耐高温滤材纤维的技术现状

1、耐高温滤材纤维的技术现状国外从70年代开始研究开发耐高温合成纤维，随着耐高温合成纤维的开发利用，各种新品种滤材不断涌现。而国内一方面研制开发的高温合成纤维品种较少，另一方面对环境治理的要求也大大低于国外。随着人们对环境要求的日益提高，治理大气污染，防止废气对人类健康造成的危害，对冶金、钢铁、发电、碳黑、水泥等行业高温烟尘过滤要求越来越高，排尘浓度标准已由原来的200mg/m提高到3050mg/m，给耐高温阻燃纤维及过滤材料提供了巨大的应用市场。耐高温纤维有合成纤维(180200以上)和无机纤维两类，耐高温滤材主要采用耐高温合成纤维。目前耐高温滤材主要采用耐高温纤维制成的针刺过滤材料，这类材材多

2、呈三维结构，其孔隙小而孔隙率大，过滤效率高，因此在近年来得到越来越广泛的应用。目前国内的高温过滤以玻璃纤维材料为主，但耐磨、耐折性能差，不能满足环境复杂的高温粉尘过滤要求。因此发展高性能的耐高温纤维及滤材，满足日益增长的高温烟尘过滤的要求，有着重要的意义。一、耐高温纤维 国外从70年代开始致力于研究开发耐高温合成纤维，较著名的公司有美国杜邦公司、日本帝人公司、德国巴斯夫公司等。开发并得以广泛应用的耐高温纤维有芳族聚酰胺(如Nomex等)、聚苯撑硫醚(PPS)、聚苯并咪唑(PBI)、聚酰亚胺(PI)以及聚丙烯腈预氧化纤维(PAN0F)等等。长期以来，我国的耐高温阻燃纤维及过滤材料一直依赖进口，市

3、场被美国、日本、俄罗斯等国家所垄断。近几年来，我国先后研制成功了各种耐高温阻燃纤维，如芳砜纶(Polysuifon-amide)、改性自熄聚丙烯腈纤维(PANOF)、聚酰亚胺纤维(PI)及芳纶1313等。但国内的耐高温纤维达到200以上的除玻璃纤维外，其它纤维仅有少量生产，如间位芳纶。研究开发国产化的耐高温纤维是当务之急。1、破璃纤维 玻纤滤材有多种形式，包括普通玻纤织物，膨体玻纤织物，纯玻纤或与其他化纤混合针刺毡，以及玻纤布或针刺毡覆聚四氟乙烯微孔膜等。针剌毡以其较好的滤性占有较大比例(我国50 55，国外>60 )，覆膜滤材以更好的滤性受到欢迎正迅速发展。玻纤滤材还在空气超净化、燃油

4、、啤酒过滤乃至血液过滤方面得到开发。纺织工业用的玻璃纤维其直径大多为812m ，相当于1.2dtex2.8dtex。国内用于针刺滤材基网较多，一般是机织网布。在生产超细过滤材料时用直径为13m的玻璃纤维。2、聚四氟乙烯纤维(PTFE) 聚四氟乙烯纤维目前主要由奥地利兰精(Lenzing)公司生产，兰精公司的工艺系专利方法，与其他公司采用的膜裂法成纤工艺完全不同。该法由烧结的聚四氟乙烯圆柱，经机械加工切割出连续的丝束，在熔点(327)以上的温度下凝胶化和热拉伸而制成纤维。兰精公司的聚四氟乙烯纤维截面略呈矩形，相当于纤度10 dtex。经针刺法非织造布加工成滤材，具有过滤效率高的优点，可在260高

