驻极纤维过滤材料的研究

ES纤维针刺非织造布的摩擦驻极性能钱幺;王雨;钱晓明【摘要】Acupuncture ES-fiber fabrics were chosen as raw materials, and were subjected to friction treatment, by controlling the numbers of friction, the surface electrostatic potential and filtration efficiency were compared, and the charge storage stability of ES-fiber fabrics were analyzed. The results show that the filtration efficiency of ES-fiber fabrics are significantly improved after friction treatment, but the filtration resistance are decreased. The larger the surface density is, the greater the surface electrostatic potential, more significant improvement of filtration efficiency after friction. ES-fiber fabrics have a good charge storage stability.%以ES纤维针刺非织造布为原料，对其进行摩擦处理，通过控制摩擦次数，对比摩擦驻极前后的表面静电势以及过滤效率，并分析了ES纤维针刺非织造布的电荷存储稳定性。

结果表明：经过摩擦处理的ES非织造布的过滤效率大幅提升，过滤阻力有所下降；克重越大，摩擦后的表面静电势越大，过滤效率提高的越显著；ES纤维非织造布具有较好的电荷存储稳定性。

熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶的过滤性能及过滤机理研究∗肖慧明,谢文虎,陈钢进(杭州电子科技大学驻极体及其应用实验室,浙江杭州310018)摘㊀要:㊀测定了熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对离子型(K C l)㊁极性非离子型(D E H S)两种不同实验气溶胶粒子的过滤性能,研究了粒子的粒径㊁荷电特性及流动速率对过滤性能的影响,分析了惯性效应㊁扩散效应和静电效应对粒子捕获能力的贡献㊂结果表明,熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶粒子的捕获能力差别较大,对K C l气溶胶的捕获能力要优于D E H S气溶胶,其原因与驻极体空气过滤材料所具有的特殊的静电效应有关㊂K C l用作实验气溶胶时,不出现M P P S(最易透过粒径)现象,过滤机理以静电效应为主;D E H S用作实验气溶胶时,M P P S值在0.08μm附近,小于经典单纤维过滤值0.3μm,过滤机理以惯性效应㊁扩散效应为主,以静电效应为辅㊂关键词:㊀驻极体;空气过滤材料;熔喷聚丙烯;实验气溶胶;过滤机理中图分类号:㊀T S176+.55文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2013)07-0936-041㊀引㊀言众所周知,熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料由于具有特殊的静电作用而显现出低流阻㊁高效率等优点,尤其对0.05~3μm大小的粉尘粒子具有突出的捕获能力[1,2],是美国国家职业安全和健康协会推荐使用的N95㊁R99和P100系列和欧盟认可的F F P1㊁F F P2和F F P3系列呼吸防护面罩使用的主要过滤材料㊂国际标准化组织也将其作为过滤器中高效过滤材料的推荐产品㊂与传统的空气过滤材料不同,熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤性能对粉尘粒子的化学性质非常敏感㊂无论是带电和不带电的粉尘粒子,都显示出特别高的初始过滤效率,但随着材料被粉尘粒子所覆盖,过滤特性会因粉尘粒子化学性质的不同而发生改变,如油性粒子可引起驻极体电荷快速衰减,从而引起过滤效率急剧下降[3]㊂因此,研究在特殊环境下空气过滤材料的性能和稳定性对其应用至关重要㊂国际标准化组织在一般过滤器标准草案中已明确提出将异丙醇浸泡去电荷试验(I P A实验)列为规范性内容㊂欧洲标准E N779规定,过滤器试验报告除给出正常情况下的过滤效率外,还要给出经异丙醇I P A处理静电全部消除后的过滤效率㊂在本文前期工作中已报道了甲醛㊁乙醇㊁异丙醇㊁丙酮等溶剂浸泡对过滤性能的影响,证明了溶剂溶胀作用是影响驻极体电场稳定性的主要因素[4,5],但气溶胶化学性质对过滤性能的影响规律还未见报道㊂熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的另一个特点是其最易透过粒径(m o s t p e n e t r a t i n g p a r t i c l e s i z e, M P P S)与传统的非驻极体空气过滤材料不同㊂根据传统过滤机理,非驻极体空气过滤材料的M P P S值大约在0.3μm左右,但E n i n g e r[6]和R e n g a s a m y等[7]对以熔喷聚丙烯驻极体为主要过滤材料的N95和N99口罩的研究表明,对未带电或具有B o l t z m a n n荷电分布的气溶胶,其M P P Sɤ0.1μm㊂他们认为M P P S值的改变就是由于驻极体空气过滤材料荷电产生的静电效应所致,但这些研究没有将M P P S值的改变与气溶胶性质相关联㊂为了更全面了解气溶胶性质对驻极体空气过滤材料过滤性能的影响,本文以熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料为研究对象,测定了其暴露在离子型气溶胶(K C l)和极性非离子型气溶胶D E H S(d i e t h y lh e x y l s e b a c a t e,二乙基己醇癸二酸酯)两种不同气溶胶气氛下的过滤特性,比较了气溶胶粒子粒径㊁荷电特性及流动速率对过滤性能的影响规律,分析了惯性效应㊁扩散效应和静电效应对气溶胶捕获能力的贡献,并据此进一步推断出不同性质气溶胶的过滤机理㊂2㊀材料和实验方法本文所用熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料来自浙江朝晖过滤技术股份有限公司㊂驻极态的获得采用线对面电晕充电的方法㊂过滤效率测试在自行设计的试验台上进行,其流程如图1所示㊂该试验台针对不同性质的气溶胶采用不同的气溶胶发生器,并采用相同的空气稀释器㊂气溶胶的荷电特性采用K r-85型静电中和器控制(M o d e l 3054,T S I I n c.,U S A)㊂离子型气溶胶粒径分布采用撞击器控制㊂气溶胶流动速率通过变频器控制抽风机风量进而控制管道中气溶胶流量的大小来实现㊂除非特别指出,气溶胶流动速率为5.3c