（环境工程专业论文）高温烟气过滤除尘用合成纤维性能的试验研究.pdf

东华人学硕十研究生学位论文 体的成分及浓度。试验结果表明：纤维燃烧分解产物与其化学分子结构式相关。 四种纤维均为芳香族纤维，因此燃烧气中主要成分为c o ；p m i a 纤维、p s a 纤 维和p i 纤维因含有酰胺基( - n h c q 一) 结构，燃烧气中又含有n o x ；p p s 纤 维和p s a 纤维因分别含有苯硫基( c s 一) 和砜基( 一s 0 2 ) ，其燃烧气中 还含有s 0 2 。随温度的升高，c o 浓度呈近似正态分布曲线变化，最大值由高到 低依次为p m i a 纤维、p i 纤维、p s a 纤维、p p s 纤维：n o 、浓度呈阶梯状变化， 最大值由高到低依次为p m i a 纤维、p s a 纤维、p i 纤维；s 0 2 浓度呈波浪状曲 线变化，p p s 纤维的s 0 2 生成量大于p s a 纤维。 对p s a 纤维的耐化学腐蚀性能进行探索性试验研究。采用不同浓度的p t f e 乳液对纤维进行浸渍处理，并对处理后的p s a 纤维进行酸碱破坏性试验。试验 结果表明：浸渍处理后p s a 纤维，耐腐蚀时间延长，强度下降速度变慢。这是 由于纤维浸渍后表面包裹了一层p t f e 颗粒，利用p t f e 优异的耐化学腐蚀性能， p s a 纤维耐蚀性能提高与乳液的品质、浓度、处理方式等有关。 本课题对袋式除尘技术用滤料的纤维使用技术进行了较深入的研究，课题 成果对滤料纤维技术进步具有重要的实用价值和工程指导意义。 关键词：高温烟气，袋式除尘技术，合成纤维，滤料，芳砜纶，腐蚀性 幕季天荸 a b s t r a c t t h e e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nt h ep e r f o r m a n c eo f s y n t h e t i cf i b r e sf o rh i g ht e m p e r a t u r e f l u eg a sf i l t r a t i o n a b s t r a c t t h er e s e a r c hi sm a i n l ya b o u tt h ep e r f o r m a n c eo fs y n t h e t i cf i b r e su s i n gi nh i g h t e m p e r a t u r ef l u eg a sf i l t r a t i o n t h es y n t h e t i cf i b r e sa l et h em a i nr a wm a t e r i a l so ft h e f i l t e rm e d i af o rb a gf i l t e r , a n dt h ep e r f o r m a n c eo fw h i c h s u c ha sh e a tr e s i s t a n c e & c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，f l a m er e t a r d a n t ，w i l lm a k eas i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo nt h es e r v i c e l i f eo ff i l t e rm e d i a t h i sp a p e rf i r s t l ys u m m a r i z e sa n da n a l y z e st h ep r o p e r t i e so ff l u eg a s ，m a i n f a c t o r sa f f e c t i n gt h ep e r f o r m a n c eo ff i b r e sf r o mv a r i o u si n d u s t r i a lk i l n s ，a n dt h e a p p l i c a t i o ns t a t u so fd i f f e r e n tf i b r e s b a s e do nt h ee x i s t i n gf i b r et e s t i n gm e t h o df o r f i b r e sp e r f o r m a n c eh o m ea n da b r o a d ，ar e a s o n a b l ea n ds p e c i f i ct e s tm e t h o di s d e s i g n e dt om e e tt h et y p i c a lp r o b l e m so ff i b r e si na p p l i c a t i o n m o r ec o m p r e h e n s i v e r e s e a r c ha n da ne x p l o r a t o r ys t u d ya r et a k e no nt