專利名稱：一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種過濾材料，特別涉及一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料及其制備方法與應用。
背景技術：
隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，不可避免的是各種粉塵的污染源也將不斷地增加，燃煤鍋爐、水泥窯、鋼鐵高爐和垃圾焚燒爐等在作業(yè)過程中會產(chǎn)生伴有粉塵的高溫且腐蝕性的氣體，如不及時地加以控制，將對生態(tài)環(huán)境及人們的身體健康帶來極大的危害。隨著科技的進步和人們環(huán)保意識的增強，環(huán)境治理、防止大氣污染，尤其是對冶金、鋼鐵、發(fā)電、碳黑、水泥等行業(yè)高溫煙塵過濾越來越重視。目前用于空氣和氣體過濾即固/氣相分離的紡織材料主要有兩大類.一類為機織布，另一類為非織造布，其中以針剌布用量最大，這類材料多呈三維結(jié)構(gòu).其孔隙小而孔隙率大，過濾效率高，因此近年來得到越來越廣泛的應用。目前，耐高溫過濾材料主要采用無機纖維和耐高溫合成纖維，其能耐180°C以上的高溫尾氣或高溫粉塵。國外從20世紀70年代開始致力于研究開發(fā)耐高溫合成纖維，隨著耐高溫合成纖維的開發(fā)利用，新品種濾料不斷涌現(xiàn)，推動了高溫煙塵過濾濾料業(yè)的發(fā)展；而國內(nèi)中、高溫合成纖維較少，中高溫過濾材料主要以玻璃纖維材料為主。然而，工業(yè)高溫尾氣中大都含有大量的腐蝕性氣體，如H2SO3, H2S04、H2S等，特別是當尾氣的溫度超過120°C時，其對過濾材料的腐蝕性加劇，最終使過濾材料失去功效。因此，·玻璃纖維濾料雖價格較低，但耐磨、耐折性能差，耐化學腐蝕性性能差，不能滿足環(huán)境復雜的高溫粉塵過濾要求，其應用受到很大的限制。因此，引進高性能的耐高溫纖維，研制出優(yōu)質(zhì)的耐高溫濾料，滿足日益增長的高溫煙塵過濾的要求是一個重要的課題。聚苯硫醚具有機械強度高、耐高溫、高阻燃、耐化學腐蝕性強等特點，結(jié)晶度高，材料硬而脆，熱穩(wěn)定性好，是工程塑料中耐熱性最好的品種之一，熱變形溫度一般大于260度、抗化學性僅次于聚四氟乙烯，流動性僅次于尼龍。此外，它還具有成型收縮率小(約
O.08%)，吸水率低(約O. 02%),耐震動疲乏性好等優(yōu)點。綜上所述，為發(fā)揮玻璃纖維和聚苯硫醚各自優(yōu)點，開發(fā)一種綜合性能優(yōu)異的復合材料成為高溫濾料行業(yè)的研究熱點。申請?zhí)枮?00780003378. 5的發(fā)明專利公開了一種“聚四氟乙烯、玻璃和聚苯硫醚纖維的混紡物以及由其制造的過濾毛氈”，其特征在于由聚四氟乙烯纖維、雙玻纖維和聚苯硫醚纖維進行混合，組成纖維混紡物，通過機械混合形成過濾毛氈。申請?zhí)枮?00610022214. 4的發(fā)明專利公開了 “高性能聚苯硫醚纖維除塵毛氈布的制造方法”，其特征在于將聚苯硫醚短纖維梳理成纖維網(wǎng)，再采用針刺工藝將所述纖維網(wǎng)復合在由聚四氟乙烯纖維、陶瓷纖維和聚苯硫醚纖維織成的基布上形成毛氈。專利號為CN101584953的發(fā)明專利，提供了一種“一種耐高溫過濾材料的制作方法”，其特征在于，將玻璃纖維和聚苯硫醚纖維以I: I 1:5混合并織成基布，再在基布的上下側(cè)放置聚苯硫醚纖維網(wǎng)，最后采用針刺、水刺工藝復合，形成耐高溫過濾材料。
申請?zhí)枮?01020622033. 7的實用新型專利公開了 “聚苯硫醚纖維耐腐蝕針刺過濾氈”，其特征在于所述過濾氈包括玻璃纖維機織布與聚苯硫醚纖維網(wǎng)，在玻璃纖維機織布的上下表面粘貼有聚苯硫醚纖維網(wǎng)。綜上所述，目前獲得復合型的耐高溫濾料的方法，主要是將聚苯硫醚纖維和其他耐高溫纖維特別是玻璃纖維進行并捻，或者簡單地進行物料混合，并通過針刺或水刺成型工藝獲得過濾材料或過濾氈，或者將上述材料混合針刺或水刺成基布后，再在基布的上下表面覆以聚苯硫醚纖維網(wǎng)。因此，本發(fā)明利用這兩種纖維材料的優(yōu)點，通過擠出工藝，提供一種價格便宜，具有耐高溫、耐化學腐蝕性以及阻燃性的，以聚苯硫醚、玻璃纖維為骨架材料的復合過濾材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種價格便宜，具有皮芯結(jié)構(gòu)，一定強度、韌性，耐高溫、耐化學腐蝕性的復合過濾材料。