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袋式鍋爐除塵器過濾材料用各種纖維的特性及其應(yīng)用
一、前言
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在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)爐窯和燃煤鍋爐產(chǎn)生大量的工業(yè)粉塵和煙塵。當(dāng)前，治理工業(yè)粉塵
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和煙塵最有效的辦法就是使用鍋爐除塵器，而其核心是過濾材料。?
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目前，過濾材料的品種不斷增多，單從材質(zhì)而言，就有天然纖維、各種合成纖維、各種
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無機(jī)纖維和金屬纖維等。近年，我國濾料生產(chǎn)工藝技術(shù)得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量有了大幅
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度的提高，為我國的環(huán)境保護(hù)事業(yè)做出了較大的貢獻(xiàn)。可是在實(shí)際應(yīng)用中，卻總會(huì)出現(xiàn)這樣
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那樣的問題，這與我們對(duì)過濾材料的認(rèn)識(shí)不足是密不可分的。本文對(duì)制造濾料的部份纖維的
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特性及其濾料在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的事項(xiàng)做一簡單的分析，希望對(duì)濾料的正確應(yīng)用有所幫
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助。?
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⒉部份化纖的特性及其
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部份化纖的特性及其部份化纖的特性及其
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部份化纖的特性及其濾料
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濾料濾料
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濾料的應(yīng)用
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的應(yīng)用的應(yīng)用
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的應(yīng)用?
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目前我國化纖濾料主要是滌淪機(jī)織布和滌淪針刺氈。由于對(duì)耐溫提出了更高的要求，近
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年又通過引進(jìn)耐高溫的化學(xué)纖維，研制生產(chǎn)出了很多耐高溫的化纖濾料，如 Nomex、
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Procon、Torcon、Basfil、P84等。以下結(jié)合筆者對(duì)這些纖維及其濾料的淺薄認(rèn)識(shí)，分別對(duì)
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其做一簡單的分析，以取到拋磚引玉的作用。部份濾料的最高使用溫度和需關(guān)注的工況見表
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1。?
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⑴ 滌淪纖維及其濾料?
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滌淪：學(xué)名聚酯（Polyester PE）聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯Polyethylene terephthalate，
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PET?
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特性：比重1.38g/cm3，熔點(diǎn)256℃，斷裂強(qiáng)度5.5g/d，極限氧指數(shù)22。熱塑性纖維，
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遇火會(huì)燃燒并滴落，能壓光、燒毛。?
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過濾性能：可在干燥條件下經(jīng)受135℃的操作溫度；連續(xù)在135℃以上工作會(huì)變硬、褪
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色、發(fā)脆，短時(shí)高溫亦會(huì)使其強(qiáng)度變?nèi)酢？顾庑圆睿贿m于高堿、高濕氣的工況條件下（5%
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以上水汽，100℃以上高溫）使用；?
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解決辦法：?
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⒈溫度超過135℃則選用Nomex等耐高溫纖維；?
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⒉水汽超過5%則將溫度降到100℃以下；?
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⒊高堿、高濕汽情況下，選用耐水解的丙烯腈纖維。 ⑵ Nomex纖維及其濾料?
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Nomex：學(xué)名芳香族聚酰胺 Aryl polyamide ? ?
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特性：比重1.38g/cm3，斷裂強(qiáng)度4.9g/d，極限氧指數(shù)29。是非熱塑性纖維，不自燃也
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不助燃，它在高溫狀態(tài)下如371℃只會(huì)碳化或分解成小分子，不會(huì)象一般熱塑性纖維會(huì)突然
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軟化，所以不能壓光，但可燒毛。?
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過濾性能：可在干燥條件下經(jīng)受200℃的操作溫度；是水解性纖維，當(dāng)高溫和有化學(xué)成
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份及水份時(shí)會(huì)很快水解而損壞；在水份濃度為10%及弱酸性及中性環(huán)境下可適用于 190℃
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的操作溫度，而使用壽命也可達(dá)兩年；若水份濃度增加為20%，使用壽命需達(dá)到兩年則需
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降溫到165℃以下，若還在190℃使用其壽命只有半年多。?
