中国过滤材料性能测试方法标准的现状及建标工作
文章摘要: 阐述了国内外通油过滤材料和空气过滤器材料的主要性能及其测试方法。指出我国尚未建立“过滤材料性能测试方法标准”，不利于过滤材料行业的发展，建议正视现实，推动该标准的建立，并提出了建标原则和具体项目的建议。
关键词:过滤材料,性能测试方法,标准中图分类号:TS107 8 文献标识码:C 文章编号:1004-7093(2007)01-0031-05
过滤材料性能测试方法标准与过滤器的性能测试方法标准不一样,过滤器性能测试要满足其所在的流体系统(或工作位)的特性要求,而过滤材料要在满足过滤器性能要求的同时,还要满足过滤器生产过程中的工艺性要求和理化性能要求,以实现过滤器的较长寿命、良好工艺、可靠的强度和阻截微小尺寸颗粒的高效率。在过滤材料的诸多性能中,有些性能近似过滤器的性能,如“过滤精度”、“纳污容量”和“流量阻力”等,但过滤材料毕竟是制造过滤器的“材料”,必须按材料特点去检测其性能,这就是所谓“过滤材料性能测试方法标准”;还有—些属理化性能的项目,如耐折强度、顶破强度、与工作流体的相容性等则是有利于加工工艺、成品质量及寿命的相关规定。
1 国外通油过滤材料主要性能定义及测试方法现状
现代通油过滤器的过滤精度定义都逐渐接受液压过滤器的过滤特性评定方法,即对含有污染颗粒油液的过滤过程,以某尺寸颗粒的滤前与滤后的数量比值(效率)判定“过滤精度”。此方法称为“多次通过试验法”。多次通过试验法最初由美国俄克拉何马州立大学流体动力研究中心费奇博士领导开发,后成为美国国家标准,1981年被纳入国际标准,是液压技术考核滤芯过滤性能的试验方法。现在凡工业用油路系统和工程车辆油液系统使用的滤芯都逐渐釆用该标准,过滤材料的性能考核在国外也有釆用。考核方法是:在试验系统按规定投入试验用粉末,该污染油液通过被试滤芯(或过滤材料)会在此试验段建立压差,在几个压差点分别在滤芯前后取样测试,测出滤前和滤后至少6个不同尺寸的颗粒数量,再将滤前颗粒数除以滤后对应尺寸颗粒数得出过滤比(β)(参照图1)。在建立滤芯压差过程试验系统污染液中减少的颗粒数量会由另一污物注入系统缓慢提供(高浓度污染液)。压差达额定值即停止试验。在6个尺寸颗粒的过滤比β值中,若有达到75者,则被测试的滤芯精度值就被确定为该尺寸。多次通过试验法与20世纪80年代以前的玻璃球试验法不同,是以光学技术装备的自动颗粒计数器直接测量通过颗粒的尺寸和数量,最终评定某尺寸颗粒之过滤比率,並认定过滤精度即为指定比率下的尺寸(微米)。早年的玻璃球法在外国过滤材料公司中有意大利Boss公司和比利时Bekaert公司使用,是借鉴过滤器精度测定标准即MIL F 8815D“玻璃微珠通过法”。当时有很多公司使用该标准评定过滤器,中国航空标准HB5825、HB6146(航空过滤器通用技术条件)就明确规定在最大粒子通过试验中使用F 9、F 13、F 15、F 17和F 19等不同尺寸分布的玻璃微珠粉末,其试验方法均等同于MIL F 8815D。进入90年代后,较有名气的国外过滤材料公司不再使用MIL F4 8815D,而采用ISO4572(1995年改为ISO16889)标准,即多次通过试验法。图1是Bekaert公司在样本上显示的多次通过试验的系统线路图。Lydall和Bekaert公司是国际上率先借鉴过滤器过滤精度评定法的过滤材料制造公司,把过滤器的主要性能过滤精度定义及评定法直接和自已生产的过滤材料等同起来,深受过滤器制造厂家欢迎,给新型过滤器设计选材和试验定型创造了极大方便並少走不少弯路。
目前国际上过滤材料性能测试方法並没有统一的方法标准。单从过滤精度测试方法就可看出:在Bekaert公司样本中,孔径测试、透气度测试及纳污容量测试都注明了测试方法釆用的标准,惟独过滤精度一栏未作标注,虽说不见从前样本标注的“MIL F 8815D”字样,但可以认为Bekaert公司仍在沿用老方法。Lydall公司与其不同,图2的多次通过试验台一看就知道是专门对过滤材料进行多次通过试验的台子。而图3Bekaert公司的大台子不可能用于做过滤材料的过滤精度测试,那只是用于纳污容量测试,因为该试验要取得过滤材料初始阻力值和加试验灰后阻力值两参数。美国Pall公司是世界公认的过滤器制造顶级企业,一贯声称所用过滤材料自产自用,肯定有自已的过滤材料性能测试标准,自产过滤材料不外卖,其性能测试方法也不向外公布。该公司曾参与国际标准化机构ISO组织的多起过滤器性能测试方法标准制订工作,其自用的过滤材料测试方法也会十分贴近过滤器,与其他过滤材料生产厂家测试方法也会有所区别。由此可以判断国外各公司过滤材料性能测试方法都有各自的标准。
我国通油过滤材料性能测试方法概况
