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CN105908560B - 一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法 - Google Patents

一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，由玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的均匀混合物经湿法工艺制得，其中，玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的质量比为(15‑20):(1‑2):(3‑6)。本发明耐辐照玻璃纤维空气滤纸中降低了K+、Na+、B3+的含量，增加了玻璃纤维空气滤纸的耐辐照性，确保所得耐辐照玻璃纤维空气滤纸可耐剂量率不超过2.5×104Gy/h、总剂量不小于6×105～6.5×105Gy的γ射线照射；本发明添加的硅系或氟系憎水剂，显著增强了玻璃纤维空气滤纸的憎水性、耐辐照和抗张强度等性能，增强了核级HEPA过滤器在潮湿环境下的适应性，具有更广的应用范围。

Description

一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，属于核电领域。
背景技术
随着国际能源供应形势日趋紧张，为了满足电力的快速增长和环境保护的需要，核电作为一种清洁、高效能源，已成为与火电、水电并称的世界三大电力供应支柱。按照《核电中长期发展规划(2011-2020年)》，到2020年，中国将增建成多座核电站，预计总投产核电容量将达到5800万千瓦，核电年发电量将达到2600亿千瓦小时，可占全国发电量的6％以上。核空气净化系统是在正常工况和事故工况下为核设施工作人员和设备提供安全环境的核电站辅助系统之一。作为空气净化机组的重要组成部分，核级HEPA过滤器的功能是从空气气流中去除具有放射性的颗粒污染物，它是核电站防护系统的最后屏障，其质量好坏关系着整个核电站的安全。
耐辐照玻璃纤维空气滤纸是核级HEPA过滤器滤芯的关键组成部分，其效率、阻力、强度、憎水性及辐照后的性能变化决定了核级HEPA过滤器的性能。美国ASME AG-1FC篇明确规定辐照测试的γ射线吸收剂量率不大于2.5×104Gy/h、累积吸收剂量不小于6×105-6.5×105Gy，并要求滤纸辐照后纵横向强度衰减小于15％，然而现有的过滤纸难以满足此要求。
发明内容
为了解决现有技术中空气滤纸存在的耐辐照性能差等缺陷，本发明提供一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，所得玻璃纤维空气滤纸的过滤效率属于高效过滤纸(H13-H14)，可耐剂量率不超过2.5×104Gy/h、总剂量不小于6×105-6.5×105Gy的γ射线照射。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，由玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的均匀混合物经湿法工艺制得，其中，玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的质量比为(15-20):(1-2):(3-6)。
上述H13-H14为参照EN1822的分级标准，按过滤效率进行分类，表示效率在99.97％-99.995％之间的过滤纸。
为了进一步提高所得产品的耐辐照性，玻璃微纤维棉的直径为0.4-0.6μm和直径为1-4μm，其中，直径为0.4-0.6μm的玻璃微纤维棉与直径为1-4μm的玻璃微纤维棉的质量比为(1-3):1；有机纤维的细度为0.7-5den，长度为6-15mm；无碱玻璃纤维短切丝的直径为3-15μm，长度为6-15mm。
为了进一步提高所得产品的耐辐照性等性能，玻璃微纤维棉由以下组分组成：SiO2：55-61份，Al2O3：7-13份，CaO：5-6份，MgO：0.5-2份，BaO：1-4份，ZnO：1-3份，K2O：0.5-2.5份，Na2O：3-7份，Fe2O3：0.1-0.4份，B2O3：5-10份和TiO2：0.2-0.5份，所述份数为质量份数。
为了进一步提高所得产品的耐辐照性和抗张强度，有机纤维为涤纶、腈纶、丙纶、芳纶或维尼纶。
湿法工艺制造玻璃纤维滤纸为现有技术，本申请耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，具体包括顺序相接的如下步骤：
1)将玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的混合物中加水及无机酸搅拌均匀制成纸浆悬浮液；
2)将步骤1)所得纸浆悬浮液依次经除渣、稀释、成型、脱水后形成厚度均匀的湿纸页；
3)在步骤2)所得的湿纸页上均匀地喷洒或溢流施加粘结剂和憎水剂，烘干，即得耐辐照玻璃纤维空气滤纸。
上述无机酸可以是盐酸、硫酸等常用酸。粘结剂和憎水剂可以是依次加，或混合后一起加，粘结剂和憎水剂的施加方式和施加顺序并不影响产品的性能。
