一种滤料
阅读说明：本技术 一种滤料 (Filter material ) 是由 费传军 张振 郭晓蓓 徐涛 匡新波 尹奕玲 吴涛 于 2021-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种滤料。所述滤料至少由三层组成,其中上下层由耐高温机织布或非织造布组成,中间层为过滤层,所述的过滤层由96％～99％玻璃微纤维和1％～4％耐高温异形合成纤维复合而成,上下层与中间层通过耐高温胶经热压复合而成。本发明滤料可在150℃液压油温度下长期稳定地使用,具有优异的耐高温性能。其过滤比β-((5μm))不小于75,适用于车辆、飞机等领域的液压系统中。(The invention discloses a filter material. The filter material is composed of at least three layers, wherein the upper layer and the lower layer are composed of high temperature resistant woven fabric or non-woven fabric, the middle layer is a filter layer, the filter layer is formed by compounding 96% -99% of glass microfiber and 1% -4% of high temperature resistant profiled synthetic fiber, and the upper layer and the lower layer are compounded with the middle layer through high temperature resistant glue through hot pressing. The filter material can be stably used for a long time at the temperature of 150 ℃ hydraulic oil, and has excellent high-temperature resistance. Filtration ratio beta thereof (5μm) Not less than 75 percent, and is applicable to hydraulic systems in the fields of vehicles, airplanes and the like.)
技术领域
本发明属于过滤材料领域，涉及一种滤料，具体涉及一种耐高温的液压油用滤纸及其制备方法。
背景技术
液压油过滤是液体过滤的一种，其清洁度对液压系统的稳定性关系重大。液压油的清洁是液压传动系统正常运转的重要保证。用于过滤液压油的介质材料通常为玻璃纤维纸，以实现高精度、低阻力及长寿命的目标。过滤精度通常使用一定粒径颗粒污染物的β比(过滤系统上游污染物浓度除以下游污染物浓度)来表示，β比越大，过滤效果越好。液压油过滤过程中，β比的稳定或者上升意味着下游重要部件能够得到有效的保护。由于液压油过滤器使用过程中，玻璃纤维(特别是玻璃微纤维)受到油液的拖曳力可能会脱落下来，出现“掉毛”现象，容易对已经过滤的油液造成二次污染，而且过滤纸纤维结构的逐步破环也会影响过滤器的过滤精度和使用寿命，使得过滤过程中β比不断下降。通常用纺粘无纺布在玻璃纤维纸出流面或两侧以增加其强度。纺粘无纺布通常是由PE、PP、PET等材料制备而成，其耐温一般不超过150℃，而部分液压系统工作频繁，经常温度会达到150℃，甚至180℃以上，且会受到压力脉冲的影响，因此普通的玻璃纤维纸无法满足要求，而金属纤维网组成的过滤材料，通常过滤精度达不到要求，且纳污能力较弱，使用寿命短。
CN109183279A公开了一种用于与聚四氟乙烯薄膜复合的无纺布及其制备方法和形成的聚四氟乙烯复合材料。该无纺布包括正面和反面，其正面和反面均由熔融温度为120-300℃的热塑性树脂制成，且用于制备正面的热塑性树脂综合熔融温度高于用于制备反面的热塑性树脂综合熔融温度。此方法由于聚四氟乙烯薄膜的存在，虽然过滤精度高，但纳污能力弱。
CN100485123C公开了一种以玄武岩纤维、芳纶纤维及聚苯硫醚纤维湿法制成的纤维纸。该合成纤维纸具有力学性能佳、耐高温性能好、耐酸耐碱、抗紫外线性能强、吸湿性低、更好的耐环境性能，此外，还有绝缘性能好、高温过滤性佳、抗辐射、良好的透波性能等优点。但该方法制备出的过滤纸过滤精度较低。
