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過濾材料的結構形態及特性

  過濾材料生產工藝技術復雜,按不同制作工藝方法可得到不同結構形態的過濾材料。一般分為織造濾料、非織造濾料、紙質濾料、熱塑成型濾料、多孔陶瓷濾料和復合濾料等。水泥工業所用過濾材料主要是織造濾料、非織造濾料及復合濾料。

  非織造濾料
  非織造技術與傳統織造技術相比,具有工藝流程簡單、生產速度快、產量與勞動生產率高、成本低、可用的纖維來源范圍廣、工藝容易變化、可生產的產品品種多等優點,近年來的銷量增長很快。

  非織造物按加工方法可分為水刺加固非織造物和針刺加固非織造物等。水刺法是用高壓產生的多股水射流噴射纖網,纖網中的纖維在不同方向水射流穿插水力作用下,產生位移、穿插、纏結和抱合,從而使纖網得到加固;針刺法是以含有倒鉤的刺針,機械穿刺纖網中的纖維,從而使纖網得到加固。水刺非織造材料纖網中的纖維為柔性纏繞結構,相對而言,針刺非織造物則為剛性纏繞結構。水刺法耗水,廢水經處理雖可循環使用,但也要補充5%的潔凈水。當前,袋式除塵器用非織造濾料大多為針刺氈。

  上世紀70年代,東北工學院(現東北大學)研發滌綸針刺氈生產技術,之后在撫順第三毛紡廠(現撫順東方濾料有限公司)首次成功生產,并在撫順產業用布廠(現撫順晶花產業用布有限公司)批量生產了袋式除塵器用針刺氈非織造物濾料——滌綸針刺氈。

  上世紀80年代末,南京玻璃纖維研究設計院(現中材科技股份有限公司)研發了玻璃纖維針刺氈生產技術,并于上世紀90年代初批量生產了針刺氈非織造物濾料——玻璃纖維針刺氈,開辟了耐高溫針刺氈濾料應用的新天地,其成套生產技術獲國家科技進步二等獎。

  隨著環保工業的發展,國內針刺氈的年產量已由上世紀70年代的幾萬平方米,發展到現在的幾千萬平方米。品種也從當年單一的滌綸針刺氈和玻璃纖維針刺氈,發展為可用多種纖維原料、適應多種需求的幾十種規格的非織造物濾料,包括芳香蔟聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)等多種耐高溫的化學纖維品種。常用的非織造濾料品種有滌綸針刺氈、玻纖針刺氈、PPS針刺氈、Nomex針刺氈、P84針刺氈、PTFE針刺氈,以及各種化學纖維混雜針刺氈和玻纖與耐高溫化學纖維混雜針刺氈。

  針刺氈濾料發展速度之所以如此迅速,與其自身優勢分不開。針刺氈濾料中的纖維呈立體交錯排列,可充分發揮纖維的捕塵功能。這種結構有利于粉塵層的快速形成,濾塵開始和清灰后也不存在直通孔隙,捕塵效果穩定,因而捕塵率高于一般織物濾料。測試結果表明,針刺氈濾料的靜態捕塵率可達99.9%,比一般絨布高出一個數量級;針刺氈沒有或只有少量加捻的經緯紗線,孔隙率高達70%~80%,為一般織造濾料的1.6~2.0倍,因而自身的透氣性好,阻力低;針刺氈的生產流程簡單,生產速度快,勞動生產率高,產品成本低,易形成自動化一條龍生產線,便于監控和保證產品質量的穩定性。

  織造濾料
  織造濾料中應用較多的是機織物濾料,此外還有針織物濾料、三向織物濾料和編辮織物濾料等。機織物濾料是以合股加捻的經緯紗線用織機交織而成。由于經緯紗線都經過加捻,所以紗線本身和交織點的密度都比較大,過濾物幾乎只能從經緯線間的空隙通過。一般機織過濾材料的孔隙率只有30%~40%,而且是直通的。

  與非織造濾料相比,織造濾料尺寸穩定性較好,適于制成大直徑、長濾袋。使用織造濾料可制成具有較大強度,能承受較大壓力的濾料,易形成平整和較光滑表面或薄形柔軟的織物,有利于濾袋清灰,同時便于調整織物的緊密程度,既可制成較疏松濾料,也可制成高度緊密的濾料。

