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嬲嬲 东华大学学位论文原创性声明一 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：泛猝盘 日期：刎1 弓年o1 月$ 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 ， 不保密酣 学位论文作者签名：移备森盘、 日期：到l 弓年口1 月同日 指导教师签名： 日期幽蛑明尹 o 等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制各与表征 等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制备与表征 摘要 燃油在生产运输过程中常混有杂质、水分和其他污染物，使精密 偶件的燃油泵和喷油嘴零部件发生故障，引起油嘴漏油、雾化不良、 燃烧恶化、油耗增加、排放超标、没冒黑烟等。汽车排放物直接危害 着人们的生命健康。因此，成功制备一种高效复合燃油滤材迫在眉睫。 目前，国产滤材多为滤纸结构，纳污容量低、使用寿命短、不能有效 滤水，而高效复合燃油滤材多为国外进口，生产成本高。聚丙烯熔喷 非织造布以其质地轻、强度高、弹性好、耐腐蚀、过滤性能好、成本 较低等优点得到了科研工作者和工业界的广泛关注。本课题以聚丙烯 非织造布为基材制备复合滤材，通过聚结分离法除去燃油中的固体杂 质及水分。 本课题对熔喷用p p 切片进行了性能分析，研究接收距离、螺杆 转速、热空气温度、接收时间的变化对最终产品结构性能的影响；采 用h e 等离子体处理p p 非织造布，接枝丙烯酸，赋予p p 非织造布永 久亲水性；初步探索复合滤材的成型工艺，并对最终制备的复合滤材 进行性能表征。 实验中使用的p p 切片熔点为1 6 5 5 。c ，起始分解温度为2 6 0 3 ， 熔融指数为8 4 0 9 10 m i n 。用o z a w a 法处理所得到的a v r a m i 指数n 随 温度的变化在2 5 1 3 9 5 范围内波动。在相对结晶度为1 0 9 0 的范 o等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制各与表征 围内，用j e z i o m y 法处理p p 的非等温结晶动力学，曲线具有较好的 线性相关性。 熔喷过程中，研究了参数变化对产品纤维直径、厚度、面密度不 匀率、孔径、透气性、断裂强力的影响。本实验中所制得的非织造布， 其纤维直径较细，集中分布在4 - 8 p r o 之间；平均孔径集中分布在 18 2 5 p r o ，最大孔径集中分布在4 5 5 0 p m ；最大纵向断裂强力为2 4 5 2 n ， 最大横向断裂强力为9 5 8 n ，纵向断裂强力始终大于横向断裂强力。 未经等离子处理的p p 非织造布其表面与水的接触角为1 4 0 9 0 ， 表面疏水。用h e 等离子体处理p p 非织造布，在短时间内就可以使 p p 非织造布的润湿性得到明显改善，接触角甚至变为0 0 。实验研究 了处理条件和接枝条件对丙烯酸接枝率的影响，结果表明最佳的实验 条件为：处理功率1 0 0 w ，处理时间8 5 m i n ，单体体积浓度4 0 ，反 应温度5 0 。c ，反应时间6 h 。适当改变反应条件可以使得p p 非织造布 表面的接枝率达到1 8 6 1 9 9 c m 2 。 经h e 等离子体处理后，样品表面形成了很多新的c o c n 、 c = o o c o 键。x p s 谱图显示未处理样品表面主要是c l s 和较小的 o l s 特征峰，处理后在5 3 4 6 e v 处出现了明显的o l s 的峰，氧元素百 分含量从7 8 4 增加到4 3 0 5 ，c 元素的相对含量降低，从9 2 1 6 下降到3 7 0 2 ；在4 0 2 4 e v 处出现微弱的n l s 峰。这说明p p 非织造 布经h e 等离子体处理后在其表面引入了含氧基团和含氮基团。接枝 样品在1 8 0 0 16 0 0c m 。区域内出现了酯键的特征吸收峰；在 3 5 0 0 3 0 0 0c m 1 区域内有一个较宽的中等吸收峰，对应一o h 的伸缩振 o 等离子体改性熔喷p p 北织造布及其复合滤材的制备与表征 动峰，说明p p 非织造布表面成功接枝了丙烯酸。 复合滤材制备过程中，随着成型压力的增加，p p 非织造布复合 滤材的厚度、透气率、最大孔径、平均孔径均有减小的趋势。复合滤 材对于4l am 固体颗粒的过滤效率为8 8 3 ，仍需提高，5 1 5l am 固 体颗粒的过滤效率基本能够达到目前乘用车行业的标准，纳污容量约 为传统滤纸的2 倍。复合滤材的水分离效率为8 0 6 ，亲水改性后的 复合滤材，其水分离效率得到提高。 