第二節　玻纖增強材料——玻纖濾料的特性、應用

從20世紀60年代開始，我國的玻璃纖維濾料，歷經五十多年的發展，走過了連續玻璃纖維、膨體紗玻璃纖維、玻璃纖維針刺氈、連續玻璃纖維過濾布等各個階段，目前已經開始逐步進入玻纖覆膜濾料廣泛應用的時代。

經過十多年的推廣應用，目前煙塵治理行業已經充分認識到了覆膜濾料的優勢。同時由于國產覆膜濾料的研制成功、進口覆膜濾料價格的降低、社會經濟水平的總體增長以及環保要求的越來越嚴格，該類產品已經被越來越多的高溫煙塵治理單位所接受。

下面將從應用的角度，對于玻纖覆膜濾料的應用范圍、制造工藝、性能指標以及實際應用過程中需要注意的問題進行初步探討。

一、連續玻璃纖維過濾布的特性及其應用

連續玻璃纖維過濾布是由圓整平行的玻纖原絲束，經過退并、整經等工序織造成的，是最早工業應用的玻纖濾料。在退并過程中纖維束加捻，經緯紗非常致密，氣流從經緯紗線交織處的孔眼通過。

玻璃纖維濾料基材是中堿連續玻璃纖維斜紋組織，厚度為0.3～0.35mm，用反應型有機硅、聚四氟乙烯懸浮液等物質進行后處理。這種濾料柔軟光滑、易清灰，能在250℃下連續使用，而且價格便宜。在某水泥廠旋窯窯尾粉塵處理中應用，過濾速度在0.5m/min左右，過濾效率達99.8%，采用上進氣負壓操作，分室縮袋清灰。在上述工藝條件下，這種濾袋累計運行310天，無一破損，累計運行2年破損率為28%，其中有50%袋子壽命超過3年。

我國中小型水泥廠較普遍的水泥生產設備是機械立窯。這種窯的尾氣溫度波動較大，低時可以結露，高時超過玻纖承受能力，收塵問題一直沒有很好解央。近幾年，一些企業采用微機控制解決了煙氣溫度波動過大的問題。多家企業采用中堿玻璃纖維濾料基材，并用PSi配方進行后處理，進一步提高了濾布的耐折、耐磨及耐溫性能。

水泥行業還有大量的磨機、烘干機，排放的廢氣溫度低（接近0℃），含塵濃度高，水分含量大。采用一種玻璃纖維濾料，效果較好。這種濾料采用表面光滑的破斜紋織物結構，并經憎水處理，其耐磨性、耐折性、憎水性提高了很多。經過近十年的應用證明，該濾料具有較好的抗結露能力和使用壽命長等特點。

連續玻璃纖維濾布適合于濾袋中間無骨架的內濾式反吹（反吸）風或縮袋清灰的各種袋式除塵器，過濾速度一般在0.5m/min以下。速度過高容易把濾袋吹壞，或造成透濾。在水泥工業的揚塵點推廣比較多，與相同厚度膨體紗濾料相比，價格便宜。

二、玻璃纖維膨體紗濾料的特性及其應用

玻纖膨體紗濾料是用部分膨體紗織造成的織物濾料。膨體紗濾布與連續纖維濾布相比，過濾性能有明顯的提高。連續纖維濾布由于其結構的特點，氣流幾乎無法通過加捻股紗內部，只能從經緯紗線交織處的孔眼通過，為保證織物的透氣性，股紗的孔眼一般較大，過濾速度不能過大，否則容易透濾。膨體紗濾布由于紗線膨松，可增加捕集粉塵的表面積，延長捕集粉塵的時間，有益于細塵凝聚成大顆粒。粉塵過濾層結構較疏松，空隙率較大，又因膨松紗覆蓋能力強，可以遮住經、緯紗交織處的氣流通路，從而使膨體紗過濾布過濾阻力更小，過濾效率和過濾速度更高。較厚織物（如0.8mm）的膨體紗濾料，其過濾速度可提高到0.8mm/min左右，可應用于中間有骨架的懸臂反吹的外濾式除塵器中。如0.8mm厚的EWTF-800-RH膨體紗濾料，用于FVB-L立窯微震扁袋除塵器中，在大型機械立窯窯尾使用。該除塵器總過濾風量為60000m3/h，過濾面積為2000m2，最大過濾速度為0.58m/min，氣體溫度一般為50～80℃，最高為200～280℃，使用一年濾袋無一破損。經測試除塵效率達99.9%以上，出風口含塵濃度低于50mg/m3（標準狀況），其粉塵排放濃度低于國家規定指標。每天可回收12t生熟料，按300天/年計，每年可回收資金約60萬元，產生了明顯的經濟效益。

