李筱一 繆旭紅

(江南大學教育部針織技術工程研究中心，無錫，214000)

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針織氣體過濾材料的應用與開發(fā)*

李筱一 繆旭紅

(江南大學教育部針織技術工程研究中心，無錫，214000)

針織物的特殊結構使針織過濾材料的市場價值和發(fā)展?jié)摿χ饾u凸顯。介紹了影響針織氣體過濾材料過濾性能的主要因素，原料纖維的特點和選擇原則，以及作為氣體過濾材料用的網格織物、毛絨織物、彈性毛圈織物和間隔結構織物等不同結構針織物的優(yōu)缺點和應用領域。

針織物，氣體過濾材料，應用，開發(fā)

隨著全球工業(yè)時代的來臨，人類的生存環(huán)境也遭到破壞，頻繁出現的沙塵暴和霧霾等天氣極大地威脅著人們的健康。與此同時，隨著空調的使用量增加，室內密閉性加強，粉塵顆粒物、揮發(fā)性氣體和細菌增多，嚴重影響了室內空氣的質量。空氣中的粉塵顆粒物會沉積在人體中，其所攜帶的各種有害物質和不可溶顆粒物會引起各類呼吸系統疾病。據統計，全球每年約有210萬人死于因PM2.5等顆粒物濃度上升而引起的疾病[1]?？諝赓|量的下降使氣體過濾顯得尤為重要，因此氣體過濾材料的研究和開發(fā)得到了空前的重視。

氣體過濾材料不僅應用在工業(yè)廢氣排放處理上，而且應用在常溫下濾去微小粒子的室內空氣凈化處理上，如家用或者工業(yè)用空調過濾器等。

氣體過濾材料按織物結構可分為機織、針織和非織造過濾材料，以非織造布和機織物為主。機織過濾材料的組織有單層簡單組織和雙層復雜組織，具有良好的力學性能、易清灰和孔隙大小可控等優(yōu)點，但很難形成濾餅。非織造過濾材料具有生產流程短、自動化程度高、原料范圍廣和容塵量大等特點，但其強力較低、耐久性差，在高負荷或高壓場合往往需要加筋或復合增強[2]，產品使用周期短。針織過濾材料通道彎曲遷回，能阻擋很小的顆粒，達到更高的過濾效率，且強力較高，但其尺寸穩(wěn)定性差、過濾效率不穩(wěn)定。針織物以線圈為基本單元相互鉤接，結構變化多樣，設計靈活[3]，使用特殊材料與相應結構設計的針織物可以在一定程度上克服其穩(wěn)定性差等缺點。尤其是隨著近年來無縫加工等技術的出現和應用，針織過濾材料的市場價值和發(fā)展?jié)摿σ苍谥饾u凸顯。

1 針織氣體過濾材料的材質

針織過濾材料常用的纖維原料主要分為傳統纖維和高技術纖維兩類。傳統纖維有棉、滌綸等；高技術纖維又分為高性能纖維、功能性纖維和精細加工纖維。高性能纖維包括聚苯硫醚(PPS)纖維、聚四氟乙烯(PTFE)纖維等；功能性纖維包括阻燃纖維、駐極體纖維等；精細加工纖維包括超細纖維、納米纖維和異形截面纖維等。影響過濾材料性能的因素主要包括纖維的種類、特性，紗線的捻度和纖維的分布等。

針織氣體過濾材料材質的選擇應從實際需要出發(fā)，綜合考慮各種因素。

1.1 纖維種類

纖維種類的選擇需要從過濾材料的用途出發(fā)。

對于特殊用途的過濾材料可以使用高性能纖維，如PPS纖維和PTFE纖維。PPS纖維是一種耐高溫纖維，具有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性，力學性能優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，在冶金工業(yè)等領域應用廣泛，適宜于高溫氣體過濾；PTFE纖維具有極好的耐高溫性能、極強的耐腐蝕性和耐水解能力，在冶金、化學和水泥工業(yè)具有樂觀的應用前景。但是，這類高性能纖維往往剛性較大，韌性不足，進行針織編織時易磨損纖維并損傷成圈機件，因此在進行針織編織時可以對紗線作特殊處理或改進機器。

對于普通用途的過濾材料可以選擇精細加工纖維，如超細纖維和納米纖維。超細纖維直徑小，比表面積大，雖然其單絲強力不高，但是紗線的總強度較高，柔軟性較好，適宜針織加工[4]。由超細纖維制成的絨類針織過濾材料空隙率高、孔徑均勻，可應用于家用和產業(yè)用空調過濾器上。納米纖維制成的過濾材料具有高性能，可以有效地過濾納米級的塵粒。納米技術目前還處于研究階段，相信納米纖維憑借其獨特的性能必然會在將來的過濾材料領域得到廣泛應用。

1.2 纖維性能

纖維性能的選擇需要從多方面考慮。

(1)一般纖維越細，其制成的過濾材料過濾效率越高。但是，針織用紗需要具有一定強力，纖維太細不利于針織加工且易遭到損傷而影響產品質量[5]，同時全部由細纖維制成的織物納污容量小、流體阻力大，不適宜作為過濾材料使用。

