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非织造布过滤材料的性能测试及产品应用
作者:管理员    发布于:2016-01-19 13:49:58    文字:【】【】【

  非织造布非织造布过滤材料的性能测试及产品应用刘呈坤,马建伟(青岛大学纺织服装学院,山东青岛266071)料以其优越的性能将会是我们研究的重点。介绍了非织造过滤材料的测试指标及方法和其新应用情况。

  1我国非织造过滤材料发展现状过滤材料在日常生产生活中起着重要的作用。

  许多工业生产和环境保护装置中都涉及到气体和液体的过滤,过滤装置的核心是过滤介质。纺织材料作为过滤介质可广泛用于气体、液体、食品制造和其他工业生产中的过滤。过滤用纺织品主要有机织布、针织布和非织造布。非织造布过滤材料中杂乱分布的纤维使载体相在流过过滤材料的纤维曲径式系统时可加强分散效果,使欲分离的粒子悬浮相有更多的机会与单纤维碰撞和粘附。因为机织布和针织布纤维形成规则排列的纱线,纱线相互紧密交织,纤维缺乏形成曲径式系统的可能,因此非织造布的过滤效率明显高于机织布及针织布,而且还可以提高载体相的流动速度,即加快过滤过程。若滤材结构采用密度梯度时,效果尤为显著。

  由于非织造布加工方法的多样性,可以按照过滤材料的特定用途及需要来形成佳的纤维曲径式系统,特别是过滤材料孔径及空隙率可以任意设计,使过滤材料的生产更为合理经济。近年来,非织造布向过滤领域的拓展非常显著,例如家用空调、换气扇、除尘机等使用的空气过滤器,咖啡、茶叶等液体过滤器,在能源站、石油化工、污水处理、化学和化妆品生产、卷烟生产、汽车工业中也都有大量的应用。

  另外,在造纸工业和纺织生产中也被广泛使用,如用于化纤生产中熔融和溶液状聚合物杂质过滤等。

  学纺织服装学院纺织系2003级硕士研究生,研究方向为纺我国的非织造过滤材料起步于60年代末70年代初,采用的是湿法和化学粘合法加工技术,针刺法、纺粘法、熔喷法等加工技术则出现较晚。我国滤材的发展速度超过世界平均速度的3 5,世界滤材制造商纷纷进军中国市场。1998年我国非织造滤材用量约1000万m2(0.3万t)潜在的市场为8000万m2.目前,针刺法占据着国际非织造过滤材料首位,而熔喷法因其生产的超细纤维(1~10m)具有更大的比表面积、更高的孔隙率(> 75)、更细的空隙(孔径<20m)而位居第二。非织造过滤材料的主要原料有聚酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、芳族聚酰亚胺(P84)、偏芳族聚酰胺(Nomex)、三聚氰胺等,无机纤维有玻璃纤维、金属纤维、陶瓷纤维等。

  复合滤料是近年来兴起的一个热点。如纺粘非织造布强力大,但其均匀性差,将它与熔喷非织造布叠制而成的复合滤料既能克服熔喷非织造布强力小的缺点,又能充分发挥熔喷非织造布过滤性能优良的特点。

  2过滤材料的性能测试虽然过滤材料发展如此迅速,但是改革开放20年来的今天,过滤材料产品标准在我国仍然是空白无论是金属滤材、植物纤维滤材或非织造布滤材都没有其本范围内的标准。比较完整的标准只有金属丝编织网标准以及玻璃纤维针刺毡过滤材料标准(标准号为JC/T590―1995)但前者仅仅是航空工业的一个企业标准,并且只有规格标准,没有性能检测标准。而后者也只不过是一个性标准,而且织新产品开发及应用。指标的测试单一,不能充分表征玻璃纤维针刺毡过刘呈坤,马建伟:非织造布过滤材料的性能测试及产品应用滤材料的过滤性能。

  由于滤材没有严格意义上的标准,影响了过滤技术的发展与科研工作。滤材销售商把性能指标叫得很高,却不知其测试指标使用的是什么方法。过滤技术中许多来自发达国家的概念不能在国内引起响应,阻碍了过滤技术的进步和发展。

  如果有一套完整的标准,又有明文规定的测试方法,则许多问题就可得以解决。标准的内容应包括:滤材的尺寸、规格和包装运输;物理性能标准和检测方法;过滤性能指标和测试方法。

