新型纺织材料-过滤与 智能材料

2.惯性效应
若粒子质量较大，当沿气流经纤维层而被截住的机理 称为惯性效应，因惯性而起的捕集效率为：
由上式可以看出，惯性碰撞效果正比于尘粒大小、尘 粒密度、气流流速，反比于纤维直径。
3.影响过滤效率的因素
纤维直径小：筛分、惯性、驻留、扩散、静电增强， 重力沉降无影响。 纤维间微孔小：筛分、惯性、驻留、扩散、静电增强， 重力沉降无影响。 过滤速度小：筛分、驻留、静电无影响；重力、惯性 作用减少；扩散增加。 粉尘粒径大：重力沉降、筛分、惯性、驻留增加；扩 散、静电作用减少。 粉尘比重大：重力沉降、惯性增加；筛分、驻留无影 响；扩散、静电减少。
3.尼龙
滤渣的剥离性能优良，主要用途有选矿、精炼化工厂 的三废、工厂废水和城市上下水处理、集尘等。
4.维纶
维纶在湿润时特别是加热时发生收缩。主要用途有染 料、颜料、陶瓷土的过滤等。
5.腈纶
腈纶耐药品性能。主要用途有对具有腐蚀性气体的集 尘等。
五、纺织过滤材料的种类
按织物结构划分： 1.机织过滤材料
3.过滤的精度
粗尘过滤：适应高粉尘浓度过滤，初滤外材。 中性能过滤：一般粉尘浓度，过滤效率可达80% 准高性能：用于洁净度10万以上的主体滤材。 高性能：0.3微米尘埃的过滤效率可达99.97%。 超高性能：0.1微米尘埃的过滤效率可达99.999%
二、过滤机理
1.筛分作用：过滤粒径大于滤材的孔径。 2.惯性作用：颗粒与风速都较大，当风流 接近滤材时受阻发生绕流，颗粒由于惯性 作用脱离绕流线，直接与纤维碰撞而被捕 集，颗粒越大，流速越快，则惯性作用越 大。
纺织过滤材料
过滤材料大量使用纺织品
一、概述
过滤：就是分离，是搜集分散于气体 或液体中的颗粒状物质的一种操作。
过滤材料是一种具有较大的内比表面 积和适当空隙的物质，有能力捕获和吸 附固体颗粒，使之从混合物质中分离出 来。
1. 过滤的目的与应用
（1）健康的需要 空气中的尘埃：0.001—100微米。 5微米以上:可被汗毛、粘液留住， 或通过喷嚏、咳嗽而排出。 5微米以下：会渗入人体内脏，危害 人体健康。
2.化学型智能纺织品：纺织品的智能产生
于其有机化学、光化学反应的效应。 光敏变色纺织品：受到光或辐射的外界刺激后 具有强可逆性自动改变颜色的纺织品。 温敏变色纺织品：纤维或织物内含热敏变色材 料，如含金属铁，常温为黄色、300—400度为灰黑 色，600度为白色，到1000度为灰白色。温敏结晶 物质、温敏有机物都有温敏变色效应。 消臭纺织品：除臭剂与恶臭分子发生化学反应。
有毒物质探测织物：在织物内植入一些光导纤 维传感器，当光学微传感器接触到某种气体、电磁 能、生物化学反应或其他的有毒介质时，被激发一 种报警信号。 分离型智能纺织品：吸附性纤维，超细纤维制 成的具有分离功能的纺织品。 生物智能型纺织品：涉及具有医学、保健、生 物等智能的纺织品。高性能医用纺织品一般是采用 高技术纤维材料制成，具有保健、治疗、仿器官、 防护四种功能。
2.高科技产品的需要
广泛应用于机电、精密仪器、医药 医疗、集成电路等产业，对空气洁净 度有很高的要求。 洁净度：是指1立方英尺中所含0.5 微米以上粒径的尘埃个数。
各行业对洁净度的要求
半导体刻蚀： 镜头研磨： 光学仪器组装： 卫星控制装置： 小型精密轴承： 普通轴承： 计算机芯片： 光导摄像管： 精密电子仪器： 无菌病房： 饮料包装： 印刷线路板： 100、10 10000、1000、100 10000、1000、100 100 100 100000 100 100 10000、1000、100 1000、100、10 1000、100、10 1000
智能纺织品
一、智能纺织品的概念：
具有能对环境条件（或因素）的刺 激有感知，并能做出适当反应，同时保 留纺织材料、纺织品风格和技术性能的 纺织品。
与传统纺织品相比： — 智能纺织品具有思考甚至有恢复 初始状态的功能，因而具有多种功能特 征，诸如形状记忆、防水透湿、蓄热调 温、变色、阻水隔热、拒水防污自洁、 消臭吸臭、电子信息智能等。提高了纺 织品对环境的敏感性和适应性，拓展了 纺织品的应用领域。
