胥紹華

(奧斯龍復(fù)合纖維 (濱州)有限公司，山東濱州，256600)

超聲波復(fù)合纖維燃油濾材的研制與應(yīng)用

胥紹華

(奧斯龍復(fù)合纖維 (濱州)有限公司，山東濱州，256600)

文章介紹了超聲波復(fù)合纖維過濾材料的研制及其應(yīng)用，通過實踐證明，超聲波復(fù)合纖維作為燃油過濾材料，可使燃油過濾材料的過濾效率和容塵量大幅提高。

超聲波;復(fù)合纖維;過濾特性;應(yīng)用

為了滿足汽車主機技術(shù)進步和歐Ⅲ、歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，高過濾精度和抗水性好的燃油 (柴油、汽油、天然氣)濾材在車用濾清器上得到了較快發(fā)展。本文對超聲波復(fù)合濾材的結(jié)構(gòu)和性能進行分析，并通過測試證明超聲波復(fù)合濾材的應(yīng)用效果。

1 超聲波復(fù)合濾材的結(jié)構(gòu)

超聲波復(fù)合濾材使用3層不同纖維層組合，其中間層為植物纖維層，上下兩層為合成纖維層，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 超聲波復(fù)合濾材結(jié)構(gòu)圖

1.1 合成纖維層

超聲波復(fù)合濾材的上下層是定量為20～50 g/m2的合成纖維層，一般以聚對苯二甲酸丁二醇脂(PBT)、聚酯 (PET)為原料，采用熔噴成網(wǎng)工藝制作而成。

熔噴法是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來一種制備超細纖維的方法，它依靠高速、高溫氣流噴吹聚合物熔體，使其得到迅速拉伸而制備超細纖維。從圖2可見，聚合物切片通過螺桿擠壓機加熱加壓成為熔融狀態(tài)后，經(jīng)熔體分配流道到達噴頭前端的噴絲孔，擠壓后再經(jīng)兩股收斂的高速、高溫氣流噴吹拉伸使之超細化。超細化的纖維經(jīng)室溫冷卻固化，沉積于成網(wǎng)簾或成網(wǎng)輥筒上形成纖度極細的熔噴法非織造布。熔噴法非織造布由超細纖維經(jīng)自身黏合而成，內(nèi)部纖維呈隨機的三維立體分布，且分布較均勻，形成大量的立體曲徑通道體系。這種纖維的三維雜亂結(jié)構(gòu)除能夠提高過濾效果之外，還能提高流體的流動速度，加快過濾過程。

圖2 熔噴法非織造布工藝原理圖

1.2 植物纖維層

超聲波濾材的中間層為定量100～200 g/m2的植物纖維層，一般以針葉木漿、闊葉木漿等原材料為主，采用濕法造紙抄造出原紙，再經(jīng)過樹脂浸漬、烘干而成。

1.3 層間黏結(jié)技術(shù)

高精度復(fù)合燃油濾材層間采用超聲波點黏結(jié)技術(shù)黏結(jié)，可以使濾材有更大的孔隙率，進一步提高濾材使用壽命。超聲波復(fù)合原理如圖3所示。超聲波復(fù)合設(shè)備主要由超聲波發(fā)生器與輥筒組成。超聲波發(fā)生器的主要部件有號角、電源和變壓器。號角亦稱輻射頭，它把超聲波聚集到單一平面上，輥筒上設(shè)計有一定的凹凸?fàn)顖D案，用來聚集從超聲波發(fā)生器號角釋放出來的熱能。當(dāng)復(fù)合材料在輥筒上通過時，即可獲得輥筒上所刻圖案的結(jié)點花紋。

輥筒上花紋設(shè)計不同，則超聲波復(fù)合部位和黏合面積不同，復(fù)合出的濾材性能差異也很大。復(fù)合部位間距近，復(fù)合面積大，復(fù)合機上纖維層的剝離強度高，但過濾材料拉伸強度損失也大。在生產(chǎn)復(fù)合濾材的超聲波復(fù)合機上，輥筒上軋點的花紋尺寸均勻分布，軋點的大小與分布尺寸應(yīng)以使復(fù)合濾材的性能滿足濾清器的工程要求而確定。

