耐高温玄武岩覆膜滤料的制备与性能的研究

摘要

重工业的快速发展，使得环境中残留的高温烟气污染物越来越多，特别是灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子。当前很多地区处于雾霾天气之中，引起人们心血管疾病和呼吸道感染等方面的疾病，其中污染排放也是造成这种现象的主要原因之一。因此，从健康和环保的角度，对过滤材料的需求也显得更迫切。
　　近年来，玄武岩纤维越来越受到人们的重视，特别是在过滤材料领域。与玻璃纤维、矿物纤维、芳纶纤维相比，玄武岩纤维在过滤方面具有其独特的优点，如突出的力学性能、耐高温、耐酸碱、吸湿性低等优良性能，但是单独由玄武岩纤维做成的机织布由于孔隙较大，过滤性能不佳。PTFE微孔膜对微小粒子的过滤效率极高、表面光滑利于清灰、化学稳定性好，耐高低温，透气性好，不易老化，有较好的抗结露作用，尤其在浓度和湿度都较高、粉尘附着性强、净化要求高的环境中使用效果更好，但其力学性能较差。将玄武岩机织布与PTFE微孔膜进行覆合得到的玄武岩覆膜滤料不但能获得优异的过滤效果，而且力学性能优良，能抵抗住高速冲击作用下的高温烟尘，使用寿命长。
　　本课题以对玄武岩机织布的研究为基础，对不同规格玄武岩机织布的表观形态、过滤性、透气性以及拉伸性能进行了测试与分析，进而探讨玄武岩机织布与PTFE微孔膜的覆合工艺，测试与研究了覆膜滤料的各项性能。主要做了以下的研究工作:
　　1.采用ASL2000-W-E型剑杆织机织造了11种不同规格的玄武岩机织布，在StereoDiscovery.V20蔡司体视显微镜下观察其表面形态，并测试各机织布的面密度与厚度，计算得到机织布孔隙率。在YG461D型数字式织物透气量仪及SX-L1050型滤料效率试验台测试了织物的透气率、过滤效率及过滤阻力，分析与研究了孔隙率与透气率、过滤阻力及过滤效率之间的关系，并测试了织物的拉伸性能。
　　2.采用胶覆膜与高温热压覆膜两种不同的方式将玄武岩机织布与PTFE微孔膜进行覆合，在Stereo Discovery.V20蔡司体视显微镜下观察其表面形态的变化。
　　3.在JSM—5610LV扫描电子显微镜下测试了玄武岩覆膜滤料的覆膜厚度，通过滤纸孔径及其分布测试仪测试了玄武岩覆膜滤料的孔径大小及分布。
　　4.测试玄武岩覆膜滤料的透气率、过滤效率及过滤阻力，并对覆膜滤料正反两面的过滤性能及玄武岩机织布的过滤性能进行了分析对比。
　　5.在250℃下对玄武岩覆膜滤料进行加热处理，分析高温处理前后的过滤效率、过滤阻力、透气率及重量的变化;对玄武岩覆膜滤料的耐磨性进行了研究。
　　6.对玄武岩覆膜滤料的结构与过滤性、透气性之间关系进行了研究与分析。
　　经过测试、分析研究表明，玄武岩机织布的孔隙率较大，特别是纬纱采用膨体纱时，孔隙率越大，玄武岩机织布的透气率也随之增加。随着纱线线密度的增大透气率降低，随着经纬密度的增加，透气率要减小，纬二重组织的透气率＞2/2斜纹＞平纹。玄武岩机织布对0.3μm左右的气溶胶粒子的过滤效率较低，当孔隙率增大到一定的数值时，机织布的过滤效率将趋于0，过滤阻力较小。
　　经过高温热压覆膜之后，玄武岩机织布的纱线上包覆有一层PTFE，PTFE膜层的厚度在24μm以内。玄武岩覆膜滤料的孔径分布均匀且集中，孔径较小。
　　玄武岩覆膜滤料正反两面的过滤效率均较好，无膜面的过滤效率优于有膜面的过滤效率，透气性能较好，覆膜后的拉伸性能与覆膜前的拉伸性能相差不大。250℃高温处理之后，玄武岩覆膜滤料的过滤效率仍能保持在较高的水平，过滤阻力有所降低，透气率会增加;玄武岩覆膜滤料的耐磨性好，覆膜牢度较好。
　　玄武岩覆膜滤料随着覆膜厚度的增加，过滤效率增加，过滤阻力增加，透气率减小;随着平均孔径的增加，过滤效率减小，过滤阻力减小，透气率增加。
　　本课题的研究对玄武岩纤维在过滤材料领域的应用和开发具有重要的理论指导和实际应用意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 耐高温过滤材料的研究背景及意义

1．1．1 国内耐高温过滤材料的研究现状

1．1．2 国外耐高温过滤材料的研究现状

1．2 玄武岩纤维及其研究现状

1．2．1 玄武岩纤维概述

1．2．2 玄武岩纤维的制备与性能

1．2．3 玄武岩纤维的发展与应用

1．3 PTFE材料研究现状

1．3．1 PTFE概述

1．3．2 PTFE性能

1．3．3 PTFE材料的发展与应用

1．4 本课题研究的内容与意义

1．4．1 本课题研究的内容

1．4．2 本课题研究的意义

1．5 本章小结

第二章 玄武岩机织布的制备与研究

2．1 玄武岩机织布的制备

2．1．1 织造前准备

2．1．2 织造工艺

2．2 玄武岩织布的厚度及面密度

2．3 玄武岩机织布的孔隙特征分析

2．3．1 孔隙率

2．3．2 玄武岩机织布的透气性

2．4 玄武岩机织布的过虑效率与过滤阻力的研究

2．5 玄武岩机织布拉伸性能的研究

2．6 本章小结

第三章 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的制备与性能研究

3．1 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的制备

3．1．1 PTFE薄膜的制备方式

3．1．2 胶覆膜工艺

3．1．3 高温热压覆膜工艺

3．1．4 两种工艺处理后的表观形貌比较

3．2 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的表观性能

3．2．1 玄武岩机织布的表观形态

3．2．2 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的厚度及面密度

3．2．3 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的覆膜厚度

3．3 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的孔径大小与分布

3．4 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的过滤效率与过滤阻力的研究

3．5 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的透气性

3．6 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的拉伸性能

3．7 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的耐高温性研究

3．8 玄武岩机织布与PTFE覆膜滤料的耐磨性能

3．9 本章小结

第四章 织物结构参数、孔隙特征与性能的分析与研究

4．1 覆膜厚度与过滤性能关系的探讨

4．1．1 覆膜厚度与过滤效率

4．1．2 覆膜厚度与过滤阻力

4．1．3 覆膜厚度与透气率

4．2 平均孔径与过滤性能关系的探讨

4．2．1 平均孔径与过滤效率

4．2．2 平均孔径与过滤阻力

4．2．3 平均孔径与透气率

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本课题的主要结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