一种高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料及其制备方法，属于过滤材料领域。

背景技术

目前，在用于生产制备耐高温烟尘滤料的有机合成纤维中，芳砜纶纤维是少数能够耐200℃以上温度并拥有自主知识产权的国产合成纤维的纤维之一。

迄今为止，一些科研院所和少数企业通过产学研等渠道对芳砜纶在袋式除尘用滤料的性能提升做了较多研究，其滤料种类多以芳砜纶与其他耐高温纤维的混纺滤料为主，研究重点主要放在芳砜纶类滤料的稳定性分析、耐酸碱腐蚀性能优劣、耐高温性能研究等方面，对芳砜纶类相关滤料的制备过程研究鲜有报道；其次，当前市场上的芳砜纶类滤料基本为混纺滤料，其后处理方式为涂层或浸渍，此类滤料并不能很好的保证滤袋的除尘精度和过滤效率，此外还有少量纯芳砜纶面层的滤料，其滤料自身存在经纬向强度较低，伸长率偏大等缺点，这些缺点严重影响了滤料的工况适应性；经相关信息汇总后发现，芳砜纶类滤料目前的使用领域多集中在水泥、电力、钢铁等行业，在其他一些特种行业还未见使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料及其制备方法，以解决现有芳砜纶类过滤材料在实际使用中存在的强度低伸长大、过滤精度不高、耐腐蚀性差等问题。本发明滤料产品可以承受200℃以上的高温，不仅可在水泥、电力、钢铁等传统行业应用，而且可应用于一些特种空气净化领域。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料，从上到下依次由PTFE高致密性微孔薄膜层和针刺毡复合而成，所述针刺毡从上到下依次由第一芳砜纶纤维面层、高强低伸型基布层和第二芳砜纶纤维面层复合而成。

为了提高滤料的耐腐蚀性，同时提高强度、降低伸长，所述的高强低伸型基布层为高强低伸型玻纤基布层；所述第一芳砜纶纤维面层和第二芳砜纶纤维面层均为2-6层。

为了提高滤料的过滤效率，同时保证过滤精度，所述的第一芳砜纶纤维面层和第二芳砜纶纤维面层均由细度为1.5～2.0D芳砜纶纤维和细度为2.0～2.8D的芳砜纶纤维制备而成；其中，细度为1.5～2.0D的芳砜纶纤维的质量百分含量为：38%～50%，余量为细度为2.0～2.8D芳砜纶纤维；两种细度的芳砜纶纤维长度均为51～76mm。

为了保证滤料的过滤效率，提高过滤精度，所述高强低伸型基布层克重为400-450gsm，所述第一芳砜纶纤维面层和第二芳砜纶纤维面层的克重均为100-300gsm；PTFE高致密性微孔薄膜层的孔径不小于0.02μm。

为了进一步保证过滤效率和过滤精度，PTFE高致密性微孔薄膜层的孔径为0.1μm～3μm。

上述过滤精度指通过滤料的最小粉尘粒径，通过滤料的最小粉尘粒径越小，过滤精度越高。

上述的高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：

①制备针刺毡；

②对步骤①所得的针刺毡进行高温热定型；

③对步骤②所得的针刺毡进行烧毛压烫处理；

④对步骤③所得的针刺毡进行全饱和浸渍处理，然后预烘、焙烘固化；

⑤将步骤④所得的针刺毡与PTFE高致密性微孔薄膜进行高温高压覆合，得高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料。

上述步骤②中使用拉幅热定型设备对针刺毡进行高温热定型；步骤③中使用烧毛压烫设备对热定型后的针毡进行烧毛压烫处理；步骤④中使用表面处理设备对烧压后的针刺毡进行全饱和浸渍处理，然后预烘、焙烘固化；步骤⑤中使用覆膜设备将浸渍处理后的针刺毡与PTFE高致密性微孔薄膜进行高温高压覆合。

为了提高滤料的过滤效率，步骤①中，针刺毡的制备为：将细度为1.5～2.0D芳砜纶纤维和细度为2.0～2.8D的芳砜纶纤维开松混匀后，经梳理成网和交叉铺网形成纤维层，然后分别叠放在高强低伸型基布层的上、下表面，预针刺初步成型，主针刺加固成针刺毡。

为了保证滤料的过滤效率，同时提高强度、降低伸长，步骤②中，高温热定型的温度为220～280℃下，时间为3～9min，速度为4～15m/min；步骤③中，烧毛处理时，所用燃料为天然气，且火头大小均匀，火口距离针刺毡面的距离为2～10cm；压烫处理时，为上、下两个热轧辊进行压烫，两热轧辊温度均为200～260℃，两热轧辊间压力为5～7KPa；烧毛压烫机组为一体化机组，处理速度为4～20m/min。

为了提高浸渍处理的效率，提高产品的耐热性及过滤效率，步骤④中，浸渍处理所用试剂的组分为：聚四氟乙烯乳液10～35%、聚丙烯酸酯乳液5～20%、硅油0.5%～2%、偶联剂0.5%～1.5%、余量为水；预烘的温度为200～270℃，时间为4～10min；焙烘的温度为180～250℃下，时间为5～12min；步骤⑤高温高压覆合的温度为300～360℃，压强为0.2～1.5MPa，覆膜机组车速为1.0～4.5m/min。

