静电驻极空气过滤材料空气过滤材料及其技术进展

静电驻极空气过滤材料空气过滤材料及其技术进展

近些年来，随着国内外对环境保护力度的逐步加大和高技术产业的发展需要，高效空气过滤设备的应用领域正加速拓展，作为过滤设备核心的过滤材料，其研究和开发也得到了空前的重视。本文主要介绍了近年来国内外空气过滤技术的发展状况及取得的成果，以及在其研究与发展过程中有待研究解决的问题，并提出了该类产品的发展趋势。

Booming of hi-Tech industries and stricter environmental standards have promoted the development of industrial HEPA air-filter, as well as its key ponent―filter material. This article mainly introduced the ststus quo of air-filter technology at home and abroad, taking some high-performance products as examples, and pointed out the future of this industry.

随着工业的迅猛发展，人类生存环境不断受到挑战，其中之一就是空气污染；同时，现代科学和现代工业，特别是电子、精密机械、冶金、宇航、核能、化工等工业以及医疗、制药、食品等行业的发展，

对工艺环境的空气洁净度也提出了更高的要求。目前，解决空气质量问题最有效的方法就是空气过滤。

1空气过滤技术的发展概况

过滤，就是使流体通过过滤介质把所含的固体颗粒或有害成分分离出去的过程。主要有液 ? 固、气 ? 固、液 ? 气相的分离。过滤方式有滤芯、滤网、滤布、滤纸、滤袋和膜；过滤介质主要有纤维滤料、复合滤料和功能性滤料等。

纤维滤料具有比表面积大、体积蓬松、价格低廉、容易加工、多孔性和柔性等特点，现已成为空气过滤材料的主导产品，使用原料包括天然纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、金属纤维等。

复合滤料是将不同性能的纤维交织在一起形成的滤料，以克服单一纤维滤料在性能上的缺陷。如玻璃纤维与涤纶复合滤料，可兼具玻璃纤维滤料的耐高温、耐腐蚀、高强度、低阻力，以及涤纶的耐折、耐磨性好等优点。

功能性滤料是针对特定行业（如耐高温、耐腐蚀、抗静电、拒水、拒油、阻燃、清除有害气体等）而开发的空气过滤材料，正越来越多地应用于工业烟气处理、室内空气净化等领域。

20世纪80年代以前，空气过滤材料的分级大体分为初效和中

高效两种过滤级别，HEPA 过滤材料的过滤效率一般要求高于 99.97%，故人们认为它已经能够满足使用要求；80年代以来，随着新的测试

方法的出现，使用评价技术的提升以及对过滤材料要求的提高，人们发现HEPA过滤材料存在一些问题，于是新一代的ULPA过滤材料应运而生，它对 0.12 μm的粒子过滤效率高于 99.999%；进入90年代

以后，美国的Lydall公司从应用的角度对过滤材料的分级重新进行

了调整，将过滤材料分为 4 级，即Class 1000 ASHRAE、Class 2000 Prefilter /Hospital、Class 3000 HEPA和Class 5000 ULPA，其中后两者属于高效过滤材料。

按照我国国家标准GB/T14295 ― xx《空气过滤器》和GB13554《高效空气过滤器》标准的规定，在额定风量下空气过滤分为粗效、中效、高中效、亚高效和高效，其中高效过滤是对粒径≥ 0.1 mm

的粒子的过滤效率≥ 99.999%。

近年来，随着科技的发展和新型纤维材料的出现，空气过滤技术在滤料的研制及开发、过滤机理的研究及过滤设备的开发与应用等方面都取得了很大的发展。

2空气过滤技术的发展

空气过滤理论分为经典过滤理论和现代过滤理论。前者主要以“单一纤维模型”为基础，认为材料的过滤效率由 3 种机制决定，即惯性效应、截留效应和扩散效应，整个颗粒的捕集依靠多种捕集机理的联合作用；后者证明了惯性沉淀的正确性和最大穿透力粒子的存在，认为过滤效率是截留效应、布朗扩散效应、重力效应、沉淀效应与压力效应的集合，过滤可能存在的机理为拦截、惯性碰撞、扩散、静电效应、库仑吸引 ? 排拆、映像力、电泳力和沉淀（重力）。

作为过滤材料必须满足 3 个基本要求：适当的气流速度、稳定的产品质量和优越的物理化学性能。用纤维制品进行气体过滤的优势在于其孔径的大小和纤维的形状可广泛地进行选择，并能进行结构设计。两种或两种以上的纤维可以形成强力和过滤性能较好的织物；采

用不同的纱线和编织方法可生产出织物组织松紧度不同的机织过滤

材料，并可确定孔径的大小。纤维过滤材料还具有结构和操作简单、能耗低以及收集物处理方便等优点，尤其是当粒径≤ 1 μm时更为明显。

纤维过滤材料可以是机织物、针织物和非织造材料，其中非织造材料在气体过滤中应用最为广泛（占所有过滤材料的 70% 左右）。在非织造材料中，由于不必考虑编织方法、纱线捻度、编织密度等因素，单根纤维的性能就起了决定作用。

3高效过滤材料的研究现状

3.1国外发展现状

随着西方工业的发展，特别是合成纤维的出现，作为过滤烟尘的纤维过滤材料，不再靠单纯的纺织工艺提高滤料的性能，而是引入了物理和化学的加工、处理方法，使滤料的强度、耐热、耐腐、透气、阻燃等性能显著提高，价格更加低廉，品种日趋多样化。至20世纪

80年代，欧美已研制出一些性能更加优越的纤维滤料，如美国Gore （戈尔）公司生产的聚四氟乙烯（PTFE）覆膜滤料能够高效地捕集亚微米粒子；由美国唐纳森公司研发的褶皱滤料过滤面积比普通滤料大数倍，而今已经能够过滤数百摄氏度的高温烟气。纤维滤料发展到今天，不仅可以接近 100% 地过滤超细粒子，而且可以过滤高温甚至粘性较高或湿度较大的烟尘。

目前，国外过滤材料的研究、生产、测试和应用已形成一个较完整的系统。其高效空气过滤材料的研究开发已经向采用高技术高性能纤维（如玻璃纤维、聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺纤维、碳纤维、金属纤维等）开发非织造过滤材料、复合膜技术过滤材料和高功能过滤材料的方向发展。

3.2国内开发现状

我国的高效过滤材料和袋式除尘技术是同步发展的。20世纪70年代开发了玻璃纤维机织滤料、208涤纶绒布、729聚酯机织滤料。80年代初，随着非织造材料的发展，又研制成功了合成纤维针刺毡，使袋式除尘器的除尘效果提高了一个数量级；之后，又研制成功了芳砜纶针刺毡滤料，可耐 210 ℃的高温，并应用于钢铁、有色、炭黑等工业的高温烟气处理；防静电、耐高温、抗腐蚀、防油防水等合成纤维针刺毡产品的开发和生产基本满足了除尘的需求。90年代后期，