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机织过滤布材料 特性、组织形态与过滤效果分析

2016-05-13 14:41 [材料] 来源于:中国有色设备信息网
导读: 由于合成纤维在抗拉能力、耐酸碱性、耐磨性等诸多方面能明显优于传统的纺织材料,并且具有很大的可挑选余地,所以目前用于机织过滤布的材料,基本采用合成纤维为原料,主要有涤纶纤维......
企业简介
   浙江隋塔滤料科技有限公司(又名浙江维瑞福工业用布有限公司,是一个企业二块牌子)是国内知名的过滤材料生产企业,参与了二个国家行业标准的编写,分别是全国产业用布行业的《机织过滤布》标准(FZ/T 64015)和全国机械行业协会的《固液分离用织造滤布 技术条件》(JB/T 11094),是纺织行业标准《丙纶单丝》(FZ/T  54074)和地方联盟(浙江天台地区产业用布行业)的第一编写人。我们企业现有织机110台,其中具有国际先进水平的多尼尔织机20台,有无纺布生产线二条,织物后处理(热缩定型、布面压光)生产线一条,合纤复丝拉丝生产线和单丝拉丝生产线各二条,年生产能力为各种规格的机织过滤布计约350万平米、针刺无纺过滤布约200万平米和各种液体过滤袋、压滤袋、除尘袋10万套,具有一定的产品开发能力,设备也有较广泛的适应性。
   企业创办于1984年,经过三十余年在市场里的摸爬滚打,对过滤材料(主要在合纤过滤材料)的特性应用有一定的了解。在产品开发、生产等方面积累了一些经验与体会,希望通过总结介绍与广大的应用行业、用户企业分享,使用户企业能更好地了解合纤过滤布的有关特性,从而更好地选好、用好过滤布。 
    过滤材料由于应用领域的广泛性,工况条件的复杂性和各个企业的传统性,也因为过滤材料生产企业的多样性,其采用的材质也十分繁多。从其应用范筹来分类,过滤材料分为应用于固气二相分离和应用于固液二相分离二个大类,其中目前用于固气二相分离的主要是合纤针刺过滤材料,其按工况条件的不同,针对不同含尘空气的气体温度、酸碱性、含水率、含氧量、阻燃要求等来确定采用什么材质和进行织物的表面后处理方案,据本人了解东北大学对此有更深入且全面的分析研究,恕我不在此作重点分析,本文仅对用于固液分离的机织过滤材料作肤浅的分析,以供参考。
   机织过滤布作为众多工业企业的一种辅助材料,其应用领域十分广泛,遍及冶金、化工、化肥、矿山、制糖、制药、食品、石油等众多行业,在有色金属冶炼中的锌、铝、铜、镍、钴等产品选矿、赤泥分离、锌渣浸出铅银渣、铁矾渣的脱水过滤、铜电解液的净化过滤、钴冶炼中钴硫粗矿精矿浓密低流洗涤、过滤过程,稀土冶炼过程中的提取以及冶炼企业金属废水处理过程都用到大量的不同材质不同型号、规格的过滤布,过滤布的性能适用又各不相同,其应用设备有板框压滤机、水平带式真空吸滤机、转鼓式真空吸滤机、盘式(立盘、平盘)真空吸滤机和离心式过滤机等。 
   由于机织过滤布具有质地轻、强力高、过滤精度可调空间大,产品加工成形容易,用户选择余地大,同时由于其过滤机理属于表面过滤,易于提高再生性能(即可清洗后反复使用)产品具有不可完全替代的特性,多用于板框压滤、带式过滤、盘式和转鼓式真空吸滤设备的固液分离中。无纺针刺过滤布由于有较深的过滤层面,虽然有利于提高过滤精度,并有较好的透气、透水性能,但容易造成滤孔堵塞,不利于反复使用。在强力方面虽然采用基布作为骨架材料,以增强其强力,但还是存在较大的差距,故除少量用于采用真空吸滤的转鼓过滤机、立盘过滤机外,多用于烟气除尘类设备之中。
   我们冶金行业,有大量的工序进行固液分离的工艺过程,也有许多必须对含尘烟气排放进行除尘的环保要求,为使滤布的直接用户能较全面和深入的了解机织布过滤的结构特点,在使用过程中达到高效、适应、经济、耐用的目的。本文对机织过滤布的材料特性、组织形态与过滤效果作分析以供大家参考。
 
