新型纺织材料-过滤与智能材料

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.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：100、10镜头研磨：10000、1000、100光学仪器组装：10000、1000、100卫星控制装置：100小型精密轴承：100普通轴承：100000计算机芯片：100光导摄像管：100精密电子仪器：10000、1000、100无菌病房：1000、100、10饮料包装：1000、100、10印刷线路板：1000（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。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。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。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。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。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。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。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。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.非织造过滤材料三维过滤，应用范围广，过滤效率高。按用途划分：1.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.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。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。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。（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。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。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。三、形状记忆纤维是指纤维在第一次成型时，能记忆外界赋予的初始形状，定型后的纤维可以任意发生形变，并在较低的温度下将此形变固定下来（二次成型）或者是在外力的强迫下将此变形固定下来。当给予变形的纤维加热或水洗等外部刺激条件时，形状记忆纤维可恢复原状。也就是说最终产品具有对纤维最初形状记忆的功能。形状记忆真丝是应用最早的形状记忆纤维之一。首先将真丝浸入水解后的角蛋白和骨胶原中，然后将其去水干燥、卷曲、再次浸水，最后在高压潮湿的环境中热定型10min。成品加热至60℃进行湿热处理，纤维变得卷曲和