5、温下连续使用。3、聚酰亚胺纤维(PI) 聚酰亚胺纤维玻璃化温度315，氧指数38，在250加热l0 min热缩率小于1，可在260条件下连续运作，最高工作温度可达300。在260高温下不会产生物理降解现象，而且耐化学性能好，在较大的PH值范围内都能适用。聚酰亚胺纤纤维的一个显著特点是其不规则的截面结构。在纺丝工艺中应用特殊的工艺参数可获得不规则的纤维截面，如三叶形截面结构。纤维三叶形横截面形成了非常高的纤维表面积系数，比圆形截面纤维增加了约80的纤维表面积，大大增大了捕集尘粒的机会,提高了过滤效率，而且纤维持殊的截面形态，使得粉尘大多被集中到滤料的表面，较难渗透到滤料的内部堵塞孔隙，降低运行阻

6、力。因此纤维对粉尘的捕集能力大大强于一般纤维，如选用同样旦尼尔数的纤维制得的滤料，纤维滤料的集尘效率要比其他纤维高一个数量级，因此混有纤维的滤料将会大大改善使用性能。目前国内已生产出用短切无碱玻璃纤维与P84(PI) 纤维混合，运用特殊的梳理和针刺工艺而最终形成的复合针刺滤料，该产品是高炉煤气净化的首选品种，也是运用量最大的一个品种。4、间位芳香族聚酰胺（芳纶1313） 芳香族聚酰胺纤维根据分子结构不同分为对位型与间位型两类。对位型产品一般作为高强高模纤维应用，间位型主要用作耐高温纤维材料。芳纶1313纤维具有优异的耐高温和阻燃性能、良好的可纺性和尺寸稳定性、较好的机械性能，是目前技术比较成熟

7、，使用最为广泛的本质阻燃纤维，其消费总量居特种纤维的第二位。目前，商业化的芳纶1313纤维有DuPont(杜邦)的Nomex、Teijin(帝人)的Conex、Unitika(尤尼吉卡)的Apyeil和俄罗斯的Fenilon纤维，而其市场基本上由美国DuPont和日本Teijin两家控制。DuPont公司生产的Nomex纤维已经发展了好几代，具有多种产品规格和用途。其品种主要有3个系列：410系列为绝缘纸产品，包括绝缘板等；430系列为长丝；450系列为短纤维和丝束。Teijin公司生产的Conex纤维除常规纤维品种外，还有纺前染色品种和碱性染料可染品种、具有高度阻燃稳定性的Conex FR和

8、耐候性极好的Conex L。高强型Conex长丝的断裂强度可达6.2 cN/dtex，比普通产品提高40。Unitika公司除生产短纤维外，还生产长丝、薄膜和绝缘漆品种。其最大特点是拥有超短纤维和导电纤维，制备的短纤维纤度可达0.55 dtex，而最细的Nomex与Conex纤维为1.66 dtex。 俄罗斯的Fenelon仅限于本国使用，研发情况较少透露。此外，日本三菱东津化学和可乐丽公司、小松精练公司、三井东压化学公司等也在研发同类纤维。 我国从20世纪60年代开始研究芳纶1313。目前，山东烟台氨纶股份有限公司和广东彩艳股份有限公司均能采用低温溶液聚合方法和湿法纺丝工艺工业化生产芳纶13

9、13纤维，并可生产原液着色纤维，以解决芳纶纤维不易着色问题。目前两厂纤维产品主要制作无纺布，用于耐高温过滤材料，并大量外销；目前，烟台氨纶股份有限公司芳纶1313生产能力已达到2800吨/年，超过日本帝人公司，成为全球第二大芳纶1313生产供应商。也可用于纺纱织布，但有时会出现较多的超长纤维和倍长纤维，此外，在不同季节和不同地区进行纺纱加工时，会出现可纺性的波动。根据2005年底的抽样对比，两厂产品的拉伸断裂强度接近Nomex纤维，但仍然偏低；断裂伸长率随生产线、牵伸工艺的不同而不同。但如果与其它纤维搭配合理，国产芳纶1313纤维完全可以进行纺织加工，应用于阻燃面料。 芳纶1313纤维是由酰胺

