第二节　玻纤增强材料——玻纤滤料的特性、应用

从20世纪60年代开始，我国的玻璃纤维滤料，历经五十多年的发展，走过了连续玻璃纤维、膨体纱玻璃纤维、玻璃纤维针刺毡、连续玻璃纤维过滤布等各个阶段，目前已经开始逐步进入玻纤覆膜滤料广泛应用的时代。

经过十多年的推广应用，目前烟尘治理行业已经充分认识到了覆膜滤料的优势。同时由于国产覆膜滤料的研制成功、进口覆膜滤料价格的降低、社会经济水平的总体增长以及环保要求的越来越严格，该类产品已经被越来越多的高温烟尘治理单位所接受。

下面将从应用的角度，对于玻纤覆膜滤料的应用范围、制造工艺、性能指标以及实际应用过程中需要注意的问题进行初步探讨。

一、连续玻璃纤维过滤布的特性及其应用

连续玻璃纤维过滤布是由圆整平行的玻纤原丝束，经过退并、整经等工序织造成的，是最早工业应用的玻纤滤料。在退并过程中纤维束加捻，经纬纱非常致密，气流从经纬纱线交织处的孔眼通过。

玻璃纤维滤料基材是中碱连续玻璃纤维斜纹组织，厚度为0.3～0.35mm，用反应型有机硅、聚四氟乙烯悬浮液等物质进行后处理。这种滤料柔软光滑、易清灰，能在250℃下连续使用，而且价格便宜。在某水泥厂旋窑窑尾粉尘处理中应用，过滤速度在0.5m/min左右，过滤效率达99.8%，采用上进气负压操作，分室缩袋清灰。在上述工艺条件下，这种滤袋累计运行310天，无一破损，累计运行2年破损率为28%，其中有50%袋子寿命超过3年。

我国中小型水泥厂较普遍的水泥生产设备是机械立窑。这种窑的尾气温度波动较大，低时可以结露，高时超过玻纤承受能力，收尘问题一直没有很好解央。近几年，一些企业采用微机控制解决了烟气温度波动过大的问题。多家企业采用中碱玻璃纤维滤料基材，并用PSi配方进行后处理，进一步提高了滤布的耐折、耐磨及耐温性能。

水泥行业还有大量的磨机、烘干机，排放的废气温度低（接近0℃），含尘浓度高，水分含量大。采用一种玻璃纤维滤料，效果较好。这种滤料采用表面光滑的破斜纹织物结构，并经憎水处理，其耐磨性、耐折性、憎水性提高了很多。经过近十年的应用证明，该滤料具有较好的抗结露能力和使用寿命长等特点。

连续玻璃纤维滤布适合于滤袋中间无骨架的内滤式反吹（反吸）风或缩袋清灰的各种袋式除尘器，过滤速度一般在0.5m/min以下。速度过高容易把滤袋吹坏，或造成透滤。在水泥工业的扬尘点推广比较多，与相同厚度膨体纱滤料相比，价格便宜。

二、玻璃纤维膨体纱滤料的特性及其应用

玻纤膨体纱滤料是用部分膨体纱织造成的织物滤料。膨体纱滤布与连续纤维滤布相比，过滤性能有明显的提高。连续纤维滤布由于其结构的特点，气流几乎无法通过加捻股纱内部，只能从经纬纱线交织处的孔眼通过，为保证织物的透气性，股纱的孔眼一般较大，过滤速度不能过大，否则容易透滤。膨体纱滤布由于纱线膨松，可增加捕集粉尘的表面积，延长捕集粉尘的时间，有益于细尘凝聚成大颗粒。粉尘过滤层结构较疏松，空隙率较大，又因膨松纱覆盖能力强，可以遮住经、纬纱交织处的气流通路，从而使膨体纱过滤布过滤阻力更小，过滤效率和过滤速度更高。较厚织物（如0.8mm）的膨体纱滤料，其过滤速度可提高到0.8mm/min左右，可应用于中间有骨架的悬臂反吹的外滤式除尘器中。如0.8mm厚的EWTF-800-RH膨体纱滤料，用于FVB-L立窑微震扁袋除尘器中，在大型机械立窑窑尾使用。该除尘器总过滤风量为60000m3/h，过滤面积为2000m2，最大过滤速度为0.58m/min，气体温度一般为50～80℃，最高为200～280℃，使用一年滤袋无一破损。经测试除尘效率达99.9%以上，出风口含尘浓度低于50mg/m3（标准状况），其粉尘排放浓度低于国家规定指标。每天可回收12t生熟料，按300天/年计，每年可回收资金约60万元，产生了明显的经济效益。