关键字：聚丙烯熔喷非织造布等离子体亲水性复合过滤材料 p r e n u 王a t i o na n dc h a r a c t e i u z a t i o no fp l a s m a t r e a t e dm e l r - b l o w np o l y p r o p y l e n en o n w o v e n s a n di t sc o m p o s i t ef i l t e rm a t e r i a l a b s t r a c t t h ef u e li so f t e nm i x e dw i t hi m p u r i t i e s ，m o i s t u r ea n do t h e rc o n t a m i n a n t si np r o d u c t i o na n d t r a n s p o r t a t i o np r o c e s s t h i sw i l l m a k et h ef u e lp u m pa n df u e li n j e c t i o nn o z z l eo fp r e c i s e c o i n c i d e n c ef a i l u r e ，c a u s eo i ll e a k a g e ，p o o ra t o m i z a t i o n ，d e t e r i o r a t i o no fc o m b u s t i o n ，i n c r e a s e d f u e lc o n s u m p t i o n ，e m i s s i o n se x c e e dt h es t a n d a r da n db l a c ks m o k e a u t o m o b i l ee m i s s i o n sd i r e c t l y t h r e a t e nh u m a nl i f ea n dh e a l t h t h e r e f o r e ，t h es u c c e s s f u lp r e p a r a t i o no fh i 曲e f f i c i e n tc o m p o s i t e f u e lf i l t e ri si m m i n e n t a tp r e s e n t ，d o m e s t i cv e h i c l ef i l t e r i n gm e d i aa r em o s t l yf i l t e r i n gp a p e r , p o o r i n p o l l u t a n tl o a d i n gc a p a c i t y , s h o r tl i f et i m ea n du n e f f i c i e n t w a t e rf i l t r a t i o n h o w e v e r ，h i g h e f f i c i e n tf i l t r a t i o ni sg e n e r a l l yi m p o r t e d ，i n c r e a s et h ec o s ts h a r p l y p o l y p r o p y l e n em e l t b l o w n n o n w o v e n sh a sd r a w ng r e a ta t t e n t i o nf r o mt h es c i e n t i f i cr e s e a r c hw o r k e r sa n di n d u s t r yf o ri t sl i g h t ， h i g hs t r e n g t h ，g o o df l e x i b i l i t y , c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，g o o df i l t e r i n gp e r f o r m a n c ea n d l o wc o s t p r e p a r a t i o no fc o m p o s i t ef i l t e rw a sb a s e do np o l y p r o p y l e n em e l t b l o w nn o n w o v e n s ，t h es o li d i m p u r i t i e sa n dw a t e rw e r er e m o v e df r o mf u e lb yc o a l e s c e n c ep r i n c