10、基团与间位苯基连接所构成的线性大分子，呈柔性结构，由于氢键的作用和苯环的影响，化学结构非常稳定，有优异耐高温性、耐燃性、高温尺寸稳定性。尤其突出的是其优良的物理机械性能，强度和涤纶相近，耐磨性、耐弯曲性好，具有优良的纺织加工特性，可通过针刺、水刺成非织造布。芳纶1313纤维在不同温度、不同时间的强力保持率，其中在温度250干热1000小时条件下，其强力保持率可达60以上。芳纶1313纤维作为功能性纤维在高温粉尘过滤行业有着不可替代的地位，但是由于分子结构的特点决定了它也存在一定缺陷，如耐强酸性差，耐高温水解性较差，不可在燃煤锅炉、垃圾焚烧等行业中应用。5、芳砜纶 国产的聚砜酰胺纤维(PSA)称

11、为芳砜纶，它是一种在高分子链上含有砜基(SO2)的芳香族聚酰胺纤维，该纤维玻璃化温度257，软化温度367，无明显熔点。在400以上时开始分解，是目前国内用得比较多的一种耐温纤维。芳砜纶是制作袋式除尘器配套滤袋的优良材料，其不仅具有良好的耐热性，而且还具有优良的抗热氧老化的稳定性，热收缩小，能保持良好的尺寸稳定性，以及良好的抗酸性能等，可在230以内长期使用，非常适用于耐高温滤料，价格相对P84、PPS、Nomex也较便宜。另外，芳砜纶纤维的摩擦系数小，用其制成的滤袋，清灰容易；由于芳砜纶耐温较高，因此可与聚四氟乙烯（固化温度260）热压粘合制成过滤效果好且稳定的覆膜滤料。我国自行研究的耐高温

12、纤维-芳砜纶(商品名Tanlon，简称PSA)是上海纺织科学研究院和上海合成纤维研究所共同开发的具有独立自主知识产权的一种有机耐高温合成纤维，现已经胜利投产，它的问世填补了我国耐250等级合成纤维的空白。芳砜纶作为高科技的基础材料，上千吨级正在投产，最终形成并推动以芳砜纶原料为龙头，从原料到复合高性能材料的高科技产业链的发展。6、聚苯硫醚纤维(PPS) PPS是一种半结晶聚合物，其分子链是由苯环经对位硫原子连接起来的刚性结构。PPS所呈现的一个主要特点为：在恶劣化学环境下仍能保持其物理性，具有极佳的抗强度损失性。PPS纤维抗酸、碱性卓越，只有在强氧化剂中才降解，具有优良的耐热性、优异的抗化学腐

13、蚀性和阻燃性。对于轻度交联、热处理与拉伸的PPS，偏光显微镜观察结果曾表明PP5可以形成很完善的球晶。工业用炉和城市垃圾焚烧炉排放出的废热烟气一般都含有腐蚀性化学物质，因此要求过滤材料不仅耐热性好，而且耐化学腐蚀性优良。 聚苯硫醚纤维常用复丝，规格为550dtex100f、550dtex200f及1100dtex200f。单纤强度45cNtex，断裂伸长为1722，在200温度下热缩率为57，耐酸性优良，是生产针刺非织造布滤材的良好机织基布原料。日本东丽公司在l0年前开发了聚苯硫醚纤维，现在工业化规模是年产短纤l500t，长丝100t，可生产圆形及异形丝，甚至可纺成1dtex的细旦丝，具有很好

14、的耐热性、耐化学药品性和极佳的阻燃效果(氧指数LOI值可达到34)，具有很好的可纺性，与聚酯纤维配伍效果很好。 聚苯硫醚(PPS)纤维主要有日本东洋纺的Procon纤维、飞利浦公司的Ryton，东丽公司的Torcon，帝人和拜耳也生产此类产品。 东洋纺的Procon纤维与其他几种聚苯硫醚纤维不同之处在于，其纤维形态为三叶形而非圆形，这样可提高过滤效率及空气透过率，减少压力，减少能源消耗，延长清洗滤袋的时间间隔。另外用Procon纤维制成的纱和基布的强度比较高，这也是三叶形的作用。Procon（聚苯硫醚）纤维滤料连续运行温度为190(与芳纶Nomex相近)，比一般涤纶要高得多(涤纶连续运行温度为

