温度对PPS滤料挺度及耐磨性影响的实验研究

李强，宋乐，孙鑫，柳静献

（东北大学滤料检测中心，沈阳 110004）

引言

近年来，随着工业的快速发展，我国的大气污染日趋严重及雾霾天气增多。理论与实践证明，袋式除尘器是控制工业烟尘、减少雾霾的最有效手段之一[1～3]。袋式除尘器的核心部件就是滤料，聚苯硫醚（PPS）具有良好的耐腐蚀性、耐高温性、化学稳定性等优点[4～7]，自1897年由Grenvesse提出以来逐渐被应用于各个行业，过滤行业自然也加盟其中，由其加工而成的各种滤料是燃煤电厂、工业锅炉、冶金等行业的主要过滤材料。

现场调研发现磨损破漏是滤料的主要失效形式之一，主要原因是高风速携尘气流对滤袋的冲刷；滤袋与滤袋之间的摩擦；滤袋与骨架之间的磨碰以及脉冲喷吹清灰时的空气力作用[8]。温度是烟气过滤的重要影响参数之一，高温下滤料会变硬、挺度增加，导致耐磨性下降。研究温度对滤料性能的影响，找出最适合滤料使用的温度具有重要意义。本文从耐磨和挺度两个方面研究了温度对PPS针刺毡滤料的影响，从另一角度分析了温度对滤料失效的影响。

1 实验方法

1.1 实验样品

本实验使用的是PPS针刺毡，同一厂生产的同规格新旧两条滤袋。滤袋的基本参数如下：新袋的平均克重为606.2g/m2、厚度为1.56mm、透气度为4.49m3/m2·min；旧袋的平均克重为697.8g/m2、厚度为1.49mm、透气度1.236m3/m2·min。

1.2 实验设备

实验使用的主要设备有YG（B）522型织物耐磨仪和ZB-TD500挺度仪等。

1.3 实验方法

实验利用变量分析法来研究不同温度和高温作用的时间对PPS滤料性能的影响。即固定时间（24h），改变温度；固定温度（170℃、190℃、210℃），改变加热时间。

耐磨测试的样品制备、测试及计算依据《纺织品织物气球实验圆轨迹法》（GB/T4802.1-1997），每个组制样3块，称重后放入耐磨仪受磨，试样总加压为1000cN，转数设定为1万次，磨后再次称重，取3块料的实验结果的平均值计算单位面积滤料的磨琢平均失重；挺度测试样品的制备、测试及计算服从《纸和纸板弯曲挺度的测定》（GBT 22364-2008）规定，每个组制样5个，测试后取5个数的平均值为滤料在该温度下的挺度。

2 实验结果与分析

滤料的基本物理性能决定了其使用寿命，单位面积失重值表征了其耐磨性能，通常来说，该值越小其使用寿命越长；挺度又称刚度，表征滤料的柔韧性[9～10]，通常滤料使用前后的挺度值不希望变化太大，挺度过大或过小都会影响滤料的正常使用。

2.1 温度对滤料挺度与耐磨性的影响

利用烘箱对PPS滤料进行24小时的加热预处理，加热温度分别为150℃、170℃、190℃、210℃、230℃，加热后取出与参照组滤料同条件下进行挺度和耐磨测试，结果如图1、图2。

图1 PPS滤料挺度随温度变化

图2 PPS滤料单位面积滤料的磨琢失重随温度变化（处理时间24h ）

由图1可看出，新料挺度值先减小然后变大，而旧料的挺度值持续变大。说明随着温度的升高新滤袋出现了软化现象（190℃之前），当超过一定温度后新料开始变硬，甚至出现炭化现象；而旧料没有软化这一过程，是因为旧料在使用过程中已经发生过软化。

从图2可看出，随着温度的上升，新、旧袋在磨琢后整体都呈现失重上升的现象，旧袋的磨琢失重值持续上升，且温度越高上升速率越快；而新袋在170℃之前有失重值下降的现象，随后失重开始升高。

结合两图参数的变化规律发现当滤料处于软化状态（190℃之前）新料耐磨性能较好，而旧料在此温度之内耐磨性能也较为稳定；当温度超过190℃后，新料耐磨性能略微下降，旧料耐磨性能明显下降。

