一种高捕集率的过滤材料及其用途
【专利摘要】本发明公开一种高捕集率的过滤材料及其用途，该过滤材料是由过滤层、中间织物增强层、非过滤层构成，所述过滤层为纤维网，所述纤维网中直径1～10μm的聚苯硫醚纤维占90～100重量%；所述非过滤层是由直径1～10μm的聚苯硫醚纤维与直径为大于10小于等于20μm的聚苯硫醚纤维混合构成的纤维网，且所述非过滤层中两种不同直径的纤维的重量比为0～100%：100～0%；中间织物增强层是由耐热性纤维组成构成。本发明的高捕集率的过滤材料具有压损低、耐磨性好、精度过滤的特点。
【专利说明】一种高捕集率的过滤材料及其用途【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高捕集率的过滤材料及用途。
【背景技术】
[0002]随着我国社会、经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对大气环境的质量要求将越来越高，过滤材料的应用也越来越广泛。由于传统过滤材料在过滤更细粉尘粒子、过滤精度等方面还存在缺陷，这就要求我们开发出一种结构不一样的过滤材料。众所周知，过滤材料的过滤效率与其孔径有直接的关系，孔径的大小与构成纤维网的纤维直径有关。
[0003]如中国公开专利CNlOl 168112A公开了一种非过滤面层是全部采用平均直径20~200 μ m的粗纤维形成的纤维网，在针刺时，粗纤维带到过滤面层中，纤维直径变粗，孔径变大，就会导致捕集效率降低，从而更细的粉尘粒子难于被捕集到。
[0004]又如中国公开专利CN101406780A公开了一种过滤面层是由含有10wt%~90wt%平均直径为?ο μ m以下的耐热性纤维和90wt%~10wt%平均直径为10~20 μ m耐热纤维混合组成的纤维网，因为过滤面层采用粗纤维，过滤面层捕集效率降低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种压损低、耐磨性好、精度过滤的高捕集率的过滤材料及其用途。
[0006]本发明的技术解决方案如下:本发明高捕集率的过滤材料是由过滤层、中间层、非过滤层构成，所述过滤层为纤`维网，所述纤维网中直径I~ΙΟμπι的聚苯硫醚纤维占90~100重量％ ;所述非过滤层是由直径I~10 μ m的聚苯硫醚纤维与直径为大于10小于等于20 μ m的聚苯硫醚纤维混合构成的纤维网，且所述非过滤层中两种不同直径的纤维的重量比为O~100%:100~0% ;中间织物增强层是由耐热性纤维组成构成。
[0007]上述过滤层为由直径I~ΙΟμπι的聚苯硫醚纤维(以下简称细纤维)构成的纤维网，在过滤层使用细纤维，是通过降低过滤层孔隙的平均孔径，从而达到表层过滤的效果，提高过滤材料对粉尘的捕集效率。如果过滤层细纤维直径大于?ο μ m的话，会导致过滤层孔径增大，从而降低滤毡的捕集效率。细纤维占过滤层的含量为90~100重量％，如果细纤维的含量低于90重量％的话，在过滤层、基布和非过滤层进行针刺时，非过滤层的较粗纤维进入过滤层较多，这样会导致过滤层孔隙的平均孔径变大，降低滤毡的捕集效率。在上述过滤层中可能还含有10重量％以下的其他纤维，这是由于过滤层、基布以及非过滤层进行针刺时，非过滤层的部分纤维被带入过滤层。从能得到更高的粉尘捕集效率考虑，上述细纤维的含量优选95~100重量％。
[0008]上述非过滤层是由直径I~10 μ m的聚苯硫醚纤维与直径为大于10小于等于20μπι的聚苯硫醚纤维(以下简称普通纤维)混合构成的纤维网，此非过滤层不仅起支撑作用，而且起到对粉尘进行二次过滤的作用。加入细纤维可以提高过滤材料的捕集效率，加入普通纤维可以提高过滤材料的耐磨性和降低压损，所以本发明的非过滤层采用细纤维与普通纤维混合形成的纤维网不仅提高了过滤精度，能够捕集到更细的粉层粒子，同时提高了耐磨性和降低了压损。如果非过滤层为由直径大于20 μ m的纤维形成的纤维网，即全部由粗纤维构成的话，针刺时，粗纤维被带到过滤层中，过滤层中含有粗纤维，制得的过滤材料孔径变大，就会导致捕集效率降低，从而难于捕集到更细的粉层粒子。因此本发明通过在非过滤层使用直径I~10 μ m与直径大于10小于等于20 μ m的两种不同直径的聚苯硫醚纤维混合来平衡过滤性能与压损。
[0009]考虑到能提高过滤材料的过滤精度，捕集到更细的粉层粒子，同时又能提高耐磨性和降低压损，本发明的非过滤层中两种不同直径的纤维的重量比优选10~90%:90~10%。
[0010]本发明的中间织物增强层是指由纱线交织形成的一种稀疏织物层，起保持机械强度的作用，构成织物增强层的纤维为耐热性纤维，耐热性纤维可以为对位芳族聚酞胺纤维、间位芳香族聚酸胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酞亚胺纤维、氟系纤维、碳纤维、玻璃纤维等。从耐化学药品性、耐水解性的观点来看，优选使用聚苯硫醚纤维和氟系纤维；从机械强度高方面考虑，最优选聚苯硫醚纤维。
[0011]本发明的高捕集率的过滤材料，上述聚苯硫醚纤维为短纤维或长丝。优选使用短纤维纱，短纤维纱与过滤层、非过滤层的纤维网的络合性更好,纤维的表面积变多，因此过滤材料的粉尘捕集效率更好。
[0012]根据JISL 1096标准，本发明的高捕集率的过滤材料的克重为300~800g/m2。上述克重必须满足捕集效率的要求，如果克重大于800g/m2，增加了成本；如果克重小于300g/m2，起过滤除尘作用的纤维网太薄，无法满足高捕集效率的作用，过滤材料的克重优选 450 ~700g/m2 。
[0013]本发明的高捕集率的过滤材料，其孔隙率为30~70%。如果过滤材料的孔隙率大于70%，对粉尘的捕集效率降低；如果过滤材料的孔隙率小于30%，通气量过低，提高了压力损失，增加了除尘机风机的能耗。孔隙率优选50~65%。
[0014]对PM2.5以下微粒子，本发明的过滤材料的捕集率为85~98%。PM2.5表示大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。如果捕集率小于85%，那么PM2.5微粒的有害性不能去除；如果捕集率高于98%，那么滤毡的孔径必须要很小很小，就会有很高的压损，造成循环时间很短，脉冲清灰次数变多，脉冲气体消耗变多，造成不必要的经济损失。
[0015]根据JISL 1096标准的8.27.1 A法，在压力125Pa下，本发明的高捕集率的过滤材料的通气度为5~50cc / cm2_s。如果滤租的通气度小于5cc / cm2 s,那么必然导致清灰周期变短，脉冲清灰次数变多，脉冲气体消耗变多，造成不必要的经济损失；如果滤毡的通气度大于50 CC / cm2-S，那么说明滤毡的孔径比较大，不利于粉尘的过滤。
[0016]根据JISL 1096标准，本发明的高捕集率的过滤材料经纬向的拉伸强度都在500N / 5cm以上。过滤材料在使用过程中必须克服自身的重力和附载粉尘的重力，以及清灰时压缩空气对过滤材料的冲击力。
