俞志強(qiáng)，秦澤恩

(昆明醋酸纖維有限公司，云南 昆明 650224)

醋酸纖維煙用絲束生產(chǎn)中，紡絲漿液經(jīng)過(guò)多級(jí)過(guò)濾后，經(jīng)齒輪泵供給紡絲區(qū)域，漿液經(jīng)過(guò)計(jì)量泵計(jì)量，燭形過(guò)濾器過(guò)濾，通過(guò)噴絲帽進(jìn)入紡絲甬道紡成醋酸纖維。燭形過(guò)濾器的作用是去除齒輪泵磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)，提高漿液質(zhì)量。漿液過(guò)濾的質(zhì)量直接影響紡絲生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

常規(guī)燭形過(guò)濾器的濾材準(zhǔn)備、裝配、沖洗操作過(guò)程繁雜，質(zhì)量不易控制。近幾年來(lái)，為防止?fàn)T形過(guò)濾器被損壞和燭形過(guò)濾器過(guò)濾失效，常使用漿液原料沖洗過(guò)濾器數(shù)小時(shí)以上，去除過(guò)濾器內(nèi)的雜質(zhì)，減少過(guò)濾器本身質(zhì)量問(wèn)題對(duì)紡絲工藝的影響。因此，尋找新型濾材及有效的過(guò)濾方法將是穩(wěn)定紡絲工藝、減少斷頭數(shù)、提高產(chǎn)品品質(zhì)的有效控制手段。

燒結(jié)金屬粉末介質(zhì)的過(guò)濾技術(shù)在化纖、食品等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。作者利用燒結(jié)金屬粉末材質(zhì)的過(guò)濾技術(shù)取代傳統(tǒng)無(wú)紡布過(guò)濾工藝，提出了改進(jìn)紡絲漿液的過(guò)濾質(zhì)量的相關(guān)措施;利用金屬剛性過(guò)濾材質(zhì)的特性，提出了漿液中柔性雜質(zhì)過(guò)濾問(wèn)題的解決方法。金屬燭形過(guò)濾器的使用可減少常規(guī)燭形過(guò)濾器的裝配過(guò)程中的繁雜操作，過(guò)濾器質(zhì)量較易控制，減少裝配成本，為紡絲高效穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

1 燭形過(guò)濾器的分析及介質(zhì)選擇

燭形過(guò)濾器的設(shè)計(jì)盡量采用常規(guī)過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)，濾芯外形尺寸保持不變，過(guò)濾流向仍保持從外向內(nèi)過(guò)濾。過(guò)濾介質(zhì)選擇的種類繁多，性能各異。過(guò)濾介質(zhì)中漿液及雜質(zhì)顆粒粒子大小及分布決定濾除雜質(zhì)粒子所需的過(guò)濾精度。濾除雜質(zhì)粒子在工作介質(zhì)中濃度越大，過(guò)濾介質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)濾除的雜質(zhì)粒子就越多，流量壓降越大，越容易堵塞流道。流阻越小越好，大的流阻會(huì)使流量降低，從而降低生產(chǎn)效率，影響系統(tǒng)的正常工作。但濾芯流阻的大小取決于濾芯本身的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的壓力、工作介質(zhì)、工作溫度等。對(duì)于二醋片漿液的過(guò)濾介質(zhì)要求有優(yōu)良的過(guò)濾特性，良好物理機(jī)械性能，耐丙酮，化學(xué)穩(wěn)定性好，清洗再生方便。從表1 可知，使用燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾性能較為理想。

表1 無(wú)紡濾布與燒結(jié)金屬粉末濾芯的性能比較Tab.1 Performance comparison between nonwoven fabric filter cloth and sintered metal powder filter core

