2023年耐高温滤材纤维的技术现状.doc

耐高温滤材纤维的技术现状 国外从70年代开始研究开发耐高温合成纤维，随着耐高温合成纤维的开发利用，各种新品种滤材不断涌现。而国内一方面研制开发的高温合成纤维品种较少，另一方面对环境治理的要求也大大低于国外。随着人们对环境要求的日益提高，治理大气污染，防止废气对人类健康造成的危害，对冶金、钢铁、发电、碳黑、水泥等行业高温烟尘过滤要求越来越高，排尘浓度标准已由原来的200mg/m提高到30～50mg/m，给耐高温阻燃纤维及过滤材料提供了巨大的应用市场。 耐高温纤维有合成纤维(180℃～200℃以上)和无机纤维两类，耐高温滤材主要采用耐高温合成纤维。目前耐高温滤材主要采用耐高温纤维制成的针刺过滤材料，这类材材多呈三维结构，其孔隙小而孔隙率大，过滤效率高，因此在近年来得到越来越广泛的应用。目前国内的高温过滤以玻璃纤维材料为主，但耐磨、耐折性能差，不能满足环境复杂的高温粉尘过滤要求。因此开展高性能的耐高温纤维及滤材，满足日益增长的高温烟尘过滤的要求，有着重要的意义。 一、耐高温纤维 国外从70年代开始致力于研究开发耐高温合成纤维，较著名的公司有美国杜邦公司、日本帝人公司、德国巴斯夫公司等。开发并得以广泛应用的耐高温纤维有芳族聚酰胺(如Nomex等)、聚苯撑硫醚(PPS)、聚苯并咪唑(PBI)、聚酰亚胺(PI)以及聚丙烯腈预氧化纤维(PAN0F)等等。长期以来，我国的耐高温阻燃纤维及过滤材料一直依赖进口，市场被美国、日本、俄罗斯等国家所垄断。近几年来，我国先后研制成功了各种耐高温阻燃纤维，如芳砜纶(Polysuifon-amide)、改性自熄聚丙烯腈纤维(PANOF)、聚酰亚胺纤维(PI)及芳纶1313等。但国内的耐高温纤维到达200℃以上的除玻璃纤维外，其它纤维仅有少量生产，如间位芳纶。研究开发国产化的耐高温纤维是当务之急。 1、破璃纤维　　 玻纤滤材有多种形式，包括普通玻纤织物，膨体玻纤织物，纯玻纤或与其他化纤混合针刺毡，以及玻纤布或针刺毡覆聚四氟乙烯微孔膜等。针剌毡以其较好的滤性占有较大比例(我国50％ ～55％，国外>60％ )，覆膜滤材以更好的滤性受到欢送正迅速开展。玻纤滤材还在空气超净化、燃油、啤酒过滤乃至血液过滤方面得到开发。纺织工业用的玻璃纤维其直径大多为8～12μm ，相当于1.2dtex～2.8dtex。国内用于针刺滤材基网较多，一般是机织网布。在生产超细过滤材料时用直径为1～3μm的玻璃纤维。 2、聚四氟乙烯纤维(PTFE)　　 聚四氟乙烯纤维目前主要由奥地利兰精(Lenzing)公司生产，兰精公司的工艺系专利方法，与其他公司采用的膜裂法成纤工艺完全不同。该法由烧结的聚四氟乙烯圆柱，经机械加工切割出连续的丝束，在熔点(327℃)以上的温度下凝胶化和热拉伸而制成纤维。兰精公司的聚四氟乙烯纤维截面略呈矩形，相当于纤度10 dtex。经针刺法非织造布加工成滤材，具有过滤效率高的优点，可在260℃高温下连续使用。 3、聚酰亚胺纤维(PI) 聚酰亚胺纤维玻璃化温度315℃，氧指数38，在250℃加热l0 min热缩率小于1％，可在260℃条件下连续运作，最高工作温度可达300℃。在260℃高温下不会产生物理降解现象，而且耐化学性能好，在较大的PH值范围内都能适用。聚酰亚胺纤纤维的一个显著特点是其不规那么的截面结构。在纺丝工艺中应用特殊的工艺参数可获得不规那么的纤维截面，如三叶形截面结构。纤维三叶形横截面形成了非常高的纤维外表积系数，比圆形截面纤维增加了约80％的纤维外表积，大大增大了捕集尘粒的时机,提高了过滤效率，而且纤维持殊的截面形态，使得粉尘大多被集中到滤料的外表，较难渗透到滤料的内部堵塞孔隙，降低运行阻力。因此纤维对粉尘的捕集能力大大强于一般纤维，如选用同样旦尼尔数的纤维制得的滤料，纤维滤料的集尘效率要比其他纤维高一个数量级，因此混有纤维的滤料将会大大改善使用性能。