[0017]本发明的过滤材料的制备方法是依次层叠过滤面一侧的纤维网、中间增强织物和非过滤面一侧的纤维网后，以针刺密度为280~360根/ cm2进行针刺得到的。
[0018]通过对本发明的过滤材料的过滤层进行烧毛处理或光亮加工处理，这样能够更进一步提高粉尘剥离性能或粉尘捕集效率。
[0019]本发明的高捕集率的过滤材料具有压损低、耐磨性好、精度过滤的特点。特别适用于过滤袋，可以过滤从垃圾焚烧炉、燃煤锅炉或金属熔炼炉等排出的高温气体。
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例更加详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。过滤材料各物性的测定方法如下。
[0021]【孔隙率】
将过滤材料切成直径Icm的圆，使用孔径测试仪测试出过滤材料的孔隙率，孔隙率的计算方法如下:
孔隙率(％)=(组成过滤材料纤维的密度(g/cm3)-过滤材料的密度(g/cm3)/组成过滤材料纤维的密度(g/cm3) *100%。
[0022]【克重】
将过滤材料切成200X200mm的正方形，从重量计算出过滤材料的克重。
[0023]【厚度】
使用厚度千分表(挤压力0.000245Pa)测定过滤材料的厚度，随机选择6点进行测定，求出平均值。
[0024]【通气量】
基于JISL 1096规定的弗雷泽型织物透气性测试法测定过滤材料的通气量，测定部位是随机选择6点进行测定。
[0025]【VDI3926捕集效率】
基于VDI3926的标准测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是直径150mm，喂入的粉尘浓度在5g/m3,过滤风速为2m/min。实验的顺序是,初期30回+稳定化5000回+最后30回。这里的初期30回和最后30回的方法是，随着运行时间的延长，过滤材料两面的压差会渐渐升高，当到达1000Pa时，脉冲空气对过滤材料表面的粉尘进行清灰，然后进行下一个过程，该过程总共进行30回，在实验的过程中记录压力和时间的变化，同时检测没有被过滤材料捕集的粉尘的浓度。稳定化过程是指在运行的过程中，以5s为时间间隔对过滤材料进行清灰，共进行5000回。在这里所指的清灰的压力是5bar。
[0026]【残余压损】
根据VDI 3926的测定试验后，测出过滤材料的残余压力损失。
[0027]【拉伸强度】
基于JISL1096规定的布条强度法测定过滤材料的抗拉强度。试样尺寸是200mmX 50mm,以拉伸速度100mm/min、夹头间隔IOOmm进行测定。测定值是试样的经向(是和纤维的取向垂直的 方向，在包含平纹粗布的试样的情况下，和平纹粗布的经向同一方向)中的I次强度的值。
[0028]实施例1
采用100重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为50根/ cm2进行针刺，形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用90重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维与10重量％平均直径为14.5 μ m的PPS短纤维进行混合，然后开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为50根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为300根/ cm2进行针刺，制得克重为548g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0029]实施例2
采用100重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为50根/ cm2进行针刺，形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用50重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维与50重量％平均直径为14.5 μ m的PPS短纤维进行混合，然后开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为50根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为552g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0030]实施例3
采用100重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为50根/ cm2进行针刺，形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用10重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维与90重量％平均直径为14.5 μ m的PPS短纤维进行混合，然后开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为50根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为551g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0031]实施例4
采用100重量％平均直径为5 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为50根/ cm2进行针刺，形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用100重量％平均直径为5 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为50根/ cm2进行针刺，形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为549g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0032]实施例5