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它特怕SOx的侵蝕，因此在燒含硫煤的電廠中往往不能應(yīng)用。在水份濃度為10%時(shí)，
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若溫度為120℃、SO2含量50～400ppm，強(qiáng)度保留率為58%，若溫度升到180℃，SO2
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含量50ppm時(shí)，強(qiáng)度保留率為30%，SO2含量400ppm時(shí)，強(qiáng)度保留率僅5%。所以在有
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水汽和SOx存在時(shí)不宜使用。?
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解決辦法：⒈水解可用普抗替代，普抗能耐水解和硫氧化物的侵蝕。?
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⑶ 普抗（托康）纖維及其濾料?
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普抗：學(xué)名聚苯硫醚 Polyphenylene sulfide PPS?
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特性：比重1.38g/cm3，熔點(diǎn)285℃，斷裂強(qiáng)度5.0g/d，極限氧指數(shù)34。是結(jié)晶性高性
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能熱塑性工程塑料，具有耐熱、耐化學(xué)性、阻燃性等諸多特性。?
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過濾性能：可在190℃的溫度下連續(xù)使用，瞬時(shí)200℃（每年累計(jì)400小時(shí)以下）；在
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160℃的熱壓釜中能保持90%以上的強(qiáng)度。耐化學(xué)性非常好，抗硫，抗酸效果很好，所以在
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燃煤鍋爐上是最合適的濾料，現(xiàn)有約80%的PPS濾料使用在燃煤鍋爐上，它只要求煤的硫
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含量在3.5%以下，煙氣中SO2含量在 2700mg/Nm3以下。?
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其缺點(diǎn)是抗氧化性較差，要求O2含量小于14%（Vol）、NOx小于600mg/Nm3，若
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O2含量達(dá)12%建議溫度降到140℃，總之氧含量越高，所使用的溫度就要越低，因每增加
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10℃，化學(xué)反應(yīng)成雙倍的增加。也就是說本來壽命3年的情況下，若溫度增加10℃，其壽
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命會(huì)只有1.5年。?
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⑷ P84纖維及其濾料?
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P84：學(xué)名聚酰亞胺 Polyimide PI?
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特性：比重1.4g/cm3，是不規(guī)則的葉片狀截面，因此比一般園形截面增加了80%的表
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面積。耐高溫性很好。 過濾性能：可在260℃以下連續(xù)使用，瞬時(shí)溫度可達(dá)280℃（每年累計(jì)少于200小時(shí)）。
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有一定的水解性，建議使用在水汽含量小于35%Vol的氣氛中。有一定的抗氧化性，希望煙
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氣中O2含量小于16%Vol，NOX小于600mg/Nm3，若沒有O2補(bǔ)充NOX含量可放寬到
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1500mg/Nm3。?
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SOX會(huì)使濾料壽命降低，建議SOX含量小于700mg/Nm3，在垃圾焚燒爐中應(yīng)用必須
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有脫硫裝置。?
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⒊玻璃纖維及其濾料的特性的特性?
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玻璃纖維是一種無機(jī)纖維，其主要成分是SiO2。它是將玻璃料在1300～1600℃的溫度
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熔化以后，從熔融態(tài)抽絲并迅速淬冷而制得的。比重 2.54g/cm3，原絲抗張強(qiáng)度在160～
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275kg/mm2。按成分不同又分為A玻璃、C玻璃、E玻璃和S玻璃等，用于過濾材料一般
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采用C玻璃（即中堿玻璃或稱鈉鈣硅酸鹽玻璃）和E玻璃（即無堿玻璃或稱鋁硼硅酸鹽玻
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璃）兩種。目前我國生產(chǎn)過濾布用的玻璃纖維主要采用無堿80支、中堿45支和無堿40 支，
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其單纖維直徑分別為6μ、7.5μ和8μ。?
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玻璃纖維最實(shí)出的優(yōu)點(diǎn)就是耐高溫，尺寸穩(wěn)定性好，拉伸斷裂強(qiáng)度高。玻璃纖維在耐化
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學(xué)侵蝕方面，除了氫氟酸、高溫強(qiáng)堿外，對(duì)其他介質(zhì)都很穩(wěn)定。玻璃纖維的缺點(diǎn)是耐折性較
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差。?
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⑴ 耐溫性?
