过滤纸的论述

作为一种有效的过滤介质，过滤纸已被广泛地用于各个领域。根据组成过滤纸的纤维种类不同，过滤纸的性能、用途也不一样，有用于一般场合的普通过滤纸，用于高温下的的玻璃纤维过滤纸，也有超净用聚丙烯过滤纸等。根据过滤纸是否浸胶，可以分为两大类，即浸胶过滤纸和非浸胶过滤纸。浸胶过滤纸又分为固化过滤纸和非固化过滤纸。下面主要介绍用于工业中的浸胶过滤纸。
一、浸胶滤纸的特点
      浸胶过滤纸可以说是由木质纤维、人造纤维、玻璃纤维或三者混合而在造纸机上形成的能满足一定强度、挺度及透气性要求的具有迷宫式结构的纸。它不同于一般纸张的地方主要是具有较高的强度、挺度及透气性等方面的要求。随着过滤要求的不断提高，任何由单种纤维组成的滤纸都越来越难以满足使用上的要求，所以由多种纤维组合而成的滤纸应运而生。滤纸生产中常用的纤维有木质纤维、化学纤维、玻璃纤维等。木质纤维主要从各种木浆中得到，少部分来自棉绒纤维浆和草浆，是一种自然生长的纤维。根据树种、生长地、木浆加工方法的不同，其纤维特性也各异。用于滤纸的木浆通常具有高疏松度、高透气性等特性。纤维直径通常从20μm~45μm纤维长度从1mm到4.5mm不等。如图1所示。图1 纤维尺寸比较图 (纤维直径μm)化学纤维是人工方法将有机化合物喷丝而成的纤维，最常用是聚脂、尼龙等，用以增强滤纸的强度，提高滤纸的耐温性能、耐破度和挺度等；玻璃纤维其纤维直径特别小，早小可达0.5μm，用于制造超精密滤纸，与同待孔径的全木质纤维滤纸相比，具有阻力小，耐高温(最高工作温度可达300℃)等优点。
二、过滤纸的功能和过滤机理
      过滤纸的应用，为从液体、气体中除去尽可能多的污染颗粒提供了一种有效手段，并且具有较小的阻力限制。它因此而得到广泛的应用。换句话说，过滤器必须防止已过滤系统被有害颗粒所损坏，同时又允许足够的流体通过过滤器，以避免在泵、作功筒、燃烧室中产生空穴。这就对滤材提出了严格的要求。过滤纸结构是由纤维和通道组成的迷宫式结构，而不像金属丝网那样很精细的直通式孔径。这种结构加上流体中伴生的物理力共同构成过滤纸的过滤功能。其过滤机理如下：
1.直接捕获或接拦截
    在此过程中，有人误以为它是形成过滤的唯一因素，认为污物颗粒被阻挡在流入面表面或迷宫中仅仅是因为它们比孔径大的缘故。其实不然，还有：
2.吸附
    当被过滤的流体通过迷宫时，尽管有些颗粒的直径远比孔径小，但在静电吸引力的作用下也将这些小颗粒吸附到滤纸上。故此，有的滤材有制造过程中专门加上静电。
3.冲击陷入
    在此过程中，由于流速的关系，颗粒直接陷入滤纸纤维的表面而非滞留在滤纸孔隙中，并且被吸附力和流体的流动力保持在其上面，从而也阻拦住一些较小的颗粒。
4.过滤结块
    随着污物颗粒在滤纸表面上的不断积累，其自身形成一种过滤层，从而在大颗粒之间的孔隙中捕获更小的颗粒，随着颗粒的不断增加，阻力也不断接连加，直到最后完全堵死或达到压差。图3 大开口、低流阻、低效滤纸
三、过滤纸的设计与制造
      过滤纸生产，说起来很简单，无非是多种纤维在水基粘结剂中浸泡使其完全分散开来，然后在丝网上形成紧密接合的连接纸卷，通过干燥、浸胶、再烘干达到可接受的湿度水平。但实际上制造高效的过滤纸并非那么简单。因为不同纤维类型、重量、厚度的组合将产生不同的过滤纸特性。不同批次木浆其特性也不同，但过滤纸生产却要保持批与批，卷与卷甚至年与年之间的性能的一致，要求其重量、疏松度、透气性、强度等变化范围很窄。理论上完美的过滤器应当滤除100%的污染颗粒而又提供始终如一的透气性等。实际上这是不可能的。过滤纸的设计必须尽最大努力在各项指标中求得平衡，以有效保护需过滤的系统。其开口尺寸较大，纤维相互结合较少，是一种低效过滤纸。，纤维十分密集，相互结合很多，这是一种掺有玻璃纤维的高效过滤纸。硬度以及挺度大，过滤精度高，但其单位面积污容量相对较小。 高效、低流量、带玻璃纤维的高密过滤纸纤维选择及其组合的标准是非常复杂的，软木纤维长度很长，直径很大，因而有大的孔隙面积和高的纳污容量。