（化学工程专业论文）膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和工艺研究.pdf

扬州大学工程硕士论文 膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和工艺研究 研究生曹正兵 指导教师张明教授姜鹄高级工程师 玻纤滤料最突出的优点就是耐高温，尺寸稳定性好，拉伸断裂强度高。玻璃 纤维在耐化学侵蚀方面，除了氢氟酸、高温强碱外，对其他介质都很稳定。玻璃 纤维的缺点就是耐折性较差。 为了更好地发挥玻璃纤维过滤材料的优势、提高过滤效率，以及适应更多的 工况，玻纤滤料逐渐形成玻璃纤维膨体纱和玻璃纤维针刺毡滤材两种类型。 玻纤覆膜滤料是在经特殊表面处理的玻纤基布上，覆合多微孔聚四氟乙烯薄 膜制成的新型过滤材料。它集中了玻璃纤维的高强低延、耐高温、耐腐蚀等优点 和聚四氟乙烯多微孔薄膜的表面光滑、憎水透气，化学稳定性好等优良特性。 虽然，目前我国滤料已经取得较好的发展，但耐高温、耐腐蚀的芳纶、聚苯 硫醚、p 8 4 、p t f e 、玻纤覆膜滤料等高端产品的研究还处于初步阶段，技术支持还 不太完善，高端市场国外产品仍是主流，因此对玻纤覆膜滤料的理论和工艺研究， 对玻纤覆膜滤料的实际应用和进一步发展具有十分重要的意义。 本文研究内容主要有三部分。 第一部分：对玻纤的基本性质( 如耐腐蚀性能、耐折性能等) 、玻纤浸润剂、 玻纤布织造结构等方面进行深入探讨和研究，结果表明：从滤料应用的条件来看， 无碱玻纤具有比较好的优势；玻璃纤维的耐折性能好坏与玻纤直径的大小成反比， 即玻璃纤维的耐折次数随直径的增大而减小：根据不同的用途选择合适的玻纤浸 润剂十分重要，这将直接影响后续制品的性能；不同的织造方式能够直接影响玻 纤布的的强力、耐磨性以及透气性。 1 1 扬州大学工程硕士论文 第二部分：对膨体玻纤布的生产工艺条件的优化。通过对不同玻纤性能、浸 润剂组分、聚四氟乙烯胶液组分及浸胶工艺的研究，确定了以无碱玻纤为原料， 进口水溶性环氧和进口偶联剂为主要成分的浸润剂，p t f e 乳液和硅油为主要成份 的胶液，同时对浸润剂、胶液及其各组分的用量以及p t f e 浆膜的塑化温度等进行 优化，并确定膨体玻纤布最优生产工艺。 第三部分：为了确保产品的质量，本文还针对膨体玻纤过滤布的后处理工序 中有可能对强力产生影响的因素，做了强力离散性分析，以保证产品的合格率。 为了检验产品的实际应用效果，我们将产品投放到水泥行业，通过一些列的 数据测试表明：产品的除尘效率、排放浓度，都能达到国家环保要求。 关键词：膨化玻璃纤维聚四氟乙烯胶液微孔聚四氟乙烯薄膜偶联剂 扬州大学工程硕士论文 s t u d yo nm a t e r i a l sa n dt e c h n o l o g yo f b u l k e d f i b e r g l a s sf i l t e r t h em o s to u t s t a n d i n gm e r i t so fg l a s sf i b e rf i l t e rm a t e r i a la r eh i g ht e m p e r a t u r e r e s i s t a n c e ，g o o dd i m e n s i o n a ls t a b i l i t y , a n dh i 曲t e n s i l eb r e a k i n gs t r e n g t h i nc h e m i c a l r e s i s t a n c e ，g l a s sf i b e ri ss t a b l et oa n yo t h e rm e d i u me x c e p th y d r o f l u o r i ca c i da n di nh i 9 1 1 t e m p e r a t u r ew i m a l k a l ic o n d i t i o n s t h ed i s a d v a n t a g eo fg l a s sf i b e rl i e si np o o rf o l d i n g r e s i s t a n c e f o rm a x i m i z et h em e r i t so fg l a s sf i b e ra n di m p r o v ef i l t e re f f i c i e n c ya n da d a p tm o r e c o n d i t i o n s ，g l a s sf i b e rf i l t e rm a t e r i a lg r a d u a l l yc a m et ot w ot y p e s ，g l a s sf i b e rb u l k e d y a ma n dg l a s sf i b e rn e e d l e dm a t m e m b r a n e - l a m i n a t e df i b e r g l a s sf i l t e rm e d i ai san e wf i l t e rm a t e r i a lb