摘要:芳砜綸是我國自主開發(fā)的一種耐高溫合成纖維。介紹了芳砜綸的性能及其在耐高溫濾料中的應(yīng)用前景,并對(duì)耐高溫濾料市場(chǎng)的需求及部分耐高溫濾料的特性做了簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)鍵詞:芳砜綸,過濾材料,耐高溫,應(yīng)用

0　前言

隨著科學(xué)技術(shù)及現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,高溫含塵廢熱煙氣直接排放造成的環(huán)境污染給人類的生存與健康帶來了越來越大的危害,如何對(duì)這些高溫含塵氣體除塵便成了棘手的問題。袋式除塵器以其除塵效率高,不會(huì)造成二次污染,便于回收干料等性能,在大氣污染的治理方面做出了巨大的貢獻(xiàn),目前國內(nèi)外的應(yīng)用越來越廣,已占所有除塵設(shè)備的80%。而袋式除塵器的核心是配套濾袋的優(yōu)良材料。

芳砜綸(商品名Tanlon,簡(jiǎn)稱PSA)是上海紡織科學(xué)研究院和上海合成纖維研究所共同開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種芳香族有機(jī)耐高溫合成纖維,現(xiàn)已投產(chǎn),它的問世填補(bǔ)了我國耐250℃高溫等級(jí)合成纖維的空白。目前,類似的纖維只有少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家才能生產(chǎn),耐高溫合成纖維的開發(fā)和應(yīng)用是國家科技水平和實(shí)力的象征[ 1 ] 。芳砜綸具有優(yōu)良的耐熱性、熱穩(wěn)定性、高溫尺寸穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性能、良好的物理機(jī)械性能及化學(xué)穩(wěn)定性。芳砜綸的加工性能良好,可用普通設(shè)備加工成紗線、機(jī)織布、針織布和非織造布等,尤其適用于耐高溫濾料,具有良好的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景。

1　耐高溫濾料的應(yīng)用

發(fā)達(dá)國家的高溫氣體袋式除塵裝置100%都采用耐高溫纖維濾料。國內(nèi)的濾料市場(chǎng)也很廣大, 其中鋼鐵行業(yè)主要有高爐、電爐、轉(zhuǎn)爐和燒結(jié)爐四大產(chǎn)生高溫?zé)煔獾奈廴驹?有色冶金行業(yè)的冶煉爐、貴鉛爐、沸騰爐、閃爍爐和礦熱爐都產(chǎn)生高溫?zé)焿m,是袋式過濾器的使用大戶[ 2 ] 。上海寶鋼100 t 電爐、150 t轉(zhuǎn)爐煙氣處理都采用袋式除塵器,過濾面積達(dá)到7萬m2 以上。我國水泥工業(yè)每年向大氣排放的煙塵、粉塵在1 000萬t以上,成為粉塵污染的大戶,預(yù)計(jì)正在改造的老線和新線共計(jì)560條干法水泥生產(chǎn)線都將使用耐高溫纖維濾袋式除塵器。我國火力發(fā)電廠占總發(fā)電量的90%以上,達(dá)2億 kW裝機(jī)容量,按1 kW 裝機(jī)容量使用濾料0. 8 m2 計(jì)算,如有50%機(jī)組采用袋式除塵器,其配套濾料需用量將達(dá)8 000萬m2 ,僅此項(xiàng)用量就相當(dāng)可觀。還有許多化工產(chǎn)品是在高溫環(huán)境中通過氣凝膠生產(chǎn)的粉狀產(chǎn)品,這些產(chǎn)品基本上也是用袋濾器來收集的,如炭黑、三聚氰胺等[ 3 ] 。生活垃圾是現(xiàn)代生活中一個(gè)急需解決的嚴(yán)峻問題,目前城市垃圾處理市場(chǎng)正在崛起,各大中城市將興建焚燒爐。2004 年全國共投資150億在各地興建了300多座垃圾廢棄物焚燒處理中心,所有焚燒爐的除塵均采用耐高溫袋式除塵器。另外,“非典”疫情引起了各級(jí)政府的高度重視,醫(yī)院垃圾處理袋式除塵器將會(huì)迅速發(fā)展。

