超声波复合纤维燃油滤材的研制与应用

胥绍华

(奥斯龙复合纤维 (滨州)有限公司，山东滨州，256600)

超声波复合纤维燃油滤材的研制与应用

胥绍华

(奥斯龙复合纤维 (滨州)有限公司，山东滨州，256600)

文章介绍了超声波复合纤维过滤材料的研制及其应用，通过实践证明，超声波复合纤维作为燃油过滤材料，可使燃油过滤材料的过滤效率和容尘量大幅提高。

超声波;复合纤维;过滤特性;应用

为了满足汽车主机技术进步和欧Ⅲ、欧IV排放标准的要求，高过滤精度和抗水性好的燃油 (柴油、汽油、天然气)滤材在车用滤清器上得到了较快发展。本文对超声波复合滤材的结构和性能进行分析，并通过测试证明超声波复合滤材的应用效果。

1 超声波复合滤材的结构

超声波复合滤材使用3层不同纤维层组合，其中间层为植物纤维层，上下两层为合成纤维层，其结构见图1。

图1 超声波复合滤材结构图

1.1 合成纤维层

超声波复合滤材的上下层是定量为20～50 g/m2的合成纤维层，一般以聚对苯二甲酸丁二醇脂(PBT)、聚酯 (PET)为原料，采用熔喷成网工艺制作而成。

熔喷法是20世纪50年代发展起来一种制备超细纤维的方法，它依靠高速、高温气流喷吹聚合物熔体，使其得到迅速拉伸而制备超细纤维。从图2可见，聚合物切片通过螺杆挤压机加热加压成为熔融状态后，经熔体分配流道到达喷头前端的喷丝孔，挤压后再经两股收敛的高速、高温气流喷吹拉伸使之超细化。超细化的纤维经室温冷却固化，沉积于成网帘或成网辊筒上形成纤度极细的熔喷法非织造布。熔喷法非织造布由超细纤维经自身黏合而成，内部纤维呈随机的三维立体分布，且分布较均匀，形成大量的立体曲径通道体系。这种纤维的三维杂乱结构除能够提高过滤效果之外，还能提高流体的流动速度，加快过滤过程。

图2 熔喷法非织造布工艺原理图

1.2 植物纤维层

超声波滤材的中间层为定量100～200 g/m2的植物纤维层，一般以针叶木浆、阔叶木浆等原材料为主，采用湿法造纸抄造出原纸，再经过树脂浸渍、烘干而成。

1.3 层间黏结技术

高精度复合燃油滤材层间采用超声波点黏结技术黏结，可以使滤材有更大的孔隙率，进一步提高滤材使用寿命。超声波复合原理如图3所示。超声波复合设备主要由超声波发生器与辊筒组成。超声波发生器的主要部件有号角、电源和变压器。号角亦称辐射头，它把超声波聚集到单一平面上，辊筒上设计有一定的凹凸状图案，用来聚集从超声波发生器号角释放出来的热能。当复合材料在辊筒上通过时，即可获得辊筒上所刻图案的结点花纹。

辊筒上花纹设计不同，则超声波复合部位和黏合面积不同，复合出的滤材性能差异也很大。复合部位间距近，复合面积大，复合机上纤维层的剥离强度高，但过滤材料拉伸强度损失也大。在生产复合滤材的超声波复合机上，辊筒上轧点的花纹尺寸均匀分布，轧点的大小与分布尺寸应以使复合滤材的性能满足滤清器的工程要求而确定。

图3 超声波复合原理图

2 超声波复合纤维燃油滤材的过滤机理

新型非织造布的出现以及它们的独特性能，扩展了过滤材料的选择并大大提高了过滤效果。非织造布因呈三维结构且孔隙小而孔径曲折，因此具有比机织布和针织布更好的过滤效率。然而，不同工艺生产的非织造布，有不同的结构特点和使用性能，也都存在着各自传统的局限性。湿法非织造布 (或滤纸)具有较好的过滤效率和容尘量，但它强度较低、纸感较强;针刺非织造布具有极好的容尘量和较好的强度，但过滤效率一般;熔喷法非织造布过滤效果好，然而其强度较差，且容尘量也一般;纺粘法非织造布强度优越，但其过滤效率一般，容尘量较差。要得到集优点于一身的产品，最佳的方法是将不同特性的材料复合在一起，使之获得最好的性能。

复合材料具有任何单一材料所无法比拟的优势，因而成为目前以及将来过滤材料的发展趋势。复合型过滤材料在Z向形成密度不同的、连续变化的过滤梯度，形成立体型过滤层，这是增加容尘量、提高过滤效率和延长使用寿命的有效方法。

由于普通滤材是低填充率和低厚度，其过滤机理遵循孤立圆柱模型，如图4所示。而高填充率滤材由于在厚度方向形成孔径较小的微孔滤膜，这些孔在厚度方向相当于毛细管，其过滤机理见图5。

图4 低填充率滤材过滤机理 (孤立圆柱模型)

图5 高填充率滤材过滤机理 (毛细管模型)

3 超声波复合纤维燃油滤材的实验与分析

3.1 超声波复合纤维滤材与植物纤维滤材的物理参数

将自产超声波复合纤维滤材FF7098和植物纤维滤材FA8296的性能进行测试，比较超声波复合纤维滤材与植物纤维滤材的区别。

表1 复合纤维滤材与植物纤维滤材的性能比较

3.2 实验测试

(1)实验条件

实验标准：ISO19438

流量：30 L/h

过滤面积：95 cm2

(2)实验设备

D-30多次通过试验台

(3)实验结果

通过实验数据统计，绘出两种滤材的过滤效率和容尘量的性能比较，见图6、图7。

图6 两种滤材的过滤效率比较

通过上述对比的实验可知，当过滤精度达到4 μm时，FF7098过滤效率为95.5%，而FA8296的过滤效率为76%，在容尘能力方面，FF7098容尘量是FA8296的3.4倍。可见复合纤维燃油滤材的效率和容尘量比纯植物纤维燃油滤材高，用于车用滤清器，可以满足欧Ⅲ、欧IV排放标准要求。

图7 两种滤材的容尘量比较

4 结论

通过对超声波复合纤维燃油滤材进行分析和性能测试，结果表明，超声波复合纤维燃油滤材比植物纤维燃油滤材的过滤效率与容尘量均高，用于车用滤清器，可以满足欧Ⅲ、欧Ⅳ的排放标准要求。

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

［2］ 沈志明．过滤材料的高性能和复合化发展［J］．非织造布，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

胥绍华先生，工程师;主要从事特种纸的开发与生产工作。

(E-mail：xshpaper@163．com)

2011-10-08(修改稿)

(责任编辑：常 青)