发明内容
本发明提供一种滤料，所述滤料至少由三层组成，其中，上下层由耐高温机织布或非织造布组成，中间层为过滤层，所述的过滤层由96％～99％玻璃微纤维和1％～4％耐高温异形合成纤维复合而成，上下层与中间层通过耐高温胶经热压复合而成。
本发明中，所述的耐高温为耐150℃以上的温度。
本发明所述的上下层可以采用同种材质的材料，也可以采用不同材质的材料。上下层主要起两方面作用：一是起支撑作用，保护中间的玻璃微纤维层；二是有利于流体的均匀分布和起到初滤的作用。
本发明所述的耐高温机织布或非织造布的材质为本领域常见的具有耐150℃以上的高温特性的合成纤维材质，包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、芳纶、芳砜纶(PSA)、聚苯硫醚(PPS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或一种以上。本发明对所述的耐高温机织布的原组织无特别限定，采用平纹、斜纹或缎纹均可。
本发明所述的非织造布采用本领域常见的方法制备，例如可以采用针刺法、纺粘法、水刺法制备而成。
本发明所述的上下层的克重为10～50g/m2。
本发明所述的中间层的克重为60～100g/m2。
本发明所述的滤纸的克重为80～200g/m2。
本发明所述的耐高温异形合成纤维为本领域常见的具有耐150℃以上的高温特性的异形合成纤维，所述的耐高温异形合成纤维包括但不限于三叶型聚酰亚胺(PI)纤维、椭圆型聚酰亚胺(PI)纤维、腰型聚酰亚胺(PI)纤维、三叶型聚苯硫醚(PPS)纤维、椭圆型聚苯硫醚(PPS)纤维、腰型聚苯硫醚(PPS)纤维中的一种或一种以上。
本发明所述的耐高温异形合成纤维的长度为0.5～5mm，细度为0.5-3旦。
本发明所述的玻璃微纤维的长度0.5～5mm，叩解度为44～59°SCR。
本发明所述的耐高温胶为本领域常见的具有耐150℃以上的高温特性的粘结胶，可以是有机硅胶、聚氨酯树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂。
本发明所述的滤料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，中间层的制备：将耐高温异形合成纤维与分散剂在具有超声功能的打浆罐中进行打浆；玻璃微纤维在硫酸溶液中打浆，将打浆后的两种纤维输送至混浆罐，两种纤维混合均匀后上网成形，经烘干后收卷成型，生产线速度为20～100m/min；
步骤2，滤纸的合成：上下层与中间层经热压复合，形成液压油用滤纸。
本发明所述的滤料的制备方法，步骤1中，由于合成纤维与极性水分子之间的亲和力低、纤维与纤维间的排斥小，导致纤维易絮聚，因此需要加入分散剂进行分散。采用的分散剂可以是甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、羟乙基纤维素(HEC)、聚氧化乙烯(PEO)和聚丙烯酰胺(PAM)。分散剂的添加量为耐高温异形合成纤维的0.2～2％，优选为0.3～0.6％。在超声波的环境中更有利于合成纤维的分散，打浆采用具有超声作用的水力碎浆机。耐高温异形合成纤维打浆的超声功率200～1000W，频率10～60kHz；打浆时间15～30min；打浆浓度0.1～5％。
本发明所述的滤料的制备方法，步骤1中，玻璃微纤维在pH值为1～4的硫酸溶液中打浆，优选pH值为2～3.5。打浆采用高频疏解机，主要原因是高频疏解机动静盘间有适当的间隙，纤维仅作单纯的分散，不损伤纤维。打浆时间15～30min；打浆浓度0.1～5％。
本发明所述的滤料的制备方法，步骤1中，中间层采用超低浓斜网成型技术，上网浓度为0.1‰～5‰，优选为0.3‰～0.6‰。
本发明所述的滤料的制备方法，步骤2中，上下层与中间层复合时采用喷胶或淋胶方式，优选喷胶方式，可以使滤纸表面产生网状的粘结剂层，极大降低因粘结剂而造成的透气损失率；胶液的浓度控制在1～10％，优选3～7％。
本发明所述的滤料的制备方法，步骤2中，复合压力为0.05～0.4MPa，速度为5～50m/min。
液压油用滤纸的过滤机理主要有两个方面，一是拦截，二是吸附。拦截是指油液中的固体颗粒直接被拦截在滤纸表面或滤纸内部孔隙通道的缩颈处；吸附主要是指固体颗粒受纤维表面力的作用被吸附在滤纸的纤维表面。
过滤的初始阶段，滤纸还没有截留污染物，过滤阻力是油液流经滤纸产生，这时的压差称之为初始压差。随着污染物的注入，污染物颗粒不断地被截留在滤纸的表面和内部，造成滤纸内部的孔隙结构变化，并逐步在滤纸表面形成滤饼，进而造成压差的增大。滤纸的透气度和压差成反比，根据达西定律，透气度越低，滤纸的压差越大。滤纸到达极限压差或终止压差时，其使用寿命终止，此时需要更换滤纸。
