專利名稱：：一種過濾材料及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種過濾材料及其用途。
背景技術(shù)：
：隨著我國社會、經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對大氣環(huán)境的質(zhì)量要求將越來越高，為控制燃煤電廠大氣污染物排放，保護生活和生態(tài)環(huán)境，實施可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，我國已于2004年開始實施新修訂的國家污染物排放標準，分三時段規(guī)定了火電廠的大氣污染物排放限值，提出到2005年和2010年火電廠應(yīng)執(zhí)行的二氧化硫和煙塵的排放限值，其中煙塵排放標準為50mg/m3已接近或達到發(fā)達國家的標準。特別是一些省市已經(jīng)根據(jù)自身發(fā)展的需要制定了更加嚴格的排放標準，比如北京市將煙塵排放濃度規(guī)定在20mg/m3以下。越來越嚴格的國家和地方標準對濾料生產(chǎn)廠家提出了更高的要求，為了達到標準所規(guī)定的限值必須開發(fā)一種新型的濾料來滿足市場的需求。現(xiàn)在市場上廣泛使用的濾料主要有兩種，一種是針剌濾料，一種是覆膜濾料。針剌濾料主要是依據(jù)深層過濾的原理進行過濾，即粉塵因截留、慣性碰撞、靜電和擴散等作用在針剌濾料表面形成"初次粉餅層"，初次粉餅層形成后，使濾料空隙減小，從而有效的將粉塵攔截而提高過濾效率。但是其缺點是難于控制清灰壓力而使脈沖氣流不破壞初次粉餅層，從而致使粉塵出口濃度變化大；在長時間使用后，粉塵易侵入濾料內(nèi)部造成壓力升高，濾料失效。覆膜濾料如公開號為CN1308559的中國專利所披露了一種包括了PTFE機織物和PTFE膜的層壓品，主要是依據(jù)表面過濾的原理進行過濾，完全依賴過濾材料表面捕集粉塵，其中慣性碰撞和攔截效應(yīng)起主導(dǎo)作用。由于表面微孔膜的空隙率很小，因而具有很高的過濾效率。其缺點是一但濾料表面的薄膜損壞，濾料即失效不可使用?？紤]到以上兩種濾料各自所具有的優(yōu)點，因此可以開發(fā)一種在針剌氈上進行覆膜的新型過濾材料，這種濾料皆具表面過濾和深層過濾的優(yōu)點，特別是在膜損壞的情況下，不至于使濾料失效，而是可進行深層過濾，繼續(xù)發(fā)揮過濾作用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高捕集效率的過濾材料及其用途。本發(fā)明的目的可通過下述方法實現(xiàn)—種過濾材料，其第一層是聚四氟乙烯薄膜，第二層是織物增強層，第三層是纖維層，在第一層和第二層之間有一層中間纖維層，該中間纖維層是由于第二層與第三層針剌絡(luò)合時，部分第三層的纖維穿過第二層形成的纖維針剌絡(luò)合穿過層。聚四氟乙烯薄膜的厚度在5100iim之間。組成該織物增強層的纖維為耐熱性纖維。第三層纖維層是由平均直徑為5200ym的耐熱性纖維組成的纖維網(wǎng)。根據(jù)JISL1096標準，本發(fā)明過濾材料的克重在2001000g/m2之間，經(jīng)向和緯向的引張強度都在500N/5cm以上。聚四氟乙烯(PTFE)薄膜和織物增強層通過熱粘結(jié)粘合在一起。與聚四氟乙烯薄膜粘合的織物增強層表面是經(jīng)過燒毛處理的。—種過濾材料在制備過濾袋制品中的應(yīng)用。在本發(fā)明中，所謂的織物增強層是指由紗線交織形成的一種稀疏織物層，通過使用織物增強層能夠使過濾材料具有一定機械強度。所選用的PTFE薄膜厚度在5100iim之間。PTFE薄膜最好具有在125Pa下310cmVcm7sec之間的透氣性。薄膜的厚度優(yōu)選在1080ym之間，再優(yōu)選在2560ym之間，更優(yōu)選在3550iim之間。在本發(fā)明中，織物增強層起保持機械強度的作用，因此適合使用抗拉強度為400N/5cm以上的織物增強層。構(gòu)成織物增強層的纖維，只要是具有耐熱性的纖維就可以，可以使用對位芳族聚酰胺纖維、間位芳香族聚酸胺纖維、聚苯硫醚纖維(PPS)、聚酰亞胺纖維、氟素纖維、碳纖維或玻璃纖維等。