为了进一步提高所得产品的耐辐照性和抗张强度，步骤1)中所得纸浆悬浮液的浓度为0.9-1.2wt％，pH值为2-4。步骤2)中纸浆悬浮液经除渣、稀释后的浓度小于0.2wt％。
上述浓度为纤维混合物在悬浮液中的质量浓度。
为了增加耐辐照玻璃纤维空气滤纸的强度和憎水性，步骤3)中粘结剂为水溶性丙烯酸类，憎水剂为硅系或氟系憎水剂，粘结剂和憎水剂的质量比为(5-10):1；所得耐辐照玻璃纤维空气滤纸中粘结剂和憎水剂的质量为玻璃纤维空气滤纸质量的4-9％。
为了保证所得耐辐照玻璃纤维空气滤纸的综合性能，步骤3)中烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-40min。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明耐辐照玻璃纤维空气滤纸中降低了K+、Na+、B3+的含量，从而增加了玻璃纤维空气滤纸的耐辐照性，确保所得耐辐照玻璃纤维空气滤纸可耐剂量率不超过2.5×104Gy/h、总剂量不小于6×105～6.5×105Gy的γ射线照射；本发明添加的硅系或氟系憎水剂，有效促进了与其它组分的协同效应，显著增强了玻璃纤维空气滤纸的憎水性、耐辐照和抗张强度等性能，增强了核级HEPA过滤器在潮湿环境下的适应性，具有更广的应用范围。
附图说明
图1为实施例1所得耐辐照玻璃纤维空气滤纸的1000倍的电镜照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明实施例中空气滤纸的过滤效率和过滤阻力采用美国TSI-8130型自动滤料测试仪测试；抗张强度采用ZL-100A型纸与纸板抗张试验机测试；憎水性采用YG(B)812型织物渗水性测定仪测试。
实施例1
耐辐照玻璃纤维空气滤纸采用两种玻璃微纤维棉为主要原料，0.7d(细度)×6mm(长度)的涤纶、芳纶纤维、7μm(直径)×9mm(长度)的无碱玻璃纤维短切丝，加水及盐酸(质量浓度为10％)，经高频疏解机搅拌均匀制成浓度为0.9wt％、pH值为2.5的纸浆悬浮液，经过除渣系统后，稀释成浓度小于0.2wt％的纸浆悬浮液送至网前箱，通过长网机形成湿纸页，在湿纸页上均匀地喷洒S560丙烯酸粘结剂(巴斯夫公司生产)和TG-5521氟系憎水剂(大金公司生产)，经160℃烘干30min形成耐辐照玻璃纤维空气滤纸。
上述两种玻璃微纤维棉按质量计均由以下组分组成：SiO2：59％，Al2O3：13％，CaO：5％，MgO：1％，BaO：4％，ZnO：3％，K2O：2.3％，Na2O：4％，Fe2O3：0.3％，B2O3：8％，TiO2：0.4％。
上述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸中各组分的质量百分比见表1：
表1实施例1中玻璃纤维空气滤纸的各组分质量百分比
制得的耐辐照玻璃纤维空气滤纸辐照前及辐照后(经γ射线在剂量率不超过2.5×104Gy/h、总剂量不小于6×105～6.5×105Gy的照射)的性能测试结果见表2：
表2实施例1性能测试结果
性能指标 辐照前 辐照后
过滤效率(％) 99.972 99.97
过滤阻力(Pa) 330 322
抗张强度(kN/m) 1.4 1.21
憎水性(mmH2O) 900 860
实施例1制得的空气滤纸，过滤效率为99.972％，过滤阻力为330Pa，经辐照后的抗张强度衰减度为13.6％，憎水性衰减度为4.4％，满足ASME AG-1FC篇的指标要求，具有较好的耐辐照性和过滤效果。
实施例2
耐辐照玻璃纤维空气滤纸采用两种玻璃微纤维棉为主要原料，2d×9mm的涤纶纤维、5μm×6mm的无碱玻璃纤维短切丝，加水及硫酸(质量浓度15％)，经高频疏解机搅拌均匀制成浓度为1.0wt％、pH值为2的纸浆悬浮液，经过除渣系统后，稀释成浓度小于0.2wt％的纸浆悬浮液送至网前箱，通过长网机形成湿纸页，在湿纸页上均匀地溢流施加26084丙烯酸粘结剂(路博润公司生产)和IE-6683硅系憎水剂(道康宁公司生产)，经200℃烘干40min形成耐辐照玻璃纤维空气滤纸。
上述两种玻璃微纤维棉按质量计均由以下组分组成：SiO2：61％，Al2O3：11％，CaO：6％，MgO：2％，BaO：3％，ZnO：2％，K2O：1.5％，Na2O：4％，Fe2O3：0.2％，B2O3：9％，TiO2：0.3％。
上述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸中各组分的质量百分比见表3：
表3实施例2中玻璃纤维空气滤纸的各组分质量百分比
制得的耐辐照玻璃纤维空气滤纸辐照前及辐照后(经γ射线在剂量率不超过2.5×104Gy/h、总剂量不小于6×105～6.5×105Gy的照射)的性能测试结果见表4：
表4实施例2性能测试结果
性能指标 辐照前 辐照后
过滤效率(％) 99.993 99.992
过滤阻力(Pa) 378 370
抗张强度(kN/m) 1.45 1.25
憎水性(mmH2O) 880 840
实施例2制得的空气滤纸，过滤效率为99.993％，过滤阻力为378Pa，经辐照后的抗张强度衰减度为13.8％，憎水性衰减度为4.5％，满足ASME AG-1FC篇的指标要求，具有较好的耐辐照性和过滤效果。

