驻极体聚丙烯熔喷非织造材料加载过滤性能研究

发布时间：2021-10-29 00:04

　　驻极体材料在持续使用过程中过滤性能会发生变化,为研究其机理,对驻极体材料在不同加载条件下的过滤性能进行了测试。采用熔喷和电晕驻极方法制备了驻极体聚丙烯熔喷非织造材料,通过TSI8130过滤效率检测仪测试了加载时间、材料自身性能和气溶胶流速对加载过滤效率和过滤阻力的影响,通过SEM对加载不同时间的熔喷材料表面形貌进行了表征,并对加载过滤机理进行了分析。结果表明:随着加载时间延长,驻极体熔喷材料过滤效率在开始阶段逐渐下降并在第8 min时达到最低值98.04%,随后过滤效率呈上升趋势并在第29 min时趋于稳定,此过程中过滤阻力逐渐增大。其机理主要是加载过滤开始阶段以静电吸引作用为主,驻极体材料上的电荷被捕获颗粒中和导致静电吸引作用减弱,因此过滤效率下降;随着捕获颗粒增多,机械过滤作用增强使过滤效率逐渐上升;此外,材料自身性能和气溶胶流速等也会影响加载过滤性能。 

【文章来源】：南通大学学报(自然科学版). 2020,19(03)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

驻极体熔喷非织造工艺示意图

驻极体熔喷材料过滤性能随加载时间的变化规律如图2所示。从图2(a）中可以看出，随着加载时间延长，过滤效率在开始阶段逐渐下降并在第8 min时达到最低值，为98.04%。然而，随着加载持续进行，过滤效率开始呈上升趋势并在第29 min时趋于稳定，为99.99%。与此同时，在加载过程中过滤阻力一直呈逐步上升的趋势，其中在开始阶段过滤阻力上升比较平缓（约前20 min），随后过滤阻力大幅增加，如图2(b）所示。关于过滤效率下降的原因，目前有3种解释：1）材料上纤维表面的电荷在过滤时被颗粒物中相反电性的电荷所中和而导致静电吸引作用减弱；2）捕获的颗粒物在纤维表面形成一层隔离膜屏蔽了电荷而导致静电吸引作用减弱；3）纤维上的带电载体在过滤时遭到颗粒物的破坏或者与颗粒物发生了化学反应而使电荷逃逸[7,13]。本文更倾向于第一种解释，众所周知，Na Cl为强电解质，而在过滤时由于Na Cl气溶胶中既存在Na Cl小颗粒也存在小液滴，因此小液滴中可以电离出钠离子和氯离子。当与过滤材料接触后，小液滴中电离出的带负电的氯离子与熔喷纤维上的正电荷发生电性中和，而带正电的钠离子与材料本身发生排斥，在较短时间内气溶胶更多地转变为固体小颗粒而不再显电性。因此，总体上来说驻极体材料的静电吸引效果减弱，从而导致过滤效率下降。然而，随着加载持续进行，一段时间后过滤效率又开始上升，原因是越来越多的颗粒物被捕获到材料表面及内部，从而增强了机械过滤作用，最终导致过滤效率升高。同时这也是在加载过程中过滤阻力一直呈逐步上升趋势的主要原因[14]。

根据驻极体熔喷材料的加载过滤曲线及图3中的材料表面形貌变化，进一步证明了在加载过程中存在3个不同阶段，即深层过滤阶段、深层过滤与表面过滤过渡阶段及表面过滤阶段[9]。如图4所示，加载开始后，颗粒物被材料捕获后大多累积到材料内部，这时属于深层过滤阶段，此阶段过滤阻力逐步上升但是上升速度缓慢，然而过滤效率却呈逐渐下降的趋势。随着加载持续进行，颗粒物在材料内部累积越来越多，当大部分的孔洞被填满以后开始进入过渡阶段，此阶段过滤阻力较深层过滤阶段上升明显加快，而由于静电吸引作用的减弱和机械过滤作用的增强，过滤效率也处于下降和上升的过渡阶段。当材料内部的孔洞全部被颗粒物填满后，颗粒物开始大量地在材料表面累积并形成滤饼层，进入到表面过滤阶段，这时过滤阻力急剧上升，同时由于滤饼的形成大大增强了机械过滤作用而使过滤效率也快速升高[17-18]。图4 加载过滤原理示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]空气细颗粒物PM2.5对人体各系统危害的研究[J]. 索丹凤,曾三武.  医学信息. 2019(18)
[2]细颗粒物过滤过程中沉积与捕集机理的研究进展[J]. 王添颢,王雪,朱廷钰,赵毅.  环境工程. 2016(S1)
[3]细颗粒在滤料中沉积和穿透特性的机理研究[J]. 陶然,李水清,杨萌萌.  工程热物理学报. 2015(08)
[4]静电纺PA6/PET复合膜的制备及其空气过滤性能[J]. 李丽,王娇娜,李从举.  环境化学. 2012(10)



本文编号：3463569