針對(duì)紡絲漿液的特點(diǎn)，燭形過(guò)濾器的作用主要是去除齒輪泵輸送過(guò)程中磨損產(chǎn)生的金屬剛性雜質(zhì)，選擇過(guò)濾介質(zhì)時(shí)主要是對(duì)固體顆粒的捕集能力和打碎漿液高分子溶液無(wú)規(guī)則長(zhǎng)線團(tuán)、大分子纏結(jié)基團(tuán)，其中捕集能力反映截留的最小顆粒尺寸。固液分離的燭形過(guò)濾器設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足紡絲生產(chǎn)產(chǎn)量的過(guò)濾流量，且使用壽命長(zhǎng)，不能經(jīng)常更換。無(wú)紡織布孔徑變化較大，不易控制，材質(zhì)柔軟。因此，在醋酸纖維的生產(chǎn)中，應(yīng)選擇剛性的金屬粉末介質(zhì)作為過(guò)濾材料。

2 燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器

2.1 燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器濾芯的特點(diǎn)

燒結(jié)金屬粉末濾芯是通過(guò)把不銹鋼金屬粉末壓制成多孔管狀，然后高溫?zé)Y(jié)制成。粉末、壓制和燒結(jié)操作等綜合因素決定了孔徑的尺寸和分布、多孔組件的強(qiáng)度和滲透性。燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾芯的結(jié)構(gòu)如1 所示。此種過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度大、斷裂韌性好、耐高溫高壓、抗沖擊、耐腐蝕、易清潔、可全焊接組裝和工作壽命長(zhǎng)等［1］。

圖1 燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器濾芯表面的電鏡照片F(xiàn)ig.1 SEM image of candle filter core surface of sintered metal powder

利用燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾材質(zhì)剛性好的特性，顆粒間的間隙固定，能很好地控制過(guò)濾精度，從漿液中分離出固定尺寸以上的雜質(zhì)，為改變過(guò)濾工藝提供了可行性，能提高過(guò)濾效能。醋酸纖維紡絲工藝中使用燒結(jié)金屬粉末材質(zhì)，漿液中的小顆粒物被截留在過(guò)濾層表面，形成多級(jí)過(guò)濾層，延長(zhǎng)了過(guò)濾材料使用壽命，提高了過(guò)濾材料納污容量，提高紡絲漿液過(guò)濾質(zhì)量，且較易控制，為高效可靠操作創(chuàng)造了工藝條件。

2.2 燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)

燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器由濾芯、外殼、固定螺栓、進(jìn)口底座、基座板、出口壓蓋等構(gòu)成，見(jiàn)圖2。濾芯外層為圓柱形單層316L 不銹鋼材質(zhì)燒結(jié)金屬粉末濾層，濾芯下面有濾芯螺母，濾芯螺母連接316 L 不銹鋼進(jìn)口底座，濾芯上端連接316L 不銹鋼出口壓蓋，濾芯與進(jìn)口底座和出口壓蓋連接處有耐丙酮材質(zhì)的密封圈。

圖2 燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of candle filter of sintered metal powder

2.3 燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器的使用效果

對(duì)使用無(wú)紡濾布與燒結(jié)金屬粉末濾芯過(guò)濾后的漿液取樣，使用MS2000 檢測(cè)漿液過(guò)濾后的顆粒分布情況，如圖3 所示。

圖3 2 種濾芯過(guò)濾后的漿液顆粒分布Fig.3 Slurry particle distribution after filtering with two kinds of filter cores

由圖3 可看出，兩種漿液過(guò)濾后的顆粒分布基本相同，所有顆粒均小于1.6 μm，說(shuō)明所選擇的燒結(jié)金屬粉末濾芯的規(guī)格能滿足常規(guī)無(wú)紡布濾芯要求，兩種過(guò)濾芯均能達(dá)到紡絲生產(chǎn)使用要求。在試驗(yàn)過(guò)程中，也嘗試使用過(guò)濾精度更高的金屬濾芯，但由于過(guò)濾阻力增加，計(jì)量泵負(fù)載加大，甚至出現(xiàn)泵出現(xiàn)異響或泵保護(hù)鍵斷裂的情況。因此，脫離實(shí)際工藝狀況，而一味地提高過(guò)濾精度沒(méi)有實(shí)際意義。