i p l e p r o p e r t i e so fp o l y p r o p y l e n ew e r ea n a l y z e di nt h i ss t u d y t h ee f f e c t so fc o l l e c t i o nd i s t a n c e ， s c r e ws p e e d ，a i rt e m p e r a t u r ea n dc o l l e c t i o nt i m eo nw e bs t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e sw e r ea l s o d i s c u s s e d b yh ep l a s m at r e a t m e n t ，t h es u r f a c ep r o p e r t yo fp o l y p r o p y l e n em e l t - b l o w nn o n w o v e n s w a si m p r o v e d ，t h e na c r y l i cm o n o m e rw a sg r a f t e do nt h es u r f a c eo fp o l y p r o p y l e n e ，w h i c hc a u s e d p pm e l t b l o w nn o n w o v e n sp e r m a n e n th y d r o p h i l i cp r o p e r t y f i n a l l y , ap r e l i m i n a r ys t u d yo ft h e f o r m i n gp r o c e s sa n di t sc h a r a c t e r i z a t i o no f c o m p o s i t ef i l t e r i n gm e d i ah a v eb e e nc o n d u c t e d t h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so fp pu t i l i z e di n t h i ss t u d yw e r ea sf o l l o w i n g ，m e l t i n gp o i n to f 1 6 5 5 c ，d e c o m p o s i t i o nt e m p e r a t u r eo f2 6 0 3 。ca n dam e l tf l o wr a t e ( m f r ) o f8 4 0 9 10 m i n a v r a m ii n d e xo fp po b t a i n e db yo z a w ae q u a t i o nv a r i e db e t w e e n2 5 1 3 9 5w i t ht e m p e r a t u r e c h a n g e w i t h i nt h er e l a t i v ec r y s t a l l i n i t yo f1 0 0 旷9 0 ，w ec a n u s ej e z i o r n ye q u a t i o nt oa n a l y s e n o n i s o t h e r m a lc r y s t a l l i z a t i o nk i n e t i c so fp p , t h eo b t a i n e dc r u v e sw e r eo f g o o dl i n e a rc o r r e l a t i o n d u r i n gm e l t b l o w np r o c e s s ，t h ee f f e c t so f c o ll e c t i o nd i s t a n c e ，s c r e ws p e e d ，a i rt e m p e r a t u r e a n dc o l l e c t i o nt i m eo nw e bs t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e sw e r ed i s c u s s e d ，a n dm o r e o v e r , f i b e rd i a m e t e r , i v t h i c k n e s s ，s u r f a c ed e n s i t y , p o r es i z e ，a i rp e r m e a b i l i t ya n db r e a k i n gf o r