三维过滤，应矿业用过滤材料
浓缩机：用于浓缩、澄清、液/固分离、污水处理 澄清机：除去水流中的悬浮颗粒，处理浓度较低 的浆料。 带式过滤机：用于处理颗粒很细的尾煤，也可用 于金、银、天然碱、沥青的选矿。
2.石油脱蜡过滤材料
国产原油含蜡较多，一般高达55%，需过滤脱除。
（3）回收工业原料
冶金、炭黑工业等通过烟气过滤，既可以净化 空气、防止粉尘爆炸，又可以回收贵重材料。
（4）提取滤饼 弃去滤液以生产合格产品，如陶瓷工业中原料的 湿式过滤等。
（5）分离的需要
滤液和滤饼均需留用，作为不同层次的制品 或需要再循环使用，如食品工业中的过滤工 艺；滤液和滤渣均不需要，如废污泥处理工 程，为保证安全生产、预防公害仍需分离后 分别处理。 （6）环境保护的需要
3.扩散作用：
当颗粒很小、风速很低时，颗粒的布 朗运动产生的扩散起主要作用，使其 撞击到纤维上而被捕集。颗粒与流速 越小，则捕集效果越好。
4.凝聚作用：
由于颗粒之间凝聚而被捕集，所以在 液体过滤中，也可以添加凝聚剂以提 高捕集效果。
5. 静电作用:
绝大多数颗粒在运动与过滤过程中，由于摩擦等 原因而带电，带异性电荷的粒子，互相吸引而形成较 大的新颗粒，则便于捕集，带同性电荷的颗粒相互排 斥，促使做布朗运动等而被捕集。在干式过滤中，特 别是相对湿度为30%以下时，带电容易。采用驻极材 料过滤时，由于纤维本身带有电荷，对空气中的颗粒 产生静电吸附作用，进行捕集。
2.主动智能型纺织品：不仅能感知外界环境
刺激要能做出响应，既有感知作用又有执行作用， 以与特定的环境相互协调。 热记忆材料制成的蓄热调温纺织品：采用聚乙 二醇作为热记忆材料，使之与棉、涤纶、锦纶等相 结合，将热记忆结合在纤维相邻多元醇螺旋间的氢 键的作用上。当环境温度升高时，系统因氢键解离 趋于无序的“线团松弛”，聚乙二醇吸热，延迟纤 维升温；当环境温度降低时，系统因氢键恢复而变 为有序的“线团压缩”，聚乙二醇放热，延迟纤维 降温。因而具有智能调节作用。 亲水性防水透湿智能纺织品：透湿量随温度变
成为智能材料研究与应用的重要分支。
二、智能型纺织材料的分类
（一）按照智能属性分类 1.物理型智能纺织品：纺织品的智能
产生于其形态、热学、光学、电气、电子等物理性 能参数的变化或转化。 形状记忆纺织品：防烫伤材料，钛镍合金纤维 固定在服装夹层内。 蓄热调温纺织品：相变材料。
电子信息记忆纺织品：最初将电子系统嵌入纺 织品中，用于娱乐、医疗保健、电子智能标签。现 在采用电子元件和纤维一体化、纳米技术与计算机、 检测器、微米级机器的结合，压电的薄膜光纤等技 术制作的各种纺织品，可用于信息服装、数字服装、 保健服装、灭蚊服装、情感服装等。
治疗功能：嵌在军服中的纳米生化感应装置可以监视士 兵的心率、血压、体内以及体表等多项重要指标。可以辨识 体表流血部位，并使该部位周边的军装膨胀收缩，起到止血 带的作用。士兵的伤情数据也会向战地医生的个人电脑系统 发送，军医可以远程操控军服进行简单治疗。 识别功能：军服用一种具有特殊红外线功能的特制纤维 作为缝制的主材料，士兵在激战中能很容易地借此辨认出敌 我。 隐身功能：军服飞特种纤维中加入大量利用纳米技术制 造的微型发光粒子，从而可以感知周围环境的颜色，并作出 相应的调整，使军装变成与周边环境一致的隐蔽色，从而具 有一定的隐身功能。
筛分适用于30微米以上颗粒，惯性 适用于1微米以上颗粒，驻留适用于1微 米以上，扩散适用于0.2微米以下，静电 适用于0.5微米以下。
三、过滤效率
含粉尘气体以0.5—5米/分的速度通过滤 材，尘粒在滤材纤维层里的运动时间为0.01— 0.5秒，这一瞬间，气体中的尘粒被滤材分离 出来，有两个步骤：一是纤维对尘粒的捕集， 二是粉尘层对尘粒捕集。
6.驻留作用
有些滤材中存在驻留点，当气流或液体中的颗粒通 过时，被截留住。
