斜紋過濾布的經緯紗密度對其孔徑的影響

閆 哲 論， 李 淳， 楊 麗 芳

（1.大連工業大學 紡織輕工學院，遼寧 大連 116034；2.遼寧天維紡織研究建筑設計有限公司，遼寧 沈陽 110016）

0 引 言

過濾介質是一種用于過濾的具有較大內表面和適當孔隙的物質，它能有效地捕獲和吸附固體顆粒或液體粒子，使之從混合物質中分離出來［1］。機織過濾布是過濾介質的一種。孔徑是機織過濾布生產和使用的重要指標。織物的孔徑由紗線之間形成的通道和紗線間纖維的空隙組成，這種孔徑并非真實的圓形孔徑，是一種等效孔徑。現階段，對于多孔材料孔徑的測量技術主要有氣泡檢測法、汞壓入法、透過法、中流量孔徑法［2］。現有氣泡法孔徑測試方法的缺點在于在測量時需要操作人員記錄氣泡冒出試樣瞬間的氣體壓力，并以此瞬間的壓力值為測量值，即最大孔徑。由于操作困難，誤差不可避免。另外以一種沸騰現象時的壓力值作為沸騰孔徑，而“沸騰”現象不能被定量地描述，每個人對“沸騰”現象的判斷都是不一樣的，所以必然會產生人為誤差。前人對機織濾布的冒泡法測試的孔徑進行的研究中，分析了影響機織過濾布孔徑的主要因素［3］。研究認為濾布的緊度對最大冒泡孔徑有顯著影響［4］。已有文獻很少有定量分析經緯密對孔徑的影響。本文采用一種新型的冒泡孔徑測量裝置測量過濾布的孔徑，可以有效降低人為原因產生的測量誤差。針對一種市場上常用過濾布，將其經緯密有序變化，定量地研究過濾布的經緯紗密度變化對其孔徑影響，以期對過濾布的設計和選型有所幫助。

1 實 驗

1.1 試 樣

以市場上一種常用的機織濾布（大連華隆濾布有限公司提供）為基礎，變化其經緯紗密度。過濾布的工藝參數：組織，3／3 斜紋；經紗線密度，300D×7；緯紗線密度，300 D×4；經紗捻度，171T／m；緯紗捻度60T／m。經緯紗均滌綸復絲。

把經密分別設定為353、333、313、293、273、253根／dm 時，緯密設定為122根／dm；當緯密設定為130、122、114、106、98、90根／dm 時，經密則設定為273根／dm。這樣設計經密和緯密的原因是，過濾布不僅要滿足過濾的性能要求而且要承受過濾時產生的壓力，所以織造過濾布的紗線較粗，這樣也使得織造工藝有極限要求。為了滿足過濾布的強度和織造工藝的要求，設計了以上實用的變化區間。

1.2 實驗原理

實驗儀器液體壓強是根據隨著液體深度的增加液體壓強在增加的原理設計的。將被測布樣與地平面垂直放置，布樣受到液體的壓強隨著液體深度的增加而增加，這樣就使得試樣孔隙中的壓力差隨著深度的增加而減小。假設試樣的空隙是均勻一致的，氣泡冒出試樣表面所需要的壓力差為Δp，試樣孔隙中壓力差大于Δp 的位置有氣泡冒出，而壓力小于Δp 的位置沒有氣泡冒出。點a表示壓力差為Δp 的位置，也就是說點a 位置上方全部的試樣表面都有氣泡冒出，而下方沒有氣泡，點a位置是測量點。通過調節氣體壓力可以使測量點a 在試樣表面上下移動。但實際情況下，被測量的過濾布的孔徑不是均勻的，在測量點a以下會有零星的大于點a 孔徑的孔隙冒出氣泡。這一現象用理論曲線可以表示為圖1所示，在一定的氣體壓力下液面高度h與氣泡數n 的關系，也就是說深度越深氣泡數量越少，拐點a即所要求的測量點。

圖1 液體深度（h）與冒泡數量（n）的關系Fig.1 Relationship between liquid height（h）and bubble number（n）