c eo fp pn o n w o v e nf a b r i c s w e r ec h a r a c t e r i z e di nt h i sp a p e r t h ep pn o n w o v e nf a b r i c sp r e p a r e dd u r i n gt h i ss t u d yh a df i b r i l d i a m e t e r sa r o u n d4 - 8 1 u n ，a v e r a g ep o r es i z eb e t w e e n18 - 2 5 i t m ，m a x i m u mp o r es i z ei nt h er a n g eo f 4 5 5 0 1 m a t h em a x i m u mv e r t i c a lb r e a kf o r c ei s2 4 5 2 n ，w h i l et h em a x i m u mh o r i z o n t a l b r e a k f o r c ei s9 5 8 n ，t h ev e r t i c a lb r e a kf o r c ei sa l w a y sg r e a t e rt h a nt h eh o r i z o n t a lb r e a kf o r c e t h ec o n t a c ta n g l eb e t w e e nu n t r e a t e dp pn o n w o v e n sa n dd i s t i l l e dw a t e rw a st e s t e dt o b e 14 0 9 。h ep l a s m a , i nas h o r tp e r i o do ft i m e ，c a nm a k et h ew e t t a b i l i t yo fp pn o n w o v e n s s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d ，e v e nt h ec o n t a c ta n g l ei s0o t h ei n f l u e n c eo f t h ep l a s m at r e a t m e n to np p n o n w o v e n sa n dg r a f t i n gc o n d i t i o n so nt h eg r a f ty i e l dw e r es t u d i e di n t h i sp a p e r t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h eo p t i m a le x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ：p r o c e s s i n gp o w e rlo o w , r e a c t i o nt i m e8 5 m i n ， m o n o m e rc o n c e n t r a t i o n4 0 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e5 0 。( 2 ，r e a c t i o nt i m e6 h a p p r o p r i a t ec h a n g e si n r e a c t i o nc o n d i t i o n sc o u l dm a k eg r a f t i n gy i e l do nt h es u r f a c eo fp pn o n w o v e n sr e a c h e d 1 8 6 1 p g c m 2 t r e a t e db yh ep l a s m a , al o to fn e wc h e m i c a lb o n d i n g s ，c - o c - n ，c = o o c ow e r ef o r m e d o nt h es a m p l e t h ex p ss p e c t r as h o w e dt h a tt h eu n t r e a t e ds a m p l es u r f a c ew a sm a i n l yc lsa n d s m a l l e ro lsc h a r a c t e r i s t i cp e a k ，a t5 3 4 6 e va p p e a r e da p p a r e n to ls p e a ka f t e rt r e a t m e n t ，t h e o x