三、玻璃纤维针刺毡滤料与设计

玻纤针刺毡滤料是由玻纤短切原丝经梳理成毡后用针刺法固着于玻纤基布上。为了加强毡层与基布的结合牢度，保护毡层和基布免受磨损和腐蚀，提高毡层表面的粉层剥离性，还必须进行化学处理，从而制成坚牢、耐用的玻纤针刺毡滤材。玻纤针刺毡滤材是目前玻纤滤料中档次最高、性能最好的滤料，它不仅具有玻纤织物滤布的耐高温、耐磨性、尺寸稳定、伸长率大、强度高的优点，又由于毡层纤维呈单纤维三向微孔结构，用于过滤的细孔孔径小，空隙率高（可达80%），其过滤机理不单靠筛滤，而是集筛滤、阻挡、惯性、扩散等作用于一体，比织物滤料的过滤速度可提高1～2倍，过滤阻力小、除尘效率高，是一种高速高效的高温滤料。突破了以往玻纤滤料不能在高速脉冲袋滤器中使用的禁区，解决了高温烟气除尘的袋滤器向小型化发展的问题，从理论和实践上解决了过滤微小颗粒粉尘的技术难题，成为气体，尤其是高温气体中粉尘过滤和原料收集的更新换代产品。

四、滤袋工艺设计过程中的一些经验教训

各种滤料都具有一定的特点，也有其不足之处。天然纤维（如棉、麻、丝、毛纤维）和合成纤维（如尼龙、丙纶、涤纶）耐曲挠和耐磨性能比较好，但是它们的耐温性能较差，使用这些滤料必须严格控制其使用温度。超温使用使滤袋很快收缩、甚至烧坏，影响使用寿命。

玻璃纤维滤料不论是连续玻璃纤维滤布、膨体纱滤布，还是针刺毡滤料，从微观角度而言，都是呈圆柱形的表面光滑的棒状材料，因此它的耐曲挠性能和耐磨性能较差。其分子结构主要是硅氧键组成的四面体，键能高，因此耐温性好。玻纤滤料必须经过表面化学处理才能提高其耐曲挠、耐磨等性能，在使用过程中必须扬长避短。如玻纤滤料在包装、运输、安装过程中必须防止在粗糙的地面上拖动、脚踏或与尖硬的物体碰撞、摩擦，与其接触的花板、骨架、支撑环必须光滑、焊接点必须焊牢并打光，不得有脱焊毛疵，以免在运行前或运行中磨损滤袋，产生不该发生的滤袋早期破损。

另外在袋滤器使用过程中，曾发生过袋滤器着火甚至爆炸。炭黑工业尾气中含有大量的CO、H2、CH4等可燃气体，如操作失误，大量的氧气进入袋滤器就易发生着火或爆炸。当温度升高，袋滤器中有隐燃的颗粒时也会发生着火或爆炸。在使用过程中应从工艺条件考虑袋滤器控制以及系统的操作等，以保证安全生产。

