高效空氣過濾器的過濾介質(zhì)

1、高效空氣過濾器的過濾介質(zhì) 摘要：對(duì)駐極熔噴材料、超細(xì)玻璃纖維紙、eP'ITE薄膜和靜電紡納米纖維網(wǎng)等過濾介質(zhì)進(jìn)行了有關(guān)高效空氣過濾(HEPA)性能的實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，在達(dá)到相同HEPA過濾要求時(shí)，駐極熔噴材料的壓降比其他材料的壓降低很多；對(duì)空氣中含有的不同微粒各過濾介質(zhì)的過濾效率和壓降呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。關(guān)鍵詞：高效空氣過濾器，過濾器，過濾介質(zhì)，過濾性能中圖分類號(hào)：TQ028、26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：10047093(2007)03001003    高效空氣過濾器(HEPA filter)廣泛地應(yīng)用于要

2、求清潔無菌的房間(電子產(chǎn)品和藥品的生產(chǎn)場所、手術(shù)室)以及其他應(yīng)用領(lǐng)域(如空氣凈化器、真空袋式除塵器和口罩)。超細(xì)玻璃纖維墊、熔噴(MB)纖網(wǎng)、靜電紡纖網(wǎng)和ePTFE薄膜等各種介質(zhì)都可達(dá)到HEPA的過濾要求。過濾介質(zhì)用超細(xì)纖維或納米纖維制成，或具有纖維狀結(jié)構(gòu)，以使其有較大的纖維表面積或是在原纖結(jié)構(gòu)中存在很多微孔。過濾介質(zhì)的面密度、集塵量和使用壽命各不相同，不同成分和結(jié)構(gòu)的材料更有著迥異的壓降。與亞微米級(jí)超細(xì)玻璃纖維和納米纖維靜電紡纖網(wǎng)相比，熔噴纖網(wǎng)的超細(xì)纖維直徑較粗，必須經(jīng)過駐極化(EC)才能達(dá)到HEPA級(jí)的過濾效率，其他一些介質(zhì)也可經(jīng)駐極化提高過濾效率而不會(huì)增加壓降。應(yīng)用駐極化的熔噴聚丙烯纖網(wǎng)

3、的優(yōu)勢在于其低壓降和較高的集塵量。盡管熔噴聚丙烯纖網(wǎng)的電荷衰減很慢，但進(jìn)入的油粒和發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣對(duì)其長期儲(chǔ)存和使用有影響。本文將對(duì)經(jīng)過駐極和未經(jīng)駐極的各種介質(zhì)在用于HEPA過濾時(shí)的過濾效率、壓降和使用壽命進(jìn)行比較。    1 HEPA過濾介質(zhì)    本實(shí)驗(yàn)選用的材料是駐極熔噴(ECMB)材料、超細(xì)玻璃纖維紙、ePTFE薄膜和靜電紡納米纖維網(wǎng)。熔噴材料是在TANDEC的Reicofil 24”雙組分熔噴生產(chǎn)線上生產(chǎn)的，駐極是在適用于厚型和高面密度產(chǎn)品的TANTRET TII上完成的。靜

4、電紡聚酰胺納米纖維直徑范圍為5060 nm，在TANDEC的靜電紡設(shè)備上生產(chǎn)，超細(xì)玻璃纖維紙和ePrFE薄膜都是工業(yè)產(chǎn)品。    2 實(shí)驗(yàn)    用TSI 8130自動(dòng)過濾測試儀測定熔噴材料和口罩在加載NaCI和DOP顆粒時(shí)的效率。測試中采用的NaCI平均粒徑為0067 m，幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差(GSD)為16 m；DOP平均粒徑為02 m，幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差與前者相同。用于過濾效率(FE)比較時(shí)，氣溶膠濃度為100 mgm ，流動(dòng)速率分別為1632

