改良型PPS除尘过滤材料的制备与性能研究

邓 洪，于 宾

(1.国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530；2.天津工业大学 纺织学部，天津 300387)

改良型PPS除尘过滤材料的制备与性能研究

邓 洪1，于 宾2

(1.国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530；2.天津工业大学 纺织学部，天津 300387)

PPS(聚苯硫醚)具有强度高、耐高温、化学稳定等优良特质，是高温除尘过滤材料的理想原料，但其过滤效率较其他纤维滤材并无优势，甚至较低。为提高PPS除尘过滤材料的过滤效率，实现高效低阻，通过混入超细PPS纤维、加入PTFE( 聚四氟乙烯)基布、混入PTFE纤维、PTFE乳液处理等方式，试制了改良型PPS除尘过滤材料，并对其与过滤相关的性能进行了测试。结果表明混入超细纤维可以提高滤料的过滤效率，且阻力基本不变；混入PTFE纤维后，过滤效率提高，阻力略有下降；采用PTFE乳液处理后，滤料的过滤效率明显上升，但阻力也明显增大。

PPS；除尘过滤材料；改良；高效低阻

改革开放以来，我国经济迅速发展，以资源、能源消耗为主的电力、建材、冶金、化工等产业在这一时期的发展与扩张可谓是简单粗暴，在推进发展的同时，也带来了严重的环境污染问题，我国已出现大面积雾霾天气[1]。虽然国家已经提高烟尘排放标准，但碍于治理成本过高，而违规成本较低的原因，在许多地方难以真正推行。

目前袋式除尘技术已在工业除尘过滤领域广泛应用，袋式除尘滤料作为其关键部件，要求过滤效率高、阻力低、清灰性能优良、耐高温，并具有相对较低的价格[2]。PPS(聚苯硫醚)、PTFE(聚四氟乙烯)、P84(聚酰亚胺)是目前耐高温滤料的主要原料，然而价格均较高，分别为80～90元/kg、100～120元/kg、250元/kg以上。其中PPS作为价格最为低廉的原料，具有强度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能，得到了广泛应用，但其过滤性能、阻力特性及清灰性能等较PTFE、P84差[3]。

为提高PPS除尘过滤材料的过滤性能，通过在普通PPS纤维中混入超细PPS纤维[4]、针刺毡加入PTFE基布、混入PTFE纤维[5]、针刺毡PTFE乳液处理等方式，试制了改良型PPS除尘过滤材料，获得了良好的效果，所制备的滤料与PTFE、P84除尘过滤材料相近，且价格较低，使得烟尘污染治理成本不再昂贵，高温袋式除尘过滤的普遍应用成为了可能。

1 试样制备

试样1采用普通PPS纤维，纤维直径约为8～10 μm，针刺后进行烧毛、轧光处理；试样2在试样1制备过程中加入PTFE基布，克重为80 g/m2；试样3在试样1基础上增加了PTFE乳液浸渍整理，乳液含固率约60 wt%，平均粒径约0.2 μm；试样4采用超细PPS纤维(直径约2～4 μm)与普通PPS纤维以1∶4的比例开松混合，针刺后进行烧毛、轧光处理；试样5采用粗细不匀的PTFE纤维与普通PPS纤维以1∶4的比例开松混合，针刺后进行烧毛、轧光处理。控制所有样品克重均为560 g/m2左右,具体的制备过程及工艺如表1所示。

2 性能测试

所有试样均在(20±2) ℃、(65±4)%相对湿度的环境温湿度条件下调湿24 h，并在相应环境条件下进行测试。

2.1 厚度

采用GB/T 24218.2-2009《纺织品非织造布试验方法第2部分：厚度的测定》测试所有试样的厚度，精确至0.01 mm。

2.2 平均孔径

采用ASTM F 316-2003(2011) 《泡点法测定膜过滤器的孔径特征》测试所有样品的平均孔径与泡点孔径，精确到0.1 μm。

2.3 孔隙率

滤料的孔隙率根据公式1计算得出。

表1 试样制备工艺

(1)

其中Δ为孔隙率，ω为单位面积质量(g/cm2),t为滤料厚度(mm)，ρ为所用纤维真密度(g/cm3)。

2.4 滤料表面形貌分析

采用S-3000N型扫描电子显微镜对样品的迎尘面及反面进行扫描，获得放大100倍的电镜照片，用以分析其表面形貌对过滤性能的影响。

2.5 过滤效率及阻力

采用德国TOPAS公司AFC-131滤料测试台对所有试样的静态过滤性能进行测试，过滤面积100 cm2，流量为32 L/min，记录其对≥0.3 μm、≥0.5 μm、≥1.0 μm、≥3.0 μm、≥5.0 μm、≥10.0 μm 6种粒径颗粒的过滤效率，以及其过滤阻力。