五、玻纤覆膜

玻璃纤维覆膜过滤材料是在经过特殊表面处理的玻璃纤维基布上复合膨化微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE）制成的，它集中了玻璃纤维的高强低伸、耐高温、耐腐蚀等优点和聚四氟乙烯薄膜的表面光滑、憎水透气、化学稳定性好等优良特性。与普通玻纤滤料通过粉饼层过滤的深层过滤机理不同，覆膜滤料主要是通过微孔聚四氟乙烯薄膜进行表面过滤。微米级的孔径，使得玻纤覆膜滤料几乎能截留含尘气流中的全部粉尘，具有极高的过滤效率。另外由于聚四氟乙烯的自洁、憎水的特性，覆膜滤料易清灰，同时粉尘不会深入滤料内部，因而能在不增加运行阻力的情况下保证气流的最大通量，是理想的高温烟气过滤材料。

1.应用范围

玻纤覆膜滤料作为玻纤滤料的升级换代产品，普通玻纤滤料能够应用的场合玻纤覆膜滤料均可以替代应用。具体的应用场合包括：水泥行业的旋窑窑尾、烘干机等的袋式收尘器；铁合金行业收集硅铁粉、钛白粉及电石炉袋式收尘器；炭黑行业收集炭黑，电厂燃煤锅炉、垃圾焚烧炉以及钢铁厂高炉煤气净化等。

从袋式收尘器的角度来说，玻纤覆膜滤料不仅可以应用于反吹清灰形式的袋式收尘器，也可以应用于脉冲清灰袋式收尘器。过去，普通玻纤织物滤料由于耐折、耐磨性能相对较差，因而很少在脉冲清灰方式的袋式收尘器上应用。而覆膜滤料由于粉尘剥离性能好，运行过程阻力低，清灰频次可以大幅降低，从而使得玻纤织物覆膜滤料能够在脉冲袋式收尘器中获得很好的使用效果。另外，玻璃纤维针刺毡覆膜滤料以及玻璃纤维与耐高温化纤复合针刺毡覆膜滤料的研制成功，对于脉冲除尘器用户来说，也增加了更多的选择。

除了对于新建收尘器用户，玻纤覆膜滤料是高温领域收尘最理想的选择之外，对于已建的收尘器用户来说，如果在生产工艺上需要通过增加收尘器通风量来提高产量，或者希望提高滤料的使用寿命、延长滤袋的更换周期从而减少除尘器维护的工作量，那么玻纤覆膜滤料也是最佳的选择之一。由于玻纤覆膜滤料运行阻力较低，较普通玻纤滤料低40%～75%，在同等条件下，可以使得收尘器通风量至少提高15%以上，因而系统设备无需改造即可达到提高产量的效果。

2.发展方向

随着化学及材料工业科技水平的不断提高，新型耐高温合成纤维的发明，使得过滤材料也逐渐进入多元化发展的时代。从长远来看，如P84、PTFE等有机合成材料由于兼具了普通合成纤维滤料的优点及耐高温、耐腐蚀、稳定性好等性能，因而将是过滤材料的主要发展方向。但由于原材料垄断及价格昂贵等因素，耐高温合成纤维在短期内无法获得更为普遍的应用。而玻纤覆膜滤料将在10年以上的时间内，仍然是高温过滤材料的主要发展方向。尤其在我国，随着这些年的国产覆膜滤料的研制成功，进口玻纤覆膜滤料的价格也有较大幅度的下降，将逐渐替代普通玻纤滤料，在高温烟尘治理领域获得更为广泛的应用。

3.玻纤覆膜滤料生产技术及检测方法

（1）玻纤覆膜滤料生产的技术　覆膜滤料主要是在普通滤料的表面复合一层厚度为微米级的膨化微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE），其生产技术的关键包括玻纤基材的表面处理、微孔聚四氟乙烯薄膜的拉制以及复合工艺技术。

