除尘滤袋用PTFE复合缝纫线热态拉伸性能分析*

王向钦 陈明刚 吴波伟 舒 瑞 刘 敏 柳静献

1. 广州检验检测认证集团有限公司，广东 广州 511447；2. 苏州耐德新材料科技有限公司，江苏 苏州 215600；3. 东北大学滤料检测中心，辽宁 沈阳 110004

目前，我国工业飞速发展，国力日益雄厚，但环境污染问题仍较为突出，尤其是大气污染，在一定程度上影响了人们的生活质量。针对这一现状，国家不断提高工业烟气排放粉尘颗粒物的指标要求，这为袋式除尘技术的发展带来了机遇。对于电力、水泥、垃圾焚烧、钢铁、冶金等行业中的高温烟气用袋式除尘器，其工作温度一般为130～250 ℃，甚至更高，而且排放的烟气中还常混有酸性、碱性等腐蚀性气体，因此工业烟气的排放控制对袋式除尘过滤技术有着很高要求[1]。

在袋式除尘器中，滤袋有着除尘器心脏之称，高效安全的除尘滤袋的生产涉及材料、织造、缝制等多项关键技术。当传统的PTFE缝纫线制作的滤袋在热烟气等恶劣的环境下使用时，随着滤袋附着的灰尘不断增加，滤袋缝线处的缝纫线很容易发生变形、断裂、熔化等，这对袋式除尘器的除尘效果及使用寿命都有重大影响。缝纫线作为缝制滤袋的重要辅助材料，必需能在严苛工作环境下保持良好的拉伸性能，这对滤袋安全、可靠的使用具有重要意义。

PTFE具有优异的化学稳定性能和热稳定性能，广泛用于耐高温、耐腐蚀的材料应用领域中[2]。由于PTFE是长链大分子聚合材料，氟原子几乎覆盖了整个高分子链，特殊的长链分子结构赋予其较高的热蠕变性能。将PTFE材料用于除尘滤袋缝纫线时，其热蠕变性能将影响滤袋的除尘效果[3]，尤其在高温工况下，PTFE缝纫线较大的热蠕变会使滤袋缝合部位的缝线松动、断裂，甚至脱落，从而使滤袋失效。

对于传统的PTFE缝纫线，因其热蠕变性能而导致滤袋失效的情况屡见不鲜，在燃煤电厂、垃圾焚烧、水泥行业等高温烟气除尘中都有因滤袋缝纫线断裂而导致滤袋失效的案例，给用户造成重大经济损失。针对传统的PTFE材料的不足，本文选用改性聚苯硫醚(MPPS)纤维和PTFE单丝来制备PTFE复合缝纫线，并对比分析PTFE复合缝纫线与传统的PTFE缝纫线的热态拉伸性能，以期得到热态拉伸性能优良的除尘滤袋缝纫线。

1 试验部分

PTFE复合缝纫线由苏州耐德新材料科技有限公司制备。对聚苯硫醚(PPS)纤维[4]进行化学改性，得到MPPS纤维。MPPS纤维具有更好的耐化学性能、耐高温性能，与PTFE材料相似，但又有良好的热稳定性能，可弥补PTFE纤维的不足。选取3股50 tex(450 D)Z捻的PTFE单丝与4股Z捻的MPPS纱线进行3+4并线混纺，再进行热定型及上油处理，制成PTFE复合缝纫线。两种缝纫线的基本参数如表1所示，表观形态如图1所示。

表1 两种缝纫线的基本参数

图1 传统的PTFE缝纫线和PTFE复合缝纫线的表观形态

选取市场上常见的传统的PTFE缝纫线及苏州耐德新材料科技有限公司生产的PTFE复合缝纫线进行热态拉伸试验。试样长为600 mm，试验温度选取25、 40、 60、 100、 120、 140、 160、 180、 200、 220、 240 ℃共11组不同的温度，每组测试10根试样。采用美国INSTRON 3365型万能强力机进行热态拉伸试验。强力机带有电加热箱(见图2)，该万能强力机可以在常温到300 ℃的高温下进行控温拉伸测试。将试样安装在试样夹头上，分别按不同梯度的温度进行拉伸测试，测试间隔长度为500 mm，拉伸速度为100 mm/min，试验方法参考GB/T 3916—2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》[5]和GB/T 14344—2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》[6]。

图2 热态拉伸试验示意图

2 结果与讨论

缝纫线的热态拉伸性能包括热态拉伸断裂强力和热态拉伸断裂伸长率，热蠕变性能需根据这两个指标进行综合评价。

2.1 缝纫线热态拉伸断裂强力

两种缝纫线在25～240 ℃下的热态拉伸断裂强力如图3所示。应用Origin软件对试验结果进行拟合，分析温度对两种缝纫线拉伸断裂强力的影响规律。传统的PTFE缝纫线热态拉伸断裂强力拟合曲线方程为y=0.000 76x2-0.309 23x+36.308 61，拟合度为99.28%。PTFE复合缝纫线热态拉伸断裂强力拟合曲线方程为y=-0.000 20x2-0.094 05x+42.261 90，拟合度为98.78%。