3 结果与分析

3.1 常规物理性能

通过测试获得试制滤料的常规物理性能见表2，滤料正反面表面形貌如图1所示。

表2 试制滤料的常规物理性能

图1 改良型PPS除尘过滤材料的表观形貌

根据表2及图1，对比试样1与试样2可知，在针刺工艺不变的情况下，加入PTFE基布后，滤料的平均孔径、厚度、孔隙率均有不同程度的变小，表面也更加紧密，这是由于PTFE纤维密度较大，在其作为基布使用时，PPS纤维受到的针刺效果更为明显，也更加紧密；对比试样1与试样3可知，PTFE乳液浸渍处理后滤料的厚度基本不变，平均孔径明显减小，孔隙率却并未有明显变化，从表面可以明显观察到吸附的PTFE颗粒，这些颗粒填充于纤维间的空隙中，使得孔隙变小；对比试样1和试样4可知，加入20%的超细PPS纤维后，其表面形貌并未发生明显变化，但数据显示其厚度、平均孔径均明显减小，但孔隙率并未明显变化；对比试样1与试样5可知，混入20%粗细不匀的PTFE纤维后，滤料的厚度、平均孔径、孔隙率都有明显的下降，表面更是粗细纤维交替分布，这是因为PTFE纤维是采用裂膜法而来，在纤维的表面常出现较线为主干更细的分支，这些分支可视为细纤维，填充于PPS纤维的空隙间，使其孔隙变小，同时由于PTFE密度较大，故其厚度明显变小。

3.2 过滤性能

试样在流量为32 L/min时的过滤阻力如图2所示，各试样对于不同粒径颗粒物的过滤效率如图3所示。

图2 试样在32 L/min流量下的过滤阻力

图3 试样对不同粒径颗粒物的过滤效率

结合图2与图3分析可知，前述改良方法均可提高PPS除尘过滤材料的过滤效率，但不同的方式对过滤阻力的影响不尽相同。

试样2加入PTFE基布针刺而得到的滤料阻力上升明显，但过滤效率提高不大，这是因为加入基布后，纤维在基布的挤压作用下向基布的空隙位置集中，使得纤维更加紧密，相应的气流通道变少同时直径变小，但通道的曲折程度变化不大，提高了拦截效应，但惯性效应变化较小。

试样3通过PTFE乳液后整理的滤料过滤阻力基本不变，但过滤效果却大幅提高，这是因为乳液中微小PTFE颗粒吸附在PPS纤维表面，不会明显改变滤料的孔隙率，也不会引起滤料平均孔径的明显变化，但却使得气流通道的曲折程度明显增加，在过滤颗粒物的过程中惯性效应明显增强。

试样4在开松混合过程中加入20%的超细纤维后，其阻力明显变大，过滤效率更是所有试样中最好。这是因为混入超细纤维后，在相同的针刺工艺下，滤料将变得更加致密，厚度、孔隙率及平均孔径都会较普通PPS纤维更小，其气流通道的分支也会明显增多，曲折程度大幅提高，同时提高了颗粒物过滤过程中的拦截效应与惯性效应，故获得了最好的过滤效率。

试样5在开松混合过程中加入了20%粗细不匀、分支较多的PTFE纤维，其对0.3 μm颗粒物的过滤效果提高了近25%，其他粒径的颗粒物过滤效率也明显提高，但其阻力未有明显增大，甚至有小幅下降。这是因为加入PTFE后，针刺毡中形成了粗纤维、普通纤维及细小纤维分支的混合结构，这种结构使得滤料的平均孔径与孔隙率均明显变小，但气流通道总量却因较粗纤维的支撑及细小纤维分支对原有孔隙的分割而变化不大，粗纤维的支撑作用使得原有的气流通道变大，但细小分支的分割作用使得气流通道分支数量与曲折程度大幅提高，这样提高了滤料的拦截效应与惯性效应，但却并未使得气流通道总量明显变小，使滤料获得了高效低阻的理想过滤性能。

4 结论

(1)通过加入基布或者混入超细纤维的手段提高滤料的过滤效率，能提高滤料的紧密程度，可以提高过滤效率，却会使阻力明显增大，难以实现高效低阻。

(2)在保证滤料气流通道总量不明显减小的前提下，通过提高气流通道曲折程度的方式，提高滤料对颗粒物的拦截效应与惯性效应是实现高效低阻的有效途径。可以通过乳液浸渍、混入如PTFE等粗细分布不匀的纤维等途径实现。

(3)通过乳液浸渍、混入PTFE纤维等手段改良PPS除尘过滤材料成本较低，不仅实现了高效低阻的效果，还具有价格较低的优势，使得高温袋式除尘过滤的普遍应用成为可能。

[1] 费传军,郭晓蓓,白耀宗,等. 燃煤电厂对过滤材料的要求及其解决方案[J]. 电力科技与环保,2014,(1):20-22.