m/s,粒径分布测量6392013年第7期(44)卷∗基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y5090294);浙江省教育厅重点资助项目(Z201018028)收到初稿日期:2012-08-08收到修改稿日期:2012-11-19通讯作者:陈钢进作者简介:肖慧明㊀(1963-),女,浙江金华人,副教授,主要从事功能电介质材料研究㊂采用W P S 宽范围颗粒粒径谱仪(1000X P ,M S PC o r p.,U S A ),测量的气溶胶粒径范围为10~1000n m ㊂气溶胶浓度采用激光粒子计数器测量㊂当实验气溶胶上下游浓度分别为C u ㊁C d 时,过滤效率由下式计算:过滤效率=C dC uˑ100%图1㊀过滤效率测试流程图F i g 1S c h e m a t i c f o r f i l t r a t i o ne f f i c i e n c y me a s u r e m e n t 3㊀结果和讨论3.1㊀气溶胶性质对过滤性能的影响为了研究熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同性质气溶胶粒子的捕获特性,测定了气溶胶为D E H S 和K C l 时不同单位质量的样品(20㊁40和60g /m 2)对不同粒径气溶胶粒子的过滤效率,结果示于图2和3㊂图2㊀D E H S 气溶胶粒子粒径与过滤效率相关性F i g 2F i l t r a t i o ne f f i c i e n c y as a f u c t i o no f p a r t i c l e s i z e f o rD E H Sa e r o s o l图3㊀K C l 气溶胶粒子粒径与过滤效率相关性F i g 3F i l t r a t i o n e f f i c i e n c y a s a f u n c t i o n o f p a r t i c l e s i z e f o rK C l a e r o s o l㊀㊀由图2和3可见,对两种气溶胶其过滤效率变化趋势相同,即随着样品单位质量的增加,过滤效率增加;随着粒径的增大,过滤效率上升㊂但通过比较图2和3还可以看出如下两点明显的差异:(1)过滤性能不同㊂单位质量20g /m 2的熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对K C l 气溶胶的过滤效果明显优于D E H S 气溶胶,尤其对小粒径粒子㊂如粒子粒径为0.43μm 时,对K C l 气溶胶的捕获效率为94.4%,对D E H S 气溶胶的捕获效率为87.4%,两者差值仅7.0%㊂而当粒子粒径为0.08μm 时,K C l 气溶胶的过滤效率为87.9%,而D E H S 气溶胶过滤效率只有63.0%,两者差值高达24.9%㊂这一结果显示,对大粒径粒子,熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对D E H S 和K C l 的过滤性能差别不大,但对小粒径粒子,其对K C l 的过滤性能明显优于D E H S ;(2)当实验气溶胶为D E H S 时,在粒径为0.08μm 处有一过滤效率最小值㊂显然这一粒径是该条件下的最易透过粒径(M P P S )㊂实验气溶胶为K C l时在测试粒径范围内则没有这一现象㊂众所周知,一般传统的空气过滤材料(又称非驻极体空气过滤材料),经典的单纤维过滤理论其M P P S 值在0.3μm 附近㊂熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的M P P S 值为0.08μm ,显著低于非驻极体空气过滤材料㊂为了进一步考察上述两种不同性质实验气溶胶对过滤性能的影响,测试了单位质量40g /m 2的熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对实验气溶胶K C l 和D E H S的过滤效率㊂气溶胶粒径采用0.3~0.5μm ㊂结果显示,对K C l 气溶胶的过滤效率为98.1%而对D E H S 则为85.9%,两者存在显著差异㊂前已指出,K C l 为离子型气溶胶,D E H S 则为非离子型气溶胶㊂因此可以确认熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤性能与气溶胶性质密切相关㊂3.2㊀气溶胶荷电特性对过滤行为的影响为了考察实验气溶胶荷电特性对过滤效率测定结果的影响,表1列出了K C l 和D E H S 用作实验气溶胶时,加中和器和不加中和器时过滤效率的差异㊂众所周知,气溶胶粒子在产生过程中会随机带有不同的电荷,引起气溶胶颗粒的团聚,难以获得具有一定粒径分布的实验气溶胶㊂气溶胶中和器的作用是利用放射源所产生的β粒子与气溶胶中带电粒子发生碰撞,使气溶胶粒子粒径符合波兹曼分布㊂结果表明,K C l 用作实验气溶胶时,不加中和器时的过滤效率大于加中和器,而D E H S 用作实验气溶胶时,结果则刚好相反㊂显然,这一结果与K C l 和D E H S 的荷电特性有关㊂前已指出,K C l 粒子是离子型化合物,不加中和器时,离子间的相互作用易使离子聚集,大粒径颗粒浓度高;加了中和器后小粒径粒子浓度增加进而使过滤效率测定值降低㊂D E H S 是极性非离子型化合物,在中和器的作用下,气溶胶粒子荷电量增加,与驻极体静电场之间的库仑相互作用增强,更易被驻极体空气过滤材料捕获,因而加中和器时的过滤效率大于不加中和器㊂739肖慧明等:熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶的过滤性能及过滤机理研究表1㊀加中和器与不加中和器时不同气溶胶粒子的过滤效率T a b l e1F i l t r a t i o n e f f i c i e n c y f o r d i f f e r e n t a e r o s o l s w i t ha n dw i t h o u t n e u t r a l i z e r实验气溶胶K C l D E H S样品A B A B加中和器85.793.177.0791.23不加中和器94.698.170.3885.9㊀㊀注:样品A㊁B的单位质量分别为20和40g/m2㊂3.3㊀驻极体电场对过滤性能的影响为了论证熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料驻极体电场对过滤行为的影响,测试了相同熔喷工艺条件下生产的单位质量为20g/m2的同批次驻极体和非驻极体样品当用K C l气溶胶时不同粒径粒子的过滤效率㊂驻极体和非驻极体样品的差异在于在生产工艺相同的情况下,前者增加了电晕充电步骤,驻极体的形成使熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤效率大幅度提高;粒径越大,提高的幅度越大㊂对0.1~0.2μm粒径粒子,过滤效率增加了42%;对0.3~0.5μm粒径粒子则增加了60%㊂该测试结果显然与驻极体空气过滤材料特殊的静电作用有关㊂非驻极体样品对气溶胶粒子的捕获完全由于惯性效应和扩散效应,驻极体与非驻极体样品过滤效率之间的差值则反映了静电效应的强弱㊂3.4㊀气溶胶流动速率对过滤性能的影响气溶胶D E H S在不同流动速率(5.3㊁10及15c m/ s)下熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的过滤效率与粒子粒径的关系如图4所示㊂从图4可以看出,随着流动速率的增加,过滤效率下降㊂流动速率为5.3c