纤维过滤材料通常用于室内空气净化。这些材料中使用的纤维主要是合成纤维,如聚丙烯(PP)纤维、聚酯(pet)纤维和均聚聚丙烯(Pan)纤维,主要是非织造布。粗效空气过滤器主要由玻璃纤维、PP、pet、丝网等材料制成,可过滤5.0μm,中效空气过滤器可减少1.0μm以上粉尘颗粒,μm以上粉尘颗粒可有效过滤。研究表明,部分gao效纤维滤料的过滤效率可达99.99999。
一般来说,纤维过滤材料主要包括微纳纤维过滤材料和块状纤维过滤材料。
纤维滤料的过滤机理可分为五类:重力沉降、扩散、直接拦截、惯性碰撞和静电吸附。普通纤维滤料对细颗粒的截留主要依靠直接截留、惯性碰撞和扩散;纤维直径直接影响过滤材料的结构。对于相同厚度的过滤材料,当纤维直径减小时,过滤材料的填充率加大,即纤维之间的结构致密。由于惯性碰撞和拦截效应,颗粒的过滤效率显著提gao。因此,微纳纤维过滤材料可以获得gao效的过滤材料。
微米纤维滤料具有纤维细(微米级)、孔径小、孔径分布均匀、结构蓬松、柔软、比表面积大、持污能力强、过滤效率gao等特点。主要用于空气净化领域,如面罩、防毒面具、通风系统和汽车过滤介质。
静电纺丝纳米纤维具有比表面积大、直径小的优点,对微细颗粒有很强的截留作用。这是制备gao效纤维过滤材料的途径之一。然而,由于电纺纳米纤维的生产能力低、强度不足,通常将纳米纤维电纺在非织造布上形成复合过滤材料。当电纺纳米纤维非织造布达到一定厚度时,会导致紧密度急剧增加。一方面,当与其他表面材料复合时,存在复合材料硬度差的问题。另一方面,存在着过滤阻力大的问题,这已成为未来静电纺纳米纤维过滤材料研发中需要解决的重要问题。
驻ji体纤维滤料
根据过滤理论,当粒径为0.1~0.5μM时,由于机械捕集机制失效,该范围内的颗粒捕集效率很低。为了捕获这个范围内的粒子,静电引力将发挥重要作用。静电吸附捕集效率是指在电场中,由于粒子与纤维或粒子之间的静电效应而提gao过滤效率的效果。通常,驻ji体过滤材料可以具有这种静电吸附机理。
驻ji体纤维过滤材料在gao效空气净化器中得到了广泛应用,但它要求gao电荷存储密度、长寿命和gao稳定性。目前,用于驻ji体纤维过滤材料的原材料主要是有机聚合物纤维,如聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(Pan)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。熔喷、针刺和驻ji体纤维过滤材料通常为热风和静电纺丝。
过滤过程可分为三个阶段:
(1) 深度过滤阶段:颗粒主要进入滤料,被内部孔隙和纤维截留和吸附。由于颗粒尺寸大于过滤材料表面上的孔隙,少量颗粒被截留在流入表面上。在此阶段,过滤效率主要受过滤材料本身孔径的影响,且压差增加缓慢。
(2) 滤饼形成阶段:随着过滤的进行,滤料流入区域内的颗粒堆积增加,在滤料流入表面逐渐形成一层滤饼,降低了表面纤维之间的孔隙率,加快了压差的增长速度。
(3) 滤饼过滤阶段:颗粒继续积聚在过滤材料的进口表面上。此时,主要过滤颗粒主要由表面滤饼过滤。滤饼的孔隙率逐渐降低。随着压差的增加,过滤材料进口表面上的滤饼结构变得更加紧密,导致压差急剧增加。
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