  2.1过滤性能指标和测试方法下面介绍一下国外一些公司滤材的主要过滤性能指标与测试方法。

  2.1.1过滤性能指标滤材的过滤性能指标包括:过滤精度、透气性、纳污容量、纤维撄移、孔径以及与过滤材料的相容性。2.1.2测试方法国外许多公司在建立滤材标准时,过滤精度概念都与颗粒直径联系起来,不论是液体过滤还是气体过滤,过滤精度值都是指某尺寸以上颗粒被滤除的效率。过滤器捕集粉尘的量与未过滤空气中的粉尘量之比为“过滤效率”。小于0.1m的粒子主要作扩散运动,粒子越小,效率越高;大于0.5m的粒子主要作惯性运动,粒子越大,效率越高。在0.1~0.5m粒径之间,过滤效率有一处低点(如所示)。“某尺寸”是确定精度的“值”。精度值和过滤效率是用颗粒计数仪分析计数而得到。在国外许多标准中,气体过滤效率都用称重法测得。该法虽然不计颗粒尺寸,但试验用粉末中颗粒分布是有一定比例的,大于某尺寸的颗粒在总量中都有规定的百分比。从某种意义上讲,重量效率测定法也和颗粒的个数计数有一定关系。因试验粉末是标准化物质,国外许多滤材测试方法标准与过滤产品测试方法标准是一致的。

  透气性直接影响滤器成品的流量阻力。国际上测定透气性指标的方法多种多样,但基本的方式是相同的,即一定流量的清洁气体通过一定面积滤材时的阻力大小。不同之处是:有的规定阻力值,测定流量大小;有的规定流量值,测定阻力大小;规定值或通过滤材的面积也有不同。

  纳污容量是指滤材能接受污物的大限量。采用称重法测定使用的标准粉末重量,液体过滤和气体过滤的测试方法大体相同。

  滤材在制成滤器成品后,严重的问题是在使用中有纤维脱落。纤维脱落可造成过滤精度下降,纳污量减少,脱落纤维撄移到滤后物质中会成为有害污物。测定方法为颗粒计数法或称重法,也有用显微镜观测法。

  滤材和过滤产品都有孔径指标>以心标称孔径尺寸,但孔径不代表过滤精度。孔径测试方法在国际上是统一的,即将滤材浸泡在试验液中,在滤材一端施加微压气体用气体以气泡形式从滤材另一端溢出时的压力值计算溢泡点的微孔尺寸。计算公式见公式(1)。

  过滤材料的相容性指过滤介质与工作液体的相容性。如由于受工作液体的热影响,过滤材料是否出现软化和熔融;在酸、碱和其他化学药剂的影响下,过滤材料的机能是否发生变质,如变脆、发胀、变软、分解等。

  国际标准(1S02943)中规定,过滤材料与某一指定液体相容,要在高温下将过滤材料浸泡在系统液体中,以验证过滤材料保持其抗破裂性额定值的能力。

  2.2滤材的物理性能指标滤材的基本物理性能指标有滤材厚度、密度、伸展率、刚性、拉伸强度、顶破强度、撕裂强度、耐磨性等。

  2.特殊性能指标1994-201粉尘粒径与率关系图由过滤工艺性能决定滤材的特殊性能指标要非织造布求,如化学稳定性、热稳定性、抗老化、耐日晒性,便于清洗及卸下滤渣,并具有一定的耐洗能力,保证具有一定的寿命,有的还需具有如阻燃性能、抗细菌性能、抗静电性能等特殊的安全性能。

  3过滤材料的应用据统计,世界10大污染城市中中国占据了8席,分别为贵阳、重庆、太原、兰州、淄博、北京、广州和济南,这充分反映了我国进行城市生态环境建设和可持续发展问题已经迫在眉睫。国家有关也正在密切关注着这个问题,并投入了大量资金。这对于过滤材料的发展将无疑会是一个难得的机遇,其应用范围也会更加广泛。

  由于非织造布具有的三维立体网状结构,滤材内部孔隙分布均匀,在同一滤材上可以完成初效、中效、高效的多级过滤,甚至可以进行超精细过滤。非织造布滤材不仅可以加工成高度蓬松的产品,而且可以制成紧密型产品;既可以加工成普通的薄型产品,又可以制成特殊的超厚型产品和简式产品,因此使用非常广泛,可用于多种气、液、固相混合物的分离,具有广阔的发展前景。