三、玻璃纖維針刺氈濾料與設計

玻纖針刺氈濾料是由玻纖短切原絲經梳理成氈后用針刺法固著于玻纖基布上。為了加強氈層與基布的結合牢度，保護氈層和基布免受磨損和腐蝕，提高氈層表面的粉層剝離性，還必須進行化學處理，從而制成堅牢、耐用的玻纖針刺氈濾材。玻纖針刺氈濾材是目前玻纖濾料中檔次最高、性能最好的濾料，它不僅具有玻纖織物濾布的耐高溫、耐磨性、尺寸穩定、伸長率大、強度高的優點，又由于氈層纖維呈單纖維三向微孔結構，用于過濾的細孔孔徑小，空隙率高（可達80%），其過濾機理不單靠篩濾，而是集篩濾、阻擋、慣性、擴散等作用于一體，比織物濾料的過濾速度可提高1～2倍，過濾阻力小、除塵效率高，是一種高速高效的高溫濾料。突破了以往玻纖濾料不能在高速脈沖袋濾器中使用的禁區，解決了高溫煙氣除塵的袋濾器向小型化發展的問題，從理論和實踐上解決了過濾微小顆粒粉塵的技術難題，成為氣體，尤其是高溫氣體中粉塵過濾和原料收集的更新換代產品。

四、濾袋工藝設計過程中的一些經驗教訓

各種濾料都具有一定的特點，也有其不足之處。天然纖維（如棉、麻、絲、毛纖維）和合成纖維（如尼龍、丙綸、滌綸）耐曲撓和耐磨性能比較好，但是它們的耐溫性能較差，使用這些濾料必須嚴格控制其使用溫度。超溫使用使濾袋很快收縮、甚至燒壞，影響使用壽命。

玻璃纖維濾料不論是連續玻璃纖維濾布、膨體紗濾布，還是針刺氈濾料，從微觀角度而言，都是呈圓柱形的表面光滑的棒狀材料，因此它的耐曲撓性能和耐磨性能較差。其分子結構主要是硅氧鍵組成的四面體，鍵能高，因此耐溫性好。玻纖濾料必須經過表面化學處理才能提高其耐曲撓、耐磨等性能，在使用過程中必須揚長避短。如玻纖濾料在包裝、運輸、安裝過程中必須防止在粗糙的地面上拖動、腳踏或與尖硬的物體碰撞、摩擦，與其接觸的花板、骨架、支撐環必須光滑、焊接點必須焊牢并打光，不得有脫焊毛疵，以免在運行前或運行中磨損濾袋，產生不該發生的濾袋早期破損。

另外在袋濾器使用過程中，曾發生過袋濾器著火甚至爆炸。炭黑工業尾氣中含有大量的CO、H2、CH4等可燃氣體，如操作失誤，大量的氧氣進入袋濾器就易發生著火或爆炸。當溫度升高，袋濾器中有隱燃的顆粒時也會發生著火或爆炸。在使用過程中應從工藝條件考慮袋濾器控制以及系統的操作等，以保證安全生產。

五、玻纖覆膜

玻璃纖維覆膜過濾材料是在經過特殊表面處理的玻璃纖維基布上復合膨化微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE）制成的，它集中了玻璃纖維的高強低伸、耐高溫、耐腐蝕等優點和聚四氟乙烯薄膜的表面光滑、憎水透氣、化學穩定性好等優良特性。與普通玻纖濾料通過粉餅層過濾的深層過濾機理不同，覆膜濾料主要是通過微孔聚四氟乙烯薄膜進行表面過濾。微米級的孔徑，使得玻纖覆膜濾料幾乎能截留含塵氣流中的全部粉塵，具有極高的過濾效率。另外由于聚四氟乙烯的自潔、憎水的特性，覆膜濾料易清灰，同時粉塵不會深入濾料內部，因而能在不增加運行阻力的情況下保證氣流的最大通量，是理想的高溫煙氣過濾材料。