圖3 超聲波復(fù)合原理圖

2 超聲波復(fù)合纖維燃油濾材的過濾機理

新型非織造布的出現(xiàn)以及它們的獨特性能，擴展了過濾材料的選擇并大大提高了過濾效果。非織造布因呈三維結(jié)構(gòu)且孔隙小而孔徑曲折，因此具有比機織布和針織布更好的過濾效率。然而，不同工藝生產(chǎn)的非織造布，有不同的結(jié)構(gòu)特點和使用性能，也都存在著各自傳統(tǒng)的局限性。濕法非織造布 (或濾紙)具有較好的過濾效率和容塵量，但它強度較低、紙感較強;針刺非織造布具有極好的容塵量和較好的強度，但過濾效率一般;熔噴法非織造布過濾效果好，然而其強度較差，且容塵量也一般;紡粘法非織造布強度優(yōu)越，但其過濾效率一般，容塵量較差。要得到集優(yōu)點于一身的產(chǎn)品，最佳的方法是將不同特性的材料復(fù)合在一起，使之獲得最好的性能。

復(fù)合材料具有任何單一材料所無法比擬的優(yōu)勢，因而成為目前以及將來過濾材料的發(fā)展趨勢。復(fù)合型過濾材料在Z向形成密度不同的、連續(xù)變化的過濾梯度，形成立體型過濾層，這是增加容塵量、提高過濾效率和延長使用壽命的有效方法。

由于普通濾材是低填充率和低厚度，其過濾機理遵循孤立圓柱模型，如圖4所示。而高填充率濾材由于在厚度方向形成孔徑較小的微孔濾膜，這些孔在厚度方向相當(dāng)于毛細管，其過濾機理見圖5。

圖4 低填充率濾材過濾機理 (孤立圓柱模型)

圖5 高填充率濾材過濾機理 (毛細管模型)

3 超聲波復(fù)合纖維燃油濾材的實驗與分析

3.1 超聲波復(fù)合纖維濾材與植物纖維濾材的物理參數(shù)

將自產(chǎn)超聲波復(fù)合纖維濾材FF7098和植物纖維濾材FA8296的性能進行測試，比較超聲波復(fù)合纖維濾材與植物纖維濾材的區(qū)別。

表1 復(fù)合纖維濾材與植物纖維濾材的性能比較

3.2 實驗測試

(1)實驗條件

實驗標(biāo)準(zhǔn)：ISO19438

流量：30 L/h

過濾面積：95 cm2

(2)實驗設(shè)備

D-30多次通過試驗臺

(3)實驗結(jié)果

通過實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，繪出兩種濾材的過濾效率和容塵量的性能比較，見圖6、圖7。

圖6 兩種濾材的過濾效率比較

通過上述對比的實驗可知，當(dāng)過濾精度達到4 μm時，F(xiàn)F7098過濾效率為95.5%，而FA8296的過濾效率為76%，在容塵能力方面，F(xiàn)F7098容塵量是FA8296的3.4倍。可見復(fù)合纖維燃油濾材的效率和容塵量比純植物纖維燃油濾材高，用于車用濾清器，可以滿足歐Ⅲ、歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖7 兩種濾材的容塵量比較

4 結(jié)論

通過對超聲波復(fù)合纖維燃油濾材進行分析和性能測試，結(jié)果表明，超聲波復(fù)合纖維燃油濾材比植物纖維燃油濾材的過濾效率與容塵量均高，用于車用濾清器，可以滿足歐Ⅲ、歐Ⅳ的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］ Eileen Wubbe．A Winning Combination［J］．Nonwovens Industry，2003，9：44．

［2］ 沈志明．過濾材料的高性能和復(fù)合化發(fā)展［J］．非織造布，2005，13(4)：9．

Development and Application of Ultrasonic Composite Fiber Filter Materials

XU Shao-hua
(Ahlstrom Composite Fiber(Binzhou)Co．，Ltd．，Binzhou，Shandong Province，256600)

This paper introduces the development of ultrasonic composite fiber filter materials and its application in the fuel oil filter paper．

ultrasonic;compound;filter characteristics;application

TS761.2

B

0254-508X(2012)02-0074-03

胥紹華先生，工程師;主要從事特種紙的開發(fā)與生產(chǎn)工作。

(E-mail：xshpaper@163．com)

2011-10-08(修改稿)

(責(zé)任編輯：常 青)