一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料及其制备方法，属于过滤材料技术领域。本发明专利技术通过在过滤材料中形成粗纤维、普通纤维及细小纤维分支的混合结构，使得滤料的平均孔径与孔隙率均明显变小，细小分支的分割作用使得气流通道分支数量与曲折程度大幅提高，提高了滤料的拦截效应与惯性效应，使滤料获得了高效低阻的理想过滤性能，本发明专利技术通过超生波复合技术粘合针刺毡与复合玻璃纤维网，其超声波能量直接传递到纤维网内部，能量损失较少，可任意设计粘合点位置和粘合面积，且不会产生类似针刺复合、水刺复合的孔洞，同时针刺毡与复合玻璃纤维网紧密结合在一起，有效改善了复合材料的力学性能，具有良好的应用前景。

Multi scale fiber composite high-temperature gas filtration material and preparation method thereof

The invention relates to a multi-scale fiber composite high-temperature gas filtering material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of filtering materials. By forming a mixed structure of coarse fiber, ordinary fiber and small fiber branch in the filter material, the average pore size and porosity of the filter material are obviously smaller. The segmentation effect of the fine branch makes the number and zigzag degree of the airflow channel increase greatly, and the intercepting effect and the inertia effect of the filter material are improved. The filter material obtained the ideal filtration performance with high efficiency and low resistance. The invention combines the needle felt and the composite glass fiber network through the super raw wave composite technology. The ultrasonic energy is transferred directly into the fiber net, and the energy loss is less, and the position of the adhesive point and the adhesive area can be designed arbitrarily, and it will not produce the compound of needling and Spunlaced. The combination of needle punched felt and composite glass fiber mesh effectively improves the mechanical properties of composite materials and has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料及其制备方法
本专利技术涉及一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料及其制备方法，属于过滤材料

