高效过滤器分论及设计.docVIP

PAGE PAGE 1 高效过滤器　　　　　　　　　　 ??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。????1?HEPA过滤介质????本实验选用的材料是驻极熔喷(ECMB)材料、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TANDEC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?T—II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，超细玻璃纤维纸和ePrFE薄膜都是工业产品。????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NaCI和DOP颗粒时的效率。测试中采用的NaCI平均粒径为0．067?m，几何标准偏差(GSD)为1．6?m；DOP平均粒径为0．2?m，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／m?，流动速率分别为1632、64和96?L／min。微粒加载试验也用于研究材料的衰减性(过滤效率的衰减和DOP的增加)。过滤面积为100?em?，气溶胶流动速率为32?L／min，相当于过滤速度为5．3?cm／s。????3?结果与讨论????从表1可见，90?g／m?驻极熔喷材料在流动速率为32?L／min(过滤速度为5．3?cm／s)时，过滤效率可达到99．996％，压降为84．3?Pa。而其他材料要达到所要求的HEPA过滤效率，其压降比驻极熔喷材料高得多，如玻璃纤维纸压降达到409．6?Pa，ePTFE薄膜是1?129．0?Pa，静电纺纳米纤维材料是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，气溶胶的迁移力将克服静电力，因此静电力将失去对移动微粒的捕获能力。依照布朗扩散机理，HEPA过滤介质的作用就是捕获以低过滤速度(如2．5?cm／s)移动的微小颗粒，而高速运动的大颗粒则通过使用预滤器，由惯性撞击或直接拦截机理的作用而被捕获。???DOP气溶胶在驻极熔喷材料上的过滤效率比NaC1在该材料上的过滤效率低得多。DOP不带电，介电常数很高。由于介电常数大，驻极熔喷材料纤维中由电荷形成的电场将会减弱，对DOP颗粒的吸引力也因此而下降。如同从NaC1中观察到的情况一样，驻极熔喷材料的过滤效率将随DOP过滤速度的提高而下降，其他材料的过滤效率随过滤速度的提高无明显变化。????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NaC1微粒的加载而增加(图2，这是由于NaC1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。 ????????????????? 经TANTRET?T—II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／m?)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。????????????????、 ????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????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eP