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 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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 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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。