用于高效空气过滤器的过滤介质的研究

图 5 加载速率 60 L /m in时 DOP的渗透率
图 3 加载速率 55 L /m in时驻极与未驻极熔喷材料 DOP加 载过程的比较
图 6 加载速率 60 L /m in时 NaCl的渗透率
当 ePTFE薄膜遇上油粒 (如 DOP)时 ,薄膜将 被颗粒浸湿 ,孔隙很快被油填满 ,薄膜上的有效孔 隙就会减少 ,薄膜的过滤速度将随有效孔隙容积的 下降而上升 ,因此 ePTFE薄膜随油粒加载增加 ,其 过滤效率下降而压降上升 。
4. 5万台以上的有孔烘筒烘燥机 。按照单位烘燥 表面积计算 ,该烘燥机的材料烘燥速度高出其他型 号烘燥机的许多倍 。
为了加固纤维网可采用易熔纤维 、低熔点皮层 的双组分纤维及其与其他纤维的混合物 ,其中在制 造带有仿丝绒或仿维留尔天鹅绒花色表面的针刺 地毯时 ,也有采用与普通的聚酰胺 66纤维结合的 、 含有约 70%皮芯型聚酰胺双组分纤维的混合物 。 双组分纤维的芯是熔点为 245 ～250℃的聚酰胺 66,而皮层是熔点为 215～218℃的聚酰胺 6。
/ Pa 246. 0 276. 4 1 111. 3
-
图 2 NaCl加载过程中 N95口罩的渗透率
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研究报告 产业用纺织品 总第 198期
如图 3所示 ,经 TANTRET T2II充电的驻极熔 喷材料耐 DOP衰减的能力要比普通的工业用驻极 熔喷材料强得多 。充电方法的选择对于介质有效 带电及耐 DOP衰减是一个重要课题 。应用较高面 密度 (例如 180 g /m2 )的驻极熔喷材料 ,可在很大 程度上 弥 补 DOP 加 载 对 降 低 过 滤 效 率 的 影 响 (图 4) ,这是由于 DOP微粒可有更长的时间使电 荷停滞在驻极熔喷纤维上 。
滤面积为 100 cm2 ,气溶胶流动速率为 32 L /m in,相
ePTFE薄膜是 1 129. 0 Pa,静电纺纳米纤维材料是
当于过滤速度为 513 cm / s。
590. 9 Pa。驻极熔喷材料的过滤效率随过滤速度
的增加而下降 。当过滤速度增加时 ,气溶胶的迁移
3 结果与讨论
力将克服静电力 ,因此静电力将失去对移动微粒的
/ Pa 79. 4 92. 1 390. 0 1 27. 4 622. 3
/% 99. 411 99. 461 99. 973 99. 999 99. 997
/ Pa 170. 5 187. 2 730. 1
1 256. 4
/% 98. 92 99. 026 99. 971 99. 999 99. 998
器 ,由惯性撞击或直接拦截机理的作用而被捕获 。
表 1 NaC l在不同过滤速度时的过滤效率
流 动 速 率 /L ·m in - 1
样 品
16 过滤效率 压降
32 过滤效率 压降
64 过滤效率 压降
96 过滤效率 压降
90 g/m2 驻极熔喷材料 60 g/m2 驻极熔喷材料 玻璃纤维纸 ePTFE薄膜 静电纺聚酰胺材料
/ Pa 44. 1 50. 0 202. 9 690. 0 317. 5
/% 99. 914 99. 828 99. 985 99. 999 99. 997
过滤介质的使用寿命是十分重要的指标 。驻
极熔喷材料的过滤效率随 NaCl微粒的加载而增加 (图 2) ,这是由于 NaCl微粒在过滤材料上会粘结 成饼 ,其他介质的情况也是如此 。然而 ,随 DOP微 粒的加载 ,驻极熔喷材料的过滤效率却会下降 ,这 是由于 DOP微粒凝聚在纤维表面 ,形成了覆盖层 , 由于 DOP层的高介电常数 ,使得由纤维中的电荷 形成的电场强度下降 。
/% 99. 999 99. 999 99. 999 99. 999 99. 999
/ Pa 44. 1 44. 1 206. 8 689. 9 316. 5
/% 99. 996 99. 992 99. 994 99. 999 99. 998
/ Pa 84. 3 96. 0 409. 6 1 129. 0 590. 9
