紙質(zhì)濾材性能的檢測方法綜述

熊麗媛

（航空工業(yè)過濾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，河南新鄉(xiāng)453019）

紙質(zhì)濾材性能的檢測方法綜述

熊麗媛

（航空工業(yè)過濾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，河南新鄉(xiāng)453019）

從濾紙具備的兩個主要特性切入，介紹了濾紙參數(shù)檢測所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)、檢測原理和檢測方法；在闡述濾紙技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，分析了紙質(zhì)濾材技術(shù)指標(biāo)與濾清器性能之間的關(guān)系，為濾清器的設(shè)計、質(zhì)量控制等提供技術(shù)支持。

紙質(zhì)濾材；物理特性；過濾特性

0 引言

濾材是一種有效的過濾介質(zhì)，已被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。濾材有濾布、濾紙、毛氈、燒結(jié)氈、金屬網(wǎng)等種類，濾紙以優(yōu)良的性能價格比，在濾材行業(yè)中占有較大比重。以濾紙為過濾介質(zhì)的濾清器，例如汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的空氣濾清器、潤滑系統(tǒng)的機油濾清器、燃燒系統(tǒng)的燃油濾清器等，這些濾清器的技術(shù)指標(biāo)與選用的濾紙性能指標(biāo)關(guān)系重大。了解和掌握濾紙性能的評定方法，對濾清器的設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量的控制等具有現(xiàn)實意義。

1 濾紙性能評定

1.1 濾紙技術(shù)指標(biāo)

濾紙的技術(shù)指標(biāo)主要分為兩個方面：一方面是物理特性，另一方面是過濾特性。物理特性包括定量、厚度、挺度、透氣度、耐破度、抗張強度；過濾特性包括初始冒泡壓力、壓降流量特性、過濾比、納污容量等。

1.2 濾紙性能的檢測方法

1.2.1 定量檢測

定量——測定濾紙單位面積的質(zhì)量。定量在濾清器中主要表現(xiàn)在濾清器的質(zhì)量和價格兩個方面。在一定的過濾面積下，定量越大，濾紙就越重，濾清器也越重。濾紙以質(zhì)量定價，而濾紙成本在濾清器生產(chǎn)成本中所占的比例較大，所以成本就會較高。

定量檢測方法：將濾紙縱橫均勻切取0.01 m2的試樣，共計10片，用符合GB／T 451.2-2002［1］規(guī)定的相應(yīng)分度值的天平稱量，按式 （1）計算試樣的定量G，結(jié)果以g／m2表示。

式中：m為10片0.01 m2試樣的總質(zhì)量，g；

S為每片試樣的面積，S＝0.01 m2。

1.2.2 厚度檢測

厚度——濾紙在兩測量面間承受一定壓力，從而測量出濾紙兩表面間的距離。濾紙厚度，不包括瓦楞深度。對波紋式筒狀濾清器來講，濾紙的厚度能夠限制濾清器的最大過濾面積。

厚度測定方法：將濾紙縱橫均勻切取0.01 m2的試樣，共計20片，使用性能參數(shù)符合GB／T 451.3-2002［2］標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的厚度儀，分別測定每片試樣的厚度值。測試時將試樣放置在張開的測量面間，以低于3 mm／s的速度慢慢地將另一測量面移到試樣上，注意避免產(chǎn)生任何沖擊作用，測量面間的壓力應(yīng)為（100±10）kPa，采用恒定荷重的方法，以確保兩測量面間的壓力均勻。每片試樣應(yīng)測定一個點，通常在2～5 s內(nèi)完成讀數(shù)，結(jié)果以平均值表示，單位為mm或μm。

1.2.3 挺度檢測

挺度——在標(biāo)準(zhǔn)條件下，彎曲一端夾緊的規(guī)定尺寸的試樣至15°角的力或力矩。表示濾紙抗變形能力，挺度高濾紙容易變脆，濾清器容易損壞。