ys p e c i a l s u r f a c et r e a t m e n to ng l a s sf i b e rf a b r i ca n dc o m b i n em i c r op o r o u sp t f ef i l m i t c o n c e n t r a t e sb o t hm e r i t so fg l a s sf i b e ra n dm i c r op o r o u sp t f ef i l m a 1 h o u g h , d o m e s t i cf i l t e rm a t e r i a lh a v eb e e ng r e a tp r o g r e s s e d ，t h er e s e a r c ho nt h eh i g h t e m p e r a t u r e ，c o r r o s i o n - r e s i s t a n th i g h - e n dp r o d u c t i o n ，s u c ha sa m m i dp p s ，p 8 4 ，p t f e ， m e m b r a n e - l a m i n a t e df i b e r g l a s sf i l t e rm e d i aa r er e m a i ni nt h ep r i m a r yp r o c e s s ， t e c h n i c a l s u p p o r tn e e dt ob ei m p r o v e d ，a n df o r e i g nh i g l l - e n dp r o d u c ta l r e a d y m a i n s t r e a mi nt h em a r k e t s o ，s t u d yo nt h e t h e o r i e sa n dt h et e c h n i c a lo f m e m b r a n e - l a m i n a t e df i b e r g l a s sf i l t e rm e d i a ，i ti sag r e a ts i g n i f i c a n c ei np r a c t i c a l a p p l i c a t i o na n dg of o r w a r do fm e m b r a n e - l a m i n a t e df i b e r g l a s sf i l t e rm e d i a t t l i sp a p e rh a st h r e ep a r t s t h ef i r s tp a r t ：w eh a dr e s e a r c h e do nt h eb a s i cc h a r a c t e r s o fg l a s sf i b e r ，( s u c ha sd e c a yr e s i s t a n c e ，f o l d i n gr e s i s t a n c ea n ds oo n ) ，g l a s sf i b e r s i z i n g ，a n dt h es t r u c t u r e o f g l a s sf i b e rf a b r i c i tt u r n so u tt h a t ，c o n s i d e r i n ga p p l i c a t i o n c o n d i t i o no fg l a s sf i b e rf i l t e rm a t e r i a l ，e g l a s si ss u p e r i o rt h a no t h e rf i b e r s ；f o l d i n g r e s i s t a n c eo fg l a s sf i b e ri si ni n v e r s ep r o p o r t i o nt ot h ed i a m e t e r o fg l a s sf i b e r ；i ti sv e r y i m v o r t a n tt oc h o o s es u i t a b l eg l a s sf i b e rs i z i n gf o rd i v e r s i f i e da r e a ，i tw i l ld i r e c t l y 扬州大学工程硕士论文 i n f l u e n c et h ep e r f o r m a n c e so fp r o d u c t s ；d i f f e r e n tw e a v i n gm o d ec a ni n f l u e n c es t r e n g t h ， a b r a s i o nr e s i s t a n c e ，p e r m e a b i l i t yo fg l a s sf i b e rf a b r i c t h es e c o n dp a r t ：o p t i m i z i n gt h ep