图3 缝纫线热态拉伸断裂强力及其拟合曲线

由图3可看出，两种缝纫线的拉伸断裂强力均随温度的上升而下降。但在同一温度下，PTFE复合缝纫线的拉伸断裂强力均大于传统的PTFE缝纫线。标准GB/T 6719—2009《袋式除尘器技术要求》[7]规定缝纫线拉伸断裂强力需大于27.0 N。两种缝纫线在常温下均可达标。由两种缝纫线的拟合曲线系数可看出，PTFE复合缝纫线热态拉伸断裂强力下降速率小于传统的PTFE缝纫线。在120 ℃时，PTFE复合缝纫线拉伸断裂强力仍符合GB/T 6719—2009的要求，损失率仅为25.2%，而传统的PTFE缝纫线拉伸断裂强力却下降到10.5 N，远不能满足GB/T 6719—2009的要求，损失率高达65.2%。总体而言，在相同条件下，PTFE复合缝纫线的拉伸断裂强力优于传统的PTFE缝纫线。

2.2 缝纫线热态拉伸断裂伸长率

两种缝纫线在25～240 ℃下的热态拉伸断裂伸长率如图4所示。应用Origin软件对试验结果进行拟合，分析温度对两种缝纫线拉伸断裂伸长率的影响规律。传统的PTFE缝纫线热态拉伸断裂伸长率拟合曲线方程为y=0.000 05x3-0.020 68x2+02.432 29x-32.305 18，拟合度为97.95%。PTFE复合缝纫线热态拉伸断裂伸长率拟合曲线方程为y=-0.000 000 1x4+0.000 07x3-0.015 42x2+1.378 28x-9.748 93，拟合度为97.54%。

图4 缝纫线热态拉伸断裂伸长率及其拟合曲线

由图4可看出，随温度的增加，两种缝纫线热态拉伸断裂伸长率的变化幅度及变化特征均不同。在20～90 ℃时，两种缝纫线的拉伸断裂伸长率均随温度的上升而增大，但PTFE复合缝纫线的热态拉伸断裂伸长率增幅远小于传统的PTFE缝纫线。在150 ℃时，两种缝纫线的拉伸断裂伸长率相近。传统的PTFE缝纫线的热态拉伸断裂伸长率呈先上升后下降的趋势；在高温时，其拉伸断裂强力变小，使得在拉伸长度较小时缝纫线发生断裂，故其拉伸断裂伸长率呈下降趋势。而PTFE复合缝纫线的热态拉伸断裂伸长率呈不断上升的趋势，这是因为随温度的升高，PTFE复合缝纫线还有足够的拉伸断裂强力。

在60 ℃以上时，PTFE复合缝纫线的热态拉伸断裂伸长率变化幅度远小于传统的PTFE缝纫线，这证明PTFE复合缝纫线的热蠕变较小，其热蠕变性能较好。

3 结论

通过对传统的PTFE缝纫线和苏州耐德新材料科技有限公司生产的PTFE复合缝纫线的热态拉伸性能比较分析，可得到以下结论：

(1) 两种缝纫线的拉伸断裂强力均随温度的上升而下降，且PTFE复合缝纫线热态拉伸断裂强力下降速率小于传统的PTFE缝纫线。在相同温度条件下，PTFE复合缝纫线的拉伸断裂强力损失率低于传统的PTFE缝纫线。总体而言，PTFE复合缝纫线的热态拉伸断裂强力优于传统的PTFE缝纫线。

(2) 在20～90 ℃时，随温度的上升，两种缝纫线的拉伸断裂伸长率均不断上升，而PTFE复合缝纫线的拉伸断裂伸长率增幅远小于传统的PTFE缝纫线。PTFE复合缝纫线的拉伸断裂伸长率随温度的上升而不断增加，传统的PTFE缝纫线的拉伸断裂伸长率却是随温度的上升呈先增加后降低的趋势，但PTFE复合缝纫线的热态拉伸断裂伸长率变化幅度远小于传统的PTFE缝纫线。

(3) 结合两种缝纫线的热态拉伸断裂强力及热态拉伸断裂伸长率，PTFE复合缝纫线在高温条件下既能保持一定的拉伸断裂强力，又具有相对稳定的拉伸断裂伸长率。总体而言，PTFE复合缝纫线的热态拉伸性能优于传统的PTFE缝纫线，即PTFE复合缝纫线的热蠕变较传统的PTFE缝纫线小。

为确保袋式除尘器中滤袋的除尘效果，建议选取热态拉伸性能较好的PTFE复合缝纫线作为缝合材料，既能降低生产成本，又可以延长袋式除尘器的使用寿命。