閆 哲 論， 李 淳， 楊 麗 芳

（1.大連工業(yè)大學(xué) 紡織輕工學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.遼寧天維紡織研究建筑設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 沈陽 110016）

0 引 言

過濾介質(zhì)是一種用于過濾的具有較大內(nèi)表面和適當(dāng)孔隙的物質(zhì)，它能有效地捕獲和吸附固體顆粒或液體粒子，使之從混合物質(zhì)中分離出來［1］。機(jī)織過濾布是過濾介質(zhì)的一種?？讖绞菣C(jī)織過濾布生產(chǎn)和使用的重要指標(biāo)。織物的孔徑由紗線之間形成的通道和紗線間纖維的空隙組成，這種孔徑并非真實(shí)的圓形孔徑，是一種等效孔徑。現(xiàn)階段，對(duì)于多孔材料孔徑的測(cè)量技術(shù)主要有氣泡檢測(cè)法、汞壓入法、透過法、中流量孔徑法［2］?，F(xiàn)有氣泡法孔徑測(cè)試方法的缺點(diǎn)在于在測(cè)量時(shí)需要操作人員記錄氣泡冒出試樣瞬間的氣體壓力，并以此瞬間的壓力值為測(cè)量值，即最大孔徑。由于操作困難，誤差不可避免。另外以一種沸騰現(xiàn)象時(shí)的壓力值作為沸騰孔徑，而“沸騰”現(xiàn)象不能被定量地描述，每個(gè)人對(duì)“沸騰”現(xiàn)象的判斷都是不一樣的，所以必然會(huì)產(chǎn)生人為誤差。前人對(duì)機(jī)織濾布的冒泡法測(cè)試的孔徑進(jìn)行的研究中，分析了影響機(jī)織過濾布孔徑的主要因素［3］。研究認(rèn)為濾布的緊度對(duì)最大冒泡孔徑有顯著影響［4］。已有文獻(xiàn)很少有定量分析經(jīng)緯密對(duì)孔徑的影響。本文采用一種新型的冒泡孔徑測(cè)量裝置測(cè)量過濾布的孔徑，可以有效降低人為原因產(chǎn)生的測(cè)量誤差。針對(duì)一種市場(chǎng)上常用過濾布，將其經(jīng)緯密有序變化，定量地研究過濾布的經(jīng)緯紗密度變化對(duì)其孔徑影響，以期對(duì)過濾布的設(shè)計(jì)和選型有所幫助。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試 樣

以市場(chǎng)上一種常用的機(jī)織濾布（大連華隆濾布有限公司提供）為基礎(chǔ)，變化其經(jīng)緯紗密度。過濾布的工藝參數(shù)：組織，3／3 斜紋；經(jīng)紗線密度，300D×7；緯紗線密度，300 D×4；經(jīng)紗捻度，171T／m；緯紗捻度60T／m。經(jīng)緯紗均滌綸復(fù)絲。

把經(jīng)密分別設(shè)定為353、333、313、293、273、253根／dm 時(shí)，緯密設(shè)定為122根／dm；當(dāng)緯密設(shè)定為130、122、114、106、98、90根／dm 時(shí)，經(jīng)密則設(shè)定為273根／dm。這樣設(shè)計(jì)經(jīng)密和緯密的原因是，過濾布不僅要滿足過濾的性能要求而且要承受過濾時(shí)產(chǎn)生的壓力，所以織造過濾布的紗線較粗，這樣也使得織造工藝有極限要求。為了滿足過濾布的強(qiáng)度和織造工藝的要求，設(shè)計(jì)了以上實(shí)用的變化區(qū)間。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)儀器液體壓強(qiáng)是根據(jù)隨著液體深度的增加液體壓強(qiáng)在增加的原理設(shè)計(jì)的。將被測(cè)布樣與地平面垂直放置，布樣受到液體的壓強(qiáng)隨著液體深度的增加而增加，這樣就使得試樣孔隙中的壓力差隨著深度的增加而減小。假設(shè)試樣的空隙是均勻一致的，氣泡冒出試樣表面所需要的壓力差為Δp，試樣孔隙中壓力差大于Δp 的位置有氣泡冒出，而壓力小于Δp 的位置沒有氣泡冒出。點(diǎn)a表示壓力差為Δp 的位置，也就是說點(diǎn)a 位置上方全部的試樣表面都有氣泡冒出，而下方?jīng)]有氣泡，點(diǎn)a位置是測(cè)量點(diǎn)。通過調(diào)節(jié)氣體壓力可以使測(cè)量點(diǎn)a 在試樣表面上下移動(dòng)。但實(shí)際情況下，被測(cè)量的過濾布的孔徑不是均勻的，在測(cè)量點(diǎn)a以下會(huì)有零星的大于點(diǎn)a 孔徑的孔隙冒出氣泡。這一現(xiàn)象用理論曲線可以表示為圖1所示，在一定的氣體壓力下液面高度h與氣泡數(shù)n 的關(guān)系，也就是說深度越深氣泡數(shù)量越少，拐點(diǎn)a即所要求的測(cè)量點(diǎn)。

圖1 液體深度（h）與冒泡數(shù)量（n）的關(guān)系Fig.1 Relationship between liquid height（h）and bubble number（n）

