過濾機理
過濾機理至少有5種:擴散、慣性、攔截、重力和靜電。
擴散,粒子的尺寸越小,氣流速度越小,擴散作用越明顯。一般0.1μm以下的粒子,會因擴散作用在纖維表面沉積下來而被過濾掉。而大於0.3μm的粒子,則難因擴散作用被過濾。
慣性,粒子的粒徑越大,氣流速度越大,越容易因慣性而與纖維發生碰撞。
攔截主要是微粒在范德華力的作用下被排列複雜的纖維攔截。
重力,一般認為直徑大於0.5μm的粒子主要靠重力作用沉積在纖維上。
靜電,通過摩擦、駐極或其他方法可以使纖維帶上電荷,微粒也可能帶有電荷。 “同性電荷相吸,異性電荷相斥”。在微粒與微粒之間,微粒與纖維之間都存在。通過靜電吸引,可以起到過濾微粒的作用。
標準中關於消除靜電影響的規定
熔噴佈、靜電棉等空氣過濾材料,在生產中為了獲得高效率,會採用水駐極、電駐極等方法使纖維帶電。玻纖、PTFE等材料以及由此製成的過濾器,也會因為種種原因帶上電荷。這些靜電並不完全可靠,會隨著時間、環境衰減,從而影響成品口罩、濾芯的過濾效率。因此,需要考察靜電對濾材、口罩、濾芯的過濾效率的影響。
關於這點,口罩和空濾上的差異在於:空氣過濾器上採用直接消除靜電,然後按照常規測試的方法來評估濾材和濾芯使用時的最差狀況;口罩上是規定了加載效率,用鹽性或油性介質連續累計加載來評價效率的變化。
1)空氣過濾器標準中的規定
涉及到靜電消除相關內容的空濾標準有:
ISO 16890-4 一般通風過濾器——第4部分:確定最低計徑效率的消靜電方法
EN 779 一般通風過濾器——過濾性能的測定
JIS B 9908 一般通風過濾器與電集塵器性能試驗方法
ANSI/ASHRAE 52.2 一般通風空氣過濾器計徑效率試驗方法
ISO 29461-1 旋轉式空氣動力設備進風過濾系統-試驗方法第1部分:傳統靜止過濾元件
ISO/TS 21220 一般通風過濾器-過濾性能測定
可見,消靜電的方法大多采用異丙醇熏蒸法或異丙醇浸泡法。 ISO 16890中規定,先按ISO 16890-2測量初始狀態且未消靜電時過濾器對0.3 μm~10 μm粒徑範圍的計徑效率。初始效率試驗完成後,按本標準對過濾器進行消靜電處理,然後再次測量過濾器消靜電後的計徑效率。
ISO16890聲稱,是按照最嚴格條件去除靜電,異丙醇熏蒸24h。但是,標準同時也指出,本標準規定的試驗方法,間接但定量地給出靜電對過濾器初始性能的貢獻。它反應了過濾器在移除靜電後(經異丙醇蒸汽熏蒸處理),且機械過濾效率未提高時的過濾效率。不應假定消除靜電後的過濾效率反應實際使用情況。因為過濾器遇到燃燒後顆粒、細顆粒物、油霧等粒子時,顆粒物會影響靜電,經歷過初始階段後,過濾效率會大幅度降低。這種降低會因濾材捕集顆粒物而導致的機械過濾效率增加得到微弱補償。
2)口罩標準中的規定
美國標準NIOSH 42 CFR PART 84中的要求是氣溶膠質量負荷要達到200mg,測試加載過程中的過濾效率變化。
歐洲標準EN 149中要求的是先噴射氣溶膠3min,然後繼續噴射氣溶膠測試30s內的過濾效率。
顯然,對口罩來說,美標和歐標的規定是不同的。從測試上來說,不同標準對設備有特別要求。美標中如此規定,將TSI寫進標準。
韓國沿用歐標體系,中國沿用美標體系。這也只是一個國家口罩發展過程中和誰更緊密相關,與亞洲國家臉型更適合哪個標準無關。只有日本,用自己特定的標準,和誰都不一樣的體系。
結語
對比空濾和口罩對待“不可靠的靜電”的態度可以看出,空濾上採取了更嚴格的評價方法。
有業內人士曾對熔噴佈分別按美標做加載、用乙醇處理、用異丙醇處理,結果發現濾材的加載沒問題,用酒精處理後濾效下降有限,而用異丙醇處理後效率下降很多。
雖然空濾的評價方法更嚴格,但口罩標準規定的加載是要強制執行的,而空濾這一規定看起來更像是建議。
而且,對靜電消除有規定的大多是一般通風用過濾器的標準,通常情況下使用的濾材多為玻纖、PTFE和濾紙,這些材料所帶的靜電有限,消靜電前後對過濾效率的影響可能也有限。目前,更多的做熔噴佈的企業,也在開發熔噴佈複合材料用於製造過濾器。這類產品,包括汽車空調濾、高效過濾器,靜電對濾效的影響會更大,如何評價這類產品靜電對濾效的影響也值得關注!
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