h ep e r f o r m a n c eo fp o l y s u l f o n a m i d e f i b r e ( p s af i b r ef o rs h o r t ) ，w h i c hh a sd o m e s t i ci n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s ，t om a k e p s af i b r em o r e c o m p e t i t i v e a sf i l t r a t i o nm e d i ai sv u l n e r a b l et oc o r r o s i o nw h e nt h eg a st e m p e r a t u r eb e l o wi s d e wp o i n t ，p o l y p h e n y l e n es u l f i d e ( p p s ) f i b r e ，a r o m a t i cp o l y a m i d e ( p m i a ) f i b r e ， p o l y i m i d e ( p i ) f i b r ea n dp o l y s u l f o n a m i d e ( p s a ) f i b r e ，w h i c ha r ec o m m o n l yu s e di n h i g ht e m p e r a t u r ee x h a u s tf i l t r a t i o n , a r ec h o o s ea ss a m p l e u s i n g s u l f u r i ca c i d ， h y d r o c h l o r i ca c i d ，s o d i u mh y d r o x i d ea n do t h e rc h e m i c a lr e a g e n t s ，f i b r ed e s t r u c t i v e t e s ti sp e r f o r m e du n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n dc o n c e n t r a t i o nc o n d i t i o n ，t h r o u g h w h i c hm a i np e r f o r m a n c ei n d i c a t o r so ff i b r ec a nb em e a s u r e da n dc o m p a r e d ，t h u st h e c o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fd i f f e r e n tf i b r e si sc o n c l u d e d t h er e s u l t ss h o wt h a t c o r r o s i o n - r e s i s t a n tp e r f o r m a n c eo ff i b r ei sr e l a t e d 、析t i lf i b r ec h e m i c a ls t r u c t u r e c h e m i c a lr e a g e n tt y p e ，c o n c e n t r a t i o n ，a n dt e s t i n gt e m p e r a t u r e p p sf i b r eh a st h eb e s t c h e m i c a lr e s i s t a n c ea m o n gt h e s ef i b r e s ，w h i c hi sl e s sa f f e c t e db ye n v i r o n m e n t a l f a c t o r s t h ef i b r e s ，w h o s ep o l y m e ri sm a d eb yp o l y c o n d e n s a t i o n ，t a k ep l a c e h y d r o l y s i sr e a c t i o ne a s i l yi nac e r t a i nt e m p e r a t u r ea n dp he n v i r o n m e n t ，r e s u l t i n gi n i i i 东华人学硕士研究生学位论文 t h es t r e n g t hd e c r e a s e ds h a r p l y t h ea c i dr e s i s t a n c eo fp if i b r e sa t8 5 i sb e t t e rt h a n t l l a to fp m i af i b r e ，w h i c hi s a p p r o x i m a t e l ye q u a lt ot h a to fp s af i b r e p if i b r ei