浅解驻极体纤维过滤材料

浅解驻极体纤维过滤材料浅解驻极体纤维过滤材料 引言 静电纺丝 这个词大家一定不陌生 而对初接触电纺行业的 工作者来说 驻极体过滤材料 可能了解的并不多 那么驻极体 过滤材料是一种什么材料呢 它的过滤机理及应用有哪些 而它与 静电纺丝过滤又有哪些异同 在未来的市场竞争中 谁又更具前景 与优势 问题一什么是驻极体 驻极体是指那些能够长期储存空间 电荷和偶极电荷的电介质材料 即从时间跨度上来看 它们的电荷 衰减时间常数比驻极体形成的周期长得多 驻极体的电荷可以是真实电荷 或称空间电荷 也可以是偶极电 荷 或者两种电荷兼有 问题二驻极体材料主要包括什么 驻极体材料包括无机驻极体材料 有机驻极体材料以及生物驻极体材料 无机驻极体材料二氧化硅是国内外研究比较多的无机驻极体材料 特 别是它经过化学表面处理 可以制备高稳定性驻极体 钛酸钡 BaTiO3 锆钛酸铅 PZT 氧化锌 ZnO 氧化钽 Ta2O5 氧化铝 A12O3 和氧化钛 TiO2 等氧化物 以及氮化硅 S i3N4 等都是已研究的无机驻极体材料 有机驻极体材料以氟碳聚合物为代表的高绝缘性氟聚合物 如聚四氟 乙烯 PTFE 氟化乙丙烯共聚物 PFA 聚全氟乙丙烯 Te flon FEP 可溶性聚乙烯 PFA 聚偏氟乙烯 PVDF 等都是性能优良的有 机驻极体材料 但有机驻极体材料电荷储存性能要差 特别是在温度较高或潮湿的环 境下电荷很容易衰减 影响产品的使用寿命 生物驻极体材料包括天然生物驻极体和人工生物驻极体 巴西棕榈蜡是第一个人工生物驻极体 它是一种蜂蜡 松香和树脂的 共混体的极性材料 用热极化方法将它制成驻极体 问题三驻极体材料的有哪些应用领域 驻极体是指能够 长期 储 存空间电荷和偶极电荷的电介质材料 其中高分子驻极体因其具有 材料广 加工性能优异 性能可调等特点 同时由于材料本身具有 电极性 能够在周围形成电场 使其具有一些特殊的性质 如热电 性 压电性 铁电性等 所以广泛应用在过滤材料 生物医用材料 微电子 传感器 航空航天等领域 特别在过滤材料领域具有很 大的应用前景 问题四驻极体过滤材料及其机理驻极体用作过滤材料 最初在1976 年由Tumb等人将切割成小条状的聚丙烯薄膜制成 将这种带电小条 加工折皱状态形成驻极体纤维 驻极体过滤材料是利用电荷的静电力作用捕集尘粒 通常人们将传统熔喷或纺粘方法得到的纤维经过电晕处理或者摩擦 起电等方法使纤维带上静电 最终形成驻极体过滤材料 驻极体材料除了具有一般的机械拦截作用 还利用了本身带电的特 点 通过带电纤维产生的库伦力实现对灰尘的捕获 能够大幅度提 高对细小微粒的扑集作用 在空气中的微尘或多或少带有正电荷或负电荷 这些带电粒子在经 过驻极体时 被强烈地吸附在驻极纤维上 而空气中不带电的微尘会 在驻极体形成的电场 亦被吸附在纤维上 驻极体材料不仅过滤性能优良 而且对微生物还有捕集 抑制和杀 灭作用 许多研究者认为驻极体抑制细菌繁殖和灭菌作用的原理是静电场和 微电流刺激细菌 使细菌的蛋白质 核酸等变异 破坏细菌的表面 结构 从而抑制细菌繁殖和杀灭细菌 驻极体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 捕集效果更加明显 各种过滤材料的捕集效率和压力损失的关系如图1所示 可以看出 在同样的捕集效率下 驻极纤维滤材的压力损失只有普通滤材1 