非织造过滤用纺织品材料

非织造过滤用纺织品材料

06材料（2）班金王勇 A06120213

摘要：纺织类过滤材料是近年来发展最快的一种产业用纺织品。它是用纤维制成、用

于捕集和分离气体或水中的粒状物质的介质，起到净化空气、液体或提取有用物质的作用，在当今环境和生态保护方面承担着重要的角色。一类非织造过滤材料含催化剂的聚四氟乙烯（PTFE）四层复合材料在垃圾焚烧等行业中除尘及二噁英分解的袋式除尘器上的应用，在提高袋式除尘器的过滤精度以有效截留颗粒物的同时，分解除去了被认为是向环境排放最大污染源之一的二噁英类物质[1]

，促进我国空气滤材的更新换代。

关键词：过滤材料非织造聚四氟乙烯（PTFE）除尘二噁英

近年随着各种差别化和高功能纤维的问世以及各种工艺的组合应用，使非织造布过滤材料在应用广度和使用性能上都有了很大提高。国外一些公司利用硅纤维、碳纤维、金属纤维、耐高温等纤维或涂料使滤料达到抗酸碱、防明火、防静电以及耐高温等效果，或通过不同工艺成网或复合的方式制成具有内表功能相异、实现梯度高效过滤的介质。

在这一领域，应用量最大的是空气过滤，在非织造滤料中，主要采用的工艺产品是针刺法、熔喷法与纺粘法、水刺法和湿法等，目前更多地是采用复合材料，其中熔喷和纺粘材料在低效过滤领域正在日益取代玻纤滤料。外国咨询公司认为，中国是仅次于美国和日本的空气过滤的大市场。我国在过滤领域的发展较发达国家有较大程度的滞后，在品种和档次上也有较大差距。而且在我国目前近17万吨过滤产品的产量中非织造布所占份额也还较小。但在"十五"期间，我国环保已成为今后重点发展的方向，其发展潜力也不容小视[2]

。

伴随着人们环保意识的不断增强和科学技术的进步,对于环境治理,针对大气污染,尤其是垃圾焚烧，水泥、钢铁、冶金、化工等行业的烟尘治理，普通工况的过滤材料,大多选用三维结构的非织造布,其生产工艺简短,过滤效果较好。但易堵塞、使用寿命较短、且成本较高。特种工况的过滤材料，一种具有高效除尘和二噁英分解功能的高性能环保过滤材料的开发,则从原料优化和后整理工艺入手,其性能优,成本低,可替代进口产品

[3-4]

。

针对垃圾焚烧等行业，环保过滤材料的选择直接影响过滤精度，随着世界范围内对环保的重视，包括旋风除尘、文丘里除尘、静电除尘等在内的传统除尘方式的劣势日趋显现，袋式除尘器以其优异的性能取得了快速的发展。袋式除尘器的核心是配套滤袋的优良材料，过滤材料的性能直接关系到袋式除尘器的除尘效果和使用寿命[5]

，这就需要采用高性能纤维--PTFE纤维。

PTFE纤维的诸多优点，决定了其广阔的应用前景。PTFE纤维滤料的开发可以弥补袋式

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除尘器的不足，并解决了普通滤料不能解决的问题[6]

，如含油含水的烟气；滤袋使用寿命太短，需要频繁更换；粉尘在滤料表面结块，清灰困难等。我国目前已形成纯PTFE滤料的工业化生产，用聚四氟乙烯长纤维编织基布、用聚四氟乙烯短纤维敷在基布表面经加工制成针刺毡。目前用PTFE作为过滤材料在国际上主要有两个类：一类是使用全PTFE制品，如以PTFE膜覆在PTFE纤维制成的基布上，这种滤料的性能远远高于其它滤料。但其使用价格较高。一类是使用混合PTFE过滤材料，即以PTFE 长纤维作基布，用PTFE短纤维、玻璃纤维和PPS短纤维混合针刺于基布上制成的过滤毡。混合PTFE过滤材料的价格与技术性能都介于纯PTFE过滤材料与其他高温过滤材料之间

[7-8]

。但都不能有效分解毒性最大的二噁英等有

害物质。

催化氧化分解必须是在催化剂和二噁英充分接触的情况下发生的。为此将催化剂与袋式除尘器中最基本的原材料——PTFE纤维有机结合，采用裂膜方法加工混有催化剂粒子的PTFE 微孔纤维。PTFE可长期经受200℃左右的高温，催化剂的有效分解温度为180℃～220℃，垃圾焚烧炉中的除尘系统空气温度为180℃左右，因此三者在温度上比较匹配。将纤维制成过滤袋后可直接使用，不改变垃圾焚烧设备和运行参数。使用过程中，烟气中以微小固态颗粒物存在的二噁英将与其它微小颗粒物如重金属一起被过滤去除，而气体中气态的二噁英则通过薄膜与滤料纤维中的催化剂发生氧化分解反应。

PTFE原料的选择和微孔膜的热定型温度对裂膜纤维的性能也有十分重要的影响。高聚物的可纺性与其结构和分子量的大小有着密切的关系[9]