y g e np e r c e n tc o n t e n tw a si n c r e a s e df r o m7 8 4 t o4 3 0 5 ，c a r b o nc o n t e n tw a sd e c r e a s e df r o m 9 2 16 t o3 7 0 2 ，a t4 0 2 4 e va p p e a r e dw e a knlsp e a k t h e s em e a nt h a ta f t e rh ep l a s m a t r e a t m e n to x y g e n c o n t a i n i n gg r o u p sa n dn i t r o g e n c o n t a i n i n gg r o u p sw e r e i n t r o d u c e do nt h e s u r f a c eo fp pn o n w o v e nf a b r i c s g r a f t e ds a m p l e sa t18 0 0 - 16 0 0 c m 。r e g i o na p p e a r e d t h e c h a r a c t e r i s t i ca b s o r p t i o np e a ko fe s t e rb o n d aw i d em e d i u ma b s o r p t i o np e a ka p p e a r e d a tt h e 3 5 0 0 3 0 0 0c m r e g i o n ，c o r r e s p o n d i n gt ot h e - o hs t r e t c h i n gv i b r a t i o np e a k i td e m o n s t r a t e d a c r y l i ca c i dw a ss u c c e s s f u l l yg r a f t e do n t ot h es u r f a c eo fp pn o n w o v e nf a b r i c s i ts h o w e dt h a ta sm o l d i n gp r e s s u r ei n c r e a s i n g ，p h y s i c a lp r o p e r t i e ss u c ha st h i c k n e s s ，a i r p e r m e a b i l i t y , a n dm a x i m u ma n da v e r a g ep o r e s i z eo fr e s u l t e dc o m p o s i t em a t e r i a ld e c r e a s e d g r a d u a l l y t h ec o m p o s i t em a t e r i a li sh i g h l ye f f e c t i v ef o rs e p a r a t i n gs o l i di m p u r i t i e s ( d i a m e t e r 5 r t m ) ，w i t hf i l t e r i n ge f f i c i e n c yu p t o9 9 t h ec a r r y i n gc a p a c i t yi s a b o u t2t i m e sh i g h e ra s c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lf i l t e rp a p e r w a t e rs e p a r a t i o ne f f i c i e n c yi s8 0 6 f u r t h e rw o r kn e e d t o b ed o n et oi m p r o v ef i l t e r i n ge f f i c i e n c yf o rw a t e r a n ds o l i di m p u r i t i e sw i t hd i a m e t e r 4g m q i n g y a nx u ( m a t e r i a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o ry i m i nw a n g k e yw o r d s p o l y p r o p y l e n e ，m e l t - b l o w nn o n w o v e nf a b r i c s ，p l a s m a ，h y d r o p h i l i c i t y , c o m p o