耐高温针刺过滤材料基布损伤机理分析
摘要
耐高温针刺过滤材料作为新兴的一种过滤材料以高效、低阻、成本低的特点在环保中得到广泛的应用。耐高温过滤材料通常在纤维层加入一层机织物来提高过滤材料强力,但是针刺加固工艺会对基布的组织结构造成破坏,从而导致针刺过滤材料的强力下降,使用寿命降低。导致过滤材料基布受损的原因可以分为机械原因和工艺原因,机械原因包括针刺机的性能,刺针的种类及性能；工艺参数包括针刺深度,针刺密度及针刺道数等。
基于以上背景,本课题提出了针刺加固的高温滤料基布的损伤性研究,希望通过此项研究优化工艺参数及刺针排列情况以降低针刺加固工艺对基布的损伤,提高过滤材料的强力,延长过滤材料的使用寿命。本课题查阅了大量有关于过滤材料的文献,去工厂学习了过滤材料的加工工艺和方法,并到实际使用工况调研过滤材料破损的情况,有针对性的指导实验改变工艺参数,优化针刺工艺,以提高过滤材料的质量。
本课题通过以上研究,主要得出以下结论：
(1)刺针的断裂随着针刺频率,针刺密度的增加呈指数增加,随着材料的面密度与厚度增加,刺针断裂百分比增加。
(2)针刺深度、针刺密度的增加都会对过滤材料的性能产生影响,针刺深度越深,针刺密度越大,基布的强力损伤就越严重。基布的结构比较稀疏,对前道针刺的试样透气率影响比较大,但是随着针刺道数的增加,表层纤维网的结构越来越紧密,基布对试样的透气率影响作用就会减小。
(3)材料孔径主要受到表层纤维的类型,试样的厚度及结构等有关。针刺工艺中受到针刺密度影响最大。
(4)刺针针齿排列方向与布面前进方向的夹角为45°与135°时,针刺材料的强力保持率最高。刺针针齿排列方向与布面前进方向的夹角对针刺材料的横向强力影响较大,刺针针齿排列方向与布面前进方向的夹角对针刺材料的纵向基布强力保持率影响较小,经过正反二道针刺过后,基布强力保持在73%左右。
(5)表层的纤维网在材料发生断裂时提供的强力很低,针刺过滤材料的强力主要由基布提供。
High temperature resistant needle punched filter material as an efficient, low resistance and low cost filter material in environment protection has been wildly used. High temperature resistant filter material usually places woven fabric as the base fabric to improve the filter material strength. However, the base fabric organization structure always be damaged in the needle punching process, leading the strength of filter material decline and reducing its service life. Mechanical reasons and process reasons are the two main reasons leading the strength damage of the base fabric. Mechanical reasons induces the performance of acupuncture machine, needle type; process reasons induces needle punching depth, needle punching density and needle punching times.
It surveys the bag filter's damage mechanism, inquires a large number of literatures, learns the process of filter material methods in plant, research the filter material damage cases in the actual use condition. Those efforts guide to change process parameters in the experiment, optimize process of acupuncture and improve the quality of filter material.
This paper obtains the following result from these researches:
(1) With the needle vibration frequency and needle punching density increasing, the percentage of needle broken increase exponentially. With the material density and thickness increasing, the percentage of needle broken increases.
(2) The changes of needle punching depth and needle punching density will affect the filter material performance, especially for the base fabric becomes more apparent.
The base fabric has an apparent effect of air permeability in the front needle punching because of its sparse structure. With the needle punching times increases, the structure of the surface fiber net becomes more closely, the base fabric will reduce the role for the air permeability.
(3) Material apertures mainly depend by the type of surface fiber, the thickness and structure of this material. With the same fiber used in the needle punching process, the needle punching density has the greatest impact to material apertures.
(4) In the angle between needle teeth arranged direction and the material forward direction is 45°or 135°, the needle punched material has the highest strength. The angle between needle teeth arranged direction and the material forward direction has a greater damage to the horizontal strength and a slighter damage to longitudinal strength. After two times of needle punched, the base fabric longitudinal strength remained at 73%.
(5) The surface fiber net has a low strength at the material broken point. The strength of needle punched material is mainly depended on the base fabric.