一、机织过滤布的材料特性和选用
  由于合成纤维在抗拉能力、耐酸碱性、耐磨性等诸多方面能明显优于传统的纺织材料,并且具有很大的可挑选余地,所以目前用于机织过滤布的材料,基本采用合成纤维为原料,主要有涤纶纤维、丙纶纤维、锦纶纤维、其次有维纶、乙纶(聚乙烯)以及金属纤维(不锈钢为主)等。受性能、价格、可纺性和市场供应等因素影响,前三种原料目前应用较为广泛,产品种类规格也十分繁多。 
二、不同纤维结构对过滤效果的影响
   在目前应用的合成纤维材料中,按纤维结构分类分别有短纤纱、长丝复合丝和单丝三个类型。
   三个类型分别有各自的使用特点:短纤纱由于丝条表面有许多纤维绒毛,织物表面也产生相同效果,其有易于形成滤饼,快速提高过滤精度的作用,但有易堵塞不易脱饼的不良效果。长纤复合丝(简称为长丝)每根丝线表面光洁,但由于一根丝是由许多细的纤维组成,纤维之间的间隙也会在过滤过程中吸附与沉积细的过滤粒子造成滤孔逐步堵塞而失效。而合纤单丝改变了上述二种原料的不足之处,单丝表面光洁成圆柱状,丝线内部不存在“沟沟槽槽”,因此过滤粒子在运动过程中因碰撞、吸附、重力沉降等因素使其沉积于滤布内层的机率大大减少。换句话说,只要过滤粒子的粒径小于滤孔的孔径,虽丝未在滤饼上沉积下来但也不至于停留在滤布内层,多数均会顺利通过而不被截留。只要孔径设计适宜就可以既保证过滤精度,又可以大大提高过滤效果,同时延长过滤布的使用寿命。滤布生产厂家对单丝过滤布还进行表面压光处理,使其表面光洁,滤孔变小。在提高过滤精度的同时使过滤液的流速加快,不易沉积,也有利于脱饼,是目前滤料中过滤效果较好的材料。在设计中要根据使用工况、过滤物料的细度构成情况进行。
   机织过滤布的织物组织变化多端,但其基本形态仍是以平纹、斜纹和缎纹三大基本组织为基础
   为了使过滤布在使用过程中有更好的过滤性能和能承受较大的压力(特别是加压过滤一类的过滤设备)在组织结构上还有多种变化组织或双层结构的组织,使织物更能适应各种不同的要求。
   在三大基本组织中,在纱线纤度和纱线排列密度相同的可比情况下,由于平纹组织的经纬纱线相互交织点之间的距离较短,形成的组织较为紧密,织物的滤孔存在于交点以外的交叉空间中,故在相同条件下,平纹组织滤布其滤孔比斜纹、缎纹组织的滤孔小得多,反映在过滤过程中过滤精度相对较高,但流速则较慢,而斜纹组织和缎纹组织除了与其布面垂直方向(垂直投影面)的滤孔,固其交织点较稀,滤孔相对较大,而且其滤液的流径途径更多地反映在其与布面垂直方向的侧面滤孔,所以要提高过滤精度,则需调整纱线的排列密度。 
   在实际应用中,织物的组织并不局限于三大基元组织,基于用户的设计理念与使用习惯,实践应用的需求,各类变化组织已非常广泛地应用于机织过滤布中。目前各类过滤布设备趋向于大尺寸、高精度和高效率。为兼顾这三个要求,在设计过滤布结构时就得采用特殊的组织结构,最能说明问题的如本公司生产的双层单丝过滤布(型号为12870)该产品设计基础源于单丝材料的特性,单丝材料织物一般透气、透水性能均较好,但如果需要提高其过滤精度,则必须采用较小丝径的单丝为原料进行编织,这样织物密度较高,开孔率较高,但织物单薄,强力较低,不适宜于大尺寸,高压力的设备使用,反之采用较粗的丝径,强力增加了,但开孔率较小,密度低,过滤精度无法达到使用要求,因此我们将丝径不同的两种原料设计成两种不同组织相互结合的新颖组织,细径编织成面层组织,粗径编织成底层组织,两种组织之间采用有规律的交织点连接在一起(面层细径和细纬交织),采用有利于提高经纬密度和有较大透水性的⅓斜纹,低层(粗径粗纬交织)采用有利于提高织物强度的斜纹或平纹组织,面底二层之间的经纬密度之比达到3:1之多,再经过对织物表面的压光处理,其透气可以达到全部由面层相同丝径编织的织物透气量,其断裂强力则可以达到相同织物的2.5~3倍,这样的变化组织结构有利于提高过滤布的适用性,优化使用性能,延长使用寿命,是一种设计较为合理、使用性能较为优良的新型过滤材料。也有的过滤织物采用单复丝交织的办法,其性能处于二者单独使用的中间状态。
 
