第二節　過濾與分離用紡織品工藝技術與專用設備

一、水刺耐高溫過濾材料工藝與設備選擇

采用兩層梳理纖網與中間網格基布復合制得最終復合纖網，具體生產工藝流程如下：

水刺加固工藝是依靠高壓水，經過水刺頭中的噴水板，形成微細的高壓水針射流對托網簾或轉鼓上運動的纖網進行連續噴射，在水針直接沖擊和反射水流作用力的雙重作用下，纖網中的纖維發生位移、穿插、相互抱合，形成無數的機械結合，從而使纖網得到加固（圖4-7和圖4-8）。

水刺工藝是一種機械加固方式，水針直接沖擊使表層纖維發生位移，相對垂直朝網底運動，當水針穿透纖網后，受到托網簾或轉鼓表面的阻擋，形成水流的反射，呈不同的方位散射到纖網的反面（圖4-9）。

水刺頭是水刺非織造工藝中產生高壓集束水針的關鍵部件，它由進水管腔、高壓密封裝置、噴水板和水刺頭外殼等組成。高壓水就是通過噴水板上的微孔向纖網噴射，使纖網得到加固。噴水板是一塊長方形金屬薄片，根據水刺頭結構尺寸設計。噴水板上噴水孔的結構對水針集束性有很大的影響，選擇良好的噴水孔結構，可減少水針的擴散程度，使水針能量集中，提高效率。

二、針刺過濾材料生產工藝

針刺過濾材料生產工藝一般流程如下：

纖維開松、混合→纖維梳理→成網→預針刺→主針刺→后整理→成品

針刺過濾材料生產工藝主要包括五個方面，分別是纖維開松、混合，纖維梳理，鋪網，針刺加固，后整理。纖維開松、混合工序使壓緊的纖維變得蓬松，并將不同批次的纖維混合均勻，除去一部分雜質，使纖維盡量成單纖維狀態。纖維梳理將經過開松、混合好的纖維梳理得平行順直，加工成薄薄的纖網。成網包括機械梳理成網和氣流成網。將梳理后的纖網，經過鋪疊交叉后，供針刺機加固。針刺加固包括預針刺、主針刺。預針刺是將蓬松的纖網初步加固使纖網的尺寸穩定，具有一定強力；主針刺是將預針刺過的纖網進一步加固，達到設定的強力要求。后整理包括燒毛、壓光、熱定型、拒水防油處理、乳液浸漬涂層等。

根據產品的不同用途采用不同的后整理工藝。影響針刺過濾材料品質的在線工藝參數包括生產速度、鋪網層數、針刺頻率等，影響的是針刺過濾材料的厚度、面密度等。

三、機織過濾布的結構設計與生產

機織過濾材料是用相互垂直的兩個系統的紗線交織而成，這兩個系統的紗線既可以是單絲或復絲，也可以是短纖維紡成的單紗或股線。由于紗線本身線密度較大，透氣量很小，所以機織過濾布過濾的顆粒只能從經緯紗線間的孔隙通過。一般機織濾材的孔隙率為30%～40%，而且是直通的，因而對流體阻力較小，且機織濾材強力大，適合于壓力降大的液體過濾。但機織濾材在過濾初期及清渣以后，過濾物中的顆粒很容易穿過濾材的孔隙，此時捕集效率較低。隨著過濾的進行，顆粒逐漸沉積在濾材內部及表面，慢慢形成濾餅，靠這層濾餅的過濾作用，捕集效率才逐漸提高，此時，機織濾材只起著支撐濾餅的作用，但堵塞也很快發生。隨著濾渣的清除，過濾效率又經歷由低到高的變化過程。