s s e n s i t i v ea g a i n s ta l k a l ic o r r o s i o na n dw i l ld i s s o l v ei na l k a l il i q u i dq u i c k l ya th i g h t e m p e r a t u r e p m i af i b r eh a sa l k a l ir e s i s t a n c eaf e wb e t t e rt h a nt h a to fp s a f i b r e af i b r ec o m b u s t i o nd e v i c ei sd e s i g n e df o rf i b r e s b u r n i n ga n daf l u eg a sa n a l y s i s e q u i p m e n ti su s e dt om e a s u r et h ec o m p o s i t i o na n dc o n c e n t r a t i o no fc o m b u s t i o ng a s o fd i f f e r e n tf i b r e s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed e c o m p o s i t i o np r o d u c t so ff i b r e sa r e b a s i c a l l yd e c i d e db yt h e i rc h e m i c a ls t r u c t u r e f o u rf i b r e sa r ea r o m a t i cf i b r e ，w h o s e c o m b u s t i o ng a sc o m p o s e sm a i n l yo fc o ；n o xa l s oa p p e a r si nt h ec o m b u s t i o ng a so f p m i af i b r e ，p s af i b r ea n dp if i b r eb e c a u s eo fc o n t a i n i n ga m i d e ( - n h c 一) g r o u p s p p sf i b r ea n df i b r ep s ar e s p e c t i v e l yc o n t a i n i n gt h i o p h e n y l ( 一s ) a n ds u l f o n e ( 一s 0 2 一) ，w h i c ha l s o c o n t a i ns 0 2 w i t ht h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ，c o c o n c e n t r a t i o n sw e r en o r m a ld i s t i l b u t i o nc u r v e ，n 0 xc h a n g e si nas e r i e so fc a s c a d e c u r v e 。a n ds 0 2s h o w sl i k ew a v yc u r v e t h em a x i m u md e s c e n d i n gs e q u e n c ei sp m i a f i b r e ，p if i b r e ，p s af i b r e ，p p sf i b r ei nt u r na n dt h a to fn 0 xi sp m i af i b r e ，p s af i b r e ， p if i b r e t h er e l e a s i n go fs 0 2f r o mp p sf i b r ei sm o r et l l a l lt h a to fp s af i b r e i no r d e rt oi m p r o v i n gt h ec o r r o s i o n r e s i s t a n tp e r f o r m a n c eo fp s af i b r e t h ew a y o fp t f ee m u l s i o ni m p r e g n a t i n gi nd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n si sa d o p t e d ，a n da f t e rt h a t ， p s af i b r ei ss t i l ld e s t r u c t i v et e s t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tc o r r o s i o nr e s i s t a n c et i m eo f p s af i b r ei se x t e n d e da n dt h es t r e n g t hd