(下转第 43页 )
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产业用纺织品 国际纺织导报
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2007年第 3期 产业用纺织品 译文
在烘筒上并将被加工的材料留住在烘筒上 ,同时气 流通过被加工材料 。该烘筒装置可避免被加工材 料出现折痕 ,并可在无张力情况下保证被加工材料 在烘燥 、加固 、定型或湿处理过程中的运行 。
捕获能力 。依照布朗扩散机理 , HEPA 过滤介质的
从表 1可见 , 90 g /m2 驻极熔喷材料在流动速
作用就是捕获以低过滤速度 (如 2. 5 cm / s)移动的
率为 32 L /m in (过滤速度为 5. 3 cm / s)时 ,过滤效
微小颗粒 ,而高速运动的大颗粒则通过使用预滤
率可达到 99. 996% ,压降为 84. 3 Pa。而其他材料
2007年第 3期 产业用纺织品 研究报告
32、64和 96 L /m in。微粒加载试验也用于研究材
要达到所要求的 HEPA 过滤效率 ,其压降比驻极熔
料的衰减性 (过滤效率的衰减和 DOP的增加 ) 。过
喷材料高得多 ,如玻璃纤维纸压降达到 409. 6 Pa,
表 2 DO P在不同过滤速度时的过滤效率
流 动 速 率 /L ·m in - 1
样 品
16 过滤效率 压降
32 过滤效率 压降
64 过滤效率 压降
96 过滤效率 压降
90 g/m2 驻极熔喷材料 60 g/m2 驻极熔喷材料 玻璃纤维纸 ePTFE薄膜 静电纺聚酰胺材料
/% 99. 994 99. 971 99. 993 99. 999 99. 999
研究报告 产业用纺织品 总第 198期
用于高效空气过滤器的过滤介质的研究
Peter P. Tsai (田纳西大学 ,美国 )
摘 要 :对驻极熔喷材料 、超细玻璃纤维纸 、ePTFE薄膜和静电纺纳米纤维网等过滤介质进行了有关高效空气 过滤 (HEPA )性能的实验 。研究结果表明 ,在达到相同 HEPA 过滤要求时 ,驻极熔喷材料的压降比其 他材料的压降低很多 ;对空气中含有的不同微粒各过滤介质的过滤效率和压降呈现出不同的变化趋 势。
关键词 :高效空气过滤 ,过滤介质 ,过滤性能 中图分类号 : TQ028126 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7093 (2007) 03 - 0010 - 03
高效空气过滤器 ( HEPA filter)广泛地应用于 要求清洁无菌的房间 (电子产品和药品的生产场 所 、手术室 )以及其他应用领域 (如空气净化器 、真 空袋式除尘器和口罩 ) 。超细玻璃纤维垫 、熔喷 (MB )纤网 、静电纺纤网和 ePTFE薄膜等各种介质 都可达到 HEPA 的过滤要求 。过滤介质用超细纤 维或纳米纤维制成 ,或具有纤维状结构 ,以使其有 较大的纤维表面积或是在原纤结构中存在很多微 孔 。过滤介质的面密度 、集尘量和使用寿命各不相 同 ,不同成分和结构的材料更有着迥异的压降 。与 亚微米级超细玻璃纤维和纳米纤维静电纺纤网相 比 ,熔喷纤网的超细纤维直径较粗 ,必须经过驻极 化 ( EC)才能达到 HEPA 级的过滤效率 ,其他一些 介质也可经驻极化提高过滤效率而不会增加压降 。 应用驻极化的熔喷聚丙烯纤网的优势在于其低压 降和较高的集尘量 。尽管熔喷聚丙烯纤网的电荷 衰减很慢 ,但进入的油粒和发动机排出的废气对其 长期储存和使用有影响 。本文将对经过驻极和未 经驻极的各种介质在用于 HEPA 过滤时的过滤效 率 、压降和使用寿命进行比较 。
4 结论
图 4 180 g /m2 驻极熔喷材料的 DOP加载过程
HEPA 级的 ePTFE薄膜有很高的压降 ,因而限 制了其在过滤方面的应用 。 ePTFE可以制成压降 较小的多孔薄膜 ,但其过滤效率也随着相应下降 。 ePTFE薄膜多用于表面过滤 ,因此在薄膜上会很快 形成尘饼 ,压降骤然上升 。