r o c e s sc o n d i t i o n so ft e x t u r i z e dg l a s sf i b e rf a b r i c b yr e s e a r c ho np t f e g l u ec o m p o s i t i o na n di m p r e g n a t i o np r o c e s s ，w ee s t a b l i s h e d e g l a s sf i b e ra sm a i nm a t e r i a l ，i m p o r tw a t e r - s o l u b l ee p o x yr e s i na n dc o u p l i n ga g e n ta s m a i nm a t e r i a lo fs i z i n g p t f ee m u l s i o na n ds i l i c o n eo i la sm a i nm a t e r i a lo fg l u e w e a l s oo p t i m i z e di n g r e d i e n td o s a g eo fs i z i n ga n dg l u e ，p l a s t i c i z a t i o nt e m p e r a t u r eo fp t f e s e r o u sc o a ta n do t h e rc o n d i t i o n s a tt h ee n do ft h ee x p e r i m e n t , o p t i m a lp r o d u c t i o n p r o c e s so ft e x t u r i z e dg l a s sf i b e rf a b r i ci se s t a b l i s h e d t h e l i r dp a r t ：t oe n s u r ep r o d u c tq u a l i t y , t h ep o s s i b l ei n f l u e n c ef a c t o r so fs t r e n g t h , i na f t e r - t r e a t m e n tp r o c e s sh a sb e e na n a l y z e d f o rc h e c kp r a c t i c a la p p l i c a t i o n so fp r o d u c t s ，w el a u n c ho u rp r o d u c tt oc e m e n t i n d u s t r y , t h et e s tr e s u l ts a i dt h a tb o t l lc o l l e c t i o ne f f i c i e n c ya n de m i s s i o nc o n c e n t r a t i o n c a nm e e tt h er e q u i r e m e n tf o re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n p r o t e c t i o n k e y w o r d s ：b u l k e d ；f i b e r - g l a s s ；p t f e g l u e ；m i c r op o r o u sp t f ef i l m ；c o u p l i n ga g e n t v 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：舭 签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到 斜纹 缎纹 柔软性：缎纹 斜纹 平纹 孔隙率：缎纹 斜纹 平纹 而纬二重组织由于比较厚，它的抗拉强度、耐磨、耐折性能更好，但透气性 能、粉饼剥离性比斜纹过滤布低。 4 2 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和一j ：艺研究 第三章膨体玻璃纤维过滤布的制造工艺研究 3 1 引言 3 1 1 玻璃纤维膨纱的发展及制造工艺 玻璃纤维作为高温过滤材料问世以来，显示了它的独特性能，其长期使用温 度高达2 8 0 。从国外文献得知，要使玻璃纤维发生1 的尺寸变化，必须加温到 6 5 0 。由于具有极好的尺寸稳定性，所以在过滤过程中透气性和过滤面积不会发 生变化【4 9 1 。 为了更好地发挥玻璃纤维过滤材料的优势、提高过滤效率，以及适应更多的工 况，玻璃纤维滤料逐渐形成玻璃纤维膨体纱和玻璃纤维针刺毡滤材两种类型。 玻璃纤维膨体纱从问世至今已有5 0 多年的时间，美国o c f 公司于1 9 5 7 年研究 成功了空气喷吹法制造玻璃纤维膨体纱5 0 1 ，接着p p g 公司也研究成功了用假捻法 和喷射法结合的工艺制造玻璃纤维膨体纱，并把它用于过滤材料。