相对短而薄的硬木纤维和玻璃纤维则产生大量的接合，形成较小的孔径，因而具有较高的过滤精度。纤维选定以后，接下来必须确定所需的基本重量和纸厚。基本重量是指单位面积上滤纸的重量，用g/m2表示。基本重量除以厚度即等于视在比重。用以指明单位体积内滤纸重量，可反映出滤纸的纳污能力。视在比重越低，纳污能力越大。根据每一种过滤纸应用场合的不同，其基本重量、厚度以及视在比重也不同。一般来说，用于柴油的过滤纸其精度较高，比重也较小。玻璃纤维的应用降低了过滤纸的比重。因而在保持与全木质纤维滤纸相同过滤精度的情况下，其纳污容量有较大提高。选定纤维、确定重量与厚度之后，就是选用一种合适的树脂将纸浸渍。以便使其能抵搞机油等介质剧烈的冷热变化、液压系统中的高压冲击、高速气流以及其他恶劣条件等。树脂类型依滤纸工作场合而定，一般分为热固型和非热固型(非热固型包括低温固化和非固化)两种基本类型。它不仅能增强滤纸，提供合理的搁置寿命，而且允许折成波纹做成滤芯等。热固型树脂在固化温度下其分子形成三维结构。这类树脂由于其良好的粘接性、搞老化性而得到广泛应用，其中常用的是酚醛树脂。非热固型树脂(线性结构类或热塑料)在加工过程中仅需加一点热泪盈眶或不需加热，通常用于不太恶劣的条件下，如汽车空气滤等。这类树脂大部分是聚醋酸乙烯酯树脂，丙烯酸树脂。滤纸浸渍后，在多数情况下都要压与楞从而获得所需的挺度通讯折波纹的方便，然后将其干燥到合适程度。根据应用情况，树脂含量从10%到30%(占最终滤纸重量)不等，挥发率在3%到9%之间变化，平均而言树脂含量为17%，挥发率为7%。热固树脂含量25%以上的，容易使固化后的滤纸京戏脆，容易堵塞孔隙。四、成品滤纸的技术指标成品滤纸指的是滤纸商所制成的最终产品，其技术性能和状态常用下列术语来表示。1.基本重量(见前)SD指浸胶并干燥过但没有固化的滤纸。SDC指浸胶、干燥、并固化的滤纸。固化温度为150℃滞留时间10min。2.纸厚：指滤纸的厚度。用mm表示3.瓦楞及瓦楞浓度：瓦楞指加到纸上的隆起部分，用以保持过滤器波纹面的分离，而使所有波纹面完全暴露于被过滤的流体。瓦楞不单增加滤纸的挺度，而且也增加过滤面积。瓦楞深度指从谷峰到谷底的深度。4.佛雷塞(Frazier)空气流量，简称为佛雷塞；指在0.5英寸水柱压差下每分钟通1平方英尽(0.093平方米)滤纸面积的空气流量。常用立方英尽表示。5.空气阻力：指以85L/min空气流量，通过100㎝2样品时所产生的空气阻力值。Pa表示。6.莫仑强度或莫仑耐破度，指莫仑破裂试验机测出的破裂阻力值。用磅/平方英尺示，通常在固化后的空气滤纸上做试验，或在固化后又在水中煮5分钟的滤纸做试验。7.挺度：表示滤纸搞折能力和加工性的指数。用89mm长(纵向)、51mm宽(横向)的样片在格利挺度试验机上测量而得，结果用mg表示。MD即纵向，也就是纸的长度方向。由于制造过程中的纤维定向性，在这一方向上滤纸有较高的挺度和强度。CD即横向，也就是纸的宽度方向。8.起泡点或最大孔径：当压缩空气通过由试验液覆盖着的样片时，用专门仪器测得的第一个气泡点产生时的压力。滤纸的最大孔径可以从起泡点导出，公式为：D=00000式中：D——孔径μm；
S——液体的表面张力，Mn/m；
P——气泡点压力，mbar。试验液的表面张力对试验的可重复性甚为重要，故一般采用99%的异丙醇或AC394试验液，应避免使用柴油、煤油等燃油液体。9.平均流量孔径：即一半的流量从该孔径及其以上的孔径中流出。可作为滤纸精度的衡量指标。10.树脂含量：指滤纸中树指所占的比重。用%表示11.挥发率：指滤纸中挥发物所占的比例。用%表示。12.搞拉强度：在25mm宽的滤纸上加力拉伸至断裂时的值。过滤纸的试验是一顶复杂的工作，目前通用的性能试验，大多是根据[美]“汽车工程协会(S.A.E.)”、国际流体动力协会(N.F.P.A.)“及”“国际标准化组织(I.S.O)”制定的标准试验程序进行的。详细情况请参见有关标准。滤纸的发展方兴未艾，随着造纸技术的不断提高，会有更多更好的滤纸出现，它的应用也越来越广泛。