后處理工藝對聚苯硫醚濾料清灰性能的影響

殷依華， 于 斌,2， 韓 建，2

(1. 浙江理工大學 材料與紡織學院， 浙江 杭州 310018；2. 產(chǎn)業(yè)用紡織材料制備技術(shù)浙江省重點實驗室， 浙江 杭州 310018)

后處理工藝對聚苯硫醚濾料清灰性能的影響

殷依華1， 于 斌1,2， 韓 建1，2

(1. 浙江理工大學 材料與紡織學院， 浙江 杭州 310018；2. 產(chǎn)業(yè)用紡織材料制備技術(shù)浙江省重點實驗室， 浙江 杭州 310018)

為研究濾料清灰性能的不同影響因素，選取4種聚苯硫醚(PPS)纖維濾料，即未經(jīng)后處理、燒毛、聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸漬和PTFE微孔膜覆膜處理的濾料為試樣，采用濾料動態(tài)過濾性能測試儀測試了4種聚苯硫醚纖維濾料的清灰性能，通過掃描電鏡觀察了過濾前后濾料的表觀形貌。測試結(jié)果表明：在試驗周期內(nèi)，這4種濾料中，覆膜濾料經(jīng)粉塵過濾后剩余壓差最低，清灰周期最長，清灰性能最為優(yōu)異；未經(jīng)處理濾料清灰性能次之；PTFE乳液浸漬濾料由于表面纖維間充滿著PTFE乳液固狀物，其清灰性能較差；燒毛處理濾料表面留有面積較大的PPS纖維燒焦物質(zhì)，其清灰性能最差。

聚苯硫醚濾料； 濾料后處理； 粉塵過濾； 清灰性能

我國在工業(yè)高速發(fā)展的同時也給大氣環(huán)境造成了較嚴重的危害，為減輕重工業(yè)排放物對環(huán)境的影響，在排放前需經(jīng)除塵處理。袋式除塵器是一種高效的工業(yè)除塵設備，其除塵效率高達99%以上[1-2]，濾料是袋式除塵器的核心部件，承擔著主要的過濾作用，在過濾初期，粉塵沉積在濾料深處，隨著粉塵的增加，粉塵顆粒不斷沉積在濾料表面形成濾餅結(jié)構(gòu)[3]，濾餅可高效地攔截粉塵，但是會增加運行阻力，為保證除塵器高效、低阻力地運行，清灰工序必不可缺。

有學者對粉塵顆粒沉積過程[4-6]進行了研究，但是由于濾餅的牢度低，非常脆弱，很難直接測量其結(jié)構(gòu)參數(shù)，目前主要采用理論模擬的方法研究濾餅的結(jié)構(gòu)特性。文獻[7-9]對于清灰過程和清灰機制的研究已有多年，存在一定分歧，研究重點在影響清灰效果的因素[10-12]，主要有清灰噴吹系統(tǒng)參數(shù)、清灰方式、粉塵特性、濾料特性等。濾料表面結(jié)構(gòu)是影響清灰效果的一個因素，不同后處理工藝條件下的濾料有不同的表面形貌，因此，同種濾料經(jīng)過不同后處理工藝，其清灰效果有所不同。為此，本文通過測試濾料在過濾和清灰過程中，濾料的清灰周期、剩余壓差和表面粉塵沉積的變化來研究濾料不同后處理對清灰效果的影響。

1 試驗儀器

濾料過濾測試系統(tǒng)由加料裝置、垂直管道、水平管道、濃度檢測儀、壓力傳感器、壓力泵等組成，如圖1所。示試驗裝置包括1個刷型粉塵喂入器，持續(xù)地輸送粉塵進入垂直管道，其喂入速度由位于下方的電子秤測得并記錄。粉塵在進入通道前經(jīng)過放射源中和電性，垂直和水平管道上安裝有光度儀監(jiān)控粉塵質(zhì)量濃度，水平管道口裝置需測試的濾料，過濾前后的最大壓差將觸發(fā)脈沖噴吹進行清灰，潔凈氣流通道通過“Y”型管道分成兩股氣流，即樣品流和旁支流，樣品流中的安德森撞擊器進行粒子的分離和測試，旁支流擁有絕對過濾濾紙。質(zhì)量流量控制器可測試系統(tǒng)氣流速度，壓力傳感器記錄著每次噴吹清灰后3 s時的壓力值。JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；PSM165型孔徑儀，德國TOPAS公司。