/% 99. 914 99. 916 99. 988 99. 999 99. 999
/ Pa 173. 5 191. 1 849. 7
1 227. 0
/% 99. 639 99. 517 99. 986 99. 999 99. 996
/ Pa 255. 8 280. 3 1 312. 3
-
如表 2 所示 , DOP气溶胶在驻极熔喷材料上
弱 ,对 DOP颗粒的吸引力也因此而下降 。如同从
的过滤效率比 NaCl在该材料上的过滤效率低得
NaCl中观察到的情况一样 ,驻极熔喷材料的过滤
多 。DOP不带电 ,介电常数很高 。由于介电常数
效率将随 DOP过滤速度的提高而下降 ,其他材料
大 ,驻极熔喷材料纤维中由电荷形成的电场将会减
的过滤效率随过滤速度的提高无明显变化 。
根据被加工材料的实际透气性 ,对通风机的电 动机进行无级调速 ,可容易地改变装置能力 。烘燥 装置装备了可减少生产费用的微处理控制系统 。
在多烘筒装置上被加工的材料从一个烘筒自 动传递到另一个烘筒 ,在不使用纤维成网输入系统 的情况下 ,可在该装置上经济地加工长度比较短的 非织造材料 。
甚至在温度非常高 ( 250℃左右 )的条件下工 作时 ,装置也可确保以 ±1. 5℃的精度调节温度 。
在多烘筒装置上被加工材料以相反的表面轮 流与烘筒表面接触 ,并从不同方向吹入热空气 ,以 确保材料的均匀烘燥 。烘筒烘燥装置可利用燃烧 煤气直接加热空气系统或其他加热系统 。
泡沫粘合剂涂敷和烘燥装置可用于涂敷抗菌 剂 ,以防止再生纤维底层受到微生物的作用 。
近 年 来 Fleissner公 司 在 世 界 各 国 已 销 售 了
应用使气流经由被加工纤维网的原理 ,可制取 具有高透气性 、吸收能力优良和表面蓬松的非织造 材料 。
依靠选择相应直径的烘筒或连续安装多个烘 筒来达到烘燥装置的效率 。材料被吸入装置的新 鲜空气冷却 。在装置的出口部分 ,冷空气从外面通 过被加工材料进入有孔烘筒内部 ,此时冷空气被加 热并将热能返回烘燥装置 ,从而减少了能耗费用 。
1 HEPA 过滤介质
本实验选用的材料是驻极熔喷 ( ECMB )材料 、
收稿日期 : 2006 - 11 - 23
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超细玻璃纤维纸 、ePTFE 薄膜和静电纺纳米纤维 网 。熔喷材料是在 T来自百度文库NDEC 的 Reicofil 24″双组分 熔喷生产线上生产的 ,驻极是在适用于厚型和高面 密度产品的 TANTRET T2II上完成的 。静电纺聚酰 胺纳米纤维直径范围为 50～60 nm ,在 TANDEC的 静电纺设备上生产 ,如图 1所示 。超细玻璃纤维纸 和 ePTFE薄膜都是工业产品 。
图 1 TANDEC的静电纺工艺
2 实验
用 TSI 8130自动过滤测试仪测定熔喷材料和 口罩在加载 NaCl和 DOP颗粒时的效率 。测试中 采用的 NaC l平均粒径为 0. 067μm ,几何标准偏差 ( GSD )为 1. 6 μm; DOP平均粒径为 0. 2 μm ,几何 标准偏差与前者相同 。用于过滤效率 ( FE ) 比较 时 ,气溶胶浓度为 100 mg /m3 ,流动速率分别为 16、
图 5 和图 6 是供热 、通风和空调系统过滤器 (HVAC)用的 ePTFE薄膜 、玻璃纤维纸和驻极熔喷 材料的比较 ,三者有相似的初始压降 。
在达到相同 HEPA 过滤要求时 ,驻极熔喷材料 的压降比其他材料的压降低很多 。在遇到 DOP颗 粒时 ,驻极熔喷材料的过滤效率较低 。随着 DOP 的加载 ,驻极熔喷材料的过滤效率下降 ,但可通过 采用不同的充电方式来减慢驻极熔喷材料过滤效 率下降的速度 ,使用较大面密度的驻极熔喷材料也 可达到这一目的 。玻璃纤维纸随 DOP的加载 ,其 过滤效率和压降都无明显变化 ,但随 NaCl的加载 , 其过滤效率和压降都上升 。 ePTFE薄膜随油粒的 加载 ,其过滤效率下降而压降上升 ,但随 NaCl的加 载 ,其过滤效率和压降都上升 。