玻纤覆膜滤料的复合工艺一般分为高温热压复合和黏结剂法复合两种。黏结剂法复合是采用合适的黏结剂在玻璃纤维织物和膨化微孔聚四氟乙烯薄膜之间交联固化使二者连成一体。其最大的缺点是复合强度差，特别是在高温烟气过滤过程中，黏结剂易老化变脆或者融化，ePTFE薄膜就会与玻纤织物脱落而分离；另一方面，由于黏结剂的存在，堵塞了ePTFE薄膜的部分微孔，从而使玻纤覆膜织物透气性变差，无法满足大型袋滤器大风量、长寿命的使用要求。高温热压法复合技术要求高、难度大，国外公司都采用此法。其成型原理是先用聚四氟乙烯对玻纤织物进行表面化学处理，然后与微孔聚四氟乙烯薄膜一起在高温热压复合机中经过一对高温热压辊，使玻璃纤维织物和膨化微孔聚四氟乙烯薄膜在高温高压下复合成一个整体。这样生产的玻纤覆膜滤料复合强度高，透气性能好，高温下不会出现脱膜或者微孔堵塞现象，其使用寿命可大大延长。因此，采用高温热压复合技术是玻纤覆膜滤料生产的最佳选择和必然趋势。

由于无机玻璃纤维属于极惰性材料，不像普通化学纤维可以通过热融的方法与ePTFE薄膜进行结合，因此，玻纤基材的表面处理是高温热压复合工艺的保证之一。只有经过特殊的表面处理，才能保证均为惰性材料的无机玻璃纤维与聚四氟乙烯薄膜之间能够牢固、高效结合。

微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE）是覆膜滤料优良性能的主要载体，它的性能好坏，直接影响到最终制品的性能。ePTFE薄膜采用双向拉伸工艺进行生产。过去ePTFE薄膜的生产技术主要被国外如Gore、Tetratec等几家公司所垄断。近年来，我国不少企业均研发并生产出了产品，但总体技术水平与国外先进水平相比，仍然存在一定的差距。主要体现在薄膜的厚度薄、强度差。从ePTFE薄膜的生产技术来讲，薄膜的厚度与透气率两个指标是个很难协调的一对矛盾，国内生产商往往通过降低薄膜厚度的方式来提高薄膜的透气率，因而造成薄膜的强度较差，复合后的滤料在滤袋缝制或者安装使用的过程中容易发生薄膜破裂的现象，从而直接影响到滤料的使用寿命。

国内目前大多数的薄膜产品的厚度都在5μm以下，透气率可以达到6cm/s以上。我国由高温过滤材料专家严荣楼教授研制并生产的薄膜制品的透气率达到7.0cm/s以上，而薄膜的厚度在相同的测试条件下则超过了10μm，因而薄膜的强度得到大幅的提高，完全能够满足滤袋缝制及安装使用过程对薄膜强度的要求。

（2）关键指标及测试方法　衡量玻纤覆膜滤料性能的关键技术指标，除了与玻纤基材相类似的一些特征指标如滤料的克重、经纬向抗拉强度、破裂强度、透气率等外，还包括滤料的复合牢度。

玻纤覆膜滤料的基材起到主要的支撑作用，因而复合后滤料的各项强力指标与基材是基本一致的，其测试方法按照GB/T7689.5—2013进行。

常用玻纤织物基材主要包括两种规格：一种是400g/m左右的，主要用于反吹清灰方式；另一种为750g/m左右的，主要用于脉冲清灰方式。

玻纤覆膜滤料的透气性能指标主要由ePTFE薄膜来提供。一般来说，采用高温热压复合工艺，复合后滤料的透气率与复合前薄膜的透气率相比，损失50%左右。当然，如果采用黏结剂复合法，透气率则损失得更多。但透气率太高则往往表明薄膜的微观网状结构的孔径太大，影响到滤料的过滤效率，因而在实际应用中，并非透气率越高越好。

玻纤覆膜滤料的复合牢度是一个相当关键的指标，而如何衡量玻纤覆膜滤料的复合牢度，也一直是滤料生产商的一个难题。由于ePTFE薄膜非常薄，与基材相比其强度要差得多，因而无法像普通复合材料那样采用剥离强度来衡量其复合牢度。目前，国内外厂商采用的复合牢度测试方法包括摩擦仪测试法、耐静水压测试法等。