使用4 只燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器進(jìn)行了1年的運(yùn)行試驗(yàn)，從其運(yùn)行表現(xiàn)可看出，斷頭平均數(shù)均好于常規(guī)過(guò)濾器的斷頭數(shù)，但并沒(méi)有表現(xiàn)出非常明顯的優(yōu)勢(shì)。分析發(fā)現(xiàn)斷頭集中發(fā)生在紡絲甬道的下部，當(dāng)能控制好過(guò)濾器正常運(yùn)行狀態(tài)后，影響出現(xiàn)斷頭的因素不是過(guò)濾器本身，而是紡絲機(jī)的其他因素導(dǎo)致斷頭的產(chǎn)生。因此，使用總斷頭數(shù)來(lái)評(píng)估過(guò)濾器的質(zhì)量不合理。常規(guī)過(guò)濾器的主要問(wèn)題是集中出現(xiàn)在使用初期，金屬芯過(guò)濾器投用初期表現(xiàn)較好，因此選擇使用金屬芯過(guò)濾器。

在實(shí)際生產(chǎn)中，在二醋片漿液過(guò)濾中要截留和去除微小凝膠類柔性顆粒雜質(zhì)是過(guò)濾工藝中的難題。采用燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器，利用其濾層結(jié)構(gòu)均勻，微孔具有剛性且孔徑易于控制的特性，使用濾層結(jié)構(gòu)中的彎曲的孔隙孔道可將漿液高分子溶液無(wú)規(guī)則大分子長(zhǎng)線團(tuán)打碎成微小顆粒，使二醋片漿液中的顆粒分布均勻，促使?jié){液中的顆粒能順利通過(guò)噴絲小孔，紡成纖維。如果能開(kāi)展不同種類原料醋片進(jìn)行可紡性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證金屬粉末燭形過(guò)濾器過(guò)濾漿液中凝膠粒子的效果，可能會(huì)降低醋片原料的使用要求，這可擴(kuò)大醋片原料種類供應(yīng)來(lái)源，降低原料成本。燒結(jié)金屬粉末燭形過(guò)濾器能滿足5 MPa 高壓環(huán)境，拆卸方便，濾芯孔形穩(wěn)定，分布均勻，保證過(guò)濾性能的穩(wěn)定性，能解決常規(guī)燭形過(guò)濾器材質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性中存在的多種缺陷，更好地滿足紡絲工藝生產(chǎn)中的使用要求，濾芯可重復(fù)清洗后再次使用，反復(fù)清洗后過(guò)濾性能保持不變［2］。

3 結(jié)論

a.在醋酸纖維紡絲工藝中，使用燒結(jié)金屬粉末材質(zhì)的過(guò)濾技術(shù)取代傳統(tǒng)無(wú)紡布過(guò)濾工藝在實(shí)際運(yùn)用中驗(yàn)證該方法可行，該濾芯過(guò)濾性能可靠，在線使用時(shí)間能滿足紡絲區(qū)域的過(guò)濾工藝需求，可穩(wěn)定紡絲漿液的過(guò)濾質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，可減少常規(guī)燭形過(guò)濾器的裝配過(guò)程中的繁雜操作，其過(guò)濾器質(zhì)量較易控制，并能減少裝配成本，為紡絲高效穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件。

b.利用金屬燭形過(guò)濾器剛性過(guò)濾材質(zhì)的特性，可使剛性結(jié)構(gòu)濾層具有深層過(guò)濾功能，可將漿液中柔性雜質(zhì)打碎成微小顆粒，使?jié){液中的醋片顆粒分布均勻，減小柔性雜質(zhì)對(duì)紡絲的影響，不但發(fā)揮了使用燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾技術(shù)的潛力，還為將來(lái)使用多種類醋片原料的紡絲提供可行性的探索方向。

［1］Rubow K L，Stage L，Huang B.應(yīng)用燒結(jié)金屬過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾技術(shù)進(jìn)展［J］.產(chǎn)業(yè)用紡絲品，2005，23(9):23－29.

［2］俞志強(qiáng).一種醋酸纖維紡絲不銹鋼燭形過(guò)濾器:中國(guó)，201220368469.7［P］.2013－01－23