2 試驗方法

2.1 試 樣

聚苯硫醚(PPS)是一種高性能纖維，具有出色的耐高溫和化學腐蝕性能，是理想的高溫過濾材料。本文試驗選取4種不同后處理工藝處理后的PPS濾料，分別是未處理對照、燒毛、聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸漬和PTFE微孔覆膜試樣。其基本參數(shù)如表1所示。

表1 4種濾料的基本工藝參數(shù)Tab.1 Basic technological parameters of four filters

2.2 動態(tài)性能測試方法

測試參照德國VDI 3926—2004《評價可清潔濾料的標準測試方法》進行。

1)濾料初始性能測試：30次定壓清灰，濾料壓降達到1 000 Pa。2)濾料調(diào)試：10 000次定時清灰，時間間隔5 s。3)濾料恢復：10次定壓清灰，濾料壓降達到1 000 Pa。4)性能測試：30次定壓清灰，濾料壓降達到1 000 Pa。

2.3 濾料樣品外觀形貌觀察

分別將4種過濾前后的濾料進行鍍金處理，采用掃描電鏡進行表面觀測，加速電壓為20 kV。

2.4 濾料孔徑測試方法

孔徑測試參照ASTM F316—2003《通過起泡點和平均流動孔試驗描述膜過濾器的孔的大小特征的試驗方法》，ISO 4003—1997《可滲透性燒結(jié)金屬材料——起泡試驗孔徑的測定》；選取直徑為11 mm的夾具，測試液體為試劑 Topor，采用冒泡法對4種不同后處理的濾料進行孔徑測試，測得濾料的平均孔徑。

3 結(jié)果與分析

3.1 過濾前后濾料的表面形態(tài)

4種濾料經(jīng)動態(tài)性能測試前后的掃描電鏡照片如圖2所示。在測試前，未經(jīng)后處理濾料中的纖維排列清晰，纖維間孔隙均勻；經(jīng)燒毛處理后的濾料有面積較大的PPS燒焦狀物質(zhì)覆蓋在纖維表面；經(jīng)浸漬處理的濾料中PFTE分布在纖維間的孔隙，乳液干燥后顆粒的存在使得濾料孔徑減??；覆膜濾料的PTFE微孔膜覆蓋在濾料表面，濾料孔徑大幅減小。以上4種濾料經(jīng)動態(tài)性能測試后，粉塵會在濾料表面堆積，未經(jīng)處理濾料的表面，大團粉塵無規(guī)則地黏結(jié)在纖維的四周；燒毛濾料的表面，粉塵較為平整地覆蓋在濾料表面；浸漬濾料的表面，纖維孔隙中乳液的存在對粉塵的進入有所阻礙；覆膜濾料，清晰可見薄膜的存在，表面粉塵層較薄。

從這4種濾料掃描電鏡結(jié)果可看出，前3種濾料的纖維和粉塵緊密黏結(jié)在一起，而經(jīng)覆膜處理的濾料中粉塵被隔絕在PTFE膜外，因此不同后處理對粉塵在濾料表面的沉積有著很大的影響。

3.2 濾料初始性能分析

圖3、4分別示出4種濾料在試驗初始階段的清灰周期，剩余壓差隨清灰次數(shù)增加的變化圖。

由圖3、4可看出，在前30次清灰過程中，清灰周期和剩余壓差隨清灰次數(shù)的增加呈反比趨勢，即清灰周期逐漸減小，剩余壓差逐漸增大。清灰周期和剩余壓差都是表征清灰性能的重要參數(shù)，清灰周期長，表明濾料壓降上升慢，透氣性好；剩余壓差小，表明濾料的清灰效果好。未處理濾料、燒毛濾料、浸漬濾料和覆膜濾料的平均清灰周期為229、393、398和194 s，4種濾料的平均剩余壓差為53、85、69和59 Pa。這段時間是粉塵進入濾料深層進行堆積的過程，燒毛濾料、浸漬濾料和未處理濾料的過濾機制屬于這種深層過濾，在該初始階段，濾餅正處于成形階段，此時過濾阻力正在增大，表現(xiàn)為清灰周期減小，剩余壓差增大。未處理濾料纖維間孔隙大，粉塵堆積使之達到第1次清灰壓差的時間比其他濾料長，燒毛濾料由于表面焦狀物質(zhì)的存在和深層過濾的機制雙重因素，運行阻力較大，表現(xiàn)為剩余壓差比其他濾料高。濾料浸漬后，纖維表面和纖維間會形成不連續(xù)膜，使纖維不易滑動，增加了纖維間的結(jié)構(gòu)密度，透氣性會因此減小，但清灰性能提高。覆膜濾料由于PTFE薄膜的附著，過濾機制屬于表面過濾，粉塵不易進入濾料里層，并且PTFE膜表面光滑易清灰，但是由于濾料孔徑最小，初始阻力高。

