【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及滤纸，具体涉及一种具有孔径与润湿性能梯度结构的滤材及其制备方法与应用。
技术介绍
1、燃油中的水分会加速油液氧化，降低其润滑、安全、燃烧等特性，同时，水易腐蚀设备相关金属部件，与油中杂质形成沉淀物堵塞发动机，给系统运行带来安全隐患。因此，为保证燃油品质及设备安全运行，除去燃油中的水是十分有必要的。利用油水分离滤材对燃油中的水进行高效滤除，提升油液质量，确保设备可靠运行。为满足燃油实际应用的需求，需添加多种具有表面活性的添加剂，降低油水界面张力，经过剪切作用后油液中的污染水容易形成粒径更小的乳液水。对于燃油界面张力低于10mn/m的油液，在高速剪切作用下乳化水的尺寸大部分在10μm以下，这部分乳化尺寸小于10μm的水分子是聚结分离的难点所在，这是由于一方面粒径太小的水滴分离对于滤材的孔隙结构以及表面润湿具有特殊要求，另一方面是由于乳化水的油/水界面的表面活性剂保护作用，使得乳化水滴自身很难通过自身的碰撞而发生有效的聚结。
2、目前，燃油中乳化水的分离主要是通过过滤分离材料进行分离，分离的作用形式主要有拦截分离和聚结分离两种方式。拦截分离是利用滤材孔径小于水滴粒径的表面疏水性材料将水滴直接拦截在滤材表面，这种分离机制简单且效果稳定，但比较适用于水滴粒径比较大的情况。因为倘若油液中水滴尺寸小，减小滤材孔径会使材料使用过程中压差增大且容易被堵塞，水滴也容易被挤压变形通过滤材，降低滤材的分离效率与使用寿命。聚结分离是利用滤材中交织的纤维对水滴进行捕获，在流体作用下水滴向下游迁移，不断与附着在纤维上的水滴碰撞、聚结
3、聚结滤材的表面润湿性能以及滤材的结构特性是影响滤材聚结分离性能的重要因素。由于被表面活性剂包覆的小尺寸乳化水本身稳定性较好，自身的碰撞难以打破表面活性剂的保护因此难以发生有效的碰撞聚结。针对这个情况，中国专利cn114474882a公开了在聚结滤材层中填充包括改性亲水亲油性玻璃微珠及碳纳米管，可实现油中乳化水在流经滤材时聚结为大颗粒水滴分离出来。本研究团队前期(中国专利cn110330586a、中国专利cn115340660a)通过在滤材上构造具有双亲性以及构造亲水-疏水分子链段等手段来提升滤材对乳化水的破乳聚结分离性能。但是这种单一孔径的滤材的效果比较有限。这是由于对于小尺寸乳化水的高效聚结长大，根据聚结机理，要求乳化水滴在通过聚结分离材料的过程中，在初始阶段，如果滤材的孔隙越小，纤维亲水性越强，纤维就越容易对细小的乳化水进行拦截捕获，继而确保细小的水滴能够在纤维上发生润湿，继续发生聚结长大。但是水滴增大到一定程度以后，此时可能在流体挤压下水滴反而会受到滤材纤维二次剪切从而导致聚结效率降低，因此聚结效果有限。并且由于滤材纤维与水滴仍具有较好的润湿性能从而导致滤材阻力的上升。因此，单一孔径或者单一的润湿性能的滤材，都难以对10μm以下的乳化水达到很好的聚结分离效果。
4、有些报道采用了润湿性能不同的双面结构滤材或者不同孔径的滤材进行复合的方法来提升滤材的聚结分离性能。例如中国专利cn113996188a和cn113856242a就通过特殊的工艺制备得到具有一面超亲水、一面超疏水的janus滤材，其润湿性能是一种从超亲水到超疏水的突变形式，在单向传输时能够进行乳化水分离，但是这种类型的材料只能够适合于通量很小的乳化水分离的场景，无法使用于流量与流速较大的实际应用工况。本研究团队前期(专利cn111235959a)通过对滤材的双/多结构设计，入流面由亲水纤维为主组成，出流面由较多疏水纤维组成，这种方法能够提升聚结滤材的性能，该材料在界面张力大于17mn/m的油液中有良好的水分离性能(超过80％)，但是当界面张力低于13mn/m，其水分离效率仅有35％左右。以上专利文献无论是润湿性能或者是滤材孔隙大小，层间的变化都是一种跳跃式的变化。如果两层结构的差异性太小，则作用效果不明显；但如果两层材料将的润湿性或孔径的差异性太大，则从水滴逐渐聚结长大的过程不够充分，因此也无法起到明显的提升聚结性能的作用。但如果通过增加层数的方法来降低层间的差异性，由于其制备方法需要通过多层成型后复合的方法，特别是制备多层结构材料的时候，工艺非常复杂，并且产品性能的稳定性也难控制。因此，要能够充分发挥出聚结滤材的性能，实现对于界面张力更低、粒径10微米以下的乳化水具有高效的聚结分离作用，需要根据聚结过程水滴逐渐长大的机理，必须对聚结滤材的空隙结构以及表面润湿性能进行正对性设计，并对制备工艺进行优化，获得良好的乳化水聚结分离效果的聚结滤材。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有润湿性能与孔径梯度结构的滤材并应用于含有粒径小于10μm的乳化水的聚结分离。本专利技术采用不同粗细以及不同表面亲疏水性能的纤维，通过混合搭配以及流送浆料的特殊梯度流送工艺进行脱水成型，从而形成具有亲水性能逐渐下降，而孔径逐渐增大的梯度结构滤材。利用滤材的这种亲水性逐渐下降以及孔径逐渐变大趋势的结构，可以使得小尺寸乳化水滴在经过滤材内部的过程中，小孔径的亲水入流面通过与水滴充分接触后发生捕获润湿，继而聚结长大，进而在水滴长大的过程中，孔径的增大有利于水滴的增大，有效避免后期长大的水滴由于过大细小孔径的挤压作用而造成水滴的二次剪切形成小水滴；同时随着滤材亲水性能的逐渐下降，使得水滴在纤维的润湿性能也逐渐下降，可以避免后期长大的水滴在纤维内部被拦截后形成水膜，并有利于水滴自身的碰撞聚结与脱落；到达出流面后，由于纤维具有较大孔径以及较为疏水的性质，有利于长大的水滴在纤维滤材表面脱落，从而达到高聚结分离效率以及低阻力的目的。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案。
