燒結金屬燭形過濾器在醋酸纖維紡絲中的應用

俞志強，秦澤恩

(昆明醋酸纖維有限公司，云南 昆明 650224)

醋酸纖維煙用絲束生產中，紡絲漿液經過多級過濾后，經齒輪泵供給紡絲區域，漿液經過計量泵計量，燭形過濾器過濾，通過噴絲帽進入紡絲甬道紡成醋酸纖維。燭形過濾器的作用是去除齒輪泵磨損產生的雜質，提高漿液質量。漿液過濾的質量直接影響紡絲生產的穩定性。

常規燭形過濾器的濾材準備、裝配、沖洗操作過程繁雜，質量不易控制。近幾年來，為防止燭形過濾器被損壞和燭形過濾器過濾失效，常使用漿液原料沖洗過濾器數小時以上，去除過濾器內的雜質，減少過濾器本身質量問題對紡絲工藝的影響。因此，尋找新型濾材及有效的過濾方法將是穩定紡絲工藝、減少斷頭數、提高產品品質的有效控制手段。

燒結金屬粉末介質的過濾技術在化纖、食品等行業有廣泛的應用。作者利用燒結金屬粉末材質的過濾技術取代傳統無紡布過濾工藝，提出了改進紡絲漿液的過濾質量的相關措施;利用金屬剛性過濾材質的特性，提出了漿液中柔性雜質過濾問題的解決方法。金屬燭形過濾器的使用可減少常規燭形過濾器的裝配過程中的繁雜操作，過濾器質量較易控制，減少裝配成本，為紡絲高效穩定運行創造了條件。

1 燭形過濾器的分析及介質選擇

燭形過濾器的設計盡量采用常規過濾器的結構，濾芯外形尺寸保持不變，過濾流向仍保持從外向內過濾。過濾介質選擇的種類繁多，性能各異。過濾介質中漿液及雜質顆粒粒子大小及分布決定濾除雜質粒子所需的過濾精度。濾除雜質粒子在工作介質中濃度越大，過濾介質單位時間內濾除的雜質粒子就越多，流量壓降越大，越容易堵塞流道。流阻越小越好，大的流阻會使流量降低，從而降低生產效率，影響系統的正常工作。但濾芯流阻的大小取決于濾芯本身的材質和結構，系統的壓力、工作介質、工作溫度等。對于二醋片漿液的過濾介質要求有優良的過濾特性，良好物理機械性能，耐丙酮，化學穩定性好，清洗再生方便。從表1 可知，使用燒結金屬粉末過濾介質的過濾性能較為理想。

表1 無紡濾布與燒結金屬粉末濾芯的性能比較Tab.1 Performance comparison between nonwoven fabric filter cloth and sintered metal powder filter core

針對紡絲漿液的特點，燭形過濾器的作用主要是去除齒輪泵輸送過程中磨損產生的金屬剛性雜質，選擇過濾介質時主要是對固體顆粒的捕集能力和打碎漿液高分子溶液無規則長線團、大分子纏結基團，其中捕集能力反映截留的最小顆粒尺寸。固液分離的燭形過濾器設計應能滿足紡絲生產產量的過濾流量，且使用壽命長，不能經常更換。無紡織布孔徑變化較大，不易控制，材質柔軟。因此，在醋酸纖維的生產中，應選擇剛性的金屬粉末介質作為過濾材料。

2 燒結金屬粉末燭形過濾器

2.1 燒結金屬粉末燭形過濾器濾芯的特點

燒結金屬粉末濾芯是通過把不銹鋼金屬粉末壓制成多孔管狀，然后高溫燒結制成。粉末、壓制和燒結操作等綜合因素決定了孔徑的尺寸和分布、多孔組件的強度和滲透性。燒結金屬粉末過濾芯的結構如1 所示。此種過濾器的優點是強度大、斷裂韌性好、耐高溫高壓、抗沖擊、耐腐蝕、易清潔、可全焊接組裝和工作壽命長等［1］。

圖1 燒結金屬粉末燭形過濾器濾芯表面的電鏡照片Fig.1 SEM image of candle filter core surface of sintered metal powder

利用燒結金屬粉末過濾材質剛性好的特性，顆粒間的間隙固定，能很好地控制過濾精度，從漿液中分離出固定尺寸以上的雜質，為改變過濾工藝提供了可行性，能提高過濾效能。醋酸纖維紡絲工藝中使用燒結金屬粉末材質，漿液中的小顆粒物被截留在過濾層表面，形成多級過濾層，延長了過濾材料使用壽命，提高了過濾材料納污容量，提高紡絲漿液過濾質量，且較易控制，為高效可靠操作創造了工藝條件。