常用的機織過濾布有平紋、斜紋和緞紋組織織物，特殊情況下也用緯二重、雙層及管狀組織織物。平紋組織交織點多，孔隙率小，紗線之間相對穩定，一般用于澄清過濾和較細顆粒的過濾。斜紋組織常用兩上兩下、兩上一下、三上兩下等組織和破斜紋組織及人字斜紋組織，其結構比平紋組織松，因而在相同緊密度下，透氣率比平紋組織大，適用于真空過濾及離心過濾。緞紋組織織物經緯交織點少，經緯紗浮長較長，結構較松，質地柔軟，表面較光滑，對濾渣的剝離性好，在干式過濾中易于清灰。緞紋組織常用五枚緞、八枚緞，堵塞少但捕集性差。冶金行業的布袋除塵器大多選用緞紋織物。為了使機織濾布直通的孔隙得以改善，可對織物表面進行起絨處理，起絨后的機織過濾布濾塵效果優于不起絨的機織濾布。

這類過濾布要求質地緊密，勻整光潔，孔眼方正，紗線條干均勻，過濾質量、速度、效果符合工藝要求，常用純棉平紋織物。

黏膠化纖廠所用過濾材料，以棉織物為主，采用平布、單面絨、雙面絨及府綢組合在一起，形成組合過濾布。其排列在各道工序中不完全相同，一般排列如下：第一道過濾：雙面絨、單面絨、平布；第二道過濾：雙面絨、單面絨、府綢、平布；第三道過濾：雙面絨、府綢、平布。

這類過濾材料的主要指標是無毒性，過去常以棉為原料，為提高過濾效率及使用壽命，現正逐步改用丙綸、滌綸等，其品種有：丙綸長絲平紋組織濾布、丙綸長絲兩上兩下斜紋組織濾布、滌綸斜紋組織濾布、滌綸長絲平紋組織濾布。

礦業物質過濾有多種形式，濾材的強度、耐壓性、耐化學性、耐腐蝕性、耐高溫性及尺寸穩定性有差異，所以，必須選擇合適的纖維原料、織物結構、織物規格及整理工藝。常用的品種如下：滌綸長絲平紋組織濾布、滌綸平紋組織濾布、滌綸長絲平紋。

大部分過濾布的緊密度較大，有時需要根據最大密度理論，求得最大密度以視產品能否順利織造。最大密度取決于紗號、組織結構、纖維體積質量、纖維在紗線中的壓縮程度和紗線在織物中的變形情況以及織機的機械性能等。

實際生產中，滌綸和丙綸長絲過濾布，還會出現靜電嚴重的現象，這就要求要嚴格控制好車間內的溫度與相對濕度，車間溫度在春季、秋季、冬季應為22～24℃，夏季在28～30℃，相對濕度在70%左右為好。實踐證明，車間溫度較高、相對濕度較大時生產較為順利。也可以在整經時加防靜電油以及用定捻鍋汽蒸長絲筒紗的方式或在織造時打蠟的簡易方法來解決。否則會出現起毛、毛羽多等現象，嚴重影響產品產量和質量。

織機的選擇有以下原則：要根據生產產品的厚重程度和產量大小來決定。因為機織過濾布大多用于石油工業，該用途的過濾布一般屬于厚重型，織物平方米質量在800g～1000g，因此打緯力非常重要。從打緯力方面，普通織機經改造后能增加打緯力，適宜輕薄型或厚重型過濾布的生產，而一般的或早期引進的無梭織機，由于打緯力較小，只適宜于輕薄型過濾布的生產，其生產工藝與生產牛仔布工藝相近。過濾布的產量方面，由于過濾布主要用于工業過濾領域，其特點是品種多、產量較小。從經濟方面分析，普通織機適合于小批量生產，變換品種方便，而用無梭織機由于生產技術以及雙軸生產特點，其產量應定在上千米以上才具有可使用性。

四、針織氣體過濾材料

（一）針織氣體過濾材料的原料選擇

針織過濾材料常用的纖維原料主要分為傳統纖維和高技術纖維兩類。傳統纖維有棉纖維、滌綸等；高技術纖維又分為高性能纖維、功能性纖維和精細加工纖維。高性能纖維包括聚苯硫醚（PPS）纖維、聚四氟乙烯（PTFE）纖維等；功能性纖維包括阻燃纖維、駐極體纖維等；精細加工纖維包括超細纖維、納米纖維和異形截面纖維等。影響過濾材料性能的因素主要包括纖維的種類、特性，紗線的捻度和纖維的分布等。