采用95重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维与5重量％平均直径为14.5 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为50根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用50重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维与50重量％平均直径为14.5 μ m的PPS短纤维进行混合，然后开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为50根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为548g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0033]实施例1?5制得的过滤材料在过滤袋中的应用。
[0034]比较例I
采用85重量％平均直径为9 μ m的PPS短纤维与15重量％平均直径为14.5 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为50根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采采用100重量％平均直径为14.5μπι的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为40根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为550g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0035]比较例2
采用100重量％平均直径为14.5μπι的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为40根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用100重量％平均直径为14.5μπι的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为40根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为551g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0036]比较例3
采用100重量％平均直径为14.5μπι的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为40根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为过滤层； 采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用50重量％平均直径为14.5 μ m的PPS短纤维与50重量％平均直径为27.5 μ m的PPS短纤维进行混合，然后开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为40根/ cm2进行针刺，形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为553g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
[0037]比较例4
采用100重量％平均直径为14.5μπι的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以刺针密度为40根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为过滤层；
采用纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、长51mm的PPS短纤维进行织造，制得经向密度30根/ 2.54cm、纬向密度14根/ 2.54cm的PPS平纹织物作为中间织物增强层；
采用100重量％平均直径为27.5 μ m的PPS短纤维进行开松、梳棉、铺网后，以针刺密度为40根/ cm2进行针刺,形成克重为210g/m2 PPS纤维网作为非过滤层；
然后按过滤层、中间织物增强层、非过滤层依次层叠后，以总针刺密度为320根/ cm2进行针刺，制得克重为552g/m2的过滤材料，最后对过滤材料的过滤面进行烧毛处理。本发明过滤材料的各物性参见表I。
【权利要求】
1.一种高捕集率的过滤材料，该过滤材料是由过滤层、中间织物增强层、非过滤层构成，其特征在于:所述过滤层为纤维网，所述纤维网中直径I?ΙΟμπι的聚苯硫醚纤维占90?100重量％ ;所述非过滤层是由直径I?10 μ m的聚苯硫醚纤维与直径为大于10小于等于20μπι的聚苯硫醚纤维混合构成的纤维网，且所述非过滤层中两种不同直径的纤维的重量比为O?100%:100?0% ;中间织物增强层是由耐热性纤维组成构成。
2.根据权利要求1所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:所述非过滤层中两种不同直径的纤维的重量比为10?90%:90?10%。
3.根据权利要求1所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:所述中间织物增强层是由聚苯硫醚纤维构成。
4.根据权利要求3所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:所述聚苯硫醚纤维为短纤维或长丝。
5.根据权利要求1或2所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:根据JISL1096标准，该过滤材料的克重为300?800g / m2。
6.根据权利要求1或2所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:该过滤材料的孔隙率为30?70%。
7.根据权利要求1或2所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:对PM2.5以下微粒子，该过滤材料的捕集率为85?98%。
8.根据权利要求1或2所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:根据JISL1096标准的8.27.1 A法,在压力125Pa下,该过滤材料的通气度为5?50cc / cm2.S。
9.根据权利要求1或2所述高捕集率的过滤材料，其特征在于:根据JISL1096标准，该过滤材料经纬向的拉伸强度都在500N / 5cm以上。
10.一种权利要求1所述高捕集率的过滤材料在过滤袋中的应用。
【文档编号】B01D46/02GK103768866SQ201210399498
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】王海军, 纪舜卿, 蔡文杰 申请人:东丽纤维研究所（中国）有限公司