15、130左右)。Procon纤维的耐化学性则非常优越，因此很适合在酸性和碱性条件下过滤。Procon纤维特别适用于液体过滤，还可用于化学工业的产品过滤及其他液固分离的场合。Procon纤维与Nomex对比，不易水解。实际证明其在耐水解、化学稳定性方面优于Nomex及玻璃纤维。Procon纤维均匀性亦较好，但耐热性不及聚酰亚胺。7、三聚氰胺纤维 三聚氰胺纤维是以巴斯夫获专利的三聚氰胺技术为基础的特殊的合成纤维，注册为Basofil，这种纤维和Metamax纤维混纺制成毡，注册为Basofil，简称BFM。自1994年开始投产制成毡，已在国外许多袋式除尘器广泛使用。1997年在美国北卡罗来纳州阿什维

16、拉附近的巴斯夫思卡工厂规模生产。1999年恰安(厦门)无纺布有限公司与巴斯夫合作，成功开发出的一种新产品LFB。三聚氰胺树脂和独特的离心式纺丝工艺共同决定了纤维最独特的性能之一，是它椭圆形纤维的均匀的直径分布。此性能特点产生了纤维线密度和长度的连续分布。由过滤机理理论可知，组成滤料的纤维直径大小与纤维横截面形状一样，决定了纤维表面面积的大小，对滤料的过滤性能影响较大。由过滤机理可知随纤维直径的变细，纤维对粉尘颗粒的惯性碰撞、筛分、扩散、截留、静电等作用增强，捕获率随着增大。细小直径的Basofil纤维均匀地分布在整个毡基上，增强了滤料的集尘能力。 尽管三聚氰胺通常是不活泼的，但可作为合成结构单

17、元与甲醛进行缩合反应，形成一个三维化学网状结构，这种交联结构热稳定性高、耐溶剂性极好、可燃性低较高的极限耗氧指数(LOI 32)具有极好的绝缘性和低导热性，通热时形稳定性极好遇火时不收缩、不熔化,不流滴其连续使用温度可达到180-200短时间内可高达260-370。8、聚丙烯腈预氧化纤维(PAN0F) 聚丙烯腈预氧化纤维(PAN0F)是90年代开发出来的一种新型耐高温纤维，这种纤维具有不熔、不软化、不收缩、在300高温下性能稳定等特点，其极限氧指数高达55。该纤维世界产量每年已超过3万ta。国内在研制耐高温PAN0F纤维方面属起步阶段，虽在上海、北京、山西等科研院所都已开发，全国生产能力约10

18、00t，但由于质量差、后加工难度大等原因至今发展缓授，尚未形成工业化生产。聚丙烯脂须氧化纤维(PAN0F)的加工原理是采用高强聚丙烯腊(PAN)长丝在高温和空气中进行氧化。在氧的作用下，PAN大分子发生环化、氧化及脱氧反应，形成一种共轭体系的梯型结构的带色和耐高温聚合物(即PAN0F)。 根据其加工原理以及针对目前预氧化纤维存在的质量问题，如纤维强度低、脆性大、不利于后加工处理等问题，国内厂家采用了以下工艺措施加以解决：(1)对原丝质量进行监控测试、分批加工，确保每批纤维质量的均匀和稳定。(2)减少纤维之间的温差、层差，确保温度分布均匀，纤维强度在2cNdtex以上。(3)提高氧化护温度，延长

19、纤维停留时间，确保纤维大分于环化等反应充分，提高耐高温性能等等。 目前在国内外之所以很少开发预氧化纤维的耐高温过滤材料，其根本原因是预氧化纤维的含碳量高、脆性大、无卷曲、抱合力差，可加工性较差。针对以上问题，国内厂家采用如下措施：(1)采用高温牵伸卷曲的方式，使纤维在其碳链大分子处于柔动状态下卷曲，从而达到卷曲数在13个25mm以上。(2)采用低压机械卷曲，确保纤维强度无损伤且不产生毛丝。(3)对纤维表面进行上油处理，使纤维柔软、抗静电，从而提高其可纺性。产品经多家钢厂试用表明，其具有强度高、使用周期长、耐高温(无烧袋现象)、透气量大、易清灰等特点，能够达到和满足冶金、钢铁等行业耐高温过滤的各