2.2 燒結金屬粉末燭形過濾器的結構

燒結金屬粉末燭形過濾器由濾芯、外殼、固定螺栓、進口底座、基座板、出口壓蓋等構成，見圖2。濾芯外層為圓柱形單層316L 不銹鋼材質燒結金屬粉末濾層，濾芯下面有濾芯螺母，濾芯螺母連接316 L 不銹鋼進口底座，濾芯上端連接316L 不銹鋼出口壓蓋，濾芯與進口底座和出口壓蓋連接處有耐丙酮材質的密封圈。

圖2 燒結金屬粉末燭形過濾器的結構示意Fig.2 Schematic diagram of candle filter of sintered metal powder

2.3 燒結金屬粉末燭形過濾器的使用效果

對使用無紡濾布與燒結金屬粉末濾芯過濾后的漿液取樣，使用MS2000 檢測漿液過濾后的顆粒分布情況，如圖3 所示。

圖3 2 種濾芯過濾后的漿液顆粒分布Fig.3 Slurry particle distribution after filtering with two kinds of filter cores

由圖3 可看出，兩種漿液過濾后的顆粒分布基本相同，所有顆粒均小于1.6 μm，說明所選擇的燒結金屬粉末濾芯的規格能滿足常規無紡布濾芯要求，兩種過濾芯均能達到紡絲生產使用要求。在試驗過程中，也嘗試使用過濾精度更高的金屬濾芯，但由于過濾阻力增加，計量泵負載加大，甚至出現泵出現異響或泵保護鍵斷裂的情況。因此，脫離實際工藝狀況，而一味地提高過濾精度沒有實際意義。

使用4 只燒結金屬粉末燭形過濾器進行了1年的運行試驗，從其運行表現可看出，斷頭平均數均好于常規過濾器的斷頭數，但并沒有表現出非常明顯的優勢。分析發現斷頭集中發生在紡絲甬道的下部，當能控制好過濾器正常運行狀態后，影響出現斷頭的因素不是過濾器本身，而是紡絲機的其他因素導致斷頭的產生。因此，使用總斷頭數來評估過濾器的質量不合理。常規過濾器的主要問題是集中出現在使用初期，金屬芯過濾器投用初期表現較好，因此選擇使用金屬芯過濾器。

在實際生產中，在二醋片漿液過濾中要截留和去除微小凝膠類柔性顆粒雜質是過濾工藝中的難題。采用燒結金屬粉末燭形過濾器，利用其濾層結構均勻，微孔具有剛性且孔徑易于控制的特性，使用濾層結構中的彎曲的孔隙孔道可將漿液高分子溶液無規則大分子長線團打碎成微小顆粒，使二醋片漿液中的顆粒分布均勻，促使漿液中的顆粒能順利通過噴絲小孔，紡成纖維。如果能開展不同種類原料醋片進行可紡性實驗，驗證金屬粉末燭形過濾器過濾漿液中凝膠粒子的效果，可能會降低醋片原料的使用要求，這可擴大醋片原料種類供應來源，降低原料成本。燒結金屬粉末燭形過濾器能滿足5 MPa 高壓環境，拆卸方便，濾芯孔形穩定，分布均勻，保證過濾性能的穩定性，能解決常規燭形過濾器材質及結構特性中存在的多種缺陷，更好地滿足紡絲工藝生產中的使用要求，濾芯可重復清洗后再次使用，反復清洗后過濾性能保持不變［2］。

3 結論

a.在醋酸纖維紡絲工藝中，使用燒結金屬粉末材質的過濾技術取代傳統無紡布過濾工藝在實際運用中驗證該方法可行，該濾芯過濾性能可靠，在線使用時間能滿足紡絲區域的過濾工藝需求，可穩定紡絲漿液的過濾質量。在實際生產中，可減少常規燭形過濾器的裝配過程中的繁雜操作，其過濾器質量較易控制，并能減少裝配成本，為紡絲高效穩定運行創造條件。

b.利用金屬燭形過濾器剛性過濾材質的特性，可使剛性結構濾層具有深層過濾功能，可將漿液中柔性雜質打碎成微小顆粒，使漿液中的醋片顆粒分布均勻，減小柔性雜質對紡絲的影響，不但發揮了使用燒結金屬粉末過濾技術的潛力，還為將來使用多種類醋片原料的紡絲提供可行性的探索方向。

［1］Rubow K L，Stage L，Huang B.應用燒結金屬過濾介質的過濾技術進展［J］.產業用紡絲品，2005，23(9):23－29.

［2］俞志強.一種醋酸纖維紡絲不銹鋼燭形過濾器:中國，201220368469.7［P］.2013－01－23