邱長利

（上海締榮紡織品有限公司，上海 200000）

關(guān)鍵字 空氣過濾材料；透氣率；纖維直徑；孔隙率

針刺過濾材料，主要使用的纖維包括滌綸、丙綸、亞克力纖維、PPS、P84、PTFE等，常溫狀態(tài)下空氣濾料多采用滌綸及丙綸化纖。材料的過濾能力通常受到多種因素的影響，并且空氣過濾的過程（濾阻、壓差等指標）并非恒定不變的，會隨著過濾進程在材料表面形成濾餅造成過濾指標的變化。然而，對一款普通空氣過濾材料而言，設(shè)計時可以通過在理想狀態(tài)下，簡化產(chǎn)品的過濾指標與材料的孔隙率，進而有針對性地選擇纖維來達到設(shè)計指標。以滌綸為例，一方面，可以根據(jù)現(xiàn)有的實際狀態(tài)找出過濾效率與纖維直徑的關(guān)系，另一方面，可以根據(jù)理論設(shè)定指導實際生產(chǎn)，從而驗證關(guān)系式的正確性[1]。

1 滌綸濾料的纖維直徑與過濾效率

影響過濾材料過濾性能的宏觀因素包括：濾料表面積、濾料厚度、纖維尺寸及排列、濾料孔隙率和比表面積、帶電量和介電常數(shù)、化學成分。隨著使用時間的延長，濾料本身會產(chǎn)生表面過濾，過濾精度提高，濾阻增加，透氣性能下降。具體到某款過濾材料，由于產(chǎn)品完全由纖維構(gòu)成，在不考慮纖維化學性能、電性能等前提下，以相同設(shè)定工藝的理想狀態(tài)下，可以理論推斷產(chǎn)品的過濾性能僅與纖維的尺寸和孔隙率相關(guān)，由此進行理論計算，可以在確定的透氣范圍內(nèi)推論適當?shù)睦w維配比。

濾料的空隙尺寸可以用水力半徑描述平均空隙直徑來表示，通過纖維直徑、表面積等可以得出平均孔隙直徑。

1.1 纖維尺寸

在不考慮中空異形截面時，假定使用的纖維截面為圓型，在已知纖維規(guī)格的前提下可以推算纖維的直徑：

其中：dtex—纖維規(guī)格分特，10 000m長的纖維重1g，1dtex；R—纖維直徑，mm；ρ—纖維密度，g/cm3。

1.2 平均孔隙直徑

采用水力半徑的概念，平均孔隙直徑定義為[2]：

其中： λ—平均孔隙直徑，mm；Vp—空隙體積，即濾料體積減去纖維理論體積，mm3；S—過濾纖維總表面積，mm2。

其中S可根據(jù)以下公式計算：

L—纖維的總長度； M—單位產(chǎn)品的重量。

1.3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)對比

根據(jù)以上公式分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)對比理論目標及實際測量得到數(shù)據(jù)如表1。滌綸密度為1.38g/cm3。

表1 現(xiàn)有滌綸濾料透氣性能與纖維指標

其中,平均分特數(shù)值根據(jù)不同纖維所占比例計算所得。

1.4 滌綸濾料實測透氣性能與平均空隙直徑相關(guān)性分析及回歸方程

借助計算機SPSS軟件，根據(jù)滌綸濾料透氣性能與纖維指標相關(guān)性分析:針對平均孔隙直徑(mm)與實測透氣結(jié)果相關(guān)性分析表明，平均孔隙直徑(mm) 和實測透氣率結(jié)果的 Pearson 相關(guān)系數(shù) 為0.974，P 值 = 0。

結(jié)論：由于P≤0.05，可以判斷平均孔隙直徑與透氣結(jié)果線性相關(guān) 。

根據(jù)滌綸濾料透氣性能與纖維指標相關(guān)性分析:針對孔隙率與實測透氣結(jié)果相關(guān)性分析表明，孔隙率和實測透氣率結(jié)果的 Pearson 相關(guān)系數(shù) 為 0.788，P值 = 0。