隨著大氣環(huán)境治理的進(jìn)一步深化和廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸與國際接軌,鋼鐵、冶金、建材、熱電廠、垃圾焚燒、煤炭、水泥、化工等行業(yè)的高溫?zé)焿m(很多過濾溫度都超過200℃)除塵都將逐漸改用耐高溫濾料。由于耐高溫濾料屬于易損件,平均2～3年就要更換,因此其消費(fèi)量將急劇增加。目前僅5% 的企業(yè)采用耐高溫濾料,消費(fèi)量就有500 t/ a。長(zhǎng)期以來我國產(chǎn)業(yè)用有機(jī)耐高溫濾料一直依賴進(jìn)口, 市場(chǎng)被歐、美、日等國家和地區(qū)所壟斷,技術(shù)被其封鎖,國產(chǎn)耐高溫濾料的開發(fā)成功和投產(chǎn)將打破這種局面。

2　耐高溫濾料所需性能及類型

2. 1　對(duì)濾料的要求

濾料是袋式除塵器的關(guān)鍵材料,其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到除塵器性能的好壞。僅僅從溫度方面去考慮濾料的性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因?yàn)椴煌臒煔夂头蹓m往往含有SOx、NOx、HCl及二噁英等各種復(fù)雜的腐蝕性化學(xué)物質(zhì),因此在選擇濾料時(shí)應(yīng)考慮以下要求: ①化學(xué)穩(wěn)定性好,耐酸耐堿,能耐較高溫度; ②結(jié)構(gòu)合理,過濾性能好,在某些高濃度煙塵場(chǎng)合收塵效率可達(dá)99. 99%; ③剝離性好,易清灰,透氣性好,阻力低; ④質(zhì)地應(yīng)均勻,尺寸穩(wěn)定,機(jī)械強(qiáng)度高,使用壽命長(zhǎng); ⑤原料來源廣泛,性能穩(wěn)定可靠; ⑥價(jià)格低,壽命長(zhǎng)。

2. 2　濾料的種類

濾料的性能除了取決于纖維的性能外,還取決于濾料的結(jié)構(gòu)及制作工藝,而且不同的使用場(chǎng)合對(duì)濾料有不同的性能要求,濾料的性能直接影響袋式除塵器的除塵效果[ 4 ] 。

2.2.1　織造濾料

織造濾料具有如下特點(diǎn):強(qiáng)度和耐磨性好,能承受較大壓力和過濾磨啄性粉塵;適于制成大直徑、長(zhǎng)濾袋;易形成平整和較光滑表面或薄型柔軟的織物,有利于濾袋的清灰。但是,織造濾料生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng),與非織造濾料(如針刺氈)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,濾塵清灰后,捕塵率會(huì)明顯下降。

2.2.2　非織造濾料

目前使用較多的是針刺氈濾料。針刺氈濾料中的纖維呈立體交錯(cuò)排列,這種結(jié)構(gòu)既有利于形成粉塵層,清灰后也不存在直通的孔隙,捕塵效果穩(wěn)定,因而捕塵率高于一般織造濾料;自身的透氣性好,阻力低;生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單,產(chǎn)品成本低。目前幾乎全部使用線密度為2 dtex的短纖維。

2.2.3　復(fù)合濾料

為了發(fā)揮材料所長(zhǎng),避其所短,可用兩種或兩種以上各具特色的材料加工成復(fù)合濾料,聚四氟乙烯( PTFE)覆膜濾料即屬此種濾料。這種覆膜濾料是由美國戈?duì)柟咀钕乳_發(fā)出來的新型復(fù)合濾料。覆膜濾料表面所覆的是膨體聚四氟乙烯( ePTFE) 微孔薄膜,孔徑小到1 ～2 μm 以下,基底可以是 PTFE纖維、玻璃纖維(GF)等制成的針刺氈或機(jī)織布。濾料覆膜后當(dāng)量孔徑變小,因而不需要形成粉塵層,只依靠自身的捕塵功能即可有良好的捕塵效果,同時(shí)可控制粉塵進(jìn)入濾料深處,防止濾料被堵塞。另外,覆膜濾料表面動(dòng)摩擦系數(shù)減小,提高了清灰性能,濾料濾膜有助于提高自身的疏水性,可防止濾料因結(jié)露造成濾袋結(jié)垢。

3　芳砜綸的性能及其濾料的過濾特性

早期的濾料品種局限于聚酯纖維(使用溫度 < 130℃)與GF (使用溫度130 ～280℃)兩大類。隨著耐溫要求的提高,國內(nèi)外的專家們研制開發(fā)了以間位芳綸(Nomex、Conex) 、聚酰亞胺( P84) 、聚苯硫醚( PPS) 、聚四氟乙烯、芳砜綸等為原料的耐高溫濾料,以適應(yīng)各種不同煙氣的處理需要。表1列出了幾種耐高溫濾料的主要性能。

