技术领域
[0001] 本
发明属于耐高温针刺毡技术领域,具体涉及一种耐高温耐折复合针刺毡。
背景技术
[0002] 在化工、石油、
冶金、电
力及其他行业中,需要对经过工艺或工质作用后的高温含尘气体进行除尘,过滤材质的合理选择和处理会影响高温烟气的过滤效果及使用寿命,其中聚酰亚胺即P84可在260℃条件下可以连续使用,瞬时
温度可达280℃,P84
纤维具有不规则的
叶片状截面,比一般圆形截面增加了80%的表面积,具有较强的阻尘、补尘能力,提高过滤效率,还会因为其内
应力大小不同,使纤维之间具有较强的抱合力和缠结力,在合理处理后其使用寿命和排放浓度能够达到理想效果,但其价格较贵,限制了其推广使用;
玄武岩纤维属于
硅铝酸盐系纤维,具有较好的化学
稳定性和优异的力学性能,制备方法简单,成本较低,但现有的玄武岩纤维使用寿命仍受温度限制,如美国Nebraska电厂利用玄武岩纤维滤料袋式除尘,滤料寿命在200~240℃连续运行可达7~10年;芳砜纶纤维的纤维分子结构中含有酰胺基等极性基团,能够提高纤维的吸湿性,除具有优异的耐热性能、电绝缘性能和化学稳定性能,还具有卷曲稳定性,在高温条件下强力损失较少,究其原因,使因为在高温条件下,芳砜纶纤维内部的大分子剧烈运动,排列呈现无规则性,纤维内部凝聚缠结点的强度增大,晶核细化现象发生,表现出取向度降低而结晶度增加,使分子间以较强的键能连接,缝隙空洞减少,强力相应提高,但当
聚合物受热到一定程度时,其弱键开始裂解,随着受热时间的延长,聚合物的分子结构会发生较为强烈的断裂,开始解聚成
单体或者裂解成聚合物单元无关的断链产物,并引起聚合物大部分化学键的离解作用,导致纤维强度的快速下降,因此,为了使芳砜纶纤维能够在高温条件下保持力学性能,需要对芳砜纶纤维加工处理。
发明内容
[0003] 本发明的目的是针对现有的芳砜纶纤维在长时间受热的使用环境中纤维强度下降过快的问题,提供了一种耐高温耐折复合针刺毡。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的:一种耐高温耐折复合针刺毡,包括PTFE纤维基布,所述PTFE纤维基布的原材料按重量份计包括PTFE
树脂粉82-88份、乙撑硫脲4.4-4.8份、苝二酰亚胺2.8-3.2份、立方
碳化硅1-2份、
氧化锌0.2-0.6份、
润滑剂10-14份;还包括由多种耐高温纤维制成的
面层,所述耐高温纤维分别为:P84纤维、芳砜纶复合纤维和PTFE纤维,其重量配比为3:4:3;所述芳砜纶复合纤维的制备方法为,按重量份计,将45-55份聚苯砜对苯二甲酰胺母粒与复合
溶剂配制成
质量浓度为18-20%的纺丝原液,然后再加入4-8份聚对苯撑苯并二恶唑母粒、2-3份
硅酸铝后高速搅拌1小时后过滤,得到复合纺丝液,然后以加热速度为20-30℃/小时的温度加热到120℃,然后用气
泵对复合纺丝液快速加压,经喷射纺丝、冷却、拉伸、干燥定型后进行卷曲、切断、打包即可;
将上述耐高温纤维原料经开松、混合、梳理、铺网、针刺加固工艺得到复合素毡,完成后在
表面处理液中浸泡处理,浸泡温度为45-55℃,浸泡时间为20-30分钟,完成后在100℃的条件下预烘20分钟,然后升温至250℃
烘焙得到针刺毡,然后与PTFE过滤膜
热压得到880-
960g/m²的复合针刺毡。
[0005] 其中,所述润滑剂按重量计包括
脂肪酸聚氧乙烯酯20-30份、端
氨基聚醚改性硅油8-16份、烷基
苯酚6-10份。
[0006] 其中,所述耐高温纤维各组分的重量份及规格为:P84纤维30份、线纤维
