玄武岩纤维在高温气体过滤的应用

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1、玄武岩纤维在高温气体过滤的应用玄武岩纤维在高温气体过滤的应用唐李兴（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州215163）【摘要】玄武岩纤维是绿色环保的高性能纤维，具有耐高温、耐化学腐蚀、耐水、强度高、断裂伸长率低等优良特性，其价格便宜，用作高温烟气过滤材料，前景广阔。介绍了玄武岩纤维的性质，以及玄武岩纤维过滤材料的复合工艺、后处理和结构。.jyqkex）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（P84）、聚四氟乙烯（PTFE）、玻璃纤维（GF）、陶瓷纤维等高性能纤维，用于对高温烟气的过滤除尘。然而，上述纤维材料，在不同方面受到一定的限制。例如，GF的使用温度为30

2、～260℃，具有优良的耐腐蚀性，但是挠曲性差、不耐磨；P84纤维在温度接近最高使用温度260℃时容易收缩变形；PTFE纤维织物虽然对高温腐蚀性气体具有良好的过滤性能，但其价格昂贵，在高温下容易收缩变形；陶瓷纤维滤料对于温度为500℃以上的腐蚀性气体具有很高的可靠性，但在过滤温度低于300℃的气体时，其强度和气体渗透性不高[1]；P84纤维和芳纶1313易水解，不宜应用于高湿烟气的过滤除尘；PPS纤维易受氧气腐蚀，其使用温度受到烟气氧含量的限制。与上述纤维相比，玄武岩纤维综合性能更好，且较廉价。因此，玄武岩纤维用于高温烟气除尘具有很大的优势。1玄武岩纤维简述玄武岩纤维

3、（BF）于1953~1954年由苏联莫斯科玻璃和塑料研究院开发出。1.1BF的组成成分BF属于硅铝酸盐系纤维，主要成分为SiO2，还包括Al2O3、MgO、Na2O、K2O、TiO2等成分。1.2BF的理化性质耐高、低温性能好。BF可在-260~700℃连续工作，最高使用温度为860~900℃。PPS、P84、PTFE和GF纤维最高使用的温度都不超过400℃，而碳纤维在300℃下即发生氧化产生碳氧化物气体，Nomex纤维的瞬间最高使用温度也只有250℃。耐酸、碱性好。BF可以耐受pH为13～14的碱性环境，BF在2NNaOH和2NHCl中的性能保留率分别为92％和7

4、5％，在2NNaOH和2NHCl中的重量损失率分别为5.0％和2.2％，在此条件下，GF的结构则会受到严重的破坏[2]。耐水性能好、吸湿性低。BF中含有特殊的MgO、Na2O、K2O、TiO2等成分，提高了纤维的防水性和耐腐蚀性。力学性能优良。BF具有断裂强度高，断裂伸长率低等特点，具有良好的尺寸稳定性。BF的力学性能接近碳纤维，而不具有碳纤维的抗氧化性差的弱点，因此BF被认为是碳纤维的低价替代品；BF的拉伸强度与无碱玻纤相当。此外，BF还具有优良的耐氧化性、阻燃性、抗紫外线性、绝缘性，以及抗辐射性等。2BF滤料纯BF滤料仅以BF为原料制得。然而，由于BF自身的缺陷

5、，这类过滤材料不能适应于脉冲或振荡系统，并且使用寿命较短。BF复合滤料以BF与其他一种或多种耐高温纤维复合制得。与BF复合的耐高温纤维有芳纶1313、PPS、P84、PTFE、GF等。由于BF复合滤料采用了性价比高的BF，还掺杂了其他高性能纤维，各种纤维之间取长补短，所得的复合滤料具有良好的综合性能。2.1BF滤料的复合工艺2.1.1针刺法针刺法采用针刺机，利用截面不同形状的且带有钩状的刺针对梳理后的纤网分别进行预刺和主刺，使得纤维抱合纠缠，从而使得纤网的厚度和强度都达到稳定的状态。然而BF的刚度大，刺针对BF容易造成损伤，制造出的产品存在断裂强力低、过滤性能差、使

6、用寿命短等不足。2.1.2水刺法水刺加固工艺是依靠高压水，经过喷水板形成微细的高压水针对托网帘或转鼓上运动的纤网进行连续喷射，在水针直接冲击力和反射作用力的双重作用下，纤网中的纤维发生位移、穿插、抱合、缠结，形成无数的机械结合，从而使纤网得到加固。与针刺法相比，水刺法减少了对纤维的损伤，不会破坏纤网的外观结构，制造的产品强力高，因此，业内普遍采用水刺法代替针刺法，以克服针刺法带来的缺点。2.1.3针刺和水刺复合法为了融合针刺和水刺各自的优点，同时克服两种工艺各自的缺点，于淼涵等[3]采用针刺和水刺复合工艺，即先采用预针刺加固，然后采用水刺加工，制备的PBO复合超高温

7、过滤材料，具有高强、高透气、高过滤精度的性能。王萍等[4]也采用该复合工艺制备得到BF、芳纶1313和玻纤的复合过滤材料，并研究工艺参数对产品性能的影响。2.1.4熔融烧结法于淼涵等[5]采用熔融烧结法，将不锈钢复合纤维与BF结合，使得不锈钢复合纤维高温熔融后粘结在无机纤维基布经纬纱交织点上，与常规针刺毡相比，提高了毡层和基布的结合强度。2.1.5高温热压法陈慰来等[6]将经PTFE溶液涂层处理的BF机织布，与BF缝编无纺布，采用高温热压进行结合，制成BF复合滤料。与传统的针刺和水刺相比，滤料层间相互结合更加牢固，并且与传统的针刺法相比，不会损伤纤维。2.2BF