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高效空氣過濾材料的特點、發(fā)展經(jīng)歷及趨勢
    隨著社會進步和人們生活水平的提高，過濾器尤其是高效空氣過濾器、超低穿透率空氣(ULPA)過濾器越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如微電子、制藥工業(yè)、醫(yī)院、食品業(yè)、化妝品行業(yè)、環(huán)保業(yè)、核工業(yè)及軍事領(lǐng)域等。空氣過濾材料的研究和發(fā)展取得了極大的進步，但同時人們對空氣過濾材料也提出了更高的要求。
1、空氣過濾材料的發(fā)展
    空氣過濾材料的產(chǎn)生和發(fā)展是與軍事和電子工業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān)的。作為軍用防毒面具濾煙層過濾材料的石棉纖維過濾紙早在第一次世界大戰(zhàn)末就已問世。玻璃纖維過濾材料用于空氣過濾于1940年10月在美國取得。20世紀(jì)50年代，美國對玻璃纖維過濾紙的生產(chǎn)工藝進行了深入的研究，使空氣過濾器得到了改善和發(fā)展。70年代利用微細玻璃纖維生產(chǎn)的HEPA過濾紙，對0．3um的粒子過濾效率高達99．999％。
    從國外空氣過濾材料的發(fā)展來看，20世紀(jì)70年代末以前，空氣過濾材料的分級大體分為初效和中高效兩種過濾級別。HEPA過濾材料的過濾效率一般要求高于99．97％，故人們認為它已經(jīng)能夠滿足使用要求。80年代以來，隨著新的測試方法的出現(xiàn)，使用評價技術(shù)的提高以及對過濾材料要求的提高，人們發(fā)現(xiàn)HEPA過濾材料仍存在一些問題。于是新一代的ULPA過濾材料就應(yīng)運而生，它對0．12um的粒子過濾效率高于99．999％。進入90年代以后，美國的Lydall公司從應(yīng)用的角度對過濾材料的分級重新進行了調(diào)整，將過濾材料分為四級：Class1000ASHRAE；Class2000Prefiher／Hos-pital；Class3000HEPA；Class5000ULPA。其中后兩者屬于高效過濾材料。
    而在我國，直到20世紀(jì)80年代末期，軍用防護器材使用的過濾材料大都為蘭石棉一纖維素、玻璃纖維一纖維素或單一組分玻璃纖維過濾材料。由于石棉為致癌物質(zhì)，對人體健康有不良影響，西方在70年代已停止使用石棉過濾材料。隨著過濾材料可燃物含量的限制，曾廣泛應(yīng)用的玻璃纖維一纖維素過濾紙的使用和發(fā)展也受到了限制。而單一組分玻璃纖維由于結(jié)構(gòu)簡單，也難以達到很高的過濾水平。80年代以來，我國科研人員經(jīng)過不懈努力，先后研制開發(fā)了玻璃纖維HEPA過濾紙和ULPA過濾紙，達到了甚至在某些方面超過了世界同類產(chǎn)品的先進水平。
2、高效空氣過濾材料的特點
    高水平的空氣過濾材料主要包括以下幾方面的性能：①過濾效率高；②氣流阻力??；③機械強度大；④均勻性好；⑤滿足防水、防火、耐霉等特殊要求。
    在世界范圍內(nèi)，玻璃纖維空氣過濾材料仍然在高效空氣過濾市場上占據(jù)著主導(dǎo)地位。綜合分析當(dāng)前世界上先進的玻璃纖維過濾材料，大都具備以下幾個特點。
2.1 多組分玻璃纖維的結(jié)構(gòu)
    為了改善過濾材料的過濾性能，改變單一組分玻璃纖維紙的孔隙狀態(tài)，一般采用多種不同線密度的玻璃纖維搭配制備過濾紙。由于采用了多組分玻璃纖維，制備的過濾紙不僅孑L隙率高，而且具有合理的幾何結(jié)構(gòu)和孔徑分布，可發(fā)揮過濾材料的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)，因而過濾效率高，氣流阻力低，抗張強度也有了較大提高。