美国、德国、 日本等玻璃纤维膨体纱制品己得到广泛的应用，而国内于七十年代由南京玻璃纤 维院立项进行膨体纱的研究，但一直到1 9 8 6 年由上海耀华玻璃分厂承担“引进玻璃 纤维膨体纱过滤袋生产技术与设备”项目，然后经2 年的努力，国内j 真正的具备 生产高品质玻璃纤维膨体纱过滤袋及粗支玻璃纤维膨体纱的能力【5 l 】。 膨体纱的特点是蓬松，覆盖能力强，与相同支数，同样经纬密度的连续纤维 布相比，膨体纱的覆盖能力强得多。因此，过滤阻力比连续纤维布小，过滤效率 古 同。 生产膨体纱的几种方法： 1 ) 喷气变形法 喷气变形法办称塔斯纶法。这种方法是将玻璃纤维原丝或者单丝供给喷咀。 在喷咀的颈部形成高速空气流，而在喷咀入口以下的部分有一条比较宽的通道， 4 3 扬州人学jr ：程硕士学位论文 高速空气流一旦进人此通道便形成紊流。利用这种紊流空气流的作用把玻璃纤维 分散开、使其形成毛圈或乱丝。从而赋予玻璃纤维膨松性。用这种方法生产玻璃 纤维膨体纱时，可以把一根原丝供给喷咀迸行膨松处理，也可以不同的速度把两 根或两根以上的原丝送入同一个喷咀进行膨松处理。这样制得的膨体纱的膨松度 有变化，纱的膨松性更好，用于过滤时，能够获得很高的过滤效率。如果周期性 地变动原丝的喂入速度，则所产生出的膨体纱的膨松度也随之发生周期性的变化 【5 2 】 0 2 ) 刀口卷曲法 刀口卷曲法是使尚未经过加捻的连续玻璃纤维直接通过被加热的刀口而生产 出卷曲变形膨体纱。 3 ) 齿轮卷曲法 齿轮卷曲法是由一对经加热的齿轮啮合而将连续玻璃纤维加工成卷曲变形膨 体纱。 4 ) 纺织法 用纺织法生产玻璃纤维膨体纱时，采用分配式短切器把连续玻璃纤维短切成一 英寸长的短切原丝作原料。将此短切原丝放在梳毛机上分散成单丝，并使纤维定 向，加工成束状毛条纱条，再加捻而成膨体纱。 5 ) 摩擦法 用摩擦法生产玻璃纤维膨体纱是从漏板拉出的单丝群与旋转的摩擦滚筒表面 接触，由纤维之间相互摩擦而拉制出既有卷曲又有线性的膨体纱。但是，目前这 一方法的应用面不广，主要是在摩擦时，有部分纤维会受到损失，如果掌握不好 纤维与摩擦滚筒之间的接触角度，纤维的损伤会更大，势必降低膨体纱的强度【4 4 1 。 6 ) 定长纤维法 定长纤维法是利用高速气流的摩擦作用拉出定长纤维，并把定长纤维吹附在 4 4 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和i ：艺研究 转动的金属网上，再把堆积起来的定长纤维拉成束状而加工成定长纤维膨体纱。 目前世界各国生产膨体玻璃纤维纱，主要采用空气喷射法，其原理与喷气变 形法大致相同【5 3 1 。 3 1 2 膨体纱滤布的性质和研究 膨体玻璃纤维纱滤布即经纬纱中含有膨体纱的滤布。经过膨化之后，纱线膨 松、柔软，机械强度损失不少，一般保留率不到5 0 。因此在滤布织造中，经纱仍 采用连续玻璃纤维或连续纤维与膨体纱的混合纱，纬纱以膨体纱为主，也有并入 连续纤维的。滤布结构的选择因过滤工艺条件而定，主要采用斜纹、缎纹、纬二 重的结构【5 4 1 。 为了赋予玻璃纤维柔软、耐磨、润滑、憎水以及耐酸碱腐蚀性能，使滤布能 够适应苛刻的工况，因此必须对膨体纱滤布表面进行化学处理，根据不同的过滤 条件，处理剂配方也会有所不同。 在本课题中采用的膨体玻璃纤维过滤布是由玻璃纤维纱轻变形处理织出的， 以p t f e 和硅油为主要原料浸渍处理的纬二重织物滤料，该产品布面蓬松、质地柔 软、透气性好、过滤阻力小、耐折性好、强力高，是一种非常理想的过滤材料， 广泛应用于水泥、钢铁、冶炼、炭黑等行业。 3 2 实验部分 3 2 1 实验方案： 由于玻璃纤维种类繁多，性能也千差万别，适宜的工况也有所不同。在参考 大量文献资料以及结合对实际生产情况的分析后，在本文中选择综合性能较好的 无碱玻璃纤维作为研究对象。 在前面确定选择6 微米无碱玻璃纤维膨体纱经织造而成的纬二重织物后，以 下实验部分主要研究如何以下几个方面的内容： ( 1 ) 膨体玻璃纤维过滤布的表面处理浸胶- 艺及干燥、成膜工艺的研究，并 4 5 扬州人学工程硕士学位论文 对试验结果进行评价确定。 ( 2 ) 表面处理用关键化工原料( 改性硅油、柔软剂) 的选择及配方的研究， 并对试验结果进行评价； ( 3 ) 偶联剂的选用对滤料性能的影响的试验。 注：本文研究过程中选用目前国际最先进的进口p t f e 乳液，因而p t f e 乳液不作为主要 研究对象。 3 2 2 实验用滤料制备方法： 3 2 2 1 滤料制备 l 粉料熔融 j i 拉丝 上 i退捻、并捻、制线 上 膨化 上 织造 上 i验布 上 浸胶 上 i 烘干 上 成膜 上 l 包装 图3 1 膨体玻璃纤维过滤布的制造i ：艺图 ( 1 ) 按规定要求设计玻璃纤维粉料的成份，然后设定熔融温度，按照制定的 拉丝工艺拉制单纤维直径为6 微米的无碱玻璃纤维纱，拉丝过程中采用纺织增强 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和一r 艺研究 型拉丝浸润剂。 ( 2 ) 将涂有纺织增强型浸润剂的玻璃纤维按照不同的膨化工艺，制成各种不 同规格要求的膨体纱。 ( 3 ) 将制成的膨体纱，根据不同需要织造成各种不同规格要求的膨体玻璃纤 维布。 ( 4 ) 将膨体玻璃纤维滤布经过滚压浸胶、烘干、成膜、收卷即为玻璃纤维膨 体过滤布。 