纳米耐高温阻燃纤维过滤材料_冷纯廷

18
高 耐酸碱腐蚀, 耐温性好; 易水解老化
30
高 耐水解, 耐酸碱腐蚀, 抗老化, 耐温性好; 强度低, 耐折和耐磨性差
10
低 强度大, 耐腐蚀性和耐温性好; 耐折和耐磨性差
32
中 耐水解, 耐酸碱腐蚀, 抗氧化, 耐温性好, 强度大, 耐折, 耐磨; 产量低
3 结语
纳米耐高温阻燃纤维过滤材料的研制成功是纳 米技术在纺织工业上又一新的应用成果, 也是耐高 温过滤材料生产工艺技术上的一项重大突破, 更是 新型材料、高新技术和传统工艺相结合的硕果, 将对 我国现代化工业的高速发展和对防止大气污染, 保
纳米复合盐与水结合使纤维素的燃烧性能发 生变化, 尤其是纳米微粒改变了复合盐表面特性, 在热解的过程中无机部分的表面有助于束缚原子 团, 因此阻止了燃烧。正是这个原因和结合水的释 放作用, 才使得纳米纤维燃烧速度缓慢, 如果离开 火源具有自熄能力。结合水的释放也是纳米纤维 阻燃的一个重要因素。虽然纤维素自身是可燃的, 但是新型纳米纤维素混合纤维中, 纳米复合盐成分 起到了屏蔽火焰的作用, 使炭化燃烧过程中的热和 烟不易扩散, 当纳米纤维最终炭化时, 只产生极少 量的烟雾和一氧化碳及二氧化碳气体, 与其他阻燃 纤维相比较, 纳米纤维不产生有毒气体 (如盐酸和 卤素气体 )。纳米纤维不仅保持了 纤维素纤维的 基本特性, 同时又在其内部和表面形成了一个耐高 温防火屏障, 从而具有特殊的耐高温阻燃性能。纳 米纤维在高温火焰下不变形、不熔融, 因而防止了 火焰的扩散。纳米纤维是一种没有潜在毒气和烟 雾的理想耐高温阻燃纤维, 由于纳米纤维炭化时不 熔融, 只产生少量的挥发雾, 所以烟雾也非常少, 对 火焰的蔓延也起到了一种屏蔽作用。纳米纤维的 另一个特点是可以通过自然生物降解成为有机和 无机的混合土壤, 如果在高温条件下 ( 1 500e )炭 化, 纳米纤维会燃烧成为无毒气的二氧化硅。纳米 耐高温阻燃纤维不仅性能优越, 而且价格上具有较 强的市场竞争力, 同时对环境无污染, 易于加工成 各种耐高温阻燃纺织品, 尤其适用于耐高温阻燃过 滤材料。
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新材料
产业用纺织品
总第 174期
不足。
乙烯纤维过滤材料的耐酸碱、耐水解性和耐高温阻
玻璃纤维是传统的耐高温阻燃无机过滤材料,
燃性都可以说 是最优秀 的, 耐温可达 到 260e 以
其优点是价格便宜, 抗拉强度大, 耐温可达到 260
上, 表面过滤性能和清灰效果好, 具有良好的抗氧
~ 280e , 具有三维微孔结构, 空隙率高, 过滤阻力
纳米添加剂和纳米耐高温阻燃纤维的技术指 标列于表 1和表 2。
表 1 纳米添加剂的技术指标
项目
技术指标
粒径尺寸 ( nm ) 比表面积 ( m2 /g) 表面能 ( kJ /mol) 堆积密度 ( kg/m3 ) 室温电阻 ( L8 # cm ) 电阻温度系数 K
50~ 75 800~ 1 500 4. 01~ 8. 59
500~ 1 000 g /m2
温可达到 190~ 260e , 而且耐酸碱和耐水解能力 都很强, 其缺点是耐氧化性差, 易收缩变形, 变硬老
厚度 透气量
2. 0~ 2. 5 mm 200~ 300 m3 / (m2 # s)
化, 使用寿命比较短。聚酰亚胺纤维过滤材料具有
强力
981 /1 177 N /5 cm
种新的水平压力计结合, 适合高负荷的伺服驱动, 系电子控制式, 并可以在显 示器上演示出 来。所 以, 单个网片的电子打褶也是可能的。
(m)
优缺点
聚丙烯腈
13 0
1. 2
芳香族聚酰胺 200
1. 5
聚苯撑硫醚
19 0
1. 5
聚酰亚胺
25 0
1. 0
聚四氟乙烯
26 0
1. 5
玻璃纤维
27 5
0. 8
纳米纤维
33 0
2. 5
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低 耐水解, 耐酸碱腐蚀; 耐温性差
22
中 耐酸碱性和耐温性好, 强度大; 易水解
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高 耐水解, 耐酸碱腐蚀, 耐温性好; 易氧化和变形老化
