2013年以來環(huán)境問題備受矚目，焦點集中在城市水資源污染問題上。隨著城市化進程的不斷加快，人類活動對水資源帶來了嚴重的影響，治理城市河流污染，還城市地下水以清潔的工作迫在眉睫。其實水污染的問題一直存在，水處理的工作也一刻不曾停歇。早在2010年，遼寧博聯(lián)過濾有限公司應國內某水處理設備制造商邀請，參與設計了一款新型濾布，主要應用于可移動城市污水處理設備上，目前本產品已得到廣泛應用，并已申請專利。現(xiàn)對該產品設計理念及工藝參數(shù)進行闡述。

01織物設計要求

此類城市污水處理設備使用溫度20～100℃，pH值4～6，過濾精度在60～70μm，設備額定承載重量為2t，過濾物粘稠，要求織物捕集性好，雙面過濾，濾渣易剝離，易清洗。濾布耐磨性好，布面挺括，不打折，強力高，織物工作幅寬由1.3m提高至2m，織物厚度小于2mm。

02濾布設計

通過對產品使用環(huán)境的分析，得出濾布設計要點如表1。

表1濾布設計要點

綜合以上幾方面，博聯(lián)公司研發(fā)團隊從原料選擇、紗線形態(tài)、織物結構及后整理幾方面設計、優(yōu)化產品。

原料選擇

根據(jù)濾布使用環(huán)境中溫度、pH值及強力的要求，選擇滌綸為原料紡絲。同時設備對織物強力、耐磨性要求較高，考慮到不同原料對成紗細度、紗強度有很大影響，所以選擇兩種滌綸切片紡紗，進行對比實驗。兩種不同切片編號分別為1193和1194，圖1為不同切片的紅外光譜。

由圖1的兩種原料紅外光譜對比可知，1194號切片的紅外光譜帶更強。紅外光譜帶的強度主要由兩個因素決定。一是振動中偶極矩變化大則吸收峰強，二是能級躍遷概率大，則吸收峰強。通過光譜分析可得，編號1194切片在波長為800～820cm-1處苯環(huán)鄰位氫的譜帶強度更大，910cm-1、990cm-1處不飽合烴-CHCH2譜帶強度更大，1450cm-1處苯環(huán)譜帶強度更大，可以判斷1194號切片化學鍵間作用力矩變化大，分子鏈中各元素能級躍遷機率大。

（圖1 滌綸分子式及紅外光譜）

紗線設計

不同紗線特性對比見表2。

表2 相同細度不同紗線指標對比

短纖維紗：用短纖維紗線織造的濾布，透氣量50L／㎡·s以下，易于細微顆粒的捕集，表面多毛羽，不利于濾渣剝離，易堵塞，重復使用性差。

單絲：單絲表面光滑（如圖2），相應織物透氣量大，一般為500L／㎡·s，適合阻截粒子，不宜捕集微粒?？椢飶娏Ω?，不易打折、起皺，伸長率低，尺寸穩(wěn)定性好。

（圖2 滌綸單絲）

復絲（如圖3）：復絲織物透氣量100L／㎡·s以下，表面平滑、濾渣剝離較好，強力大，織物形變大。絲束間的縫隙更適合捕集微粒，過濾精度較高。

（圖3滌綸復絲）

綜上所述紗線特點，根據(jù)新型設備對濾布強力要求高，不打折、不起皺，因此選擇單絲做為織物骨架材料。又考慮大幅寬條件下要求濾布尺寸穩(wěn)定及透氣量350～400L／㎡·s，選擇復絲做為織物表層材料。為此，緯紗選擇用包覆絲，提高強力，控制打折，經紗為復絲，提高過濾精度。

包覆絲是一種表層由復絲纏繞，內部由一根或多根單絲組成的紗線。本產品使用包覆絲一方面提高產品強力，減少打折現(xiàn)象；另一方面，控制產品透氣量。包覆絲變化很多，設計過程中針對芯紗單絲根數(shù)做了強力、伸長值的測試，指標匯總如表3。

表3 不同芯紗根數(shù)的包裹絲指標

如圖4所示，包覆絲外層由復絲緊密、均勻包纏。一方面，從復絲物理特征來看，包覆絲表面更光滑，絲束間的細小縫隙更且易于捕捉、攔截過濾介質中的微小雜質，提高過濾精度。另一方面，從力學角度看，外層復絲起到固定芯紗的作用，對單絲產生向心的壓力F1（見圖5），使整個包覆絲更牢固，單絲間不滑脫、不移位。

（圖4 包裹絲表面）

圖5所示為包覆絲截面，根據(jù)要求設計的包覆絲內部由三根單絲組成，形成了穩(wěn)定的三角形內芯結構，單絲間不會因交錯、移位而產生捻回，易于織造，單絲間相互擠壓的反作用力F2保證復絲牢固、均勻地包纏。

