解決工業(yè)除塵中PM2.5排放控制的PTFE膜覆合濾料

2012-06-12 來源：CFS責(zé)任編輯：未填瀏覽數(shù)：1207 中國過濾分離網(wǎng)

核心提示：本文概述了一種解決工業(yè)除塵中 PM2.5排放控制的聚四氟乙烯（ PTFE）膜覆合濾料。討論了符合工業(yè)除塵中 PM2.5排放要求的 PTFE膜覆合濾材多層結(jié)構(gòu)要求及相關(guān)性能評估。

1、聚四氟乙烯（PTFE）的特性

PTFE有很長的碳直鏈，氟原子對稱地排布在碳鏈周圍， C-C鍵和 C-F鍵都是很強(qiáng)的鍵，如圖 1所示。氟原子是元素周期表中電負(fù)性最強(qiáng)的元素，氟原子間不存在共享電子，同時(shí)氟原子的電子云為碳鏈形成了螺旋式保護(hù)層。

圖1　聚四氟乙烯分子結(jié)構(gòu)

由于 PTFE具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，因此其具備很好的化學(xué)性能穩(wěn)定、熱性能穩(wěn)定性、非極性以及低表面能，相關(guān)性能參數(shù)詳見表 1。在應(yīng)用領(lǐng)域，由 PTFE原料制備的微孔膜可耐大部分化學(xué)溶劑及氣體，可耐高溫，表面不粘附性，強(qiáng)疏水性及防濕性等其他材料很難共有的一些優(yōu)異性能。

表1聚四氟乙烯的一些性能參數(shù)

2、適用于工業(yè)除塵的PTFE膜

PTFE膜覆合濾料在工業(yè)除塵中的應(yīng)用是表面過濾機(jī)理的體現(xiàn)，截留對象在濾料的表面被截留，不進(jìn)入過濾料的內(nèi)部。表面過濾突出的優(yōu)點(diǎn)是：

a、不需要預(yù)過助濾劑，依靠膜的微孔對顆粒進(jìn)行截留；

b、在膜表面形成梯度濾餅作為預(yù)過濾，壓損上升緩慢；

c、光滑的膜表面具有優(yōu)良的清灰效果，降低過濾及脈沖反吹的能源損耗。

在表面過濾中，表面膜的抗拉強(qiáng)度及抗刺穿強(qiáng)度尤為重要。為了防止膜覆合材料在使用過程中表面被顆粒物刺穿， PTFE膜需要一定的厚度。目前商業(yè)化 PTFE膜的普遍厚度在3-8微米，這樣的厚度的 PTFE膜遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足在使用過程中抗刺穿的需求。一般而言，只有當(dāng) PTFE膜的厚度達(dá)到 10微米以上，覆膜材料在長期使用過程中不宜被破損刺穿。另一方面，運(yùn)行過程中，覆膜材料與網(wǎng)籠中直接接觸，網(wǎng)籠中的豎向筋對料有拉伸作用，所以覆膜材料在橫向方向需要具有一定強(qiáng)度，在反復(fù)拉伸過程中，膜不被破壞。提高膜厚度也是提高膜橫向強(qiáng)度的有效方式。

傳統(tǒng)的 PTFE膜制造工藝，提高膜的厚度，往往同時(shí)降低流速。而用于工業(yè)除塵的濾料流速需要大于 4.0cm/s（測定壓力 125Pa）。通過 4年的自主研發(fā)，朝暉公司開發(fā)了一種新型的膜制造工藝，制備了厚度為 15±2um，單向片纖結(jié)構(gòu)的 PTFE膜，微觀結(jié)構(gòu)詳見圖 2。膜的平均孔徑為 1.0 um，孔徑分布為 0.8-1.5。

膜的效率為 97%~99.7%（顆粒： 0.3 um NaCl氣溶膠；流速： 5.3cm/s），同時(shí)膜的阻力小于 60Pa。

圖2　PTFE膜的 SEM照片

3、PTFE膜覆合材料的性能評估

PTFE膜覆合材料通過瞬間界面熱覆合制備而成，具有優(yōu)異的界面結(jié)合強(qiáng)度。日本 AMBIC公司對朝暉 PTFE工業(yè)除塵覆膜濾料的進(jìn)行了系統(tǒng)的檢測評估：覆膜濾料的流速大于 5.0cm/s（測定壓力 125Pa，測定面積 38cm2），效率 >97%（顆粒： 0.3 um NaCl氣溶膠；流速： 5.3cm/s；測試面積： 50.24 cm2）。同時(shí)還進(jìn)行了清灰效果檢測，如圖 3所示。從圖中可以看到，朝暉 PTFE覆膜材料在運(yùn)行過程中阻力上升緩慢，清灰效果優(yōu)異。

圖3　PTFE覆膜濾料的壽命檢測。

檢測條件：布袋尺寸 164Φ×1000mm,壓力到 1000Pa進(jìn)行脈沖反吹，流速 2.7m/ min，壓縮空氣壓力 0.3MPa，濃度 5g/m3。

最后進(jìn)行了濾料的壽命檢測，檢測條件為：布袋尺寸 164Φ×1000mm，5s進(jìn)行脈沖反吹，次數(shù) 5萬次，流速 1.5m/min，壓縮空氣壓力 0.5MPa，濃度 5g/m3。最后發(fā)現(xiàn)朝暉濾料在破壞性 5萬次試驗(yàn)后沒有發(fā)現(xiàn)破損，如圖4所示。

圖 4　PTFE覆膜濾料 5萬次破壞試驗(yàn)后表面形態(tài)照片

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