m/s 时,过滤效率最高,10c m/s次之,而流动速率为15c m/ s时过滤效率最低㊂其原因与气溶胶粒子在空气过滤材料中的滞留时间有关㊂流动速率越慢,滞留时间越长,粒子就有更多的机会撞击纤维,因此过滤效率就更高㊂由图4还可看出,不管流动速率是快还是慢,最易透过粒径(M P P S)值都在0.08μm附近,小于经典过滤理论0.3μm,而且流动速率越快,M P P S现象越明显㊂图4㊀D E H S气溶胶流动速率对过滤效率的影响F i g4I m p a c to f f l o wr a t eo nf i l t r a t i o ne f f i c i e n c y f o rD E H Sc h a l l e n g e a e r o s o l㊀㊀在经典单纤维过滤理论中,最易透过粒径现象的产生是由于小粒径粒子的扩散效应引起的[8]㊂显然,M P P S值与经典过滤理论的差异源于过滤材料与气溶胶之间的静电相互作用㊂流动速率越快,扩散效应越显著,M P P S现象越明显,此时静电作用就越小㊂3.5㊀驻极体空气过滤材料过滤机理分析众所周知,气溶胶的过滤机理有惯性效应㊁扩散效应㊁重力效应㊁拦截效应和静电效应等㊂重力效应㊁拦截效应主要针对大粒径气溶胶,本文所涉及的粒子粒径<0.5μm,重力和拦截效应可忽略,因此,过滤效率可表示为:f=f I R+f D r+f E R㊀㊀其中,f I R㊁f D r和f E R分别为惯性效应㊁扩散效应和静电效应对过滤效率的贡献㊂按经典的单纤维过滤理论,粒子粒径与过滤效率的关系如图5所示[9],其特点是过滤效率在0.3μm附近有一最小值㊂图5㊀按经典单纤维过滤理论计算的粒径效率关系图F i g5R e l a t i o n s h i p o f f i l t r a t i o ne f f i c i e n c y t o p a r t i c l es i z eb y c l a s s i c a l s i n g l e-f i b e r f i l t e r i n g m o d e l ㊀㊀将图5与2所示的D E H S为实验气溶胶时粒径与过滤效率的关系进行比较可看出,两者的变化趋势相似㊂随着气溶胶粒子粒径的减小,过滤效率降低,并出现M P P S现象㊂主要差别在于M P P S值不同,图5在0.3μm附近,而图2在0.08μm处㊂前面分析已经指出,M P P S值的减小是由于静电效应所致㊂当实验气溶胶为D E H S时,过滤机理中惯性效应㊁扩散效应和静电效应同时存在,以惯性效应㊁扩散效应为主,而静电效应则起辅助作用㊂图3的实验气溶胶为K C l,在粒径测试范围内未出现M P P S现象,而且大粒径和小粒径的过滤效率变化不大,这说明此时过滤机理中静电效应大于惯性效应和扩散效应,静电效应成为主要的过滤机理㊂D E H S和K C l气溶胶之间的这种差别,可从两者性质的不同得到解释㊂K C l是离子型化合物,其气溶胶粒子可用如图6所示的胶团结构来描述㊂由图6可见,无论粒子大小如何,气溶胶粒子都是荷电的㊂因此,气溶胶与驻极体纤维之间始终存在着强烈的静电相互作用,因此过滤机理以静电效应为主㊂而D E H S是极性非离子型化合物,溶胶分子团聚成溶胶粒子时,由于分子间的库仑作用,溶胶粒子通常是电中性的㊂当与驻极体空气过滤材料接触时,在驻极体静电场的作用下,溶胶粒子因极化而带电㊂粒子随粒径的减小表面能增加,就更容易荷电㊂因此,驻极体过滤材料对D E H S小粒径颗粒8392013年第7期(44)卷的过滤效率其提高幅度大于大粒径,其过滤机理中惯性效应㊁扩散效应和静电效应同时存在㊂㊀㊀㊀图6㊀K C l 胶团结构F i g 6KC l c o l l o i d s t r u c t u r e 4㊀结㊀论熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶粒子捕获能力差别较大,对离子型气溶胶K C l 的捕获能力明显优于极性非离子型气溶胶D E H S ㊂其原因与驻极体空气过滤材料所具有的特殊过滤机理有关㊂K C l用作实验气溶胶时,过滤机理以静电效应为主,不出现M P P S 现象;D E H S 用作实验气溶胶时,与经典单纤维过滤机理相似,出现M P P S 现象,但其粒径值为0.08μm ,远远小于经典的单纤维过滤值0.3μm ,过滤机理仍以惯性效应和扩散效应为主,以静电效应为辅㊂熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料的高过滤效率很大程度上依赖于其所带的驻极体电荷㊂参考文献:[1]㊀K e s t e m a nV N ,P i n c h u kLS ,G o l d a d eV A.E l e c t r e t s i ne n g i n e e r i n g [M ].B o s t o n :K l u w e rA c a d e m i cP u b l i s h e r s ,2000.[2]㊀陈钢进,肖慧明,王耀翔.聚丙烯驻极体非织造布的电荷存储特性和稳定性[J ].纺织学报,2007,28(9):139-142.[3]㊀E m iH ,K a n a o k aC ,O t a n iY ,e ta l .C o l l e c t i o n m e c h a -n i s m s o f e l e c t r e t f i l t e r [J ].P a r t i c u l a t eS c i e n c ea n dT e c h -n o l o g y,1987,5:161-165.[4]㊀陈钢进,肖慧明,尤健民,等.溶剂浸泡对驻极体空气过滤材料性能的影响[J ].洁净与空调,2009,1:76-79.[5]㊀肖慧明,陈钢进,张树文.溶剂溶胀作用对聚丙烯熔喷非织造布驻极体空气过滤材料过滤性能的影响[J ].材料研究学报,2009,23(4):1-5.[6]㊀E n i n g e r M R ,H o n d aT ,A d h i k a r iA ,e t a l .F i l t e r p e r -f o r m a n c e o fN 99a n dN 95f a c e p i e c e r e s p i r a t o r s a ga i n s t v i -r u s e sa n du l t r a f i n e p a r t i c l e s [J ].A n n O c c u p a t i o n a l H y-g i e n e ,2008,52(5):385-396.[7]㊀R e n g a s a m y S ,E i m e rBC ,S h a f f e rR E .C o m pa r i s o no f n a n o p a r t i c l ef i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e o f N I O S H -a p p r o v e d a n dC E -m a r k e d p a r t i c u l a t ef i l t e r i n g f a c e p i e c er e s pi r a t o r s [J ].A n nO c c u p a t i o n a lH y g i e n e ,2009,53(2):117-128.