1.應用范圍

玻纖覆膜濾料作為玻纖濾料的升級換代產品，普通玻纖濾料能夠應用的場合玻纖覆膜濾料均可以替代應用。具體的應用場合包括：水泥行業的旋窯窯尾、烘干機等的袋式收塵器；鐵合金行業收集硅鐵粉、鈦白粉及電石爐袋式收塵器；炭黑行業收集炭黑，電廠燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐以及鋼鐵廠高爐煤氣凈化等。

從袋式收塵器的角度來說，玻纖覆膜濾料不僅可以應用于反吹清灰形式的袋式收塵器，也可以應用于脈沖清灰袋式收塵器。過去，普通玻纖織物濾料由于耐折、耐磨性能相對較差，因而很少在脈沖清灰方式的袋式收塵器上應用。而覆膜濾料由于粉塵剝離性能好，運行過程阻力低，清灰頻次可以大幅降低，從而使得玻纖織物覆膜濾料能夠在脈沖袋式收塵器中獲得很好的使用效果。另外，玻璃纖維針刺氈覆膜濾料以及玻璃纖維與耐高溫化纖復合針刺氈覆膜濾料的研制成功，對于脈沖除塵器用戶來說，也增加了更多的選擇。

除了對于新建收塵器用戶，玻纖覆膜濾料是高溫領域收塵最理想的選擇之外，對于已建的收塵器用戶來說，如果在生產工藝上需要通過增加收塵器通風量來提高產量，或者希望提高濾料的使用壽命、延長濾袋的更換周期從而減少除塵器維護的工作量，那么玻纖覆膜濾料也是最佳的選擇之一。由于玻纖覆膜濾料運行阻力較低，較普通玻纖濾料低40%～75%，在同等條件下，可以使得收塵器通風量至少提高15%以上，因而系統設備無需改造即可達到提高產量的效果。

2.發展方向

隨著化學及材料工業科技水平的不斷提高，新型耐高溫合成纖維的發明，使得過濾材料也逐漸進入多元化發展的時代。從長遠來看，如P84、PTFE等有機合成材料由于兼具了普通合成纖維濾料的優點及耐高溫、耐腐蝕、穩定性好等性能，因而將是過濾材料的主要發展方向。但由于原材料壟斷及價格昂貴等因素，耐高溫合成纖維在短期內無法獲得更為普遍的應用。而玻纖覆膜濾料將在10年以上的時間內，仍然是高溫過濾材料的主要發展方向。尤其在我國，隨著這些年的國產覆膜濾料的研制成功，進口玻纖覆膜濾料的價格也有較大幅度的下降，將逐漸替代普通玻纖濾料，在高溫煙塵治理領域獲得更為廣泛的應用。

3.玻纖覆膜濾料生產技術及檢測方法

（1）玻纖覆膜濾料生產的技術　覆膜濾料主要是在普通濾料的表面復合一層厚度為微米級的膨化微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE），其生產技術的關鍵包括玻纖基材的表面處理、微孔聚四氟乙烯薄膜的拉制以及復合工藝技術。

