针刺非织造材料

针刺非织造材料是工业固液分离领域应用范围最广、产业化程度最高的过滤材料之一，广泛应用于压滤、真空过滤等固液分离设备，在矿山选矿、煤炭洗选、化工、冶金、食品加工、市政污泥脱水及尾矿处理等领域形成了成熟的工程应用体系。针对不同工况需求，业界已形成以聚酯（PET）、聚丙烯（PP）为主体，聚苯硫醚（PPS）、芳纶及聚四氟乙烯（PTFE）等高性能纤维材料为补充的系列化产品。其中，PET滤材主要用于常温水处理和一般工业固液分离，PP材料适用于需要耐酸碱的常温化工介质过滤，而PPS、PTFE等高性能材料则面向高温、强腐蚀等苛刻工况。

针刺非织造材料由随机取向纤维构成三维多孔结构，具有较高的孔隙率和较大的容污空间，能使颗粒沿滤材厚度方向逐层沉积，并随着颗粒不断沉积和滤饼形成，过滤过程由深层过滤转变为表面过滤，从而获得高纳污量和长服役寿命。但在高压过滤时，纤维网络易发生压缩变形，随着滤材厚度减小，纤维体积分数增加，孔隙率及有效流通孔道减小，使滤材渗透率降低；在相同过滤压差下表现为液体通量下降，而在恒定流量运行条件下，则表现为过滤压差升高。同时，孔隙空间压缩会限制颗粒向滤材内部迁移和沉积，使过滤过程提前向表面滤饼过滤转变，进一步加快压差增长并降低有效纳污容量和过滤寿命（图 1）。相比之下，传统机织滤布依靠经纬纱线构成规则孔隙结构，具有尺寸稳定性好、过滤精度稳定及滤饼易剥离等特点，在工业固液分离中应用广泛，但其内部孔隙空间相对有限，颗粒截留主要集中于滤材表面。与机织滤布相比，针刺滤材在获得较高孔隙率和容污能力的同时，对受压状态下的结构稳定性提出了更高要求（表 1）。液体过滤用针刺滤材的性能评价也由初始过滤性能进一步延伸至受压状态下的厚度保持能力、孔隙稳定性及持续纳污能力，这也成为近年来工业液体过滤材料的重要研发方向。此外，经编结构也用于部分液体固液分离场景。三维经编间隔织物具有较高的结构弹性和内部孔隙空间，可作为辅助过滤层与传统机织滤布复合使用。

图 1 滤材压缩前后结构对比

表 1 机织滤布与针刺滤布在工业固液分离中的结构与应用特性比较

针对液体过滤过程中滤材的结构稳定性和持续纳污需求，机织基布增强是提高针刺滤材结构稳定性的常用方式之一。在压滤领域广泛采用机织基布增强针刺复合结构，由机织骨架提高滤材的力学强度和尺寸稳定性，针刺层提供深层过滤功能。

熔喷非织造材料

熔喷非织造材料是液体滤芯过滤常用的深层过滤材料，广泛用于工业水处理、食品饮料、医药、生物制剂以及燃油、润滑油和液压油等领域。同针刺非织造材料相比，熔喷材料由微米级纤维随机堆积形成三维多孔网络，具有孔径小、比表面积大和孔隙率高等特点，可在保持较高液体通量的同时有效截留微米级颗粒，因此成为高精度液体滤芯的核心过滤材料。液体通过滤材时，颗粒在孔径筛分及颗粒与纤维的相互作用下被截留，并沿滤材厚度方向逐步沉积，形成深层过滤。与以表面截留为主的滤材相比，熔喷材料可充分利用内部孔隙空间容纳颗粒，有利于提高纳污能力并延缓过滤压差增长。液体滤芯产品常通过沿流动方向构建由疏至密的梯度孔结构，使外层优先截留较大颗粒，内层进一步去除细微颗粒，在确保过滤精度的同时提高纳污能力。随着生物制药、电子化学品等领域对液体洁净度要求不断提高，滤材除提高颗粒截留精度外，还需减少纤维脱落及可萃取物等自身污染物的引入，并保持良好的介质相容性和结构稳定性。因此，熔喷液体滤材的优化已由单一纤网的孔结构调控进一步拓展至原料体系、梯度结构及多层复合等方面。

熔喷非织造材料的原料已从传统PP拓展至聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、PET等多种聚合物体系。PP耐酸碱、易加工且成本较低，是纯水、工业用水、食品饮料及药液过滤中应用最广泛的熔喷材料；PBT具有良好的生物相容性，常用于血液过滤等生物流体净化；PET熔喷材料则主要通过改善熔体流动性实现纤维细化和过滤性能提升。

除生物流体过滤外，熔喷材料还可通过与湿法滤材复合拓展至燃油等工业液体的颗粒过滤。目前，熔喷非织造材料在液体过滤中的性能优化已由单一纤网结构调控拓展至多层复合和异质材料协同设计。在血液过滤中，孔结构与纤维表面性质的协同调控有利于提高目标细胞的选择性截留；在燃油等工业液体过滤中，熔喷层与湿法滤纸的复合则可兼顾颗粒过滤精度与纳污能力。

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