[8]㊀L e eK W ,M u k u n dR.F i l t e r c o l l e c t i o n :a e r o s o lm e a s u r e -m e n t ,p r i n c i p l e ,t e c h n i q u e sa n da p pl i c a t i o n s [M ].N e w Y o r k :W i l e y-I n t e r s c i e n c e ,2001.197-229.[9]㊀蔡㊀杰.空气过滤A B C [M ].北京:中国建筑工业出版社,2002.143.S t u d y on f i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e a n dm e c h a n i s mo f m e l t -b l o w n p o l y p r o p y l e n e e l e c t r e tw e bu s e d a s a i r f i l t e rm a t e r i a l a ga i n s t c h a l l e n g e a e r o s o l sw i t hd i f f e r e n t c h e m i c a l p r o pe r t i e s X I A O H u i -m i n g ,X I E W e n -h u ,C H E N G a n g -ji n (L a b o r a t o r y o fE l e c t r e t a n d i t sA p p l i c a t i o n ,H a n g z h o uD i a n z iU n i v e r s i t y ,H a n gz h o u310018,C h i n a )A b s t r a c t :I n t h i s p a p e r t h e f i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e o fm e l t -b l o w n p o l y p r o p yl e n e e l e c t r e tw e bu s e d a s a i r f i l t e rm a -t e r i a lw e r e i n v e s t i g a t e dw h e n i o n i c c o m p o u n d (K C l )a n d p o l a r c o m p o u n d (D E H S ,d i e t h y l h e x y l s e b a c a t e )w e r e u s e d a s c h a l l e n g e a e r o s o l s .T h e i m p a c t o f c h a r g e c h a r a c t e r i s t i c s ,p a r t i c l e s i z e a n d f l o wr a t e o f c h a l l e n ge a e r o s o l s o nf i l t r a t i o n p e r f o r m a n c ew e r e e x p l o r e d .T h e c o n t r i b u t i o n o f i n e r t i a l ,d i f f u s i o n a n d e l e c t r o s t a t i c e f f e c t t o t h e f i l -t r a t i o nm e c h a n i s m w e r e d i s c u s s e d .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e f i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e f o r c h a l l e ng e a e r o s o l sw i th di f f e r e n t c h e m i c a l p r o p e r t y d i f f e r sd r a m a t i c a l l y.K C l e x h i b i t sb e t t e r f i l t r a t i o n p e r f o r m a n c e t h a nD E H S .T h a t c o u l db e a t t r i b u t e d t o t h eu n i q u e e l e c t r o s t a t i c f i l t r a t i o nm e c h a n i s mf o r e l e c t r e t .W h e nK C l i su s e da s c h a l l e n g e a e r o s o l ,t h e p h e n o m e n o no fm o s t p e n e t r a t i n gpa r t i c l e s i z e (M P P S )w a sn o t ob s e r v e d ,a n d t h e e l ec t r o s t a t i c f i l -t r a t i o nm e c h a n i s mi sd o m i n a te d i nf i l t e r i n gp r o c e s s .W h e nD E H Sw a su s e da s c h a l l e n gea e r o s o l ,t h ev a l u eo f M P P Sw a s a r o u n d 0.08μm ,w h i c hw a sm u c h l e s s t h a n 0.3μms i m u l a t e d b y c l a s s i c a l s i n g l e f i b e r f i l t r a t i o nm e c h -a n i s m.I n t h e c a s eo fD E H S ,i n e r t i a l a n dd i f f u s i o ne f f e c t a r es t i l l d o m i n a t e df i l t r a t i o n m e c h a n i s m ,w h i l e t h e e l e c t r o s t a t i c e f f e c t i s s u b o r d i n a t e .K e y w o r d s :e l e c t r e t ;a i r f i l t e rm a t e r i a l ;m e l t -b l o w n p o l y p r o p y l e n e ;c h a l l e n ge a e r o s o l ;f i l t r a t i o nm e c h a n i s m 939肖慧明等:熔喷聚丙烯驻极体空气过滤材料对不同气溶胶的过滤性能及过滤机理研究。

