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高性能聚四氟乙烯覆膜滤料的制备与性能研究
作者:管理员    发布于:2017-06-19 14:22:34    文字:【】【】【

  高性能聚四氟乙烯覆膜滤料的制备与性能研究陈观福寿、朱小云2,黄斌香1(1.上海市凌桥环保设备厂有限公司,上海200137;2.上海市纺织科学研究院,上海200082)光谱法和差示扫描量热法对纯聚四氟乙烯覆膜滤料进行组成分析,在图谱中未发现PTFE特征峰和PTFE非晶区的振动峰以外的其他图谱;通过扫描电镜对聚四氟乙烯覆膜滤料进行形貌观察,并对覆膜滤料的性能进行测试。结果表明:聚四氟乙烯微孔膜与聚四氟乙烯基布通过高温物理热黏合,与传统的覆膜滤料相比,纯PTFE覆膜滤料更能满足高温高湿高腐蚀性的烟气除尘工况要求。并展望了纯聚四氟乙烯覆膜滤料的应用前景。

  目前对烟气、粉尘的处理主要采用袋式除尘器13,袋式除尘器的布袋滤料主要选用芳纶胺纤维34、聚苯硫醚纤维B~7、聚芳族酞亚胺纤维89及玻璃纤维11012等。虽然这些布袋滤料具有不同的优点,但是对于不同性质的烟气、粉尘,也存在不同的缺点16,如芳香族聚酞胺纤维在有水分及化学成分时操作温度将降低,尤其在SOX存在,具有水分时,会被腐蚀,强度保留率降低;聚苯硫醚纤维对氧化剂敏感;聚芳族酞亚胺纤维不耐水解,价格较高;玻璃纤维对氢氟酸、强碱的耐腐蚀性差。这些问题会在实际操作中降低布袋的使用寿命,并使袋式除尘器整机对烟气、粉尘处理的效果欠佳,同时,影响除尘器整机的连续正常工作。

  为此,本项目在传统的袋式除尘器用滤料的基础上,结合本公司的PTFE薄膜及纤维生产工艺开发出:2012-06-04基金项目:国家重点新产品计划(2009GRC00041,);上海市重点新产品计划(08XP0503900,09XP0510000);中国纺织工业联合会指导性科技项目(2010145)即采用本公司生产的PTFE薄膜原料,经过制纤、机织、复合等工艺,制成滤料。该方法生产纯PTFE滤料具有工艺流程短、操作简单、成本较低、易于规模化生产等特点。

  1实验部分1.1材料与仪器聚四氟乙烯微孔膜、聚四氟乙烯纤维和聚四氟乙烯针刺毡均为本项目自制;双氧水、浓氨水均为分析纯,由国药集团化学试剂有限公司提供;蒸馏水自制;覆膜机组自制。

  1.2实验过程聚四氟乙烯覆膜滤料的生产工艺流程见。

  聚四氟乙烯覆膜滤料生产工艺流程基布作为针刺毡滤料的骨架,起到增强作用;在针16专题论坛图刺的过程中,先将经过一定过程处理的聚四氟乙烯短纤维压制成纤维网,再将基布用两张纤维网压于中间(上、下各一张纤维网),然后再经过预针刺和主针刺两道工序,终经过一定的热压定形工序,得到针刺毡;覆膜分为胶黏覆膜和热覆膜,其目的是将PTFE膜覆合在针刺毡的表面,以进一步提高针刺毡的理化性能,使其表面平整光滑,不易被粉尘所堵塞,抗化学稳定性强,具有耐高温、耐高湿、耐腐蚀性、耐磨损、过滤精度高、易清灰等优点。

  2结果与分析2.1纯PTFE覆膜滤料成分分析是纯PTFE覆膜滤料红外光谱图,分别为该滤料的基布与面层的DSC分析。

  纯PTFE覆膜滤料红外光谱纯PTFE覆膜滤料基布DSC分析纯PTFE覆膜滤料面层DSC分析条极强的谱带,为PTFE特征吸收峰,这是-CF2的伸缩振动峰;在500~850cm-1范围内的一系列谱带则来源于PTFE非晶区的振动峰。在经过PTFE树脂到纤维,然后与基布针刺成针刺毡,再覆膜成滤料的加工之后,未发现其他谱带。综合及,以红外及DSC光谱图分析,可以知道PTFE覆膜滤料材质为纯PTFE. 2.2纯PTFE覆膜滤料电镜分析为纯聚四氟乙烯覆膜滤料纵切面电镜照片。

  100PTFE覆膜滤料纵切面电镜照片纯聚四氟乙烯覆膜滤料是以聚四氟乙烯基布作为基体(纵切面电镜照片中间较粗的纤维即为聚四氟乙烯长纤维),通过针刺不同细度的聚四氟乙烯短纤维,并在完成针刺工序的滤料的一侧,覆上一层聚四氟乙烯过滤膜制成。聚四氟乙烯纤维层与聚四氟乙烯微孔膜层具有良好的黏结性能,这在纯PTFE覆膜滤料的力学性能中也能很好地反映出来。