結(jié)論：由于P≤0.05，可以判斷孔隙率與透氣結(jié)果線性相關(guān)。

對滌綸濾料實測透氣結(jié)果與平均孔隙直徑(mm)回歸分析: 回歸方程為：

方差分析見表2，擬合結(jié)果見圖1。

表2 方差分析數(shù)據(jù)

圖1 擬合線：實測結(jié)果與平均孔隙直徑

根據(jù)以上分析平均空隙直徑（孔隙率）與產(chǎn)品的透氣性能相關(guān)，可以用線性直線描述，由此可以做進一步回歸分析，得到回歸方程，進而得到纖維直徑與透氣性能間的關(guān)系函數(shù)。

1.5 滌綸濾料實測透氣性能與孔隙率的回歸分析及回歸方程

利用計算機SPSS軟件，根據(jù)滌綸濾料透氣性能與纖維指標得出如下回歸方程：

實驗數(shù)據(jù)見表3、表4。

表3

表4 方差分析

觀測值孔隙率實測結(jié)果擬合值標準誤殘差，見圖2。

圖2 擬合線：實測透氣結(jié)果與孔隙率

從以上分析可以看出，平均空隙直徑與透氣的相關(guān)性曲線比孔隙率的相關(guān)曲線更為精確，這是因為平均孔隙直徑結(jié)合了纖維的直徑及表面積的綜合影響考慮?，F(xiàn)有的纖維配比數(shù)據(jù)與預期的目標值差異較大，特別是，PE-10及PE-50產(chǎn)品的目標設(shè)定與產(chǎn)品的實際測量數(shù)據(jù)差異較大，需要調(diào)整纖維的纖度配比，以上數(shù)據(jù)的分析是基于產(chǎn)品的透氣值在實驗室的測試結(jié)果[3]。

2 利用SPSS軟件得出回歸方程反向確定纖維配比

利用SPSS軟件得出透氣結(jié)果與平均空隙直徑的回歸方程如下：

所以，可以得到平均孔隙直徑公式：

進而的得到纖維直徑與透氣率的公式如下：

根據(jù)上式將標準透氣中值代入透氣率結(jié)果，由此推論最佳纖維纖度及預測配比，如表5。

表5 根據(jù)透氣率指標反向推斷纖維直徑列表

3 結(jié)論

通過從生產(chǎn)實際中匯總出大量的產(chǎn)品透氣與纖維狀態(tài)的數(shù)據(jù)，可以從中找出纖維狀態(tài)與產(chǎn)品指標值之間的相關(guān)性，進一步通過SPSS軟件分析，推斷數(shù)學關(guān)系可以反過來指導產(chǎn)品設(shè)計。通過上述實踐過程可以得出以下結(jié)論：

在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下，產(chǎn)品的透氣性在理想狀態(tài)下由纖維的纖度尺寸決定。纖維的纖度和厚度可以通過平均空隙直徑、孔隙率描述，平均孔隙直徑和孔隙率與產(chǎn)品透氣性能都表現(xiàn)出相關(guān)性，但平均孔隙直徑更符合曲線描述。從實驗調(diào)整纖維配比后對所加工的濾料實測數(shù)據(jù)跟蹤表明，產(chǎn)品透氣數(shù)據(jù)改善明顯，與設(shè)計的方向一致。部分纖維由于受中空截面的影響，特別是PE-100的產(chǎn)品纖維為中空結(jié)構(gòu)，表面積大于理論計算，可能與實際結(jié)果有偏差。

實際生產(chǎn)過程中，對于產(chǎn)品品質(zhì)的控制往往受多種因素的影響，不同的影響指標其影響比例不盡相同。在生產(chǎn)實踐中，如果能夠使用好數(shù)據(jù)分析工具，可以幫助我們從繁雜的數(shù)據(jù)中找出關(guān)鍵因素，有助于生產(chǎn)調(diào)整。通過上述實例的分析希望幫助企業(yè)在實際生產(chǎn)中做好數(shù)據(jù)整理和分析利用，用來解決實際生產(chǎn)中的問題。