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做為過濾材料，玻璃纖維可于260℃（中堿）/280℃（無堿）的工況條件下長期使用，
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瞬間高溫可達(dá)350℃。過濾氣體的溫度控制在收塵設(shè)備的設(shè)計(jì)中具有重要的意義，過濾材料
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的耐高溫性能對(duì)收塵設(shè)備的成本和運(yùn)行費(fèi)用都取著決定性的作用。煙氣的高溫過濾會(huì)給您帶
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來以下好處。?
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省去了除塵裝置的冷卻費(fèi)用，因而降低了除塵設(shè)備的造價(jià)；?
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減少了冷風(fēng)的摻入量，從而使處理風(fēng)量的總數(shù)得到了有效控制。這一點(diǎn)對(duì)降低除塵設(shè)備
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的造價(jià)是不言而喻的。?
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減少了結(jié)露的危險(xiǎn)。260℃這一溫度界限，對(duì)目前所有的工業(yè)領(lǐng)域，排除結(jié)露故障是足
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足有余的，這就防止了除塵設(shè)備的腐蝕，延長了其使用壽命。同時(shí)還防止了濾布表面結(jié)露而
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引起阻塞的故障，使過濾得以順利進(jìn)行。?
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節(jié)能。如鋼鐵行業(yè)高爐煤氣凈化，煤氣降溫不僅本身浪費(fèi)能源，而且減少了煤氣的燃燒
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熱值。?
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⑵ 尺寸穩(wěn)定性好 玻璃纖維在280℃下，其收縮率為0，與其他合成纖維濾料要比，尺寸穩(wěn)定性優(yōu)越得多。
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使用玻璃纖維濾料時(shí)不必?fù)?dān)心透氣性和過濾面積的變化，以及收縮而加大布面張力和濾袋伸
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長而使濾袋皺折，加快濾袋破損等影響。?
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⑶ 拉伸斷裂強(qiáng)度高?
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拉伸斷裂強(qiáng)度高、拉伸斷裂伸長率小是玻璃纖維過濾材料的又一特點(diǎn)。所以在除塵用濾
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袋設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)濾袋的拉伸斷裂強(qiáng)度要求基本上可不予考慮。玻纖濾料與滌淪濾料的強(qiáng)力比較
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見表2，幾種過濾材料斷裂伸長率的比較見表3。?
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⑷ 耐化學(xué)侵蝕：?
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玻璃纖維本身的耐化學(xué)侵蝕與玻璃纖維過濾材料的耐化學(xué)侵蝕是兩個(gè)不同的慨念。因?yàn)?/div>
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玻璃纖維過濾材料都必須經(jīng)過表面化學(xué)處理才可以投入使用，未經(jīng)處理的玻璃纖維做為濾料
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使用可以說是沒有意義的。但對(duì)玻璃纖維本身的耐化學(xué)侵蝕性我們也要有一個(gè)較全面的認(rèn)
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識(shí)，下面就從酸、堿和水汽對(duì)玻璃纖維本身的影響和對(duì)玻璃纖維濾料的影響分別做一討論。?
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①玻璃纖維濾料具有高度的耐酸性?
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中堿玻璃纖維具有高度的耐酸性（HF酸除外）。因?yàn)樗屑s12%的堿金屬氧化物，
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在酸性介質(zhì)下?
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≡Si－O－Na + H+ －→ ≡Si－OH + Na+?
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侵蝕過程中，生成的≡Si－OH反而在纖維表面起了保護(hù)膜的作用，它阻礙著侵蝕進(jìn)程。?
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無堿玻璃纖維耐酸性則相對(duì)較差，因?yàn)槠鋲A金屬氧化物含量少，而含有約3%的B2O2，
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在酸性氣氛下?
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B2O2＋3H2O＝2H3BO2?
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遇水后生成的可溶性的硼酸對(duì)纖維結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用。?
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為了提高玻璃纖維過濾材料的耐酸性能，各玻璃纖維濾料生產(chǎn)企業(yè)都研制了不同的表面
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化學(xué)處理耐酸配方。如南京菲爾特過濾材料有限公司研究開發(fā)了RH、YM、AR等系列玻璃
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纖維過濾布耐酸處理配方，為我國碳黑、燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐等行業(yè)提供了優(yōu)質(zhì)濾料。?
