两种情况在接触角0°~180°内同时进行。头一种情况占主要地位。 当水滴达到一定的粒度时,在油液流动力和水滴本身的重力作用下,水滴会从纤维表面脱附或沿着纤维流动,并形成向下面纤维联结的水道,在穿过多孔层以后,在同纤维的粘附力、油液的流体动力和重力的作用下,水滴会从纤维表面脱附。 两相液体随油流流至斥水层。斥水层是由接触角180°的斥水材料制成的。油水在斥水层上由于分界面表面张力的作用,在其毛细管内产生水阻效应,油液可顺利地通过斥水层,而水珠则被阻碍。从而实现了油与水的分离。 水阻效应,又称贾敏效应:如果液体中存在着比毛细管内径大的不溶性液滴,而液滴对毛细管的润湿不好,则毛细管会对其产生阻力作用。产生水阻效应的原因可应用表面能加以解释。球形水滴要通过毛细管,就必须改变形状,从球形变为非球形,从而增大了水滴同油之间的界面面积,表面能也随之增大。要增大表面能必须增大外加压力做功(即表面功),这种外加压力即是克服贾敏效应的力。 综上所述,过滤脱水的过程如下: (1)聚结。①油水乳化液通过凝聚层破乳;②微小水滴破乳后在纤维上聚结;③水滴自纤维表面脱落。 (2)油—水两相体和未聚结的乳化液。①大水滴在重力作用下沉降;②油水液体流到斥水层。 (3)分离。液压油通过斥水层,水滴被阻隔,实现油水彻底分离。 以上三步循环,使油液得以脱水。3 实验 为了验证前面的理论,我们制作了滤芯和实验装置,并分别采用10、20、30号液压油做了实验。 根据过滤脱水理论,分别选择聚结材料和分离材料。 聚结材料的选择最主要的是有良好的亲水性,按照物质表面张力系数大小的原则,金属键的物质表面张力系数最大,其次是离子键化合物(如硅酸盐化合物),再次为极性分子物质(如水),最小为非极性分子物质(如大烃类化合物)。所以金属材料的性能应该最好,但金属材料的价格昂贵,而且化学稳定性不好,所以在实际应用中往往选用硅酸盐化合物。 (1)亲水玻璃纤维 ①采用0.2~0.5μm的未加工处理玻璃纤维,与水的接触角<10°。 ②采用0.2~0.5μm的加工处理玻璃纤维,与水的接触角<30°。 (2)疏水玻璃纤维 采用0.2~0.5μm浸渍酚醛树脂或密胺的玻璃纤维,接触角为100°~140°,材料的疏水倾斜角为30°左右。 斥水材料要求有良好的亲油性,与液压油接触性质稳定,不与液压油发生反应。经对比试验,采用聚四氟乙烯和添加剂喷涂在40目的不锈钢丝网上,可以得到接近180°的接触角和小于5°的疏水倾斜角及4cm的净水压。材料性能稳定可靠,对液压油的阻力也不大。 聚结滤芯结构如图2所示。聚结纤维层的排列按亲水程度的大小依次从内到外为:未处理的玻璃纤维、处理后的亲水玻璃纤维、处理后的疏水玻璃纤维。将纤维层顺序缠绕在中心管上,两端套上上下端盖,用胶粘住。 
图2 聚结滤芯示意图 斥水滤芯如图3所示。将斥水层缠绕在外管上,两端套上上下端盖,用胶粘住。 
图3 斥水滤芯示意图 将滤芯安装在实验装置中,我们采用上述三种液压油分别配制了一定浓度乳化液,进行过滤脱水的实验,其结果如表1。 表1 过滤脱水实验数据  | 0 | 60 | 120 | 240 | 420 | 600 | | 10#航空油 | 10500 | 1000 | 150 | — | — | — | | 20#汽轮机油 | 10200 | 1800 | 310 | 240 | — | — | | 30#机械油 | 11000 | — | 3500 | 11500 | 400 | 300 |
实验证明,这种方法能有效地将受水污染的液压油的含水量降到300ppm以下,符合液压油的正常使用要求。过滤脱水效果如图4所示。 
图4 过滤脱水效果 4 结论 综上所述,过滤脱水能方便有效地解决液压油的净化脱水问题,并有如下优点: (1)分离效率高,可靠性好; (2)只需液体流动动能,不需其它机械能、电能; (3)过滤器可以很好地固定安装,使用灵活; (4)过滤器内无做机械运动的部件,简便安全; (5)材料便宜,工艺稳定; (6)维修更换方便。 |