静电纺丝法制备高效空气过滤材料的研究进展刘朝军;刘俊杰;丁伊可;张建青;黄禄英【摘要】为更好地通过静电纺丝技术制备高效空气过滤材料,促进静电纺丝纳米纤维膜在高效空气过滤领域的产业化应用,全面综述了近年来国内外关于静电纺丝技术制备高效低阻和功能型高效空气过滤材料的最新研究成果.对具有球状、纳米蛛网结构的三维立体高效低阻滤材、驻极体增强高效低阻滤材,以及具有耐高温、抗菌和可降解特性的功能型滤材进行了重点介绍,并回顾了其研究进展,分析和讨论了现有研究中存在的问题和不足.认为静电纺丝纳米纤维膜具有生产工艺简单高效、结构可控、分离精度高、适用性广泛等显著优势,在高效空气过滤领域的发展和应用前景十分广阔.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2019(040)006【总页数】9页(P133-141)【关键词】静电纺丝;空气过滤;纳米纤维;高效过滤材料【作者】刘朝军;刘俊杰;丁伊可;张建青;黄禄英【作者单位】室内空气环境质量控制天津市重点实验室,天津 300072;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴 311817;室内空气环境质量控制天津市重点实验室,天津 300072;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴 311817;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴 311817;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴311817【正文语种】中文【中图分类】TQ028.2近年来，空气污染形势日趋严峻[1]，其中，环境中的PM2.5具有粒径小，能在大气中长期滞留且可远距离输送，易携带有害物质等特点[2-3]，是对人类健康威胁最大、最具代表性的大气污染物[4-5]，易诱发哮喘、肺癌及各种心血管疾病如高血压、心力衰竭和心肌梗塞等[6-8]，还会导致现代精密制造业如大规模集成电路等产品的不良率升高。