2.2 效率高、阻力低
    近年來，高效空氣過濾材料的研究和發(fā)展迅速。HEPA過濾紙一度是效率高的過濾紙，現(xiàn)在ULPA過濾紙才是效率高的過濾紙。ULPA過濾紙對0．12um粒子的過濾效率可達99.99999％，
在氣流速率為0．32L／(cm2?min)的條件下，氣流阻力也控制在600Pa以下。估計在不久的將來，效率更高、阻力更低的新一代過濾材料也將得以開發(fā)應(yīng)用。
2.3 較高的機械強度
    高效空氣過濾材料對機械強度的要求是很高的，縱橫向強度的差別也是越小越好。賦予過濾材料足夠大的抗張強度和挺度，對提高過濾材料在生產(chǎn)、運輸、儲存及使用過程中的穩(wěn)定性都是十分必要的。高強度的過濾材料經(jīng)折疊后所制作的過濾器材，能保持濾煙層的挺度以形成良好的氣流通道，并具有較強的抗沖擊力，同時增加有效過濾面積，改進和提高過濾器材的過濾性能，因而具有重要的實際意義。但是，玻璃纖維很柔軟，且本身結(jié)合力很小，因此要使玻璃纖維過濾紙具有較高的機械強度需要采用增強劑。
    長期以來，國內(nèi)外過濾材料一般都是采用交聯(lián)劑和樹脂類粘結(jié)劑進行增強的。通過交聯(lián)劑與線型樹脂、玻璃纖維中的基團相互反應(yīng)以及交聯(lián)劑自身反應(yīng)的方法，使線型樹脂結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀的大分子樹脂結(jié)構(gòu)，進一步提高過濾材料的機械強度，縮小縱橫向的強度差別。
2.4 良好的工藝性能
    為了增加過濾材料的有效過濾面積，降低氣流阻力，一般將過濾材料折疊成波紋狀使用。因此過濾材料要具備良好的工藝性能，即撓曲性好，耐折度高。工藝性能差的過濾材料往往一經(jīng)折疊就容易損壞，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率降低，工作效率低下，成本增加，同時影響過濾器的綜合性能。
2.5 防水、防火、耐霉等特殊性能
    在某些特殊場合如軍事、核工業(yè)等，過濾材料還應(yīng)具備防水、防火、耐霉等特殊性能。否則在潮濕、高溫或有明火的條件下，過濾材料的結(jié)構(gòu)就會被破壞，嚴(yán)重影響甚至喪失其過濾性能，或者成為霉菌等細菌的“滋生地”。因此，賦予過濾材料良好的防水、防火、耐霉等性能非常重要。
     與世界上先進的空氣過濾材料相比，我國國產(chǎn)的過濾材料盡管在過濾效率、抗張強度等技術(shù)指標(biāo)上能夠達到甚至超過它們的水平，但在整體上還存在一定差距，主要反映在過濾材料均勻性不好，工藝性能普遍較差，防水、防火、耐霉等特殊性能的研究還不夠系統(tǒng)、深入。這在很大程度上限制了我國過濾器材的發(fā)展水平，是我國亟待解決的問題。
3、未來的發(fā)展趨勢
(1)在世界范圍內(nèi)，玻璃纖維過濾材料在高效空氣過濾材料中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但膜及靜電增強介質(zhì)已在某些方面取代了它。有人認為，一旦膜在低氣流阻力下的過濾性能得以改善，膜將會取代玻璃纖維過濾材料。
(2)耐高溫過濾材料的發(fā)展將會加快。玻璃纖維復(fù)合無機膜的過濾材料、金屬纖維和陶瓷纖維過濾材料已獲得應(yīng)用，新型的金屬和陶瓷燒結(jié)過濾材料也取得了很大進展。
(3)世界范圍內(nèi)的恐怖事件，以及SARS、禽流感等突發(fā)性公共衛(wèi)生事件的發(fā)生也給各國敲響了警鐘，各國紛紛研究開發(fā)新型寬譜防護過濾材料，以確保對各種氣溶膠(特別是生物氣溶膠)的有效防護。
原文來源：http://m.zjx369.cn/