e c l i n es l o w l yd o w nt h r o u g hi m p r e g n a t i o n 删si sb e c a u s et h es u r f a c eo fp s af i b r ew r a p p e dw i t hal a y e ro fp t f ep a r t i c l e s u s i n gp t f ee x c e l l e n tc h e m i c a lr e s i s t a n c et oc o r r o s i o n t h e r ea r em a n yf a c t o r s i n f l u e n c et h eo p t i m i z e dp e r f o r m a n c eo fp s af i b r e ，s u c ha sp t f ee m u l s i o nq u a l i t y , c o n c e n t r a t i o n ，t r e a t m e n ta n do t h e rr e l e v a n t t h er e s e a r c hi so ft h eb a gf i l t e rf i b r et e c h n o l o g i e si n d e p t h , t h er e s u l t so fw h i c h h a sa ni m p o r t a n tp r a c t i c a lv a l u ea n de n g i n e e r i n gg u i d a n c ef o rp r o j e c ta n dp r o m o t e s t h ep r o g r e s so ft h et e c h n o l o g yo ff i l t e rm a t e r i a l s f i b r e k e y w o r d s ：h i g ht e m p e r a t u r ef l u eg a s ，b a gf i l t e rt e c h n o l o g y , s y n t h e t i cf i b r e s ，f i l t e r m a t e r i a l ，p o l y s u l f o n a m i d ef i b r e ，c h e m i c a lr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c e 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：哥蜩昏 日期：之i 弦彩年；月l d 日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 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 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 f 不保密d 。 学位论文作者签名：浒醐 彩 日期：游年乡月ip 日 指导教师签名： 日期：如氓年3 月l o 曰 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 工业炉窑面多量广，钢铁、水泥、有色冶金、化工、机械等行业的工业炉 窑，其污染仅次于燃煤锅炉。许多工业炉窑烟气不仅温度高，含尘量大，而且 烟气成分复杂。随着环保标准的日益严格，尤其是加强了对烟尘排放的控制， 许多行业的烟尘排放标准纷纷修订到3 0 5 0 m g m 3 ，袋式除尘器以其高效的除尘 效率，在烟气除尘中的应用越来越广泛。滤料是袋式除尘器的关键部件，滤料 性能对除尘效果影响很大，有关滤料过滤性能、耐腐蚀性能等方面的研究也较 多。纤维是滤料的重要组成材料，耐高温滤料纤维以合成化纤为主。滤料在使 用过程中存在化学腐蚀、氧化、水解、燃烧等问题，最终原因还是由于其纤维 的损坏造成的，而目前结合实际问题对滤料纤维的性能进行的相关研究较少。 本课题结合上海市环境保护局“上海市工业炉窑大气污染物排放标准研究” 项目和上海特安纶纤维有限公司“用于过滤制品的芳砜纶系列产品开发与应用 研究”项目。针对高温烟气除尘过滤用纤维性能研究中存在的问题，主要对纤 维的耐腐蚀性能和燃烧气释放性能进行试验研究，并对芳砜纶纤维在高温烟气 除尘领域的应用进行探索性试验研究。 1 2 研究背景 ( 一) 工业炉窑工业的污染现状概述 我国工业炉窑数量多，种类繁，几乎遍布各个工业行业中，其中钢铁、建材、 有色金属冶炼等工业发展较快，污染问题较为严重i l l 。“十五”期间，我国的 钢铁、有色金属、建材、化工四大耗能产业加上火力发电行业的发展速度较快， 2 0 0 5 年我国的煤炭产量达到了2 1 9 亿吨，其中发电消耗了1 1 亿吨，钢铁2 5 亿 吨，建材3 亿吨，化工1 亿吨，其他方面4 亿吨1 2 。 全国有4 9 9 2 家钢铁企业，2 0 0 5 年全国粗钢产量3 4 9 3 6 万吨，超过世界产量 尔华人学硕士研究生学位论文 的3 0 ，2 0 0 5 年新增的生产能力超过l 亿吨。