s i t ef i l t e r i n gm e d i a v o等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制备与表征 目录 第一章绪论1 1 1 引言一1 1 2 过滤材料及机理2 1 2 1 燃油系统主要杂质及危害2 1 2 2 燃油过滤材料3 1 2 3 燃油过滤机理4 1 3 熔喷非织造布概述“6 1 3 1 熔喷非织造布的工艺原理7 1 3 2 熔喷原料发展状况7 1 3 3 熔喷非织造布的应用8 1 4 等离子体改性非织造布8 1 4 1 等离子的概念及分类8 1 4 2 等离子体产生方法9 1 4 3 低温等离子体的应用9 1 4 4 等离子改性表面改性的研究进展1 4 1 5 本课题的提出及研究内容1 5 1 5 1 本课题的提出1 5 1 5 2 研究内容1 5 第二章聚丙烯切片性能分析17 2 1 实验部分17 2 1 1 原料l7 2 1 2 仪器设备17 2 1 3 原料测试17 2 2 结果与讨论18 2 2 1p p 切片热性能分析1 8 2 2 2p p 切片结晶性能分析19 2 2 3p p 切片的熔融指数2 4 2 3 本章小结2 4 第三章熔喷p p 非织造布的制备及工艺参数的研究2 6 3 1 实验部分2 6 3 1 1 原料2 6 3 1 2 仪器设备2 6 3 1 3 聚丙烯非织造布的纺制2 6 3 1 4 聚丙烯非织造布的性能测试及标准2 8 3 2 结果与讨论3 0 v 1 o 等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制各与表征 3 2 1 接收距离对p p 非织造布的影响3 0 3 2 2 螺杆转速对p p 非织造布的影响3 6 3 2 3 热空气温度对p p 非织造布的影响4 0 3 2 4 接收时间对p p 非织造布结构与性能的影响4 6 3 3 本章小结4 8 第四章等离子体引发丙烯酸接枝熔喷p p 非织造布4 9 4 1 实验部分5 0 4 1 1 实验材料及药品5 0 4 1 2 仪器设备5 0 4 1 3 实验过程5 0 4 1 4 样品表征5 1 4 2 结果与讨论5 2 4 2 1 等离子体处理活化。5 2 4 2 2p p 非织造布表面接枝率5 5 4 2 3s e m 微观结构分析5 9 4 2 4p p 非织造布的表面元素分析6 0 4 2 5p p 非织造布表面亲水性变化6 3 4 2 6p p 非织造布红外光谱分析6 5 4 3 本章小结6 5 第五章熔喷p p 非织造布复合滤材的制备及性能初探。6 7 5 1 实验部分6 7 5 1 1 原料6 7 5 1 2 仪器设备6 7 5 1 3 复合材料制备。6 7 5 1 4 原料及复合滤材性能测试6 8 5 2 结果与讨论6 9 5 2 1 精滤纸、熔喷p p 非织造布的性能分析6 9 5 2 2 压力对复合滤材性能的影响。7 0 5 2 - 3 复合滤材性能分析。7 3 5 3 本章小结7 4 第六章全文总结7 5 参考文献7 6 攻读学位期间的研究成果目录8 0 致谢8 1 v i l o 等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制备与表征 第一章绪论 1 1 引言 汽车工业的大发展以及汽车保有量的剧增使得汽车排放物成为大气污染的 主要来源，直接危害着人们的生命健康，过量的汽车排放物还可以破坏自然界的 生态平衡。据材料分析，大气中一氧化碳( c o ) 、碳氢化合物( h c ) 、氮氧化物 ( n 0 x ) 的含量中来自汽车排放的比例分别为8 0 、7 0 和4 2 ，此外还有颗粒 ( p m ) 污染、光化学烟雾和温室气体等。近来，汽车尾气中细颗粒物p m 2 5 的 污染也已成为突出的大气环境问题，引起了全世界的广泛关注。2 0 1 2 年2 月2 9 日，环保部公布了新修订的环境空气质量标准，在新标准中增加了p m 2 5 平均浓度限值和臭氧8 小时平均浓度限值监测指标，p m 2 5 年均和日均浓度 限值分别定为3 5 微克立方米和7 5 微克立方米。 我国的汽车行业排放标准主要参照欧盟的标准，研究、跟踪欧盟的汽车排放 标准和法规对我国汽车行业的发展和环境保护有着重要的意义，该法规的发布和 实施对我国汽车行业带来的影响应该引起我们足够的重视。图1 1 展示了欧i 到 欧不同阶段汽车排放标准的变化。 ；辨，2 e o l却0 s? 0 钟? 0 l f i u r o1 1u r 0i l jb 。0v if ：u r , 3ve u r ov f p m麓h c + ， 幽i 1 汽下排放标准1 1 1 汽车排放标准的同益严格，一方面促进了汽车发动机技术的逐步完善，产生 了增压、增压中冷、电控燃油喷射和高压共轨等新技术；另一方面又对燃油的品 质提出了更高的要求。