3 2 2 2 实验用滤料试样的制备和测试【5 5 】 滤料的透气性按照g b t5 4 5 3 1 9 9 7 纺织品织物透气性的测定方法进行。 滤料断裂强力和断裂伸长率测试样品的制备、测试和计算按g b 3 9 2 3 9 7 进行。 滤料的耐折性检测我们采用m i t 耐折度仪法，此标准等效采用国际标准i s o 5 6 2 6 1 9 7 8 ( 纸耐折度的测定) 中的m i t 方法部分。首先按g b t 4 5 0 规定取 样，把所取试样放在符合g b t 1 0 7 3 9 规定的大气条件下处理平衡后切取宽1 5 0 1 m m ，长度不小于1 4 0 m m 的纵、横向试样至少各1 0 条，并在该标准大气条件下 进行试验。然后校准仪器水平，调节所需的弹簧张力并固定。常规试验选用9 8 1 n 弹簧张力，根据要求也可采用4 9 1 n 或1 4 7 2 n 弹簧张力。选择试样厚度所需的折 叠央头，将试样垂直地央紧于折叠头两央具间，松开弹簧固定螺丝，观察弹簧张 力指针是否在所需的位置上，如有位差再重新调整。启动仪器，开始往复折叠至 试样折断，记录数据，重复上面的试验程序，纵横向各测试1 0 条试样，如图3 2 所示。 呖 w 2 j 1 j 2 j 3w 3j j 5 溺 砚 图3 2 试样裁剪图例 注：j 为经向，w 为纬向：经向纬向的长度和宽度是相等的。 扬州人学i ：程硕十学位论文 3 2 3 浸渍处理工艺的确定 3 2 3 1 浸胶方式的选择 对膨体过滤布坯布浸胶涂层处理，既有利于与p t f e 薄膜的覆合，又能够很大 程度的提高强力、耐折性和耐磨性。浸渍胶液中某些组分在高温条件下容易变黄， 影响布面质量，所以对烘干、成膜温度的控制要非常严格。由于原丝表面缺陷在 受热后会有所扩大，对强力有所影响，也需要通过浸胶处理来修复表面缺陷。这 也就要求在浸渍处理时需要时胶液完全渗透到所有单纤维之间，从而保证所有玻 璃纤维都得到充分所覆和保护；对浸胶辊、浸胶槽的结构提出了一定的要求，需 要尽可能减小布面与棍子的接触面积，以使布面能够充分与胶液接触，又要保证 传动的稳定性。为此我们在浸胶槽内采用了“橡胶s 辊”传动方式，在胶槽对布面 略微挤压，既有利于胶液充分的渗透到纤维组织内部，又有利于布面的平整和含 胶量的均匀，如图3 3 所示： 。 l 八 、。 一一 图3 3 普通浸胶方式与s 浸胶方式示意图对比 测试不同浸渍处理方式处理膨体过滤布并测试其拉伸强力和滤料耐折性能。 结果见表3 1 。 由表3 1 可以看出采用“s 辊”浸渍处理的玻璃纤维滤料耐折性能要优于采用 普通浸渍方式处理的玻璃纤维滤料，因此在后面的研究过程中，我们选用了“s 辊”浸渍方式来处理玻璃纤维滤料。 4 8 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和工艺研究 表3l 不同浸渍处理方式对玻璃纤维滤料耐折性能的影响 3 232 玻璃纤维浸胶前后的比较 澄醴 图3 4 过滤布浸胶前s e m 照片圈3 5 过滤布浸股后的s e m 照片 从以上两张照片可以看出，浸胶前玻璃纤维表面比较光滑而浸胶后，玻璃纤 维表面附有胶料。由此可见，胶料能够较好的对玻璃纤维进行包覆，从而有效的 保护玻璃纤维。 3 24 浸渍处理胶液的优化 由于玻璃纤维本身一些性能不足( 如耐磨、耐折性能欠佳) ，所以用作粉尘过滤 时，它必须进行表面化学处理，浸涂( 如硅油、p t f e 、石墨等1 并烘干成膜，以弥 补和改善这些性能的不足。 在浸渍处理胶液罩，我们选用p t f e 乳液及改性硅油等高分予混合物对破璃纤 扬州大学工程硕士学位论文 维进行表面浸渍处理，目的是使玻璃纤维表面形成致密光滑的有机高分子膜，该 膜具有极佳的化学稳定性。选用几种改性硅油配合使用作为纺织物处理剂以及防 水剂，部分改性硅油带有大量的活性氢，部分改性硅油带有活性的羟基，一方面 可以和玻璃纤维表面的活性氢、羟基发生反应，还可以在金属阳离子的催化下相 互之间发生反应，交联成比较大有机硅分子链，形成防水膜，使玻璃纤维具有比 较好的疏水性和透气性。选用一定浓度的聚乙烯醇作为助乳化剂，使水溶液具有 更好的分散性和稳定性。还选用了全氟阴离子表面活性剂作为渗透剂，有助胶液 迅速渗透到纤维组织内部，以达到均匀浸透和整理的目的。 3 2 4 1 不同p t f e 乳液与改性硅油用量比例对滤料拉伸性能的影响 采用“s 辊 浸渍烘干成膜成膜的方法，在烘干温度为1 5 0 。c ，成膜温度为2 4 0 。c 条件下，考察并分析了p t f e 乳液与改性硅油的用量比对玻璃纤维滤料制品的断裂 强力和耐折次数的影响。 结果见表3 2 ： 表3 2 不同p t f e 乳液与硅油用革比对滤料性能的影响 由图3 6 和图3 7 可以得出结论：在一定范围内，随着p t f e 乳液用量的增加， 滤料拉伸强力和耐折次数会增加，但当p t f e 乳液用量达到改性硅油的2 倍以后， 随着p t f e 乳液用量的增加，滤料拉伸强力和耐折次数却会有明显下降，由此可以 得出，当改性硅油用量和p t f e 乳液用量比例为1 ：2 时，滤料的断裂强力和耐折性 能最佳 5 0 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和i ：艺研究 3 9 0 0 3 8 0 0 3 7 0 0 7 e 3 6 0 0 。