非织造布过滤材料作为一种新型的纺织过滤材料, 以其独特的三维立体网状结构、优良的过滤性能、高产量、低成本、易与其它过滤材料复合且易在生产在线进行打裥、折叠、模压成形等深加工处理的优点, 逐步取代了传统的机织和针织过滤材料而在各行各业得到了广泛应用。非织造布的各种加工技术, 如湿法、化学粘合法、针刺法、纺粘法、热粘合及熔喷法等都适用于过滤材料的生产, 而在非织造布的最终用途市场中, 过滤材料的增长最快。汽车工业是非织造布过滤材料应用的一个重要领域。汽车工业的高速发展促进了非织造布过滤材料生产技术水平、产品性能及质量的提高, 给非织造布过滤材料带来了巨大的应用市场。目前, 非织造布过滤材料在汽车工业中已占有较大的市场份额。据统计, 全世界非织造布每年用于汽车工业的数量近1 亿m2, 约15 万t, 其中非织造布过滤材料约占21.84% , 即汽车工业每年对非织造布过滤材料的应用量为2000 多万m2, 约3 万t 左右。据预测, 到2010 年左右, 非织造布过滤材料在汽车工业中的应用将超过1 亿m2, 达到10 万t 以上。
1非织造布过滤材料在汽车工业中的应用举例
非织造布过滤材料既可应用于汽车的内部构造, 又可应用于汽车生产加工过程之中。汽车工业中应用的非织造过滤材料主要有车箱用空气过滤器、熔喷非织造布滤芯、汽车发动机过滤介质、汽车油漆过滤袋、非织造布复合过滤袋、空调用热熔非织造布滤网、滤清器用针刺过滤毡、面漆生产线用针刺非织造布过滤毡、浸渍粘合法除砂过滤布、喷漆房用层压复合非织造过滤材料、汽车尾气排放针刺过滤毡或熔喷非织造布等等。目前, 应用于汽车工业的非织造布过滤材料中空气过滤器和滤芯的用量最大, 约占总应用量的65% ~ 70% 左右; 其次是过滤袋、过滤布和各种过滤器, 约占应用总量的20% ~ 25% 左右; 其余是用于汽车生产加工过程中的滤膜和其他各种复合滤料等。下面简要介绍 4 种汽车工业用非织造布过滤材料。
1.1 汽车用空气过滤器
汽车车箱内存在着各种对人体有害的微细粒子、烟尘、细菌、霉菌和粉尘等( 见表1) 。在汽车车箱中安装非织造布空气过滤器, 可以有效地排除各种有害气体, 净化车内空气, 确保车箱内部的安全舒适。世界上发达国家已将非织造布空气过滤器作为汽车的一种必备装置, 列入汽车设计标准中。在欧洲和日本的新型汽车中, 为了提高汽车的性价比, 非织造布空气过滤器已作为一种标准装置, 并成为消费者选购汽车的一项重要条件。用非织造布做成的空气过滤器具有滤清效率高, 阻力低、储灰量高、耐油、耐碱并能水洗等优点。表2 给出了一种空气过滤器用非织造布的技术指标。
非织造布空气过滤器的生产厂家主要是国际上一些较大的非织造布制造商。如美国的3M 公司、日本的尼坡迪索公司和韦可公司以及英国的BBA 公司都为通用汽车公司、丰田汽车公司及马茨达、贝尔和菲亚特汽车配套生产非织造布空气过滤器, 而且不断开发研究, 推出新产品。3M 公司最近与日本可乐丽化学公司联合开发出新型汽车用空气过滤器, 它是采用两层聚丙烯非织造布中间夹一层活性碳薄片结构, 并用多种重金属催化剂固着在活性碳内许多不同直径的微孔表面, 能吸收各种有害化学物质。这种新型过滤器与价格相当的其他净化材料相比有效寿命超出1 年。目前, 我国空气过滤器用非织造布材料主要依靠进口, 国内也有少量生产, 但生产能力低, 产品的质量、性能及技术水平与世界先进水平相比, 还有一定的差距。
1.2 熔喷非织造布过滤芯
在汽车生产过程中, 转向器和转向泵是非常重要的零部件。为了保证产品质量, 每一个转向装置在出厂前, 都要经过专门的检测生产线进行严格的质量检测, 模拟测试其动平衡、扭矩和剪切力等, 在检测线上要使用非织造布过滤芯。熔喷法是将聚合物在熔融状态下高压喷出, 以极细的不规则排布的纤维状沉积在凝网帘带或滚筒上形成纤维网, 并借助自身的熔融粘合形成非织造布。熔喷法非织造布通过调整工艺参数, 可以生产出不同布面效果和内在品质的产品, 可以使纤维细度达到0.5~ 5m, 制成的非织造布具有良好的覆盖性。因熔喷法非织造布纤维排列无规则, 定向性好, 故其特别适合做超细过滤芯。
非织造布过滤芯的生产工艺流程为: 熔喷非织造布检测-芯盖冲压-芯管打孔- 剪网和裁布- 芯盖和芯管喷涂印字-折布和折网一-全部件组合-卷边封口-密封性检测-其它性能检测-成品包装。