挺度測定方法：將濾紙切成長63.5 mm、寬50.8 mm的試樣，縱橫方向各5片，將每片試樣夾持在符合ASTM D 6125-97［3］規(guī)定的Gurley挺度儀的試片夾具上，如圖1所示，選用合適的重錘和裝置重錘位置，確保測量過程中錘擺指針在刻度1～7單位之間，撥動馬達開關(guān)，測定每片試樣正反面的挺度值，每片試樣正反面僅測一次，并求出每片試樣正反兩次的平均值，最終結(jié)果以5片的平均值表示，單位為10－5N。

1.2.4 透氣度檢測

透氣度——按規(guī)定條件，在單位時間和單位壓差下，通過單位面積濾紙的平均空氣流量。它是濾紙性能的綜合反映，是濾清器設(shè)計中首要考慮的指標(biāo)。它與濾清器的流阻特性、濾清效率、原始阻力、儲灰能力 （壽命）等性能指標(biāo)密切相關(guān)，濾紙的透氣度越大，流阻越小，原始阻力也越小，反之則相反。透氣度與流阻之間存在著相反的定性關(guān)系。

透氣度測定方法：將濾紙切成60mm×100mm的試樣，共計10片，標(biāo)明正反面，用技術(shù)參數(shù)符合GB／T 458-2008［4］規(guī)定的透氣度測定儀，如圖2所示，將每片試樣放置在上、下夾具間，撥動壓力選擇撥盤到試驗壓差，檢查量值單位切換轉(zhuǎn)盤顯示的單位是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，啟動儀器進行測定。測定時，應(yīng)5片試樣正面，5片試樣反面進行。如果試樣厚度在0.3mm以上，將被測試樣夾持區(qū)以外的邊緣密封起來，以防側(cè)面進氣影響測試結(jié)果。如果通過試樣正反兩面的透氣度有較大差別，又需要報告這個差別，則應(yīng)在每個面各測定10片試樣，并且分別報告這兩個結(jié)果。按式⑵計算試樣的透氣度Ps，其結(jié)果單位為μm／（Pa·s）。換算公式為Ps＝166.7×u／（50×Δp）·S，單位μm／（Pa·s），u的單位為mL／min，Δp是測試面與外面空氣的壓差，單位為Pa，Δp是需要儀器測試的，所以只知道紙張的mL／min，想換算出μm／（Pa·s）是不可行的，只有測試出來的結(jié)果才可靠，如公式 （2）所示：

式中：V為測定時間內(nèi)通過試樣的空氣體積，mL；

Δp為試樣兩邊壓差，kPa；

t為測定時間，s。

1.2.5 耐破度檢測

耐破度——將試樣放置在彈性膠膜上，用一定壓力使上夾具緊緊夾住試樣周邊，由液壓系統(tǒng)以穩(wěn)定速率對其施壓，彈性膠膜與試樣一起自由凸起，當(dāng)彈性膠膜頂破試樣時所施加的最大壓力。耐破度表示濾紙的抗壓差能力，耐破度高表明濾紙有較好的彈性，濾清器的耐用性好。

耐破度測定方法：將濾紙切成70mm×70mm的試樣，共計20片試樣，用技術(shù)參數(shù)符合GB／T 454-2002［5］規(guī)定的耐破度試驗儀，如圖3所示，分別測定每片試樣破裂時承受的最大壓力。如果試樣破裂位置在測量面積周邊，表明因上夾具的夾持力過高或在夾持時上下夾具相對轉(zhuǎn)動致使試樣損傷，此試驗數(shù)據(jù)應(yīng)舍棄。若客戶未要求分別報告試樣正反面的試驗結(jié)果，應(yīng)測試20個有效數(shù)據(jù)；如果客戶要求分別報告試樣正反面的測試結(jié)果，則應(yīng)每面至少測定10個有效數(shù)據(jù)，結(jié)果以平均值表示，單位為kPa。

