第一章 绪论 1.2纤维空气过滤材料 1.2.1 传统纺织类过滤材料 传统纺织过滤材料是采用纺纱与织造工艺制成的一类空气过滤材料,其制 作流程为:首先是将杂乱无章的纤维集合体梳理成整齐取向的纤维小束,然后 再旋转纤维小束的同时对其进行拉伸,最后成为纱线织造成过滤纱布。通常传 统纺织过滤材料具有平纹、斜纹和缎纹三种组织结构,其中平纹的交织点多, 孔隙率低,但相对位置较稳定,由于平纹过滤材料的透气性较差,在高过滤风 速的情况下很少采用平纹滤料;斜纹组织的交织点少,孔隙率较大,透气性较 好,所以可以在高过滤风速下使用;缎纹组织的交织点不连续,许多经线和纬 线浮于布面上方,这种结构有利于粉尘的剥离,且缎纹组织的交织点比平纹和 斜纹都少,其透气性最好,但较多的纱线浮于织物表面,导致其容易破损。但 不论是平纹、斜纹还是缎纹组织的纺织过滤材料,由于其无法有效过滤细微颗 粒物,使其逐渐不能满足过滤领域的需求,导致其逐渐的被淘汰。目前,传统 纺织过滤材料仅用于高效过滤领域的预过滤阶段。Donovan R.P.等[27] 人系统研 究并测试了传统纺织过滤材料对微米及亚微米粉尘颗粒物的过滤效率,研究结 果表明,传统纺织过滤材料对较大的粉尘颗粒物有较好的过滤效果,且兼具较 好的透气性和容尘量,但其对直径为亚微米级的颗粒物几乎无过滤作用。 1.2.2 普通非织造纤维过滤材料 直接将纤维(特别是短纤维)制备成过滤材料无疑比将纤维经纺纱、织造 加工而成的过滤材料更加简易,更加经济。因此,非织造过滤材料的成功研发, 不仅比传统纺织过滤材料在性能上有了极大的提升 [28] ,更有效的提升了其制备 的效率,这使得非织造材料在过滤领域中被广泛的应用,并展现出了独特的优 势。目前生产非织造滤材的方法主要有针刺、水刺、纺粘、熔喷以及 SMS 复合 非织造布,由这些方法制备的非织造材料相比于传统纺织过滤材料,其纤维直 径有了大幅的降低,同时由于纤维的错综排列使得非织造过滤材料具有复杂的 内部结构并形成三维空间通道 [29] ,这有利于其过滤性能的提升。此外,非织造 过滤材料由于纤维的杂乱排列使其具有大量微小空隙,极大的降低了材料对空 气通过时的阻力。Shim [30]人研究了孔径和直径对非织造过滤材料过滤性能的 影响。试验结果表明,过滤效率与纤维直径呈负相关,直径越细,过滤效率越 高。虽然非织造纤维过滤材料相比于传统纺织过滤材料,其过滤性能有了极大 的提升,但其纤维直径相比于纳米纤维仍然较粗,孔径依然较大,致使其无法 高效的滤去空气中的亚微米颗粒物,而如果通过增加平方米克重来提升过滤效 率,又会增加空气通过时的阻力。因此,如何进一步降低纤维直径和实现过滤 效率与压阻的平衡是非织造过滤材料面临的重大技术难题。而目前,对于非织 东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 造纤维过滤材料的研究主要集中在将其与其他技术相结合,如与驻极技术相结合,来提升其过滤性能 [31] 1.2.3玻璃纤维过滤材料 玻璃纤维由于具有高过滤效率、相对较低的阻力压降和高容尘量等优点, 使得其在空气过滤领域被成功的应用,且其对空气过滤技术的发展有着巨大的 推进作用 [32] 。微细玻璃纤维滤纸由于纤维直径小,堆积密度低,使其对 0.3μm 粒径颗粒物的过滤效率高达 99.97%,同时玻璃纤维模量较高,使其具有一定的 硬挺度,从而有利于加工成型。付光明等 [33] 人研究了颗粒物的浓度对玻璃纤维 滤料的过滤性能的影响。实验表明,影响滤料玻璃纤维材料过滤效率的主要因 素是粒径、比速和阻力,其过滤效率值达到 99.9%以上。虽然玻璃纤维滤纸具 有高效率,但是由于其纤维堆积密度高,致使空气在通过时的阻力大,另外自 身脆性大是玻璃纤维的一大缺点,导致纤维断裂在进一步的生产加工中,最终 破坏整个过滤材料 [34] 。同时发生脆断的纤维会随着呼吸进入到人体的呼吸道和 肺中,对人体健康产生极大的危害。由于玻纤的这一系列的缺点,使其在实际 应用中受到限制 [35] 1.2.4驻极纤维过滤材料 驻极纤维过滤材料是指可以依靠其自身产生的静电场,对其周围的微细颗 粒物产生库仑力和感应力,从而对这些颗粒物进行捕获 [36] 。微米级驻极纤维过 滤材料的驻极方法主要有热极化法、电晕放电处理、摩擦充电等方法使其被注 入电荷,其主要原理都是对电介质材料施加外加电场,使其内部被注入大量的 空间电荷和偶极子极化电荷,并且可以长时间的保留在材料内。由于驻极体空 气过滤材料带有大量的电荷,因此其可产生几百甚至上千伏的静电压,而且由 于携带同种电荷,纤维与纤维之间会因为同种电荷而相互排斥,形成类似于网 的孔洞,虽然这些孔洞的平均直径远大于空气中尘埃的尺寸,但是由于其能够