目前国内应用的高档过滤芯主要依靠进口。进口非织造布过滤芯内部纤维孔径小, 空隙多且分布均匀, 纤维比表面积大, 吸附能力强, 过滤阻力小, 过滤精度和过滤效率都较高, 但成本也较高。日本尼坡迪索公司生产的高技术复合过滤芯, 采用一种超精细纤维( 0.5~ 1.5um) 熔喷非织造布, 以3 层复合构成, 这样就在滤芯内部形成了理想的纤维曲径式系统。其双外层过滤介质由1.0~ 1.5um 细旦纤维熔喷非织造布组成, 内层过滤介质则由 0.5~ 1.0um 超精细纤维熔喷非织造布组成, 双外层起初效过滤作用, 内层起高效过滤作用, 双外层与内层之间形成中效过滤空间。国产过滤芯过滤精度不够, 过滤效率低, 成本也低。国产过滤芯采用传统滤纸作为过滤介质, 滤纸所用的材料是棉纤维或涤纶短纤维, 通过气流成网方法采用浸渍工艺制成, 其纤维细度一般都在1.5~ 2.5dtex, 过滤介质内部空隙少, 纤维之间孔径大, 故过滤精度不够, 过滤效率低。国内外过滤芯性能对比见表3。
1.3 汽车发动机过滤介质
传统的汽车发动机过滤介质均为纸介质, 纸介质过滤精度差、效率低、过滤阻力大、使用寿命短。非织造布复合过滤介质是多层三维立体网状结构, 纤维间孔隙小且分布均匀, 过滤阻力小, 过滤效率高, 比表面积大, 吸附能力强, 容量大, 使用寿命长, 所以具有很强的生命力, 已被普遍采用。
目前应用的汽车发动机过滤介质为复合非织造布滤料, 一般为3 层复合, 3 层之间构成初、中、高效过滤作用。如日本产的一种涤腈混合针刺复合非织造布过滤介质, 产品为3 层复合结构, 第一层为3dx54mm 涤腈初效滤网, 定量为80~ 120g/m2,厚度为0.8~ 1.5mm; 第二层为1.5d x38mm 涤纶中效滤网, 定量为50~ 80g/m2, 厚度为0.5~ 1.0mm;第三层为尼龙机织底布。前两层滤网先通过针刺复
合, 然后再与尼龙底布通过热压或热熔复合做成成品。国产发动机过滤介质在过滤性能和过滤精度方面已基本能达到进口产品的性能水平, 完全可以替代传统的纸介质。表4 为各种产品性能比较。
1.4 汽车用油漆过滤袋
油漆是各种器械工业产品外表装饰及防护的主要喷涂材料, 油漆生产厂把油漆分为普通民用油漆和工业用精加工油漆两大类。普通民用油漆颗粒较粗, 粒径约在60um 左右, 属于粗加工, 如各种磁漆、底漆等; 工业用精加工油漆颗粒较细, 要求较高, 主要用在飞机、汽车、精密仪器及军事领域等, 其产品档次根据颗粒细度可分为细度≤20um、≤10um、≤5um、≤ 2~ 3um4 种。汽车外壳用喷涂油漆的粒径在15um 以下, 有的甚至小于5um, 油漆的粒径与性能及过滤后杂质的含量直接影响汽车外观与质量, 因此汽车用油漆过滤袋的质量和使用效果很关键。
汽车油漆生产线所采用的过滤系统是根据高压液体过滤原理制成的。经配料、研磨、兑稀( 加干料、稀料、色相等) 等工序加工后的油漆含杂质很多, 需经输送管道进入过滤装置进行过滤。装置有一个环口型过滤袋, 油漆从内向外经滤袋后, 油漆中的固体杂质会阻留并粘附在过滤袋内层。非织造布油漆过滤袋是油漆过滤系统的主要环节, 它要求过滤袋具有一定的强度, 且必须能允许很大流量的漆液通过, 经过过滤袋后要能滤除粒径为15um 以上的固体杂质。
生产油漆过滤袋的材料主要是针刺非织造布材料。针刺非织造布过滤材料是三维结构, 空隙小、分布均匀, 总孔隙率达70% ~ 80%, 比机织二维结构过滤材料的总孔隙率30%~ 40%大1 倍, 在进行过滤时能对首批靠近的尘粒有强烈的截留和阻筛作用, 既能快速形成尘层, 以便进一步截留下一批尘粒, 又能抑制粉尘粒子的深层渗透, 避免降低效率, 所以它的滤尘效率是普通机织布的两倍。针刺非织造布过滤袋加工方便, 过滤强度各方面性能较好, 但阻挡能力不够, 且有脱毛现象。因此在生产时通常采用针刺非织造布复合机织布或热轧布的方法, 复合以后强力大大提高, 阻挡杂质的能力有很大改善, 且有效减少了脱毛现象。表5 为各种产品性能比较。
2 结语
汽车工业的高速发展, 给非织造布过滤材料营造了一个巨大的应用市场。目前我国汽车用非织造过滤材料生产技术水平与世界先进水平相比还有较大差距, 国家每年都要进口大量汽车工业用过滤材料, 现有国内过滤材料的生产能力还较低, 专业化过滤材料生产企业较少, 产品的质量、性能及技术水平也较低, 竞争力较差。为了适应我国汽车工业快速发展的需要, 汽车用非织造布过滤材料的开发和研究要以汽车工业的发展为导向, 跨行业进行技术合作, 借鉴国外的先进技术与设备, 研制开发国产设备, 同时应用现有的新型材料, 逐步提高生产技术水平和产品档次, 实现汽车工业用非织造布过滤材料的国产化。
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