中國過濾材料性能測試方法標準的現狀及建標工作
文章摘要: 闡述了國內外通油過濾材料和空氣過濾器材料的主要性能及其測試方法。指出我國尚未建立“過濾材料性能測試方法標準”，不利于過濾材料行業的發展，建議正視現實，推動該標準的建立，并提出了建標原則和具體項目的建議。
關鍵詞:過濾材料,性能測試方法,標準中圖分類號:TS107 8 文獻標識碼:C 文章編號:1004-7093(2007)01-0031-05
過濾材料性能測試方法標準與過濾器的性能測試方法標準不一樣,過濾器性能測試要滿足其所在的流體系統(或工作位)的特性要求,而過濾材料要在滿足過濾器性能要求的同時,還要滿足過濾器生產過程中的工藝性要求和理化性能要求,以實現過濾器的較長壽命、良好工藝、可靠的強度和阻截微小尺寸顆粒的高效率。在過濾材料的諸多性能中,有些性能近似過濾器的性能,如“過濾精度”、“納污容量”和“流量阻力”等,但過濾材料畢竟是制造過濾器的“材料”,必須按材料特點去檢測其性能,這就是所謂“過濾材料性能測試方法標準”;還有—些屬理化性能的項目,如耐折強度、頂破強度、與工作流體的相容性等則是有利于加工工藝、成品質量及壽命的相關規定。
1 國外通油過濾材料主要性能定義及測試方法現狀
現代通油過濾器的過濾精度定義都逐漸接受液壓過濾器的過濾特性評定方法,即對含有污染顆粒油液的過濾過程,以某尺寸顆粒的濾前與濾后的數量比值(效率)判定“過濾精度”。此方法稱為“多次通過試驗法”。多次通過試驗法最初由美國俄克拉何馬州立大學流體動力研究中心費奇博士領導開發,后成為美國國家標準,1981年被納入國際標準,是液壓技術考核濾芯過濾性能的試驗方法。現在凡工業用油路系統和工程車輛油液系統使用的濾芯都逐漸釆用該標準,過濾材料的性能考核在國外也有釆用。考核方法是:在試驗系統按規定投入試驗用粉末,該污染油液通過被試濾芯(或過濾材料)會在此試驗段建立壓差,在幾個壓差點分別在濾芯前后取樣測試,測出濾前和濾后至少6個不同尺寸的顆粒數量,再將濾前顆粒數除以濾后對應尺寸顆粒數得出過濾比(β)(參照圖1)。在建立濾芯壓差過程試驗系統污染液中減少的顆粒數量會由另一污物注入系統緩慢提供(高濃度污染液)。壓差達額定值即停止試驗。在6個尺寸顆粒的過濾比β值中,若有達到75者,則被測試的濾芯精度值就被確定為該尺寸。多次通過試驗法與20世紀80年代以前的玻璃球試驗法不同,是以光學技術裝備的自動顆粒計數器直接測量通過顆粒的尺寸和數量,最終評定某尺寸顆粒之過濾比率,並認定過濾精度即為指定比率下的尺寸(微米)。早年的玻璃球法在外國過濾材料公司中有意大利Boss公司和比利時Bekaert公司使用,是借鑒過濾器精度測定標準即MIL F 8815D“玻璃微珠通過法”。當時有很多公司使用該標準評定過濾器,中國航空標準HB5825、HB6146(航空過濾器通用技術條件)就明確規定在最大粒子通過試驗中使用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,其試驗方法均等同于MIL F 8815D。進入90年代后,較有名氣的國外過濾材料公司不再使用MIL F4 8815D,而采用ISO4572(1995年改為ISO16889)標準,即多次通過試驗法。圖1是Bekaert公司在樣本上顯示的多次通過試驗的系統線路圖。Lydall和Bekaert公司是國際上率先借鑒過濾器過濾精度評定法的過濾材料制造公司,把過濾器的主要性能過濾精度定義及評定法直接和自已生產的過濾材料等同起來,深受過濾器制造廠家歡迎,給新型過濾器設計選材和試驗定型創造了極大方便並少走不少彎路。
目前國際上過濾材料性能測試方法並沒有統一的方法標準。單從過濾精度測試方法就可看出:在Bekaert公司樣本中,孔徑測試、透氣度測試及納污容量測試都注明了測試方法釆用的標準,惟獨過濾精度一欄未作標注,雖說不見從前樣本標注的“MIL F 8815D”字樣,但可以認為Bekaert公司仍在沿用老方法。Lydall公司與其不同,圖2的多次通過試驗臺一看就知道是專門對過濾材料進行多次通過試驗的臺子。而圖3Bekaert公司的大臺子不可能用于做過濾材料的過濾精度測試,那只是用于納污容量測試,因為該試驗要取得過濾材料初始阻力值和加試驗灰后阻力值兩參數。美國Pall公司是世界公認的過濾器制造頂級企業,一貫聲稱所用過濾材料自產自用,肯定有自已的過濾材料性能測試標準,自產過濾材料不外賣,其性能測試方法也不向外公布。該公司曾參與國際標準化機構ISO組織的多起過濾器性能測試方法標準制訂工作,其自用的過濾材料測試方法也會十分貼近過濾器,與其他過濾材料生產廠家測試方法也會有所區別。由此可以判斷國外各公司過濾材料性能測試方法都有各自的標準。
我國通油過濾材料性能測試方法概況