其中，电控燃油喷射系统精密偶件的i h j 隙在1 - 3 9 m ，零件 加工精度可达纳米级，燃油中微小的机械杂质，将会使柱塞偶件、针阀偶件等运 动件产生拉伤、擦伤等磨粒磨损，降低供油量和供油压力，从而使发动机的电喷 系统无法正常工作，并使发动机的燃烧恶化，油耗增加，排放超标【2 】。因此，有 必要对燃油滤清器的过滤精度提出更高的要求。此外，由于燃油品质在短时间内 0 等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制备与表征 无法达到汽车排放标准的要求，只能通过滤清器的过滤提升燃油品质，减少排放 污染，即要求燃油滤清器具有更高的过滤精度。 1 2 过滤材料及机理 1 2 1 燃油系统主要杂质及危害 世界上没有1 0 0 纯净的燃油储存，油开采于地下，生产运输过程中常混有 杂质、水分、细菌和其他污染物，在使用过程中这些物质将堵塞燃油滤清器，使 精密偶件的燃油泵和喷油嘴零部件发生故障，引起油嘴漏油、雾化不良、发动机 的燃烧恶化、油耗增加、排放超标、冒黑烟，甚至造成发动机的损坏。 水在油液中一般有三种存在形式【3 】：自由水、乳化水和溶解水。燃油中水分 的来源归纳起来，主要有以下四种方式【4 5 j ： a 油液的输送一般采用轮船、油罐车和管线传输等方式，轮船的压舱水和油罐 车的清洗水难免混入油液中； b 在油液的储存过程中，大气中的水分和油液中的水分存在一种动态的平衡。 环境温度的变化会导致大气中的水分子通过溶解析出的方式进入油液中； c 在油液的使用过程中，由于水冷系统的渗漏或系统结构的欠缺，易使水分通 过缝隙进入油液中； d 在油液的加注过程中，由于加油工具、加油环境、油箱口不清洁等因素都会 是油液中进入水分、水汽、杂质。 水的存在必然会导致喷油器的磨损，引起发动机的锈蚀，同时燃油中的水减 小了燃油的润滑性，增加了偶合件的摩擦系数并使相对运动表面温度升高，加速 偶件的磨损。燃油中的水分含量过高会阻碍燃烧过程的进行，增加燃油损耗量并 产生大量有害气体。因此，欧盟在2 0 0 5 年制定了柴油规格e n 5 9 0 ，限定燃料中 溶解水最大含量为2 0 0 p p m ，自由水含量为0 。概括起来，油液水污染的危害主 要有以下方面1 4 , 6 ： a 柴油中的水将引起发动机喘振、不点火或难于控制、调节，而使发动机不能 正常工作； b 引起发动机不良的怠速、使其不能达到额定功率或转速，特别在寒冷气候条 件下，发动机停机后的冷凝水结冰将会损坏喷油器； c 破坏燃油泵齿轮驱动。如果燃油系统中水的含量达到o 5 ，则将削弱燃油的 润滑性能，使柴油机供油系的精密偶件处于半干摩擦状态，加速这些零部件 的磨损； d 最新研究发现，现代高精度喷射部在喷油时，水在高温作用下迅速膨胀，致 使喷孔塑性变形甚至产生更为严重的后果； e 油液中的水高温气化，容易造成润滑元件和传动元件的气蚀；在低温情况下 o 等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制备与表征 结冰，严重影响油液的润滑、传动效果，甚至造成油路的堵塞和系统的失。 1 2 2 燃油过滤材料 过滤材料是过滤分离设备的“心脏”，是决定分离效果的重要部分。燃油过 滤是使含固体杂质、水分的燃油通过称为过滤介质的障碍物，从而使燃油纯化的 一种分离方法。滤清器的过滤材质有许多，如纤维素、毛毡、棉纱、无纺布、金 属丝及玻璃纤丝等，其中纤维过滤材料是一种常用介质，主要有滤纸、非织造布 及复合材料三种形式。作为内燃机的好滤材应具备以下基本要求：适当的流通速 率、较高的纳污容量、良好的过滤精度、稳定的产品质量和优越的物理化学性能。 1 2 2 1 燃油滤纸 燃油滤纸是一种经过树脂涂布或浸渍加工的过滤用纸，主要作用是除去燃油 中的杂质【7 。8 j ，防止发动机机件过度磨损，延长其寿命。燃油滤纸的性能主要由 原纸、涂布树脂和涂布工艺三个因素决定。早在5 0 年代以纸作为过滤材质的滤 清器就以其体积小、效率高的优点在美国率先应用。目前，滤纸原纸主要以天然 纤维为原料，根据产品的特殊需求可以加入一些合成纤维或无机纤维。为了优化 滤纸的过滤性能，原纸中的纤维直径大小以及纤维长短不尽相同。由于原纸紧度 小、结构疏松、强度较低，不能满足过滤产品的要求，因此，需要经过涂布工艺 以提高其性能。韩吉1 9 等对传统的聚醋酸乙烯酯乳液进行了交联改性，研究结果 表明经改性后的交联型醋丙共聚乳液增强后的滤纸，其力学性能和耐油性能均得 到了显著提高。 滤纸除具有一般工业用纸的抗拉强度、撕裂度等物理性能。还要求满足一些 特殊性能指标| l o 】：良好的耐破度和挺度；满足燃油过滤材料透气度、最大孔径、 平均孔径、过滤效率等方面的要求；在保证过滤精度和使用寿命的同时尽量降低 过滤阻力。