影響纖維過濾材料效率的幾個因素

提示:理想纖維過濾材料應能最大限度過濾液體中的顆粒物,而壓力損失最小,並且納汙容量最大。然而這三者之間是存在矛盾的。(本文由上海天略紡織新材料有限公司工業過濾事業部摘錄www.osubook.com)

理想的纖維過濾材料應能最大限度地過濾液體中的所有顆粒物,而壓力損失最小,並且納汙容量最大。然而。實際上這三者之間是存在矛盾的。一般來說,濾材的過濾精度越高,壓力損失增大,並且納汙容量減少。但是,實踐表明通過精心研究和合理設計的濾材,可以使過濾精度、壓差與納汙容量之間的矛盾得到較好的統一。從而獲得滿意的過濾性能。
關於纖維原料的選擇,纖維原料的選擇與濾材的過濾精度有著密切的關係。直徑較細的纖維,形成的濾紙微孔尺寸小,可以提高濾材的過濾精度。如果用粗纖維做成與細纖維相同的孔徑,則總的孔隙麵積減少。從而使壓差增大,納汙容量減少。但是。實驗研究表明,全部用細纖維製成的濾紙,雖然過濾精度高,但由於纖維堆積密度高,孔隙率低。因而流體阻力損失大,納汙容量小。而采用粗細纖維合理搭配的纖維結構。可以顯著改善濾材的過濾性能,其中粗纖維起支撐作用,使濾紙具有適當的緊度和較高的孔隙率,而細纖維將粗纖維形成的較大孔隙分割為更細小的孔隙,因而提高了過濾精度,而且同時具有較好的壓差特性和較大的納汙容量。粗細纖維的直徑和數量的配比。對濾紙的性能有直接的影響,需要通過優化試驗確定最佳參數。
其次,纖維本身的特性對濾材的過濾精度有著重要的影響。表麵光滑的纖維,流體阻力損失小,表麵粗糙的纖維,孔隙率低,壓差特性較差。直徑一致性好的纖維相互交織在一起。可以提高孔隙率,增大納汙容量。我們通過實驗發現,與進口濾材的玻璃纖維相比,國產玻璃纖維濾材的直徑、長度一致性差,特別是對於國產的較細玻璃纖維,由於熔噴工藝不過關,致使其末端出現“液滴”。這也是進口濾材與國產濾材過濾效率存在很大差別的一個原因。
此外,纖維的橫截麵形狀對於過濾材料的過濾效率有一定影響。Chatterjee等人的實驗表明,三葉形橫截麵纖維比圓形橫截麵纖維具有更好的過濾效率,擁有三葉或者四葉橫截麵的纖維比兩葉橫截麵的纖維具有更好的過濾性能。因為三葉或四葉纖維其特有的結構,其凹槽可以捕捉更多的顆粒。另外,有研究表明,使用卷曲纖維比非卷曲纖維具有更高的過濾效率.同時可以減少過濾阻力。
關於濾材的厚度,在非織造過濾材料的液體過濾中.過濾性能與材料的厚度有很大關係回。由於濾材的厚度與定量及緊度之間有一定的關係,保持緊度基本不變,增大濾材的厚度,其平均孔徑基本沒有變化,而最大孔徑有所減少。這表明濾材的厚度增大隻是改變其孔隙均勻度.使孔徑的分布變窄,因而對精度的影響不明顯。然而,隨著厚度的增加,減小了濾餅過濾通道,濾材的透氣度減少,流體阻力增大。有人做過研究,厚度增加1.3倍,透氣度減少53.1%。因此,在保證過濾精度和機械強度的前提下.應盡量減少濾材的厚度。這樣。既可以減小濾材的初始壓差,並且可增大折疊在濾芯內濾紙的麵積,從而提高濾芯的納汙容量。此外,較薄的濾材其折疊工藝好.折疊時不易損壞。但對於厚度較小的濾紙.應通過改善和提高濾紙均勻度的措施,以保證要求的過濾精度。此外,應當盡可能地保證厚度在整個幅寬的一致性。
在過濾材料的梯度結構中,由於濾紙表麵孔隙有限,過濾過程中大部分顆粒物被攔截在濾紙靠上遊一側的表麵層.因而容易在表麵形成濾餅,從而使壓差迅速上升。這樣,濾紙整個厚度內的空隙不能得到充分利用。為了克服以上缺點,可以采用具有密度梯度的纖維結構。濾紙上遊一側的纖維層較疏鬆,孔徑較大,主要攔截尺寸較大的顆粒物,而允許尺寸較小的顆粒進入濾紙的深層。濾紙下遊一側的纖維層較緊密,孔徑較小.主要捕獲微小顆粒。這樣,可以充分發揮纖維濾紙深度過濾的作用,提高濾紙的納汙容量。
濾紙在加工製造過程中在其厚度方向形成一定的密度差,但這種密度差是比較小的。為了使濾紙具有適度的密度梯度,通常采用多層複合的纖維結構,一般為兩層。多層複合濾紙可采用幹式和濕式兩種複合方式。幹式複合是將兩種密度不同的濾紙組合在一起。一般是在製造濾芯時將兩層濾紙疊合。濕式複合是在濾紙製造過程中用兩種不同配方的纖維漿。在成型網上複合成具有不同密度的濾紙。濕式複合濾紙雖然製造工藝比較複雜.但可以減少濾紙的總厚度.並且在製造濾芯時打褶操作比較簡便.還可增加濾紙的總麵積。
還有,在粘結劑的選用方麵,濾材的纖維搭接處需要粘結來保持固定的孔隙尺寸,這對於保證濾紙在整個使用過程中的過濾精度是非常重要的。在使用過程中,濾紙的壓差逐漸增大,並且經常處在流量波動和壓力衝擊的工況。在這種情況下,沒有粘結或者粘結不牢的纖維將會發生位移.使孔隙尺寸增大,從而降低過濾精度。但是,如果粘結劑使用過量,會將部分孔隙堵塞,造成孔隙率下降,流體阻力增大。
另外.所用的粘結劑應當具有以下特性:
1.粘結劑不與所過濾介質發生化學反應。
2.粘結劑具有一定的耐溫性(包括耐低溫與耐高溫),在較高溫度下使用不會因為受熱而變軟,否則將會使纖維發生移動,降低過濾精度.同時在較低溫度下使用不會變脆.否則會降低使用壽命。
3.無毒或低毒,對環境以及人體沒有危害。
4.應能充分浸潤纖維的表麵。所以,應當根據實際要求選用合適的粘結劑。
最後要說的是,整個過濾市場正在快速發展.纖維製品過濾材料在汙染控製以及環境治理中的應用越來越廣泛。目前國產纖維過濾材料與進口過濾材料相比存在很大差距,這就需要我們開發出高性能纖維過濾材料,提高我們在國際過濾市場的競爭力.為過濾行業的可持續發展作出更大的貢獻。