3.3 濾料清灰性能分析

圖5、6分別示出濾料在穩(wěn)定狀態(tài)下的清灰周期和剩余壓差變化圖。

由圖5、6可看出，在經(jīng)歷定壓清灰定時清灰和恢復清灰后，此時濾料的容塵狀態(tài)基本處于飽和。覆膜濾料、未處理濾料、浸漬濾料、燒毛濾料4種濾料的平均清灰周期為127、76、52、13 s。燒毛濾料、浸漬濾料、未處理濾料、覆膜濾料4種濾料的平均剩余壓差為580、497、393、357 Pa。在這一階段中，4種濾料的過濾阻力趨于穩(wěn)定。和初始階段相比，PPS燒毛、浸漬濾料的平均剩余壓差和清灰周期發(fā)生較大變化，清灰周期明顯減小，剩余壓差顯著增大，這兩大變化表明了在穩(wěn)定狀態(tài)下，粉塵在這2種濾料中堆積嚴重且不易清灰導致過濾阻力增大。覆膜濾料的剩余壓差最小，清灰周期最長，表明濾料清灰徹底，壓力損失穩(wěn)定并保持較低水平，清灰周期長會減少清灰次數(shù)，從而延長濾料的使用壽命。經(jīng)過長時間的過濾清灰試驗發(fā)現(xiàn)，濾料的覆膜處理是必要且有效的后處理工藝，既減小了除塵器的運行成本，又延長了濾袋的使用壽命。

4 結(jié) 論

1)經(jīng)不同后處理工藝處理過的濾料具有不同的表面形態(tài)，燒毛濾料表面附著焦狀物質(zhì)，浸漬濾料纖維間充滿著PTFE乳液，覆膜濾料表面附著一層孔隙微小的PTFE膜，濾料表面形態(tài)對清灰性能有顯著影響。

2)覆膜濾料具有最長的清灰周期和最小剩余壓差，清灰效果好，并且清灰后保持較好透氣性，具有較長的使用壽命和較低運行成本。

FZXB

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Influence of post-treatment process on dust cleaning performance of polyphenylene sulfide filters

YIN Yihua1, YU Bin1,2, HAN Jian1,2

(1.CollegeofMaterialsandTextiles,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofIndustrialTextileMaterialsandManufacturingTechnology,Hangzhou,Zhejiang310018,China)

To research the influence of treatment on the dust cleaning performance of filters, polyphenylene sulfide(PPS) filters which are not treated, singed, dipped with polytetrafluoroethy-lene(PTFE) emulsion and laminated with PTFE micro-porous film, respectively, were chosen as the experimental samples. Their filtering effects with different surface morphologies were studied by the dynamic filter performance tester, the surface morphologies of filters before and after filtration were observed by the scanning electron microscope. The results showed that laminated filter suffered from a long time filtration and cleaning, and it remained the lowest residual pressure and the longest cleaning cycle time, and had the most outstanding dust-cleaning performance. The performance of non-treated PPS filter was the second. The filter surface dipped with PTFE emulsion solid substance has poor performance. The singed filter surface was covered with large area of coke-like substance, and its performance was the worst.

polyphenylene sulfide filter; filter post-treatment; dust filtering; dust-cleaning performance

10.13475/j.fzxb.20150702505

2015-07-10

2016-04-18

教育部高校博士學科點專項科研基金項目(20133318110001)

殷依華(1990—)，女，碩士生。主要研究方向為產(chǎn)業(yè)用紡織材料。韓建，通信作者，E-mail:hanjian8@zstu.edu.cn。

TS 171.9

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