Keywords: electro typ e; filtra tion m a teria l; function fiber
空气过滤材料广泛应用于电子、精仪、医疗、食品 等工业生产车间的空气过滤. 超大规模集成电路的生 产和人类健康意识的增强对空气洁净度的要求日益提 高. 与此同时, 大气质量则呈现下降趋势, 在某些地区 空气中的悬浮颗粒严重超标. 因此, 对过滤材料的数量 和质量提出了更多更高的要求. 空气过滤材料主要考 虑过滤效率和压力损失两项性能指标. 对于一般过滤 材料来说, 这两项性能往往是互相矛盾的, 即过滤效率 越高, 压力损失越大, 也就是说过滤效率越高的材料在 工作时所消耗的能量越大. 为此, 研制过滤效率高、压 力损失小且具有特殊捕集功能的过滤材料是提高其性 能的唯一途径, 其中驻极纤维过滤材料是研究开发的 一个重要方面.
在过滤速度较小时, 气体中比较重的颗粒会由于重力 的作用而脱离流线, 沉积在纤维上. 纤维滤材的捕集效率通常是由这 4 种机理的捕集 效率构成的. 对不同直径的粒子, 滤材的捕集效率是不 同的, 过滤过程中气体流速对各种过滤机理也有不同 的影响, 具体情况见表 1. 驻极纤维过滤材料是在上述 4 种机械捕集的基础上, 利用驻极体形成的电场再对 粒子进行静电捕集, 如图 2 所示. 在空气中浮游的粒子 多带有正电荷或负电荷, 这些带电粒子在经过驻极体 附近时, 被强烈地吸附在驻极纤维上; 而浮游粒子中不 带电的粒子会在驻极体形成的电场感应作用下产生极 化, 亦被吸附在纤维上.
1. 2. 3 织物驻极法
上述两种方法均是在形成织物之前进行驻极加工
的, 对后续加工的条件要求比较高, 同时影响驻极的效
果. 织物驻极法是先将不带电荷的纤维加工制成片状
图 2 驻极纤维对颗粒的吸附
的过滤材料, 然后再对片状滤材进行驻极加工, 制成驻
极体织物. 这种方法对材料的要求不是十分严格, 加工 3 驻极纤维过滤材料的特性
驻极纤维滤材的压力损失只有普通滤材的 1 3 左右. 这种低压力损失特性可使风机的容量减小, 降低噪音 和震动. 驻极纤维过滤材料对细菌也具有优良的捕集 性能, 通过对金黄色葡萄球菌的捕集性能测试发现, 单 位面积质量为 30 g m 2 的过滤材料, 其捕集效率可达 9911% , 压力损失仅为 145 Pa.
4 种方法. ①惯性捕集: 颗粒与风速都较大时, 气流接 近过滤材料因受阻而发生绕流, 颗粒则由于惯性作用 脱离绕流线, 直接与纤维碰撞而被捕集. ②扩散捕集: 当颗粒很小、风速很低时, 颗粒在气流中因布朗运动而 撞击在纤维上被吸附. ③筛分捕集: 当颗粒的粒径大于 过滤材料的孔径时, 颗粒无法通过. ④重力沉降捕集:
1# 样品
10010 9619 8415 9913 9314
2# 样品
10010 9911 9717 9719 9610
注: 1# 样品 20 g m 2; 2# 样品 50 g m 2. 测定风速为 115 m m in.
综上所述, 驻极纤维过滤材料具有优越的过滤性 能. 随着人类对居住环境要求的不断提高, 高性能的过 滤材料将逐步应用于吸尘器、空气清洁机、空调等家用 电器中. 在医药、精密仪器、超大规模集成电路制造等 领域对ห้องสมุดไป่ตู้气洁净度的要求会越来越高, 所需的过滤材 料将会被驻极纤维材料所取代. 因此驻极纤维过滤材 料有着广阔的发展前景.
摘 要: 介绍驻极过滤材料的制造原理和方法, 分析其捕集机理和过滤特性. 指出驻极过滤材料具有捕集效率高、 压力损失小、对粒子的捕集范围广的特点, 符合节能和低噪声的要求.