  織造濾料雖有自身優勢,也存在一些不足之處。如傳統生產工藝流程長,生成產品的速度慢;過濾主要通過經紗與緯紗的孔隙進行,與非織造濾料相比,在同樣濾速情況下,濾料本身的阻力大;織造濾料只有在形成粉塵層后,才能阻擋較小顆粒物,在濾料未形成粉塵層、濾層清灰后或其他原因使粉塵層遭到破壞時,捕塵率明顯下降。

  采用適當的后處理技術,如在織造濾料表面覆以微孔透氣薄膜、實現表面過濾等,有助于提高捕塵率、改善清灰效果和降低濾袋工作阻力。

  常用的織造濾料品種主要有208滌綸絨布、機織729濾料、連續玻璃纖維過濾布、膨體紗玻璃纖維過濾布等。目前208滌綸絨布和機織729濾料在市場上已不多見。

  1.連續玻璃纖維過濾布
  連續玻璃纖維過濾布是經、緯股紗交織而成的織物,上世紀60年代由南京玻璃纖維研究設計院(現中材科技股份有限公司)研發成功,是我國最早的耐高溫過濾材料品種之一。這種過濾布采用中堿45s和無堿80s兩種坩堝玻纖紗,經過捻線機的退解和并捻,給紗線加上合適的捻度,并按粗細要求進行合股后織造,再經表面化學處理制成的。

  改變過濾布的紗線配置和織物組織結構,可以紡織出斜紋、緞紋、緯二重等不同織紋,生產出不同厚度和幅度的玻璃纖維過濾布,以滿足除塵系統對濾料透氣率、經緯向強度、粉塵剝離性的要求。

  連續玻璃纖維過濾布具有耐高溫、強度大、表面光滑、清灰性能好等特點,是氣溫在260℃以下時,大型低能清灰類高溫袋式除塵器的合適過濾材料。其缺點是承受的過濾風速較低,需控制在0.3~0.5m/min。

  2.膨體紗玻璃纖維過濾布
  膨體紗玻璃纖維過濾布是在連續玻璃纖維過濾布基礎上發展起來的一種新型玻纖過濾材料,通常情況下它采用部分或全部膨化的玻纖紗作緯紗,與玻纖經紗通過織造而成。在膨化工序中,一束或多束玻璃纖維紗經過膨化變形噴嘴,受到壓縮空氣形成的湍流沖擊和擾動,增加膨松度并形成均勻的絲圈。玻纖膨體紗的特點是紗線膨松,纖維的覆蓋能力和吸附灰塵的能力強、容塵量大。與連續玻璃纖維平幅過濾布相比,在相同容塵量下,膨體紗玻璃纖維過濾布的過濾風速可提高1/3,系統運行阻力可降低1/4,可收集粒徑在1μm左右的產品,捕塵率(η)在99.5%以上,它能承受的過濾風速可提高到0.3~0.7m/min。

  復合濾料
  為了發揮材料特性,揚長避短,可用兩種或兩種以上各具特色的材料加工成一種濾料,這種濾料被稱為復合濾料。鑒于復合濾料所用材料的形態不同,可分為材料復合和結構復合兩種。

  材料復合是由兩種或兩種以上材料,采用織造或非織造工藝生產織造濾料或非織造濾料的一種復合方法。如由部分耐高溫短合成纖維與玻璃短纖維混合,采用非織造工藝制成纖網,針刺到玻璃纖維基布上制成的玻璃纖維復合氈。合成纖維的加入,提高了針刺氈中纖維的纏結強度及氈層與基布的結合強度,增加了針刺氈的密實度,提高了針刺氈的過濾性能。但是,若加入的合成纖維耐溫性較低,就會降低針刺氈過濾材料的總體耐溫性能。按加入的耐高溫合成纖維的不同,材料復合針刺氈可分為P84玻璃纖維復合針刺氈、PTFE玻璃纖維復合針刺氈和Nomex玻璃纖維復合針刺氈等。

  結構復合是指成品與成品材料的復合,如針刺氈或機織布與多孔透氣薄膜復合制成的濾料,又被稱為覆膜濾料。中材科技股份有限公司生產的覆膜濾料,所覆的是膨體聚四氟乙烯微孔膜,孔徑可以在1μm以下或幾個μm之間,基底可以是玻璃纖維機織布、耐高溫合成纖維針刺氈(如PPS針刺氈、Nomex針刺氈、PTFE針刺氈等)、P84玻璃纖維復合針刺氈、PTFE玻璃纖維復合針刺氈等,已廣泛應用于我國建材、冶金、化工和電力等基礎工業的環境保護和清潔生產中。

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