但從耐化學(xué)藥品性、耐水解性的觀點來看，優(yōu)選PPS纖維和氟素纖維的纖維。從機械強度方面考慮，最優(yōu)選PPS纖維。PPS纖維是其構(gòu)成單位的90wt^或90wt%以上含_(C6H4-S)n-表示的亞苯基硫醚結(jié)構(gòu)單元的聚合物構(gòu)成的纖維。另外，雖然氟素纖維的機械強度比PPS纖維差，但耐熱性和耐化學(xué)藥品性優(yōu)良，因此在特別苛刻的環(huán)境中使用時，優(yōu)選氟素纖維。為了不增加作為過濾性能的壓力損失，優(yōu)選形成稀疏的織造組織，作為一般的構(gòu)造，有平紋組織、雙層組織、三層組織、斜紋組織、緞紋組織等，特別是低成本、廣泛使用的平紋織物能得到滿意的性能，因此優(yōu)選使用?？椢锩芏葍?yōu)選經(jīng)紗密度優(yōu)選是1040根/2.54cm，更優(yōu)選是2030根/2.54cm，緯紗密度優(yōu)選是1030根/2.54cm，更優(yōu)選是1020根/2.54cm。這里的織物增強層是指在PTFE薄膜和纖維層之間，由耐熱性纖維構(gòu)成的起增強機械強力作用的織物。纖維層是由平均直徑為5200iim的耐熱性纖維組成的纖維網(wǎng)多層疊加形成的。當(dāng)纖維平均直徑小于5ym時，用此類纖維制成的過濾材料的空隙率低，使用時壓力上升過快，使濾料失效降低了其使用壽命。當(dāng)纖維平均直徑大于200iim時，用此類纖維制成的過濾材料的過濾性能降低將無法達到排放標準。作為形成上述過濾材料的纖維，從能得到更高的粉塵捕集效率及較低的壓力損失來看，優(yōu)選纖維平均直徑在20lOOym的耐熱性纖維；更優(yōu)選纖維平均直徑在2060iim的耐熱性纖維。這里纖維的平均直徑是指通過掃描電子顯微鏡所測量的50根纖維直徑的平均值。本發(fā)明的纖維層所使用的耐熱性纖維可以是對位芳族聚酰胺纖維、間位芳香族聚酰胺纖維、PPS纖維、聚酰亞胺纖維或氟素纖維。其中優(yōu)選PPS纖維，通過使用PPS纖維，能夠得到耐熱性、耐化學(xué)藥品性和耐水解性優(yōu)良的過濾材料。本發(fā)明的過濾材料制作過程中，作為制作纖維層的方法，可以選用使短纖維通過梳棉機成纖維網(wǎng)的常規(guī)方法。用此方法得到的纖維網(wǎng)通過鋪網(wǎng)34層后使用擠出輥施加輕壓縮，形成棉巻的狀態(tài)后，再利用針剌法在厚度方向使纖維相互絡(luò)合制成纖維層。再依次層疊增強織物和纖維層纖維網(wǎng)后，再通過針剌絡(luò)合進行一體化。在此過程中，由于針剌絡(luò)合在增強織物的表面形成一層薄薄的纖維層。該纖維層的形成一方面有助于提高過濾材料的強力，另一方面增加了和PTFE薄膜的交絡(luò)點，提高了PTFE薄膜和針剌氈的貼合性能。絡(luò)合方法優(yōu)選針剌法和噴水穿孔法中的至少一種方法，也可用其他方法。將針剌絡(luò)合一體化后，與PTFE薄膜粘合的織物增強層表面一側(cè)進行燒毛方式處燒毛時，火焰高度控制在78cm，織物在前進速度控制在100m/min時，快速通過焰區(qū)，從而完成燒毛加工；電能燒毛時，載熱管溫度控制在800900°C，織物在前進速度控制在100m/min時與其壁面進行均勻的摩擦接觸，從而完成燒毛加工。PTFE薄膜和織物增強層通過熱粘結(jié)粘合在一起。熱粘結(jié)是將燒毛后的增強織物和纖維層的絡(luò)合體，在19(TC以上的高溫下與PTFE薄膜進行高溫?zé)釅?。本發(fā)明的過濾材料作為用于煙氣除塵的過濾材料，必須滿足捕集效率的要求并且克重(即單位面積重量)要適宜?？酥靥笤黾恿顺杀?，克重太小濾氈機械強度達不到要求，因此克重在2001000g/m2是合適的，進一步優(yōu)選的克重是400800g/m2。這里的克重是指單位平方米過濾材料的重量。本發(fā)明的過濾材料是用于高溫?zé)煔獬龎m的過濾材料，高溫?zé)煔獾沫h(huán)境是溫度高、具有化學(xué)腐蝕性，同時煙氣中的粉塵濃度高等特點，因此過濾材料必須要有一定的強度來滿足高溫?zé)煔獾沫h(huán)境。