台灣過濾與分離學會年會電子報2021年第15期

產業訊息

◎過濾與紡織產業的異業結合商機

      在過濾材料當中，產業用紡織品一直扮演著不可或缺的角色。過濾應用中廣泛地使用各種形式的纖維、Dref紗線、不織布、複絲和單絲梭織物等，甚至還使用上述一種以上的混合物或組合。紡織材料用於過濾空氣、液體、食物顆粒和工業生產等領域，產品用途涵蓋吸塵器、電廠、石化廠、污水處理等。紡織材料，特別是“不織布”的結構複雜、厚度大，適合過濾。由於它們的結構，灰塵顆粒必須沿著紡織纖維周圍的曲折路徑移動，因此展現高過濾效率，即25-99.9%。單就北美過濾市場，纖維、紡織品和不織布相關過濾材估計達20億美元產值，整體成長率高於許多已開發國家的國內生產毛額(GDP)成長率。

Cerex公司生產給打摺濾材用的紡黏尼龍不織布

      不織布過濾材料在廣泛的不織布產業中佔有相當大的市場應用，同時也是利潤最高的區隔市場之一。不織布濾材使用人造纖維和無機纖維來生產過濾器，以聚酯和聚丙烯占主導地位，其他如與尼龍、玻璃纖維、間位芳香族聚醯胺纖維、含氟高分子和聚苯硫醚等高分子也因其特殊性能而被使用。新興素材如NatureWorks公司生產的Ingeo™聚乳酸纖維也逐漸進入過濾市場，應用於一次性過濾器，例如紡黏和熔噴濾材用於吸塵器集塵袋，或是用於咖啡和茶包袋過濾上。

NatureWorks公司的Ingeo™纖維使用於Electrolux綠色環保吸塵器的s-bag™集塵袋

      各種形式的不織布中，最常被使用的是下列四種：

＊ 由短纖維製成的針軋毯

＊ 由短切纖維製成的濕法成網不織布

＊ 紡黏不織布

＊ 熔噴不織布

      就銷售額而言，最常用的不織布是針軋毯，通常使用聚酯纖維、聚丙烯纖維，或其他如間位芳香族聚醯胺纖維、聚苯硫醚纖維。基重330至520 g/m²的重型不織布用於袋式除塵過濾器，以在逸出到大氣或工作環境之前捕獲燃煤電廠內排放的微粒和工業設施中的多種污染物。由針軋毯製成的液體濾袋通常在190 g/m²範圍內，可去除液體中的顆粒，用於多種行業的預過濾器，包括化學加工和金屬加工製程。

      紡黏不織布的基重僅在12到95 g/m²之間，通常由聚酯、聚丙烯和尼龍製成，應用於微孔膜濾芯、冷卻劑系統以及游泳池和水療過濾器的打褶支撐分離層。代表性的供應商都提供紡粘材料，例如Avanti、Berry Plastics和Cerex等公司。值得一提的是Cerex公司是少數生產紡黏尼龍6和尼龍6,6不織布的公司，其生產能耗比紡黏聚酯或聚丙烯要高且價格昂貴，優點為更薄(低至10 g/m²)、強度、延展性和回彈性極佳，作為打摺過濾器的背襯基材，可以承受更多皺摺設計、耐高溫、系統脈動(system pulsation)和耐化學腐蝕。

      熔噴不織布由於其高容污能力而被用於空氣和多種液體過濾產品。在過去的二三十年中，熔噴液體濾芯—纖維沉積在類似於車床的旋轉心軸上，並在一步法製程中製成直徑為3英吋、長度為10英吋的濾芯。熔噴不織布亦廣泛地製成打摺濾芯與卷繞式濾芯，兼具高流量、高濾效、低壓差及壽命長等特性。

      纏繞式濾芯是一種使用大量Dref紗線直接纏繞中心軸上，形成深度纏繞式濾心。其中“Dref紡紗”是一種摩擦紡紗製程。據報導，全球纏繞式濾心的市場規模預計將從2020年的18億246萬美元，擴大到2025年末的24億1,683萬美元。美國北卡羅來納州的高性能工程紗線製造商Patrick Yarn Mill (2017年底被Coats集團併購)供應許多纏繞式濾芯用的Dref紗線。