實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生的氣液壓力差

根據(jù)公式［5］Δp=4γcosθ／D 得計(jì)算公式：

式中，Δp 為壓力差，pG為氣體壓 力，ρL 為液體密度，g 為重力加速度，h為液體深度，γ 為液體表面張力，θ為液體于孔壁的接觸角，D 為孔的直徑。

在過濾布樣品從上至下隨機(jī)取6個(gè)點(diǎn)，將這6點(diǎn)的平均值作為孔徑值。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

如圖2所示。將待測(cè)濾材3安放在氣體箱1與液體箱2中間的待測(cè)濾材安放區(qū)中，氣源由微型空氣壓縮機(jī)12提供，氣源進(jìn)入儲(chǔ)氣罐13得到穩(wěn)壓后，通過調(diào)節(jié)旋擰閥11控制進(jìn)入測(cè)量盒的進(jìn)氣量即測(cè)量盒中的壓力差Δp，多余氣體由放氣閥14放出。安全閥9、10對(duì)壓力表起保護(hù)作用。通過兩塊不同量程且不同精度等級(jí)的壓力表9、10讀出測(cè)量點(diǎn)的壓力差Δp。此壓差在液體箱2、氣體箱1和待測(cè)濾材3中產(chǎn)生，通過觀察窗4觀察測(cè)量點(diǎn)，并用深度刻度尺5記錄測(cè)量點(diǎn)的液體深度。用溫度計(jì)15測(cè)量試液（異丙醇）的溫度。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2 Experimental instrument

2 結(jié)果與討論

2.1 經(jīng)密與過濾布孔徑的關(guān)系

當(dāng)緯密設(shè)定為122 根／dm，經(jīng)密分別設(shè)定為353、333、313、293、273、253 根／dm 時(shí)，測(cè) 定 濾 布的孔徑見圖3。由圖3可知，過濾布的孔徑隨著經(jīng)密的變小而逐漸增大。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)密的變化和孔徑之間存在著某種函數(shù)關(guān)系。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，可以得出經(jīng)密x 與孔徑y(tǒng) 之間具有如下關(guān)系：

y=1 161.845 3-5.781 6x+0.007 8x2

x ∈［253，353］，相關(guān)系數(shù)R=0.999 5。

圖3 孔徑與經(jīng)密的關(guān)系Fig.3 Relationship between pore size and warp density

2.2 緯密與過濾布孔徑的關(guān)系

當(dāng)經(jīng)密定為273 根／dm，緯密分別設(shè)定為130、122、114、106、98、90 根／dm 時(shí)，測(cè)定濾布的孔徑見圖4。由圖4可以看出，過濾布的孔徑隨著緯密的變小而增加。同樣可以得出緯密x 與孔徑y(tǒng) 有如下關(guān)系：

y=1 374.695 1-17.637 7x+0.063 2x2

x ∈［90，130］，相關(guān)系數(shù)R=0.999 5。

圖4 孔徑與緯密的關(guān)系Fig.4 Relationship between pore size and weft density

2.3 過濾布孔徑與經(jīng)密和緯密的關(guān)系

通過經(jīng)密、緯密對(duì)過濾布孔徑的討論可以看出，經(jīng)密和緯密都在有規(guī)律地影響著孔徑的變化。孔徑y(tǒng) 與經(jīng)密x1和緯密x2有如下關(guān)系：

x1∈［253，353］，x2∈［90，130］，相關(guān)系數(shù)R=0.999 6。函數(shù)關(guān)系如圖5所示。

通過對(duì)影響過濾布孔徑的回歸方程可以看出，每改變一個(gè)單位，經(jīng)密對(duì)孔徑的影響小于緯密的影響。當(dāng)進(jìn)行特定斜紋過濾布的設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)上述結(jié)論并結(jié)合實(shí)際要求和成本預(yù)算，得出所要的經(jīng)密與緯密。

圖5 孔徑與經(jīng)密和緯密的關(guān)系Fig.5 Relationship of pore size with warp density and weft density

3 結(jié) 論

將研究結(jié)論與過濾布織造成本相結(jié)合，可以以最小成本得到預(yù)期孔徑的過濾布，使過濾布的設(shè)計(jì)有理論依據(jù)。得到的回歸方程只適合于3／3斜紋組織過濾布。因?yàn)椴煌M織、不同紗線的過濾布，其經(jīng)密、緯密對(duì)孔徑的影響不同，所以不是任意一種過濾布全都能用本研究的關(guān)系描述。后續(xù)工作需要將過濾布進(jìn)行系統(tǒng)化的研究，分別找出其工藝參數(shù)與孔徑的關(guān)系，建立數(shù)據(jù)庫，將對(duì)過濾布的設(shè)計(jì)和應(yīng)用選型帶來更大的幫助。

［1］郁銘芳，孫晉良，邢聲遠(yuǎn)，等.紡織新原料與紡織品應(yīng)用領(lǐng)域新發(fā)展［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002：178.

［2］張清，張正德，魏海榮.多孔材料過濾精度表征方法［J］.過濾與分離，2000，10（1）：33-37.

［3］毛成棟，張明光，郭昕.機(jī)織濾布鼓泡孔徑測(cè)試與分析［J］.紡織學(xué)報(bào)，2008，29（5）：39-41.

［4］張明光，徐新陽，毛成棟.機(jī)織過濾布鼓泡孔徑的研究［J］.過濾與分離，2002，12（1）：14-15.

［5］PURCHAS D B，SUTHERLAND K.Hand Book of Filter Media［M］.London：Elsevier，2002：463.