技术介绍
近年来，高温工业废气的大量排放造成了大气环境的严重污染，“雾霾”、“PM2.5”等话题在全球范围内迅速升温，已经成为了热点问题。因此，研发及优化高温除尘技术就变得极为重要。目前，大部分工厂生产排放的高温烟气必须首先经过冷却处理，将其温度降低到250℃以下，然后再对废气中的微尘颗粒物进行过滤处理。但即使经过降温处理的废气仍然属于高温烟气。为了使材料可以直接过滤高温废气，各国研发了多种高性能过滤材料。目前已经开发并被运用于气体过滤领域的材料以针刺、水刺以及纺粘非织造布等为主。然而，这些过滤材料大都由直径在微米级尺度的纤维制成且织物孔径较大，难以捕捉和过滤微小颗粒物烟尘，如PM2.5甚至PM1.0。此外，虽然非织造材料的加工工艺简单，生产成本较低，但其结构本身具有一定的使用局限性，相对于织造材料而言其力学性能较差，斜向剪切回复性较弱。因此在长时间的高气压过滤环境中，会产生不可回复性的变形，最终导致滤袋破裂。以此同时，从材料的角度而言，一些常见的过滤材料在实际使用过程也存在一些缺陷。例如，玻璃纤维在200～260ºC高温环境下的使用寿命较短，在短时间内滤布会发生破洞现象。再如，虽然陶瓷纤维过滤材料具有较高的过滤效率，但其纤维本身较脆，纤维易被折断。此外，PTFE纤维和P84纤维，这两种过滤材料在高温气体过滤环境中的使用寿命相对较长，但其价格昂贵，频繁更换滤袋会给企业带来很大的经济压力。因此，研发一种过滤性能好、力学性能优异的高温气体过滤材料显得至关重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有过滤材料过滤性能差、力学性能差的问题，提供了一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：所述过滤材料由针刺毡和复合玻璃纤维网超声波缝合制成。所述针刺毡为改性聚苯硫醚纤维丝开松梳理铺网后预针刺处理，再主针刺处理，并烧毛加压轧光制得。所述改性聚苯硫醚纤维丝为聚苯硫醚粉末、玄武岩纤维、硅烷偶联剂KH-550熔融混炼挤出造粒后熔融拉丝制成。所述聚苯硫醚粉末、玄武岩纤维、硅烷偶联剂KH-550的重量份为80～100份干燥后的聚苯硫醚粉末，1.6～2.0份玄武岩纤维，0.4～0.5份硅烷偶联剂KH-550。所述梳理铺网成500～560g/m2的单层纤网，所述预针刺处理为以400～500次/min的频率，深度9～10mm，密度36～38刺/cm2预针刺处理，所述针刺处理为以1200～1500次/min的频率，深度8～10mm，密度500～600刺/cm2正反面各4次主针刺处理。所述复合玻璃纤维网为40～50重量份聚四氟乙烯纤维，40～50重量份改性无碱玻璃纤维开松梳理铺网后预针刺处理，再主针刺处理，并烧毛加压轧光制得。所述改性无碱玻璃纤维为将无碱玻璃纤维浸泡于混合液中1～2h，干燥烧结制得。所述混合液由下述重量份原料组成：12～15份钛酸四丁酯，80～100份质量分数为10%乙酰丙酮-乙醇混合液，20～25份无水乙醇，4～5份质量分数为10%盐酸，0.8～1.0份五水硫酸铜粉末，1.6～2.0份硼酸粉末。一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料的制备方法，具体步骤为：（1）将聚苯硫醚粉末干燥后与玄武岩纤维、硅烷偶联剂KH-550熔融混炼挤出造粒后熔融拉丝，得改性聚苯硫醚纤维丝；（2）取钛酸四丁酯加入乙酰丙酮-乙醇混合液中混合均匀，再加入无水乙醇、盐酸、五水硫酸铜粉末、硼酸粉末，继续搅拌1～2h，得混合液；（3）将无碱玻璃纤维浸泡于混合液中1～2h，干燥后转入500～550℃马弗炉中，在氩气保护下，保温烧结2～3h，得改性无碱玻璃纤维；（4）取改性聚苯硫醚纤维丝开松梳理铺网后预针刺处理，再主针刺处理，并烧毛加压轧光，得针刺毡；（5）取聚四氟乙烯纤维，改性无碱玻璃纤维开松梳理铺网后预针刺处理，再主针刺处理，并烧毛加压轧光，得复合玻璃纤维网；（6）将针刺毡平铺在复合玻璃纤维网上并送入超声波缝合机中缝合，得多尺度纤维复合高温气体过滤材料。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术通过在过滤材料中形成粗纤维、普通纤维及细小纤维分支的混合结构，这种结构使得滤料的平均孔径与孔隙率均明显变小，但气流通道总量却因较粗纤维的支撑及细小纤维分支对原有孔隙的分割而变化不大，粗纤维的支撑作用使得原有的气流通道变大，但细小分支的分割作用使得气流通道分支数量与曲折程度大幅提高，这样提高了滤料的拦截效应与惯性效应，但却并未使得气流通道总量明显变小，使滤料获得了高效低阻的理想过滤性能；（2）本专利技术通过超生波复合技术粘合针刺毡与复合玻璃纤维网，其超声波能量直接传递到纤维网内部，能量损失较少，可任意设计粘合点位置和粘合面积，且不会产生类似针刺复合、水刺复合的孔洞，不会影响材料本身的过滤性能，同时针刺毡与复合玻璃纤维网紧密结合在一起，有效改善了复合材料的力学性能。具体实施方式取聚苯硫醚粉末装入真空干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再取80～100g干燥后的聚苯硫醚粉末，1.6～2.0g玄武岩纤维，0.4～0.5g硅烷偶联剂KH-550，加入双螺杆挤出机中，在280～320℃下熔融混炼挤出造粒得母粒，再将母粒装入纺丝机中熔融拉丝，得改性聚苯硫醚纤维丝，取12～15g钛酸四丁酯加入80～100g质量分数为10%乙酰丙酮-乙醇混合液中，以300～400r/min搅拌30～40min，再加入20～25g无水乙醇，4～5g质量分数为10%盐酸，0.8～1.0g五水硫酸铜粉末，1.6～2.0g硼酸粉末，继续搅拌1～2h，得混合液，取40～50g无碱玻璃纤维浸泡在混合液中1～2h，取出浸泡后的纤维丝置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再转入500～550℃马弗炉中，在氩气保护下，保温烧结2～3h，得改性无碱玻璃纤维，取80～100g改性聚苯硫醚纤维丝加入开松机中开松1～2次，并梳理铺网成500～560g/m2的单层纤网，再以400～500次/min的频率，深度9～10mm，密度36～38刺/cm2预针刺处理，再以1200～1500次/min的频率，深度8～10mm，密度500～600刺/cm2正反面各4次主针刺处理，并烧毛，200～260℃加压轧光，得针刺毡，取40～50g聚四氟乙烯纤维，40～50g改性无碱玻璃纤维加入开松机中开松1～2次，并梳理铺网成500～560g/m2的单层纤网，再以400～500次/min的频率，深度9～10mm，密度36～38刺/cm2预针刺处理，再以1200～1500次/min的频率，深度8～10mm，密度500～600刺/cm2正反面各4次主针刺处理，并烧毛，200～260℃加压轧光，得复合玻璃纤维网，将针刺毡平铺在复合玻璃纤维网上并送入超声波缝合机中缝合，得所述多尺度纤维复合高温气体过滤材料。实例1取聚苯硫醚粉末装入真空干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，再取80g干燥后的聚苯硫醚粉末，1.6g玄武岩纤维，0.4g硅烷偶联剂KH-550，加入双螺杆挤出机中，在280℃下熔融混炼挤出造粒得母粒，再将母粒装入纺丝机中熔融拉丝，得改性聚苯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料，其特征在于，所述过滤材料由针刺毡和复合玻璃纤维网超声波缝合制成。

【技术特征摘要】
1.一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料，其特征在于，所述过滤材料由针刺毡和复合玻璃纤维网超声波缝合制成。2.如权利要求1所述的一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料，其特征在于，所述针刺毡为改性聚苯硫醚纤维丝开松梳理铺网后预针刺处理，再主针刺处理，并烧毛加压轧光制得。3.如权利要求2所述的一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料，其特征在于，所述改性聚苯硫醚纤维丝为聚苯硫醚粉末、玄武岩纤维、硅烷偶联剂KH-550熔融混炼挤出造粒后熔融拉丝制成。4.如权利要求3所述的一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料，其特征在于，所述聚苯硫醚粉末、玄武岩纤维、硅烷偶联剂KH-550的重量份为80～100份干燥后的聚苯硫醚粉末，1.6～2.0份玄武岩纤维，0.4～0.5份硅烷偶联剂KH-550。5.如权利要求2所述的一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料，其特征在于，所述梳理铺网成500～560g/m2的单层纤网，所述预针刺处理为以400～500次/min的频率，深度9～10mm，密度36～38刺/cm2预针刺处理，所述针刺处理为以1200～1500次/min的频率，深度8～10mm，密度500～600刺/cm2正反面各4次主针刺处理。6.如权利要求1所述的一种多尺度纤维复合高温气体过滤材料，其特征在于，所述复合玻璃纤维网为40～50重量份聚四氟乙烯纤维，40～50重量份改性无碱玻璃纤维开松梳理铺网后预针刺处理，再主针刺处理，并烧毛加压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李竑靓，王文新，史玉玲，
申请(专利权)人：李竑靓，
类型：发明
国别省市：河南,41