烧结金属烛形过滤器在醋酸纤维纺丝中的应用

俞志强，秦泽恩

(昆明醋酸纤维有限公司，云南 昆明 650224)

醋酸纤维烟用丝束生产中，纺丝浆液经过多级过滤后，经齿轮泵供给纺丝区域，浆液经过计量泵计量，烛形过滤器过滤，通过喷丝帽进入纺丝甬道纺成醋酸纤维。烛形过滤器的作用是去除齿轮泵磨损产生的杂质，提高浆液质量。浆液过滤的质量直接影响纺丝生产的稳定性。

常规烛形过滤器的滤材准备、装配、冲洗操作过程繁杂，质量不易控制。近几年来，为防止烛形过滤器被损坏和烛形过滤器过滤失效，常使用浆液原料冲洗过滤器数小时以上，去除过滤器内的杂质，减少过滤器本身质量问题对纺丝工艺的影响。因此，寻找新型滤材及有效的过滤方法将是稳定纺丝工艺、减少断头数、提高产品品质的有效控制手段。

烧结金属粉末介质的过滤技术在化纤、食品等行业有广泛的应用。作者利用烧结金属粉末材质的过滤技术取代传统无纺布过滤工艺，提出了改进纺丝浆液的过滤质量的相关措施;利用金属刚性过滤材质的特性，提出了浆液中柔性杂质过滤问题的解决方法。金属烛形过滤器的使用可减少常规烛形过滤器的装配过程中的繁杂操作，过滤器质量较易控制，减少装配成本，为纺丝高效稳定运行创造了条件。

1 烛形过滤器的分析及介质选择

烛形过滤器的设计尽量采用常规过滤器的结构，滤芯外形尺寸保持不变，过滤流向仍保持从外向内过滤。过滤介质选择的种类繁多，性能各异。过滤介质中浆液及杂质颗粒粒子大小及分布决定滤除杂质粒子所需的过滤精度。滤除杂质粒子在工作介质中浓度越大，过滤介质单位时间内滤除的杂质粒子就越多，流量压降越大，越容易堵塞流道。流阻越小越好，大的流阻会使流量降低，从而降低生产效率，影响系统的正常工作。但滤芯流阻的大小取决于滤芯本身的材质和结构，系统的压力、工作介质、工作温度等。对于二醋片浆液的过滤介质要求有优良的过滤特性，良好物理机械性能，耐丙酮，化学稳定性好，清洗再生方便。从表1 可知，使用烧结金属粉末过滤介质的过滤性能较为理想。

表1 无纺滤布与烧结金属粉末滤芯的性能比较Tab.1 Performance comparison between nonwoven fabric filter cloth and sintered metal powder filter core

针对纺丝浆液的特点，烛形过滤器的作用主要是去除齿轮泵输送过程中磨损产生的金属刚性杂质，选择过滤介质时主要是对固体颗粒的捕集能力和打碎浆液高分子溶液无规则长线团、大分子缠结基团，其中捕集能力反映截留的最小颗粒尺寸。固液分离的烛形过滤器设计应能满足纺丝生产产量的过滤流量，且使用寿命长，不能经常更换。无纺织布孔径变化较大，不易控制，材质柔软。因此，在醋酸纤维的生产中，应选择刚性的金属粉末介质作为过滤材料。

2 烧结金属粉末烛形过滤器

2.1 烧结金属粉末烛形过滤器滤芯的特点

烧结金属粉末滤芯是通过把不锈钢金属粉末压制成多孔管状，然后高温烧结制成。粉末、压制和烧结操作等综合因素决定了孔径的尺寸和分布、多孔组件的强度和渗透性。烧结金属粉末过滤芯的结构如1 所示。此种过滤器的优点是强度大、断裂韧性好、耐高温高压、抗冲击、耐腐蚀、易清洁、可全焊接组装和工作寿命长等［1］。

图1 烧结金属粉末烛形过滤器滤芯表面的电镜照片Fig.1 SEM image of candle filter core surface of sintered metal powder

利用烧结金属粉末过滤材质刚性好的特性，颗粒间的间隙固定，能很好地控制过滤精度，从浆液中分离出固定尺寸以上的杂质，为改变过滤工艺提供了可行性，能提高过滤效能。醋酸纤维纺丝工艺中使用烧结金属粉末材质，浆液中的小颗粒物被截留在过滤层表面，形成多级过滤层，延长了过滤材料使用寿命，提高了过滤材料纳污容量，提高纺丝浆液过滤质量，且较易控制，为高效可靠操作创造了工艺条件。