我国率先对购买的过滤材料进行性能测试的当属航空过滤器制造业,然而当时却无测试方法标准。以过滤精度测试为例,其测试方法是“示范”式传教,现已延续26年之久。目前在温州黎明液压机电厂、新乡东风过滤技术有限公司也都釆用相似方法,由于各家都无测试方法标准,除基本方法相同之外,由于年代久远,无根据的方法改进,也造成其测试数据的差别。企业之间没有统一的测量仪器的校准规则,没有协商一致的测试比对活动,也是因没有统一标准制约的结果。例如过滤精度测试都釆用单次通过法测定过滤比β,但在过滤材料取样面积上差异很大,所取圆形试样的直径各不相同;有的釆用多次通过法测定β值;有的采用单次通过法,不用手工注入污染液而改为系统传输污染液且建立微小压差;有的自动颗粒计数器购买了十几年向来不计量、不比对。以上各种各样的性能测试方法造成了同一过滤材料在多家单位测试时会得到各不相同的数据。
3 空气过滤材料主要性能测试方法概述
空气过滤材料有三大类型:①控制烟粉尘排放类,包括燃烧烟囱、水泥及卷烟工厂、燃煤电厂及钢铁企业高炉等;②机器进气系统保护类,如工程机械、车辆及空气压缩机等的进气系统;③创建洁净空间类,如洁净室、防护面罩及净化工作台等。由于使用要求不同,其性能和测试方法都不同。早年常用的滤清器其过滤材料性能测试方法虽然有国外公司因推销过滤材料而介绍的性能测试项目,如滤除效率(灰尘滤除重量效率百分比)和DOP气溶胶颗粒穿透率(0.3μm颗粒穿透百分比)等,但国内无一企业具有测试能力,加之无标准可循,因而对外来的测试方法只能是望洋兴叹。由于车用三滤行业推荐介绍,美国SAE标准进入国内,于是有了车用空气滤清器测试方法标准,如滤除效率。然而对滤清器产品上游材料之性能测试仍然是空白。大气保护类空气过滤是近20年国际上新发展起来的,新型空气滤清器的性能要求和测试方法都不同于后两类。我国近年也对环保措施重视起来,但此类滤清器性能测试和过滤材料测试均属空白。在本次过滤材料性能测试方法标准制订中争取在烟粉尘排放类空气过滤材料的测试技术水平上一步到位,与国际上过滤材料测试方法接轨。虽说我国大气环境保护法规的出台时间落后于其他国家,但若制订的过滤材料性能测试方法标准是先进的,则会促使优质滤清器发展且占据国内市场,因此必须借鉴美国EPA公司FEMA试验标准和“100个循环标准”以及欧洲ETV试验项目。近年三类空气滤清器的标准中都有“脉冲清灰效果”的性能要求,所以应在所有三大类空气过滤材料上增加该性能的测试方法。现在的困难是:由于一直未重视过滤材料性能测试方法标准,国内目前见不到美国和欧洲的过滤材料性能测试方法标准,仅靠外商来华产品参展时的技术交流及简要资料介绍不能了解其测试方法细节,达不到与其接轨目的。
4 正视现实,推动我国的建标工作
综上所述,我国建立过滤材料性能测试方法标准的必要性日益显现,且已具备一定的条件。
4 1 标准的制订原则
在过滤材料性能测试方法标准制订中,可以考虑遵循下列原则:
(1)确定有用的技术指标。采用对过滤器性能指标和过滤芯工艺能够一致的指标,例如液压过滤器要求过滤精度以β表示,在国外有些过滤材料公司已率先使用,应在制订的标准中使用。
(2)没有用的指标不列入标准中。例如,滤纸拉伸强度、耐破度可以用滤纸耐折强度和耐疲劳强度代替;耐酸抗水性可用过滤器指标检测;过滤材料幅宽和面密度可以不列入标准。
(3)测定方法要有可靠且准确的依据。每个指标的测定方法都要有借鉴的文字依据,或部分釆用或等效釆用,需要有充分理由,而且每项都有验证试验。
(4)兼收并蓄,扩大使用方法。根据已掌握的国外部分过滤材料标准,有些指标的定义和测量方法多种多样(例如透气度),可以有选择地确定多个方法成为标准,由使用标准的企业任意选择。
(5)创造新测试方法,给新指标下定义。例如,现代新过滤器出现“反冲性能”项目,则对过滤材料的测试方法和性能定义一定要遵循过滤器的性能要求,慎重定义,测试方法须多次反复验证。
(6)标准要使用方便,符合国情。不要把标准制订得高不可攀,行文要通俗易懂,用词准确不含糊;数据整理不烦琐复杂;具有简便的工艺性和可操作性。例如,通油过滤材料“过滤特性”考核用“单次通过法”就非常简便和实用。结合中国的实际,制订出等同于国际水平的科学实用标准就是符合国情(例如,将“单次通过法”和“多次通过法”兼收并蓄在标准中)。标准要遵循国家计量法规,统一词语。(7)标准只制订性能测试方法,不规定性能指标。
4 2 空气过滤材料和通油过滤材料主要性能项目的确立及测试方法
建立“过滤材料性能测试方法标准”是一项带有研究性质的工作,是一种资源开发式工作,但该工作需要细致入微和反复验证,以求切合实际。各类过滤材料有不同的性能要求,已有的测试方法的成熟程度亦各不相同,因此建标工作的难易程度亦有差异。相信过滤材料性能测试方法标准的建立将进一步推动我国过滤材料的发展。