玻纖覆膜濾料的復合工藝一般分為高溫熱壓復合和黏結劑法復合兩種。黏結劑法復合是采用合適的黏結劑在玻璃纖維織物和膨化微孔聚四氟乙烯薄膜之間交聯固化使二者連成一體。其最大的缺點是復合強度差，特別是在高溫煙氣過濾過程中，黏結劑易老化變脆或者融化，ePTFE薄膜就會與玻纖織物脫落而分離；另一方面，由于黏結劑的存在，堵塞了ePTFE薄膜的部分微孔，從而使玻纖覆膜織物透氣性變差，無法滿足大型袋濾器大風量、長壽命的使用要求。高溫熱壓法復合技術要求高、難度大，國外公司都采用此法。其成型原理是先用聚四氟乙烯對玻纖織物進行表面化學處理，然后與微孔聚四氟乙烯薄膜一起在高溫熱壓復合機中經過一對高溫熱壓輥，使玻璃纖維織物和膨化微孔聚四氟乙烯薄膜在高溫高壓下復合成一個整體。這樣生產的玻纖覆膜濾料復合強度高，透氣性能好，高溫下不會出現脫膜或者微孔堵塞現象，其使用壽命可大大延長。因此，采用高溫熱壓復合技術是玻纖覆膜濾料生產的最佳選擇和必然趨勢。

由于無機玻璃纖維屬于極惰性材料，不像普通化學纖維可以通過熱融的方法與ePTFE薄膜進行結合，因此，玻纖基材的表面處理是高溫熱壓復合工藝的保證之一。只有經過特殊的表面處理，才能保證均為惰性材料的無機玻璃纖維與聚四氟乙烯薄膜之間能夠牢固、高效結合。

微孔聚四氟乙烯薄膜（ePTFE）是覆膜濾料優良性能的主要載體，它的性能好壞，直接影響到最終制品的性能。ePTFE薄膜采用雙向拉伸工藝進行生產。過去ePTFE薄膜的生產技術主要被國外如Gore、Tetratec等幾家公司所壟斷。近年來，我國不少企業均研發并生產出了產品，但總體技術水平與國外先進水平相比，仍然存在一定的差距。主要體現在薄膜的厚度薄、強度差。從ePTFE薄膜的生產技術來講，薄膜的厚度與透氣率兩個指標是個很難協調的一對矛盾，國內生產商往往通過降低薄膜厚度的方式來提高薄膜的透氣率，因而造成薄膜的強度較差，復合后的濾料在濾袋縫制或者安裝使用的過程中容易發生薄膜破裂的現象，從而直接影響到濾料的使用壽命。

國內目前大多數的薄膜產品的厚度都在5μm以下，透氣率可以達到6cm/s以上。我國由高溫過濾材料專家嚴榮樓教授研制并生產的薄膜制品的透氣率達到7.0cm/s以上，而薄膜的厚度在相同的測試條件下則超過了10μm，因而薄膜的強度得到大幅的提高，完全能夠滿足濾袋縫制及安裝使用過程對薄膜強度的要求。

（2）關鍵指標及測試方法　衡量玻纖覆膜濾料性能的關鍵技術指標，除了與玻纖基材相類似的一些特征指標如濾料的克重、經緯向抗拉強度、破裂強度、透氣率等外，還包括濾料的復合牢度。

玻纖覆膜濾料的基材起到主要的支撐作用，因而復合后濾料的各項強力指標與基材是基本一致的，其測試方法按照GB/T7689.5—2013進行。

常用玻纖織物基材主要包括兩種規格：一種是400g/m左右的，主要用于反吹清灰方式；另一種為750g/m左右的，主要用于脈沖清灰方式。

玻纖覆膜濾料的透氣性能指標主要由ePTFE薄膜來提供。一般來說，采用高溫熱壓復合工藝，復合后濾料的透氣率與復合前薄膜的透氣率相比，損失50%左右。當然，如果采用黏結劑復合法，透氣率則損失得更多。但透氣率太高則往往表明薄膜的微觀網狀結構的孔徑太大，影響到濾料的過濾效率，因而在實際應用中，并非透氣率越高越好。

玻纖覆膜濾料的復合牢度是一個相當關鍵的指標，而如何衡量玻纖覆膜濾料的復合牢度，也一直是濾料生產商的一個難題。由于ePTFE薄膜非常薄，與基材相比其強度要差得多，因而無法像普通復合材料那樣采用剝離強度來衡量其復合牢度。目前，國內外廠商采用的復合牢度測試方法包括摩擦儀測試法、耐靜水壓測試法等。

