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1、熔噴聚丙烯駐極體非織造布空氣過濾材料的過濾特性研究摘要：熔噴聚丙烯駐極體非織造布空氣過濾材料的過濾效率很大程度上依賴于材料所帶的駐極體電荷。本文通過研究DEHS氣溶膠對(duì)材料過濾性能的影響，分析了機(jī)械阻擋和靜電吸附機(jī)理對(duì)氣溶膠捕獲能力的貢獻(xiàn)；測(cè)定了材料暴露在汽油和透平油氣氛下的過濾效率穩(wěn)定性；比較了材料對(duì)不同試驗(yàn)氣溶膠過濾行為的影響。結(jié)果表明：當(dāng)非織造布較薄時(shí)，靜電吸附機(jī)理是主要的，隨著非織造布厚度的增加，機(jī)械阻擋機(jī)理作用增強(qiáng)，直至兩種機(jī)理變得同樣重要。MPPS現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在機(jī)械阻擋機(jī)理中。當(dāng)材料暴露在汽油和透平油氣氛下，氣溶膠穿透
2、性快速增加。材料的過濾效率受試驗(yàn)氣溶膠帶電性質(zhì)的影響，試驗(yàn)氣溶膠荷電，過濾效率增加。關(guān)鍵詞：空氣過濾材料，熔噴聚丙烯非織造布，駐極體，溶劑浸泡，過濾效率1引言眾所周知，熔噴聚丙烯駐極體非織造布空氣過濾材料由于具有特殊的靜電吸附機(jī)理，而顯現(xiàn)出低流阻、高效率等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)0.05~3μm大小的粒子[1，2]。材料在特殊環(huán)境下的駐極體電荷穩(wěn)定性已成為其能否被廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。與普通的非駐極體非織造布相比，無論是對(duì)帶電和不帶電的氣溶膠粒子，駐極體非織造布在初期都顯示出特別高的捕獲效率，但隨著材料被捕獲粒子所覆蓋，過濾特性會(huì)發(fā)生改變，機(jī)械阻
3、擋作用增加，成為主要的捕獲機(jī)理[3]。在我們前期的工作中已經(jīng)研究了甲醛、乙醇、異丙醇、丙酮等溶劑浸泡對(duì)材料過濾性能的影響，證明了溶劑的溶脹作用是影響駐極體電場(chǎng)穩(wěn)定性的主要因素，而過濾阻力則是由材料結(jié)構(gòu)所決定[4,5]。熔噴聚丙烯駐極體非織造布空氣過濾材料的另一個(gè)特點(diǎn)是其最易透過粒徑（MPPS）。根據(jù)傳統(tǒng)的機(jī)械過濾機(jī)理，材料的MPPS大約在0.3μm左右，但包括對(duì)N95和N99口罩在內(nèi)的熔噴聚丙烯駐極體非織造布的研究表明，對(duì)未帶電或具有Boltzmann荷電分布的氣溶膠，駐極體濾材的MPPS為≤0.1μm。MPPS的改變，就是由于極
4、化力所引起的[6,7]。本文通過研究DEHS氣溶膠對(duì)材料過濾性能的影響，分析了機(jī)械阻擋和靜電吸附機(jī)理對(duì)氣溶膠捕獲能力的貢獻(xiàn)；測(cè)定了材料暴露在汽油和透平油氣氛下的過濾效率穩(wěn)定性；比較了材料對(duì)不同試驗(yàn)氣溶膠過濾行為的影響。2材料和實(shí)驗(yàn)方法本試驗(yàn)所用的熔噴聚丙烯駐極體非織造布空氣過濾材料來自桐鄉(xiāng)市健民過濾材料有限公司，產(chǎn)品門幅1.6m，生產(chǎn)速度12~15m/min。對(duì)比試驗(yàn)材料為市購產(chǎn)品。過濾效率穩(wěn)定性試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，試驗(yàn)氣氛的流動(dòng)速度為0.3~0.5L/min，樣品大小60cm2。過濾效率和過濾阻力的測(cè)試在自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，
5、氣溶膠為DEHS(DiethylHexylSebacate)，氣溶膠流動(dòng)速度為5.3cm/s，測(cè)試粒徑為0.3~0.5μm；一封閉的Kr85源(Model3054,TSIInc.,USA)被用于中和氣溶膠到Boltzmann電荷分布。當(dāng)試驗(yàn)氣溶膠上游濃度（Cu）和下游濃度（Cd）由一寬頻粒子計(jì)數(shù)器(WPS，Model1000XP，MSPCorp.，USA)測(cè)定。過濾效率和穿透率由下式計(jì)算：穿透率=(Cd/Cu)(100%)；過濾效率=（1-Cd/Cu)x100%。3結(jié)果和討論3.1氣溶膠穿透特性為了研究熔噴聚丙烯駐極體非織造布空氣
6、過濾材料的氣溶膠穿透特性，分別測(cè)定了來自桐鄉(xiāng)市健民過濾材料有限公司不同厚度和來自不同公司同樣厚度樣品對(duì)不同大小氣溶膠粒子的捕獲特性，結(jié)果列于圖2和圖3。由圖2可見，對(duì)20g/m2和40g/m2的樣品，穿透性隨氣溶膠粒子粒徑的增加而減少，圖3呈現(xiàn)同樣的結(jié)果。但圖2顯示，對(duì)60g/m2樣品，0.14μm粒徑粒子具有最大穿透率。這一結(jié)果可從駐極體材料特殊的過濾機(jī)理得到解釋。對(duì)薄的材料，靜電吸附機(jī)理起主要作用，隨著厚度的增加，機(jī)械阻擋的作用增加，兩種機(jī)理同時(shí)發(fā)生作用，出現(xiàn)了機(jī)械阻擋作用特有的MPPS現(xiàn)象。為了考察機(jī)械阻擋和靜電吸附機(jī)理對(duì)材
7、料捕獲性能的影響，圖4列舉了同樣條件下，駐極體和非駐極體熔噴聚丙烯非織造布的穿透性測(cè)試結(jié)果，結(jié)果顯示，對(duì)0.1~0.5μm粒徑粒子，駐極體樣品的穿透性比非駐極體樣品要低約50%。這一結(jié)果也顯示，熔噴聚丙烯非織造布的過濾效率強(qiáng)烈地依賴于其中的駐極體靜電場(chǎng)。3.2材料在油性氣溶膠環(huán)境中的過濾效率穩(wěn)定性40g/m2的熔噴聚丙烯駐極體非織造布暴露在汽油和透平油氣氛中不同時(shí)間后測(cè)定的氣溶膠粒子的穿透性測(cè)定結(jié)果列于圖5和圖6。為了更詳細(xì)地觀察材料穿透能力的變化，圖5和圖6中還列出了前5分鐘的變化情況。由圖可看到，穿透能力在前15分鐘內(nèi)快速增加
8、，幾乎呈直線變化。然后在初始穿透率的65%處，維持在一個(gè)恒定值。此值與同樣克重的非駐極體熔噴聚丙烯非織造布的穿透率相當(dāng)。眾所周知，駐極體過濾材料對(duì)氣溶膠粒子的捕獲除了慣性捕獲、攔截和擴(kuò)散機(jī)理外，還具有特殊的靜電吸附機(jī)理。它的高過濾效率主要決定于它所