目前，過濾材料主要有玻璃纖維、聚四氟乙烯纖維和聚苯硫醚纖維等，但玻璃纖維 屬無機材料，韌性低，材料比較脆，因此存在斷裂伸長率低和耐折性能差的缺點，以致基于玻璃纖維的基布或者過濾氈的強度和韌性均比較低；聚四氟乙烯的線型結(jié)構(gòu)大分子兩側(cè)全部為C一F鍵，鍵能高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，賦予聚四氟乙烯具有不熔、不溶于任何溶劑的化學特性，因此，聚四氟乙烯纖維的加工過程復雜，對模具的要求高，線密度波動大等缺點；聚苯硫醚具有機械強度高、耐高溫、高阻燃、耐化學腐蝕性強等特點，熱穩(wěn)定性好，熱變形溫度大于260 0C，抗化學性僅次于聚四氟乙烯，流動性優(yōu)，成型收縮率小等優(yōu)點。為了克服玻璃纖維和聚苯硫醚材料各自的缺點和不足，充分結(jié)合兩種材料的優(yōu)點，本發(fā)明提供一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的，以聚苯硫醚、玻璃纖維為骨架材料的復合過濾材料。為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用的技術方案為所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于其具有皮芯結(jié)構(gòu)，所述的皮芯結(jié)構(gòu)包括芯層和皮層，其中芯層為玻璃纖維，玻璃纖維采用偶聯(lián)預處理的玻璃纖維，芯層外包覆有皮層，所述皮層由聚苯硫醚、氟樹脂、超細碳酸鈣、偶聯(lián)劑、抗靜電劑、稀土、加工助劑制成，按重量份計，所述皮層的用量為
聚苯硫醚100份；
氟樹脂0-50份；
超細碳酸鈣10-50份；
偶聯(lián)劑1-5份；
抗靜電劑O. 5-4份；
稀土O. 1-1 份；
加工助劑O. 5-2份；
所述氟樹脂為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物之一種或兩種以上組合；所述加工助劑為潤滑劑或增塑劑。所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為鋁酸酯偶聯(lián)劑或硅烷偶聯(lián)劑。所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述玻璃纖維的線密度為300 750dteX，玻璃纖維偶聯(lián)預處理的方法為對玻璃纖維進行偶聯(lián)預處理，以重量份計，用4-5份的硅烷偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑對100份的玻璃纖維表面進行預處理，獲得偶聯(lián)預處理的玻璃纖維。所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述皮層的厚度為5 200微米。所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述復合過濾材料包括長纖維、短纖維。
所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述長纖維的線密度為300 800dtexo所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料的制備方法，包括如下步驟
1)對填料進行表面預處理，以重量份計，將10-50份的超細碳酸鈣和1-5份的偶聯(lián)劑依次加入到高速混合機中，溫度為70 90°C，混合均勻后獲得表面預處理的超細碳酸鈣，備用；
2)對玻璃纖維進行偶聯(lián)預處理，以重量份計，用4-5份的硅烷偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑對100份的玻璃纖維表面進行預處理，獲得偶聯(lián)預處理的玻璃纖維，備用；
3)以重量份計，將步驟I)獲得的表面預處理的超細碳酸鈣和100份的聚苯硫醚加入的高速混合機中，并加入0-50份的氟樹脂、O. 5-4份的抗靜電劑、O. 1-1份的稀土和O. 5-2份的加工助劑，溫度為70 90°C，混合均勻后獲得混合料，備用；
4)將步驟3)獲得的共混均勻的混合料進行擠出造粒，螺桿各區(qū)的溫度為260 310°C;