钢铁行业是主要的大气污染来源 之一，钢铁工业中的大型高炉、转炉、电炉等都是主要的尘源点。我国钢铁行 业污染治理水平很不平衡，新建的大型企业如宝钢，从建厂开始就采用高效的 除尘治理设备，其废气排放达标为1 0 0 。但是还有不少老企业及中小型企业， 除尘设备落后，急需改造【3 j 。 2 0 0 5 年我国的水泥产量达到1 0 6 亿吨，超过世界水泥产量的4 0 。2 0 0 5 年 底，我国新型干法生产线达到6 1 5 条，日产5 0 0 0 吨规模的生产线已达到一百多 条，日产1 0 0 0 0 吨的生产线也有3 条。预计在“十一五”期间，新型干法水泥 的比例要达到6 0 ，新增大中型干法生产线2 0 0 3 0 0 条。这些大规模的水泥生 产线的收尘至关重要。新型干法水泥生产线的窑头、窑尾、烘干机、磨机都是 主要的除尘对象例。 另外，随着我国城市化的进程加速，垃圾焚烧炉( 包括生活垃圾、医疗垃圾、 危险废物焚烧) 也迅速发展起来。2 0 0 5 年，在建并投入运行的垃圾焚烧厂达9 座 以上，总规模为5 4 0 0 v d 。至2 0 0 5 年底，国内垃圾焚烧厂处理能力达2 5 8 万t d ， 为2 0 0 0 年的9 5 5 倍。“十一五”期间危险废物和医疗废物处置工程列为国家八 大重点环境保护工程之一，确保完成3 1 个省级危险废物处置中心，3 0 0 个市级 医疗废物集中处置中心，其中将会有很多采用焚烧处理【4 】。 ( 二) 环保标准日益严格 为了满足这部分污染企业的环保要求，加强对大气污染物的排放控制，国 家的环保标准日益严格。国家环保总局在“十五期间先后颁布了火电、水泥 两个主要污染行业的大气污染排放标准。“十一五 的环境规划已明确将主要污 染物排放总量比2 0 0 5 年减少1 0 作为约束性指标，通过制定更为严格的标准是 达到污染物总量控制的一个有效途径【2 1 。 1 9 9 6 年国家颁布的火电厂大气污染物排放标准，燃煤锅炉烟尘排放浓度 在15 0 - 6 0 0 m g m 3 之间，二氧化硫的排放浓度依据耗煤量而定，氮氧化物最低排 放标准为6 5 0 m g m 3 i s j ；2 0 0 3 年颁布的新标准中，将烟尘排放浓度最低降到了 5 0 m g m 3 ，二氧化硫排放浓度为4 0 0 m m 3 ，氮氧化物排放浓度降低到4 5 0 m g m 3 f 6 】 o 1 9 9 6 年国家颁布的水泥工业大气污染物排放标准，烟尘排放浓度在 1 0 0 - 1 5 0m g m 3 之间1 7 1 ；2 0 0 4 年颁布的新标准中，将烟尘排放浓度修订到3 0 5 0 m e d m 3 ，二氧化硫排放浓度也降低到了2 0 0 - 4 0 0 m g m 3 【8 】。 2 。缝熊 第1 章绪论 我国2 0 0 1 年首次颁布了有关生活垃圾焚烧炉和危险废物焚烧炉污染控制标 准，颗粒物的排放浓度分别为8 0 m g n m 3 和7 5 m g n m 3 ，二嗯英的排放浓度为1 0 n g t e q n m 3 【9 】【1 0 】，欧、美、日等国家焚烧炉的颗粒物排放浓度在5 - 3 0 m g n m 3 之间， 二嗯英的排放浓度为o 1 n gt e q n m 3 1 1 1 】。颗粒物会吸附二嗯英，如果不对颗粒物 排放浓度进行严格控制，有毒物质二噫英的排放也将超标【l2 1 。根据发达国家的 经验，如果要是二嗯英的排放浓度低于0 1 n gt e q n m 3 ，颗粒物的排放物浓度必 须低于5 m g n m 川13 1 。 我国在1 9 9 6 年颁布了工业炉窑大气污染物排放标准，替代1 9 8 5 年颁布 的钢铁、轻金属、重有色金属、沥青等工业的污染物排放标准中有关工业炉窑 的部分，及1 9 8 8 年颁布的工业炉窑烟尘排放标准【l 4 | 。 我国的工业炉窑面多量广，除了水泥、炼焦等污染严重工业单独实施行业 标准以外，其他工业炉窑目前仍执行1 9 9 6 年的国家标准。其中，烟尘排放浓度 为1 0 0 - 3 0 0 m g n m 3 ，二氧化硫排放浓度为8 5 0 m 4 0 0 m g n m 3 。现执行标准中不仅 缺少氮氧化物排放浓度的规定，另外氟化物、重金属等的排放浓度也已经不能 满足目前的环保要求【l4 1 。我国一些经济较发达地区，如北京、广东等已分别制 定严于国家标准的工业炉窑相关的地方标准l l 引。 标准的颁布和执行需要以高效、经济、可靠的污染治理技术及设备作为支 撑，除尘技术也随着环保要求的严格，不断地进行改进l l6 j 1 1 7 】。从重力沉降室到 惯性除尘器，单管旋风除尘器到组合式多管旋风除尘器，再到后来广泛应用的 电除尘器。袋式除尘器具有除尘效率高，有效去除p m l o 、p m 2 5 等微细颗粒；适 应性强，可捕集各类性质的粉尘，且不因粉尘的比电阻等性质而影响除尘效率； 运行稳定可靠，适应的烟尘浓度及烟气量范围广；便于回收物料，二次污染少 等优点，逐渐成为众多除尘设备中应用最多的一种i l 引。 ( 三) 袋式除尘用滤料及纤维的应用 滤袋作为袋式除尘器的关键部件，对袋式除尘器的除尘效果影响很大。