（包裹絲截面）

織物結構

不同組織結構的濾布性能指標對比如表4。

表4 不同組織過濾性能的差異

平紋組織：經緯紗每間隔一根就交織一次，是織物中交織頻繁，屈曲多?？紤]到本次設計中選用的緯紗為三根單絲包覆而成，紗支粗，頻繁交織會增加經、緯紗間的摩擦，不利于織造。且屈曲波增多勢必增加芯紗間滑脫的機率，降低產品的尺寸穩(wěn)定性。因此排除平紋組織。

緞紋組織：經緯交織點間距較大，交織點少，堅牢度差，織物的正反面有明顯差別。緞紋組織不符合設計中關于織物正反面組織相同，強力大的要求，排除緞紋組織。

斜紋組織：經紗和緯紗至少隔兩根紗才交織一次，與平紋組織相比斜紋組織具有較大的經緯浮長，因此在相同的紗支和經緯密度下織物結構較為松軟，除了紗線交織孔外，纖維之間的縫隙同樣起到了過濾功能。單一的斜紋織物表面呈現(xiàn)連續(xù)斜線織紋，沿此方向易變形，因此本次織物組織選擇斜紋的變化組織山形斜紋。山形斜紋在一個組織循環(huán)中斜紋向一個方向傾斜后再折返向另一個方向傾斜。保證了尺寸穩(wěn)定性，正反組織相同，保證緯向包覆絲不會因屈曲變形而滑脫，織造難度大大降低。同時相對松散的結構使織物有一定厚度，形成三維的過濾效果。圖6分別為織物放大25倍及150倍時的織物表面及交織點。

待過濾物質從織物一面被擠壓、滲透到另一面的過程中，經紗形成一個平滑的表層，阻擋大顆粒，而液體物質受外力擠壓，順著向織物內部延伸的孔隙流入織物內部。圖7為織物剖面圖，緯紗外層的復絲充分參與過濾全過程，對細小微粒起到攔截作用，從而大大提高了過濾精度。

（圖6織物表層）

（圖7織物表面）

后整理

后整理過程中重要環(huán)節(jié)為定型工序，定型的意義一方面，在于使織物表層更平整，提高表層對污物的托舉能力，降低細微顆粒滲透進復絲絲束間的機率，從而提高產品清洗效率，延長產品壽命。另一方面，通過高溫定型工序使產品尺寸穩(wěn)定性大大提高。該產品后整理采用本公司自主研發(fā)的熱輥式定型機，定型時預加張力3t，定型收縮率2％。

物理指標

在產品加工完成后，進行物理指標測試，對比采用二種不同的原料加工得到的產品物理指標見表5。

從表5中的強力、伸長率對比可知，1193號切片生產的滌綸絲強力更高，伸長更小，且透氣量，過濾精度符合設計要求。

表5 不同原料織物物理指標對比

03濾布的應用

到目前為止，該產品已經通過國標測試，所配套的過濾設備已應用于城市污水處理過程中，處理后的污水緊度增大，紗線覆蓋面積增大，即在一定面積上紗線的總數(shù)增加，引起表面填充度的增加，織物孔隙面積減小，使得紗線之間構成的氣體通道變小，致使空氣垂直于織物流動的粘滯阻力增大，所以總緊度越大，透氣性越小。但是當總緊度增加到一定程度后，透氣量減小的速率降低，這是因為總緊度增加到一定程度后，織物中紗線的孔隙已很小了，再增加織物緊度只能加大織物對紗線的擠壓而孔隙大小的變化很小，因此，透氣量的減低幅度也減少了。

由圖1可知，在織物的性質、結構、及線密度相同，織物密度（經密，緯密）等工藝參數(shù)相同的條件下，5種不同組織結構的織物透氣率遵循平紋＜斜紋＜透孔＜緞紋＜蜂巢的規(guī)律。其中在緊度為22％時緞紋透氣率略大于蜂巢組織是由于緊度過小，織物過于疏松以及制造和實驗條件造成的偏差。

04結語

當織物經密不變，隨著織物緯密的增加，織物的總緊度增加，紗線覆蓋系數(shù)增大，織物空隙面積減小，使紗線之間構成的氣體通道變小，致使織物透氣率減小。

在相同織物結構參數(shù)條件下，織物組織的不同對其透氣性有很大的影響。同樣棉織物受組織影響很大，通過實驗可知，其中蜂巢組織透氣率大，緞紋組織其次，透孔和斜紋再次，平紋透氣性差。

當經密不變時，緯密較小時，隨著緯密的增大，織物透氣量下降趨勢比較顯著，但當緯密增加到一定程度后，織物的透氣量隨其緯密的增加，下降得較為緩慢。

當交織點較少的織物密度很小時，其透氣率過大，個別試樣不符合透氣率在這5種織物中透氣率大小關系的規(guī)律。而密度過大時，各種組織的覆蓋系數(shù)和緊度就很大，故透氣率都比較接近，且較小。