[2] 马 捷. 我国耐高温过滤材料的发展现状及市场潜力[J]. 化学工业,2016,(1):18-21.

[3] 张 楠,崔 鑫,靳向煜,等. 加固工艺及组分对PPS/PTFE复合耐高温滤料性能的影响[J]. 东华大学学报(自然科学版),2014,(2):202-204.

[4] 万艳霞，朱志国，马 萌. 聚苯硫醚超细纤维的制备及形态结构研究[C]// 中国化学会，中国机械工程学会，中国材料研究学会.2014年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)，2014.

[5] 张 恒,甄 琪,王俊南,等. 梯度结构耐高温纤维过滤材料的结构与性能[J]. 纺织学报,2016,(5):17-22.

推智能，促创新，印染行业改革发展脉络日趋明晰

7月11～13日，中国印染行业协会五届六次理事扩大会议暨宏大第六届全国印染行业管理创新年会在浙江绍兴举办。会议以“智能制造、创新发展”为主题，探讨当前宏观经济形势、行业发展环境、产业转型创新、产业链协同发展等议题，邀请了行业资深专家以及企业领军人物发表观点、探讨对策。

中国纺织工业联合会会长孙瑞哲在主旨发言中，用“虚与实，世界是原子的也是比特的”、“合与分，世界是一体的也是离散的”、“平与折，世界是平坦的也是波折的”、“同与异，世界是趋同的也是多元的”4句富有哲理的话高度概括了目前纺织工业所处的快速变化、深度关联、对立统一又充满未知的世界，并提出了创新驱动下的纺织工业的六大价值引爆点，即智能、体验、共享、责任、即时和信用。

孙瑞哲表示：“尽管中国纺织行业经历了两年的出口负增长，但其在世界市场的份额依旧可观。”中国企业走出去的模式正在逐步由“产品走出去”，“企业走出去”转向“产业集群走出去”，以降低投资风险和成本、规避贸易摩擦、并且在没有形成产业集群效益的国家获得先发优势。中国纺织服装行业如今有了新定位，分别是科技产业、时尚产业、先进制造产业。三个定位并非截然分立，而是充满无限可能性的跨界融合与价值共生。

“十三五”时期是我国纺织工业转型升级的关键阶段，印染行业作为纺织工业产业链中技术密集、管理复杂、环保要求高的重要环节，面临着严峻的挑战和难得的发展机会。

中国印染行业协会会长陈志华在做理事会工作报告中指出，当前，印染行业既存在历史遗留问题，又有新时期遇到的新挑战，必须以转型升级为方向、绿色发展为基石、提质增效为手段，依靠科技创新和管理创新，提升行业运行水平，继续发挥在产业链中的重要作用，进一步促进行业健康发展。

陈志华还介绍了2017年1～5月印染行业经济运行基本情况。期间，规模以上印染企业印染布产量219.02亿m，同比增加6.5%，增速较去年同期提高7.29个百分点。规模以上印染企业实现主营业务收入1 601.86亿元，同比增加7.87%，增速较去年同期提高5.28个百分点；实现利润总额74.57亿元，同比增加8.32%，增速较去年同期回落2.49个百分点，销售利润率4.66%，同比增加0.02个百分点。

(摘自：全球纺织网)

Study on Preparation and Properties of Modified PPS Dust Removal Filter Material

DENG Hong1, YU Bing2

(1. Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office, SIPO, Guangdong, Guangzhou 510530, China; 2. School of Textile, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

Polyphenylene sulfide has the advantages of high strength, high temperature resistance and chemical stability. It is an ideal raw material for high temperature dust removal and filtration, but its filtration efficiency has no advantage or even lower than other fiber filter materials. In order to improve the filtration efficiency of PPS filter materials, achieve high efficiency and low resistance, modified PPS filter material were prepared by mixing ultrafine PPS fibers, PTFE fabric, PTFE fiber and PTFE emulsion. And related filter performance were tested. The results showed that the filtration efficiency of filter media could be improved by mixing superfine fiber, and the resistance was basically unchanged. After mixing with PTFE fiber, the filtration efficiency increased and the resistance decreased slightly. After the treatment with PTFE emulsion, the filtration efficiency of the filter material increased obviously, and the resistance also increased obviously.

PPS; dust removal filter material; improvement; high efficiency and low resistance

2017-07-12

邓 洪(1990-)，男，研究实习员，硕士研究生，主要从事纺织材料及纺织机械领域发明专利实质审查工作。

TS106.6

A

1673-0356(2017)08-0011-04