密度为9.26-9.54dtex,长度为40mm,纤维强度为3.7-3.8dN/dex;芳砜纶复合纤维40份、线纤维密度为8.64-8.82dtex,长度为51mm,纤维强度为3.5-3.6dN/dex;PTFE纤维30份,相对强度为
6g/d,长度为52mm。
[0007] 其中,所述PTFE纤维基布纤维采用糊料挤出纺丝法制备,所得纤维强度为20.2-21.5cN/dtex,延伸率35-45%;所得PTFE纤维基布的
线密度为450den,克重为120g/m²,经纬密度为120×120根/10cm,纵向断裂强力为1050N/5cm,纵向断裂强力为1050N/5cm;所得到的纤维强度较高、
纤度较大,具有化学稳定性、
耐磨性和
热膨胀系数,能用于高温、强酸、
碱的工作环境。
[0008] 其中,所述复合溶剂为二甲基乙酰胺、二氧杂环己烷以重量比6-10:1混合得到,二甲基乙酰胺的极性为6.4,
粘度为0.92 mPa·s,沸点为153℃;二氧杂环己烷的极性为4.8,粘度为1.54 mPa·s,沸点为102℃;通过二甲基乙酰胺、二氧杂环己烷合理配比使复合纺丝液在聚合温度内保持均质稳定状态,所得到的复合纺丝液为切力变稀的
非牛顿
流体,随温度的升高,大分子链段的活
动能力增加,减少单位空间内的缠结点,使复合纺丝液的流动接近于牛顿流动,通过合理配比复合溶剂使纺丝溶液中大分子之间的作用力减弱,降低切粒粘度,增加相对分子质量较大纺丝溶液的可纺性。
[0009] 其中,所述复合纺丝液的相对黏度为2.8,在70℃时的非牛顿指数为0.7526。
[0010] 其中,所述芳砜纶复合纤维制备过程中按3-5个曲/cm进行卷曲,在卷曲前在温度为35-40℃、湿度为85-90℃的条件下放置12小时,通过在特定条件下放置能够平衡纤维材料内应力,得到稳定的拉伸性能,通过卷曲,增加纤维间的抱合力。
[0011] 其中,所述表面处理液的原料按重量份计包括:PTFE乳液35-45份、
水性含氟硅聚氨酯水分散体10-16份、丙二醇6-10份、三氟甲磺酸0.8-2.2份、烯丙基缩水甘油醚2-4份。
[0012] 苝二酰亚胺具有较高的
电子亲和力,较低的LUMO能级,是一种典型的n-
型材料,在强光条件下稳定性好,通常用作光伏受体材料;其包含的苝骨架具有亲脂性、羧基兼具亲水性,在制备PTFE纤维基布过程中,在紫外线光照条件下,能够实现PTFE树脂与氧化锌、纳米碳化硅的有效组合,通过π-π
吸附作用实得到组装聚集体,增强PTFE纤维基布的力学强度、尺寸稳定性、耐高温性能和耐
腐蚀性能。
[0013] 氧化锌是一种常见的化学添加剂,可用于塑料、硅酸盐制品、合成
橡胶、
润滑油、油漆涂料、油漆涂料、阻燃剂等,氧化锌的能带隙和
激光束缚能较大,同时还具有一定的收敛性和杀菌能力。
[0014] 立方碳化硅即β-SiC,具有较高的禁带宽度,以及较高的临界击穿
电场和热导率,具有较好的机械性能、耐高温性能、耐磨性以及自身润滑性,可应用于增强陶瓷基、金属基和聚合物基
复合材料,相比常见的碳化硅微粉(α-SiC)有独特优势。
[0015] 所述聚对苯撑苯并二恶唑使含芳香杂环的苯氮聚合物中性能最优异的一类化合物,分子链堆积紧密,共轭效应的程度较大,分子链具有较强的刚性,具有高强度、高模量、高的
热稳定性以及耐冲击性能。
[0016] 硅酸铝、聚对苯撑苯并二恶唑与聚苯砜对苯二甲酰胺混合制备的芳砜纶混合纤维,相比普通芳砜纶纤维,密度增加,纤维强度增加,有效减少在高温条件下弱键的断开,进而使芳砜纶纤维能够在高温条件下保持力学性能。
[0017] 本发明相比
现有技术具有以下优点:本
申请中制备芳砜纶混合纤维,使其能在高温条件下保持较好的力学性能;调整PTFE纤维基布的制备原料,使其具有更强的化学稳定性以及热稳定性;所得复合针刺毡通过合理配比多种纤维,能够在保证相对低价的