5)將步驟2)獲得的擠出模頭芯層材料的導入段進入擠出模頭芯層、皮層材料的復合段，同時將步驟4)獲得的粒料采用螺桿擠出，共混粒料熔體在螺桿的輸送下進入擠出模頭皮層材料的導入段，對已進入擠出模頭芯層、皮層材料的復合段的玻璃纖維的表層進行包覆，形成皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，螺桿各溫區(qū)的溫度為280 330°C。 本發(fā)明所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料應用于編織耐高溫耐腐蝕的過濾氈。所述的編織耐高溫耐腐蝕的過濾氈，其特征在于具有上、中、下三層結(jié)構(gòu)，其中上、下表層為由權(quán)利要求1-6任一所述的復合過濾材料制成的短纖維經(jīng)過針刺或水刺而成的過濾氈，中間層為由權(quán)利要求1-6任一所述的復合過濾材料經(jīng)過針刺而成的基布。所述的過濾氈，其特征在于所述過濾氈單位平方米含復合過濾材料克重為300 1200g。玻璃纖維是一種傳統(tǒng)的濾料，根據(jù)制造工藝和工藝參數(shù)的不同，玻璃纖維具有從亞微米到微米級的直徑范圍。玻璃纖維具有高強低伸、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，在制作濾料的準備基材過程中外形不會發(fā)生變化，保持固有的長度和圓柱形，不發(fā)生天然纖維類似的潤脹或帚化現(xiàn)象。因此，利用玻璃纖維具有耐高溫性能和較高強度的特點，將其作為皮芯結(jié)構(gòu)復合過濾材料的芯層，線密度為300 750dtex。聚苯硫醚具有耐高溫性和耐化學腐蝕性等性能，因此，將其與氟樹脂、超細碳酸鈣、抗靜電劑共混，將共混物料作為皮芯結(jié)構(gòu)復合過濾材料芯層的皮層(包覆層)，彌補玻璃纖維耐高溫性和腐蝕性，以及強度和韌性不足的特點，賦予復合過濾材料具有較強的強度。其中，皮層的厚度為5 200微米。所述復合過濾材料包括長纖維、短纖維，長纖維的線密度為300 800dtex。其中，短纖維主要通過氣流鋪網(wǎng)，以針刺或水刺的方法進行成型，使得纖維之間相互穿插、纏繞和抱合，制成具有耐高溫、耐化學腐蝕性的針刺氈，而以長纖維編織為基布；以基布為骨架，在基布的上、下表面覆以針刺氈，形成上、中、下三層結(jié)構(gòu)的過濾氈，所述過濾氈的單位平方米的克重為300 1200g。本發(fā)明技術方案實現(xiàn)的有益效果本發(fā)明所述一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，具有耐高溫和耐化學腐蝕性的功能，特別是將上述材料應用于環(huán)保濾料行業(yè)，可大幅度提高過濾材料的使用壽命和過濾效果，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。


圖I是一種具有皮芯結(jié)構(gòu)復合過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是一種具有皮芯結(jié)構(gòu)復合過濾材料擠出模頭的剖視圖。圖3是一種具有皮芯結(jié)構(gòu)復合過濾材料擠出模頭的俯視圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明作進一步的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖對其作具體的說明。如圖I、圖2、圖3所示，本發(fā)明所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于其具有皮芯結(jié)構(gòu)，所述的皮芯結(jié)構(gòu)包括芯層I和皮層2，其中芯層I為玻璃纖維，玻璃纖維采用偶聯(lián)預處理的玻璃纖維，芯層I外包覆有皮層2，所述皮層2由聚苯硫醚、氟樹脂、超細碳酸鈣、偶聯(lián)劑、抗靜電劑、稀土、加工助劑制成。圖中，I是芯層，2是皮層，3是擠出模頭芯層材料的導入段，4是擠出模頭皮層材料的導入段，5是擠出模頭芯層、皮層材料的復合段。聚苯硫醚屬高性能熱塑性樹脂，是一種結(jié)晶性的窄合物，其化學式為
未經(jīng)拉伸時，聚苯硫醚纖維具有較大的無定形區(qū)，結(jié)晶度約為5%，纖維在拉伸過程中產(chǎn)生了部分結(jié)晶，如在130 230°C溫度下對拉伸纖維進行熱處理，可使結(jié)晶度增加到60 80%，熔點為284°C，成型溫度為300 330°C。
權(quán)利要求
1.一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于其具有皮芯結(jié)構(gòu)，所述的皮芯結(jié)構(gòu)包括芯層(I)和皮層(2)，其中芯層(I)為玻璃纖維，玻璃纖維采用偶聯(lián)預處理的玻璃纖維，芯層(I)外包覆有皮層(2)，所述皮層(2)由聚苯硫醚、氟樹脂、超細碳酸鈣、偶聯(lián)劑、抗靜電劑、稀土、加工助劑制成，按重量份計，所述皮層的用量為 聚苯硫醚100份； 氟樹脂0-50份； 超細碳酸鈣10-50份； 偶聯(lián)劑1-5份； 抗靜電劑O. 5-4份； 稀土O. 1-1 份； 加工助劑O. 