另外過濾材料在使用過程中必須克服自身的重力和附載粉塵的重力，以及清灰時壓縮空氣對過濾材料的沖擊力，因此過濾材料強力優(yōu)選在500N/5cm以上。作為構(gòu)成織物增強層的纖維，優(yōu)選使用短纖維紗或者復(fù)合長絲。更優(yōu)選使用短纖維紗，短纖維紗和纖維網(wǎng)的絡(luò)合性良好，纖維的比表面積增多，因此在提高過濾材料的粉塵捕集效率這點上是合適的。如此制得的過濾材料縫制成過濾袋，適合用作對過濾袋耐熱性要求高的垃圾焚燒爐、燃煤鍋爐或金屬熔煉爐等排氣進行除塵。作為在該縫制中使用的縫線，可以是使用和織物、過濾材料同材質(zhì)，也可以使用和織物、過濾材料材質(zhì)不同但更優(yōu)良的短纖維或長絲制成。優(yōu)選使用和構(gòu)成織物的纖維同樣地用具有耐化學(xué)藥品性、耐熱性的纖維材料構(gòu)成的線，適合使用PPS纖維或氟素纖維等，優(yōu)選PPS或氟素纖維。本發(fā)明的過濾袋，由上述的過濾材料構(gòu)成，對排氣中的粉塵捕集效率較好，而且和龍骨的耐磨性或斷裂強度、硬挺度、尺寸穩(wěn)定性等機械強度良好，因而能夠使過濾材料長壽命化。此外本發(fā)明的過濾材料和過濾袋，特別適合作為過濾從垃圾焚燒爐、燃煤鍋爐或者金屬熔煉爐等排出的高溫氣體的除塵用濾布及由其構(gòu)成的過濾袋使用。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明涉及的過濾材料的分解剖面圖。圖中有1、PTFE薄膜，2、穿過織物增強層的中間纖維層，3、織物增強層，4、纖維層。過濾材料各物性的測定方法如下克重將過濾材料切成200X200mm的正方形，根據(jù)重量計算出過濾材料的克重(即單位面積重量)。厚度使用厚度千分表(擠壓力0.000245Pa)測定過濾材料的厚度。隨機選擇5點進行測定，求出平均值。透氣量基于JISL1096規(guī)定的弗雷澤型織物透氣性測試法測定過濾材料的透氣量。測定部位是隨機選擇10點進行測定。磨耗性基于JISL1096規(guī)定的平面磨耗法實驗測定過濾材料的耐磨性。選擇5枚①llcm的樣品進行測試。磨耗強度的表示方法為從纖維層面研磨致能看見基布時的研磨次數(shù)。VDI3926捕集效率使用基于VDI3926的標準的實驗設(shè)備測定過濾材料的性能，實驗樣品的尺寸是小150mm，喂入的粉塵濃度在5g/m3，過濾風(fēng)速為2m/min。實驗的順序是，初期30回+穩(wěn)定化5000回+30回(途中)+穩(wěn)定化5000回+30回(途中)+穩(wěn)定化5000回+最后30回。這里的初期30回、途中30回和最后30回的方法是，隨著運行時間的延長，過濾材料兩面的壓差會漸漸升高，當(dāng)?shù)竭_1000Pa時，脈沖空氣對過濾材料表面的粉塵進行清灰，然后進行下一個過程，該過程總共進行30回，在實驗的過程中記錄壓力和時間的變化，同時檢測沒有被過濾材料捕集的粉塵濃度。穩(wěn)定化過程是指在運行的過程中，以5s為時間間隔對過濾材料進行清灰，共進行5000回。在這里所指的清灰的壓力是5bar。壓力損失VDI3926的測定試驗后，過濾材料的殘余壓力損失。過濾材料強度基于JISL1096規(guī)定的布條強度法測定過濾材料的抗拉強度。試樣尺寸是200mmX50mm，以拉伸速度100mm/min、夾頭間隔100mm進行測定。測定值是試樣的經(jīng)向(是和纖維的取向垂直的方向，在包含平紋粗布的試樣的情況下，和平紋粗布的經(jīng)向同一方向)中的l次強度的值。實施例1使用纖度2.2分特(纖維平均直徑14.5iim)、匹長51mm的PPS短纖維(東麗株式會社制"特康")，得到經(jīng)紗20S/2、緯紗20S。使其平織，得到經(jīng)紗密度30根/2.54cm、緯紗密度14根/2.54cm的PPS短纖維平紋織物。以該織物作為基布，在其中一個面上以120g/m2的單位面積重量層疊纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)是由纖度7.8分特(纖維平均直徑27.2iim)、匹長51mm的PPS短纖維實施開棉、梳棉處理后，以剌針密度50根/cm2進行針剌而得到的，該纖維網(wǎng)形成過濾材料的纖維層。