我國率先對購買的過濾材料進行性能測試的當屬航空過濾器制造業,然而當時卻無測試方法標準。以過濾精度測試為例,其測試方法是“示范”式傳教,現已延續26年之久。目前在溫州黎明液壓機電廠、新鄉東風過濾技術有限公司也都釆用相似方法,由于各家都無測試方法標準,除基本方法相同之外,由于年代久遠,無根據的方法改進,也造成其測試數據的差別。企業之間沒有統一的測量儀器的校準規則,沒有協商一致的測試比對活動,也是因沒有統一標準制約的結果。例如過濾精度測試都釆用單次通過法測定過濾比β,但在過濾材料取樣面積上差異很大,所取圓形試樣的直徑各不相同;有的釆用多次通過法測定β值;有的采用單次通過法,不用手工注入污染液而改為系統傳輸污染液且建立微小壓差;有的自動顆粒計數器購買了十幾年向來不計量、不比對。以上各種各樣的性能測試方法造成了同一過濾材料在多家單位測試時會得到各不相同的數據。
3 空氣過濾材料主要性能測試方法概述
空氣過濾材料有三大類型:①控制煙粉塵排放類,包括燃燒煙囪、水泥及卷煙工廠、燃煤電廠及鋼鐵企業高爐等;②機器進氣系統保護類,如工程機械、車輛及空氣壓縮機等的進氣系統;③創建潔凈空間類,如潔凈室、防護面罩及凈化工作臺等。由于使用要求不同,其性能和測試方法都不同。早年常用的濾清器其過濾材料性能測試方法雖然有國外公司因推銷過濾材料而介紹的性能測試項目,如濾除效率(灰塵濾除重量效率百分比)和DOP氣溶膠顆粒穿透率(0.3μm顆粒穿透百分比)等,但國內無一企業具有測試能力,加之無標準可循,因而對外來的測試方法只能是望洋興嘆。由于車用三濾行業推薦介紹,美國SAE標準進入國內,于是有了車用空氣濾清器測試方法標準,如濾除效率。然而對濾清器產品上游材料之性能測試仍然是空白。大氣保護類空氣過濾是近20年國際上新發展起來的,新型空氣濾清器的性能要求和測試方法都不同于后兩類。我國近年也對環保措施重視起來,但此類濾清器性能測試和過濾材料測試均屬空白。在本次過濾材料性能測試方法標準制訂中爭取在煙粉塵排放類空氣過濾材料的測試技術水平上一步到位,與國際上過濾材料測試方法接軌。雖說我國大氣環境保護法規的出臺時間落后于其他國家,但若制訂的過濾材料性能測試方法標準是先進的,則會促使優質濾清器發展且占據國內市場,因此必須借鑒美國EPA公司FEMA試驗標準和“100個循環標準”以及歐洲ETV試驗項目。近年三類空氣濾清器的標準中都有“脈沖清灰效果”的性能要求,所以應在所有三大類空氣過濾材料上增加該性能的測試方法。現在的困難是:由于一直未重視過濾材料性能測試方法標準,國內目前見不到美國和歐洲的過濾材料性能測試方法標準,僅靠外商來華產品參展時的技術交流及簡要資料介紹不能了解其測試方法細節,達不到與其接軌目的。
4 正視現實,推動我國的建標工作
綜上所述,我國建立過濾材料性能測試方法標準的必要性日益顯現,且已具備一定的條件。
4 1 標準的制訂原則
在過濾材料性能測試方法標準制訂中,可以考慮遵循下列原則:
(1)確定有用的技術指標。采用對過濾器性能指標和過濾芯工藝能夠一致的指標,例如液壓過濾器要求過濾精度以β表示,在國外有些過濾材料公司已率先使用,應在制訂的標準中使用。
(2)沒有用的指標不列入標準中。例如,濾紙拉伸強度、耐破度可以用濾紙耐折強度和耐疲勞強度代替;耐酸抗水性可用過濾器指標檢測;過濾材料幅寬和面密度可以不列入標準。
(3)測定方法要有可靠且準確的依據。每個指標的測定方法都要有借鑒的文字依據,或部分釆用或等效釆用,需要有充分理由,而且每項都有驗證試驗。
(4)兼收并蓄,擴大使用方法。根據已掌握的國外部分過濾材料標準,有些指標的定義和測量方法多種多樣(例如透氣度),可以有選擇地確定多個方法成為標準,由使用標準的企業任意選擇。
(5)創造新測試方法,給新指標下定義。例如,現代新過濾器出現“反沖性能”項目,則對過濾材料的測試方法和性能定義一定要遵循過濾器的性能要求,慎重定義,測試方法須多次反復驗證。
(6)標準要使用方便,符合國情。不要把標準制訂得高不可攀,行文要通俗易懂,用詞準確不含糊;數據整理不煩瑣復雜;具有簡便的工藝性和可操作性。例如,通油過濾材料“過濾特性”考核用“單次通過法”就非常簡便和實用。結合中國的實際,制訂出等同于國際水平的科學實用標準就是符合國情(例如,將“單次通過法”和“多次通過法”兼收并蓄在標準中)。標準要遵循國家計量法規,統一詞語。(7)標準只制訂性能測試方法,不規定性能指標。
4 2 空氣過濾材料和通油過濾材料主要性能項目的確立及測試方法
建立“過濾材料性能測試方法標準”是一項帶有研究性質的工作,是一種資源開發式工作,但該工作需要細致入微和反復驗證,以求切合實際。各類過濾材料有不同的性能要求,已有的測試方法的成熟程度亦各不相同,因此建標工作的難易程度亦有差異。相信過濾材料性能測試方法標準的建立將進一步推動我國過濾材料的發展。