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膨化聚四氟乙烯/玻璃纤维(e-PTFE/GF)覆膜滤料综合了膨化聚四氟乙烯(e-PTFE)薄膜过滤性能优异、拒水拒油、耐高温性、化学性能稳定的特性,以及玻璃纤维(GF)高强低伸、高温尺寸稳定、耐酸腐蚀、成本低廉的优点,是一种理想的高温烟气过滤材料。目前市面上的覆膜滤料大多由高温热压覆膜工艺制得,但因为e-PTFE薄膜与玻璃纤维基布之间无法产生化学键合,以及二者热膨胀系数不同,导致覆膜滤料在使用、清灰过程中会遇到滤料脱膜、覆膜劈裂等问题,严重影响了覆膜滤料的使用寿命。产生这些问题的主要原因是由于在覆膜前基布整理过程中PTFE涂层包覆不均、玻璃纤维表面包覆率低而致。此外,由于覆膜滤料在使用、清灰过程中需经受反复弯折,所以滤料的柔软性能同样会影响到其使用寿命。因此,通过改善基布整理的方法,优化PTFE对玻璃纤维基布的包覆效果和玻纤基布的柔软性能,延长覆膜滤料的使用寿命,是现今e-PTFE/GF覆膜滤料的重点研究问题。
针对PTFE乳液整理中现存的包覆不均、包覆率低、缺少深层包覆等包覆效果问题,以及整理后玻璃纤维基布的柔软性能问题,本课题通过对PTFE乳液整理的整体工艺流程进行研究,探寻能够提高乳液整理效果的完整工艺流程。
本文首先研究了具有不同活性官能团的偶联剂对玻璃纤维基布和PTFE包覆层之间界面性能的影响;其次,通过优化处理工艺和整理液组分,提高了偶联剂和PTFE乳液的利用率;最后,通过单因子试验和正交试验,研究了工艺参数与工艺配方对PTFE包覆效果和改性玻纤基布柔软性能的综合影响,其中单因子试验分别以偶联剂浓度和织物柔软剂为影响因素,正交试验以浸轧道数、PTFE乳液浓度和烘焙温度为影响因素。
实验结果如下:
(1)氨基偶联剂依靠酸碱结合和分子间缠结的共同作用,对PTFE的粘结作用优于仅靠分子间缠结的非氨基偶联剂。且相较于单氨基偶联剂,双氨基偶联剂SG-SI900(N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷)由于存在更多可接受电子的氢原子,能与PTFE生成大量氢键网络,为PTFE和GF之间同时提供较优的粘结作用和包覆效果最优。
(2)硅烷偶联剂的偶联作用与多方面因素有关,实验结果表明,分步改性处理的PTFE包覆均匀性比整体掺混改性的PTFE包覆均匀性提升55.6%,且包覆层在微观层面更连续。综合考虑时间成本和水解效率,偶联剂分散液选择n(SG-SI900)∶n(H2O)=1mol∶3mol为溶剂体系、水解时间为90min,硅烷活化性能最优。此外,通过在PTFE浸润剂中添加JFC-1,改性玻纤基布的内部包覆效果被显著提高。
(3)PTFE乳液整理的最佳改性处理工艺参数为:在偶联剂分散液中采用的SG-SI900浓度为2%,在PTFE浸润剂中采用的PTFE乳液浓度为30%,后续浸轧道数为二轧,烘焙温度为200℃,采用二甲基硅油乳液作为耐高温织物柔软剂,改性得到的玻纤基布能够在保证PTFE包覆效果的同时达到最低的抗弯刚度。
针对PTFE乳液整理中现存的包覆不均、包覆率低、缺少深层包覆等包覆效果问题,以及整理后玻璃纤维基布的柔软性能问题,本课题通过对PTFE乳液整理的整体工艺流程进行研究,探寻能够提高乳液整理效果的完整工艺流程。
本文首先研究了具有不同活性官能团的偶联剂对玻璃纤维基布和PTFE包覆层之间界面性能的影响;其次,通过优化处理工艺和整理液组分,提高了偶联剂和PTFE乳液的利用率;最后,通过单因子试验和正交试验,研究了工艺参数与工艺配方对PTFE包覆效果和改性玻纤基布柔软性能的综合影响,其中单因子试验分别以偶联剂浓度和织物柔软剂为影响因素,正交试验以浸轧道数、PTFE乳液浓度和烘焙温度为影响因素。
实验结果如下:
(1)氨基偶联剂依靠酸碱结合和分子间缠结的共同作用,对PTFE的粘结作用优于仅靠分子间缠结的非氨基偶联剂。且相较于单氨基偶联剂,双氨基偶联剂SG-SI900(N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷)由于存在更多可接受电子的氢原子,能与PTFE生成大量氢键网络,为PTFE和GF之间同时提供较优的粘结作用和包覆效果最优。
(2)硅烷偶联剂的偶联作用与多方面因素有关,实验结果表明,分步改性处理的PTFE包覆均匀性比整体掺混改性的PTFE包覆均匀性提升55.6%,且包覆层在微观层面更连续。综合考虑时间成本和水解效率,偶联剂分散液选择n(SG-SI900)∶n(H2O)=1mol∶3mol为溶剂体系、水解时间为90min,硅烷活化性能最优。此外,通过在PTFE浸润剂中添加JFC-1,改性玻纤基布的内部包覆效果被显著提高。
(3)PTFE乳液整理的最佳改性处理工艺参数为:在偶联剂分散液中采用的SG-SI900浓度为2%,在PTFE浸润剂中采用的PTFE乳液浓度为30%,后续浸轧道数为二轧,烘焙温度为200℃,采用二甲基硅油乳液作为耐高温织物柔软剂,改性得到的玻纤基布能够在保证PTFE包覆效果的同时达到最低的抗弯刚度。