目前国内已生产出用短切无碱玻璃纤维与P84(PI) 纤维混合，运用特殊的梳理和针刺工艺而最终形成的复合针刺滤料，该产品是高炉煤气净化的首选品种，也是运用量最大的一个品种。 4、间位芳香族聚酰胺〔芳纶1313〕 芳香族聚酰胺纤维根据分子结构不同分为对位型与间位型两类。对位型产品一般作为高强高模纤维应用，间位型主要用作耐高温纤维材料。芳纶1313纤维具有优异的耐高温和阻燃性能、良好的可纺性和尺寸稳定性、较好的机械性能，是目前技术比拟成熟，使用最为广泛的本质阻燃纤维，其消费总量居特种纤维的第二位。目前，商业化的芳纶1313纤维有DuPont(杜邦)的Nomex、Teijin(帝人)的Conex、Unitika(尤尼吉卡)的Apyeil和俄罗斯的Fenilon纤维，而其市场根本上由美国DuPont和日本Teijin两家控制。DuPont公司生产的Nomex纤维已经开展了好几代，具有多种产品规格和用途。其品种主要有3个系列：410系列为绝缘纸产品，包括绝缘板等；430系列为长丝；450系列为短纤维和丝束。Teijin公司生产的Conex纤维除常规纤维品种外，还有纺前染色品种和碱性染料可染品种、具有高度阻燃稳定性的Conex FR和耐候性极好的Conex L。高强型Conex长丝的断裂强度可达6.2 cN/dtex，比普通产品提高40％。Unitika公司除生产短纤维外，还生产长丝、薄膜和绝缘漆品种。其最大特点是拥有超短纤维和导电纤维，制备的短纤维纤度可达0.55 dtex，而最细的Nomex与Conex纤维为1.66 dtex。 俄罗斯的Fenelon仅限于本国使用，研发情况较少透露。此外，日本三菱东津化学和可乐丽公司、小松精练公司、三井东压化学公司等也在研发同类纤维。 我国从20世纪60年代开始研究芳纶1313。目前，山东烟台氨纶股份和广东彩艳股份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1313纤维，并可生产原液着色纤维，以解决芳纶纤维不易着色问题。目前两厂纤维产品主要制作无纺布，用于耐高温过滤材料，并大量外销；目前，烟台氨纶股份芳纶1313生产能力已到达2800吨/年，超过日本帝人公司，成为全球第二大芳纶1313生产供给商。也可用于纺纱织布，但有时会出现较多的超长纤维和倍长纤维，此外，在不同季节和不同地区进行纺纱加工时，会出现可纺性的波动。根据2023年底的抽样比照，两厂产品的拉伸断裂强度接近Nomex纤维，但仍然偏低；断裂伸长率随生产线、牵伸工艺的不同而不同。但如果与其它纤维搭配合理，国产芳纶1313纤维完全可以进行纺织加工，应用于阻燃面料。 芳纶1313纤维是由酰胺基团与间位苯基连接所构成的线性大分子，呈柔性结构，由于氢键的作用和苯环的影响，化学结构非常稳定，有优异耐高温性、耐燃性、高温尺寸稳定性。尤其突出的是其优良的物理机械性能，强度和涤纶相近，耐磨性、耐弯曲性好，具有优良的纺织加工特性，可通过针刺、水刺成非织造布。芳纶1313纤维在不同温度、不同时间的强力保持率，其中在温度250℃干热1000小时条件下，其强力保持率可达60％以上。芳纶1313纤维作为功能性纤维在高温粉尘过滤行业有着不可替代的地位，但是由于分子结构的特点决定了它也存在一定缺陷，如耐强酸性差，耐高温水解性较差，不可在燃煤锅炉、垃圾燃烧等行业中应用。 5、芳砜纶 国产的聚砜酰胺纤维(PSA)称为芳砜纶，它是一种在高分子链上含有砜基(－SO2－)的芳香族聚酰胺纤维，该纤维玻璃化温度257℃，软化温度367℃，无明显熔点。在400℃以上时开始分解，是目前国内用得比拟多的一种耐温纤维。芳砜纶是制作袋式除尘器配套滤袋的优良材料，其不仅具有良好的耐热性，而且还具有优良的抗热氧老化的稳定性，热收缩小，能保持良好的尺寸稳定性，以及良好的抗酸性能等，可在230℃以内长期使用，非常适用于耐高温滤料，价格相对P84、PPS、Nomex也较廉价。