基于以上背景,本课题提出了针刺加固的高温滤料基布的损伤性研究,希望通过此项研究优化工艺参数及刺针排列情况以降低针刺加固工艺对基布的损伤,提高过滤材料的强力,延长过滤材料的使用寿命。本课题查阅了大量有关于过滤材料的文献,去工厂学习了过滤材料的加工工艺和方法,并到实际使用工况调研过滤材料破损的情况,有针对性的指导实验改变工艺参数,优化针刺工艺,以提高过滤材料的质量。
本课题通过以上研究,主要得出以下结论：
(1)刺针的断裂随着针刺频率,针刺密度的增加呈指数增加,随着材料的面密度与厚度增加,刺针断裂百分比增加。
(2)针刺深度、针刺密度的增加都会对过滤材料的性能产生影响,针刺深度越深,针刺密度越大,基布的强力损伤就越严重。基布的结构比较稀疏,对前道针刺的试样透气率影响比较大,但是随着针刺道数的增加,表层纤维网的结构越来越紧密,基布对试样的透气率影响作用就会减小。
(3)材料孔径主要受到表层纤维的类型,试样的厚度及结构等有关。针刺工艺中受到针刺密度影响最大。
(4)刺针针齿排列方向与布面前进方向的夹角为45°与135°时,针刺材料的强力保持率最高。刺针针齿排列方向与布面前进方向的夹角对针刺材料的横向强力影响较大,刺针针齿排列方向与布面前进方向的夹角对针刺材料的纵向基布强力保持率影响较小,经过正反二道针刺过后,基布强力保持在73%左右。
(5)表层的纤维网在材料发生断裂时提供的强力很低,针刺过滤材料的强力主要由基布提供。
High temperature resistant needle punched filter material as an efficient, low resistance and low cost filter material in environment protection has been wildly used. High temperature resistant filter material usually places woven fabric as the base fabric to improve the filter material strength. However, the base fabric organization structure always be damaged in the needle punching process, leading the strength of filter material decline and reducing its service life. Mechanical reasons and process reasons are the two main reasons leading the strength damage of the base fabric. Mechanical reasons induces the performance of acupuncture machine, needle type; process reasons induces needle punching depth, needle punching density and needle punching times.
It surveys the bag filter's damage mechanism, inquires a large number of literatures, learns the process of filter material methods in plant, research the filter material damage cases in the actual use condition. Those efforts guide to change process parameters in the experiment, optimize process of acupuncture and improve the quality of filter material.
This paper obtains the following result from these researches:
(1) With the needle vibration frequency and needle punching density increasing, the percentage of needle broken increase exponentially. With the material density and thickness increasing, the percentage of needle broken increases.
(2) The changes of needle punching depth and needle punching density will affect the filter material performance, especially for the base fabric becomes more apparent.
The base fabric has an apparent effect of air permeability in the front needle punching because of its sparse structure. With the needle punching times increases, the structure of the surface fiber net becomes more closely, the base fabric will reduce the role for the air permeability.
(3) Material apertures mainly depend by the type of surface fiber, the thickness and structure of this material. With the same fiber used in the needle punching process, the needle punching density has the greatest impact to material apertures.
(4) In the angle between needle teeth arranged direction and the material forward direction is 45°or 135°, the needle punched material has the highest strength. The angle between needle teeth arranged direction and the material forward direction has a greater damage to the horizontal strength and a slighter damage to longitudinal strength. After two times of needle punched, the base fabric longitudinal strength remained at 73%.
(5) The surface fiber net has a low strength at the material broken point. The strength of needle punched material is mainly depended on the base fabric.
引文
[1]肖容绪.袋式除尘二十年.全国袋式除尘技术研讨会论文集[C],2007年6月第十三期：1-3
[2]中国环境保护产业协会袋式除尘委员会.我国袋式除尘行业2008年发展综述[C].中国环保产业,2009年5月：3-6
[3]冯胜山,许顺红,刘庆丰,曹金宏,鲁晓勇,李会山,王存贵.高温废气过滤除尘技术研究进展[J].工业安全与环保,2009年第35卷第一期：6-8
[4]陈隆枢.武汉,中钢集团天澄环保科技股份有限公司.袋式除尘技术的应用及发展[J].中国环保产业,2009年11月：38-40
[5]方衡,利锋.反吹风玻纤袋式除尘工艺净化水泥立窑粉尘实践与探讨[J].袋式除尘技术的应用及发展[J].中国环保产业,2004年4月：18-22
[6]黄翔,于与娟,樊丽娟,狄育慧,吴志湘.新型功能性空气过滤材料研究进展[J].暖通空调HV &AC,2009年第39卷第1期：49-51
[7]Chikao Kanaoka. Performance of an air filtration at dust-loaded condition [J]. Advance in Aerosol Filtration,1997,16:323-335
[8]陈隆枢.从除尘技术认的发展看袋式除尘滤料[J].产业用纺织品,2002年第10期：25-28
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[10]GB13224-91.燃煤电厂大气污染排放标准[S]
[11]GB4915-2004.水泥工业大气污染物排放标准[S]
[12]GWKB3-2000.生活垃圾焚烧污染控制标准[S]
[13]GB18485-2001.生活垃圾焚烧污染控制标准[S]
[14]GB18484-2001.危险废物焚烧污染控制标准[S]
[15]GB16171-1996.炼焦炉大气污染物排放标准[S]
[16]《钢铁工业大气污染物排放标准》(征求意见稿),国家环保总局,http://www.sepa.gov.cn/cont/index.htm
[17]GB9078-1996.工业炉窑大气污染物排放标准[S]
[18]胡玉锋.如何科学地选抒袋式除尘滤料[J].非织造布,第13卷第2期：15-17
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[21]吴晓梅,赵东波.过滤用玻纤复合针刺毡的研发[J].玻璃纤维,2009年第三期：1-3
[22]Filter media endure tough conditions. Membrane Technology,2005, (11):5
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[25]王浩.玻璃纤维针刺毡滤材的应肜[J].中国建材装备,2001年4月：35-37
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[27]黄金和,明取,邓隆运,张志娟.高性能、耐磨针刺非织造布的研究与开发[C].第五届全国针刺非织造布生产技术与应用交流会论文集：175-180
[28]Olexandr Medvedyev, Yuriy Tsybulya. Basalt use in hot gas filtration. Filtration and Separation,2005,2:34-37
[29]国外工业用非织造过滤材料的发展动向[N].纺织导报.2010(10)：63.
