PPS水刺的毡性滤能料研控究制PM2.5

PM2.5又称气溶胶，指的是直径小于或等于2.5微米的超细悬浮颗粒物，也称为可入肺颗粒物，是人类身边隐形的致命“杀手”。多环芳烃类化合物（PAHs）是PM2.5等空气中细颗粒物中主要的有害成分之一，该类化合物已被国际癌症研究署（IARC）作为优先控制的有毒有害物，具有致癌、致畸、致突变等毒性，且在环境中广泛分布。工业粉尘是空气中PM2.5等细颗粒物主要来源之一。为此，要控制PM2.5就必须采用高效除尘器控制工业粉尘的排放。袋式除尘器是目前公认的高效除尘设备之一，而其效率的高低取决于其核心元件——滤袋。本文通过对PPS水刺毡和PPS针刺毡的性能对比研究，认为PPS水刺毡是用于控制PM2.5较为理想的高性能滤料。

1 实验部分

1.1 实验样品

2m2PPS水刺毡（代号SPPS101J）；2m2PPS针刺毡（代号PPS602J）；标准试验粉尘，若干。

1.2 主要仪器

YG026C型电子织物强度机；YG032D织物爆破仪，1-AT型VDI滤料模拟测试装置，扫描电镜（SEM，上海田京），织物耐磨仪。

1.3 实验方法

织物标重、强度、透气性分别按GB/T 4669、GB/T 3923.1、GB/T 5453等标准测试；SEM观察微观形貌，过滤性能参照美国环保署ETV（ASTM D6830）进行。

2 结果与讨论

2.1 高压水刺与针刺成毡原理比较（见图1）

图1 针刺与水刺技术原理对比

传统针刺法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，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，导致最终产品强度较低，毡层密实度差等缺陷。高压水刺法技术原理则是以“水”为主要的加工工具，利用高压高密的“水针”使纤维互相进行柔性缠结，因此，在纤维的损伤程度上和密实度上得到了极大的改善，基本实现“无损制毡”，并能有效提高机械性能与过滤精度，实现高效、低阻、长寿命的完美结合。

2.2 高压水刺PPS毡与传统针刺PPS毡常规性能对比

从下表对比数据可见，高压水刺法制备的SPPS101J在标重方面上比传统的针刺法制备的PPS602J小100g/cm2，而机械强度却高出18%（横向）/9%。

高压水刺PPS与针刺PPS毡常规性能对比表

从图2、图3可以看出，针刺法纤维受损，而水刺法纤维表面光滑无损，体现了“无损制毡”工艺对纤维近乎“零损伤”的优越性。同时，从透气性也可以看出，水刺毡层密实度更高，因而可推断其具有更高的过滤精度。

图2 PPS针刺毡

图3 PPS水刺毡

2.3 高压水刺PPS毡与传统针刺PPS毡截面与表面效果对比

图4、图5分别是传统针刺PPS毡与高压水刺PPS毡横截面图，从图中可明显看出针刺的刚性缠结必然留下“针眼”，这些针眼的存在必然增加了粉尘穿透的机率，特别是微细粉尘更易穿过针眼，排入大气，而水刺PPS毡截面则均匀密实，主要归功于“水针”柔性缠结的结果。

图4 PPS针刺毡

图5 PPS水刺毡

图6、图7为表面孔隙分布对比，传统的机械钢针除了在滤料深层留下针眼，表面也依然留下“针痕”，亦即表面孔隙直径较大，而高压水刺则通过高密水针穿刺，松散区域及空洞闭合，孔隙更多，孔径更小，垂直孔道无规互通形成更有效的曲折，密实度大大提高。

图6 PPS针刺毡

图7 PPS水刺毡

2.4 高压水刺PPS毡与传统针刺PPS毡耐磨性能对比

从图8可见，在耐磨性能上，水刺PPS毡在同样的耐磨条件下，性能提高20%，经FCT涂层后，耐磨性能增加45%，这充分反映了高压水刺工艺可使纤维缠结更紧密，抱合度更高。耐磨性能的提高，保证了滤料更加抗高浓粉尘冲刷、袋笼摩擦等不利影响，延长滤料使用寿命，提高适应性。

图8 PPS针刺毡与PPS水刺毡耐磨性对比

2.5 高压水刺PPS毡与传统针刺PPS毡耐喷吹性能对比

如图9所示，PPS针刺毡与PPS水刺毡耐喷吹性能的对比，进一步证实了“无损制毡”、高密缠结在机械性能上的优越性。

图9 PPS针刺毡与PPS水刺毡耐喷吹性对比

2.6 高压水刺PPS毡与传统针刺PPS毡过滤压差对比（基于ETV标准）

如图10所示，通过VDI过滤性能模拟测试（ETV标准），可以明显看出，PPS水刺毡因孔隙小，粉尘不易渗入滤料深层，表现出“表层”过滤，因此，具有更低的运行压差，这在工程应用中，可体现出明显的节能降耗效应。

图10 PPS针刺毡与PPS水刺毡运行阻力对比（基于ETV标准）

2.7 高压水刺PPS毡与传统针刺PPS毡清灰周期对比（基于ETV标准）

如图11所示，PPS水刺毡清灰周期较PPS针刺毡平均约延长30%，清灰周期的延长意味着脉冲清灰对滤料冲击的减少，有利滤料寿命的延长，同时，减少喷吹次数，可以大幅降低压缩空气用量，降低运行成本。

图11 PPS针刺毡与PPS水刺毡清灰对比（基于ETV标准）

2.8 高压水刺PPS毡与传统针刺PPS毡过滤效率对比（基于ETV标准）

如图12所示，PPS水刺毡在粉尘总排放浓度上（TOT）较PPS针刺毡减排67%，在PM2.5排放上减排50%，这充分体现了高压水刺毡更加密实，孔隙更小的优异特性，从而表现出极高的过滤效率，特别对微细粉尘（PM2.5）的控制更具优势。

图12 PPS针刺毡与PPS水刺毡排放浓度对比（基于ETV标准）

3 结论

综上，通过PPS水刺毡与PPS针刺毡各项性能的对比研究，充分说明了PPS水刺毡不仅具有机械性能上的明显优势，在过滤性能上更具高效、低阻、长寿命的多重特性，特别适用于微细粉尘（PM2.5）的控制，是新一代滤料的发展方向，值得推广应用。

ASTM D6830 - 02（2008） Standard Test Method for Characterizing the Pressure Drop and Filtration Performance of Cleanable Filter Media Book of Standards Volume：11.07.