基础上实现在高温条件下具有较好的化学稳定性和优异的力学性能,同时具有较强的阻尘、补尘能力,过滤效果较好。
具体实施方式
[0018]
实施例1一种耐高温耐折复合针刺毡,包括PTFE纤维基布,所述PTFE纤维基布的原材料按重量份计包括PTFE树脂粉85份、乙撑硫脲4.6份、苝二酰亚胺3份、立方碳化硅1.5份、氧化锌0.4份、润滑剂12份;
所述PTFE纤维基布纤维采用糊料挤出纺丝法制备,所得纤维强度为20.8cN/dtex,延伸率40%;所得PTFE纤维基布的线密度为450den,克重为120g/m²,经纬密度为120×120根/
10cm,纵向断裂强力为1050N/5cm,纵向断裂强力为1050N/5cm;
还包括由多种耐高温纤维制成的面层,所述耐高温纤维分别为:所述耐高温纤维各组分的重量份及规格为:P84纤维30份、线纤维密度为9.37dtex,长度为40mm,纤维强度为
3.75dN/dex;芳砜纶复合纤维40份、线纤维密度为8.64-8.82dtex,长度为51mm,纤维强度为
3.55dN/dex;PTFE纤维30份,相对强度为6g/d,长度为52mm;
其中润滑剂按重量计包括脂肪酸聚氧乙烯酯25份、端氨基聚醚改性硅油12份、烷基苯酚8份;
所述芳砜纶复合纤维的制备方法为,按重量份计,将50份聚苯砜对苯二甲酰胺母粒与复合溶剂配制成质量浓度为19%的纺丝原液,然后再加入6份聚对苯撑苯并二恶唑母粒、2.5份硅酸铝后高速搅拌1小时后过滤,得到复合纺丝液,然后以加热速度为25℃/小时的温度加热到120℃,然后用气泵对复合纺丝液快速加压,经喷射纺丝、冷却、拉伸、干燥定型后进行卷曲、切断、打包即可;
所述复合溶剂为二甲基乙酰胺、二氧杂环己烷以重量比8:1混合得到,二甲基乙酰胺的极性为6.4,粘度为0.92 mPa·s,沸点为153℃;二氧杂环己烷的极性为4.8,粘度为
1.54mPa·s,沸点为102℃;
所述芳砜纶复合纤维制备过程中按4个曲/cm进行卷曲,在卷曲前在温度为37℃、湿度为88℃的条件下放置12小时;
将上述耐高温纤维原料经开松、混合、梳理、铺网、针刺加固工艺得到复合素毡,完成后在表面处理液中浸泡处理,浸泡温度为50℃,浸泡时间为25分钟,完成后在100℃的条件下预烘20分钟,然后升温至250℃烘焙得到针刺毡,然后与PTFE过滤膜热压得到920g/m²的复合针刺毡;
所述表面处理液的原料按重量份计包括:PTFE乳液40份、水性含氟硅聚氨酯水分散体
13份、丙二醇8份、三氟甲磺酸1.5份、烯丙基缩水甘油醚3份。
[0019] 本实施例制备的针刺毡过滤
风速为1m/min,在260℃时其使用寿命可达到3年以上,使用寿命的判断标准是除尘效率低于99.7%或
抗拉强度降低7%,针刺毡的透气率为37cm³/(cm²·s),除尘效率为99.9%,断裂强度为5.28MPa,在温度为260℃的条件下使用100小时后,除尘效率没有变化,断裂强度保持率为99.8%;其中粉尘效率以及强度保持率依据HJ/T324-2006环境保护产品技术要求袋式
除尘器用滤料的相关检测方法检测。
[0020] 实施例2一种耐高温耐折复合针刺毡,包括PTFE纤维基布,所述PTFE纤维基布的原材料按重量份计包括PTFE树脂粉82份、乙撑硫脲4.8份、苝二酰亚胺2.8份、立方碳化硅1份、氧化锌0.2份、润滑剂14份;
所述PTFE纤维基布纤维采用糊料挤出纺丝法制备,所得纤维强度为20.2cN/dtex,延伸率45%;所得PTFE纤维基布的线密度为450den,克重为120g/m²,经纬密度为120×120根/
10cm,纵向断裂强力为1050N/5cm,纵向断裂强力为1050N/5cm;
