復(fù)合功能空氣過濾材料的制備

復(fù)合功能空氣過濾材料的制備

中國(guó)公共建筑中的微顆粒含量通常超過gb3045-2012年環(huán)境相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度限制要求。這些顆粒的過濾是解決這個(gè)問題的有效方法，由具有抗衰減性能的高效低阻檢測(cè)器、壽命長(zhǎng)纖維過濾材料和灰燼過濾材料制成。目前,國(guó)內(nèi)舒適性空調(diào)采用的過濾材料存在著過濾效率低、過濾阻力高以及使用壽命短等問題。因此,研究國(guó)內(nèi)舒適性空調(diào)常用的針刺和熔噴非織造過濾材料的性能,在發(fā)揮其自身過濾機(jī)理的基礎(chǔ)上,開發(fā)附加或強(qiáng)化某種過濾機(jī)理的復(fù)合功能過濾材料就顯得尤為重要本文參照國(guó)際和國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),建立過濾材料性能的測(cè)試系統(tǒng),通過對(duì)熔噴和針刺非織造過濾材料的面密度、過濾效率、過濾阻力、容塵量以及纖維線密度等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試與分析,闡述了不同過濾材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和過濾性能1氣溶膠一體化過濾材料性能測(cè)試系統(tǒng)參照GB/T6165—2008《高效空氣過濾器性能試驗(yàn)方法效率和阻力》、EN779∶2012《一般通風(fēng)用空氣微粒過濾器過濾性能的測(cè)定》、ANSI/ASHRAE52.1—1992《一般通風(fēng)用空氣凈化裝置試驗(yàn)方法》、ANSI/ASHRAE52.2—2007《一般通風(fēng)用空氣凈化裝置計(jì)徑效率方法》和JG/T404—2013《空氣過濾器用濾料》標(biāo)準(zhǔn),建立過濾材料性能測(cè)試系統(tǒng),見圖1如圖1所示,利用CABR-EMCSO-P015A型氣溶膠發(fā)生器制備粒徑和質(zhì)量濃度不同的氣溶膠。動(dòng)力由無油真空泵提供,玻璃鋼風(fēng)道直徑為80mm,采用閥門和轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制和調(diào)節(jié)風(fēng)速,用TSI8530型氣溶膠監(jiān)測(cè)儀測(cè)試微細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度,用電子微壓計(jì)測(cè)量過濾材料的過濾阻力,用電子天平測(cè)量過濾材料的質(zhì)量以確定其容塵量。2過濾效率和過濾阻力參照舒適性空調(diào)過濾器的使用條件,過濾風(fēng)速定為0.2m/s。以環(huán)境氣溶膠中PM2.5為測(cè)試對(duì)象,采用圖1所示系統(tǒng)對(duì)丙綸針刺過濾試樣1由圖2可見,針刺和熔噴過濾材料的過濾效率及過濾阻力均隨面密度的增加而上升。針刺過濾材料的過濾阻力低于20Pa,過濾效率小于30%;熔噴過濾材料過濾阻力在80~120Pa,過濾效率在70%~90%。針刺過濾材料過濾阻力低,但其過濾效率也低,不能對(duì)環(huán)境空氣中的PM2.5進(jìn)行有效過濾;而熔噴過濾材料過濾效率高,但其過濾阻力也高,不能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能的要求。為了提高過濾效率,對(duì)丙綸針刺過濾試樣33材料的制備和性能采用電暈放電的方法使丙綸針刺過濾材料帶上一定量的靜電,以加強(qiáng)其靜電捕集效應(yīng),達(dá)到過濾效率增加而過濾阻力不上升的效果。3.1駐極過濾材料的制備采用恒博高壓電源廠生產(chǎn)的HB-F603-2AC型直流電源(-60~+60kV)和日本SIMCO公司生產(chǎn)的FMX-003型靜電測(cè)試儀,在相對(duì)濕度為30%的環(huán)境下,利用電暈放電的方法對(duì)丙綸針刺過濾材料進(jìn)行駐極處理,充電電壓為10kV、時(shí)間為5min、距離為5cm。