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[31]王锦,任加荣,俞镇慌,芳砜纶针刺非织造布在高温条件下的性能研究,合成纤维,2008.1
[32]A. T. Purdy, Filtr. Sep.1980,17,134.
[33]F. A. Woodruff, Tech. Text. Int.1993, Nov.,20.
[32]邱新标,用于白炭黑行业的针刺过滤袋的开发与应用,产业用纺织品,2008.2
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[46]李伟,吴海波.针刺深度和纤维定量对涤纶针刺非织造布性能的影响[J].非织造布.2010,18(1)：25-6.
[47]杜柳柳,沈恒根.袋式除尘器用PTFE复合滤料性能的试验研究,东华大学硕士研究生 毕业论文,2009年
[48]朱冰,靳向煜.针刺复合材料的过滤性能研[C].第五届全国针刺非织造布生产技术与应用交流会论文集：217-221
[49]王幼农.刺针的选择和应用[J].产业用纺织品.2008年第9期
[50]柯勤飞,靳向煜.非织造学[M].东华大学出版社,2004：55-60
[51]冯学本.简述刺针的主要参数与选针的基本原则[J].非织造布,2007年2月,第15卷第1期
[52]汪之光.针刺生产技术与资本[J].产业用纺织品,2008年第11期
[53]宗学仪.针布与刺针的质量鉴别与选型[J].非织造布,2005年3月,第13卷第1期
[54]薛同乐,杨鸿烈.适于生产单丝底网针刺造纸毯的刺针[J].产业用纺织品,第16卷第96期：28-29
[55]Montgomery Eliza L. Enhancing the Acoustic Properties of Needlepunch Nonwovens. American Society of Mechanical Engineers[J]. Textile Engineering Division (Publication) TED, v3, Proceedings of the ASME. Textile Engineering Division-2003,2003:33 - 38
[56]冯学本.针刺机针板及刺针对产品的影响[J].非织造布,2003年3月第11卷第1期
[57]汀之光.浅谈如何科学地选用针刺机[J].非织造布,第15卷第1期：18-21
[58]汪之光.浅谈针刺机的设计[J].非织造布,第14卷第4期：43-45
[59]陆建国,冯学本.针刺机结构、工艺与设备维护[J].非织造布,第12卷第5期：16-19
[60]刘丽芳.针刺工艺参数对非织造织物性能的影响[J].纺织导报2003年NO.5：132-135
[61]李伟,吴海波.针刺深度和纤维定量对涤纶针刺非织造布性能的影响[J].非织造布,第18卷第1期：25-27
[62]刘丽芳,主卫章,储才元,白建颖.针刺工艺参数对非织造布性能的影响[J].产业用纺织品,第19卷总第134期：30-33
[63]鞠永农.浅析针刺机针布对非织造布品质的影响[J].产业用纺织品,2009年第1期：21-24
[64]冯学本.针刺机针板及刺针对产品的影响[J].非织造布,第11卷第1期：26-29
[65]王幼农.刺针的选择和应用[J].产业用纺织品,2008年第9期：21-23
[66]冯学本.简述刺针的主要参数与选针的基本原则[J].非织造布,第15卷第1期：21-23
[67]宗学仪,针布与刺针的质量鉴别与选择[J].非织造布,第13卷第1期：12-15
[68]朱冰,靳向煜.针刺复合材料的过滤性能研[C].第五届全国针刺非织造布生产技术与应用交流会论文集：217-221
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[63]鞠永农.浅析针刺机针布对非织造布品质的影响[J].产业用纺织品,2009年第1期：21-24
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[65]王幼农.刺针的选择和应用[J].产业用纺织品,2008年第9期：21-23
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[68]朱冰,靳向煜.针刺复合材料的过滤性能研[C].第五届全国针刺非织造布生产技术与应用交流会论文集：217-221