聚苯硫醚(PPS)纖維濾料被廣泛用于工業(yè)爐窯煙氣袋式除塵,在復雜工況服役過程中需承受各種載荷作用,拉伸載荷最為常見。PPS纖維經(jīng)過梳理機梳理,單纖維軸向與纖網(wǎng)軸向一致,纖維間首尾相連,形成單層纖網(wǎng)。
纖網(wǎng)隨鋪網(wǎng)小車往復鋪網(wǎng)(鋪網(wǎng)小車速度為
),并跟隨傳送簾向前移動(速度為
),如此交叉鋪網(wǎng),纖維軸向(纖網(wǎng)軸向)與濾料軸向(纖網(wǎng)運動方向)成一定角度
(纖維取向角)。
經(jīng)計算,元琛科技生產(chǎn)的PPS纖維取向角
為5°。由此可見,濾料中纖維取向幾乎與濾料橫向一致,經(jīng)針刺后,橫向強度必然遠大于縱向,因此需在兩層纖網(wǎng)之間添加平紋機織布,以提供經(jīng)向強力。實際上,PPS纖維經(jīng)梳理機梳理并非完全成相互順直、平行的單纖維狀態(tài),兩層纖網(wǎng)與基布經(jīng)針刺纏結(jié)后,隨著濾料的牽伸,單纖維在濾料結(jié)構中空間狀態(tài)較為復雜,難以結(jié)構化建模。
根據(jù)GB/T 6719(袋式除塵器技術要求)和GB/T 3923.1(紡織品 織物拉伸性能 第1部分 斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)),對袋式除塵器用PPS濾料樣品進行測試。
從宏觀角度,忽略纖維的空間路徑與纏結(jié),將濾料看成一個整體。濾料與普通二維織物不同,其在厚度方向上存在“纖維層—基布層—纖維層”的三級結(jié)構,且厚度不可忽略,可認為是一種三維織物。由于濾料在x,y,z方向的結(jié)構各有不同,因此濾料是正交各向異性材料。
濾料的基本彈性參數(shù)如表所示。
Exx/ MPa | Eyy/ MPa | E45°/ MPa | Gxy/ MPa | Gyx/ MPa | vxy | vyx |
35 | 80 | 20 | 5.7 | 6.0 | 0.31 | 0.27 |
1、無縫線條樣
PPS濾料經(jīng)向峰值載荷為1100N左右,峰值應力為10MPa左右;濾料緯向峰值載荷為1300N左右,峰值應力為13MPa左右。對于經(jīng)向拉伸,濾料的拉伸行為分為三個階段。第一階段,主要由基布承擔載荷,纖維幾乎不起作用;第二階段,纖維集合體與基布組成的復合結(jié)構共同承擔載荷;第三階段,濾料經(jīng)向收緊,再次由基布承擔載荷。對于緯向拉伸,濾料的拉伸曲線也分為三個階段。第一階段,纖維與基布共同承擔載荷;第二階段,由抱合緊密的針刺取向纖維主要承擔載荷;第三階段,基布不足以承受載荷,開始斷裂,曲線表現(xiàn)出鋸齒狀“抖動”,直至濾料整體失效。
2、有縫線條樣
有縫線條樣拉伸實質(zhì)上依靠縫線的強度或縫線與濾料之間的剪切作用。經(jīng)向拉伸分為三個階段,先是彈性階段,模量較大,到達屈服點后進入塑性變形階段,模量降低,載荷進一步增加,直至縫線逐一斷裂。緯向拉伸時,縫線道數(shù)較少,拉伸過程可分為兩個階段,彈性階段,模量保持不變,載荷一直增大,到達一定程度后,縫線逐漸嵌入濾料,隨后逐一斷裂,直至濾料失效。
3、剪切條件
剪切條樣拉伸的實質(zhì)為剪切拉伸,而非軸向拉伸。無縫線與有縫線濾料經(jīng)向初始剪切拉伸模量一致;應變達到2.6%左右后,有縫線條樣依靠縫線互鎖作用,模量較大,承載能力較強,峰值載荷為680N左右;無縫線條樣無縫線限制,濾料直至剪切撕裂,模量較低,峰值載荷為350N左右,隨后基布絲逐一斷裂。因此,在濾料服役過程中,應保證濾料受力均勻,以免出現(xiàn)剪切效應,使濾料失效。