另外，芳砜纶纤维的摩擦系数小，用其制成的滤袋，清灰容易；由于芳砜纶耐温较高，因此可与聚四氟乙烯〔固化温度260℃〕热压粘合制成过滤效果好且稳定的覆膜滤料。我国自行研究的耐高温纤维--芳砜纶(商品名Tanlon，简称PSA)是上海纺织科学研究院和上海合成纤维研究所共同开发的具有独立自主知识产权的一种有机耐高温合成纤维，现已经胜利投产，它的问世填补了我国耐250℃等级合成纤维的空白。芳砜纶作为高科技的根底材料，上千吨级正在投产，最终形成并推动以芳砜纶原料为龙头，从原料到复合高性能材料的高科技产业链的开展。 6、聚苯硫醚纤维(PPS)　　 PPS是一种半结晶聚合物，其分子链是由苯环经对位硫原子连接起来的刚性结构。PPS所呈现的一个主要特点为：在恶劣化学环境下仍能保持其物理性，具有极佳的抗强度损失性。PPS纤维抗酸、碱性卓越，只有在强氧化剂中才降解，具有优良的耐热性、优异的抗化学腐蚀性和阻燃性。对于轻度交联、热处理与拉伸的PPS，偏光显微镜观察结果曾说明PP5可以形成很完善的球晶。工业用炉和城市垃圾燃烧炉排放出的废热烟气一般都含有腐蚀性化学物质，因此要求过滤材料不仅耐热性好，而且耐化学腐蚀性优良。 聚苯硫醚纤维常用复丝，规格为550dtex／100f、550dtex／200f及1100dtex／200f。单纤强度＞45cN／tex，断裂伸长为17％～22％，在200℃温度下热缩率为5％～7％，耐酸性优良，是生产针刺非织造布滤材的良好机织基布原料。日本东丽公司在l0年前开发了聚苯硫醚纤维，现在工业化规模是年产短纤l500t，长丝100t，可生产圆形及异形丝，甚至可纺成1dtex的细旦丝，具有很好的耐热性、耐化学药品性和极佳的阻燃效果(氧指数LOI值可到达34)，具有很好的可纺性，与聚酯纤维配伍效果很好。 聚苯硫醚(PPS)纤维主要有日本东洋纺的Procon纤维、飞利浦公司的Ryton，东丽公司的Torcon，帝人和拜耳也生产此类产品。 东洋纺的Procon纤维与其他几种聚苯硫醚纤维不同之处在于，其纤维形态为三叶形而非圆形，这样可提高过滤效率及空气透过率，减少压力，减少能源消耗，延长清洗滤袋的时间间隔。另外用Procon纤维制成的纱和基布的强度比拟高，这也是三叶形的作用。Procon〔聚苯硫醚〕纤维滤料连续运行温度为190℃(与芳纶Nomex相近)，比一般涤纶要高得多(涤纶连续运行温度为130℃左右)。Procon纤维的耐化学性那么非常优越，因此很适合在酸性和碱性条件下过滤。Procon纤维特别适用于液体过滤，还可用于化学工业的产品过滤及其他液固别离的场合。Procon纤维与Nomex比照，不易水解。实际证明其在耐水解、化学稳定性方面优于Nomex及玻璃纤维。Procon纤维均匀性亦较好，但耐热性不及聚酰亚胺。 7、三聚氰胺纤维 三聚氰胺纤维是以巴斯夫获专利的三聚氰胺技术为根底的特殊的合成纤维，注册为Basofil，这种纤维和Metamax纤维混纺制成毡，注册为Basofil，简称BFM。自1994年开始投产制成毡，已在国外许多袋式除尘器广泛使用。1997年在美国北卡罗来纳州阿什维拉附近的巴斯夫思卡工厂规模生产。1999年恰安(厦门)无纺布与巴斯夫合作，成功开发出的一种新产品LFB。三聚氰胺树脂和独特的离心式纺丝工艺共同决定了纤维最独特的性能之一，是它椭圆形纤维的均匀的直径分布。此性能特点产生了纤维线密度和长度的连续分布。由过滤机理理论可知，组成滤料的纤维直径大小与纤维横截面形状一样，决定了纤维外外表积的大小，对滤料的过滤性能影响较大。由过滤机理可知随纤维直径的变细，纤维对粉尘颗粒的惯性碰撞、筛分、扩散、截留、静电等作用增强，捕获率随着增大。细小直径的Basofil纤维均匀地分布在整个毡基上，增强了滤料的集尘能力。 尽管三聚氰胺通常是不活泼的，但可作为合成结构单元与甲醛进行缩合反响，形成一个三维化学网状结构，这种交联结构热稳定性高、耐溶剂性极好、可燃性低．较高的极限耗氧指数(LOI 32)．具有极好的绝缘性和低导热性，通热时形稳定性