HJ/T326—2006中規定的具體測試方法為：將覆膜濾料試樣覆膜一側向上（朝外）固定在杯口直徑為25mm的測試杯杯口上，向杯中連續送入測定所需溫度（玻璃纖維機織布的試驗氣體溫度為247℃±5℃）的氣體，逐漸提高覆膜濾料未覆膜一側的壓力。當覆膜最大剝離鼓泡的長邊尺寸開始大于最大尺寸（2.5mm）時，記錄下測試杯中的氣體壓力（MPa），該壓力即為覆膜濾料的覆膜牢度。

筆者認為這個測試方法對于采用高溫熱壓復合工藝生產的玻璃纖維覆膜濾料來說是值得商榷的。由于薄膜與基材的復合牢度相當高，247℃左右的高溫對其復合牢度的影響是很小的。在實際的測試過程中，當壓力足夠大到使得濾料表面的薄膜破裂也不會出現絲毫的鼓泡現象，更別說直徑達到2.5mm的鼓泡。當然采用黏結劑復合法生產的覆膜濾料則另當別論。

針對這個問題，中材科技設計開發了模擬實況的脈沖噴吹測試儀來檢測玻纖覆膜濾料的復合牢度。其測試方法與HJ/T326—2006中的方法基本類似，不同的是，測試氣流采用0.8MPa左右的脈沖噴吹氣流對覆膜濾料進行固定次數的噴吹，然后通過顯微鏡觀察覆膜濾料表面薄膜的完好狀況來判斷濾料的復合牢度是否合格。采用這種方法不僅可以衡量濾料基材與薄膜的結合強度，同時對薄膜本身的強度也進行了一個評判，因此是一種更接近實際應用的測試方法。

4.玻纖覆膜濾料應用關鍵

過濾材料是袋式除塵器的核心部件，是實際起到過濾作用的材料，但在具體應用中，過濾材料并非除塵器應用成功的唯一決定因素。除塵器的應用是個系統工程，生產廠家的工藝問題以及除塵器的設計、運行及維護都會對除塵效果產生極大的影響。由于濾料在除塵器中是最薄弱的環節，因而在實際應用中，不管上述哪些因素出現問題，往往最終都會體現為濾料的破損。因此，一個成功應用的袋式除塵器，除了選用適宜的過濾材料之外，一定還包括穩定的生產工藝，合理的除塵器本體、配件設計制造，以及完善的管理等各方面的因素。

（1）應用廠家生產工藝控制　袋式除（收）塵器目前在很多的生產工藝中已經不單單只是一個環保設備，而是生產工藝中的一部分，除了起到消煙除塵的作用外，還兼具物料回收的作用。對于任何生產工藝來說，穩定都是生產廠家所期望的，對于濾料的長壽命使用要求也是必要的。但實際生產中往往難以完全避免工藝的突然變化，因而對于除塵器及濾袋應該設計有相應的保護措施，例如系統摻冷風或者旁路以保護濾料不受過高溫度（高于280℃）的損害等。另外，提升生產線的產量時也必須考慮到使通風量在除塵器的設計范圍之內，避免由于過濾風速的提高，增加系統阻力而縮短濾料的使用壽命。

（2）除塵器設計、制造問題　合理設計袋式除塵器，是保證濾料使用壽命的前提。除塵器各箱體風量應該均勻分布，各箱體及箱體內各部位溫度必須一致，選取的過濾風速、氣流上升速度、濾袋間距及與除塵器壁的距離須符合玻纖覆膜濾料的要求。一般來說用于反吹清灰方式的玻纖覆膜濾料適宜的凈過濾風速為小于0.7m/min，而用于脈沖清灰則最高凈過濾風速不超過1.2m/min。煙氣管道及灰斗應該合理設計，確保含塵氣體的氣流上升速度小于1m/s。設計的濾袋間距一般要求不低于50mm，濾袋與除塵器壁的距離一般要求不低于100mm。卸灰系統應合理設計，一般來說應采用三狀態清灰方式。對于反吹清灰方式來說，反吹風量一般為單室風量的1～2倍。