目自仃，国内燃油滤材多为纸质结构，然而与非织造过滤材料相比，纸 质过滤材料仍然存在滤阻大、使用寿命短的缺点。 1 2 2 2 非织造布过滤材料 非织造布过滤材料是一种新型的纺织过滤材料，以其优良的- 蚪i t - 台i ： i 匕 , 在汽车制造、 医疗、食品、机械、矿业等领域得到了广泛的应用。在6 0 年代术7 0 年代初中国 开始了非织造过滤材料的研制，非织造滤材以其独特的结构及特点逐步取代传统 的机织和针织过滤材料。非织造布过滤材料应用于汽车工业虽然时间很短，但是 其用途广泛，用量相当可观。在国际上，非织造布过滤器、过滤袋已得到普遍使 用。一般来说，较大粒子的物质是靠非织造布的筛分作用而分离过滤的，而粒径 较小的物质是靠纤维的捕集作用。非织造布过滤材料是由各种纺织纤维以三维立 体网状结构所组成，其特点是】： ( 1 ) 非织造布纤维间孔隙小且分布均匀，总孔隙率高，纤维的比表面积大，过滤 o等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制备与表征 阻力小，吸附容量高； ( 2 ) 非织造布过滤材料内部结构形成了理想的纤维曲径式系统，可增强流体的分 散效应，使欲分离的粒子悬浮相有更多的机会与单纤维碰撞和粘附，具有较高的 过滤效率； ( 3 ) 非织造布过滤材料与其它过滤材料相比，可以提高流体的流动速度，加快过 滤过程； ( 4 ) 非织造布过滤材料还具有生产工艺流程短，产量高，成本低，易与其它滤料 复合且容易在生产过程中进行打裥、折叠、模压成型等深加工处理的优点。 1 2 2 - 3 复合过滤材料 新型过滤材料原料的开发和应用促进了过滤技术的进步。滤纸作为最传统、 最普遍的燃油滤材，虽然拥有很高的过滤精度，但不具备滤水的功能并且纳污容 量较低。非织造布材料因其独特的结构特点使之越来越多地应用到过滤领域，大 大提高了过滤系统的过滤效率，但是不同工艺生产的非织造布有着不同的结构特 点和使用性能，存在着各自传统的局限性。只用单一的一种材料很难满足目前过 滤领域的应用要求。怎样制备一种兼备较高的过滤效率和纳污容量，同时又能除 去燃油中水分的滤材成为研究的重点。 从2 0 世纪8 0 年代末开始，国内外陆续出现了一些将具有不同性能的过滤材 料通过层叠复合来优化过滤材料综合性能的研究报道。非织造布内部具有三维网 状立体结构，该种结构对改善纳污容量，提高过滤精度有很大帮助，因此常作为 层叠材料之一。将两种或两种以上的材料复合在一起的方法很多，常用的有粘合 剂复合法、热粘合法、机械复合法等。每一种方法都有着各自的优点和缺点，需 要根据过滤系统的具体要求来选用1 1 2 。 1 2 3 燃油过滤机理 过滤是分离技术的一种，利用多孔物质( 筛板或滤膜等) 阻截大的颗粒物质， 而使小于孔隙的物质通过的一种最简单、最常用的分离方法。燃油中最主要的杂 质是固体颗粒和水分，不同的被过滤物质其过滤机理也有所不同。 1 2 3 1 固体颗粒过滤机理 经过众多科学工作者的研究，现代过滤理论研究认为，悬浮颗粒经过过滤材 料被去除不是简单的机械筛滤作用，而是悬浮颗粒与滤料颗粒或与已截留的滤料 颗粒之f h j 的附着作用。悬浮颗粒必须经过迁移和附着两个过程才能从液体中去除， 因此完整的去除机理必须包括这两个过程的定量描述【1 3 】。图1 2 形象描述了纤维 捕获颗粒的过程。固体颗粒的过滤机理主要有以下几种【1 4 _ 川。 4 0等离子体改性熔喷p p 非织造布及其复合滤材的制各与表征 图1 - 2 纤维捕获颗粒机理 1 2 3 1 1 迁移机理 ( 1 ) 拦截作用。在纤维层内，当某一尺寸的微粒沿流体流线刚好运动到纤维表 面附近时，如果流线( 即微粒中心线) 到纤维表面的距离等于或小于微粒半径， 微粒就在纤维表面被拦截而沉积下来，这种作用称为拦截效应。粒径越大，拦截 效应越明显，但拦截效率与过滤速度基本无关。然而拦截效应并不是纤维过滤材 料中过滤微粒的主要方式，不能将纤维过滤材料看作是一个筛子，而在纤维过滤 材料中，并非所有小于交错纤维所形成的网眼的微粒都能穿透，微粒也并不都能 在纤维表面沉积。 ( 2 ) 惯性作用。流体绕纤维运动，颗粒物因为惯性作用而偏离原有流线，撞击 到纤维被捕捉即为惯性碰撞。由于非织造布纤维排列复杂，流体在纤维层内穿过 时，其流线要多次经过大幅度的转弯，当微粒质量较大或速度较大时，微粒由于 惯性来不及跟随流线同时绕过纤维，因而脱离流线向纤维靠近，并碰撞在纤维上 沉积下来。随着粒子直径或流体速度增大，惯性效应越发明显。 ( 3 ) 扩散作用。由于气体分子热运动对微粒的碰撞导致微粒产生布朗运动，使 得粒子的运动轨迹与流体流线不一致，粒子从流体中扩散到纤维表面上沉积下来 被捕获。粒子尺寸越小，伟朗运动越明显，扩散捕集效应随之加剧。 ( 4 ) 重力作用。微粒通过纤维层时，在自身重力的作用下发生脱离流