Claims (7)

1.一种耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，其特征在于：由玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的均匀混合物经湿法工艺制得，其中，玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的质量比为(15-20):(1-2):(3-6)；
玻璃微纤维棉为直径为0.4-0.6μm的玻璃微纤维棉和直径为1-4μm的玻璃微纤维棉质量比为(1-3):1的混合物；有机纤维的细度为0.7-2den，长度为6-9mm；无碱玻璃纤维短切丝的直径为3-15μm，长度为6-9mm；
玻璃微纤维棉由以下组分组成：SiO2：55-61份，Al2O3：7-13份，CaO：5-6份，MgO：0.5-2份，BaO：1-4份，ZnO：1-3份，K2O：0.5-2.5份，Na2O：3-7份，Fe2O3：0.1-0.4份，B2O3：5-10份和TiO2：0.2-0.5份，上述份数为质量份数。
2.如权利要求1所述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，其特征在于：有机纤维为涤纶、腈纶、丙纶、芳纶或维尼纶。
3.如权利要求1或2所述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，其特征在于：包括顺序相接的如下步骤：
1)将玻璃微纤维棉、有机纤维和无碱玻璃纤维短切丝的混合物中加水及无机酸搅拌均匀制成纸浆悬浮液；
2)将步骤1)所得纸浆悬浮液依次经除渣、稀释、成型、脱水后形成厚度均匀的湿纸页；
3)在步骤2)所得的湿纸页上均匀地喷洒或溢流施加粘结剂和憎水剂，烘干，即得耐辐照玻璃纤维空气滤纸。
4.如权利要求3所述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，其特征在于：步骤1)中所得纸浆悬浮液的浓度为0.9-1.2wt％，pH值为2-4。
5.如权利要求3所述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，其特征在于：步骤2)中纸浆悬浮液经除渣、稀释后的浓度小于0.2wt％。
6.如权利要求3所述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，其特征在于：步骤3)中粘结剂为水溶性丙烯酸类，憎水剂为硅系或氟系憎水剂，粘结剂和憎水剂的质量比为(5-10):1；所得耐辐照玻璃纤维空气滤纸中粘结剂和憎水剂的质量为玻璃纤维空气滤纸质量的4-9％。
7.如权利要求3所述的耐辐照玻璃纤维空气滤纸的制备方法，其特征在于：步骤3)中烘干温度为100-200℃，烘干时间为10-40min。
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