(2)用外表面光滑的纖維制成的過濾材料比用表面粗糙的纖維制成的過濾材料的流體阻力小，過濾效果好，同時表面粗糙的紗線經過成圈機件時會產生較大的紗線張力，造成線圈結構不勻，成圈過程中與多種機件接觸摩擦，會磨損機件。

(3)用纖維橫截面葉片越多的纖維制成的過濾材料，其過濾效率越高。

(4)用卷曲纖維制成的過濾材料比用非卷曲纖維制成的過濾材料的過濾效果好[6]。

1.3 紗線捻度

紗線的捻度對過濾效率也有影響。捻度過高會使紗線的柔軟性變差，織造時易造成疵點，也會使針織物線圈歪斜，影響過濾材料的質量；捻度過低會使紗線強度不夠，增加織造難度，影響生產效率。高捻度紗制成的過濾材料的空氣阻力較低捻度紗制成的過濾材料低，但是捻度增大會使織物間隙變大，過濾效率也會有所下降。

1.4 纖維分布

加工過濾材料時可以采用密度梯度法，或使用不同線密度的纖維，將細纖維盡量分布在濾餅的形成面，以提高過濾效率和防止過濾材料阻塞。

2 針織氣體過濾材料的結構

2.1 網格織物

網格織物是在成圈紗中織入襯經紗和襯緯紗，兼有機織和針織過濾材料的特點。網格織物既有類似機織物的結構，尺寸穩(wěn)定性得到改善，又可使經紗、緯紗沒有因交織產生的織縮，具有良好的顆粒分離特性，其過濾效果遠遠優(yōu)于普通種類的針織物，且生產效率高。緯編網格織物可直接按照過濾材料所要求的直徑尺寸進行編織，省去縫紉工序，操作方便；經編網格織物生產速度快，尺寸穩(wěn)定性更好，過濾效率更為穩(wěn)定。使用耐高溫纖維(如PPS纖維)的網格織物過濾材料能在高溫下保持體積彈性，耐熱沖擊和機械振動，可用于冶金行業(yè)等高溫環(huán)境。網格織物過濾材料中使用較為廣泛的是襯經襯緯圓筒過濾織物，見圖1。

圖1 襯經襯緯織物

2.2 毛絨織物

針織絨類織物可以通過多種方法形成。緯編形成毛絨織物的方法主要有毛條喂入和毛紗割圈兩種方法。毛條喂入式織物毛高較大，但其產品彈性較大，需經底部上漿和定型；毛紗割圈織物毛高較小，而尺寸穩(wěn)定性有所改善。經編形成絨類織物方法主要有起絨、剖幅和剪絨等方法。起絨織物可獲得較長的絨毛，透氣性好，且結構穩(wěn)定，有良好的彈性和延伸性；雙針床剖幅織物絨毛不倒伏、抗壓性強，抗靜電效果好；剪絨織物可以根據需要獲得平整或凹凸的絨面。

針織絨類織物表面的絨毛層可使織物的孔隙不是呈簡單的直通狀態(tài)，尤其是使用超細纖維等特殊材料時，絨毛層的存在使絨類過濾材料的過濾效率和清灰性能優(yōu)于普通針織過濾材料，孔徑減小可以有效攔截流體中直徑小于孔隙的塵粒。過濾時流體中的塵粒在通過絨毛層的彎曲通道時會受到擴散、慣性和攔截等作用而沉積下來，部分塵粒被阻擋在底部組織附近形成粉塵層，依靠粉塵層的作用，過濾效率(尤其是過濾初期)提高。毛絨織物過濾材料的空隙度大、透氣性能好、過濾阻力低、容塵量大，同時絨毛層表面清除粉塵更為容易，清灰性能好。對于針織絨類織物，一般密度越大、空隙越小，則其過濾阻力越大、過濾效率越高；絨毛平均長度越長、過濾孔隙平均直徑越小，則過濾效率和過濾阻力越高、容塵量越大，同時也更易受到過濾風速和塵粒濃度變化的影響，過濾穩(wěn)定性不好[7]。

與機織物和非織造布相比，針織絨類織物尺寸穩(wěn)定性差，因此限制了該類過濾材料的發(fā)展。隨著針織技術的不斷發(fā)展，織造和后整理技術的不斷完善，針織絨類織物必將在過濾材料領域迅猛發(fā)展。

目前作為過濾材料使用最為廣泛的絨類織物是針織長毛絨織物。該織物以添紗組織為地組織形成襯墊組織，面紗和地紗一起成圈，形成添紗組織，襯墊紗在織物的某些線圈上形成不封閉的懸弧，在另一些線圈背面形成浮線，并經過起絨工藝，表面形成均勻的絨毛層，見圖2。