Nomex易被SOx 侵蝕,因此在燒煤的電廠中往往不能應(yīng)用。PPS抗硫酸效果很好,在燃煤鍋爐上是最適合的濾料,但其缺點(diǎn)是抗氧化性差,且長(zhǎng)期工作溫度應(yīng)控制在190℃以下,在工況溫度高于 200℃場(chǎng)合的應(yīng)用受到影響。P84纖維由于不規(guī)則的多葉形截面使得其比表面積增大,過濾效果好, 可在260℃長(zhǎng)期使用,但是目前纖維產(chǎn)量少且價(jià)格相當(dāng)高。GF作為濾料最杰出的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、尺寸穩(wěn)定性好、拉伸斷裂強(qiáng)度高,除了氟化氫、高溫高堿外,對(duì)其他介質(zhì)都很穩(wěn)定,但其缺點(diǎn)是耐折性差,清灰時(shí)易產(chǎn)生落纖[ 5 ] 。

芳砜綸的主要性能列于表2。從表2 中可看到,芳砜綸是制作袋式除塵器配套濾袋的優(yōu)良材料,不僅耐熱性良好,而且還具有優(yōu)良的抗熱氧老化的穩(wěn)定性,熱收縮小,能保持良好的尺寸穩(wěn)定性以及良好的抗酸性能等,可在高溫下長(zhǎng)期使用,非常適用于耐高溫濾料,價(jià)格相對(duì)P84、PPS、Nomex 也較便宜。另外,芳砜綸的纖維摩擦系數(shù)小,用其制成的濾袋清灰容易;由于芳砜綸耐溫較高,因此可與PTFE (固化溫度260℃)熱壓粘合制成過濾效果好且穩(wěn)定的覆膜濾料。

表3是采用2 dtex ×51 mm芳砜綸短纖維制成的針刺氈濾料在袋式除塵器中配套使用時(shí)過濾效果的檢測(cè)結(jié)果。該針刺氈的制造過程是:先將纖維混合開松,經(jīng)梳理成網(wǎng)后預(yù)刺,再將纖維網(wǎng)平鋪在事先織好的底布上下兩面,用針刺機(jī)反復(fù)穿刺,針上的鉤刺帶著纖維上下運(yùn)動(dòng),使上下兩面纖維網(wǎng)中的纖維與底布互相纏結(jié)成為氈,最后再經(jīng)熱定型、熱壓、化學(xué)表面處理。從檢測(cè)結(jié)果可見,芳砜綸濾料使用情況良好。此外,芳砜綸可與其他纖維(如聚酯纖維、GF、預(yù)氧絲等)混紡或交織制備一系列不同工作溫度的耐高溫濾料,以降低成本。

在使用芳砜綸濾料制品時(shí)需注意:該纖維易受到冶金與礦石生產(chǎn)工序中存在于煙道氣體中的氟化物影響,應(yīng)盡量避免接觸之;暴露在紫外線中纖維表面會(huì)降解,產(chǎn)生一種深古銅色的有效的紫外線防御層以減少強(qiáng)力損失;對(duì)于濕度太高、酸度太高同時(shí)溫度超過250℃以上的高溫?zé)煔獠灰瞬捎梅柬烤]制作的濾料。

另外,芳砜綸除了不耐幾種強(qiáng)極性溶劑(如 DMAc、DMF、DMSO、六磷胺、N2甲基砒咯烷酮和濃硫酸)以外,一般在常溫下對(duì)各種化學(xué)物品均能保持良好的穩(wěn)定性,因此可以制成各種過濾織物,在化工生產(chǎn)中用以過濾各種液體。

4　結(jié)語

鋼鐵、水泥、電力、化工、醫(yī)藥、燃煤鍋爐及垃圾焚燒等工業(yè)對(duì)耐高溫纖維濾料的需求進(jìn)入高速增長(zhǎng)期。芳砜綸的優(yōu)良性能使得其非常適宜用于耐高溫濾料,不僅可以單獨(dú)使用,還能與其他纖維混合制作耐高溫濾料,彌補(bǔ)其他纖維的缺陷,是制作袋式除塵器配套濾袋的優(yōu)良材料。因此,應(yīng)盡快加速芳砜綸的產(chǎn)業(yè)化,這不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益, 同時(shí)還能為我國的環(huán)保事業(yè)作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[ 2 ] 　姜坪,劉梅紅. 空氣過濾材料的發(fā)展與應(yīng)用[ J ]. 現(xiàn)代紡織技術(shù), 2002, 10 (4) : 52254

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