芳砜綸耐高溫針刺過濾氈的熱縮性分析

許明珠王鋒華陸順興侯偉麗沈恒根

(1.上海特安綸纖維有限公司,上海,200336; 2.東華大學,上海,201620)

芳砜綸耐高溫針刺過濾氈的熱縮性分析

許明珠1王鋒華1陸順興1侯偉麗2沈恒根2

(1.上海特安綸纖維有限公司,上海,200336; 2.東華大學,上海,201620)

通過對芳砜綸等常用耐高溫合纖針刺氈的高溫熱縮試驗,將芳砜綸與其他耐高溫合纖類針刺氈進行對比,分析研究了芳砜綸針刺氈的熱縮性。結(jié)果表明,芳砜綸針刺氈在 250℃高溫下具有極佳的高溫尺寸穩(wěn)定性,優(yōu)于其他耐高溫合纖類針刺氈。溫度是合纖類針刺氈熱縮的重要影響因素之一,溫度越高熱縮現(xiàn)象越顯著,且熱縮在溫度升高的較短時間內(nèi)發(fā)生。

芳砜綸,熱縮率,耐高溫過濾材料,合纖,針刺氈,高溫尺寸穩(wěn)定性

芳砜綸(PSA)是具有特殊結(jié)構(gòu)的芳香族聚酰胺纖維,長期使用溫度為 250℃,具有良好的耐熱性和阻燃性,熱收縮小,尺寸穩(wěn)定性和抗化學腐蝕性能等良好[1],適用于水泥、鋼鐵、瀝青等工業(yè)的高溫煙氣除塵過濾材料。

耐高溫過濾材料如濾袋不僅要保證在正常溫度煙氣中能長期使用,還要能夠有效地抵抗瞬間出現(xiàn)的超高溫煙氣所帶來的破壞。如果濾袋在高溫煙氣中的經(jīng)向熱縮率大,將使濾袋在長度方向上尺寸變短,濾袋底部被袋籠底部牽拉著并受力;如果濾袋緯向收縮率過大,將使濾袋緊套在袋籠上,從而使濾袋一直處于受力狀態(tài)而加快其強度損耗,縮短使用壽命[2]。因此,耐高溫過濾材料應具有較好的高溫尺寸穩(wěn)定性,其原料纖維的熱縮率、沸水收縮率值要較小[3]。

目前國內(nèi)耐高溫過濾材料中常用的聚苯硫醚(PPS)纖維、芳綸 1313(間位芳綸,以下簡稱為芳綸)、聚酰亞胺(PI)纖維及聚四氟乙烯(PTFE)纖維等均為耐高溫合纖。當合纖受熱且溫度超過一定限度時纖維產(chǎn)生收縮,這種因受熱的作用而產(chǎn)生的收縮即熱收縮[4]。芳砜綸在 250℃和 300℃下處理 30 min后,熱縮率分別≤1.0%和≤2.0%[1],而聚酰亞胺纖維在相同條件下的熱縮率分別為4.0%和10%[5];芳綸在同樣條件下熱縮率分別≤1.0%和≤3.5%[6],均高于芳砜綸。

本文主要對芳砜綸和聚苯硫醚纖維、芳綸、聚酰亞胺和聚四氟乙烯纖維針刺氈進行了高溫熱縮試驗,并將芳砜綸與其他四種耐高溫合纖針刺氈進行了對比,分析研究了芳砜綸針刺氈在高溫環(huán)境下的熱縮性。

1 試驗內(nèi)容及方法

1.1 試驗材料

本試驗材料主要是芳砜綸及其他 4種常用的耐高溫合纖類針刺氈,共 11個樣品,見表 1。

表 1中,芳砜綸針刺氈中采用的纖維規(guī)格為2.2 dtex×51 mm。芳砜綸基布面密度為 130 g/m2,芳綸基布面密度為 130 g/m2,聚四氟乙烯基布面密度為 140 g/m2。其他耐高溫過濾材料均為市場上不同廠家提供的常規(guī)過濾材料產(chǎn)品。纖維和基布成分均在表中標明,除聚酰亞胺濾料采用聚苯硫醚基布以外,其他濾料均為同一種材料組成,面密度約在 480～520 g/m2。

1.2 試驗內(nèi)容

試驗內(nèi)容主要包括以下四個方面:①無基布芳砜綸針刺氈的熱縮率;②不同基布及纖維原料復合對芳砜綸針刺氈熱縮率的影響;③芳砜綸針刺氈與其他耐高溫針刺氈的熱縮率比較;④溫度和時間對針刺氈熱縮率的影響分析。