實驗裝置產生的氣液壓力差

根據公式［5］Δp=4γcosθ／D 得計算公式：

式中，Δp 為壓力差，pG為氣體壓 力，ρL 為液體密度，g 為重力加速度，h為液體深度，γ 為液體表面張力，θ為液體于孔壁的接觸角，D 為孔的直徑。

在過濾布樣品從上至下隨機取6個點，將這6點的平均值作為孔徑值。

1.3 實驗裝置

如圖2所示。將待測濾材3安放在氣體箱1與液體箱2中間的待測濾材安放區中，氣源由微型空氣壓縮機12提供，氣源進入儲氣罐13得到穩壓后，通過調節旋擰閥11控制進入測量盒的進氣量即測量盒中的壓力差Δp，多余氣體由放氣閥14放出。安全閥9、10對壓力表起保護作用。通過兩塊不同量程且不同精度等級的壓力表9、10讀出測量點的壓力差Δp。此壓差在液體箱2、氣體箱1和待測濾材3中產生，通過觀察窗4觀察測量點，并用深度刻度尺5記錄測量點的液體深度。用溫度計15測量試液（異丙醇）的溫度。

圖2 實驗裝置Fig.2 Experimental instrument

2 結果與討論

2.1 經密與過濾布孔徑的關系

當緯密設定為122 根／dm，經密分別設定為353、333、313、293、273、253 根／dm 時，測 定 濾 布的孔徑見圖3。由圖3可知，過濾布的孔徑隨著經密的變小而逐漸增大。通過數據分析發現經密的變化和孔徑之間存在著某種函數關系。對實驗數據進行回歸分析，可以得出經密x 與孔徑y 之間具有如下關系：

y=1 161.845 3-5.781 6x+0.007 8x2

x ∈［253，353］，相關系數R=0.999 5。

圖3 孔徑與經密的關系Fig.3 Relationship between pore size and warp density

2.2 緯密與過濾布孔徑的關系

當經密定為273 根／dm，緯密分別設定為130、122、114、106、98、90 根／dm 時，測定濾布的孔徑見圖4。由圖4可以看出，過濾布的孔徑隨著緯密的變小而增加。同樣可以得出緯密x 與孔徑y 有如下關系：

y=1 374.695 1-17.637 7x+0.063 2x2

x ∈［90，130］，相關系數R=0.999 5。

圖4 孔徑與緯密的關系Fig.4 Relationship between pore size and weft density

2.3 過濾布孔徑與經密和緯密的關系

通過經密、緯密對過濾布孔徑的討論可以看出，經密和緯密都在有規律地影響著孔徑的變化。孔徑y 與經密x1和緯密x2有如下關系：

x1∈［253，353］，x2∈［90，130］，相關系數R=0.999 6。函數關系如圖5所示。

通過對影響過濾布孔徑的回歸方程可以看出，每改變一個單位，經密對孔徑的影響小于緯密的影響。當進行特定斜紋過濾布的設計時，可以根據上述結論并結合實際要求和成本預算，得出所要的經密與緯密。

圖5 孔徑與經密和緯密的關系Fig.5 Relationship of pore size with warp density and weft density

3 結 論

將研究結論與過濾布織造成本相結合，可以以最小成本得到預期孔徑的過濾布，使過濾布的設計有理論依據。得到的回歸方程只適合于3／3斜紋組織過濾布。因為不同組織、不同紗線的過濾布，其經密、緯密對孔徑的影響不同，所以不是任意一種過濾布全都能用本研究的關系描述。后續工作需要將過濾布進行系統化的研究，分別找出其工藝參數與孔徑的關系，建立數據庫，將對過濾布的設計和應用選型帶來更大的幫助。

［1］郁銘芳，孫晉良，邢聲遠，等.紡織新原料與紡織品應用領域新發展［M］.北京：清華大學出版社，2002：178.

［2］張清，張正德，魏海榮.多孔材料過濾精度表征方法［J］.過濾與分離，2000，10（1）：33-37.

［3］毛成棟，張明光，郭昕.機織濾布鼓泡孔徑測試與分析［J］.紡織學報，2008，29（5）：39-41.

［4］張明光，徐新陽，毛成棟.機織過濾布鼓泡孔徑的研究［J］.過濾與分離，2002，12（1）：14-15.

［5］PURCHAS D B，SUTHERLAND K.Hand Book of Filter Media［M］.London：Elsevier，2002：463.