工艺技术 (专利 ), 研制开发了纳 米耐高温阻燃纤
碱性能, 其缺点是耐温性能差, 只能达到 130e , 仅
维过滤材料, 该新型过滤材料具有良好的耐温阻燃
适用于低温烟气除尘系统。芳香族聚酰胺纤维过
性和耐酸碱性、抗氧化、耐水解、抗拉强度高、耐折
滤材料的优点是机械强度大, 耐折和耐磨性能好,
和耐磨性能好; 高温条件下不熔融、不收缩、尺寸稳
纳米耐高温阻燃纤维是以粘胶纤维生产工艺
2005年第 3期
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新材料
为基础, 以纤维素为核心, 用经过低温等离子体处 理的纳米微粉作添加改性剂, 采用双相自然再生新 技术, 制成一种由纤维素和纳米复合盐组成的新型 纤维素纤维。在该新型纤维素纤维大分子内部形 成有纳米复合盐网络和大量的化学结合水, 游离的 纳米复合盐分子链生存于纤维素的内部, 游离纳米 复合盐的分子网络在纤维脱水强化过程中, 由于水 蒸发的能量释放产生一种惰性稀释剂, 从而可以控 制易燃物的挥发速度, 即游离纳米分子网络呈非结 晶状态, 降低了纤维素的结晶度, 从而影响了分解 速度。
干态热收缩率 (% )
湿态热收缩率 (% )
指标 1. 38
2. 0~ 2. 8 20~ 28
7~ 9 6 370 1 300 33 0
35 1. 0~ 1. 5 0. 5~ 1. 0
2 国内外同类产品的综合对比分析
随着生活水平和健康意识的提高, 人们对空气 质量的要求也越来越高, 所以大气污染已引起了人 们的高度重视, 环保部门对钢铁行业、有色冶金行 业、水泥行业以及火力发电、垃圾焚烧和沥青搅拌 等行业的高温烟气的除尘要求越来越严格, 排尘浓 度标准已由原来的 200 mg /m3 提高到 30~ 50 mg/ m3, 因而给耐高温阻燃纤维及过滤材料提供了巨 大的应用市场。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 ( P olysu ifon2 am ide)、改性自熄聚丙烯腈纤维 ( PANOF )、聚酰亚 胺纤维 ( P I)等。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
护环境, 提高人们赖以生存的空气质量起到积极的 作用。耐高温阻燃纤维过滤材料的潜在应用市场非 常巨大, 很有推广应用价值, 发展前途广阔。由于双 相自然再生工艺技术还有待于进一步完善和提高, 目前纳米耐高温阻燃纤维尚未形成批量生产, 但是 相信随着其开发应用的不断深入, 将会满足各种高 温场合的需要, 一定会产生良好的经济效益。
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总第 174期
纳米耐高温阻燃纤维过滤材料
冷纯廷 (吉林纺织技术开发中心, 长春, 130021) 程 宏 (吉林省产品质量监督检验院, 长春, 130022)
韩连顺 (长春工业大学, 长春, 130012)
摘 要: 简要地介绍了纳米耐高 温阻燃纤维及过滤材料的性能及 特点, 并对国内 外同类产品 进行了综合 对比 分析。
优良的耐酸碱性, 由于纤维的异形截面, 使其具有
伸长率 25% /40%
良好的过滤性能, 耐温可达到 260~ 280e , 其缺点
各种耐高温阻燃纤维过滤材料的综合性能比
是价格较高, 易水解老化, 使用寿命较短。聚四氟
较见表 3。
表 3 各种过滤材料综合性能比较
产品种类
耐温 过滤风速 使用寿命
价格
( e ) ( m /m in)
1 纳米耐高温阻燃纤维的技术性能 及特点
21世纪是高科技飞速发展的时代, 纳米新型 材料就是一种高科技的产物。纳米技术是在纳米 尺度 ( 011~ 100 nm) 上研究介于原子、分子、宏观 物质之间的材料特性、结构、相互作用、理化性能及 制备和应用的一门新兴学科。由于纳米粒子有较 高的化学活性、较大的比表面积和微粒的超细化, 使纳米材料的性能在许多方面都优于传统材料, 以 纳米粒子作为添加剂能制造出许多功能独特的新 型材料。作为现代高新技术的研究热点之一, 纳米 技术在纺织工业上也同样得到了广泛的应用。以 纳米微粉 ( 50~ 75 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, 使原来的纺丝液得到 合理的改性处理, 形成稳定均匀的混合体, 可纺性 强, 产品的技术性能水平先进, 是一种理想的耐高 温阻燃高科技新型纤维。