透明塑料外殼中的纏繞式濾芯

      過濾材的最新技術之一是奈米纖維不織布，奈米尺寸的細纖維以1至2 g/m²的基重添加到濕法成網或紡黏不織布的表面，再製成折疊式過濾器以捕捉複合濾材上游的細顆粒，主要應用於汽車和卡車的集塵濾芯或引擎進氣過濾器中的空氣過濾。代表性的供應商如Donaldson、Clarcor (已被Parker併購)等。近年來，奈米纖維過濾材逐漸拓展到新的空氣過濾與液體過濾的產品應用。

Clarcor公司製造的具有奈米纖維的燃氣渦輪過濾器

      濕法不織布過濾材是在造紙設備上製造的，通常使用短切人造纖維、玻璃纖維和/或纖維素纖維，常見應用包括在汽車和卡車車輛中常見的潤滑劑、機油和引擎進氣過濾器、HEPA/ULPA空氣和許多實驗室使用由濕法玻璃纖維濾材製成的過濾器、液壓過濾器等，通常會與紡黏不織布基材結合使用。濕法聚酯和聚酯黏合纖維在逆滲透(RO)、奈濾(NF)和超濾(UF)和螺旋卷繞式模組設計中用作膜的支撐背襯。膜的支撐材必須承受高系統壓力、高度平整，並且表面不能有可能穿透塗佈膜的直立纖維。代表性的供應商如AWA Paper、Neenah Paper等。

      精密梭織單絲織物主要使用聚酯、尼龍或少數其他高分子製成。紗線的直徑範圍從細的20 μm到粗的1,000 μm都有，取決於其應用作選擇。梭織物通常用於表面過濾器，能夠篩選或篩分特定尺寸的顆粒。其應用如用於心臟手術的醫用過濾器、汽車變速箱過濾器、空調和燃油噴射過濾器、用作麵粉和小麥加工中的篩網的過濾器，以及用作污泥脫水毯帶的重型織物。梭織物濾材在北美地區的市場規模將近8,000萬美元，而全球市場規模將近2億美元。

      金屬濾網通常不會讓人聯想到紡織品，但它是將金屬絲梭織織造的紡織相關產品，類似上述精密梭織單絲織物。精密金屬絲織物主要由歐洲供應商編織，包括瑞士的G. Bopp & Co. AG 和德國的Haver & Boecker OHG。亞洲的金屬絲織物通常用於液體流動壓力高到需要剛性的地方，將較低剛性的不織布和/或濕法成網不織布夾在中間呈三明治結構。北美的生產相對較少，主要使用高合金金屬製成的特殊織物，常用於高分子過濾如生產紡織纖維、薄膜、航太過濾器等。在北美地區的金屬濾網卷材市場規模大約1億美元。

      相較之下，複絲織物在過濾產業較為少見，可應用於液體過濾的初過濾袋、釀酒過濾器等。代表性的供應商如C. Cramer GmbH & Co. KG、Sefar、Dodenhoff Industrial Textiles等。

      梭織玻纖布主要用於高溫環境的過濾，如袋式除塵過濾器。代表性的北美地區製造商包括BGF Industries、JPS Composite Materials、Filtration Specialties等。濕法玻纖不織布如Lydall、Hollingsworth & Vose、Bernard Dumas等。其應用包括HEPA/UPLA、凝聚、實驗室和液壓過濾材。梭織和濕法玻纖濾材的全球市場規模超過3億美元。

      針織物如拉舍爾、圓針織物和經編針織物用於過濾材的數量非常有限。某些經編針織物廣泛用於UF/NF和RO中使用的螺旋卷繞模組，其由雙組份紗線構成，利用熱黏合來穩定織物，同時作為間隔網以利液體流動。此類濾材的使用者如Dow Chemical、Koch Membrane Systems、Hydranautics等，每年使用量成長迅速。

Koch公司的spiral wound RO濾芯

      全球各種形式的過濾材市場每年均大幅成長。新技術的擴大使用，例如在集塵濾芯和引擎進氣過濾器中使用奈米纖維，以及在RO/UF螺旋卷繞模組中使用雙組份紗線的經編間隔織物，均有助於該應用領域市場的增長。未來須持續創新，開發與現有結構相比，具有更窄的孔徑分佈、更高的流速和/或更大的納污能力的織物和不織布過濾材，以滿足廣大過濾市場的需求。

資料來源：

E.C. Gregor, “Fibers, Textiles And Nonwovens In Filtration”, Textile World, March 21, 2017.

台灣過濾與分離學會 Taiwan Filtration and Separations Society