经济的快速发展必然带动能源的巨大消耗,目前化石燃料在我国能源结构中占有重要地位,但是,化石燃料的使用对大气环境造成了极大的破坏。我国自改革开放以来,在经济高速发展的同时也面临着严重的大气污染问题,例如:最近几年肆意频发的雾霾横扫我国北方大部分城市。近年来,国家已加大治理力度,但未来之路仍任重而道远。大气污染现象的重要原因之一就是可吸入颗粒物。燃煤电厂是我国重要的大气污染物排放行业之一,之前使用的除尘设备以电除尘为主,但大量研究表明,电除尘过滤效率,尤其是对细小颗粒物的过滤效率远小于袋式除尘器。国家从2014年在排放物较为严重的行业推广电除尘与袋式除尘联用,或直接使用袋式除尘器作为有效除尘手段。滤袋是袋式除尘器的核心,起到过滤粉尘、排出清洁气体的作用,推广后发现滤袋常因机械、化学等原因而破损、失效,使用寿命严重降低,企业的运行成本大幅上升,大大限制了袋式除尘技术的大面积推广。目前,滤袋主要由两层纤网加一层平纹机织基布构成,针刺加固后再经过一系列后整理工艺制备完成,其中纤网、基布分别起到过滤、增强的作用。滤料在使用时不仅要承受滤饼的重量,还要承受操作过程中极大的压差以及清灰过程中高压脉冲气流造成得剧烈抖动,强力是保证使用寿命的最基本前提;其次,由于滤料的过滤性能至关重要,提高过滤效率尤其是对细小颗粒物的过滤效率意义重大。因此,强力和过滤效率是滤料的两个最基本的性能。在滤料的制备过程中,由于刺针在加固滤料时会不可避免地损伤基布,尤其是对于单纤强力较低、耐高温耐腐蚀性能却极佳的纤维,如聚四氟乙烯纤维,这种损伤显得尤为致命,会导致滤料强力的降低。同时,滤料的过滤效率低,会造成工厂排放的废气中细颗粒物含量增加,对大气、交通、人体造成严重危害。综上所述,本文希望通过改变滤料的制备工艺,使其兼顾强力和过滤性能的要求,同时能够在含腐蚀性气体、水蒸汽等高温恶劣环境下依旧保持优良性能,本文的研究内容和主要结论如下:研发了一种截面近似十字星形的新型刺针,并将该刺针与传统三角形刺针比较。首先,对比在相同工艺条件下两种刺针加固后基布与滤料的强力,发现新型刺针会大幅减少对基布的损伤,并提高滤料强力;其次,采用该新型刺针在相同工艺条件下加固不含基布的滤料,通过对比分析含基布滤料和不含基布滤料的拉伸断裂曲线,研究了滤料的拉伸断裂机理,认为滤料破坏过程主要分为两个阶段,第一阶段以基布断裂为主,第二阶段以毡网中纤维相互滑移、销钉结构破坏为主,发现含基布滤料中基布与纤维间的相互作用对滤料强力有一定影响,其能承载拉伸时产生的部分载荷;基布损伤越小,针刺密度越大,其能为二次断裂提供的强力越大。最后,研究了新型刺针加固滤料在0°-90°范围内5个不同加载角度的偏轴拉伸断裂强力,发现薄弱环节出现在与Y轴呈22.5°夹角处,通过对拉伸断裂强力无量纲曲线拟合,建立了不同针刺密度下加载角度与拉伸断裂强力的关联关系,为进一步优化滤料强力分布,解决滤料短板效应,提高滤料的使用寿命提供实验依据。研究了新型刺针对滤料克重、厚度、透气、孔径、过滤效率的影响,并与三角形刺针做对比,发现刺针类型对克重、厚度无显著影响;新型刺针制备的滤料其透气性、平均孔径小于三角形刺针,静态过滤效率优于三角形刺针;通过研究两种刺针滤料压差与流量的关系,发现趋势符合Darcy定律,新型刺针制备滤料的过滤效率随滤阻的增大而有所提高,说明符合纤维集合体过滤材料的典型过滤行为;通过动态过滤效率测试比较两者压差与时间的关系曲线,发现新型刺针与三角形刺针的过滤机理相同,即初期以深层过滤为主,后期以表面过滤为主,同时动态过滤效率及清灰周期的总耗时都要优于三角形刺针。由于针刺工艺已不能满足更为严格的排放标准,将水刺工艺作为后整理工艺进一步加固不同组分的聚四氟乙烯纤维/聚苯硫醚纤维滤料,并与只经过针刺加固的滤料进行对比,得到以下结论:水刺工艺能使PTFE纤维原纤化,从而降低纤维直径;滤料分别经两种工艺加固后,随PTFE纤维含量的提高,0°及90°方向拉伸断裂强力均呈下降趋势,对比两种工艺加固滤料的二次断裂强力,发现强力增长率随PTFE纤维含量的增加而变大;复合工艺加固滤料,其透气率、平均孔径随PTFE纤维含量的提高而有所下降,但针刺滤料却有着相反的趋势。滤料经复合工艺加固后,对粒径在0.1μm-5μm范围内颗粒的过滤效率有显著提高,最高值达到了99%,且对10 nm-700 nm超细颗粒的过滤效率也高达86.5%,超出针刺滤料10%以上。采用Micro CT技术分析了两种工艺所加固滤料在三维结构上的差异,证明了水刺工艺可以在一定程度上修复针刺在滤料中形成的贯穿孔洞,增加了厚度方向的纤维含量,因此,复合工艺可提高滤料性能,与针刺工艺相比更适用于加固含PTFE纤维的滤料。在确定针刺/水刺复合工艺加固PTFE/PPS滤料可改善滤料强力及过滤性能的基础上,研究了酸腐蚀对不同组分滤料性能的影响。通过红外光谱、元素分析、DSC、XRD等检测方法分析了PPS滤料经95℃硝酸溶液作用不同时间后的微观结构变化,探索了PPS纤维的酸腐蚀机理,发现PPS纤维由于发生硝化、氧化等反应,使规整的分子链上增加了许多无序的取代基团,造成PPS纤维单纤强力、拒水能力的下降;而加入PTFE纤维后,可改善滤料酸腐蚀后的强力及接触角的下降幅度;虽然经酸腐蚀后滤料中PPS纤维含量越高,平均孔径下降越明显,但从动态过滤性能中可以看出,当硝酸腐蚀时间超过75h后,动态过滤效率由原先的上升突变为下降趋势,而PTFE纤维含量越高,时间效应对动态过滤效率的影响越不明显,说明加入PTFE纤维可有效改善酸腐蚀对过滤效率的影响,提高滤料的耐腐蚀性能,达到延长滤料使用寿命的目的。