防尘口罩熔喷滤料外置式驻极处理对其性能影响.doc

防尘口罩熔喷滤料外置式驻极处理对其性能影响随着时代的进步，人们对环境质量的要求越来越高。但经济的快速发展加剧了环境的污染，空气中的粉尘、化学物质、有害微生物等对人们的健康产生了不良影响。因此，有效控制空气中的有害物质是有待解决的重大问题。普通空气过滤材料对于细小微粒的去除不够彻底，而且过滤材料上容易孳生有害微生物，存在二次污染的可能。驻极体空气过滤材料为解决这一难题提供了可能，驻极体空气过滤材料具有高效、低阻、节能、抗菌等优点，是一类非常有应用前景的新型空气过滤材料。而驻极体通过驻极处理可在不增加熔喷滤料呼吸阻力条件下，大幅度提高过滤效率，因此对熔喷滤料驻极性能的研究显得尤为重要。本文以未驻极的超细纤维熔喷聚丙烯过滤材料为原料，对其进行外置式电晕驻极处理。通过改变驻极电压，驻极时间和正反面驻极，来分析讨论不同的驻极工艺参数对滤料透气性能和过滤性能的影响。同时还将驻极滤料分别用密封袋密封，存放在室温条件（温度1623C，湿度60%87%）480小时和960小时，比较分析储存时间对熔喷材料电荷稳定性的影响。1 实验内置式驻极处理时，滤料不易被电击穿，但是电场强度分布不匀4，因此本实验采用外置式驻极处理。将0.25m宽，2m长的的未驻极熔喷滤料卷绕在滚筒上，打开高压静电发生器，产生的电压通过极板针尖放电，使针尖附近形成很强的电场，针尖附近的空气分子被电离成正负离子，这些正负离子会频繁的发生复合，电极尖端就会辐射出淡紫色的电晕光辉，此时针尖下的物体就会受到电场的作用，产生驻极效果，如图1所示。实验中熔喷滤料在滚筒上一方面随着滚筒转动，一方面随着横板横移，以均匀地接受驻极处理，整个驻极处理过程呈螺旋形。2 结果与讨论将未经驻极处理的滤料，通过改变驻极电压，驻极时间及正面和正反面驻极等实验参数进行电晕驻极处理。采用的参数分别是驻极电压20kv、25kv、30kv、45kv、60kv；驻极时间11s、22s、33s、66s；正面、正反面驻极；并且将驻极后的滤料在室温（温度1623C，湿度60%87%）条件下储存480小时和960小时。通过测试不同驻极条件下熔喷滤料的透气量和过滤效率，分析不同工艺参数下驻极处理对熔喷滤料过滤性能的影响。2.1 驻极电压对滤料性能的影响有关研究显示，驻极前后滤料的透气性能不发生改变。但本实验数据发现未驻极滤料与驻极滤料相比，透气量发生了变化，如图2所示。从驻极原理角度出发：通过正压驻极，材料的表面和近表面积聚了大量的正电荷，由于同种电荷相互排斥，导致了纤维之间的移动，使滤料形成开放型结构，增大了滤料的透气量。但是随着驻极电压的增加，透气量呈现下降的趋势，主要原因是通过高强度的驻极处理，增大了滤料表面电荷面密度，使纤维表面的短纤维、细纤维等竖立倾斜，阻挡了气流的正常穿透，使滤料的透气性能下降。未驻极的滤料主要依靠机械作用来达到阻隔的目的。本实验使用的未驻极熔喷滤料的过滤效率只有30.16%，仅稍高于传统纱布平面口罩。而经驻极处理后滤料的过滤效率发生了跳跃性变化，从30.15%增到80%左右，通过驻极处理使滤料带上了持久的静电荷，能大量吸附极化粒子，使过滤效率急剧增加。并且随着驻极电压的上升，过滤效率呈现上升的趋势，原因是驻极过程中，在相同的时间内滤料表面积聚的电荷数量增加，表面电位提高，使滤料形成更开阔的开放型结构，增强了对粉尘的捕捉效果；并且滤料表面的电荷密度增大，对颗粒的吸附极化作用增强，所以过滤效率随着驻极电压的增大而上升。图1 电晕驻极原理示意图图2 驻极电压与透气量的关系曲线图3 驻极电压与过滤效率的关系曲线2.2 驻极时间对滤料性能的影响本实验采用无栅电晕驻极，驻极开始时，表面电荷面密度不均匀，电荷密度较大的地方，电荷的排斥作用强烈，滤料表面形成较大的开放型结构，其孔隙变大，因此透气性能增大；当驻极时间延长，沉积的电荷密度比较均匀，各个微小孔隙内电荷的排斥作用相差不大，因此纤维又慢慢回复到原来的位置，其孔隙变小，透气性能下降，甚至低于未驻极滤料的透气性能，如图4曲线所示。原因在于长时间驻极使滤料表面的短小纤维竖立倾斜，阻挡了气流的正常通过，并且有可能长时间的驻极处理，对滤料造成了一定程度的损伤。驻极时间和驻极电压是影响驻极效果的两个重要在线工艺参数，但是与上组中驻极电压的影响效果不同：驻极开始时，随着驻极时间的增加，沉积的等效面电荷密度增大，驻极体表面的电势升高，使驻极体的吸附和极化作用增强，但随着驻极时间再增加，滤料表面电位足够高时，针尖下方的电荷将被排斥向其他电荷密度较小的地方移动2。当驻极结束时，其电荷面密度达到饱和状态，因此驻极时间再增长时，滤料的过滤效率无明显变化。图4 驻极时间与透气量的关系曲线图5 驻极时间与过滤效率的关系曲线2.3 放置时间对滤料过滤性能的影响 在放置过程中，滤料的表面结构并没有发生变化，滤料的透气性能的变化不大，但是滤料的过滤效率却发生了变化，如图6所示。通过电晕驻极处理，聚丙烯滤料含有2种电荷：1）空间电荷：介质外面经施加的电场通过排斥作用，空间电荷被束缚在聚丙烯相邻原子基团和结晶与非结晶区域；2）极化电荷：驻极过程中，聚丙烯晶粒的2个端面产生Maxwell-Wagner效应，积聚相反的电荷，形成极化3。但是这两种电荷不能长期稳定存储在滤料中，聚丙烯材料有一定的导电性，并且在存储过程中表现出受外界湿度影响，这不利于空间电荷的存储，因此，存储过程中空间电荷会逐渐减少，而极化电荷将一直存储在滤料中，从严格意义而言，滤料的过滤效率会呈现下降的趋势。图6 放置时间与过滤效率的关系曲线3 结论超细纤维熔喷过