隨著國防領(lǐng)空**的不斷加強和民用航空工業(yè)的
不斷發(fā)展，噴氣燃料作為飛機的主要能源，對其性能要
求也越來越高。噴氣燃料除了其本身的理化性能要符
合要求外，燃料的潔凈度也是一個必須嚴(yán)格控制的指
標(biāo)
［1］ 。保證噴氣燃料的潔凈度主要通過控制燃料中
的污染物含量。燃料中的污染物分為水分和固體雜
質(zhì)。相對于固體雜質(zhì)，噴氣燃料中水污染造成的危害
更加嚴(yán)重。水污染會腐蝕發(fā)動機部件、滋生微生物細(xì)
菌、水中的腐蝕性物質(zhì)會造成元件破壞以及加速燃料
氧化等
［2 －5］ 。甚至燃料中的水污染含量并不多時，也
能造成這一系列的危害。目前噴氣燃料主要通過過濾
分離器清除其中的水分和固體雜質(zhì)。過濾分離器是由
聚結(jié)濾芯和分離濾芯兩種搭配組成，通過過濾、聚結(jié)和

分離的方法保證航空燃料的清潔度，其中聚結(jié)濾芯是
過濾分離器的核心部分。聚結(jié)濾芯的性能好壞對整個
過濾分離器的過濾分離效果有很大影響。

過濾分離材料方面的研究工作。
1 聚結(jié)分離過程
油水的聚結(jié)分離就是噴氣燃料及其攜帶的固體顆
粒和水分從過濾分離器進(jìn)口流入聚結(jié)濾芯的內(nèi)部，聚
結(jié)濾芯兼有過濾固體顆粒和聚結(jié)水滴的兩種功效，其
中固體顆粒被過濾層阻擋在聚結(jié)濾芯的內(nèi)部，實現(xiàn)固、
液分離;小水滴被破乳層和聚結(jié)層聚結(jié)成大水滴后，被

