玻璃纤维/聚酰亚胺复合水刺滤料的制备和性能研究

俞应珍，于淼涵，徐新杰，郁宗琪

（南京际华三五二一环保科技有限公司，南京 210001）

过滤材料是控制颗粒物排放，尤其是工业烟尘排放的关键材料，对新型过滤材料的研究一直是业内关注的焦点。

玻璃纤维由于具有耐高温、高强力、优异的尺寸稳定性和良好的耐酸碱腐蚀性，一直受到环保行业的青睐。玻璃纤维过滤材料能够在260℃高温下长期稳定使用，强力往往可达到2000N 以上，尺寸稳定性大于99%，耐酸碱腐蚀性良好，制成的滤袋被广泛应用于钢铁、冶金、水泥等高温气体除尘领域。但由于玻璃纤维性脆、耐折性能差，制成的玻璃纤维滤袋耐磨性能较差、易破袋，平均使用寿命在1 年左右，远低于化纤滤袋3—4 年的使用寿命。

为了改善玻璃纤维滤料的耐磨性，提高滤袋的使用寿命，克服现有技术的不足，本文以新型高强玻纤复合水刺滤料为研究对象，介绍了一种柔软性良好，耐化学腐蚀性、拒水拒油性能好，易清灰，高效低阻使用寿命长的玻璃纤维/聚酰亚胺（PI）复合水刺滤料的制备方法。

1 制备方法

1.1 配制涂层剂

步骤1 为配置涂层剂。涂层剂配方见表1。

表1 涂层剂配方

1.2 生成泡沫

步骤2 采用动态泡沫生成设备，将上述涂层剂进行发泡，根据不同的涂层剂配方选择合适的转子转速和发泡比。

1.3 涂层工艺

步骤3 采用单面刮刀压在玻璃纤维基布上，将步骤2 中生成的泡沫输送至刮刀处，根据不同的涂层剂配方调整单面涂层的厚度、上胶量及车速。

1.4 烘燥工艺

步骤4 将涂层后的玻璃纤维机织布进行烘燥，预烘温度为120℃—160℃，焙烘温度为170℃—220℃，烘燥时间为3—5min。烘燥可使泡沫破裂，涂层剂成分发生相互交联，最终在基布表面形成均匀的涂层膜。

1.5 制备滤料

步骤5 将国产PI 短切，纤维开松，梳理形成单层纤维网，经过多层铺网后与玻璃纤维机织布层叠，通过针刺缠结制得玻璃纤维基布——单面无纺层结构的非织造针刺毡滤料，再将其水刺加固成玻璃纤维/PI短纤复合滤料。纤维层的克重为300—500g/m2，玻璃纤维基布的克重为400—500g/m2。

1.6 配制整理剂

步骤6 为配制整理剂。整理剂由PTFE 乳液、偶联剂、水溶性耐高温黏合剂等组成。

1.7 热定型工艺

步骤7 将玻璃纤维复合滤料浸入步骤6 制得的PTFE 整理液中，使滤料完全浸透，然后进行压乳，对浸渍压乳后的滤料进行焙烘，焙烘温度为240℃—280℃，焙烘时间为4—15min。

