高温过滤领域的研究与发展现状分析

图10-1　高温条件下几种高性能纤维的断裂强度稳定性情况

与其他耐热型有机纤维相比，聚酰亚胺纤维在高温稳定性和耐酸性方面具有明显的优势，可在高温、高湿和高腐蚀性气体等极其恶劣的环境条件下长期使用。图10-1 给出了江苏奥神新材料有限公司生产的聚酰亚胺纤维（PI）、奥地利Leizing 公司的P84 纤维、杜邦公司的间位芳纶（Nomex）以及国产的PTFE 纤维在300 ℃的空气条件下，纤维的断裂强度随老化时间的变化关系，很明显，国产的PI 纤维和PTFE 纤维的耐热稳定性最好，而P84 纤维在高温下断裂强度衰减严重，仅一天的时间其力学性能损失殆尽。需要说明的是，PPS 纤维也进行了同等对比实验，但因实验温度过高，导致PPS 熔融，丧失了原有的力学性能。

图10-2 给出了PI、P84 和PPS 纤维的耐酸性情况，对比结果非常清楚，PPS 的耐酸性具有明显的优势。与P84 纤维相比，国产PI 纤维的耐酸性较好，即P84 纤维在10%HCl 中保持28 h 后，其断裂强度＜1.5 cN/dtex；而国产PI 纤维经48 h 的盐酸腐蚀后，其强度仍能保持50%左右。Nomex 纤维也进行了同样的对比实验，但由于该纤维耐酸性较差，在盐酸中降解严重，丧失了原有的力学性能。

图10-2　几种高性能纤维在10%HCl 中进行老化试验情况(www.xing528.com)

从图10-1 和图10-2 显示的结果可以发现，作为早期工业化的聚酰亚胺纤维P84，其耐热性与耐酸性比国产的PI 纤维均较差，其根本原因在于，P84 是BTDA 与二异氰酸酯（TDI，MDI）共聚的产物，化学结构式如图5-1所示，而国产的PI 纤维的主体结构为PMDA—ODA，即与Kapton 薄膜的化学结构一致。由于分子结构的关系，PMDA—ODA 结构的聚酰亚胺纤维的玻璃化温度、热分解温度均明显高于P84（表10-1）。P84 作为一种异形纤维，比表面积相对较高，在高温过滤市场仍然具有很好的应用前景。

表10-1　国产干法PI 纤维与P84 纤维的力学性能及热稳定对比

优越的耐高温、耐化学腐蚀等特性使聚酰亚胺纤维可在高温、高湿和高腐蚀性气体等极其恶劣的环境条件下长期使用。作为高温工况条件下袋式除尘器的滤料，其已经成功应用于铁合金行业的硅铁炉、锰铁炉、硅锰合金炉等除尘，火电厂、采暖、供热燃煤锅炉和燃煤工业锅炉除尘，垃圾焚烧、发电、医疗垃圾焚烧和危险废弃物焚烧的除尘，新型干法水泥生产线除尘等，性价比高，除尘效果良好。我国是火力发电大国，火力发电厂的动力主要来源于燃煤，污染严重，按照“京都协议书”要求，必须开展治理工作，采用袋式除尘器才能达到要求，对高温滤料的需求也由此迅速上升。根据环保工业协会袋式除尘委员会工作报告，聚酰亚胺纤维在高温滤料市场的份额还较少，2008年仅占13.2%，价值约1.92 亿元，而聚苯硫醚纤维、间位芳纶、聚四氟乙烯纤维的市场份额分别达38.8%、12.2%、2.6%，表明聚酰亚胺纤维在这方面的应用还有很大的发展空间。

复合技术是一条提高滤料性能、降低产品成本的有效途径。邓洪等［1］利用聚酰亚胺纤维的耐高温性，且横截面呈现不规则的叶片状、比表面积大等特点，与玻璃纤维复合，通过梳理、针刺、化学处理等工序制备了新型玻纤/P84 复合针刺毡滤材，可达到提高使用性能和降低产品成本的目的。陆银权等［2］研制了一种聚酰亚胺面层耐高温渗膜复合过滤毡，基布为无碱玻璃纤维高强基布，在基布的上下面对称粘贴芳香族聚酰胺纤维层，再铺设一层聚酰亚胺纤维层，所得产品具有耐高温、表面过滤效果好、尺寸稳定性好、较高的过滤负荷且耐腐蚀性能好。类似的，刘书平等［3］研制了一种聚酰亚胺与聚四氟乙烯纤维复合耐高温针刺过滤毡，即用针刺机分别在聚四氟乙烯纤维机织布的上下表面复合一层聚酰亚胺与聚四氟乙烯纤维的混合层，具有耐高温、风阻低、过滤效率高等特点。