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本中心研制開發(fā)的耐酸玻璃纖維濾料采用耐酸配方處理，該配方中的抗酸聚合物包覆在
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玻璃纖維表面，生成一種保護(hù)性屏障，使它免受化學(xué)侵蝕。采用0.3mm厚中堿玻纖布按照
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美國BGF公司濾料耐酸測試方法測得酸腐蝕前后耐折性能見表4。如表所示，經(jīng)耐酸配方
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處理的玻纖布耐酸性能大幅度提高。?
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所以，在有酸性氣氛的高溫?zé)煔獬龎m時(shí)，宜選用經(jīng)過耐酸處理的玻璃纖維過濾材料。?
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②高溫耐堿性不是考慮的重點(diǎn) 由于自然界的堿都是以堿金屬氧化物的形式存在的，所以在高溫過濾的煙塵中，盡管有
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很多堿性成分，但不會(huì)真正形成諸如NaOH、Ca(OH)2等形式的堿。所以，盡管普通玻璃
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的高溫耐堿性較差，但堿對(duì)玻璃纖維濾料的危害并不是考慮的重點(diǎn)。?
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③水汽對(duì)玻璃纖維濾料有一定的影響?
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水汽對(duì)玻璃纖維濾料有一定的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，高溫過濾煙氣含水量較大時(shí)，宜選
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用經(jīng)防水處理的玻璃纖維濾料。?
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無堿玻璃纖維對(duì)水、濕空氣、弱堿有高度的穩(wěn)定性，屬于一級(jí)水解級(jí)。中堿玻璃纖維對(duì)
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水、濕空氣較穩(wěn)定，屬于二級(jí)水解級(jí)。而高堿玻璃纖維一般屬于三級(jí)水解級(jí)。這是由于其堿
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金屬氧化物含量不同造成的，因?yàn)閴A金屬氧化物會(huì)與水起化學(xué)作用，生成可溶性的硅酸鈉?
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Na2O＋H2O＝2NaOH?
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2NaOH＋SiO2＝ Na2SiO2?
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Na2SiO2＝2Na＋＋SiO2－?
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為此，出現(xiàn)了很多經(jīng)防水處理的玻璃纖維過濾材料。如南京菲爾特過濾材料有限公司研
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制開發(fā)的FCA、FQ、TFB等配方處理的濾料都有優(yōu)異的防水性能，RH、YM、AR等耐酸
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配方處理的濾料也具有優(yōu)異的防水性能。?
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④玻璃纖維特怕HF酸，160ppm以上的HF存在時(shí)不能使用。?
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⑸ 耐折性?
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玻璃纖維耐折性較差，但可以從控制纖維的直徑和表面化學(xué)處理兩個(gè)方面來大幅度提高
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其耐折性能。玻璃纖維的直徑對(duì)玻纖過濾布的耐折性能影響較大，這是因?yàn)椴ＡЮw維是無機(jī)
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纖維，比較脆，當(dāng)把單根纖維彎曲到一定的曲率半徑時(shí)，纖維即斷裂，這個(gè)半徑就稱為該纖
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維的斷裂彎曲半徑，玻璃纖維的直徑d與其斷裂彎曲半徑r的關(guān)系如下：?
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r=Ed/2T?
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式中E（彈性模量）和T（抗張強(qiáng)度）皆為常數(shù)，因此纖維的直徑越細(xì)，其斷裂彎曲半
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徑越小，越不易折斷，耐折性會(huì)明顯提高。不同直徑纖維的耐折性能見表5。?
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玻璃纖維的表面化學(xué)處理可改善纖維的耐折性能。南京菲爾特過濾材料有限公司研制開
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發(fā)的高耐折表面化學(xué)處理配方與國內(nèi)傳統(tǒng)配方相比，其耐折性能提高10倍以上，達(dá)到美國
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進(jìn)口同類產(chǎn)品水平，取得了較好的效果。其濾料性能比較見表6。?
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⒋結(jié)語?
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各種不同纖維制成的過濾材料都有其自身的特性，我們對(duì)其認(rèn)識(shí)的充分程度決定了其在
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實(shí)際應(yīng)用中的成功率。所以在實(shí)際應(yīng)用中，我們一方面要把鍋爐除塵器的工況條件吃透；另一方面要對(duì)各種濾料的適用工況特別是不適宜的工況吃透。只有把工作做在前面，做細(xì)、做深才
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能使各種濾料用好，更好地為我國環(huán)保事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。?
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