3.2濾料過濾阻力的影響利用圖1所示的系統(tǒng)對(duì)駐極前后的針刺過濾材料的過濾效率、過濾阻力和容塵量進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見表1。由表1可知,駐極后材料的過濾效率顯著上升,容塵量也有所增加,但過濾阻力變化不大。可見,駐極使過濾材料的過濾性能得到明顯改善。考慮到過濾初期,細(xì)微顆粒進(jìn)入并停留在過濾材料內(nèi)部,形成的粉塵層會(huì)對(duì)含塵空氣形成深層過濾,這樣就會(huì)增大過濾阻力;同時(shí),隨著過濾過程的進(jìn)行,濾料中的空隙會(huì)被微細(xì)顆粒物堵塞,導(dǎo)致濾料容塵量變小,使用壽命變短。為了克服這些不足,首先嘗試?yán)渺o電紡制成的微孔薄膜對(duì)駐極后的材料進(jìn)行覆膜處理,以增加其表面的過濾效應(yīng),提高濾料的容塵量和使用壽命。4為靜膜過濾材料的制備和性能4.1纖維復(fù)合膜的制備采用太倉(cāng)凱爾達(dá)有限公司生產(chǎn)的粉磨級(jí)(120目)分析純聚丙烯腈(PAN,分子量為150000)和天津市標(biāo)準(zhǔn)科技有限公司生產(chǎn)的分析純二甲基甲酰胺(DMF,分子量為73.09)制備靜電紡絲液。設(shè)備為大連鼎通科技有限公司生產(chǎn)的DT-1003型靜電紡絲機(jī)和HJ-4A型恒溫磁力加熱攪拌器。將一定量的PAN粉末加入到DMF溶液中,使用磁力攪拌器,在40℃下制成PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9%、11%、13%的紡絲液。接收裝置為放有駐極丙綸針刺過濾材料的圓盤(直徑80mm),噴頭末端電壓15kV,接收距離15cm,注射泵注射速度1mL/h,環(huán)境溫度(25±1)℃,相對(duì)濕度為(45±5)%?？刂撇煌|(zhì)量分?jǐn)?shù)的PAN紡絲液噴射時(shí)間,以獲得面密度相近的纖維膜。纖維膜的電鏡照片見圖3。通過圖像處理軟件ImageJ測(cè)得的纖維平均直徑依次為:253、198、382nm?？梢?PAN質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%時(shí),纖維直徑最小且最均勻。3種薄膜的面密度依次為5.9×104.2覆膜前后過濾性能和容塵量制備的靜電紡覆膜復(fù)合過濾材料在不同風(fēng)速下的過濾性能見表2。由表2可見,對(duì)比表1數(shù)據(jù),覆膜后過濾材料的過濾效率和容塵量顯著增加,過濾效率在96%以上,但同時(shí)其過濾阻力顯著增加,不符合國(guó)家對(duì)舒適性空調(diào)用過濾材料高效低阻的要求。因此,本文又嘗試?yán)肞E/PP雙組分紡粘膜對(duì)駐極后的丙綸針刺過濾材料進(jìn)行覆膜處理。5由聚氟復(fù)合材料制成和性能5.1黏膜的復(fù)合處理利用大連華綸化纖工程有限公司生產(chǎn)的雙組分紡粘系統(tǒng)制備PE/PP雙組分紡粘膜(皮芯層復(fù)合比為50∶50),薄膜面密度10g/m在駐極丙綸針刺過濾材料上鋪設(shè)紡粘膜。利用德國(guó)DILO公司的DI-LOOM型通用系列針刺設(shè)備進(jìn)行復(fù)合處理。預(yù)刺針深11~12mm,針刺密度20刺/cm5.2過濾性能制備的針刺覆膜復(fù)合過濾材料在不同風(fēng)速下的過濾性能見表3。由表3可見,針刺覆膜復(fù)合過濾材料在過濾風(fēng)速低于0.17m/s時(shí),過濾效率可達(dá)99%以上。過濾效率隨風(fēng)速增大而減小,但均高于覆膜前,且過濾阻力較覆膜前并沒有明顯變化;容塵量較未覆膜前顯著提高。可見,針刺覆膜復(fù)合過濾材料能夠滿足舒適性空調(diào)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境空氣中微細(xì)顆粒物的過濾要求。6駐極過濾材料過濾效率(1)普通熔噴和針刺過濾材料不適用于對(duì)環(huán)境空氣中的微細(xì)顆粒物進(jìn)行過濾,不能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的過濾要求。(2)駐極處理可以顯著提高丙綸針刺過濾