e 3 5 0 0 23 4 0 0 x 戈3 3 0 0 芝3 2 0 0 3 1 0 0 - 卜 暖3 0 0 0 晋 x - - - 2 9 0 0 舅2 8 0 0 嫌 蓊2 7 0 0 2 6 0 0 2 5 0 0 o1 门51 ，2 1 2 51 31 ，4 改性硅油与p t f e 用量比 图3 6 不同改性硅油与p t f e 用餐比对玻璃纤维滤料性能的影响 1 4 0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 ，、1 0 0 0 0 0 o9 0 0 0 0 彝8 0 0 0 0 尝7 0 0 0 0 芝6 0 0 0 0 卜 乏 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 011 1 51 ，21 2 5 1 31 ，4 改性硅浪与p t f e 质量比 图3 7 改性砖油与p t f e 川量比对玻璃纤维滤料耐折性能的影响 3 2 4 2 不同p t f e 乳液与改性硅油用量比例对滤料透气的影响 采用“s 辊”浸渍烘干成膜成膜的方法，控制胶含量为1 2 ，在烘干温度为1 5 0 。c ， 扬州大学工程硕士学位论文 成膜温度为2 4 0 。c 的条件下，采用g b t5 4 5 3 1 9 9 7 对滤料透气性进行检测，比较了 不同改性硅油与p t f e - 孚l 液用量比对滤料透气性能的影响。 透气性测试方法：在规定的压差条件下，测定一定时间内垂直通过试样给定 面积的气流流量，计算出透气率。气流速率可直接测出，也可通过测定流量孔径 两面的压差换算而得。检测方法如下：将试样夹持在试样圆台上，测试点应避开 布边及折皱处，夹样时采用足够的张力使试样平整而不变形。为防止漏气在试样 的低压一侧( 即试样圆台一侧) 应垫上挚圈。然后启动吸风机使空气通过试样，调节 流量，使压力降逐渐接近规定值l m i n 后或达到稳定时，记录气流流量。使用压差 流量计的仪器，应选择适宜的孔径，记录该孔径两侧的压差。最后按式( 1 ) 计算透 气率r 。绪果按g b 8 1 7 0 修约至测量范围( 测量档满量程) 的2 。 r = 1 6 7 q 。a ( m m s ) ( 1 ) 式中：q 。一平均气流量，d m 3 m i n ( l m i n ) ； a 试验面积，c m 2 ； 1 6 7 由d m 3 ( m i n * c m 3 ) ，换算成m m s 的换算系数； 结果见表3 3 ： 表3 3 不同p t f e 乳液与改性硅油用量比对滤料透气的影响 改性硅油j j 量p t f e 用量 1 11 21 3 透气率( m m s ) 最大值 最小值 平均值 标准差 8 0 1 4 3 7 5 5 8 2 7 7 丁9 8 4 1 7 9 8 5 8 8 8 2 4 8 2 8 1 7 8 4 9 4 l 2 6 6 6 3 7 1 1 9 4 6 2 7 7 l 6 4 7 7 2 3 8 8 6 2 由表3 3 可以看出，当改性硅油用量和p t f e 乳液用量比例为l ：2 时，滤料透气 性能最佳。分析原因为改性硅油带有的活性羟基能够在金属阳离子的催化下与含 氢硅油罩的氢离子相互之间发生反应，交联成比较大有机硅分子链，形成防水膜， 使玻璃纤维具有比较好的透气性【56 | 。 3 2 4 3 不同柔软剂用量对滤料拉伸性能的影响 为了使玻璃纤维滤布手感柔软、丰满、表面光滑，我们在后处理浸渍过程中 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和1 ：艺研究 还加入了脂肪酸衍生物类柔软剂。柔软剂的加入对纤维的表面浆膜的性能具有较 大的影响，这一影响能够在玻璃纤维布强力方面得以体现。 柔软剂主要成分为油脂，它对纤维表面浆膜主要有两方面的影响：一方面， 柔软剂对浆膜起增塑作用，使更多的浆膜大分子链段能够运动，因而浆膜变得柔 软。另一方面本文采用的油性柔软剂，也能够使浆膜表面摩擦系数减小。因此在 玻璃纤维的加工整理过程中，柔软剂的加入使得浆膜能更好的保护纤维表面不受 损伤，同时也使得玻璃纤维在力u - r _ 过程中，整理得更好。这样玻璃纤维布在受力 时，玻璃纤维受力更为均匀；油脂分子的隔离作用也会降低玻璃纤维表面浆膜分 子间的内聚力，使其敛集性减弱，从而浆膜结构松弛，强度下降。同样因油脂分 子的隔离，阻碍了粘着剂分子向纤维充分靠近，影响了粘着剂分子与纤维大分子 的结合力，粘附强度下降。 受到以上两方面的影响，玻璃纤维布的拉伸断裂强力随着浆膜中柔软剂含量 变化而发生如图3 8 的变化。 柔软剂用量占p t f e 用量百分比( ) 幽3 8 不同柔软剂川鼙对滤料性能的影响 由图3 8 可以看出在一定范围内随着柔软剂用量的增加，浸渍处理胶液的增塑 效果越来越好，提高浆膜对玻璃纤维的包覆能力，玻璃纤维布的强力得到提高， 5 3 ；耵雏弱弘驺驼引约勰打筋筋 言。l羊协n芝一r誊暑霉裂鉴 扬州人学j ：程硕士学位论文 但随着柔软剂用量的进一步增加，浸渍处理胶液的内聚力以及与玻璃纤维的粘附 强度都有所下降，从而导致玻璃纤维布的强度降低，因此当柔软剂用量占p t f e 乳 液用量的0 6 时，滤料制品的断裂拉伸强力最高。 