还包括由多种耐高温纤维制成的面层,所述耐高温纤维分别为:所述耐高温纤维各组分的重量份及规格为:P84纤维30份、线纤维密度为9.26dtex,长度为40mm,纤维强度为
3.8dN/dex;芳砜纶复合纤维40份、线纤维密度为8.82dtex,长度为51mm,纤维强度为3.5dN/dex;PTFE纤维30份,相对强度为6g/d,长度为52mm;
其中润滑剂按重量计包括脂肪酸聚氧乙烯酯20份、端氨基聚醚改性硅油16份、烷基苯酚6份;
所述芳砜纶复合纤维的制备方法为,按重量份计,将45份聚苯砜对苯二甲酰胺母粒与复合溶剂配制成质量浓度为20%的纺丝原液,然后再加入8份聚对苯撑苯并二恶唑母粒、2份硅酸铝后高速搅拌1小时后过滤,得到复合纺丝液,然后以加热速度为20℃/小时的温度加热到120℃,然后用气泵对复合纺丝液快速加压,经喷射纺丝、冷却、拉伸、干燥定型后进行卷曲、切断、打包即可;
所述复合溶剂为二甲基乙酰胺、二氧杂环己烷以重量比10:1混合得到,二甲基乙酰胺的极性为6.4,粘度为0.92 mPa·s,沸点为153℃;二氧杂环己烷的极性为4.8,粘度为
1.54mPa·s,沸点为102℃;
所述芳砜纶复合纤维制备过程中按5个曲/cm进行卷曲,在卷曲前在温度为40℃、湿度为85℃的条件下放置12小时;
将上述耐高温纤维原料经开松、混合、梳理、铺网、针刺加固工艺得到复合素毡,完成后在表面处理液中浸泡处理,浸泡温度为55℃,浸泡时间为30分钟,完成后在100℃的条件下预烘20分钟,然后升温至250℃烘焙得到针刺毡,然后与PTFE过滤膜热压得到960g/m²的复合针刺毡;
所述表面处理液的原料按重量份计包括:PTFE乳液35份、水性含氟硅聚氨酯水分散体
16份、丙二醇10份、三氟甲磺酸0.8份、烯丙基缩水甘油醚2份。
[0021] 本实施例制备的针刺毡过滤风速为1m/min,在260℃时其使用寿命可达到3年以上,使用寿命的判断标准是除尘效率低于99.7%或抗拉强度降低7%,针刺毡的透气率为37cm³/(cm²·s),除尘效率为99.9%,断裂强度为5.31MPa,在温度为260℃的条件下使用100小时后,除尘效率没有变化,断裂强度保持率为99.9%;其中粉尘效率以及强度保持率依据HJ/T324-2006环境保护产品技术要求袋式除尘器用滤料的相关检测方法检测。
[0022] 实施例3一种耐高温耐折复合针刺毡,包括PTFE纤维基布,所述PTFE纤维基布的原材料按重量份计包括PTFE树脂粉88份、乙撑硫脲4.4份、苝二酰亚胺3.2份、立方碳化硅2份、氧化锌0.6份、润滑剂10份;
所述PTFE纤维基布纤维采用糊料挤出纺丝法制备,所得纤维强度为21.5cN/dtex,延伸率35%;所得PTFE纤维基布的线密度为450den,克重为120g/m²,经纬密度为120×120根/
10cm,纵向断裂强力为1050N/5cm,纵向断裂强力为1050N/5cm;
还包括由多种耐高温纤维制成的面层,所述耐高温纤维分别为:所述耐高温纤维各组分的重量份及规格为:P84纤维30份、线纤维密度为9.54dtex,长度为40mm,纤维强度为
3.7dN/dex;芳砜纶复合纤维40份、线纤维密度为8.64dtex,长度为51mm,纤维强度为3.6dN/dex;PTFE纤维30份,相对强度为6g/d,长度为52mm;
其中润滑剂按重量计包括脂肪酸聚氧乙烯酯30份、端氨基聚醚改性硅油8份、烷基苯酚
10份;
所述芳砜纶复合纤维的制备方法为,按重量份计,将55份聚苯砜对苯二甲酰胺母粒与复合溶剂配制成质量浓度为18%的纺丝原液,然后再加入4份聚对苯撑苯并二恶唑母粒、3份硅酸铝后高速搅拌1小时后过滤,得到复合纺丝液,然后以加热速度为30℃/小时的温度加热到120℃,然后用气泵对复合纺丝液快速加压,经喷射纺丝、冷却、拉伸、干燥定型后进行卷曲、切断、打包即可;