表 1 耐高溫針刺氈熱收縮試驗樣品

1.3 試驗方法

本試驗的熱縮率是指耐高溫針刺氈高溫處理一定時間后所測得的尺寸變化率。每種樣品剪取3塊試樣,每塊的尺寸均略大于 20.0 cm × 20.0 cm,在 3塊試樣上精確地做上 20.0 cm× 20.0 cm的正方形標志,并標出經(jīng)緯方向(如圖 1);將試樣置于試驗所設(shè)定溫度的恒溫烘箱中進行高溫處理,一定時間后取出試樣,冷卻后測量試樣尺寸,以 3塊試樣經(jīng) (或緯)向測得的 3次數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為準[7]。

熱縮率的計算公式如下:

式中:L——高溫處理后針刺氈的尺寸(cm)。

圖1 試樣尺寸示意圖

2 結(jié)果及分析

2.1 無基布芳砜綸針刺氈的熱縮率

圖 2為芳砜綸與芳綸的無基布針刺氈熱縮率的比較。由圖可知,在 250℃下處理 200 h后,芳砜綸針刺氈經(jīng)緯向的熱縮率均小于 0.33%,高溫尺寸穩(wěn)定性明顯優(yōu)于芳綸針刺氈。該結(jié)果與王錦等[8]研究的結(jié)果基本相同,即芳砜綸針刺氈在200、250、300℃下經(jīng)過 200 h的高溫處理后,經(jīng)向收縮不超過 0.25%,緯向收縮不超過 0.32%,再次驗證了芳砜綸針刺氈具有突出的高溫尺寸穩(wěn)定性。

圖2 芳砜綸和芳綸無基布針刺氈的熱縮率對比 (250℃,200 h)

2.2 基布和纖維材料對針刺氈熱縮率的影響

基布是針刺過濾氈中重要的結(jié)構(gòu)組成部分之一,本試驗分別選取了芳砜綸、芳綸、聚四氟乙烯纖維基布的芳砜綸復合針刺氈進行對比試驗,測試不同基布對針刺氈熱縮率的影響;同時,還選取了芳綸和聚酰亞胺纖維分別與芳砜綸按 50%比例混合制成的針刺氈進行對比試驗,測試不同纖維對針刺氈的熱縮率影響。

在 250℃下處理 200 h后,不同基布和不同纖維混合后的芳砜綸針刺氈的熱縮率如圖 3和圖 4所示。由圖 3和圖 4可知,100%芳砜綸針刺氈的熱縮率均低于復合其他材料基布和纖維的復合針刺氈,并可以得出如下結(jié)論。

圖 3 不同基布的芳砜綸針刺氈的熱縮率對比(250℃,200 h)

圖 4 混合不同纖維后,芳砜綸針刺氈的熱縮率變化(250℃,200 h)

2.2.1 基布對針刺氈的經(jīng)向熱縮率具有較大的影響

為了起到增強過濾材料經(jīng)向強力的作用,基布的經(jīng)密度往往大于緯密度。因此由基布熱縮而引起的針刺氈的收縮變化在經(jīng)向上表現(xiàn)將最為明顯。由圖 3可知,芳砜綸/聚四氟乙烯基布的芳砜綸針刺氈的熱縮率最大,遠高于芳砜綸/芳綸基布的芳砜綸針刺氈和 100%芳砜綸針刺氈。聚四氟乙烯基布具有較大的熱縮率,致使以其為基布的針刺氈熱縮率最大。

2.2.2 熱縮率大的纖維對針刺氈的熱縮率具有較大的影響

由圖 4可知,在混合了 50%的芳綸和聚酰亞胺纖維后,芳砜綸復合針刺氈經(jīng)緯向的熱縮率均有所增大,緯向熱縮率增加尤為明顯。例如,在混合50%聚酰亞胺纖維后,就使得針刺氈緯向熱縮率由原來的 0.90%顯著地上升到6.33%。從試驗結(jié)果可知,針刺氈纖維材料的熱縮率是影響其熱縮性的主要因素。

2.3 芳砜綸針刺氈與其他耐高溫合纖針刺氈的對比

表 2是芳砜綸與其他耐高溫合纖針刺氈的熱縮率測試數(shù)據(jù)。其中,聚苯硫醚和聚四氟乙烯針刺氈分別選取了在較低溫度和較短時間條件下的試驗結(jié)果。

聚苯硫醚針刺氈的長期使用溫度為 190℃,在250℃的高溫下僅 30 min,其緯向熱縮率就達到3.75%;聚四氟乙烯針刺氈的使用溫度為 260℃,但是在 190℃下處理 2h后,其熱縮現(xiàn)象已經(jīng)比較明顯,緯向熱縮率達到 3.23%;而純芳砜綸針刺氈在 250℃下經(jīng)過 200 h處理后,緯向熱縮率僅為0.25%,表現(xiàn)出極佳的高溫尺寸穩(wěn)定性。