1.2.6 抗張強度檢測

抗張強度——在恒速加荷的條件下，將規(guī)定尺寸的濾紙拉伸至斷裂，測量濾紙所能承受的最大抗張力，它是表征濾紙抗拉性能的一個非常重要的指標(biāo)。許多濾清器在應(yīng)用過程中，濾紙都要承受一定的拉力。高抗拉強度表明濾清器的幾何尺寸穩(wěn)定性良好。

抗張強度測定方法：將濾紙切成寬度為15mm、試樣最短長度為250mm的試樣，縱橫方向各10條，使用技術(shù)參數(shù)符合GB／T 453-2002［6］標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗張強度試驗儀，如圖4所示，將試樣夾緊在上、下夾頭間，防止用手接觸夾子間的試驗面積。在試樣上施加約98mN的預(yù)張力，使試樣垂直地夾在兩夾子間，測定試樣拉伸至斷裂時所承受的最大作用力。按式 （3）計算抗張強度S，其結(jié)果以kN／m表示。如試樣斷裂處距夾頭10mm以內(nèi)，應(yīng)舍棄不計。

式中：F為平均抗張力，N；

LW為試樣的寬度，mm。

1.2.7 初始冒泡壓力檢測

初始冒泡壓力——濾紙按規(guī)定的方法進行試驗時，第一次出現(xiàn)成串氣泡時的壓力值。在沒有制造缺陷的情況下，第一次出現(xiàn)成串氣泡的位置即為濾紙的最大孔徑處，最大孔徑就是根據(jù)第一次冒泡點壓力值推算得到的，依據(jù)最大孔徑的大小可以近似判別濾清器的精度。

初始冒泡壓力測定方法：將濾紙裁剪成φ50mm圓形試樣，共計3片，試樣正反面應(yīng)當(dāng)清潔，不得帶有任何微量油脂或有可能妨礙完全、均勻地濕潤試樣的物質(zhì)。如圖5所示，將試樣放在帶密封圈的支持盤上，用夾具將上下部漏斗夾緊，插入真空瓶中，并連接在帶有壓力計的真空泵上，使用ISO4003：1977［7］標(biāo)準(zhǔn)指定的試驗液測定試樣初始冒泡壓力。按式 （4）計算初始冒泡壓力值對應(yīng)的孔徑，其結(jié)果單位為m。

式中：γ為試驗液體的表面張力，N／m；

Δp為試樣兩側(cè)的壓差，Pa；

θ為試驗試劑與試樣孔壁的接觸角，（°）。

1.2.8 壓降流量特性檢測

壓降流量特性——濾紙在規(guī)定運動黏度和規(guī)定壓降條件下所能通過的流量。它是表征濾紙過濾速率的一個重要的特征，它與濾清器的流阻特性、濾清效率、壽命等性能指標(biāo)密切相關(guān)。

壓降流量特性測定方法：選用技術(shù)指標(biāo)符合GB／T 17486-2006［8］標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多次通過試驗臺，如圖6所示；將濾紙裁剪成φ90mm圓形試樣，放置在濾紙專用試驗夾具中，并將試驗夾具安裝在被試過濾器位置，試驗夾具與壓力測量點之間應(yīng)使用與管接頭相同內(nèi)徑的管件連接；測定時，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)閥使試驗流量達到0.2倍額定流量并穩(wěn)定，觀察并記錄壓差指示器壓降值；繼續(xù)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)閥，使試驗流量以0.2倍額定流量的增幅逐步上升至1.2額定流量的各流量時，觀察并記錄壓差指示器壓降值；然后測定以遞減的各試驗流量的壓降值。各試驗流量的壓降值是用遞增壓降值和遞減壓降值的平均值表示，單位為kPa。

1.2.9 過濾比檢測

過濾比——濾紙上游單位體積中大于粒徑X顆粒數(shù)除以下游單位體積中大于粒徑X顆粒數(shù)。表征濾紙攔截固體顆粒污染物的能力，濾紙過濾比高，表明濾清器的過濾效率好。