  3.1固相与气相分离(空气过滤材料)空气过滤材料可按载体体积中固体的分散相在分离过程前的质量浓度及粒子浓度加以粗略地区分净化范围,例如质量浓度大于5mg/m3属于空气和气体净化范围(用于空调设备的空气过滤器)。更详细的分级各国情况不一,大致可将滤材划分为粗效、中效、高效三种。粗效滤材(要求除去粒径大于5m的粒子)用于高炉鼓风保护设备;中效滤材(要求除去粒径为3,um~5rtn的粒子,过滤效率为20~90)用于设备控制部分;高效滤材(要求除去粒径小于Wm的粒子,过滤效率为99.97)用于精密车间、实验室。

  随着人们对大气环境和室内空气质量的日益重视、一系列环保法规的颁布实施,使得空气过滤材料在环境治理中担当着日益重要的角色,并得到了长足的发展。空气过滤材料在国际过滤材料的六大市场中(包括滤芯、汽车过滤、空气过滤、膜过滤、液体过滤、滤袋)已位居第三,成为国际过滤材料市场中增长快的部分。

  空气过滤领域主要包括滤尘袋(主要用于水泥工业)、热空气过滤、通风过滤、空调过滤(以上简称)、高能效粒子过滤(简称HEPA)、真空吸尘器滤袋及呼吸器等。表1为世界空气过滤应用市表1世界空气过滤器应用市场过滤器类别及生产工艺年消耗量家用滤尘袋(针刺)盘片、支架及皮带滚筒(针刺)医用面具(气流成网、干法成网)呼吸器(熔喷、气流成网、干法成网)真空吸尘器滤袋(熔喷、湿法成网)车用空气过滤器(熔喷、气流成网)汽化器(湿法成网、玻纤等)HEPA/LLPA(玻纤湿法成网、聚酯纺粘、熔喷)HVAC过滤器(玻纤湿法成网、干法成网、气流成网、熔喷、纺粘)总计3.2固相与液相分离固体分散于液体中,按分散浓度可分为高质量浓度和低质量浓度。对含有高质量浓度的液体载体相一般采用真空旋转式过滤器、压滤式过滤器等来分离。由于在分离过程中具有高的压力负荷以及在去除滤饼时的剪切负荷,对非织造布过滤材料的强力、伸长特性、表面性质等方面均提出了较高要求。

  该产品可采用机织物作加强材料,采用针刺工艺制成结构紧密且表面光滑的非织造布过滤材料,可广泛用在化纤工业的粘胶过滤及食品工业的液体饮料过滤。还有将化学粘合或热轧粘合的薄型非织造布用在履状自卷式过滤器中作精密磨削机械加工的润滑剂除杂之用。

  低质量浓度的固相与液相分离可包括到分子区,从液相分离的粒子粒径可小到纳米级。因此,在超细过滤系统中,常用多孔微纤维过滤介质来进行分离。非织造布本身就是一种具有三维杂乱分布的多孔介质材料,而熔喷非织造材料在此基础上又有超细纤维结构,其三维杂乱纤网可以通过拦截、惯性沉积、重力沉降、扩散沉积等机理分离流经其液流中的固相杂质,因而近年来被国际上认为是一种优异的液固相分离材料,在血液分离、水中有害物质分离与净化以及饮料食品过滤等液相过滤领域显示出广阔的应用前景。

  3.3液相与气相分离在气体载体相中,不仅要分离固体粒子,而且能分离水粒子、酸雾、油雾等液体粒子。主要是采用纤维过滤介质做成家用烟雾排放罩中的厨房烟雾过滤器,需要分离的粒子是油性粒子和水粒子的混合物。

  例如北京某公司研制开发的油烟过滤罩,其滤材是采用熔喷法制造的薄型非织造布。

  3.4气相与气相分离场的年消稼统i十情况。在气体分离中,不仅要分离固体粒子(尘埃)。而-HP妈3-3矣雏。gn雒丨jiaji资-*3淋W部薛膈4.皿爹部薛膈龄疏热涅加,孕埘迪铋龄疏米迪资身曾H(±mftM)w彦铒蛀过。

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  席法书-猫湎席来3.绅犁30酞桦A,阵3>>3翁来,阵蛀过|43钸郭翁价哝,阵蛀非织造布抗菌技术是当今研究的热点,随着技术的不断成熟,它们完全可以被应用到过滤材料当中,赋予材料更加优越的性能。不仅可以提高其附加值,而且可以更好地造福人类,提高我们的生活质量。

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