为了提高滤料的防腐蚀性，PTFE高致密性微孔薄膜由：60～85%的PTFE微细颗粒和15～40%的润滑剂制备而成，所述百分比为质量百分比。

PTFE高致密性微孔薄膜的具体制备为：PTFE微细颗粒、润滑剂混匀→制坯→推挤→压延→纵拉→横拉→PTFE高致密性微孔薄膜。

本发明未特别说明的技术均为现有技术。

本发明高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料的制备方法采用梳理成网和针刺加固制造针刺素毡，克重偏差较小，面密度均匀，可操作性强，较容易实现。本发明高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料高强低伸，经纬向强力均大于3000N/50mm，经纬向断裂伸长率均小于10%，强力指标较同类产品有大幅提高；可耐250℃等级的高温；耐腐蚀性强，抗氧化性佳；表面光滑，清灰效率高，高达99.99%；具有良好的低摩擦性、难燃性、绝缘性以及隔热性；芳砜纶细旦规格的纤维比例为38%～50%，与芳砜纶粗旦规格纤维混纺，此种粗细纤维搭配比例的混纺滤料较其他同类滤料过滤精度更高，使用寿命延长；由于本发明滤料具有过滤效率高、过滤精度高及高强低伸等性能，除应用于水泥、电力、钢铁等行业外，还可应用于一些特种空气净化领域。

附图说明

图1为本发明高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料的结构示意图。

图2为本发明针刺毡的制备工艺流程图。

图中，1为高强低伸型基布层；21为第一芳砜纶纤维面层；22为第二芳砜纶纤维面层；3为PTFE高致密性微孔薄膜层；4为空气流动方向。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

1）原料的选取和准备

选取细度为2.0D和2.8D的芳砜纶纤维，长度均为60mm；两种纤维均匀混合，其中细度为2.0D的芳砜纶纤维所占质量比例为：38%～50%，余量为2.8D的芳砜纶纤维；基布为玻纤基布，克重420gsm。

2）纤维加工区域的温湿度控制

整个生产车间均为玻璃罩壳密闭，有效防止外界气候和加工场所气流的不良影响，车间里加装空调设备、加湿和除湿设备；其中梳理成网和交叉铺网区域温度控制在20～35℃，相对湿度控制在50%～75%。

3）梳理成网与交叉铺网

将均匀混合后的芳砜纶纤维层喂入梳理机，工艺流程为双网双铺，高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料的设计克重为850gsm。纤维层喂入梳理机速度控制在0.5～1.0m/min；梳理成网后的纤维网经交叉铺网后形成玻纤基布上、下表面的毛网，上、下表面的毛网的克重分别控制在150～300gsm，交叉铺网纤维网层数分别控制在4层。以下表1为梳理机主要工艺参数：

表1

4）针刺加固

将交叉铺网后的毛网与玻纤基布进行针刺加固形成针刺素毡。其中主要的针刺工艺参数如下表2：

表2

整个针刺过程包括预针刺和主针刺，预针刺初步使得毛网与基布结合，最后主针刺加固成型。其中针刺毡总体的针刺密度控制在400～700刺/平方厘米，针刺过程中的牵伸比控制在2%～10%。

5）热定型

使用拉幅定型机组对针刺素毡进行热定型，热定型温度控制在220～280℃，热定型时间控制在3～9min，车速控制在4～10m/min。

6）烧毛压烫

烧毛压烫处理工艺参数如下表3

表3

烧毛处理时采用天然气为燃料并保证火头大小均匀。

7）表面处理试剂全饱和浸渍

此工序具体步骤为：首先按照重量比例将各种表面处理试剂的组分投放至搅拌器皿中，将混合液搅拌均匀，并将搅拌后的均匀混合液投放到浸渍器皿中；然后将烧毛压烫后的针刺毡经由放卷和牵伸后，输送至浸渍器皿中进行饱和浸渍；最后在热定型机组中进行特定温度范围内的预烘、焙烘、收卷。

其中表面处理试剂的配制见表4、5。

表4

表5

针刺毡经表面处理试剂饱和浸渍后，在230～270℃温度内预烘7min，再在200～230℃下焙烘9min，最后收卷。经表4所示的表面处理剂浸渍、预烘、焙烘后为针刺毡①，经表5所示的表面处理剂浸渍、预烘、焙烘后为针刺毡②。

8）高温高压覆膜

此工序的具体步骤为：首先将浸渍处理后的针刺毡和PTFE高致密性微孔薄膜分别置于各自的放卷装置上，并进行同步放卷，保证毡与膜的行进速度相同；然后在高温热辊的压迫下使得针刺毡与PTFE高致密性微孔薄膜进行热压覆膜；最后在牵伸条件下进行覆膜针刺毡收卷，得高强低伸型芳砜纶耐高温覆膜滤料。

其中针刺进行高温高压覆膜时，温度控制在340℃，压强为0.8MPa，覆膜机组车速控制在2.5m/min。步骤7）所得的针刺毡①经上述处理后得滤料①，针刺毡②经上述处理后得滤料②。

通过高温高压微环境下的毡膜熔融覆合过程控制，使得毡层表面纤维与膜表面的粘合点增多，同时毡层纤维表面附着的浸渍混合乳液在高温高压微环境中与PTFE高致密性微孔薄膜相互熔融，其分子链段交互迁移、整合后在新的位置上重新稳定，最终使得毡膜覆合牢靠。

覆膜处理后的针刺毡过滤效率高达99.99%以上，且易清灰，高效低阻，应用效果良好，使用寿命长，滤料①、②的性能指标见表6。

综上所述，在该滤料生产制备过程中，其各工序各工艺参数可在指定的范围内依照现场实际生产制备情况进行选择和调整。

以上仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计理念和制备过程控制方法并不局限与此，凡是利用本设计理念对本发明进行非实质性的调整或删减等行为，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

表6