過濾比測定方法：選用技術(shù)指標(biāo)符合《GB／T 18853-2002液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多次通過法》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多次通過試驗臺，如圖6所示；將濾紙裁剪成φ90mm圓形試樣，放置在濾紙專用試驗夾具中，并將試驗夾具安裝在被試過濾器位置，試驗夾具與壓力測量點之間應(yīng)使用與管接頭相同內(nèi)徑的管件連接。試驗步驟按GB／T 18853-2002標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。按式（5）計算濾紙的過濾比β：式中：為上游單位體積中大于粒徑X的平均顆粒數(shù)；為下游單位體積中大于粒徑X的平均顆粒數(shù)。

1.2.10 納污容量檢測

納污容量——濾紙達到制造商規(guī)定的極限壓降時，有效截留的指定顆粒污染物的總量。表征濾紙使用壽命的重要指標(biāo)之一。

納污容量測定方法：將濾紙裁剪成φ90mm圓形試樣，放置在濾紙專用試驗夾具中，并將試驗夾具安裝在如圖6所示被試過濾器位置，試驗步驟按GB／T 18853-2002標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。按式（6）計算濾紙的納污容量G，其結(jié)果單位為g。

式中：G1為被試樣達到極限壓降時，注入試驗油箱內(nèi)試驗粉塵總量，單位為g；

G2為被試樣達到極限壓降的80%時，從被試樣上游取樣，然后用重量分析法得到試驗油箱內(nèi)試驗粉塵總量，單位為g。

2 結(jié)束語

濾紙各指標(biāo)之間相互影響、相互聯(lián)系，反映在濾清器各性能參數(shù)上，也不是單一對應(yīng)的關(guān)系，而是濾紙的幾個指標(biāo)參數(shù)共同決定濾清器的性能。因此，只有全面地了解濾紙的指標(biāo)，才能設(shè)計、制造出適合于不同場合的、滿足不同需要的高品質(zhì)的濾清器。

【1】全國造紙工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB／T 451.2-2002紙和紙板定量的測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

【2】全國造紙工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB／T 451.3-2002紙和紙板厚度的測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

【3】美國材料和實驗協(xié)會.ASTM D 6125-1997紙和紙板耐彎曲性的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（GURLEY型測試儀）［S］.美國：美國石油學(xué)院，1980.

【4】全國造紙工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB／T 458-2008紙和紙板透氣度測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

【5】全國造紙工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB／T 454-2002紙耐破度的測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

【6】全國造紙工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB／T 453-2002紙和紙板抗張強度的測定（恒速加荷法）［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

【7】國際標(biāo)準(zhǔn)化組織.ISO 4003-1977可滲性燒結(jié)金屬材料氣泡試驗孔徑的測定［S］.ISO出版社，1977.

【8】全國液壓氣動標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB／T 17486-2006液壓過濾器壓降流量特性的評定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

實現(xiàn)汽車輕量化的5種途徑

提升汽車燃效或者說降低油耗的方式有哪些？目前看來，輕量化是最有效的手段之一。據(jù)悉，汽車每減輕10%的質(zhì)量將降低油耗6%～7%?！拜p量化”只是一個寬泛的概念，它設(shè)計到結(jié)構(gòu)、材料、布局等等方面，這里將總結(jié)5項能夠讓汽車變得更輕的技術(shù)：（1）輪轂電機；（2）塑料材質(zhì)；（3）碳纖維；（4）小型化汽車電池；（5）線控系統(tǒng)。

（來源：蓋世汽車網(wǎng)）

Summary of Test Methods for Filter Paper Performance

XIONG Liyuan
（Aviation Industry Filtration Product Quality Supervision and Test Center，Xinxiang Henan 453019，China）

The standards，test elements and methods for parameters test of filter paper were introduced from the twomain characteristics of filter paper.The connection between filter paper technique targets and filterswas analyzed so as to afford technique support for filter design and quality control.

Filter paper；Physics characteristic；Filtration characteristic

2014－02－21

熊麗媛（1985—），女，工程師，主要從事流體污染控制及顆粒度計量的研究工作。E-mail：sdxz2008＠sohu.com。