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影响纤维过滤材料效率的几个因素

提示:理想纤维过滤材料应能最大限度过滤液体中的颗粒物,而压力损失最小,并且纳污容量最大。然而这三者之间是存在矛盾的。(本文由上海天略纺织新材料有限公司工业过滤事业部摘录www.gzxjhwd.com)

理想的纤维过滤材料应能最大限度地过滤液体中的所有颗粒物,而压力损失最小,并且纳污容量最大。然而。实际上这三者之间是存在矛盾的。一般来说,滤材的过滤精度越高,压力损失增大,并且纳污容量减少。但是,实践表明通过精心研究和合理设计的滤材,可以使过滤精度、压差与纳污容量之间的矛盾得到较好的统一。从而获得满意的过滤性能。
关于纤维原料的选择,纤维原料的选择与滤材的过滤精度有着密切的关系。直径较细的纤维,形成的滤纸微孔尺寸小,可以提高滤材的过滤精度。如果用粗纤维做成与细纤维相同的孔径,则总的孔隙面积减少。从而使压差增大,纳污容量减少。但是。实验研究表明,全部用细纤维制成的滤纸,虽然过滤精度高,但由于纤维堆积密度高,孔隙率低。因而流体阻力损失大,纳污容量小。而采用粗细纤维合理搭配的纤维结构。可以显著改善滤材的过滤性能,其中粗纤维起支撑作用,使滤纸具有适当的紧度和较高的孔隙率,而细纤维将粗纤维形成的较大孔隙分割为更细小的孔隙,因而提高了过滤精度,而且同时具有较好的压差特性和较大的纳污容量。粗细纤维的直径和数量的配比。对滤纸的性能有直接的影响,需要通过优化试验确定最佳参数。
其次,纤维本身的特性对滤材的过滤精度有着重要的影响。表面光滑的纤维,流体阻力损失小,表面粗糙的纤维,孔隙率低,压差特性较差。直径一致性好的纤维相互交织在一起。可以提高孔隙率,增大纳污容量。我们通过实验发现,与进口滤材的玻璃纤维相比,国产玻璃纤维滤材的直径、长度一致性差,特别是对于国产的较细玻璃纤维,由于熔喷工艺不过关,致使其末端出现“液滴”。这也是进口滤材与国产滤材过滤效率存在很大差别的一个原因。
此外,纤维的横截面形状对于过滤材料的过滤效率有一定影响。Chatterjee等人的实验表明,三叶形横截面纤维比圆形横截面纤维具有更好的过滤效率,拥有三叶或者四叶横截面的纤维比两叶横截面的纤维具有更好的过滤性能。因为三叶或四叶纤维其特有的结构,其凹槽可以捕捉更多的颗粒。另外,有研究表明,使用卷曲纤维比非卷曲纤维具有更高的过滤效率.同时可以减少过滤阻力。
关于滤材的厚度,在非织造过滤材料的液体过滤中.过滤性能与材料的厚度有很大关系回。由于滤材的厚度与定量及紧度之间有一定的关系,保持紧度基本不变,增大滤材的厚度,其平均孔径基本没有变化,而最大孔径有所减少。这表明滤材的厚度增大只是改变其孔隙均匀度.使孔径的分布变窄,因而对精度的影响不明显。然而,随着厚度的增加,减小了滤饼过滤通道,滤材的透气度减少,流体阻力增大。有人做过研究,厚度增加1.3倍,透气度减少53.1%。因此,在保证过滤精度和机械强度的前提下.应尽量减少滤材的厚度。这样。既可以减小滤材的初始压差,并且可增大折叠在滤芯内滤纸的面积,从而提高滤芯的纳污容量。此外,较薄的滤材其折叠工艺好.折叠时不易损坏。但对于厚度较小的滤纸.应通过改善和提高滤纸均匀度的措施,以保证要求的过滤精度。此外,应当尽可能地保证厚度在整个幅宽的一致性。
在过滤材料的梯度结构中,由于滤纸表面孔隙有限,过滤过程中大部分颗粒物被拦截在滤纸靠上游一侧的表面层.因而容易在表面形成滤饼,从而使压差迅速上升。这样,滤纸整个厚度内的空隙不能得到充分利用。为了克服以上缺点,可以采用具有密度梯度的纤维结构。滤纸上游一侧的纤维层较疏松,孔径较大,主要拦截尺寸较大的颗粒物,而允许尺寸较小的颗粒进入滤纸的深层。滤纸下游一侧的纤维层较紧密,孔径较小.主要捕获微小颗粒。这样,可以充分发挥纤维滤纸深度过滤的作用,提高滤纸的纳污容量。
滤纸在加工制造过程中在其厚度方向形成一定的密度差,但这种密度差是比较小的。为了使滤纸具有适度的密度梯度,通常采用多层复合的纤维结构,一般为两层。多层复合滤纸可采用干式和湿式两种复合方式。干式复合是将两种密度不同的滤纸组合在一起。一般是在制造滤芯时将两层滤纸叠合。湿式复合是在滤纸制造过程中用两种不同配方的纤维浆。在成型网上复合成具有不同密度的滤纸。湿式复合滤纸虽然制造工艺比较复杂.但可以减少滤纸的总厚度.并且在制造滤芯时打褶操作比较简便.还可增加滤纸的总面积。
还有,在粘结剂的选用方面,滤材的纤维搭接处需要粘结来保持固定的孔隙尺寸,这对于保证滤纸在整个使用过程中的过滤精度是非常重要的。在使用过程中,滤纸的压差逐渐增大,并且经常处在流量波动和压力冲击的工况。在这种情况下,没有粘结或者粘结不牢的纤维将会发生位移.使孔隙尺寸增大,从而降低过滤精度。但是,如果粘结剂使用过量,会将部分孔隙堵塞,造成孔隙率下降,流体阻力增大。
另外.所用的粘结剂应当具有以下特性:
1.粘结剂不与所过滤介质发生化学反应。
2.粘结剂具有一定的耐温性(包括耐低温与耐高温),在较高温度下使用不会因为受热而变软,否则将会使纤维发生移动,降低过滤精度.同时在较低温度下使用不会变脆.否则会降低使用寿命。
3.无毒或低毒,对环境以及人体没有危害。
4.应能充分浸润纤维的表面。所以,应当根据实际要求选用合适的粘结剂。
最后要说的是,整个过滤市场正在快速发展.纤维制品过滤材料在污染控制以及环境治理中的应用越来越广泛。目前国产纤维过滤材料与进口过滤材料相比存在很大差距,这就需要我们开发出高性能纤维过滤材料,提高我们在国际过滤市场的竞争力.为过滤行业的可持续发展作出更大的贡献。


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