3 2 5 成膜温度的确定 3 2 5 1 成膜温度对滤料强力的影响 采用“s 辊”浸渍烘干成膜成膜的方法，在烘干温度为1 5 0 的条件下考察了 不同成膜温度对滤料性能的影响。 表3 4 不同成膜温度对玻璃纤维滤料性能的影响 塑化温度( ) 图3 9 不同成膜温度对玻璃纤维滤料强力的影响 舍eoo岍乙zr警一1lg群荟 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和1 艺研究 冬 v 釜 基 警 匕 = 塑化温度( ) 酎31 0 不同成膜温度对玻璃纤维滤料耐折性能的影响 随着温度的升高，浆膜中的溶剂小分子不断被蒸发，浆膜收缩，变得更加致 密，更好的紧抱在玻璃纤维的表面，从而使纤维得到更好的的保护；但当温度超 过2 4 0 。c 时，浆膜中增塑剂( 柔软剂) 开始逐渐挥发，这样就导致浆膜的柔软性降 低，从而使得浆膜对纤维的保护变弱，这样就直接导致玻璃纤维布性能的降低。 3 252 成膜温度对滤料疏水性的影响 将不同成膜温度下处理好的玻璃纤维膨体过滤布，进行布与水的表面接触角 测定，以此来初步考查成膜温度对玻璃纤维膨体过滤布的影响。 圈31 1 成膜温度为j8 0 时的接触角幽31 2 接触角随时间( 采样次数) 的变化情况 扬州大学i ：程硕+ 学位论文 幽3i3 成膜温度为2 2 0 c 时的接触角圈31 4 成膜温度为2 4 0 ( 2 时的接触角 表3 5 接触角与戒膜温度的对席关系 温度的升高，玻璃纤维表面的浆膜中挥发组分得以更多的逸出，这样浆膜与 玻璃纤维之阳j 贴合的更为紧密，而且浆膜本身的空隙也因浆膜紧缩而降到最低， 这样当水滴落在玻璃纤维表面时，水滴就直接与具有疏水性的浆膜接触，因此就 会出现水滴与玻璃纤维的接触角随成膜温度的升高而增大的现象。 3 253 不同成膜温度对滤料浆膜耐温性能的影响 滤料的浆膜中除了p t f e 、硅油等主要成份外还有少量的溶剂小分子，在烘干 和成膜过程中，致使小分子挥发，因此不同的处理温度对小分子的挥发程度具有 决定性的影响，进而影响滤料的性能和使用领域。 因此在本文中采用热分析法，考查不同成膜温度处理的浆膜中残留挥发性 小分子的情况，具体情况见图31 5 ： 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和t 艺研究 零 勃 c ， c 口 乏 图3 1 5 成膜温度对滤料浆膜初始失重温度的影响 从图3 1 5 可以看出，温度的升高，浆膜的初始分解温度也随之升高。由此可 见较高的处理温度，致使浆膜中残留的挥发性小分子含量降到最低，这将有利于 滤料在一些高温工况下使用。 3 3 结论 ( 1 ) 通过考察不同浸渍方式对膨体玻璃纤维滤料强力和耐折性能的影响，说 明s 辊浸渍方式有利于胶液充分浸透到玻璃纤维内部，有利于提高制品的强力和 耐折性能。 ( 2 ) 通过考察不同配方对强力和透气性的影响来确定胶料中改性硅油与 p t f e 的比例，实验结果表明当改性硅油的用量为p t f e 一半时，滤料的透气性和 强力都能取得很好的效果。 ( 3 ) 柔软剂虽然能够改善滤料的性能，但由于其本身性质决定其添加量具有 一定的限制，而试验的结果也同样说明了这一点，只有当柔软剂的用量为p t f e 的 o 6 时，柔软剂的应用效果最为明显。 ( 4 ) 通过强力测试、接触角测试、热分析等方法，分析了不同成膜温度对滤 扬州人学工程硕十学位论文 料性能、浆膜性质的影响，确定过滤布制备工艺中的成膜温度。各方面的测试结 果表明，当成膜温度为2 4 09 c 时，滤料的强力、巯水性、耐热性等郯达得到最好。 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和j ：艺研究 第四章膨体玻璃纤维过滤布的应用效果研究 4 1 引言 目前使用的玻璃纤维过滤布分为两大类：一种是经纱和纬纱都是连续玻璃纤 维；另一种是经纱为连续玻璃纤维，纬纱为玻璃纤维膨体纱。后者表面有绒毛，容 易形成一次过滤层，过滤效率更高。而本文就是以后者作为研究对象。 其过滤机理是：当含尘气体通过滤袋时，由于筛滤、惯性碰撞、扩散、重力 和静电效应的综合作用，颗粒粒径大于滤料纤维间孔隙的粉尘被纤维拦截。而单 纯通过筛滤作用捕集的粉尘的方法在滤袋投入运行初期，由于滤料纤维间的空隙 较大，大粒径的粉尘被拦截下来，小粒径的粉尘仍随气流通过滤袋排出，故此时 除尘效率较低。而随着过滤过程的不断进行，在滤袋表面会形成很薄的尘膜。这 是由于在粉尘层未形成之前，粉尘会在扩散效应的作用下，逐渐形成粉尘在纤维 间的架桥现象。架桥现象完成后的0 3 - - - 0 5 m m 的粉尘层通常被称为尘膜( 也叫粉尘 初层) 。此后，对含尘气体中粉尘的捕集，主要是依靠这个粉尘初层以及以后逐渐 增厚的粉尘层，那时滤袋仅是起支撑作用。随着滤袋表面粉尘层的不断增厚，滤 袋的阻力也相应提高。当阻力达到限定值时，就需对滤料进行清灰。