3左 右 问题五驻极体过滤材料在过滤性能方面有哪些表现 过滤材料主要 有以下几方面的性能要求 过滤效率高 气流阻力小 容尘量大 和使用寿命长 稳定性好 从过滤效率和气流阻力来看 过滤材料倾向于追求高过滤效率 但 是就现有技术水平而言 空气过滤效率越高 滤材的压降越大 压 降损失没有有效的解决办法 驻极体过滤材料是一种高效率的过滤材料 尤其是气流阻力很小 这主要是由于驻极熔喷非织造纤维细度低 结构蓬松 而且纤维间 容量大 驻极体空气过滤材料对0 12um粒子的过滤效率可达99 999 在风速 0 1 2m s的范围内 气流阻力也控制在200Pa以下 而传统过滤材料在相同过滤效率的范围内 阻力至少都在700Pa以上 所以与传统的空气滤材相比 驻极体过滤材料的过滤效率和压降 有较大优势 从容尘量和使用寿命来看 容尘量是过滤材料的一个要的性能指标 容尘量越大 滤料的使用寿命越长 容尘量一般以在发尘后当阻力是初阻力2倍以上时滤料上增加的质量 来确定 由于熔喷驻极体过滤材料结构蓬松 孔隙多 孔隙尺寸小 而且纤 维间容量大 在其积留一定量的颗粒物且仍能保持较低的阻力 从而大大延长滤 材的使用寿命 与传统的空气滤材相比 驻极体空气过滤材料的容尘量大 使用寿 命长 从过滤性能稳定性来看 对不同的静电驻极方法 驻极体空气滤材 的性能差别较大 由于它带有较多的静电荷 使得滤材的综合过滤机理十分复杂 有 研究表明 对纤维过滤器随粉尘的过滤效率逐渐上升 而驻极体过 滤器却是随着粉尘的沉淀过滤率逐渐下降 但仍能维持在99 97以上 并且此后效率无明显下降趋势 问题 六 驻极体过滤材料驻极方法对比由于材料的静电驻极方法工艺不 同 所形成的驻极体的性质亦大不相同 驻极体过滤材料要求材料的储存电荷密度大 其电荷密度的储存寿 命长及储存电荷稳定性强等 而储存电荷的稳定性主要取决于材料性质 充电方法 电荷分布状 态 储存的环境条件等 就静电驻极体方法进行对比 从表1中可得 电晕放电法是目前最佳 的静电驻极方法 热极化法在环境相对稳定时也是一种较好的静电 驻极方法 摩擦起电法要在试验中进一步完善 低能电子束轰击法 需要改进和简化静电驻极的工艺 问题 七 驻极体过滤材料与静电纺过滤材料对比驻极体纤维材料是将传 统熔喷或纺粘方法得到的纤维经过电晕处理或者摩擦起电等方法使 纤维带上静电 驻极体纤维过滤材料相比于传统纤维有优点当然也 有缺点 优点是在物理过滤原理的基础上增加了静电吸附灰尘 使 滤材的初始过滤效率提高 同时由于带电纤维间静电排斥 空隙增 大 从而导致降低能耗 缺点在于静电会随着时间的延长而逐渐消失 尤其是在高温高湿条 件下以及吸附某些灰尘后 静电会快速消失 导致过滤效率下降 甚至会释放部分已经吸附的灰尘 静电纺丝得到的纳米纤维则不存在效率下降的问题 它是纯粹的物 理过滤原理 包括碰撞 拦截 扩散等过程起过滤作用 通常会随 着吸附灰尘的增多 吸附效率有所提高 同时随着过滤材料应用的场所和条件的不同 对过滤材料的各方面 性能要求变得越来越高 一般的空气过滤材料不具有耐高温 耐酸 碱 阻燃等性能 这极大地限制了过滤材料的应用领域 相比于传统的滤材 静电纺丝法制备的纳米纤维在过滤领域具有不可 比拟的优势 由于静电纺丝纤维膜具备的特殊性质 能够过滤1um及以下的颗粒 拓 宽了过滤的应用范围 通过物理及化学方法 如交联 接枝改性 复合 表面涂覆等 改变 电纺膜的力