评价滤纸的性能主要有绝对过滤精度、过滤效率(过滤比)、纳污容量。能够通过过滤器的最大球形颗粒的直径定义为绝对过滤精度，单位用μm来表示。过滤比(β)是指过滤材料上游油液单位体积中大于某尺寸x(μm)的污染物颗粒数Nux与下游油液单位体积中大于同一尺寸的污染物颗粒数Ndx的比值。纳污容量是指过滤材料在达到其极限压力值或终止寿命时，单位面积的过滤材料所能容纳粉尘颗粒物的重量，以g/m2表示。
纯玻璃纤维滤纸过滤精度高，但由于其脆性大。本发明在玻璃微纤维中加入异形合成纤维。异形纤维比表面积大，从过滤机理上来讲，可以增加拦截能力的同时增加吸附能力。同时由于异形合成纤维的存在，可以提高其纳污能力及疲劳性能，提高其使用寿命。此外，由于本发明中采用的合成纤维的耐温性能较高，可以保证其150℃高温使用性能。另外，由于合成纤维的比重小于玻璃纤维，在斜网成型时会造成本发明中的中间层滤纸合成纤维的梯度分布，即从上至下，合成纤维的占比越来越低，可以产生从精到细的梯度过滤。
综上，本发明过滤纸可在150℃液压油温度下长期稳定地使用，具有优异的耐高温性能。其过滤比β(5μm)不小于75，可用于车辆、飞机等领域的液压系统中。
附图说明
图1为本发明的滤料的结构示意图，其中1、5为耐高温机织布或非织造布，2、4为耐高温胶，3为中间层。
图2为PPS三叶形纤维的形貌图。
图3为PI三叶形纤维的形貌图。
图4为PPS圆形纤维的形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1
中间层的制备：将细度为0.5旦，长度为0.5mm的三叶形PI纤维在浓度0.3％的甲基纤维素(MC)的水溶液中在具有超声功能水力碎浆机进行打浆，打浆时转速2000转/分，超声功率200W，频率10kHz；打浆时间30min。
在pH值为2.5的硫酸溶液中放入叩解度为59°SCR玻璃微纤维在高频疏解机打浆，转速2000转/分，打浆时间15min；打浆浓度0.1％。
将打浆后的两种纤维输送至混浆罐，两种纤维混合均匀后加水将浆浓度调整至0.3‰输送至斜网成形，经烘干后收卷成型，生产线速度为100m/min，产品克重为60g/m2。
滤料的合成：采用上下层均15g/m2PET纺粘无纺布与中间层采用丙烯酸树脂胶通过喷胶后经热压复合，胶液的浓度3％，复合压力为0.05MPa，速度50m/min。最终形成液压油用滤料的克重为90g/m2。
中间层的PI纤维与玻璃微纤维的配比如表1所示。
表1PI纤维与玻璃微纤维的配比
样品号
PI纤维含量(％)
玻璃微纤维含量(％)
P-1
20
80
P-2
15
85
P-3
10
90
P-4
5
95
P-5
2
98
制备出的滤料性能如表2所示。
表2滤料性能
实施例2
中间层的制备：将细度为1.5旦，长度为5mm的椭圆型PPS纤维在浓度0.6％的聚氧化乙烯(PEO)的水溶液中在具有超声功能水力碎浆机进行打浆，打浆时转速1400转/分，超声功率500W，频率50kHz；打浆时间30min。
在pH值为3.5的硫酸溶液中放入叩解度为54°SCR玻璃微纤维在高频疏解机打浆，转速1400转/分，打浆时间30min；打浆浓度0.5％。
将打浆后的两种纤维输送至混浆罐，两种纤维混合均匀后加水将浆浓度调整至0.6‰输送至斜网成形，经烘干后收卷成型，生产线速度为20m/min，产品克重为100g/m2。
滤料的合成：采用上下层均50g/m2PET纺粘无纺布与中间层采用酚醛树脂胶通过淋胶后经热压复合，复合压力为0.4MPa，速度5m/min。最终形成液压油用滤料的克重为200g/m2。
PPS纤维与玻璃微纤维的配比如表3所示。
表3PPS纤维与玻璃微纤维的配比
样品号
PPS纤维含量(％)
玻璃微纤维含量(％)
PPS-1
20
80
PPS-2
15
85
PPS-3
10
90
PPS-4
5
95
PPS-5
4
98
制备出的复合滤料性能如表4所示。
表4复合滤料性能
实施例3
中间层的制备：将细度为3旦，长度为2mm的腰型芳纶纤维在浓度0.1％的聚丙烯酰胺(PAM)的水溶液中在具有超声功能水力碎浆机进行打浆，打浆时转速900转/分，超声功率300W，频率30kHz；打浆时间20min。
在pH值为4的硫酸溶液中放入叩解度为49°SCR玻璃微纤维在高频疏解机打浆，转速900转/分，打浆时间20min；打浆浓度0.1％。
