氟处理剂处理的拒水防油滤料，同时还具备覆膜滤料的清灰效果。福建南纺有限责任公司(以下简称“福建南纺”)开发的超亮面易清灰滤料，经过防油防水化学处理后，不仅获得了覆膜滤料的优点，黏结在其表面的粉尘也更加容易清除。

2 拒水防油针刺毡滤料针刺工序生产实践

2.1 工艺技术要点

针刺是拒水防油针刺毡滤料生产的第一步，应根据针刺工序生产线设备配置和纤维可纺性，合理选择适应工艺参数，确保开清、梳理、铺网及针刺过程中实现混合均匀、转移充分、缠结良好等目的。针刺坯布的烧毛面和非烧毛面的毛羽都要短，以保证后处理过程顺利进行。为适应拒水防油处理工艺的需要，需合理选择刺针的规格型号、刺针密度和针刺频率，确保纤维缠结充分，同时减少对纤维和基布的损伤。针深应从高到低设置，滤料针眼要小，表面平整度要好，以保证拒水防油和清灰效果。迎尘层与内表层的密度、厚薄尽可能接近。合理分配针刺内部牵伸及针刺台间牵伸。复合过程中针刺布面张力和基布退布张力必须匹配，确保基布层不发生折皱和偏移，达到迎尘层与基布层之间、基布层与内表层之间复合良好的效果[1]11。

2.2 工艺流程选择及创新点

按照上述工艺技术要点，福建南纺通过研发并拟订了针刺工序的工艺流程(图1)。

图1 拒水防油针刺毡滤料针刺工序工艺流程

图1所示工艺流程的创新点：创造性地运用双预针刺装置，保证针刺毡的多层面料的缠结效果，提高了剥离强力；双预针刺装置之间配有主动送布装置，防止迎尘层在复合过程中发生意外牵伸；按PU(聚氨酯)革基布的标准，配备足够的主针刺和修面针刺机台，实现了针刺毡布面效果在同行业领先水平。

2.3 设备布置

按照图1所示的工艺流程进行设备布置，采用双开清、双梳理、双铺网、双预针刺的工艺路线，达到一次复合成型针刺毡的效果。开清装置为对称设置的双开清装置，包括分别用于迎尘层和内表层纤维开清、混合的开包机、粗开松、大仓、精开松、储棉箱和喂棉箱各一套；梳理装置为对称设置的两台梳理机，一台用于迎尘层纤维的梳理、混合，另一台用于内表层纤维的梳理、混合，使迎尘层和内表层的纤维同时具备色泽均匀、比例一致、质量稳定的效果；铺网装置为对称设置的两台铺网机，其作用是分别把梳理机输出的较轻、较窄的迎尘层纤网和内表层纤网铺叠成所需厚度和密度的迎尘层和内表层；预针刺装置为两台预针刺机，其中一台预针刺机把铺网机输出的蓬松、无强力的迎尘层初步加固成具有一定强力的预针刺布，另一台预针刺机对迎尘层与退布装置释放的基布层和内表层进行三层复合，保证纤维缠结效果；主针刺采用两台双板正刺机及两台双板倒刺机；修面针刺采用一台双板对刺机，通过逐步穿刺、缠结和修面，达到针刺毡及后处理的工艺要求，保证最终滤料产品的品质。

3 拒水防油针刺毡滤料后处理工序

生产实践

3.1 工艺技术要点

为了保证最终滤料产品的热收缩率、透气率、表观效果，必须合理调整轧光定型工艺，如轧光温度、轧光速度、轧辊压力、引布方式、过程张力和轧光半成品厚度等。轧光工序要注意控制滤料的厚度均匀度，保证产品透气性一致；烧毛工序要适时调整车速，火口火焰要均匀，保证无烧毛颜色色差。

拒水防油处理时对针刺毡表层纤维的处理效果要求较高，但不需要太高的温度和热风穿透工艺。因此，采用小布铗拉幅装置和表面烘干设备即可满足要求。生产过程中针刺毡幅宽要保持稳定，两面均烘干、烘透。

拒水防油处理过程中针刺毡容易发生折皱现象，为控制好张力，该生产线必须具备连续储布、连续放布和张力自动调节功能，以实现针刺毡拒水防油处理的连续稳定生产。

3.2 工艺流程选择及创新点

按照上述工艺技术要点，福建南纺通过研发并拟订了后处理工序的工艺流程(图2)。

图2 拒水防油针刺毡滤料后处理工序工艺流程

图2所示工艺流程的创新点：采用表面接触烘干取代热风穿透烘干，防止针刺毡表面起毛和厚度反弹；配备在线轧光、张力自动调节和储布装置，保证生产连续性，稳定针刺毡的宽度、厚度及透气量；配置蒸汽加热调浆、U型槽和液位自动探测装置，提高饱和浸渍效果，保证针刺毡拒水防油处理效果的一致性。

3.3 设备布置

按照图2所示的工艺流程进行设备布置：配置一套烧毛、轧光设备进行轻烧冷轧处理，保证针坯得到充分定型和易清灰效果，保证滤料的收缩率及透气量达到工艺要求；浸渍装置包括一个调浆桶、一个U型浆槽，实现拒水防油溶液的饱和浸渍；轧车装置包括二辊斜轧、二辊平轧，保证布面平整，左右轧余率一致；拉幅装置采用小布铗夹持和自动对边拉幅装置，把挤浆、轧制后容易产生折皱、两边松紧不一致和门幅波动现象的针刺毡拉平或轻微拉幅，满足成品要求；烘干装置包括预烘、二烘和三烘三套烘干装置，每套烘干装置均配有一套独立的温控系统，独立控温，除了保证烘干能力外，还保证了拒水防油效果。

4 拒水防油剂的选择

拒水防油剂的选择要求：使用安全、无毒、无烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)类环境激素的非危险品类物质；对不同水质的适应性要高；能适应涤纶(PET)、亚克力(DT)、芳纶(AR)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(P84)等各类滤料纤维的后处理工艺要求；滤料经处理后具有良好的防水防油性能，布面残留物质对其防水效果的影响小；能增强滤料的使用寿命，有利于清灰；与其他助剂并用时，具有优良的稳定性。

本流程使用的拒水防油剂为TG410HN乳液，其主要成分是氟碳化合物共聚物，乳白色，弱阳离子，含固量17%～19%(质量分数)，pH值2～4，密度1.02～1.06 g/cm3。

5 结语

我国的大气污染治理任重道远，随着社会经济的进一步发展，对环保将提出更高的要求。由于袋式除尘器具有一定的优越性，其应用和发展前景十分广阔。经拒水防油处理后具有耐湿、耐油和耐酸性的拒水防油针刺毡滤料，因它在特定工况环境中能够发挥常规滤料所不具备的特殊作用，将被更多企业采用，并将伴随着袋式除尘行业的发展而发展。

[1] 黎清芳. 针刺超亮面易清灰环保过滤材料产品的开发[J]. 产业用纺织品, 2014, 32(9).