关键词: 纳米纤维, 耐高温阻燃过滤材料, 应用
中图分类号: TS1561 62
文献标识码: A
文章编号: 1004- 7093( 2005) 03- 0040- 03
近年来, 由于现代工业的快速发展和对环保要 求日益严格的需要, 国内外市场上对耐高温阻燃纤 维的需求量越来越大。随着科学技术的不断进步, 世界化纤工业耐高温阻燃 纤维新品种层 出不穷。 自 20世纪 60年代以来, 国际市场上先后出现了芳 香 族 聚 酰 胺 纤 维 ( Nomex )、聚 苯 并 咪 唑 纤 维 ( PBI)、聚苯撑硫醚 纤维 ( PPS )、聚四氟乙 烯纤维 ( PTFE )、聚醚醚酮纤维 ( PEEK )、改性自熄聚丙烯 腈纤维 ( PANOF )、酚醛纤维、三聚氰胺 纤维、陶瓷 纤维、聚氯乙烯醇纤维和硅酸盐纤维等。通常所说 的耐高温阻燃纤维是指在 200e 以上的温度下具 有足够抗热性能的纤维, 该纤维可以在高温下连续 使用而不出现分解, 且 保留着有效的 物理机械性 能。阻燃和低导热性是选择耐高温纤维时重点关 注的性能指标, 但是仅仅具备上述两项性能还不能 称之为优秀的耐高温纤维, 因为许多耐高温阻燃纤 维的生产是采用惰性阻燃剂或利用氰酸、盐酸、溴、 锌和含磷混合物以及其他如卤素类等具有毒副作 用的产品进行阻燃处理的。理想的耐高温阻燃纤 维应该克服现有产品的不足, 应具有良好的物理机 械性能、耐热阻 燃性、高温尺寸稳定性、化学稳定 性、不易水解、抗氧化和耐用性, 还要具有市场价格 的 竞争性。纳米耐高温阻燃纤维是应用新型纳米
化性, 其缺点是抗拉强度低, 耐折和耐磨性能差, 其
小, 除尘效率高, 耐腐蚀性Βιβλιοθήκη Baidu, 但是其致命弱点是耐
价格过于昂贵。
折和耐磨性能较差, 过滤毡与基布剥离强度低, 导
在借鉴国内外各种耐高温阻燃纤维的优缺点
致过滤风速小, 产品使用寿命较短。聚丙烯腈纤维
的基础上, 利用纳米新型材料, 采用双相自然再生
过滤材料价格比较便宜, 具有良好的耐水解、耐酸
收稿日期: 2004- 10- 29 作者简介: 冷纯廷, 男, 1955年生, 高级工程师。从事非织 造产 品的开发与研究工作。
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材料, 采用国际领先的并具有自主知识产权的高新 技术 ( ZL200310104994. 3)研制开发的一种技术性 能强、科技含量高、附加值大、适用范围广的新型高 科技纤维。本文简要介绍纳米耐高温阻燃纤维的 技术性能及在过滤材料方面的应用。
< 300 120~ 260 1. 21 @10- 3 ~ 2. 06 @10- 3
表 2 纳米耐高温阻燃 纤维技术指标
项
目
密度 ( g/cm3 )
单纤维强度 ( cN /dtex)
伸长率 (% )
回潮率 (% )
抗拉模量 ( MP a)
瞬时耐温 ( e )
连续适用温度 (e )
极限氧指数 (% )
(下转第 22页 )
) 42 )
专论
产业用纺织品
总第 174期
(像 PP 网叠加非织造布 )所需的加热和冷却调节, 有助于减少介质存储, 并允许利用高速电子刀式打 褶机的最高速度, 而仍 具有足够的加 热器接触时 间。
¾高液压过滤器或聚合物过滤器需要特殊加 固的高负荷设备 Ò和为进行含有 SST 厚重金属网 的复合而对盘面作涂层处理。这种形式可以与一
具有良好的耐热阻燃性, 耐温可达到 204~ 240e ,
定性好; 过滤风速高, 过滤效果好, 使用寿命长; 产
但是在酸碱浓度较大的高温烟气中, 耐水解性能较
品成本也比较容易被市场接受。该材料的技术性
差, 使用寿命较短, 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
能指标如下: 面密度