。PTFE树脂主要分为悬浮树脂、分散树脂和浓缩分散液三大类。分散树脂具有良好的成纤性，分子为电中性，粒子间凝聚力低，分子链受到很小的剪切作用就会沿粒子长轴方向排列，形成线形结晶。而且烧结成型后分散PTFE较悬浮PTFE的结晶度大，在稍高于熔点温度下烧结就可得到较高的强度

[10]

。不同于其

它熔融聚合物如聚乙烯、聚丙烯的是，PTFE纤维的微孔结构是在熔点以下，PTFE纤维是从球状固体树脂颗粒中拉出形成的[11]

，而PTFE分散树脂受剪切应力作用而纤维化是其他树脂

所没有的一种功能

[12]

。然后将PTFE微孔膜放在开纤机上开纤。裂膜法是利用PTFE微孔膜经

高倍拉伸后具有自行劈裂成纤维的内在特性，再经机械方法处理来制取的一种纤维。制备的纤维沿膜的纵向方向线性排布，而在横向方向上有类似于Z字形状的分布，所制的纤维具有网络结构，该网络结构中部分断开的单个原纤规则排列。裂膜法制备具有催化功能的催化剂/PTFE纤维，又称裂膜纤维，此纤维可以针刺成毡用于过滤行业，此针刺毡多呈三维结构[13]

，

形成最佳的纤维曲径式系统，其孔隙率大，过滤效率高，在近年来得到越来越广泛的应用。过滤用新型纤维原料的开发和应用促进了过滤技术的进步，而过滤介质结构的设计和构

成更是当今过滤技术获得显著进展的重要原因。非织造布因多呈三维结构且孔隙小而孔径曲折，使之越来越多地应用到过滤领域，大大提高了过滤系统的过滤效率。在以上的基础上，针对垃圾焚烧过程中二噁英的存在状态——固态（吸附在飞灰上）和气态，以及除尘要求，设计四层过滤材料结构，并采用多重复合加工技术进行加工形成具有除尘及二噁英分解功能的高性能环保过滤材料。

一类非织造过滤材料含催化剂的PTFE四层复合材料包括迎尘层、缓冲层、催化分解层和增强层四层结构。首先迎尘层是将PTFE纤维通过预针刺而形成，将涂层技术引入到迎尘层的加工中，产生表层过滤效果。与覆PTFE微孔膜的表面过滤技术相比，对滤料透气量的影响显著降低；与非织造布深层过滤比较，提高了阻挡微细尘粒能力，同时表面易清灰。迎尘层的主要作用是截留烟尘中的飞灰，在提高过滤效率的同时，截留吸附在飞灰上的二噁英。其次缓冲层是通过细旦PTFE纤维预针刺制成，纤维层内纤维错综排列，形成无数网格。气流在纤维层内穿过时，要经过多次激烈的转弯。当微粒质量较大或者气流速度较大时，在转弯

处，微粒或气流由于惯性来不及绕过纤维，而是向纤维不断靠近，微粒在纤维上沉积下来，气流速度被减缓。然后是催化分解层和增强层，催化分解层主要是通过气流成网制成的，在160℃～220℃的温度范围内，在少量O2存在的条件下，通过催化剂与气态二噁英类物质的接触，将二噁英分解成CO2、H2O、微量HCl

[14]

。而增强层是通过点状涂胶的方法，再将这两

者经过热压形成催化和增强复合层。最后通过叠合针刺复合形成素毡然后在迎尘层PTFE乳液转移涂层形成了具有除尘及二噁英分解功能的高性能环保过滤材料。目前其除尘效率达99.99%，二噁英分解效率达78.1%。

用含有催化剂的PTFE纤维制作的具有除尘和二噁英分解高性能的过滤材料不仅可以有效去除废气的粉尘，还有效的实现了二噁英的分解过滤，同时也促进我国空气滤材的更新换代，这必将会在环境保护与能源节约方面带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献：

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[3] 孙俊科,李彦,姜秀溪高效环保过滤材料的开发研制，非织造布，2005，（02），1 [4]Marc Plinke, Baltimore, Md., etal,US Patent 5620669, 1997, Apr，15 [5] 范柏祥，滤料过滤性能测试装置与应用研究，沈阳，东北大学博士学位论文，2003 [6] 桑榆译，申熠校，PTFE 纤维，通过专利生产技术获取的特性，国际纺织导报，2006，（12），

5-6

[7] 黄斌香,黄磊等，聚四氟乙烯在垃圾焚烧烟气除尘中的应用，技术应用，2006，4，25-27 [8] 赵文焕,原永涛等，聚四氟乙烯腹膜滤料的发展及应用特点，建筑热能通风空

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[9] 田普锋，聚四氟乙烯拉伸微孔膜的制备、结构与性能，西北工业大学硕士学位论文，2006 年

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[13] 邵敬党，针刺非织造布空气过滤材料的研究探讨，丹东纺专学报，2003，10（1），14-16 [14] Per Liljelind, John Unsworth.Removal of dioxins and related aromatic hydrocarbons from flue gas streams by adsorption and catalytic des- trucion，Chemosphere，2001,42，615-623