2.2 高温作用时间对滤料挺度与耐磨性的影响

2.2.1 滤料在170℃下的变化规律

设定烘箱温度为170℃，加热时间分别设置为24h、36h、48h、60h、72h，加热后与参照组滤料在相同条件下进行耐磨和挺度测试，结果如图3、图4。

图3 170℃下挺度随受热时间变化

图4 170℃下单位面积滤料的磨琢失重随受热时间变化

由图3、图4可看出，新料在170℃下挺度略微下降后趋于平稳，旧料挺度值略微上升后趋于平稳；新、旧料的单位面积平均失重随时间变化都十分平缓。表明PPS新、旧料在此温度下的耐磨性能都十分稳定，可以长时间工作。

2.2.2 滤料在190℃下的变化规律

设定烘箱温度为190℃，加热时间分别设置为24h、36h、48h、60h、72h，加热后与参照组滤料在相同条件下进行耐磨和挺度测试，结果如图5、图6。

图5 190℃下挺度随受热时间变化

图6 190℃下单位面积磨琢失重随受热时间变化

由图5、图6可看出，在190℃下，随着加热时间的增加，新料的挺度和单位面积平均失重呈现相似的变化规律，先是略微降低，时长超过36小时后缓慢增长。而旧料的挺度值持续增长，单位面积平均失重先略微降低后快速增长。

这表明新料在190℃下工作短时间内发生软化且耐磨性能略微加强，超过36小时后，滤料的挺度值开始升高，耐磨性能开始下降；从旧料的变化规律可以看出，旧料在此温度下工作会很快发生破损失效，从而说明PPS滤料在190℃下可以短时间工作，不能长时间工作。

2.2.3 滤料在210℃下的变化规律

设定烘箱温度为210℃，加热时间分别设置为24h、36h、48h、60h、72h，加热后与参照组滤料在相同条件下进行耐磨和挺度测试，结果如图7、图8。

图7 210℃下挺度随受热时间变化

图8 210℃下单位面积磨琢失重随受热时间变化

由图7、图8可看出新料的挺度值先减小后增大，而新料的单位面积平均失重值先略微减小后快速增长；旧料呈现出与190℃下相似的变化规律，挺度随加热时间的增长而增大，单位面积平均失重前期平缓，当超过48小时后迅速增长。

这表明新料在210℃下也出现了软化这一过程，在此过程中新料的耐磨性能略有增高，但加热时间超过48小时后，新料的耐磨性能快速降低，旧料没有出现软化过程，也在48小时后耐磨性能迅速降低，从而说明PPS滤料在此温度下只能瞬时工作。

2.3 各温度下耐磨性能随时间的变化

不同温度下的耐性性能变化如图9、图10。

图9 170℃、190℃、210℃下新料琢磨失重随加热时间变化图

图10 170℃、190℃、210℃下旧料磨琢失重随加热时间变化图

由图9可看出，新料的单位面积平均失重在170℃和190℃下随时间变化平稳，在210℃下有失重值快速增大的现象，说明新料可在170℃和190℃下工作，在210℃下只能瞬时工作。

由图10可看出，旧料的单位面积平均失重在170℃下随时间变化平稳，在190℃和210℃下有失重值快速增大的现象。说明旧料可在170℃下工作，在190℃和210℃下只能瞬时工作。

而旧料是经过长时间使用的新料，只有旧料能够稳定工作的温度才是PPS滤料能稳定工作的温度。结合上述两个结论，说明PPS滤料可以在170℃下长时间稳定工作，在190℃短时间工作，在210℃瞬时工作。

3 结论

随着温度的升高，PPS滤料的耐磨性能整体呈降低趋势。当温度低于190℃，新料耐磨性能有一定加强，旧料的耐磨性能也较为平稳，190℃以上新、旧料的耐磨性能都发生减弱。

PPS滤料的挺度随着温度升高先降低后增大。PPS滤料受热会发生软化使挺度值降低，在190℃以下的温度环境中能够长时间保持软化状态，在190℃及以上的温度环境中会使挺度值增大。

PPS滤料的挺度值越低耐磨性能越强。PPS滤料处于软化阶段时耐磨性能有一定程度加强，当滤料挺度值开始上升，其单位面积失重升高，耐磨性能下降。

PPS滤料可在170℃以下的温度环境中长时间稳定的工作，在190℃短时间工作，在210℃瞬时工作。

PPS旧料的耐磨性能低于新料，挺度大于新料。旧料的挺度值比未经高温处理的新料的挺度值小，是因为在190℃以下的温度中工作过的旧料已经发生过软化，而一旦进行加热，旧料的挺度值就会高过新料。

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