針織氣體過濾材料材質的選擇應從實際需要出發，綜合考慮各種因素。

1.纖維種類的選擇　纖維種類的選擇需要從過濾材料的用途出發。對于特殊用途的過濾材料可以使用高性能纖維，如PPS纖維和PTFE纖維。PPS纖維是一種耐高溫纖維，具有優異的耐熱性、阻燃性，力學性能優良，尺寸穩定性好，在冶金工業等領域應用廣泛，適宜于高溫氣體過濾；PTFE纖維具有極好的耐高溫性能、極強的耐腐蝕性和耐水解能力，在冶金、化學和水泥工業具有樂觀的應用前景。但是，這類高性能纖維往往剛性較大，韌性不足，進行針織編織時易磨損纖維并損傷成圈機件，因此在進行針織編織時可以對紗線進行特殊處理或改進機器。

普通用途的過濾材料可以選擇精細加工纖維，如超細纖維和納米纖維。超細纖維直徑小，比表面積大，雖然其單絲強力不高，但是紗線的總強度較高，柔軟性較好，適宜針織加工。由超細纖維制成的絨類針織過濾材料孔隙率高、孔徑均勻，可應用于家用和產業用空調過濾器上。納米纖維制成的過濾材料具有高性能，可以有效地過濾納米級的塵粒。納米技術目前還處于研究階段，相信納米纖維憑借其獨特的性能必然會在將來的過濾材料領域得到廣泛應用。

2.纖維性能的選擇　纖維性能的選擇需要從多方面考慮。

（1）一般纖維越細，其制成的過濾材料過濾效率越高。但是，針織用紗需要具有一定強力，纖維太細不利于針織加工且易遭到損傷而影響產品質量，同時全部由細纖維制成的織物納污容量小、流體阻力大，不適宜作為過濾材料使用。

（2）用外表面光滑的纖維制成的過濾材料比用表面粗糙的纖維制成的過濾材料的流體阻力小，過濾效果好，同時，表面粗糙的紗線經過成圈機件時會產生較大的紗線張力，造成線圈結構不勻，成圈過程中與多種機件接觸摩擦，會磨損機件。

（3）用纖維橫截面葉片越多的纖維制成的過濾材料，其過濾效率越高。

（4）用卷曲纖維制成的過濾材料比用非卷曲纖維制成的過濾材料的過濾效果好。

紗線的捻度對過濾效率也有影響。捻度過高會使紗線的柔軟性變差，織造時易造成疵點，也會使針織物線圈歪斜，影響過濾材料的質量；捻度過低，會使紗線強度不夠，增加織造難度，影響生產效率。高捻度紗制成的過濾材料的空氣阻力較低捻度紗制成的過濾材料的低，但是捻度增大會使織物間隙變大，過濾效率也會有所下降。

加工過濾材料時可以采用密度梯度法，或使用不同線密度的纖維，將細纖維盡量分布在濾餅的形成面，以提高過濾效率和防止過濾材料阻塞。

（二）針織氣體過濾材料結構的選擇

1.網格織物　網格織物是在成圈紗中織入襯經紗和襯緯紗，兼有機織和針織過濾材料的特點。網格織物既有類似機織物的結構，尺寸穩定性得到改善，又可使經紗、緯紗沒有因交織而產生的織縮，具有良好的顆粒分離特性，其過濾效果遠遠優于普通種類的針織物，且生產效率高。緯編網格織物可直接按照過濾材料所要求的直徑尺寸進行編織，省去縫紉工序，操作方便；經編網格織物生產速度快，尺寸穩定性更好，過濾效率更為穩定。使用耐高溫纖維（如PPS纖維）的網格織物過濾材料能在高溫下保持體積彈性，耐熱沖擊和機械振動，可用于冶金行業等高溫環境。網格織物過濾材料中使用較為廣泛的是襯經襯緯圓筒過濾織物，如圖4-10所示。

