超聲波復合纖維燃油濾材的研制與應用

胥紹華

(奧斯龍復合纖維 (濱州)有限公司，山東濱州，256600)

超聲波復合纖維燃油濾材的研制與應用

胥紹華

(奧斯龍復合纖維 (濱州)有限公司，山東濱州，256600)

文章介紹了超聲波復合纖維過濾材料的研制及其應用，通過實踐證明，超聲波復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;復合纖維;過濾特性;應用

為了滿足汽車主機技術(shù)進步和歐Ⅲ、歐IV排放標準的要求，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合濾材的應用效果。

1 超聲波復合濾材的結(jié)構(gòu)

超聲波復合濾材使用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 超聲波復合濾材結(jié)構(gòu)圖

1.1 合成纖維層

超聲波復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。超聲波復合原理如圖3所示。超聲波復合設(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)計有一定的凹凸狀圖案，用來聚集從超聲波發(fā)生器號角釋放出來的熱能。當復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，則超聲波復合部位和黏合面積不同，復合出的濾材性能差異也很大。復合部位間距近，復合面積大，復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)復合濾材的超聲波復合機上，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以使復合濾材的性能滿足濾清器的工程要求而確定。

圖3 超聲波復合原理圖

2 超聲波復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合在一起，使之獲得最好的性能。

復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 超聲波復合纖維燃油濾材的實驗與分析

3.1 超聲波復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，比較超聲波復合纖維濾材與植物纖維濾材的區(qū)別。

表1 復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

實驗標準：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排放標準要求。

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的排放標準要求。

［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)

(責任編輯：常 青)