四、织物经纬密度与过滤效果的关系 
    除上述二个因素外,纱线的排列密度无疑也是关系到过滤效果的主要因素之一。很多过滤材料用户习惯于用“目数”来表示对过滤布的要求,实际上严格地说“目数”适用于锦纶筛网、金属筛网一类方孔网织物。这类产品的经纬交织点之间的孔眼成方孔,并且其纵横二个方向是一致的孔眼的大小原则
    当相同的丝径在经纬方向形成不同密度时,其交织点就不会是方孔,也就不能简单地用“目数”来正确反映其真正的密度。我们一般只能采用“当量孔径”的概念来表示其有效孔径和估计其相应的过滤精度,由于影响过滤效果的因素直接表现形式是滤孔大小和所有滤孔面积的总和(即滤孔的有效面积),而丝径和密度则直接影响到滤孔大小和滤孔的有效面积,为了获得理想的过滤效果,选择合适的纱线排列密度(径、纬密)是十分重要的一关,过密、过稀均无法适应工况和特定过滤物对滤料的要求。过密时,滤液清彻了,但阻力增大,效率降低,滤饼厚度达不到要求,滤饼含水率增加,不易卸饼,更换频繁增加劳动强度。过稀时使滤液浑浊,漏液跑料,形成滤饼慢,需回收的物料无法回收,废液排放超标影响环境或增加废液的处理量,使用厂家均无法正常使用。织物的编织密度是以经、纬二个方向,在单位长度经纬纱线的排列数为计算单位,显而易见,相同的纱线线密度,经纬方向的编织密度越高,过滤精度也越高,反之则越低,在滤布生产过程中,既要考虑过滤效果,还得考虑滤布生产过程的难易程度。过高的密度增加织造难度,降低生产效率。过低的密度,会破坏织物的稳定性,并且无法达到过滤要求,所以一定要设定一个合理而适用的编织密度,同样是影响到过滤效果的关键要素,也是关系到滤布生产企业、生产成本的一个重要方面。
 
五、综上所述,过滤材料的适用性和过滤效果与采用材料的固有特性,编织过程中采用的纤维形态,编织方法,编织的经、纬密度有十分密切的关联(除此以外,与对织物的后处理也十分关键。)为了衡量织物在上述几个因素影响下的紧密程度并与实践应用相结合,通常用织物的透气率来表示与衡量。
   由于上述公式未考虑其交织办法,因此按此公式计算在相同线密度和相同的经纬密度情况下,其总紧度(即覆盖系数)是一样的,但实际上由于交织方法的不一样,其实际紧密程度显然并非一致,所以用这一概念来评判织物的紧密程度,对于过滤布来说并不妥切。它仅能反映出在投影面积内纱线的覆盖情况,而不能真正反映出织物过滤所需要的紧密程度,为了能说明滤布的松紧程度,目前通俗的方是用透气率来表示,其定义是在设定的压差条件下,单位面积在核定的单位时间内透过的空气量,以mm/s(或L/㎡·s)表示,显而易见织物越紧密则透气性越小,其孔径也越小,反之则随之增大,经验数据对比表明相同的纱线密度和纱线直径条件下,斜纹结构的透气量是平纹结构的2-3倍,而缎纹结构则是平纹结构的4-7倍(视缎纹的循环数而分别)在实际应用中,不论是材料形态、纱线线密度,还是经纬向的编织密度,均是千变万化,由于目前的过滤设备趋向于大尺寸,高精度和高效率,在用户的实际操作中,又希望尽可能的减低劳动强度和更换频率,对过滤布提出了更为详细的要求。机械行业协会的标准《固液分离用机织过滤布技术条件》明显有比产业用布行业的标准有更多 的实用条款,对我们滤布织造行业提出了更多更全面的要求,迫使我们必须在本文所述的几个方面和织物后处理等技术问题作深入的分析、探讨与改进,并用以指导实际生产,生产出更多的性能优良的、适应用户要求的过滤材料。也要我们的应用行业和用户企业了解过滤布的性能和特点,以便在对过滤布的选择、使用过程中有较为明确的导向。当使用过程中发生问题或出现新的情况、工况条件有所改变时,分析产生的原因,为调整过滤材料作为参考,使我们生产企业和应用企业能得到共同的促进与提高。
 
不当之处,敬请谅解和指正。

(编辑:中冶有色技术网)

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