2 0 世纪七八十年代，袋式除尘器在钢铁、电力、水泥、有色冶金等行业高温烟气 的除尘应用中，由于受到过滤材料的耐温、耐腐蚀等的局限，没有较好地发展 起来i l9 1 。近几年，随着滤料纤维技术的进步，适用于高温环境的除尘滤料也快 速发展起来，大大地开拓了袋式除尘器在高温除尘的应用领域，而滤料的需求 量也逐年增加。2 0 0 5 年，我国滤料产量约4 0 0 0 万平方米，其中化纤滤料3 0 0 0 东华大学硕士研究生学位论文 万平方米2 0 】。2 0 0 6 年，滤料总生产量初步估算约为5 0 0 0 万平方米【2 l 】。 袋式除尘器的可靠性很大程度取决于滤料的性能，而纤维是滤料的主要材 料。随着滤料需求的增长，滤料用纤维的需求量也随之增加，尤其是耐高温合 成纤维。 目f j 我国的耐高温合成纤维主要依赖进口。p p s 纤维，主要有日本东丽公司 的特康 p p s 纤维，日本东洋纺公司的普康 p p s 纤维等，我国也有少数几家公司 开始生产p p s 纤维1 2 2 】；聚酰亚胺纤维，主要有奥地利兰精公司的p 8 4 纤维和法 国隆波利公司的k e r m e l 纤维，目前我国这类纤维主要依靠进口【2 3 1 ：芳香族聚酰 胺纤维，我国称为芳纶1 3 1 3 ，目前主要有美国杜邦公司的诺梅克斯( n o m e x ) 纤维，日本帝人公司的t e i j i n c o n e x 芳纶纤维，杜邦帝人先进纤维( 香港) 有限 公司的美塔斯( m e t a m a x ) 纤维等，我国实现工业化生产的芳纶纤维，主要有 山东烟台氨纶厂的纽士达 芳纶和广东新会彩艳股份有限公司的彩芳斯 ( c h i n f u n e x ) 芳纶【2 4 1 ；p t f e 纤维目前主要的生产商有日本东丽公司的 “t o y o f l o n p t f e 纤维，另外美国的戈尔、杜邦公司等也都有生产p t f e 纤维，我国常州中澳高分子材料有限公司、上海凌桥环保设备厂有限公司等也 有生产该纤维1 25 。 1 3 滤料纤维技术研究进展与现状 1 3 1 滤料纤维技术研究进展概述 ( 一) 滤料纤维材质进展 2 0 世纪5 0 年代以前，滤料用纤维主要是棉、毛、麻等天然纤维，存在使用 温度低( 使用温度在1 0 0 以下，一般为7 5 8 5 ) 、吸湿率高、耐腐蚀性 能差等缺陷。除在某些常温条件下，现已很少使用1 2 酬。 滤料纤维是向使用温度高、吸湿率低、耐腐蚀等方面发展，近年来，无机纤 维滤料和合成纤维滤料取得了长足的发展。 玻璃纤维目前是滤料中使用最广的无机纤维。玻璃纤维织成的滤料最大的特 点就是耐高温，使用温度在2 3 0 - - 2 8 0 之间，另外还具有吸湿性、延伸率小、 抗拉强度大、过滤性好、阻力低、价格比其他无机纤维低等优点。不过玻璃纤 维较脆、抗弯性差、不耐磨、不能处理含h f 气体的烟尘，因而在使用上也有一 4 燃 第l 章绪论 眺：i l 瑚啦缸竹越1 首缵卡p 定的局限性，而陶瓷纤维尚处于研发阶段，用它织成的滤料很好地克服了玻纤 的一些致命弱点。随着技术的成熟，陶瓷纤维将会取代玻璃纤维成为滤料无机 纤维的主流。 合成纤维是随着石油化工的发展而发展起来的。2 0 世纪7 0 年代，国外已开 始致力于研究开发耐高温合成纤维。合成纤维具有强度高，耐腐蚀性，耐温性、 耐磨性好等优点1 27 1 。目前用于高温除尘领域的合成纤维主要有芳香族聚酰胺 ( p m i a ) 纤维、聚苯硫醚( p p s ) 纤维，聚酰亚胺( p i ) 纤维、聚四氟乙烯( p t f e ) 纤维 等。这些纤维织成的滤料具有除尘效果高、耐温高、阻力小、过滤风速大、耐 腐蚀性能好、使用寿命长等优点。 ( 1 ) 聚苯硫醚纤维发展概述 最早开发成功p p s 纤维的是美国菲利浦石油公司，在1 9 6 7 年取得以对二氯 苯和硫化钠为原料在n 甲基吡咯烷酮极性溶剂中合成p p s 的专利，1 9 7 1 年实 现工业化生产，19 7 3 年建成2 6 k t a 规模生产装置，实现p p s 树脂的工业化生产； 1 9 7 9 年合成出适于纺丝的高分子质量线性p p s 树脂并实现了工业化生产，生产 出商标名“r y t o n ( “莱登”) 的p p s 纤维投放市场，受到各国的高度重视；在1 9 8 5 年以前，美国p h i l l i p s 公司一直垄断着p p s 的生产和市场。但在其后短短几年时 间里，同本公司纷纷建立了树脂及复配料加工厂，东丽公司、东洋纺公司、吴 羽公司相续进行了p p s 纤维的开发，德国拜尔公司在比利时也建成了4k t ap p s 生产装置；1 9 8 9 年p h i l l i p s 公司在将国内p p s 生产能力扩大到7 5k t a 的基础上， 还在同本与东丽公司合建了1 个7 5k t a 的p p s 树脂合成厂；1 9 9 3 年4 月p h i l l i p s 公司撤出股份并由东丽公司独资生产经营。 2 0 0 1 年，a m e r i c a nf i b e r s & y a m s 公司将该纤维生产技术专利全部转让给日 本东丽公司。