将打浆后的两种纤维输送至混浆罐，两种纤维混合均匀后加水将浆浓度调整至0.1‰输送至斜网成形，经烘干后收卷成型，生产线速度为50m/min，产品克重为80g/m2。
滤料的合成：采用上下层均30g/m2PET纺粘无纺布与中间层采用聚氨酯树脂胶通过淋胶后经热压复合，复合压力为0.2MPa，速度10m/min。最终形成液压油用滤料的克重为140g/m2。
表5芳纶纤维与玻璃微纤维的配比
样品号
芳纶纤维含量(％)
玻璃微纤维含量(％)
F-1
20
80
F-2
15
85
F-3
10
90
F-4
5
95
F-5
1
98
制备出的复合滤料性能如表6所示。
表6复合滤料性能
样品号
绝对过滤精度(μm)
β值(5μm)
阻力(Pa)
纳污能力(g/m<sup>2</sup>)
F-1
4.97
3.01
185
198
F-2
4.74
6.34
243
176
F-3
4.04
17.32
261
156
F-4
3.79
70.58
291
135
F-5
3.66
236.2
343
127
实施例4
中间层的制备：将细度为2.2旦，长度为3mm的三叶型聚苯硫醚(PPS)在浓度5％的羧甲基纤维素钠(CMC-Na)的水溶液中在具有超声功能水力碎浆机进行打浆，打浆时转速1800转/分，超声功率400W，频率40kHz；打浆时间25min。
在pH值为1的硫酸溶液中放入叩解度为44°SCR玻璃微纤维在高频疏解机打浆，转速1800转/分，打浆时间25min；打浆浓度5％。
将打浆后的两种纤维输送至混浆罐，两种纤维混合均匀后加水将浆浓度调整至5‰输送至斜网成形，经烘干后收卷成型，生产线速度为90m/min，产品克重为70g/m2。
滤料的合成：采用上下层均35g/m2PET纺粘无纺布与中间层采用聚氨酯树脂胶通过淋胶后经热压复合，复合压力为0.3MPa，速度20m/min。最终形成液压油用滤料的克重为140g/m2。
表7三叶型聚苯硫醚纤维与玻璃微纤维的配比
样品号
三叶型聚苯硫醚纤维含量(％)
玻璃微纤维含量(％)
PY-1
20
80
PY-2
15
85
PY-3
10
90
PY-4
5
95
PY-5
1.5
98
制备出的复合滤料性能如表8所示。
表8复合滤料性能
样品号
绝对过滤精度(μm)
β值(5μm)
阻力(Pa)
纳污能力(g/m<sup>2</sup>)
PY-1
4.46
3.51
183
213
PY-2
4.24
6.23
241
193
PY-3
4.04
16.82
253
178
PY-4
3.77
73.04
267
152
PY-5
3.06
245.6
326
139
对比例1
中间层的制备：分别将细度为0.5旦，长度为0.5mm的三叶形PI纤维和圆形PI纤维在浓度0.3％的甲基纤维素(MC)的水溶液中在具有超声功能水力碎浆机进行打浆，打浆时转速2000转/分，超声功率200W，频率10kHz；打浆时间30min。
在pH值为2.5的硫酸溶液中放入叩解度为59°SCR玻璃微纤维在高频疏解机打浆，转速2000转/分，打浆时间15min；打浆浓度0.1％。
将打浆后的三叶形PI纤维和圆形PI纤维分别与打浆后的玻璃微纤维输送至混浆罐，两种纤维混合均匀后加水将浆浓度调整至0.3‰输送至斜网成形，经烘干后收卷成型，生产线速度为100m/min，产品克重为60g/m2。
滤料的合成：采用上下层均15g/m2PET纺粘无纺布与中间层采用丙烯酸树脂胶通过喷胶后经热压复合，胶液的浓度3％，复合压力为0.05MPa，速度50m/min。最终形成液压油用滤料的克重为90g/m2。两种PI纤维与玻璃微纤维的配比如表9和10所示。
表9三叶形PI纤维与玻璃微纤维的配比
表10圆形PI纤维与玻璃微纤维的配比
样品号
圆形PI纤维含量(％)
玻璃微纤维含量(％)
PG-1
20
80
PG-2
15
85
PG-3
10
90
PG-4
5
95
PG-5
2
98
制备出的复合滤料性能如表11所示。
表11复合滤料性能
样品号
β值(5μm)
阻力(Pa)
纳污能力(g/m<sup>2</sup>)
P-1
2.15
170
195
PG-1
1.52
187
185
P-2
5.46
197
168
PG-2
3.19
201
157
P-3
13
215
147
PG-3
12.13
239
132
P-4
66
275
128
PG-4
52.63
285
119
P-5
142
288
116
PG-5
75.54
304
104
从表11可以看出，添加异形合成纤维的过滤材料性能优于添加圆形纤维的过滤材料。
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