圖2 針織長毛絨織物

2.3 彈性毛圈織物

針織彈性織物可分單向彈性織物和雙向彈性織物，也可分為經編彈性織物和緯編彈性織物。單向彈性織物僅在縱向或橫向有彈力，結合使用普通纖維，可充分發(fā)揮高彈性纖維的特點，適宜作為過濾材料使用；雙向彈性織物縱橫向均具有彈性，但是彈性過大使其孔隙尺寸不夠穩(wěn)定，無法作為過濾材料使用。經編彈性織物比緯編彈性織物的延伸性小，織物的尺寸穩(wěn)定性好，但緯編織物可使用的原料范圍更廣。該過濾材料一般使用氨綸等高彈性纖維編織線圈，使用普通化學纖維編織毛圈，與普通結構的過濾材料相比其孔徑和透過率更小，阻攔能力更高。由于兩種纖維彈性不同，在進行氣體過濾時，氣體從毛圈一側流過，過濾材料表面的毛圈在氣體的壓力下緊貼過濾材料表面，降低了透過性，使過濾材料的透氣率減少，阻攔能力提高。當氣體出現回流現象時，過濾材料在縱橫向受到拉伸，高彈性化學纖維編織的線圈伸長，普通化學纖維編織的毛圈部分隨之伸直，使得過濾孔隙變大，有利于過濾材料表面沉積的塵粒脫落[8]。

通常作為過濾材料使用的是單面彈性織物，是單向彈性織物的一種，其反面分布毛圈，正面分布線圈，見圖3。

圖3 彈性毛圈織物

2.4 三維間隔織物

三維間隔織物分為經編間隔織物和緯編間隔織物，見圖4。經編間隔織物可以由經編雙針床機器編織，緯編間隔織物可以在緯編橫機和圓機上織成。與普通二維織物不同，三維間隔織物由上下兩個表面層和中間一個間隔層組成。該特殊的三維立體結構使得間隔層中的纖維呈空間曲折分布，形成具有無數微小孔隙的纖維三維網狀結構，因此塵粒必須沿著過濾材料內間隔層的曲折網狀路徑進行過濾，隨時都有可能與纖維發(fā)生碰撞而被截留。過濾材料可以對塵粒進行攔截、慣性、擴散和篩濾等各種效應的表面和內部分離，有效攔截比過濾材料孔徑更小的塵粒。間隔層的存在還可以提高流體的流動速度，加快過濾過程，具有阻力小、透氣性能好等優(yōu)點。但是也同樣由于上述原因，使得過濾不僅僅發(fā)生在過濾材料的表面，也發(fā)生在其內部孔隙之中，易造成過濾材料阻塞，使清灰工作難以進行，從而加大壓力損失。相信隨著紡織加工技術的進步，可以通過使用特種纖維或者特殊整理的方法解決三維間隔織物易阻塞和清灰困難的問題。

圖4 三維間隔織物

3 結語

空氣質量的日漸下降使氣體過濾顯得至關重要，氣體過濾已經成為全球過濾領域中發(fā)展最快的部分，因此氣體過濾材料在產業(yè)用紡織品領域中具有極大發(fā)展?jié)摿?。目前針織過濾材料在某些產業(yè)中已經得到應用。隨著針織技術的進步和各種高性能纖維的廣泛應用，加上針織物本身具有的原料適應性廣、結構變化性強等優(yōu)點，將使針織過濾材料在未來的氣體過濾材料領域具有極大的競爭力。

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[3] 繆旭紅,韓玉梅,趙帥權.針織結構在產業(yè)用紡織品上的應用[J].紡織導報,2014(7):33-36.

[4] 邱佩瓊,陳繼紅,王東,等.超細纖維在針織面料上的應用[J].武漢科技學院學報,2007(8):9-11.

[5] 陳明宏.紡織過濾材料淺談[J].產業(yè)用紡織品,1990,8(3):26-32.

[6] 吳麗麗.水刺耐高溫過濾材料的關鍵技術與產品性能研究[D].上海：東華大學,2010.

[7] 楊磊,范曉偉,張勍,等.卷煙車間空調回風過濾用毛絨濾料的過濾性能[J].煙草科技,2014(10):9-14.

[8] 馬會英.紡織過濾材料[J].天津紡織科技,2000(3):13-15，33，27.

The application and development of knitted gas filter material

LiXiaoyi,MiaoXuhong

(Engineering Research Center of Knitting Technology, Ministry of Education, Jiangnan University)

The market value and the potential development of the knitted filter material gradually were emerged due to its special structure. The main factors influencing properties of knitted gas filter material, the characteristics and selection principle of fiber raw material, as well as the advantages, disadvantages and applications of different structure knitted fabric, such as mesh fabric, plush fabric, elastic looped fabric, spacer fabric and so on, were introduced.

knitted fabric, gas filter material, application, development

*國家科技支撐項目(2012BAF13B03)；江蘇省產學研聯合創(chuàng)新資金-前瞻性聯合研究項目(BY2013015-14)

2014-12-26；修改稿：2015-03-15

李筱一，女，1994年生，在讀本科生。主要研究方向是紡織材料與紡織品設計。

繆旭紅，E-mail：miaoxuhong@163.com

TS186.6+2

A

1004-7093(2015)07-0034-04