人们研究并开发出了多种用于去除环境中细微颗粒物的方法和技术措施，其中采用纤维介质进行物理过滤的高效过滤器(HEPA)被认为是最有效、最可靠和最经济的设备[9]，在医疗卫生、精细化工、高精密电子设备、食品无菌包装及航空航天等领域的应用愈来愈广。

驻极体前言随着社会经济的不断发展，环境问题也日益突出。

“雾霾”天气的产生，使得广大人民群众以及国家对大气污染问题也日益关注。

PM2.5、亚微米级别病毒以及化学物质等在空气中扩散、传播，极大地危害了人民的身体健康。

因此，有效的控制空气中的细微颗粒物以及有毒有害的化学、生物物质至关重要。

空气过滤材料的应用是净化空气的重要手段。

普通空气过滤材料对于细小微粒的去除不够彻底，而且过滤材料上容易滋生有害微生物，存在二次污染的可能。

驻极体空气过滤材料为解决这一难题提供了可能。

驻极体空气过滤材料具有高效、低阻、节能、抗菌等优点，是一类非常有应用前景的新型空气过滤材料。

一、驻极体驻极体是指那些能够长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料, 即从时间跨度上来看,它们是电荷衰减时间常数比形成周期大得多的材料。

具有在无外电场的条件下能自身产生静电作用力的特性。

根据驻极体电荷的来源和性质，驻极体材料中的电荷可分为空间电荷和极化电荷两类。

空间电荷主要是从介质外面经施加的电场推斥，沉积到介质表面或注入到介质表层一定深度，被介质表面或内部的各种陷阱捕获的带电粒子(如电子、离子等)，也称为驻极体的捕获电荷。

极化电荷是通过冻结取向偶极子和界面极化而形成的，这种电荷被束缚在分子内，不能脱离分子转移到其他部位，故也被称为束缚电荷。

二、驻极体材料驻极体材料被广泛应用于高效低阻空气过滤材料领域。

驻极体空气过滤材料要求材料储存电荷的密度大、寿命长及稳定性高。

主要影响因素是材料性质、充电方法、电荷分布状态、储存的环境条件等。

相关文献表明, 驻极体过滤材料过滤效率要远远高于常规过滤材料。

众所周知, 常用的纤维过滤材料, 其捕尘机理主要依靠直接拦截、布朗扩散、惯性碰撞和重力沉积等机械阻挡作用, 过滤材料和粒子之间静电吸附作用甚弱, 对粒径小于1 μm 的粒子过滤效果很差。

如果在空气过滤过程中增强静电吸附, 除原有的机械阻挡作用外, 依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获, 或诱导中性微粒产生极性再将其捕获, 过滤效率无疑将大大增强,且过滤阻力也有所下降。

静电纺纳米纤维空气过滤材料1多级结构纳米纤维膜在纤维表面构筑多级结构有助于提升其表面粗糙度，从而可有效增大纳米纤维膜的比表面积、孔体积和孔隙率，使固体颗粒物与纤维发生碰撞或黏附的概率增大，最终实现纳米纤维膜过滤性能的大幅提升。

如图3-4所示，通过将浓度为6wt%的PAN溶液与添加SiO纳米颗粒（SNP）的浓度为12wt%的PAN溶液进行肩并肩纺丝，获得了具有多级结构的PAN-6/PAN-12—SiO复合纳米纤维膜。

图3-4 PAN-6/PAN-12—SiO复合纤维膜的（a）制备示意图；（b）结构模拟图；（c）场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）图通过调控PAN-6/PAN-12喷头数量比可以得到具有无规堆积结构的PAN纤维膜，其中纤维直径为600～700nm的PAN-12作为纤维膜的骨架纤维，并且随着PAN-12喷头比例的增加，粗纤维数量逐渐增多，纤维直径在100～200nm的PAN-6穿插于骨架纤维之间。

因此，PAN-6/PAN-12的喷头数量比直接决定了纤维膜的堆积密度，从而影响纤维膜的过滤性能。

从图3-5（a）中可以看出，当PAN-6/PAN-12的喷头数量比从4/0变化至0/4时，PAN纤维膜的过滤效率从73.64%降低到11.1%，阻力压降从64.5Pa降低到8.2Pa。

当PAN-6/PAN-12的喷头数量比为3/1时，纤维膜具有最佳的过滤效率，其对应的QF值为0.0229Pa。

进一步研究中，固定PAN-6/PAN-12的喷头数量比为3/1，通过调控PAN-12纺丝溶液中SiO纳米颗粒的含量（0、4wt%、8wt%、12wt%）构筑了具有多级结构的PAN/SNP复合纳米纤维膜。

如图3-5（b）所示，复合纳米纤维膜的N吸附—脱附等温曲线均呈现IV型的等温线，其吸附行为包括单分子层吸附、多层吸附和毛细管冷凝阶段，说明了所制备复合纤维具有介孔结构。

此外，随着SiO纳米颗粒含量的增加，纤维膜的比表面积从6.56m/g增加至26.97m/g，说明SiO纳米颗粒能够有效增加纤维膜的比表面积，如3-5（b）插图所示。

前沿科技技术纺织品阻击PM2.5的新利器——电纺纳微纤维驻极过滤材料工业高速发展产生大量的废气、烟尘，如工业废气、燃烧、尾气等，严重污染了人类生存环境，特别是近年来大气中直径小于2.5μm的颗粒污染物（PM2.5）的危害已经引起世界范围的关注，其吸入体内后会直接进入支气管，引发包括哮喘、支气管炎、尘肺和心血管病等疾病。

