口罩用聚丙烯熔喷法非织造布过滤性能 试验方法

【主要技术内容】 1、基本过滤原理 滤料的过滤原理是非常复杂的，不能简单的将其认为是滤筛作用，把大于空隙的颗粒物拦截在外，小于空隙的就可以穿过。因为呼吸防护滤料所针对防护的可吸入颗粒物都是微米级别的，这种粒径大小是远远小于滤料的空隙的，简单的滤筛作用自然不能解释滤料能有如此高的过滤效率，而且也会有很高的呼吸阻力。而过滤原理也是跟颗粒的粒径有关的，主要有扩散作用、拦截作用、惯性作用、重力沉降、静电吸附等，如图1所示，合理的利用这些过滤原理不仅能提高过滤效率，还能减低呼吸阻力，使各个过滤性能很好的协调统一。 拦截作用基本原理是将颗粒物理想化的视为只有体积而无质量的微粒，颗粒物完全跟随气体流动和气体流向性质完全一致。当气体流向穿过各纤维层时，纤维层内错综复杂排列的纤维就形成了无数的大小各异的空隙。当某一尺寸的微粒跟随气体流动刚好到达捕集体表面时，颗粒物的半径大于流线与捕集体之间的距离时，颗粒物被捕集体粘住，颗粒物就在捕集体表面沉积下来，这种作用称为拦截作用。当微粒直径大于滤料的空隙时就称之为滤筛效应，通常也被认为是一种特殊的拦截作用。一般认为，拦截作用对0.05微米以下的微粒是无效的，且显而易见，颗粒直径较大且表面越粗糙的颗粒物，更容易被捕集体拦截。拦截作用效率，如图2所示。 较大颗粒物没有显著的扩散作用，但其有较大的惯性，此时惯性撞击作用将会很有效的增加微粒与捕集体接触的几率。在颗粒物跟随气流运动时，遇到捕集体等障碍物时，气体自然很容易的就绕过去了，而较大的颗粒物因自身有较大的惯性，在一些曲率较大或气流转向较大的地方时不能跟随气流一同转向，便直接撞向捕集体从而被捕获。简单来说，颗粒物的粒径越大，其质量越大，其惯性就越大，气体流速越大，颗粒物受到的惯性力就越大，在遇到障碍物转向时脱离流线的可能性就越大，碰撞并留在纤维表面的几率就越大。一般认为0.5微米以上的颗粒物惯性撞击作用比较显著。拦截作用和惯性撞击效率，如图3所示。 扩散作用主要对0.1微米及以下的颗粒物起主要作用，当颗粒物粒径很小时，布朗运动就会是其主要运动方式，对其随气流运动产生极大干扰，甚至脱离气流运动方向不随气流运动，而做布朗运动随机的扩散到滤料中的捕集体上，从而被拦截。扩散作用，如图4。一般而言，颗粒物粒径越小，气体流速越慢，布朗运动就越激烈，微粒扩散的范围也越大，扩散作用就越明显，也更容易被滤料捕获。在常温下，0.1微米的颗粒物每秒布朗运动的范围可达17微米，可见比起微粒本身的大小，其扩散范围是极大的，远远增加了其接触撞击到捕集体从而沉降下来的几率，宏观上此粒径颗粒物也就很容易被滤料过滤了。但扩散作用对0.5微米及以上的微粒就极其有限了，微粒粒径变大以后，其布朗运动急剧削弱，并不能支撑其脱离流线做随机扩散作用。也就不能更有效的撞击到捕集体上被捕获，但粒径大了之后其他过滤机理就其主要作用了。 重力沉降作用在较大颗粒物中比较明显，在随气流运动时因受重力作用，自然有向下运动的位移，很大可能就会在下落的过程中被捕集体拦截，从而沉降在滤料纤维上。重力沉降作用的好坏还和过滤气流的流向有关系，当气流流向沿着重力方向时，更加有助于重力沉降促使微粒脱落流线，沉降在捕集体上，提高过滤效率，当气流流向沿着重力方向相反时，一定程度上减弱了重力沉降作用脱离流线趋势，降低过滤效率。微粒的粒径越大，质量越重，受到的重力也越大，重力沉降作用也越显著。但重力沉降作用只是辅助过滤作用，并不能刻意去追求重力沉降作用因为颗粒物更多的是较小粒径的，有限的利用重力沉降作用可以提高滤料的过滤性能。一般来说1微米及以上的颗粒物才可以考虑其重力沉降作用。如图5，在综合多种过滤原理基础上，会出现一个最难过滤颗粒物粒径范围，一般认为这个范围是在0.05微米到0.5微米之间，其中标准测试粒径约为0.3微米，在此范围中。 因为空气的颗粒物因碰撞摩擦等等原因也极易带电荷，带异性电荷的颗粒物相互吸引碰撞，就会结合成更大的颗粒，更大的颗粒也更易因惯性碰撞作用和拦截效应被拦截过滤，从而提升了过滤效率。带同性电荷的颗粒物相互排斥，颗粒物的受力更加不均匀加剧了布朗运动，因而扩散效应更加明显，也增加了被捕集体捕获的几率从而增大了过滤效率。另外更加直接的作用还有带电颗粒物与带电滤料纤维相互吸引作用等等这些都称之为静电力作用。静电力作用的最主要原理还是通过纤维表面带电荷来吸附空气中的带电颗粒物，所以通常采用极化的带电滤料来吸附颗粒物提高过滤效率。