2.針織絨類織物　針織絨類織物表面的絨毛層可使織物的孔隙不呈簡單的直通狀態，尤其是使用超細纖維等特殊材料時，絨毛層的存在使絨類過濾材料的過濾效率和清灰性能優于普通針織過濾材料，孔徑減小可以有效攔截流體中直徑小于孔隙的塵粒。過濾時流體中的塵粒在通過絨毛層的彎曲通道時會受到擴散、慣性和攔截等作用而沉積下來，部分塵粒被阻擋在底部組織附近形成粉塵層，依靠粉塵層的作用，過濾效率（尤其是過濾初期）提高。毛絨織物過濾材料的孔隙度大、透氣性能好、過濾阻力低、容塵量大，同時絨毛層表面清除粉塵更為容易，清灰性能好。對于針織絨類織物，一般密度越大、孔隙越小，則其過濾阻力越大、過濾效率越高；絨毛平均長度越長、過濾孔隙平均直徑越小，則過濾效率和過濾阻力越高、容塵量越大，同時也更易受到過濾風速和塵粒濃度變化的影響，過濾穩定性不好。

與機織物和非織造布相比，針織絨類織物尺寸穩定性差，因此限制了該類過濾材料的發展。隨著針織技術的不斷發展，織造和后整理技術的不斷完善，針織絨類織物必將在過濾材料領域迅猛發展。目前，作為過濾材料使用最為廣泛的絨類織物是針織長毛絨織物（圖4-11）。

3.針織彈性織物　針織彈性織物可分單向彈性織物和雙向彈性織物，也可分為經編彈性織物和緯編彈性織物。單向彈性織物僅在縱向或橫向有彈力，結合使用普通纖維，可充分發揮高彈性纖維的特點，適宜作為過濾材料使用；雙向彈性織物縱橫向均具有彈性，但是彈性過大使其孔隙尺寸不夠穩定，無法作為過濾材料使用。經編彈性織物比緯編彈性織物的延伸性小，織物的尺寸穩定性好，但緯編織物可使用的原料范圍更廣。該過濾材料一般使用氨綸等高彈性纖維編織線圈，使用普通化學纖維編織毛圈，與普通結構的過濾材料相比，其孔徑和透過率更小，阻攔能力更高。由于兩種纖維彈性不同，在進行氣體過濾時，氣體從毛圈一側流過，過濾材料表面的毛圈在氣體的壓力下緊貼過濾材料表面，降低了透過性，使過濾材料的透氣率減小，阻攔能力提高。當氣體出現回流現象時，過濾材料在縱橫向受到拉伸，高彈性化學纖維編織的線圈伸長，普通化學纖維編織的毛圈部分隨之伸直，使得過濾孔隙變大，有利于過濾材料表面沉積的塵粒脫落。通常作為過濾材料使用的是單面彈性織物，是單向彈性織物的一種，其反面分布毛圈，正面分布線圈（圖4-12）。

4.三維間隔織物　三維間隔織物分為經編間隔織物和緯編間隔織物（圖4-13）。經編間隔織物可以由經編雙針床機器編織，緯編間隔織物可以在緯編橫機和圓機上織成。與普通二維織物不同，三維間隔織物由上下兩個表面層和中間一個間隔層組成。該特殊的三維立體結構使得間隔層中的纖維呈空間曲折分布，形成具有無數微小孔隙的纖維三維網狀結構，因此，塵粒必須沿著過濾材料內間隔層的曲折網狀路徑進行過濾，隨時都有可能與纖維發生碰撞而被截留。過濾材料可以對塵粒進行攔截、慣性、擴散和篩濾等各種效應的表面和內部分離，有效攔截比過濾材料孔徑更小的塵粒。間隔層的存在還可以提高流體的流動速度，加快過濾過程，具有阻力小、透氣性能好等優點。但是也同樣由于上述原因，使得過濾不僅僅發生在過濾材料的表面，也發生在其內部孔隙之中，易造成過濾材料阻塞，使清灰工作難以進行，從而加大壓力損失。