开发新型高效过滤材料是关乎环境质量、民生健康的重大课题。

天津工业大学程博闻教授带领的“新型纤维与非织造材料”创新团队长期从事驻极高效过滤材料研究，与天津泰达洁净材料股份有限公司、解放军总后军需所等产学研合作，先后攻克了单、双组分耐久驻极熔喷超细纤维高效过滤材料关键制备技术并实现产业化，相关产品达到国际先进水平。

开发的复合熔喷非织造材料研究成果获得中国纺织工业联合会2012年度科技进步一等奖。

近期，该团队在电纺纳微纤维驻极过滤材料方面取得了突破性进展，发展了多种具有自主知识产权的溶液、熔融电纺纳微纤维制备技术，形成了以“螺纹”和多辊实心针为核心技术的规模化静电纺装备。

设备有效幅宽为1m，单机台产量可达1000m2/D以上（定量5g/m2）；开发了聚乳酸（PLA）、氯化聚氯乙烯（CPVC）、聚偏氟乙烯（P VDF）和间位芳纶（M PIA）等系列化有机高分子纳微纤维驻极过滤材料，纤维直径范围为100～500n m，平均直径约200nm，表面电荷密度高达15μＣ/m2，通过与纺粘非织造布复合得到的驻极过滤材料，对粒径小于2.5μm颗粒过滤效果高达99.99%。

该团队已申请相关发明专利10余项，授权5项，发表SCI、EI收录论文20余篇。

与现有驻极产品相比，电纺纳微纤维驻极过滤材料除具有纤维直径小、过滤效率高等优点外，电纺技术固有的特点赋予了纳微纤维大量的极化电荷和空间电荷，实现了聚合物驻极体“永久化”，将成为新一代高效驻极过滤材料。

此外，电纺纳微纤维材料还将广泛应用于锂电隔膜材料、医用防护材料、组织工程材料、催化材料、吸音材料等诸多领域。

垦堕堕堡苤查生箜！！鲞箜！！塑！坐！垦箜逝！：堕！！：∑！！：！！：盟！：！！呼吸过滤器在肺功能实验室中的应用高怡郑劲平【摘要】肺功能检查有重要的临床意义，可早期检出肺和气道疾病，鉴别呼吸困难的原因，评估疾病的严重程度及胸腹部手术耐受力，评定药物及其它治疗方法的疗效等。

然而，肺功能检查存在交叉感染的潜在可能性。

近年来，临床医生开始关注肺功能实验室的感染预防与控制，特别是重症急性呼吸综合征（ＳＡＲＳ）爆发后，对经呼吸道传播的交叉感染更为重视，呼吸过滤器已逐步成为肺功能实验室减少交叉感染危险性的重要方法之一１１］。

【关键词】呼吸过滤器；肺功能试验；感染预防与控制肺功能检查有重要的临床意义，可早期检出肺和气道疾病，鉴别呼吸困难的原因，评估疾病的严重程度及胸腹部手术耐受力，评定药物及其它治疗方法的疗效等。

然而，肺功能检查存在交叉感染的潜在可能性。

近年来，临床医生开始关注肺功能实验室的感染预防与控制，特别是重症急性呼吸综合征（ＳＡＲＳ）爆发后，对经呼吸道传播的交叉感染更为被重视，呼吸过滤器（Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙｆｉｌｔｅｒｓ）已逐步成为肺功能实验室减少交叉感染危险性的重要方法之一［１］。

本文就呼吸过滤器在肺功能实验室中应用的研究进展作一综述。

１呼吸过滤器的发展史早在２０世纪７０年代，呼吸过滤器已应用于危重症监护病房（ＩＣＵ）中。

Ｒｏｂｅｒ等［２］认为，在机械通气的吸气回路上放置一个有效的呼吸过滤器，可减少患者从周围环境中吸入病原微生物的机会，降低患医院内获得性肺炎的危险；在呼气端放置一个有效的呼吸过滤器，可潴留患者呼出气体中的微粒，保护呼吸机内部及避免ＩＣＵ室内环境的污染。

另外，ＩＣＵ患者常需雾化吸入支气管扩张剂、抗生素、抗病毒药、祛痰药等多种药物，药物雾粒可随患者呼气进入周围的空气中，医护人员常常被动地吸入这些药物。

为了避免这种情况，Ｒｏｂｅｒ等口３提出在患者的呼气端连接一个有效的呼吸过滤器，阻隔呼出气体中的药物雾粒。

驻电极空气过滤器属于静电增强纤维过滤。

就净化机理而言，其捕集力主要是带电纤维对微粒（带电或不带电粒子）的库仑力和感应力。

静电增强纤维过滤是采用预荷电或加外电场实现增效降阻的目的，但如果移开外电场，纤维保持电荷的时间极短暂，或电荷残留量很快衰减。

而驻电极过滤材料能够长期储存空间电荷。

人们通过对介电材料施加电场，并采用一定的物理化学方法使电荷或电极化状态长久地驻留在电解质上，可制成长寿的驻电极。

虽然驻电极术能永久带电，但如果在其寿命内荷电性能无太大变化，仍然可视为永电体。

在驻电极空气滤材中被极化的纤维通常带有几百甚至上千伏电压，纤维间隙的电场强度可达每米几兆伏，甚至更高，由于静电排斥作用使纤维张开成网状孔洞，间隙尺寸远大于粒子尺寸，当微粒经过过滤器时，静电力不仅能有效地吸引带电粒子，而且以静电感应效应捕获被感应极化的中性粒子。