然后將進一步通過針剌加工使織物(基布)和上述的纖維層進行交織，纖維層的纖維穿過織物層形成纖維針剌絡(luò)合穿過層(即中間纖維層)得到克重240g/m、總針剌密度300根/cn^的針剌氈。再對其基布一側(cè)進行燒毛處理。燒毛處理后在19(TC以上的高溫下，在針剌氈的燒毛面上覆PTFE薄膜。另外，由此得到的過濾材料中看到由于針剌處理而發(fā)生收縮、單位面積重量有比理論上變高的傾向。實施例2以實施例1所述織物作為基布，在其中一個面上以120g/m2的單位面積重量層疊纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)是由纖度2.2分特(纖維平均直徑14.5iim)、匹長51mm的PPS短纖維實施開棉、梳棉處理后，以剌針密度50根/cm2進行針剌而得到的，該纖維網(wǎng)形成過濾材料的纖維層。然后將進一步通過針剌加工使織物(基布)和上述的纖維層進行交織，纖維層的纖維穿過織物層形成纖維針剌絡(luò)合穿過層(即中間纖維層)得到克重240g/m2，總針剌密度300根/cm2的針剌氈。除這些以外，采用和實施例1相同的方法得到過濾材料。實施例3以實施例1所述織物作為基布，在其中一個面上以280g/m2的單位面積重量層疊纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)是由纖度7.8分特(纖維平均直徑27.2m)、匹長51mm的PPS短纖維(東麗株式會社制"特康"S301-7.8T51mm)實施開棉、梳棉處理后，以剌針密度50根/cm2進行針剌而得到的，該纖維網(wǎng)形成過濾材料的纖維層。然后將進一步通過針剌加工使織物(基布)和上述的纖維層進行交織，纖維層的纖維穿過織物層形成纖維針剌絡(luò)合穿過層(即中間纖維層)得到克重400g/m2，總針剌密度300根/cm2的針剌氈。除這些以外，采用和實施例1相同的方法得到過濾材料。實施例4以實施例1所述織物作為基布，在其中一個面上以280g/m2的單位面積重量層疊纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)是由纖度2.2分特(纖維平均直徑14.5iim)、匹長51mm的PPS短纖維實施開棉、梳棉處理后，以剌針密度50根/cm2進行針剌而得到的，該纖維網(wǎng)形成過濾材料的纖維層。然后將進一步通過針剌加工使織物(基布)和上述的纖維層進行交織，纖維層的纖維穿過織物層形成纖維針剌絡(luò)合穿過層(即中間纖維層)得到克重400g/m2，總針剌密度300根/cm2的針剌氈。除這些以外，采用和實施例1相同的方法得到過濾材料。實施例5以實施例1所述織物作為基布，在其中一個面上以480g/m2的單位面積重量層疊纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)是由纖度7.8分特(纖維平均直徑27.2iim)、匹長51mm的PPS短纖維實施開棉、梳棉處理后，以剌針密度50根/cm2進行針剌而得到的，該纖維網(wǎng)形成過濾材料的纖維層。然后將進一步通過針剌加工使織物(基布)和上述的纖維層進行交織，纖維層的纖維穿過織物層形成纖維針剌絡(luò)合穿過層(即中間纖維層)得到克重600g/m2，總針剌密度300根/cm2的針剌氈。除這些以外，采用和實施例1相同的方法得到過濾材料。實施例6以實施例1所述織物作為基布，在其中一個面上以680g/m2的單位面積重量層疊纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)是由纖度7.8分特(纖維平均直徑27.2iim)、匹長51mm的PPS短纖維實施開棉、梳棉處理后，以剌針密度50根/cm2進行針剌而得到的，該纖維網(wǎng)形成過濾材料的纖維層。然后將進一步通過針剌加工使織物(基布)和上述的纖維層進行交織，纖維層的纖維穿過織物層形成纖維針剌絡(luò)合穿過層(即中間纖維層)得到克重800g/m2，總針剌密度300根/cm2的針剌氈。