HJ/T326—2006中规定的具体测试方法为：将覆膜滤料试样覆膜一侧向上（朝外）固定在杯口直径为25mm的测试杯杯口上，向杯中连续送入测定所需温度（玻璃纤维机织布的试验气体温度为247℃±5℃）的气体，逐渐提高覆膜滤料未覆膜一侧的压力。当覆膜最大剥离鼓泡的长边尺寸开始大于最大尺寸（2.5mm）时，记录下测试杯中的气体压力（MPa），该压力即为覆膜滤料的覆膜牢度。

笔者认为这个测试方法对于采用高温热压复合工艺生产的玻璃纤维覆膜滤料来说是值得商榷的。由于薄膜与基材的复合牢度相当高，247℃左右的高温对其复合牢度的影响是很小的。在实际的测试过程中，当压力足够大到使得滤料表面的薄膜破裂也不会出现丝毫的鼓泡现象，更别说直径达到2.5mm的鼓泡。当然采用黏结剂复合法生产的覆膜滤料则另当别论。

针对这个问题，中材科技设计开发了模拟实况的脉冲喷吹测试仪来检测玻纤覆膜滤料的复合牢度。其测试方法与HJ/T326—2006中的方法基本类似，不同的是，测试气流采用0.8MPa左右的脉冲喷吹气流对覆膜滤料进行固定次数的喷吹，然后通过显微镜观察覆膜滤料表面薄膜的完好状况来判断滤料的复合牢度是否合格。采用这种方法不仅可以衡量滤料基材与薄膜的结合强度，同时对薄膜本身的强度也进行了一个评判，因此是一种更接近实际应用的测试方法。

4.玻纤覆膜滤料应用关键

过滤材料是袋式除尘器的核心部件，是实际起到过滤作用的材料，但在具体应用中，过滤材料并非除尘器应用成功的唯一决定因素。除尘器的应用是个系统工程，生产厂家的工艺问题以及除尘器的设计、运行及维护都会对除尘效果产生极大的影响。由于滤料在除尘器中是最薄弱的环节，因而在实际应用中，不管上述哪些因素出现问题，往往最终都会体现为滤料的破损。因此，一个成功应用的袋式除尘器，除了选用适宜的过滤材料之外，一定还包括稳定的生产工艺，合理的除尘器本体、配件设计制造，以及完善的管理等各方面的因素。

（1）应用厂家生产工艺控制　袋式除（收）尘器目前在很多的生产工艺中已经不单单只是一个环保设备，而是生产工艺中的一部分，除了起到消烟除尘的作用外，还兼具物料回收的作用。对于任何生产工艺来说，稳定都是生产厂家所期望的，对于滤料的长寿命使用要求也是必要的。但实际生产中往往难以完全避免工艺的突然变化，因而对于除尘器及滤袋应该设计有相应的保护措施，例如系统掺冷风或者旁路以保护滤料不受过高温度（高于280℃）的损害等。另外，提升生产线的产量时也必须考虑到使通风量在除尘器的设计范围之内，避免由于过滤风速的提高，增加系统阻力而缩短滤料的使用寿命。

（2）除尘器设计、制造问题　合理设计袋式除尘器，是保证滤料使用寿命的前提。除尘器各箱体风量应该均匀分布，各箱体及箱体内各部位温度必须一致，选取的过滤风速、气流上升速度、滤袋间距及与除尘器壁的距离须符合玻纤覆膜滤料的要求。一般来说用于反吹清灰方式的玻纤覆膜滤料适宜的净过滤风速为小于0.7m/min，而用于脉冲清灰则最高净过滤风速不超过1.2m/min。烟气管道及灰斗应该合理设计，确保含尘气体的气流上升速度小于1m/s。设计的滤袋间距一般要求不低于50mm，滤袋与除尘器壁的距离一般要求不低于100mm。卸灰系统应合理设计，一般来说应采用三状态清灰方式。对于反吹清灰方式来说，反吹风量一般为单室风量的1～2倍。