然而如果清 灰过度，就会破坏粉尘初层，使除尘器的除尘效率降低，甚至出现短暂的冒灰现 象，同时还会造成滤袋局部的过滤速度的突然提高，对滤袋的冲刷增大，从而降 低了滤袋的使用寿命；相反，如果清灰无力，则会造成滤袋的阻力上升加快，引 起清灰装置频繁动作，不仅增加了使用能耗，也降低了滤袋和清灰装置的使用寿 命。 膨体玻璃纤维滤料是用部分膨体玻璃纤维纱或全部膨体玻璃纤维纱织造而成 的织物滤料。膨体纱滤布与连续纤维滤布相比，过滤性能有明显的提高。连续玻 璃纤维滤料由于其结构的缺陷，气流几乎无法通过加捻股纱内部，只能从经纬纱 线交织处的孔眼通过，为保证织物的透气性，织物的孔眼一般较大；即使是形成 的粉层进行过滤，过滤速度也不能过大，否则容易透滤。膨体玻璃纤维过滤布由 于纱线膨松可增加捕集粉尘的表面积，延长捕集粉尘的时间、有益于细尘凝聚成 5 9 扬州大学丁程硕十学位论文 大颗粒，粉尘过滤层结构较疏松，空隙率较大，又因膨松纱覆盖能力强，可以遮 住经、纬纱交织处的气流通路从而使膨体纱过滤布过滤阻力更小，过滤效率和过 滤速度更高【5 7 1 。 因此，根据工业实际情况，并结合中华人民共和国环境保护行业标准h j t 3 2 4 要求，即工业烟气中通常含有水蒸汽及碳、氮、硫的氧化物，烟气呈现弱酸性， 滤料长时间在此种工况下工作，同时再加上高温的影响，使得滤料迅速老化，性 能降低。因此本文所研究的玻璃纤维膨体过滤布将主要考虑滤布的强力以及其经 过高温或腐蚀处理后的强力、透气性、静态除尘效率、动态除尘效率、过滤阻力、 粉尘剥离率等方面的性能指标。 4 2 实验部分 4 2 1 实验方案 1 ) 结合实际应用工况，以及历史数据和经验，对滤布的后处理工艺中可能对 滤料强力产生影响的因素，并对其进行分析控制以确保产品的合格率。 2 ) 将产品投放到水泥生产工况中，以检测产品的实际使用效果。 4 2 2 检测方法： 强力检测依据g b t3 9 2 3 纺织品织物拉伸性能 高温、腐蚀处理方法依据h j t3 2 4 环境保护产品技术要求袋式除尘器用滤料【5 8 1 透气性检测根据g b t5 4 5 3 纺织品织物透气性的测定 4 3 产品强力离散性分析及质量控制删 为了保证膨体玻璃纤维过滤布在一定温度及张力下能保持较长的使用寿命， 在产品的最终检验项目中，滤布的经、纬向强力检测值就成为判定产品是否合格 的重要标志。为了减少由于滤布经、纬向强力达不到合格标准要求而造成废品， 有必要对影响膨体玻璃纤维滤布经、纬向强力各种因素做认真、细致的试验、分 析，找出主要因素，以便对其进行有针对性的控制，从而确保产品达到所要求的 合格率。在膨体玻璃纤维滤料中，用膨体玻璃纤维滤布制成的滤袋应用历史最长， 使用量也很大，因此，我们首先对它进行了试验。下面就试验情况进行初步研究 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和工艺研究 和讨论。 根据历史数据和经验，膨体玻璃纤维滤布每平方米克重越轻的越容易出现经、 纬向强力不合格的问题。对于采用后处理工艺来进行表面处理的膨体玻璃纤维滤 布来说，后处理工序是决定滤布性能的最后一道工序。因而，首先对其后处理工 序中对玻璃纤维过滤布强力可能会产生影响的若干因素进行试验。经过现场观察 和初步分析、讨论，我们认为，后处理工序中可能会对玻璃纤维过滤布强力产生 影响的主要因素有：烘箱温度、收卷速度、收卷张力、含胶量的大小及各被动辊 的摩擦。因此，决定在试验时分别对这五个因素进行考查。 取1 2 卷膨体玻璃纤维过滤布，先对每卷布取样进行检测，然后为了排除浸润 剂的影响因素，首先以基本相同的脱蜡工艺参数进行脱蜡处理，在对每卷脱蜡布 也取样检验后，以相同的后处理配方、不同的处理温度、不同的收卷速度进行后 处理，以此来考查温度、速度的影响；模仿后处理时的收卷情况把脱蜡布从冷态 下的烘箱内空走一遍，以此考查各被动辊的摩擦对玻璃纤维过滤布强力的影响； 通过对比不同含胶量情况下的强力值的大小，来考查含胶量对强力的影响。由于 收卷张力的定量调整比较困难，只能凭人的感觉来定性地考查收卷张力的大小对 玻璃纤维过滤布强力的影响。 4 3 1 实验结果分析 从在不同条件下所做出的玻璃纤维滤布的强力测试值来看，试验方案拟定时 分析的五个可能的主要影响因素中，除了含胶量的明显变化对强力有所影响之外 ( 因收卷张力暂时无法定量控制，因而也就不能进行定量分析，至于定性分析下面 将谈到) ，其余三个因素的变化对玻璃纤维滤布强力的变化并没有显示出明显的相 关性，而且，对用相同参数、条件处理过的同一卷玻璃纤维过滤布分两次取样进 行检测，所测得的强力值差异较大。因而，初步认为造成玻璃纤维过滤布强力指 标不合格的主要原因是其坯布的强力离散性【59 i 。 6 扬州大学丁程硕士学位论文 以下对素布、脱蜡布及处理布强力数据分组及分布图进行分析： 图4 1j d 8 5 0 坯布经向强力分布图 图4 2j d 8 5 0 坯布纬向强力分布图 幽4 3j d 8 5 0 脱蜡布纬向强力分布图 6 2 曹正兵膨体玻璃纤维过滤布的材料试验和：艺研究 图4 4j d 8 5 0 脱蜡布经向强力分布图 图4 5j d 8 5 0 后处理布经向强力分布图 图4 6j d 8 5 0 后处理布纬向强力分布图 6 3 扬州大学工程硕+ 学位论文 从图4 1 、4 2 、4 3 、4 4 、4 5 、4 6 中可看出，素布、脱蜡布、后处理布不论 经、纬向，强力分布基本