分離濾芯阻擋在其外部，依靠重力沉降在底部，實現(xiàn)
油、水分離;潔凈的噴氣燃料經(jīng)分離濾芯從出口流出。
有效聚結(jié)分離過程的簡單示意圖如圖 1 所示。
(1) 水滴的接近過程。含水的燃料接近聚結(jié)材
料。此過程可以通過攔截、沉淀、擴散、靜電吸引、慣性
碰撞和范德華力等方式實現(xiàn)。對于較小水滴，擴散作
用為主要影響因素，隨著水滴尺寸的增加，擴散作用減
弱，攔截作用增強;
(2) 水滴粘附聚結(jié)過程。燃料中水滴附著在聚結(jié)
材料上或已附著在纖維上的水滴上。水滴與聚結(jié)纖維
接觸時，它們之間滯留有油膜，水滴必須從纖維上將油
膜置換并使纖維濕潤，才能實現(xiàn)水滴在纖維上的粘附
過程。粘附聚結(jié)過程中除了水滴與纖維之間的潤濕粘
附，還存在水滴之間的碰撞粘附。通常發(fā)生兩個或幾
個水滴間的碰撞聚結(jié)時，需要適當(dāng)?shù)淖饔昧Σ拍軐崿F(xiàn)。
作用力小時，水滴之間碰觸變形，界面膜不破裂，此時
聚結(jié)是不能發(fā)生的。作用力過大時，界面膜破碎，水滴
碰撞后會出現(xiàn)液滴破碎。液滴破碎將會增加乳液穩(wěn)定
性，增大油水分離難度，是*應(yīng)該避免發(fā)生的現(xiàn)象;
(3) 水滴釋放脫離過程。增大的水滴聚結(jié)到一定
尺寸后將從纖維表面釋放。水滴碰撞聚集后以水線的
形式穿過聚結(jié)纖維床，到達(dá)纖維床出口表面后在液體
曳力的作用下，聚結(jié)的大尺寸水滴從聚結(jié)床表面脫離
釋放。
圖 1 聚結(jié)脫水基本過程
2 聚結(jié)濾芯結(jié)構(gòu)和材料分析
聚結(jié)濾芯一般都為圓柱結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖 2 所
示。從內(nèi)到外分別是金屬網(wǎng)、濾紙過濾層、中心管、纖
維層以及脫水棉套等。纖維層的組成主要分為破乳
層、內(nèi)聚結(jié)層和外聚結(jié)層等，其作用是對燃料中的微量
水分進(jìn)行破乳 － 聚結(jié)，是整個濾芯的核心部分，也是需
要重點分析的部分。本研究剖析的聚結(jié)濾芯是符合
API/IP l581 **檢驗標(biāo)準(zhǔn)，其截面圖如圖 3 所示。從
圖中可以看出聚結(jié)濾芯的纖維層主要由三種不同纖維
組成，各層厚度也有明顯區(qū)別，為了進(jìn)一步分析濾芯的
纖維組成，分別從中心管外層剪下一段濾芯纖維材料，
如圖 4 所示。從左到右分別為由中心管開始的從里到
外濾芯逐層組成材料的宏觀圖片，其標(biāo)號如圖 4 所示。
F1、F2 和 F3 層屬于濾芯的纖維層，F(xiàn)4 層為纏繞網(wǎng)，F(xiàn)5
層為無紡布纖維層，F(xiàn)6 層是脫水棉套。從圖中可以看
出 3 種纖維層的厚度從里到外逐漸增加，F(xiàn)1 和 F3 層
纖維為黃色，F(xiàn)2 層纖維為淡黃色。
1． 金屬網(wǎng) 2． 中心管
3． 脫水棉套 4． 外聚結(jié)尾
5． 內(nèi)聚結(jié)尾 6． 破乳層 7． 過濾層
圖 2 聚結(jié)濾芯結(jié)構(gòu)示意圖
圖 3 聚結(jié)濾芯的截面圖
圖 4 聚結(jié)濾芯的各層材料宏觀圖片
2． 1 纖維絲直徑
纖維直徑的大小是影響聚結(jié)分離效率的主要因
素。纖維絲徑越小，孔徑越小，接觸面積就越大，水滴
附著在纖維上的幾率也就越大，但纖維過細(xì)或孔徑過
小會導(dǎo)致液體流動阻力加強，壓差增大，縮短了濾芯使
用壽命。采用 Hitachi S-4800 掃描電子顯微鏡對不同
纖維層試樣進(jìn)行了形貌觀察。圖 5 ～ 圖 7 分別為 F1、
F2 和 F3 纖維層的掃描圖片。從圖 5 ～ 圖 7 中可以看
出 F1、F2 和 F3 纖維層的直徑變化是粗—細(xì)—粗。從
圖5 可以看出 F1 層纖維上均勻沉積著納米顆粒，顆粒
大小較一致，在 200 nm 左右，該層纖維在聚結(jié)分離過
程中的作用為破乳，纖維表面的顆粒物質(zhì)可能利于油
中水滴的破乳過程。F2 層纖維直徑明顯減小，屬于超過前面的研究結(jié)果可以得出聚結(jié)濾芯主要通過
不同直徑和厚度的玻璃纖維層組合達(dá)到破乳和聚結(jié)的
作用。大多數(shù)研究表明 ［6 －8］ ，破乳層的纖維直徑越細(xì)，
比表面越大，能促進(jìn)破乳效果。在以往國內(nèi)外的聚結(jié)
濾芯設(shè)計中也都是將類似于 F2 層的超細(xì)纖維作為破
乳層，緊靠中心管纏繞。因此為了了解本研究剖析的
聚結(jié)濾芯在靠近中心管位置先纏繞 1 層粗纖維層的原
因，對 F1 層的纖維材料做了進(jìn)一步分析。
如圖 9 所示，從 F1 層纖維高倍 SEM 圖中(圖 5b)
可以看出這層纖維表面沉積了大量的納米顆粒，通過
對納米顆粒進(jìn)行 EDS 能譜分析得出這些納米顆粒主
要成分和玻璃纖維類似，主要也是二氧化硅、氧化鋁、
氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉等。Shin 課題組
［9，10］ 研究了在
玻璃纖維中加入納米聚苯乙烯纖維，研究指出納米纖
維的加入提高了捕獲效率，但是也引起了壓差的增大，
因此納米纖維的含量不是越高越好。由此推測 F1 層
纖維在聚結(jié)濾芯中為破乳層纖維，其纖維表面上的納
米顆粒在改善破乳效果方面和添加納米纖維的作用一
樣，纖維上均勻的納米顆粒增大了纖維的比表面積，在
油水混合物流經(jīng)纖維層時，突起的納米顆?？梢栽黾?br />捕獲水滴的幾率。此外沉積納米顆粒和添加納米纖維
不同是:加入納米纖維時纖維層的孔徑明顯減小，因此
導(dǎo)致液體通過纖維層時阻力會明顯增大;而在纖維上
沉積納米顆粒時，對纖維層孔徑的減小并不明顯，對壓
差增大的影響也就能相應(yīng)減小。Park ［11］ 等人利用化
學(xué)氣相沉積法在玻璃纖維表面沉積碳納米管，將這種
玻璃纖維作為空氣過濾材料，實驗結(jié)果顯示，碳納米管
的沉積有效地提高了濾芯過濾納米和微米顆粒的效
果，而壓差并沒有增大。雖然目前沒有具體文獻(xiàn)研究

結(jié)論
聚結(jié)濾芯是過濾分離器實現(xiàn)對噴氣燃料脫水的關(guān)
鍵，聚結(jié)濾芯的結(jié)構(gòu)和材料組成是影響其性能的主要
因素。本研究剖析的聚結(jié)濾芯主要是由不同直徑和厚
度的玻璃纖維層構(gòu)成，功能分為破乳層和聚結(jié)層，從破
乳層到聚結(jié)層玻璃纖維直徑變化是粗—細(xì)—粗，厚度
是逐漸增加。其中破乳層采用沉積納米顆粒的玻璃纖
維，這為聚結(jié)濾芯材料的選擇提供了新的思路。