2 实验部分

2.1 实验样品

2m2玻璃纤维/PI 复合水刺滤料（代号GL-S）、2m2针刺玻纤滤料（代号GL-Z）。

2.2 主要仪器

YG026 电子织物强力机、织物透气量仪、VDI 滤料过滤性能测试仪。

2.3 测试结果

样品常规性能的对比见表2。

表2 样品常规性能的对比

2.4 实验结果对比

通过实验对比水刺类与针刺类玻璃纤维复合滤料的机械性能、过滤性能，证明了水刺玻纤复合滤料比针刺玻纤复合滤料具有明显的技术优势，具体如下：

（1）在产品克重相同的前提下，水刺滤料经、纬向强力优于针刺滤料，耐久性更好，拥有更长的使用寿命。

（2）水刺滤料过滤效率高于针刺滤料，可以更好地满足细颗粒物（PM2.5）排放标准要求。

（3）水刺滤料由于孔径小、表面更光洁，粉尘剥离率远优于针刺滤料，因此具有更低的运行阻力，可大大节约能耗，降低成本。

（4）水刺滤料的耐折性明显优于针刺滤料，有效克服了玻璃纤维性脆、耐折性能差的缺陷，可以大幅提升滤袋使用寿命。

3 分析与讨论

3.1 针刺工艺的缺陷

针刺是以刚性的带钩刺的刺针在纤网中往复运动，使纤维之间相互缠结而成毡的。在穿刺的过程中，倒钩易损伤纤维，同时其刚性刺针的上下往复运动与柔性纤网的连续水平运动的组合必然会对纤维造成一定程度的损伤并在布面留下针痕，特别是对于脆性较大的玻璃纤维的加工，纤维损伤大，会造成最终产品强度较低，毡层密实度差，大大影响滤料使用寿命和过滤性能。

3.2 水刺工艺的优势

水刺加固属于柔性加固，用水针代替钢针，利用高压高密的水针使纤维互相柔性缠结，与针刺毡制作时所用刺针相比，水针布针更密、直径更细，极大降低了对纤维的损伤，赋予了水刺滤料更高的初始强力，有助于延长滤料的使用寿命。水刺毡表面较针刺毡更光洁、平坦，微孔直径更低、孔隙率更高、过滤效果更好。同时光滑致密的表面拥有更好的清灰效果，清灰周转期平均延长约30%。

3.3 玻璃纤维滤料现有后处理技术的缺陷

（1）玻璃纤维滤料现有后处理技术多为浸轧整理，上胶率占滤料克重的12%—25%，这种整理方式不但会浪费大量水资源、烘燥能量及电能，而且要求烘箱长度较长，生产速度慢，产量低。

（2）玻璃纤维滤料现有后处理技术会发生PTFE等有效成分的泳移，造成滤料上胶不匀，从而导致滤料的剥离强力不匀。

（3）现有后处理配方中的PTFE 等有效成分浓度较低，不利于均匀包覆在玻璃纤维上。

（4）现有玻璃纤维滤料经后处理后，滤料较硬挺，耐折性差，直接影响滤料的最终使用寿命。

3.4 本项目的主要技术创新点

（1）采用泡沫涂层技术，对玻璃纤维基布进行涂层整理，在基布表面形成具有微结构的连续膜，有效克服了玻璃纤维产品脆性大、耐折性差的缺点，使滤料良好的柔软性增加，提高了其耐磨、抗氧化等功能。

（2）采用水刺柔性加固技术的滤料表面的孔径分布比针刺缩小了近40%，过滤精度与针刺滤料相比大幅提高；压降低，节省风机电耗，减少了清灰次数并延长了清灰周期，有效降低了设备的投资及运行费用。

（3）水刺滤料表面光滑，残余阻力相对一般针刺滤料要小许多，粉尘剥离率远优于针刺滤料。在高湿结露情况下，经高温烘干后，结露的尘饼能够从光滑的过滤表面上粉化脱落，可大幅延长滤袋的使用寿命。

（4）提高了后处理整理剂的浓度，同时将上胶量由浸渍整理时的12%—25%降低到7%—15%，上胶均匀，减少了泳移现象，质量稳定，能有效替代目前使用的严重耗能耗水的浸轧整理，并且能提高车速及产量，改善滤料的耐折性，大幅延长使用寿命。

4 结语

本项目采用泡沫涂层技术、水刺柔性加固工艺，同时对后处理工艺进行优化，大幅缩小了滤料产品孔径，提高了表面光洁度及过滤精度，降低了滤料阻力，有效解决了玻璃纤维针刺滤袋耐折性能差、使用寿命短的缺陷，从而得到一种柔软性良好，质量稳定，耐化学腐蚀性、拒水拒油性能好，易清灰，高效低阻，使用寿命长的玻璃纤维复合滤料。使用该玻璃纤维复合滤料可以大幅降低企业生产运营成本,更好地满足PM2.5的排放标准要求。该玻璃纤维复合滤料突破了传统针刺产品的性能局限性，对新型过滤材料的研发具有积极意义。