  ~4并没有显示出新的吸收峰,说明PTFE微孔膜与PTFE基布之间并未形成新的化学键,只是依靠高温熔融的作用使两者产生高温热黏合作用。

  为纯PTFE覆膜滤料表面纤维电镜照片。

  纯PTFE覆膜滤料表面纤维电镜照片由可见,由于PTFE微孔膜的特殊结构,使纯PTFE覆膜滤料表面无直通孔,粉尘不能通过膜的表面进入到膜的内部或基材中,这种只有气体通过而将粉尘或物料截留在膜表面的过滤方法被称为表面过滤。

  此外,PTFE膜的低表面张力使其对微粉具有很好的不黏性。截留下来的粉尘或物料不会像传统过滤方法一样在滤料表面形成越来越厚的滤饼,不反吹就无法继续工作,而是在达到一定厚度后从滤料表面自动脱落。

  所以采用PTFE覆膜滤料制成的滤袋不会造成系统压力的持续上升,而是基本保持稳定的压力状态。

  2.3纯PTFE覆膜滤料性能指标纯PTFE覆膜滤料性能指标为:面密度约127Pa压力下透气量25 s,连续使用温度260°C,瞬间使用温度280°C,纵横向断裂强力800N/5cm,热收缩率<1,短使用寿命4年,耐pH值范围0~14,完全不氧化,完全不水解。

  聚四氟乙烯超细纤维层表面平整,对聚四氟乙烯薄膜起到支撑作用,使其不易损伤,可起到很好的保护作用。聚四氟乙烯粗纤维层中所含粗纤维使本层孔隙增大,增加了透气量,使过滤阻力显著减小E7.聚四氟乙烯基布为骨架,使经纬向纤维保持高强度,且保证滤料的尺寸稳定,对滤料起到加强的作用。

  纯聚四氟乙烯梯度覆膜过滤材料耐高低温,耐酸碱,特别是耐高硫、耐高湿,化学稳定性,并且,过滤通路为由小到大的渐开梯度形式,因此,过滤和清灰过程中通过滤料的气流量显著增加,过滤效率提高,过滤速度快,除尘能力高,运行阻力小,清灰频率低,使用寿命长,不仅使能耗大幅度下降,也减少了维修的工作量以及备品备件等投资的费用。

  2.4纯PTFE覆膜滤料与普通滤料的性能比较纯PTFE覆膜滤料与几种滤料的性能比较见表1表1纯PTFE覆膜滤料与几种滤料的性能比较项目聚苯硫醚偏芳族聚酰胺聚亚酰胺玻璃纤维聚四氟乙烯连续运行温度/瞬间温度/C耐磨折性好差好耐水解性好一般耐碱性好一般差耐有机酸一般好耐矿物酸一般好抗氧化性差一般好从表1可见,只有玻璃纤维和纯PTFE覆膜滤料的持续运行温度可以达到260°C,瞬时温度达到了280C.由于耐温性是袋式除尘器滤料运行的重要指标,因此,纯PTFE和玻纤更具有优势。但是由于在袋式除尘器工作过程中,需要反复对滤袋进行喷吹,剥离吸附在薄膜表面的颗粒,滤袋会来回往复地磨折,而玻璃纤维的耐磨折性能较差,因此,与传统的覆膜滤料相比,纯PTFE覆膜滤料更能满足高温高湿高腐蚀性的烟气除尘要求。

  3纯聚四氟乙烯覆膜滤料的应用前景专题论坛17纯PTFE覆膜滤料因其耐高温、耐腐蚀及高过滤效率等优异性能,完全胜任用于PM2.5等可吸入颗粒物控制。与未覆PTFE微孔膜滤料相比,PTFE覆膜滤料能使粉尘过滤从常规的深层过滤变为表面过滤,从而使过滤效率提高一个数量级,PM10的实验室过滤5的过滤效率达到99.95以上,几乎实现零排放,其使用寿命可以达10年以上,具有较高的性价比。

  据全国城市生活垃圾无害化处理设施建设“十二五”规划,十二五期间我国将新增1793座垃圾焚烧设施;据国务院批转住建部等16部委共同制定的关于进一步加强城市生活垃圾处理工作意见(国发〔2011〕9号),到2015年,城市垃圾无害化处理率要达到80以上。另据美国McilvaineCompany咨询公司市场报告预测,2015年中国将有8亿m2的高温滤料市场需求,主要分布在电力、水泥、钢铁、垃圾焚烧、冶金、矿山、化工等工业领域。因此,随着新的环境空气质量标准(GB3095―2012)颁布实施,垃圾焚烧、电力、钢铁及水泥等各行业对纯PTFE覆膜滤料的需求也将逐年增加,纯PTFE覆膜滤料具有更大的市场潜力。

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