关键词: 驻极体; 过滤材料; 功能纤维 中图分类号: T S106162 文献标识码: A 文章编号: 100021557 (2000) 0120077203
Ξ 收稿日期: 1999209210 作者简介: 李亚滨 (1958- ) , 男, 河北省深泽县人, 副教授. © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
— 78 — 天 津 纺 织 工 学 院 学 报 2000 年 2 月
4 结束语
图 3 各种过滤材料的压力损失与捕集效率的关系
驻 极 纤 维 过 滤 材 料 稳 定 性 好, 如 表 2 所 示. 在 100℃以下具有很好的热稳定性, 可长时间维持初期的
表 2 驻极过滤材料捕集效率的稳定性 (% )
处理条件
初始值 浸水 1 周 N aO H 浸渍 1 周 50℃干热处理 1 周 100℃干热处理 1 周
第 19 卷
第
1期
JO URNAL
OF
天 津 纺 织 工 学 院 学 报 T IANJ IN INST ITUTE O F TEXT IL E SC IENCE
A ND
TECHNOLO GY V o l.
19 N o. 1
驻极纤维过滤材料的研究Ξ
李亚滨, 钱晓明
(天津纺织工学院纺织工程系, 天津 300160)
原料大多采用聚丙烯或者聚丙烯共聚物, 也有部分采 用聚碳酸酯. 其制造方法如下. 1. 2. 1 膜驻极法 首先利用直流电晕放电使共聚物膜驻极化, 然后, 将获得的膜驻极体经裂纤化制成膜裂纤维, 再将纤维 梳理、铺网、粘合或针刺制成非织造布. 为了使膜具有 较多的稳定电荷, 在电晕放电之前, 需对膜进行两次加 热处理, 以使材料表面具有比较大的电荷密度. 该方法 的缺点是纤维较粗, 在制造非织造布和成型加工时受 到一定限制. 1. 2. 2 纤维驻极法 共聚物在熔融纺丝时, 或在熔融纺丝之后卷绕之 前实施驻极化处理. 熔融纺丝的丝条一般经过两次牵 伸, 在第二次加热牵伸时, 通过直流电晕放电使其驻极 化, 见图 1. 驻极化后的纤维带电强烈, 要求在加工过 程中使用的油剂、表面活性剂、粘合剂等不能降低纤维 的表面电荷密度, 同时对织造工艺也有一定的限制.
1 驻极化原理及制造方法
驻极纤维就是采用物理或化学的方法使纤维形成 驻极体. 所谓驻极体就是在外界不存在电场的情况下, 能保持电极化并在其周围永久地连续形成电场的物 质. 驻极体形成的电场情况与磁铁形成的磁场情况相
类似, 即磁铁内部的磁性在周围产生磁场, 而驻极体则 通过内部的电极化在外部形成电场. 各种天然高分子、 合成高分子材料、无机材料等可以制成驻极体材料. 1. 1 驻极化原理 大多数有机高分子材料在使用、加工等过程中容 易产生静电, 但这种带电是极其不稳定的. 要想使材料 带有稳定的电荷, 从而在其周围产生稳定的电场, 需要 在高聚物中赋予大量的固定电荷, 即形成驻极体, 通常 采用以下两种方法生成驻极体. 热驻极体法: 该方法是将高聚物加热至熔点或软 化点附近, 施加直流高电压, 并在该状态下冷却至常 温, 将电荷冻结在高聚物中. 电驻极体法: 该方法是利用直流电晕放电, 向高聚 物中直接注入电荷并将其固定在材料中. 此外, 作为驻极化的方法还有光照射法、放射线 法、静磁场法、机械加压法等, 但这些方法在工业上还 未大量采用. 1. 2 驻极纤维的制造方法 从电荷的保持和稳定性的角度来看, 驻极纤维的
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第 19 卷 第 1 期 李亚滨等: 驻极纤维过滤材料的研究 — 79 —
优良特性; 对湿度也具有很高的稳定性, 在驻极性不致 消失的温度区域内, 即使是在饱和蒸汽状态下, 其过滤 性能也几乎不发生改变. 同时驻极纤维亦有较好的耐 酸碱性.
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Research on electrotype f iber f iltra t ion ma ter ia l
L I Ya2b in, Q IAN X iao 2m ing
(D ep a rtm en t of T ex tile Eng ineering, T ian jin In stitu te of T ex tile Science and T echno logy, T ian jin 300160)
工序也较为简单, 驻极加工后无须使用胶粘剂, 也不须
加热.
驻极纤维过滤材料由于利用了静电捕集, 其捕集
效率比普通纤维过滤材料的捕集效率要高得多, 尤其
2 驻极过滤材料的过滤机理
是对于机械捕集效率低的亚微细数量级的粒子, 捕集 效果更为显著. 各种过滤材料的捕集效率和压力损失
一般的过滤材料对空气中颗粒的捕集主要有如下 的关系如图 3 所示. 可以看出, 在同样的捕集效率下,
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