袋式除尘器的制造须规范，确保烟气入口挡流板正确安装，使其能有效防止烟气直接冲刷滤袋。对于反吹清灰除尘器来说，与滤袋接触部位如花板、袋帽、袋座须光滑无毛刺。对于脉冲清灰除尘器来说，滤袋笼骨必须表面平滑，没有毛刺，尤其在焊接部位上。骨架无折断、脱落，无弯曲变形。滤袋笼骨纵向筋采用3.5～4mm的钢筋，纵向筋的中心距必须在20mm之内。必须保证所有花板连接点紧密密封，花板决不能出现歪曲情况。采用行喷或者文氏管的脉冲除尘器，其喷吹管的安装必须保证其与花板间的距离，保证喷管上各喷嘴中心与花板孔中心一致，其偏差小于2mm。清灰系统采用的压缩空气必须保持洁净、不潮湿、无油分。脉冲清灰时，清灰压力一般应该小于4.0kg/cm。

（3）玻纤覆膜滤袋的缝制　良好的滤袋缝制也是滤袋能够长寿命使用的保证条件之一。滤袋缝制必须用玻纤缝纫线或PTFE缝纫线等耐高温材料。从实际使用效果来看，PTFE缝纫线相对于玻纤缝纫线具有更好的耐折、磨性能，因而使用寿命更长。滤袋的纵向缝制应采用三针机链式缝法；滤袋环向则应采用双针锁式缝法。

对于反吹风滤袋，滤袋两端最好有100～150mm的加固层；第一防瘪环（下口）的位置距花板开口处的长度必须小于滤袋直径的三倍；防瘪环先用薄的玻纤布包扎，再用相同规格的滤料缝制于滤袋上。

对于脉冲滤袋，滤袋与笼骨必须配合紧密，袋径与笼骨外径间隙须在3mm以内；袋底与笼骨底盘之间的间隙控制在15mm之内为宜；滤袋的头部涨圈的缝制必须与花板配合紧密；另外，袋底须有50～100mm的加固层。

（4）玻纤覆膜滤袋的安装、使用及日常维护　滤袋的安装过程，必须杜绝人为的拖动、踩压、砸扔等现象，以防止滤袋的早期破损。对于反吹清灰滤袋，应做到滤袋缝线垂直无扭曲，滤袋与袋帽、袋座、卡箍间牢固可靠，不漏气、不脱袋，滤袋的张紧度适宜。滤袋悬挂2～3天后，应重新调整张紧弹簧，保持滤袋张力在0.1kg/mm（滤袋直径）左右。对于脉冲清灰滤袋，由于是外滤式，ePTFE薄膜在外面，因此安装时更应该谨慎小心，插入花板孔时应采用袖套进行保护，避免磨损薄膜。

在某些操作工艺中，未经完全燃烧的焦油油烟会随烟气进入收尘设备内，可能会堵塞薄膜表面微孔结构，或者有黏性粉料，容易黏附在薄膜表面。因此在除尘器正式投入运行之前，应进行预涂层操作。预涂层粉料可选用农用石灰粉或干燥无油性飞灰如水泥生料粉、熟料粉等。粉料用量一般为0.25kg/m2（过滤面积）。

在寒冷天气，尤其是北方地区，应在主设备投料前，开启除尘器风机引入干净热空气以预热滤袋，避免出现结露现象。正式投运时，应在除尘器滤袋内外的压差达到600～750Pa时，才启动清灰系统。当主设备投料逐步增加，达到设计值时，稳定工作4～6h之后，再调整反吹风清灰时间，使除尘器压差稳定在设计指标范围内（一般在1000Pa左右）。在工艺允许的情况下，尽量延长两次清灰的间隔时间，有利于提高滤袋使用寿命。经过一段时间后，可以将反复试验所得最佳效果的控制参数，固定在微机数据库内，实现正常控制。

除尘器正常运行过程中，建议每小时记录一次除尘室压差及除尘室入口温度。如有异常情况发生，应立即采取措施，加以解决。应随时监视排放情况，如发现烟囱冒灰，说明烟气短路，有掉袋或破袋现象出现，应及时查明并做出处理。一旦发现有滤袋破损，必须及时更换滤袋或封塞处理并记录该位置。