2.4 溫度和時間對針刺氈熱縮率的影響

選擇了熱縮率較明顯的純聚苯硫醚針刺氈進一步研究溫度和時間對針刺氈熱縮率的影響。表 3為相同時間下,聚苯硫醚針刺氈的熱縮率隨溫度變化的測試數(shù)據(jù)。其他四種耐高溫纖維材料針刺氈熱縮試驗所需溫度較高,待有條件時再進行研究。

表2 芳砜綸與其他耐高溫合纖針刺氈熱縮率測試數(shù)據(jù)

由表 3可知,當溫度在 150℃時,聚苯硫醚針刺氈具有良好的熱縮率,針刺氈經(jīng)緯向的熱縮率均≤0.50%;但是隨著溫度的提高,聚苯硫醚針刺氈的熱縮率逐漸增大,尤其是當溫度達到 190℃時,聚苯硫醚針刺氈的經(jīng)向熱縮率在 3.62%以上,熱縮現(xiàn)象較為明顯。

表 3 不同溫度下聚苯硫醚針刺氈的熱縮率測試數(shù)據(jù)

表 4為 250℃下,聚苯硫醚針刺氈的熱縮率隨時間變化的測試數(shù)據(jù)。由表 4可知,聚苯硫醚針刺氈在 250℃下處理 10 min后,經(jīng)緯向熱縮率分別迅速上升到 6.25%和 4.25%(190℃下處理 2 h時熱縮率分別為 3.62%和 1.46%);之后,隨著時間的增加其熱縮率變化較不明顯?？梢?聚苯硫醚針刺氈的熱縮現(xiàn)象在溫度變化的短時間內(nèi)即可發(fā)生,之后,在溫度相同的條件下熱縮率隨著時間的延長并不會有太明顯的增大。

表 4 250℃下聚苯硫醚針刺氈的熱縮率隨時間變化的測試數(shù)據(jù)

綜上可得:

(1)在時間相同條件下,合纖類針刺氈的熱縮率隨溫度的升高而增大;

(2)合纖類針刺氈在一定溫度范圍內(nèi)熱縮率隨溫度升高而增加的速度較為緩慢;但當溫度超過某一限值(如長期使用溫度)后,其熱縮率隨溫度的升高而增大的速度可能將大大提高;

(3)合纖類針刺氈的熱縮現(xiàn)象在溫度變化的短時間內(nèi)就會發(fā)生。

3 結(jié)論

通過對芳砜綸等耐高溫合纖針刺氈的高溫熱縮試驗及其分析比較可得出以下結(jié)論:

(1)與聚苯硫醚、芳綸、聚酰亞胺和聚四氟乙烯常用耐高溫合纖類過濾材料相比,芳砜綸針刺過濾氈的熱縮率最小,具有極佳的高溫尺寸穩(wěn)定性。

(2)純芳砜綸針刺氈的熱縮率最小,復合不同基布和纖維的針刺氈熱縮率都會受到基布和纖維材料熱縮率的不同影響?；贾饕绊戓槾虤值慕?jīng)向熱縮性,纖維材料熱縮性對針刺氈的熱縮起著非常重要的作用。

(3)溫度是合纖類針刺氈的熱縮率的重要影響因素之一。一般合纖類針刺氈的熱縮率隨著溫度的升高而增大,且當溫度超過一定范圍后,熱縮現(xiàn)象更加顯著;熱縮現(xiàn)象在溫度升高的短時間內(nèi)即會發(fā)生,溫度不變時熱縮率隨著時間延長不會有較明顯的增加。

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Analysis of heat-shrinkage property for PS A high-temperature needle filtration felt

Xu M ingzhu1,W ang Fenghua1,Lu Shunxing1,Hou W eili2and Shen Henggen2
(1.Shanghai Tanlon Fibre Co.,Ltd; 2.Donghua University)

The heat-shrinkable properties of PSA needle felt was analyzed and studied through the shrinkage experiment of PSA and other high-temperature synthetic fiber needle felts,through comparing PSA needle feltwith other synthetic fiber needle felts.The results show that PSA needle felt has excellent high temperature dimensional stability at 250℃,superior to other high-temperature needle felts made from synthetic fibers.Temperature is an important factor on heat-shrinkage of needled felt.The higher the temperature,heat-shrinkable phenomenon became significant,and it can happen in a relatively short time when temperature rise.

PSA,heat shrinkage rate,high temperature filtermedia,synthetic fiber,needle felt,high-temperature dimensional stability

TS101.923.1;TS176.5

A

1004-7093(2010)06-0017-04

2009-09-15

許明珠,女,1982年生,開發(fā)工程師。主要從事耐高溫芳砜綸產(chǎn)業(yè)用紡織品的開發(fā)。