多因素协同作用下聚苯硫醚滤料破损失效机理及寿命预测研究

Polyphenylene sulfide(PPS) filter media is the core component to control emissions of fine dust ( PM10, PM2.5) from the high-temperature gas. From the fact that the failure of domestic PPS filter media occurs often, through research on the reaction products and degree of PPS filter media under different environment conditions, the failure mechanism of PPS filter media material under the coupled effects of multifactor will be revealed, the aging laws of PPS filter media under the effects of multifactor and the relation between environmental factors and the aging speed will be determined. Through analysis of the change of mechanical properties and micro-structure in its aging process and the reaction kinetics, the failure mechanism of filter media will be revealed, the model of filter media strength will be built and the model parameters of typical flue gases will be determined. Through comparison and analysis of data from the in site aging, the model and the parameters will be verified. Based on the force analysis, the dynamic mechanics model will be established. By comparing the force with residual strength of filter media, the time of breakage will be predicted and the lifetime prediction model will be found. The study will improve the basic theory of filter media failure and provide the scientific basis for the usage of filter media.

聚苯硫醚滤料是控制高温烟气微细粉尘（PM10、PM2.5）排放的核心部件，本项目从国内聚苯硫醚滤料破损失效多发的事实出发，通过对烟气中多种因素协同作用下聚苯硫醚滤料反应产物及程度的研究，揭示聚苯硫醚滤料在多因素协同作用下损伤、老化继而发生破损失效的机制，确定在多种因素间及其协同作用下聚苯硫醚滤料老化的规律及各种环境因素和老化失效速度之间的对应关系，通过其老化过程中机械性能、微观结构参数的变化以及反应动力学的分析，揭示滤料老化失效的机理，建立滤料剩余强度模型，确定典型烟气条件的模型参数。通过与现场老化试样数据的对比分析，对模型和参数进行验证。基于滤料受力分析，建立滤料受力的动态力学模型。通过与滤料剩余强度的比较，判断滤料的破损时间，建立滤料寿命预测模型，课题研究将完善滤料失效的基础理论，为滤料的使用提供科学依据。

PPS（聚苯硫醚）滤料的破损失效严重影响除尘器正常功能的发挥，影响了正常的生产，造成了经济损失和环境污染。开展其失效机理研究，完善滤料失效的基础理论，对提高滤料性能，延长滤料使用寿命和控制微细粒子排放以及建设节约型社会都具有深远的理论与实际意义。研究采用了滤料实态工作环境模拟系统，对烟气中可能存在的O2、O3、SO2、NO、NO2等气体对PPS滤料性能的影响进行了实验，研究了PPS滤料在气体浓度、温度及时间等参数影响下的性能变化，对滤料试样外观、断口、力学特性数据进行了分析；以热分析为手段，研究了PPS滤料的热稳定性；采用TG-DSC与FTIR联用技术，研究了PPS滤料在高温下热分解的过程与产物，探讨了PPS滤料热分解的机理。对不同烟气条件下PPS滤料的结晶度和分子量进行了测试和分析，研究了测试温度对滤料力学性能表现的影响，分析了烟气对PPS滤料性能的影响机理，根据反应动力学理论建立了滤料剩余强度和寿命预测模型，并用实测数据进行了验证。结果表明：高温、O2、O3、SO2、NO、NO2均会对PPS滤料的力学性能产生影响。随着温度的提高、浓度的增大和时间的延长，这些因素的存在最终都会导致PPS滤料机械强度的下降。物质的氧化性越强，对PPS滤料强度的削弱能力越大。随着所处温度的提高，试样的结晶度及熔点逐渐降低，在高温烟气中PPS滤料分子发生的支化、交联及降解反应破坏了原来的线性结晶结构，分子量也随之发生了变化。烟气对PPS滤料性能的影响主要是氧化交联和氧化降解两种机制协同和竞争结果。在交联机制占优的阶段，滤料的力学性能表现为强度略微有所上升，断裂伸长率下降；在降解机制占优的阶段，滤料降解致使的强度下降大于交联带来的强度的增加，滤料整体的表现是机械强度逐渐下降，最终在外力作用下破损、失效。通过实测数据验证，剩余强度模型预测值与实测值偏差很小，模型具有的较高的预测准确度。