20、项要求。9、纳米耐高温阻燃纤维过滤材料 从国内外现有的各种耐高温阻燃纤维及在过滤材料应用效果方面分析，无论是进口产品，还是国产过滤材料，都或多或少地存在着不足。吉林纺织技术开发中心开发的纳米耐高温阻燃纤维过滤材料，以纳米微粉(5O75 nm)作添加剂，利用低温等离子体处理技术和双相自然再生工艺技术，采用熔融共混的方法制备纺丝液，使纳米微粉均匀地分散在纺丝液中，并且不氧化、不团聚，形成稳定均匀的混合体，制成一种由纤维素和纳米复合盐组成的新型纳米耐高温阻燃纤维过滤材料，该新型耐高温过滤材料具有良好的耐温阻燃性和耐酸碱性、抗氧化、耐水解、抗拉强度高、耐折和耐磨性能好；高温条件下不熔融、不收缩、尺寸稳

21、定性好；过滤风速高，过滤效果好，使用寿命长；产品成本也比较容易被市场接受。 二、各种耐高温纤维的优缺点比较由于滤料使用现场情况复杂，含尘气体的温度、湿度、腐蚀性、可燃性、粉尘的形状、粒径大小、附着性和凝聚性有所差异，对原料纤维物理化学性能有不同的要求，因此对各高温合成纤维特性的研究，对于选用合适纤维研制耐高温滤料就显得非常重要，并且有一定难度。玻璃纤维是传统的耐高温阻燃无机过滤材料，其优点是价格便宜，抗拉强度大，耐温可达到260280，具有三维微孔结构，空隙率高，过滤阻力小，除尘效率高，耐腐蚀性好，但是其致命弱点是耐折和耐磨性能较差，过滤毡与基布剥离强度低，导致过滤风速小，产品使用寿命较短。聚

22、丙烯腈纤维过滤材料价格比较便宜，具有良好的耐水解、耐酸碱性能，其缺点是耐温性能差，只能达到130，仅适用于低温烟气除尘系统。芳香族聚酰胺纤维过滤材料的优点是机械强度大，耐折和耐磨性能好，具有良好的耐热阻燃性，耐温可达到204240，但是在酸碱浓度较大的高温烟气中，耐水解性能较差，使用寿命较短，特怕SOx的侵蚀，因此在烧煤的电厂中往往不能应用，只适用于还原性烟气净化。聚苯撑硫醚纤维过滤材料具有良好的耐温阻燃性，耐温可达到190260，而且耐酸碱和耐水解能力都很强，在燃煤锅炉上是最适合的滤料，其缺点是耐氧化性差，易收缩变形，变硬老化，使用寿命比较短，长期工作温度应控制在190以下，在工况温度高于2

23、00场合，应用受到影响。聚酰亚胺纤维过滤材料具有优良的耐酸碱性，由于纤维的异形截面，使其具有良好的过滤性能，过滤效果好，耐温可达到260280，其缺点是产量少且价格相当高，易水解老化，使用寿命较短。聚四氟乙烯纤维过滤材料的耐酸碱、耐水解性和耐高温阻燃性都可以说是最优秀的，耐温可达到260以上，表面过滤性能和清灰效果好，具有良好的抗氧化性，其缺点是抗拉强度低，耐折和耐磨性能差，其价格过于昂贵。玻璃纤维作为滤料最杰出的优点是耐高温、尺寸稳定性好、拉伸断裂强度高不耐折，除了HF、高温高碱外，对其它介质都很稳定，但其缺点是耐折性差，清灰时易产生落纤。三、耐高温纤维在新型高温滤材业的应用各种耐高温滤材纤