所述复合溶剂为二甲基乙酰胺、二氧杂环己烷以重量比6:1混合得到,二甲基乙酰胺的极性为6.4,粘度为0.92 mPa·s,沸点为153℃;二氧杂环己烷的极性为4.8,粘度为
1.54mPa·s,沸点为102℃;
所述芳砜纶复合纤维制备过程中按3个曲/cm进行卷曲,在卷曲前在温度为35℃、湿度为90℃的条件下放置12小时;
将上述耐高温纤维原料经开松、混合、梳理、铺网、针刺加固工艺得到复合素毡,完成后在表面处理液中浸泡处理,浸泡温度为45℃,浸泡时间为20分钟,完成后在100℃的条件下预烘20分钟,然后升温至250℃烘焙得到针刺毡,然后与PTFE过滤膜热压得到880g/m²的复合针刺毡;
所述表面处理液的原料按重量份计包括:PTFE乳液45份、水性含氟硅聚氨酯水分散体
10份、丙二醇6份、三氟甲磺酸2.2份、烯丙基缩水甘油醚4份。
[0023] 本实施例制备的针刺毡过滤风速为1m/min,在260℃时其使用寿命可达到3年以上,使用寿命的判断标准是除尘效率低于99.7%或抗拉强度降低7%,针刺毡的透气率为39cm³/(cm²·s),除尘效率为99.9%,断裂强度为5.27MPa,在温度为260℃的条件下使用100小时后,除尘效率没有变化,断裂强度保持率为99.8%;其中粉尘效率以及强度保持率依据HJ/T324-2006环境保护产品技术要求袋式除尘器用滤料的相关检测方法检测。
[0024] 设置实验1,所得PTFE纤维基布的线密度为450den,克重为120g/m²,经纬密度为120×120根/10cm,纵向断裂强力为1050N/5cm,纵向断裂强力为1050N/5cm,耐高温性能达到296℃;相比以PTFE树脂粉和润滑剂为原料制备的同样经纬密度的纤维基布,其纵向断裂强力和横向断裂强力均提高了20%左右,耐高温性能为280℃;而省去乙撑硫脲、苝二酰亚胺会影响PTFE纤维基布的力学性能;省去立方碳化硅、氧化锌分别会在一定程度上影响PTFE纤维基布的耐高温性能。
[0025] 设置实验2,改变润滑剂的组成,会在影响纺丝溶液的可纺性,进而影响所制得纤维材料的性能。
[0026] 设置对照组1以实施例1为基础,省去“再加入6份聚对苯撑苯并二恶唑母粒、2.5份硅酸铝”的内容,其余内容不变;
本对照组制备的针刺毡过滤风速为1m/min,在260℃时其使用寿命小于1年,针刺毡的透气率为42cm³/(cm²·s),除尘效率为99.9%,断裂强度为4.75MPa,在温度为260℃的条件下使用100小时后,除尘效率没有变化,断裂强度保持率为97.8%。
[0027] 设置对照组2以实施例1为基础,省去“聚对苯撑苯并二恶唑母粒”,其余内容不变;
本对照组制备的针刺毡过滤风速为1m/min,在260℃时其使用寿命为1年左右,针刺毡的透气率为38cm³/(cm²·s),除尘效率为99.9%,断裂强度为4.92MPa,在温度为260℃的条件下使用100小时后,除尘效率没有变化,断裂强度保持率为98.6%。
[0028] 设置对照组3以实施例1为基础,省去“硅酸铝”,其余内容不变;
本对照组制备的针刺毡过滤风速为1m/min,在260℃时其使用寿命为1年左右,针刺毡的透气率为37cm³/(cm²·s),除尘效率为99.9%,断裂强度为5.07 MPa,在温度为260℃的条件下使用100小时后,除尘效率没有变化,断裂强度保持率为98.0%。
[0029] 通过设置对照组1-3可以看出,改变芳砜纶复合纤维的制备原料,会在不同程度上影响其断裂强度以及耐高温性能,进而会影响其在高温条件下的使用性能。