7.沉降作用
因重力作用而沉积在纤维上。
8.分散力
又称范德瓦耳斯力，是纺织品过滤材料中捕集机 理之一。颗粒与纤维距离非常接近时（0.1微米）， 出现分子引力，对极性分子来说，即有永久偶极的分 子，吸引力是偶极间电子相互作用产生的。在所有分 子中，在带正电的原子核和带负电荷的电子间都存在 震荡现象，因而所有的分子，其性状就像震荡的偶极。 由偶极震荡形成的力称为分散力。该力不是饱和的， 也就是说两个分子间相互吸引的同时，不妨碍被第三 分子所吸引。
2.过滤的形式
（1）干式（空气）过滤
贮存式过滤：用于低密度尘埃，配套在 空调中的过滤，用相当蓬松的纤维絮片，空隙 率在90—99%以上，需要更新。 清洁式过滤：应用于高密度尘埃的分离， 每立方米几百克的场合，滤材空隙率在70— 90%之间，其过滤效率可达99.9%。
（2）湿式（液体）过滤
重力过滤：有袋式和带式两种，依靠液体的自 身重量而过滤，滤布可以选用化纤复丝纱的薄质 平纹、斜纹织物，但用于废水处理时宜选用单丝 织物。 真空过滤： 加压过滤： 压榨过滤：单式压滤机包括滤布和水压或螺旋 挤压机构。 离心过滤：包括滤布和离心脱水机，滤布必须 有较高的耐磨损强度，滤布可以用短纤纱及化纤 复丝纱的厚质斜纹织物。
（二）按照对外界刺激反应方式分
1.被动智能型纺织品：只能感知外界环
境的刺激，具有预警能力，却不能自动控制，属于 智能纺织品的初级阶段。 如智能消防服，分别将6只硅材传感器置于防 护服的前胸、后背、袖子等位置的最外层，可独立 发挥作用，侦探防护服所经受的温度，当温度达到 危险数值时，便会发出警告。 织物中嵌入光导纤维传感器的作战服，各光纤 传感器上包覆有聚乙炔和聚苯胺，当吸收到酸性或 碱性有毒物质时，用其光谱吸收性能的变化而发出 警告，以使战士免受伤害。
合股加捻的经纬纱线或单丝交织而成，称为二维 结构过滤布，成布后的空隙率为30%—40%，对流体 阻力较小，适于液体过滤，易形成阻塞。滤尘初期和 清灰之后，捕集效率降低。以化纤为主，用于矿山、 冶炼、石油脱脂、工业污水处理等。
2.针织过滤材料
主要以长毛绒针织物为主，过滤对象为 低密度粉尘。
3.非织造过滤材料
3. 高密度过滤材料
化纤单丝织成，堵塞少，生产氧化铝时过滤用。
4.化纤厂原液过滤材料
要求质地紧密，匀整光洁，经纬纱组合整齐，孔眼方 正，纱条均匀，过滤质量、速度、效果均符合工艺要 求。
按功能划分：
1.微细粉尘过滤材料
2.防毒过滤材料
3.高性能空气过滤材料
4.高温过滤材料
5.驻极纤维过滤材料
6.血液分离过滤材料
1.扩散效应过滤效率：
小于0.2微米的尘粒和气体分子碰撞后产生不规则运 动（布朗运动），一部分尘粒被纤维或纤维层所阻留， 这种现象称为扩散效应，因扩散而被捕集的效率，可 用半经验公式表示。
由式中第一项可知：降低过滤速度V，缩小纤维直径， 提高气体温度T，都会增加扩散作用的效果，从第二 项可以看出，速度大、纤维细、粒径粗、捕集效率会 提高。
四、不同纤维的滤布特点
1.丙纶：最轻且容易处理，耐化学药品性能优良，其 主要用途是染料和颜料的精制，粘土、陶瓷土、化学 药品的精制，清油、啤酒、精糖等其他各种工业过滤、 工厂废水处理，城市上下水处理等。
2.涤纶
耐酸性好，主要用途有水泥、制铁、制碳厂的高温气 体的集尘、油脂、葡萄酒厂的过滤及化工厂的过滤等。
化。
3.非常智能型纺织品：除了对外界刺激能感
知和响应之外，还能自动调节以适应外界环境的条 件与刺激，是最高水平的智能纺织品。
采用纳米技术研制的下一代军用服装具有多种 特殊效果。
轻巧效果：覆盖整套作战服的防水层，其总质量只有 0.45g，且透气性良好。 智能化：内前嵌在防弹头盔内的超微计算机具有防护、 通信、指挥、分析以及全天候火力瞄准功能。 防护功能：军装中的纳米传感器可以感应空气中生化指 标的变化，当有害气体或物质浓度突然升高时，军装会立即 关闭头盔和其他通气部分的透气口，并释放生化战剂的解毒 剂，以产生防护效果。