5-2份； 所述氟樹脂為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物之一種或兩種以上組合；所述加工助劑為潤滑劑或增塑劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為鋁酸酯偶聯(lián)劑或硅烷偶聯(lián)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述玻璃纖維的線密度為300 750dtex，玻璃纖維偶聯(lián)預處理的方法為對玻璃纖維進行偶聯(lián)預處理，以重量份計，用4-5份的硅烷偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑對100份的玻璃纖維表面進行預處理，獲得偶聯(lián)預處理的玻璃纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述皮層(2)的厚度為5 200微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述復合過濾材料包括長纖維、短纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，其特征在于所述長纖維的線密度為300 800dtex。
7.權(quán)利要求1-6任一所述的一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料的制備方法，包括如下步驟 1)對填料進行表面預處理，以重量份計，將10-50份的超細碳酸鈣和1-5份的偶聯(lián)劑依次加入到高速混合機中，溫度為70 90°C，混合均勻后獲得表面預處理的超細碳酸鈣，備用； 2)對玻璃纖維進行偶聯(lián)預處理，以重量份計，用4-5份的硅烷偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑對100份的玻璃纖維表面進行預處理，獲得偶聯(lián)預處理的玻璃纖維，備用； 3)以重量份計，將步驟I)獲得的表面預處理的超細碳酸鈣和100份的聚苯硫醚加入的高速混合機中，并加入0-50份的氟樹脂、O. 5-4份的抗靜電劑、O. 1-1份的稀土和O. 5-2份的加工助劑，溫度為70 90°C，混合均勻后獲得混合料，備用； 4)將步驟3)獲得的共混均勻的混合料進行擠出造粒，螺桿各區(qū)的溫度為260 310°C; 5)將步驟2)獲得的擠出模頭芯層材料的導入段(3)進入擠出模頭芯層、皮層材料的復合段(5)，同時將步驟4)獲得的粒料采用螺桿擠出，共混粒料熔體在螺桿的輸送下進入擠出模頭皮層材料的導入段(4),對已進入擠出模頭芯層、皮層材料的復合段(5)的玻璃纖維的表層進行包覆，形成皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料，螺桿各溫區(qū)的溫度為280 330°C。
8.一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料應用于編織耐高溫耐腐蝕的過濾氈。
9.權(quán)利要求8所述的編織耐高溫耐腐蝕的過濾氈，其特征在于具有上、中、下三層結(jié)構(gòu)，其中上、下表層為由權(quán)利要求1-6任一所述的復合過濾材料制成的短纖維經(jīng)過針刺或水刺而成的過濾氈，中間層為由權(quán)利要求1-6任一所述的復合過濾材料經(jīng)過針刺而成的基布。
10.權(quán)利要求8或9所述的過濾氈，其特征在于所述過濾氈單位平方米含復合過濾材料克重為300 1200g。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料及其制備方法與應用，其具有皮芯結(jié)構(gòu)，其中所述芯層為玻璃纖維，皮層由聚苯硫醚、氟樹脂、超細碳酸鈣、偶聯(lián)劑、抗靜電劑、稀土組成，玻璃纖維線密度為300～750dtex，皮層厚度為5～200微米；將玻璃纖維進入擠出模頭芯層材料的導入段，而皮層組分經(jīng)高速偶聯(lián)處理后共混擠出造粒，共混料熔體通過擠出模頭皮層材料的導入段在擠出模頭芯層、皮層材料的復合段對玻璃纖維的表層進行包覆，形成具有皮芯結(jié)構(gòu)的復合過濾材料。所述復合過濾材料分為短纖維、線密度為300～800dtex的長纖維，短纖維、長纖維分別用于編織過濾氈的纖維層和基布，過濾氈單位平方米克重為300～1200g。
文檔編號B01D39/14GK102908827SQ201210431228
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者周丕嚴 申請人:廈門柏潤氟材料科技有限公司