另外，静电作用不仅使纤维外张，而且使沉积在滤料上的粉尘呈链状或树枝状结构。

在净化功效相同的情况下，驻电极空气过滤器的阻力比机械式纤维过滤器的阻力低数倍以上钼丝。

驻电极用作过滤材料，最初在1976年，由于Van Turnhom等人将切割成小条状的聚丙烯薄膜制成，将这种带电小条加工成折皱状态形成驻电极纤维，随后，各种荷电技术以及通过混合不同纤维带电技术等各具特色的带静电过滤器得到r开发和利用。

与此同时，驻极体空气过滤材料也获得了进一步的发展。

驻电极空气滤材鲴具有低流阻、高效率．长寿命、高集尘能力和节省能源等优点，使得以此为滤材的气体、空气过滤器的研究发展很快。

从20世纪70年代开始研究，伴随各种荷电技术和混纤带电技术的开发、利用，到20世纪90年代就已实现了产业化。

近年来，随着高分子化学纤维的发展，用驻电极纤维能生产出高教过滤器( HF.PA)和超高效过滤器( ULPA)。

由ASGS中元宏康生产的空气净化器，现已较广泛地采用驻电极空气过滤器作为基本的空气净化系统。

《驻极体滤料的空气湿度和静电效应影响机理研究》1.引言驻极体滤料是一种重要的过滤材料，能够有效去除空气中的微粒和颗粒物质。

然而，其过滤效果受到空气湿度和静电效应的影响，这一影响机理尚未完全研究清楚。

本文将就这一主题进行深入探讨，旨在揭示驻极体滤料在不同空气湿度和静电效应下的工作原理。

2.空气湿度对驻极体滤料的影响2.1 空气湿度的定义及测量方法空气湿度是指空气中水汽含量的多少，通常通过相对湿度来表示。

在驻极体滤料的过滤过程中，空气湿度会影响着滤料的工作效果。

了解空气湿度的影响机理对于滤料的设计和选择至关重要。

2.2 空气湿度对驻极体滤料的影响机理空气湿度会影响驻极体滤料的电介质特性，从而对其静电效应产生影响。

当空气湿度适中时，驻极体滤料的静电效应会得到增强，从而提高过滤效果；而当空气湿度过高或过低时，静电效应会受到抑制，降低滤料的过滤效果。

这一影响机理需要通过实验和理论模型来深入研究。

3.静电效应对驻极体滤料的影响3.1 静电效应的基本原理静电效应是一种常见的物理现象，是由于物体带有静电荷而产生的电场和电势差。

在驻极体滤料中，静电效应能够吸附和分离空气中的颗粒物质，从而实现有效的过滤效果。

3.2 静电效应在不同空气湿度下的变化研究表明，空气湿度会显著影响驻极体滤料的静电效应。

在干燥的环境中，静电效应会得到增强，从而提高滤料的过滤效果；而在潮湿的环境中，静电效应会受到抑制，降低滤料的过滤效果。

这一变化规律需要进一步深入研究和解释。

4.个人观点和理解从以上内容可以看出，驻极体滤料的过滤效果受到空气湿度和静电效应的双重影响。

在实际应用中，我们需要综合考虑这两方面的因素，选择合适的驻极体滤料并控制好环境参数，以确保其良好的过滤效果。

未来的研究可以从理论模型和实验两方面着手，深入探讨空气湿度和静电效应对驻极体滤料的影响机理。

5.总结通过对驻极体滤料的空气湿度和静电效应影响机理的研究，我们可以更深入地理解滤料的过滤原理。

驻极体纤维过滤材料
驻极体纤维过滤材料是一种新型的高效过滤材料，由于其独特的结构和性质，已经被广泛应用于空气净化、水处理、食品与医药工业等领域。

驻极体纤维过滤材料是一种由聚合物纤维和导电复合材料构成
的复合材料。

其特点是具有很小的孔径，可以有效地吸附微小颗粒物，如PM2.5、细菌、病毒、有害气体等。

同时，由于其导电性能，可利用静电作用吸附带电颗粒物，如静电化纤维布过滤PM2.5，过滤效率高达99.97%。

驻极体纤维过滤材料的制备方法包括电纺丝、电喷雾、溶液共混、混合物熔融纺丝等多种方法。

其中，电纺丝法制备的驻极体纤维过滤材料结构紧密、孔径均匀，吸附效率高，已经成为生产中应用最广泛的一种制备方法。

目前，驻极体纤维过滤材料已经成为空气净化器、口罩、过滤器等产品中的重要组成部分。

随着环境污染的加剧和人们对健康的关注度不断提高，驻极体纤维过滤材料的应用前景越来越广阔。

- 1 -。