袋式除塵器的制造須規范，確保煙氣入口擋流板正確安裝，使其能有效防止煙氣直接沖刷濾袋。對于反吹清灰除塵器來說，與濾袋接觸部位如花板、袋帽、袋座須光滑無毛刺。對于脈沖清灰除塵器來說，濾袋籠骨必須表面平滑，沒有毛刺，尤其在焊接部位上。骨架無折斷、脫落，無彎曲變形。濾袋籠骨縱向筋采用3.5～4mm的鋼筋，縱向筋的中心距必須在20mm之內。必須保證所有花板連接點緊密密封，花板決不能出現歪曲情況。采用行噴或者文氏管的脈沖除塵器，其噴吹管的安裝必須保證其與花板間的距離，保證噴管上各噴嘴中心與花板孔中心一致，其偏差小于2mm。清灰系統采用的壓縮空氣必須保持潔凈、不潮濕、無油分。脈沖清灰時，清灰壓力一般應該小于4.0kg/cm。

（3）玻纖覆膜濾袋的縫制　良好的濾袋縫制也是濾袋能夠長壽命使用的保證條件之一。濾袋縫制必須用玻纖縫紉線或PTFE縫紉線等耐高溫材料。從實際使用效果來看，PTFE縫紉線相對于玻纖縫紉線具有更好的耐折、磨性能，因而使用壽命更長。濾袋的縱向縫制應采用三針機鏈式縫法；濾袋環向則應采用雙針鎖式縫法。

對于反吹風濾袋，濾袋兩端最好有100～150mm的加固層；第一防癟環（下口）的位置距花板開口處的長度必須小于濾袋直徑的三倍；防癟環先用薄的玻纖布包扎，再用相同規格的濾料縫制于濾袋上。

對于脈沖濾袋，濾袋與籠骨必須配合緊密，袋徑與籠骨外徑間隙須在3mm以內；袋底與籠骨底盤之間的間隙控制在15mm之內為宜；濾袋的頭部漲圈的縫制必須與花板配合緊密；另外，袋底須有50～100mm的加固層。

（4）玻纖覆膜濾袋的安裝、使用及日常維護　濾袋的安裝過程，必須杜絕人為的拖動、踩壓、砸扔等現象，以防止濾袋的早期破損。對于反吹清灰濾袋，應做到濾袋縫線垂直無扭曲，濾袋與袋帽、袋座、卡箍間牢固可靠，不漏氣、不脫袋，濾袋的張緊度適宜。濾袋懸掛2～3天后，應重新調整張緊彈簧，保持濾袋張力在0.1kg/mm（濾袋直徑）左右。對于脈沖清灰濾袋，由于是外濾式，ePTFE薄膜在外面，因此安裝時更應該謹慎小心，插入花板孔時應采用袖套進行保護，避免磨損薄膜。

在某些操作工藝中，未經完全燃燒的焦油油煙會隨煙氣進入收塵設備內，可能會堵塞薄膜表面微孔結構，或者有黏性粉料，容易黏附在薄膜表面。因此在除塵器正式投入運行之前，應進行預涂層操作。預涂層粉料可選用農用石灰粉或干燥無油性飛灰如水泥生料粉、熟料粉等。粉料用量一般為0.25kg/m2（過濾面積）。

在寒冷天氣，尤其是北方地區，應在主設備投料前，開啟除塵器風機引入干凈熱空氣以預熱濾袋，避免出現結露現象。正式投運時，應在除塵器濾袋內外的壓差達到600～750Pa時，才啟動清灰系統。當主設備投料逐步增加，達到設計值時，穩定工作4～6h之后，再調整反吹風清灰時間，使除塵器壓差穩定在設計指標范圍內（一般在1000Pa左右）。在工藝允許的情況下，盡量延長兩次清灰的間隔時間，有利于提高濾袋使用壽命。經過一段時間后，可以將反復試驗所得最佳效果的控制參數，固定在微機數據庫內，實現正常控制。

除塵器正常運行過程中，建議每小時記錄一次除塵室壓差及除塵室入口溫度。如有異常情況發生，應立即采取措施，加以解決。應隨時監視排放情況，如發現煙囪冒灰，說明煙氣短路，有掉袋或破袋現象出現，應及時查明并做出處理。一旦發現有濾袋破損，必須及時更換濾袋或封塞處理并記錄該位置。