24、维具有不同的理化特性，在高温滤材的选择上应综合考虑含尘气体的温度、湿度、耐化学性、腐蚀性、可燃性、爆炸性，粉尘的形状、粒径大小、附着力和凝聚性等各方面的具体要求，选择合适的高温滤材及其组合使用。目前高温过滤材料除由美塔斯和玻璃纤维制做外，还有恶二唑、聚苯硫醚、聚亚酰胺、聚四氟乙烯、不锈钢纤维等。后几种纤维的耐温性、化学稳定性并不比前二种差，但也要从制造加工成本和生产难易程度上加以选择确定。目前，在钢铁厂的高炉煤气，水泥广烘干及窑头窑尾，炭黑厂的尾气收集，铁合金广各种电炉，冶练广的高温烟气集尘等场合，80以上使用玻纤饥织布或玻纤针刺毡。玻纤虽价格较低，但耐磨耐折性能差，不能应用于带有骨架的除尘器

25、中，只能选择很低的过滤风速。除尘器的过滤面积和体积较大，运行费用极高市场将会呈逐步下降态势。在一些过滤精度要求比较高、高风速、高气布比的场合，一班使用引进国外特种功能化纤制造的耐高温过滤毡。如在电力行业及燃煤锅炉上使用的菜顿(Rym)针刺毡，在垃圾焚挠炉上使用的P84针刺毡，在沥青混凝土搅拌机及一些冶炼厂、钢铁厂上都使用美塔斯(Metamax)针刺毡。但依赖进口，价格昂贵使一些工厂在经济方面难以承受较高的使用成本，推广受到限制。虽然目前国内有几家自己进口原料生产针刺毡，性能与国外产品差不多，与进口毡相比价格虽降低一点，用户仍难以承受。为适应中国环保产业发展的需求，研制高效、高风速、低阻力、低价

26、格、耐高温复合型针刺毡是除尘技术发展到一定阶段的必然。1、目前所使用的几个滤料品种 目前用于高炉煤气净化的国产耐高温滤料品种较少，使用纤维的品种只集中在玻璃纤维和美塔斯(Metamax)化学纤维两种原料上，滤布的材质及制做的滤袋规格主要有小高炉用布袋的机织玻璃纤维布，为中碱玻璃纤维，一般为后处理，也有用素布的；30Dm3左右的中型高炉绝大部分使用的为前处理或后处理的玻璃纤维布，中碱、无碱均有：部分300m3中型高炉近年来采用了首钢设计院设计的高炉煤气净化技术-长袋低压脉冲除尘器，选用过的滤料有杖邦-帝人公司的美塔斯针刺过滤毡。后来，一部分炼铁企业开始使用玻纤针刺毡滤袋。大型高炉，如首钢、太钢所

27、使用的滤料为从日本进口的美塔斯针刺毡大布袋。2、毡类滤料在应用中存在的问题 目前所使用的净化高炉煤气的毡类滤料主要有美塔斯针刺毡和玻纤毡滤袋，两者比较，美塔斯针刺毡使用寿命长，但价格较贵，耐温在220左右，对现场操作水平和温控水平均要求较高；玻纤毡滤袋虽耐温度波动范围较大，价格便宜，但同美塔斯针刺毡相比，运行阻力高、耐磨和耐折性差、使用寿命短。综合使用成本二者相差不太大。对比之下，前者性能好，价格也高；后者性能差，价格也低。因此制造一种性能价格比高的毡类滤料是提高高炉煤气除尘净化技术水平的关键。为满足我国的耐高温滤料市场需求，化纤和非织造布行业应加快研制和生产价格性能更优的耐高温纤维和高温粉尘滤料。3、国内新型耐高温复合针刺滤材的应用开发 国外在耐高温滤材方面研究较早，现已开发多种规格、类型的高性能耐高温滤料。国内耐高温滤材纤维由于种种原因起步晚，发展慢，由于采用纯高温纤维滤料生产成本较高，目前采