5、、64和96 Lmin。微粒加載試驗(yàn)也用于研究材料的衰減性(過濾效率的衰減和DOP的增加)。過濾面積為100 em ，氣溶膠流動(dòng)速率為32 Lmin，相當(dāng)于過濾速度為53 cms。    3 結(jié)果與討論    從表1可見，90 gm 駐極熔噴材料在流動(dòng)速率為32 Lmin(過濾速度為53 cms)時(shí)，過濾效率可達(dá)到99996，壓降為843 Pa。而其他材料要達(dá)到所要求的HEPA過濾效率，其壓降比駐極熔噴材料

6、高得多，如玻璃纖維紙壓降達(dá)到4096 Pa，ePTFE薄膜是1 1290 Pa，靜電紡納米纖維材料是5909 Pa。駐極熔噴材料的過濾效率隨過濾速度的增加而下降。當(dāng)過濾速度增加時(shí)，氣溶膠的遷移力將克服靜電力，因此靜電力將失去對(duì)移動(dòng)微粒的捕獲能力。依照布朗擴(kuò)散機(jī)理，HEPA過濾介質(zhì)的作用就是捕獲以低過濾速度(如25 cms)移動(dòng)的微小顆粒，而高速運(yùn)動(dòng)的大顆粒則通過使用預(yù)濾器，由慣性撞擊或直接攔截機(jī)理的作用而被捕獲。   DOP氣溶膠在駐極熔噴材料上的過濾效率比NaC1在該材料上的過濾效率低得多。DOP不帶電，介電常數(shù)

7、很高。由于介電常數(shù)大，駐極熔噴材料纖維中由電荷形成的電場將會(huì)減弱，對(duì)DOP顆粒的吸引力也因此而下降。如同從NaC1中觀察到的情況一樣，駐極熔噴材料的過濾效率將隨DOP過濾速度的提高而下降，其他材料的過濾效率隨過濾速度的提高無明顯變化。    過濾介質(zhì)的使用壽命是十分重要的指標(biāo)。駐極熔噴材料的過濾效率隨NaC1微粒的加載而增加(圖2，這是由于NaC1微粒在過濾材料上會(huì)粘結(jié)成餅，其他介質(zhì)的情況也是如此。然而，隨DOP微粒的加載，駐極熔噴材料的過濾效率卻會(huì)下降，這是由于DOP微粒凝聚在纖維表面，形成了覆蓋層，由于DOP層的高介電常數(shù)，使得由纖維中的電荷形成的電

8、場強(qiáng)度下降。                     如圖3所示，經(jīng)TANTRET TII充電的駐極熔噴材料耐DOP衰減的能力要比普通的工業(yè)用駐極熔噴材料強(qiáng)得多。充電方法的選擇對(duì)于介質(zhì)有效帶電及耐DOP衰減是一個(gè)重要課題。應(yīng)用較高面密度(例如180 gm )的駐極熔噴材料，可在很大程度上彌補(bǔ)DOP加載對(duì)降低過濾效率的影響(圖4)，這是由于DOP微粒可有更長的

9、時(shí)間使電荷停滯在駐極熔噴纖維上。                、    HEPA級(jí)的ePTFE薄膜有很高的壓降，因而限制了其在過濾方面的應(yīng)用。ePTFE可以制成壓降較小的多孔薄膜，但其過濾效率也隨著相應(yīng)下降。ePTFE薄膜多用于表面過濾，因此在薄膜上會(huì)很快形成塵餅，壓降驟然上升。    圖5和圖6是供熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)過濾器(HVAC)用的ePTFE薄膜、

10、玻璃纖維紙和駐極熔噴材料的比較，三者有相似的初始?jí)航怠?#160;                     當(dāng)ePTFE薄膜遇上油粒(如DOP)時(shí)，薄膜將被顆粒浸濕，孔隙很快被油填滿，薄膜上的有效孔隙就會(huì)減少，薄膜的過濾速度將隨有效孔隙容積的下降而上升，因此ePTFE薄膜隨油粒加載增加，其過濾效率下降而壓降上升。    4 結(jié)論    在達(dá)到相同HEPA過濾要求時(shí)，駐極熔噴材料的壓降比其他材料的壓降低很多。在遇到DOP顆粒時(shí)，駐極熔噴材料的過濾效率較低。隨著DOP的加載，駐極熔噴材料