3、一种具有润湿性能与孔径梯度结构的滤材的制备方法，具体包括以下步骤：
4、(1)将三种混合纤维体系a，b和c分别在不同的浆池中分散得到相应的浆料；所述的三种混合纤维体系，其中混合纤维a为双熔点pet短切纤维和pp短切纤维的混合物；混合纤维b为短切玻璃纤维和双熔点pet短切纤维的混合物；混合纤维c为玻璃棉纤维、超细pet短切纤维以及醛化pva短切纤维的混合物。
5、(2)将浆料a的25％-75％的量注入浆料混合槽中，然后按照一定流速流入成型网脱水成型；同时将剩余的浆料a与浆料b按照同样的流量注入浆料混合槽，注入浆料混合槽中的浆料流量与浆料混合槽注入成型网的流量要保持基本一致；
6、(3)待剩余浆料a注入完毕后，打开浆料c与剩余浆料b以相同流量同时注入浆料混合槽；
7、(4)浆料b本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有孔径与润湿性能梯度结构的滤材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，浆料A的浓度为0.40％-0.80％，浆料B的浓度为0.20％-0.40％，浆料C的浓度为0.10％-0.20％；浆料A占全部浆料绝干的40-70wt％，浆料B占全部浆料绝干的20-40wt％，浆料C占全部浆料绝干的10-20wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合纤维A中，双熔点PET短切纤维的直径为20-30微米，PP短切纤维的直径为15-30微米。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，双熔点PET短切纤维占混合纤维A质量比的20％-50％，PP短切纤维占混合纤维A质量比的50％-80％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合纤维B中，短切玻璃纤维的直径为3-6微米，双熔点PET短切纤维的直径为10-20微米。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，短切玻璃纤维占混合纤维B质量比的20％-60％，双熔点PET短切纤维占混合纤维B质量比的4
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合纤维C中，玻璃棉纤维的直径小于1微米，超细PET短切纤维的直径为2-4微米，醛化PVA短切纤维的直径为4-8微米，PVA纤维醛化度为5％-10％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，玻璃棉纤维占混合纤维C质量比的60％-80％，超细PET短切纤维占混合纤维C质量比的10％-30％，醛化PVA短切纤维占混合纤维C质量比的10％-20％。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的一种具有孔径与润湿性能梯度结构的滤材，其特征在于，滤材的定量控制在90-170g/m2，厚度为0.8-1.6mm。
10.权利要求9所述的滤材在低界面张力燃油中污染水分离的应用，其特征在于，对于油液界面张力低于10mN/m、粒径10μm以下的乳化水具有聚结分离作用。
...【技术特征摘要】
1.一种具有孔径与润湿性能梯度结构的滤材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，浆料a的浓度为0.40％-0.80％，浆料b的浓度为0.20％-0.40％，浆料c的浓度为0.10％-0.20％；浆料a占全部浆料绝干的40-70wt％，浆料b占全部浆料绝干的20-40wt％，浆料c占全部浆料绝干的10-20wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合纤维a中，双熔点pet短切纤维的直径为20-30微米，pp短切纤维的直径为15-30微米。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，双熔点pet短切纤维占混合纤维a质量比的20％-50％，pp短切纤维占混合纤维a质量比的50％-80％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混合纤维b中，短切玻璃纤维的直径为3-6微米，双熔点pet短切纤维的直径为10-20微米。
6.根据权利要求1所述的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐桂龙，陈柯婷，宋强，唐敏，梁云，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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