商品牌号也由“r y t o n , , 改为“t o r c o n ( “特康 ) ，目前年产 量约1 5 0 0 吨( 其中爱嫒5 0 0 f f a 短纤维装置，o k a z a k i l 0 0 t a 长丝装置) 。东洋纺 公司的年产量为6 4 0 吨( 其中岩国5 4 0 f f a 短纤维装置，敦贺l o o t a 长丝装置) ， 商品名为“p r o e o n ，( “普康固) 。 目f i ，全球p p s 纤维的市场需求量大约为3 0 0 0 t a ，主要的生产商是日本东 丽工业公司和日本东洋纺公司，这两家公司也是我国滤料用p p s 纤维的主要供 应商，它们使用r 本吴羽化工的p p s 树脂。另外两家p p s 纤维厂家是美国的f i t 公司及法国的n e x i s ( 原名罗地亚) 公司，使用德国泰科纳的p p s 树脂。美国公司 东华人学硕士研究生学位论文 的p p s 纤维2 0 0 7 年1 月已开始进人中国。 国内于2 0 世纪7 0 年代已开始了p p s 纤维的开发，但进展缓慢，生产规模 较小，且品种少、远不能满足需求。2 0 世纪8 0 年代术，就有四川大学、四川省 纺织工业研究所、中国纺织大学等单位进行了p p s 纤维的纺制工作，试制出了 p p s 纤维样品并进行了初步的性能研究；1 9 9 3 年四川省纺织工业研究所生产出 了单丝纤度6 - - 7 d t e x ，强度达2 8 3 5 c n d t e x 的聚苯硫醚长丝并试织成了聚苯硫 醚织物，但这些工作都没有继续深入形成商品化的产品；直到2 0 0 4 年，德阳科 技公司的聚苯硫醚纤维级树脂和聚苯硫醚纤维产品正式形成了生产能力，我国 的聚苯硫醚纤维才有了商业化的产品，其聚苯硫醚长丝纤维强度达到3 c n d t e x 。 此外，海宁营口耐斯特环保科技有限公司、江苏张家港瑞泰新中环保有限公司 和东邦特种纤维有限公司已有批量生产，浙江海宁新能纺织有限公司2 0 0 8 年也 将投入p p s 纤维生产f 2 8 1 【2 9 1 。 ( 2 ) 聚酰亚胺纤维发展概况 聚酰亚胺纤维的品种还比较少，其中p 8 4 是产品化最早的聚酰亚胺纤维。 由奥地利l e n z i n g 公司，即现在美国的i n s p e cf i b r e s 公司在2 0 世纪8 0 年代中期 最早研制成功，并在1 9 8 5 年实现工业化生产，目前产量在3 0 0 吨左右。前苏联、 日本、法国等国的多家公司，也在2 0 世纪8 0 、9 0 年代研发成功各具特色的聚 酰亚胺纤维，其中以法国隆波利公司开发的芳香族聚酰胺一酰亚胺纤维最为成 功。k e n n e l 公司是欧洲领先的生产防护服用高科技的公司，主要生产防护服用 k e n n e l 纤维和工业用k e n n e l 圆t e c h 纤维两大类产品，产量已达到1 0 0 0 t ，a 左右。 2 0 世纪8 0 年代初，我国上海合成纤维研究所，试制成功耐高温聚酰亚胺纤 维。吉林纺织工业设计研究院与长春应化所合作，成功地试制结构材料用高强 高模的聚酰亚胺纤维。由于种种原因产业化进展缓慢，目前国内主要依靠进口， 中国滤料用聚酰亚胺纤维主要为兰精公司的p 8 4 ，价格较贵1 2 3 j 1 3 。 ( 3 ) 芳香族聚酰胺纤维发展概述 聚问苯二甲酰间苯二胺( p m i a ) 纤维，我国简称芳纶1 3 1 3 ，是世界上开发最 早的耐高温纤维。美国杜邦公司在2 0 世纪6 0 年代初首先研制成功的，当时商品 名为h t 1 纤维。1 9 6 3 年完成中试( 2 3 0 f f a ) ，更名为n o m e x 。1 9 6 7 年在s p r u a c e 工厂正式开始工业化生产，目前产能在2 5 0 0 0 t a 以上。日本帝人公司生产的芳纶， 商品名为c o n e x ，以国内销售为主，年产量约为2 3 0 0 2 6 0 0 吨，另外日本尤尼 吉卡公司有0 3 k f f a 的规模小厂。 6 。缝缴 第1 章绪论 我国对芳纶纤维的研制工作始于2 0 世纪6 0 年代。近年来发展迅速，中国已 是世界上第四个生产芳纶1 3 1 3 的国家。目前，广东新会彩艳股份有限公司和山 东烟台氨纶厂均能采用低温溶液聚合方法和湿法纺丝工艺工业化生产芳纶1 3 1 3 纤维，已有上千吨规模。 目前，商业化的芳纶1 3 1 3 纤维有d u p o n t ( 杜邦) 的n o m e 妒、t e i j i n ( 帝人) 的 c o n e x 圆、u 1 1 i t i k a ( 尤尼吉卡) 的a p y e i l 等，而我国芳纶滤料用纤维主要由美国 d u p o n t 和同t e i j i n 两家所供应1 2 4 。 ( 4 ) 聚砜酰胺纤维发展概况 2 0 世纪6 0 年代术，前苏联以对苯二甲酰和4 ，4 二氨基二苯砜为原料，首 先研制成功全对位聚砜酰胺纤维，商品名为c y j - l b o h t 。1 9 7 2 年完成中试，据 称后来未实现工业化生产。 