除這些以外，采用和實施例1相同的方法得到過濾材料。實施例16得到的含有聚苯硫醚纖維的過濾材料可以用于制作過濾袋。比較例1以克重400g/m2的PPS機織物為基布，在190°C以上的高溫下，在此基布上覆PTFE薄膜，從而得到覆膜過濾材料。比較例2以實施例1所述織物作為基布，在其中一個面上以480g/m2的單位面積重量層疊纖維網(wǎng)，該纖維網(wǎng)是由纖度7.8分特(纖維平均直徑27.2iim)、匹長51mm的PPS短纖維實施開棉、梳棉處理后，以剌針密度50根/cm2進行針剌而得到的，該纖維網(wǎng)形成過濾材料的纖維層。然后將進一步通過針剌加工使織物(基布)和上述的纖維層進行交織，得到克重600g/m2，總針剌密度300根/cm2的針剌過濾材料。從表1的評價結(jié)果可知，實施例16的過濾材料，與比較例1、2的過濾材料相比，過濾材料的捕集效率要高、壓力損失較小。進一步的來看，實施例3、4更加要好一點，再進一步來看，實施例3為最好。過濾材料的捕集效率高，壓力損失也較小。同時過濾材料的機械強度也較好，纖維使用量小成本低，因而是較理想的過濾材料。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求一種過濾材料，其特征是該過濾材料的第一層是聚四氟乙烯薄膜，第二層是織物增強層，第三層是纖維層，在第一層和第二層之間有一層中間纖維層，該中間纖維層是由于第二層與第三層針刺絡(luò)合時，部分第三層的纖維穿過第二層形成的纖維針刺絡(luò)合穿過層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征是聚四氟乙烯薄膜的厚度在5lOOym之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征是組成該織物增強層的纖維為耐熱性纖維。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征是第三層纖維層是由平均直徑為5200iim的耐熱性纖維組成的纖維網(wǎng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征是根據(jù)JISL1096標準，所述過濾材料的克重在2001000g/m2之間。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的過濾材料，其特征是根據(jù)JISL1096標準，所述過濾材料的經(jīng)向和諱向的引張強度都在500N/5cm以上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾材料，其特征是聚四氟乙烯薄膜和織物增強層通過熱粘結(jié)粘合在一起。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過濾材料，其特征是與聚四氟乙烯薄膜粘合的織物增強層表面是經(jīng)過燒毛處理的。9.一種權(quán)利要求1所述的過濾材料在制備過濾袋制品中的應(yīng)用。全文摘要本發(fā)明公開了一種過濾材料及其用途，過濾材料結(jié)構(gòu)如下第一層是聚四氟乙烯薄膜，第二層是織物增強層，第三層是纖維層，在第一層和第二層之間有一層中間纖維層，該中間纖維層是由于第二層與第三層針刺絡(luò)合時，部分第三層的纖維穿過第二層形成的纖維針刺絡(luò)合穿過層。本發(fā)明的過濾材料，對排氣中的粉塵捕集效率好，和龍骨的耐磨性或斷裂強度、硬挺度、尺寸穩(wěn)定性等機械強度良好，使用壽命長，特別適合作為過濾從垃圾焚燒爐、燃煤鍋爐或者金屬熔煉爐等排出的高溫氣體的除塵用濾布及由其構(gòu)成的過濾袋使用。文檔編號B01D39/14GK101745270SQ200810244409公開日2010年6月23日申請日期2008年12月1日優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日發(fā)明者沈雪松申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司