新型覆膜滤料的制备工艺及性能研究

聂孙建,梁 燕,周冠辰,杨 东,黄伟琪

(安徽元琛环保科技股份有限公司,安徽 合肥 230012)

随着工业的高速发展,我国的大气污染日趋严重,全国性雾霾影响人民的身体健康。研究表明,袋式除尘器是控制工业烟气、减少雾霾的有效手段之一,也应用最为广泛[1-3],其核心组件为滤料,能够对大气粉尘进行过滤处理。但随着国家对工业烟气排放浓度要求的日趋严苛,传统的滤料并不能满足要求。基于此,研究人员通过在滤料表面覆上一层以聚四氟乙烯(PTFE)为原料的薄膜(即覆膜滤料),其过滤机理不同于传统滤料,是以表面过滤方式(传统滤料过滤方式为渗透过滤),能够实现过滤效率高、清灰彻底、压力损失稳定且保持较低水平,满足国家规定的工业烟气排放浓度,因此越来越受到人们的关注和广泛应用[4-8]。

但覆膜滤料在实际使用过程中,会由于PTFE 膜自身较薄、覆膜滤袋与滤袋(净气室内壁)之间的摩擦、滤袋与骨架之间的磨碰、高风速携尘气流对滤袋的冲刷及脉冲喷吹清灰时的空气力作用等因素导致表面PTFE膜破损,使得除尘器工业烟气排放浓度超标、滤料使用寿命缩短、企业生产成本增加[9-10]。

从已有研究出发,以覆膜滤料为对象,研究了不同覆膜材料对滤料耐磨性能的影响。

1 试验部分

1.1 原料

涤纶未覆膜滤料和涤纶针刺覆膜滤料(安徽元琛环保科技股份有限公司),涤-锦水刺布(浙江福瑞森水刺无纺布有限公司)。

1.2 仪器

日本Tokuden电磁加热覆膜机,热压覆膜机,滤料综合性能测试平台,马丁代尔耐磨仪,通气阻力测试仪器,透气性测试仪器,电子天平。

1.3 试验步骤

1.3.1 制备PTFE覆膜滤料

通过电磁加热覆膜机,将PTFE 膜与涤纶滤料热覆在一起,工艺参数见表1。

表1 热覆工艺参数

1.3.2 制备以涤-锦水刺布为膜的覆膜滤料

覆膜原理和传统覆PTFE 膜一样,通过热压覆膜机,将涤-锦水刺布与基材涤纶滤料贴合在一起,工艺参数见表2。

表2 覆膜贴合工艺参数

1.4 性能表征

透气性能:利用透气性测试仪器对所制备的两类覆膜滤料进行透气性能检测,测试压强200 Pa;

通气阻力:利用通气阻力仪器对所制备的两类覆膜滤料进行通气阻力性能检测,测试面积4.9 cm2;

过滤效率:采用LZC-K1 滤料综合性能测试平台,介质为NaCl和DEHS,粒径范围0.33～0.36μm;

耐磨性能:将2种样品裁剪至要求大小(直径38 mm 的圆),称重记录数据后,进行磨损试验,每摩擦一定次数后取出,测量质量,计算耐磨指数。

式中:Ai为耐磨指数,次/mg;n为总摩擦次数,次;Δm试样在总摩擦次数下的质量损失,mg。

2 结果和分析

2.1 不同覆膜滤料透气性能

图1是在不同工艺参数下所制备的覆膜滤料的透气性检测结果。从图1中可以看出,热压速度和压辊压力对覆膜滤料的透气性有影响,同一压力下,热压速度越快,透气率越高;同一热压速度下,热压的压力越大,覆膜滤料的透气性越低,因为压力越大,涤-锦水刺布与基材涤纶贴合越紧密,两者之间空隙减少或堵塞的可能性增加,导致透气性较低;同时,可以看出,传统涤纶覆膜的透气性为3.21 m3/m2/min,处于涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料透气性之间,这表明涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料能够满足传统涤纶覆膜滤料的透气要求。

图1 不同工艺条件下的透气性

2.2 不同工艺条件下的过滤效率对比

图2为不同工艺参数下所制备的涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的过滤效率,可以看出,不同工艺条件下,其所制备的覆膜滤料的过滤效率差别较小,因为过滤效率取决于所覆膜的材质,材质相同,过滤效率差异小;同时与传统涤纶覆膜滤料(99.83%)处于同一水平,能够满足工业烟气浓度排放要求。

图2 不同工艺参数下的过滤效率

2.3 不同工艺条件下的通气阻力

图3为不同工艺条件下所制备的涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的通气阻力。从图3可以看出,热压速度和压辊压力对通气阻力有影响:同一压力下,热压速度越快,通气阻力越低;同一速度下,压辊压力越大,通气阻力越大,因为涤-锦水刺布与基材涤纶贴合越紧密,自身及两者之间的孔隙被堵住的机率就越大,最终会导致覆膜滤料的通气阻力增大。

图3 不同工艺条件下的通气阻力

从涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的透气性、过滤效率及通气阻力的检测数据与传统涤纶覆膜滤料综合对比,选取6 M-3 MP的工艺参数下所制备的覆膜滤料做耐磨性能测试。

2.4 不同过滤材料的耐磨性能测试

图4分别为2种涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料和传统覆膜滤料在1 000、1 500 次摩擦后的外观对比。从图4可知,在1 000次摩擦后,涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料表面膜结构无破损现象,而传统涤纶覆膜滤料磨损严重,已经出现漏基布情况;1 500次摩擦后,类海岛纤维覆膜滤料仍未出现明显磨损破坏情况,而涤纶覆膜滤料基布已被磨损。

图4 摩擦后的外观对比

图5为在压力3 MPa、热压速度6 m/min下所制备的涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料与传统涤纶覆膜滤料摩擦次数与质量损失之间的关系对比图。从图5可以看出,涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的质量损失曲线较为平缓,在1 750次摩擦后的质量损失率为11.1%;而传统涤纶覆膜滤料的质量损失曲线下降较快,1 750次摩擦后质量损失率为43.3%。涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的耐磨指数为21次/mg,涤纶覆膜滤料的耐磨指数为6次/mg。可以看出,涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的耐磨性能要优于传统涤纶覆PTFE 膜滤料,这种新型覆膜滤料能够避免传统覆膜滤料的PTFE 膜破损而导致滤料性能失效、使用寿命下降的缺点,使得滤料使用性能得以保证。

图5 不同类型覆膜滤料的耐磨性能

3 结论

以涤-锦水刺布为膜,通过热压贴合工艺覆在涤纶基材上制成涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料,并与传统涤纶覆PTFE膜滤料进行性能对比:

(1)不同热压速度、热压压力所制备的涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料,其透气性、通气阻力、过滤效率会随着速度与压力的变化而变化,其中,以热压速度6 m/min、热压压力3 MPa的工艺所制备的涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的过滤效率、通气阻力和透气性综合较好,与传统涤纶覆膜滤料相比,差异不大。

(2)6 M-3 MPa的涤-锦水刺布/涤纶覆膜滤料的耐磨性要比传统涤纶覆膜滤料好。