1 9 7 3 年我国上海市纺织科学研究院率先进行共聚芳砜酰胺的研究，率先研 制成功以对苯二甲酰氯( t p c ) 和4 ，4 二氨基二苯砜( 4 ，4 - d d s ) 及3 ，3 - 二氨 基二苯砜( 3 ，3 - d d s ) 为原料的聚砜酰胺纤维，改变国际上其它公司所采用的以 间苯二胺为第2 单体的传统工艺路线，创造性地引入了对苯结构和砜基结构， 使酰胺基和砜基相互连接对位苯基和间位苯基构成线型大分子，自主研制开发 了新型耐高温纤维，国内称为芳砜纶( p s a ) ，它的问世填补了我国耐2 5 0 等 级合成纤维的空白。2 0 世纪8 0 年代，先后建成2 5 f f a 和l o o f f a 小试和中试生产 线，并分别对其聚合物、纤维、油剂、织物和绝缘材料进行了研制开发。但由 于工艺和设备等方面不够完善，产品性能主要在强度和成纱性能方面与国外同 类产品有一定的差距，成本较高，在2 0 世纪9 0 年代停止运作而未能实现工业 化。 2 1 世纪初，芳砜纶再次受到有关方面重视。2 0 0 0 年，中国工程院对我国高 性能纤维状况调研之后，给国务院的报告中对芳砜纶有专门的评述和建议：“上 海自主开发的芳砜纶，其耐高温特性高于美国同类产品，已用于军工配套和环 保过滤材料等，打破了国外垄断。这是我国自主开发的技术，应集中人力物力 予以恢复并扩大生产 。2 0 0 2 年，上海纺织集团集中上海市纺织科学研究院和上 海市合成纤维研究所整合的优势力量，结合东华大学等多所高校进行产学研联 合攻关，在上海奉贤设立了芳砜纶产业化研究基地，建成了5 0 吨年中试生产线。 2 0 0 6 年1 月，芳砜纶产业化一期项目正式启动。2 0 0 6 年3 月2 日，成立了上海 7 东华人学硕十研究生学位论文 特安纶纤维有限公司，芳砜纶纤维注册商品名为t a n l o n 【2 3 】【3 1 1 。 ( 二) 滤料纤维形态进展 耐高温滤料纤维多选用合成纤维，除了合成纤维具有强度高，耐腐蚀性好， 耐温性及耐磨性等优点外，另外一个主要原因就是合成纤维的可设计强，通过 改变纤维的组分、形状等可以有效地改变滤料的过滤性能p 引。 早期滤料纤维由于受到纤维品种和纺丝技术的限制，主要以圆形截面纤维 为主，例如芳纶1 3 1 3 纤维；之后随着p 8 4 纤维和p p s 纤维在过滤材料上的应用， 过滤纤维的形态发生了改变。p 8 4 纤维截面呈不规则叶状形，见图1 1 。异形纤 维在提高过滤效率和降低滤料阻力等方面优于其它圆形截面纤维【3 3 1 。异形纤维 可通过改变喷丝孔形状获得，图1 2 为几种非圆形喷丝孔形状及相应纤维横截面 形状。 p p s 纤维为热塑型纤维，可以采用熔融法纺丝工艺，因此容易实现对纤维的 截面设计，使得纤维具有多样性。p p s 纤维可加工成异形截面，如三叶形、中空 和带状。熔融法纺丝制得的纤维最常见的截面形状是三叶形，见图1 3 。 p p s 纤维也可加工成d g 型纤维，见图1 4 。这种纤维与其它横截面的纤 维相比具有更大的表面积，是圆形截面纤维的3 倍，比三叶形截面纤维在空气 过滤应用上效果更好。这种截面最显著的优点就是这种截面中的深槽可产生气 流旋涡现象，涡流在纤维的凹槽中形成天然的粒子储藏室，制成的滤料可以容 纳相当数量的微粒也不会造成过滤材料孔隙的堵塞和过滤器的压降损失3 3 】【3 4 1 。 ( - - - ) 新型纤维技术在滤料上的应用 近几年，新型纤维技术开始在滤料纤维上应用，其中多组分纤维是目前研 究的热点。多组分纤维，是指在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的 聚合物，这种纤维也称为复合纤维。这种纤维中所含有两种或两种以上组分相 互补充，因此复合纤维的性能通常优于常规的合成纤维。根据纤维横截面的不 同，多组分纤维可分成并列型、皮芯型、海岛型、偏芯型、橘瓣型、裂离型、 混合型等，复合纤维的几种主要截面形状见图1 5 p5 。根据不同聚合物的性能及 其在纤维横截面上分配的位置，可以得到许多不同性质和用途的复合纤维。 8 第1 章绪论 图1 - i1 8 4 纤维不规则截面图 丛毒g 庞呤渤ao 图i 一2 几种非圆形喷丝孔形状及相应 纤维横截面形状 ( a ) “# ( b ) 耩# m h 隧三 图1 - 3p p s 纤维三叶形截面图1 - 4p p s 纤维的d g p 截面彤状 ( 0 图1 - 5 复合纤维的几种主要截面形状 a ) 、( b ) 月刊型( c ) 、( d ) 业型( e ) 、( r ) 裂离型( g ) 海岛型 j 、华人学硕i 研究生学位论文 皮芯型纤维是兼有两种聚合物特性或突出一种聚合物特性的纤维。目前这 类技术在在滤料纤维上已有应用。其q ，般组分皮芯型p p s 复合纤维是目前研究 的热点。谶纤维截面是以聚酯( p e t ) 为芯层，p p s 为皮层的皮芯型截面。芯采 用聚酯可以显著降低成本，同时袁层的p p s 对芯层的聚酯起到保护作用，使其 在烟气过滤时而不会遭到破坏。这种p p s p e t 的皮芯型纤维的技术发展刚刚起 步，在袋式除尘器过滤材料上的应用具有一定的潜力”。皮芯型纤维结构示意 图见1 6 、1 7 1 ”。 图1 - 61 0 皮芯型纤维图i 7p e t p p s 皮芯结构纤维 滤料纤维不仅从原先单一的圆形截面发展到多种异形截面，超细纤维技术 在过滤材料上的应用，实现了滤料纤维 】| 啦一尺度到多种尺度的转变。滤料表 层