2.2 烧结金属粉末烛形过滤器的结构

烧结金属粉末烛形过滤器由滤芯、外壳、固定螺栓、进口底座、基座板、出口压盖等构成，见图2。滤芯外层为圆柱形单层316L 不锈钢材质烧结金属粉末滤层，滤芯下面有滤芯螺母，滤芯螺母连接316 L 不锈钢进口底座，滤芯上端连接316L 不锈钢出口压盖，滤芯与进口底座和出口压盖连接处有耐丙酮材质的密封圈。

图2 烧结金属粉末烛形过滤器的结构示意Fig.2 Schematic diagram of candle filter of sintered metal powder

2.3 烧结金属粉末烛形过滤器的使用效果

对使用无纺滤布与烧结金属粉末滤芯过滤后的浆液取样，使用MS2000 检测浆液过滤后的颗粒分布情况，如图3 所示。

图3 2 种滤芯过滤后的浆液颗粒分布Fig.3 Slurry particle distribution after filtering with two kinds of filter cores

由图3 可看出，两种浆液过滤后的颗粒分布基本相同，所有颗粒均小于1.6 μm，说明所选择的烧结金属粉末滤芯的规格能满足常规无纺布滤芯要求，两种过滤芯均能达到纺丝生产使用要求。在试验过程中，也尝试使用过滤精度更高的金属滤芯，但由于过滤阻力增加，计量泵负载加大，甚至出现泵出现异响或泵保护键断裂的情况。因此，脱离实际工艺状况，而一味地提高过滤精度没有实际意义。

使用4 只烧结金属粉末烛形过滤器进行了1年的运行试验，从其运行表现可看出，断头平均数均好于常规过滤器的断头数，但并没有表现出非常明显的优势。分析发现断头集中发生在纺丝甬道的下部，当能控制好过滤器正常运行状态后，影响出现断头的因素不是过滤器本身，而是纺丝机的其他因素导致断头的产生。因此，使用总断头数来评估过滤器的质量不合理。常规过滤器的主要问题是集中出现在使用初期，金属芯过滤器投用初期表现较好，因此选择使用金属芯过滤器。

在实际生产中，在二醋片浆液过滤中要截留和去除微小凝胶类柔性颗粒杂质是过滤工艺中的难题。采用烧结金属粉末烛形过滤器，利用其滤层结构均匀，微孔具有刚性且孔径易于控制的特性，使用滤层结构中的弯曲的孔隙孔道可将浆液高分子溶液无规则大分子长线团打碎成微小颗粒，使二醋片浆液中的颗粒分布均匀，促使浆液中的颗粒能顺利通过喷丝小孔，纺成纤维。如果能开展不同种类原料醋片进行可纺性实验，验证金属粉末烛形过滤器过滤浆液中凝胶粒子的效果，可能会降低醋片原料的使用要求，这可扩大醋片原料种类供应来源，降低原料成本。烧结金属粉末烛形过滤器能满足5 MPa 高压环境，拆卸方便，滤芯孔形稳定，分布均匀，保证过滤性能的稳定性，能解决常规烛形过滤器材质及结构特性中存在的多种缺陷，更好地满足纺丝工艺生产中的使用要求，滤芯可重复清洗后再次使用，反复清洗后过滤性能保持不变［2］。

3 结论

a.在醋酸纤维纺丝工艺中，使用烧结金属粉末材质的过滤技术取代传统无纺布过滤工艺在实际运用中验证该方法可行，该滤芯过滤性能可靠，在线使用时间能满足纺丝区域的过滤工艺需求，可稳定纺丝浆液的过滤质量。在实际生产中，可减少常规烛形过滤器的装配过程中的繁杂操作，其过滤器质量较易控制，并能减少装配成本，为纺丝高效稳定运行创造条件。

b.利用金属烛形过滤器刚性过滤材质的特性，可使刚性结构滤层具有深层过滤功能，可将浆液中柔性杂质打碎成微小颗粒，使浆液中的醋片颗粒分布均匀，减小柔性杂质对纺丝的影响，不但发挥了使用烧结金属粉末过滤技术的潜力，还为将来使用多种类醋片原料的纺丝提供可行性的探索方向。

［1］Rubow K L，Stage L，Huang B.应用烧结金属过滤介质的过滤技术进展［J］.产业用纺丝品，2005，23(9):23－29.

［2］俞志强.一种醋酸纤维纺丝不锈钢烛形过滤器:中国，201220368469.7［P］.2013－01－23