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        ? ? 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粒子(HEPA)過濾器、超低穿透率空氣(ULPA)過濾器越來越廣泛地應用于各個領域,如微電子、制藥工業、醫院、食品業、化妝品行業、環保業、核工業及軍事領域等??諝膺^濾材料的研究和發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。?

        一、空氣過濾材料是如何來的? ? ?

        ? ? 空氣過濾材料的產生和發展是與軍事和電子工業的發展緊密相關的。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月在美國取得專利。20世紀50年代,美國對玻璃纖維過濾紙的生產工藝進行了深入的研究,使空氣過濾器得到了改善和發展。70年代利用微細玻璃纖維生產的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展來看,20世紀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%,故人們認為它已經能夠滿足使用要求。80年代以來,隨著新的測試方法的出現,使用評價技術的提高以及對過濾材料要求的提高,人們發現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公司從應用的角度對過濾材料的分級重新進行了調整,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,對人體健康有不良影響,西方國家在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,曾廣泛應用的玻璃纖維一纖維素過濾紙的使用和發展也受到了限制。而單一組分玻璃纖維由于結構簡單,也難以達到很高的過濾水平。80年代以來,我國科研人員經過不懈努力,先后研制開發了玻璃纖維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品的先進水平。?

        二、高效空氣過濾材料有哪些特點? ? ?

        ? ? 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,玻璃纖維空氣過濾材料仍然在高效空氣過濾市場上占據著主導地位。綜合分析當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。?

        1、多組分玻璃纖維的結構 ? ??

        ? ? 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,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構和孔徑分布,可發揮過濾材料的結構效應和屏蔽效應,因而過濾效率高,氣流阻力低,抗張強度也有了較大提高。

        2、效率高、阻力低 ? ? ?

        ? ? 近年來,高效空氣過濾材料的研究和發展迅速。HEPA過濾紙一度是效率最高的過濾紙,現在ULPA過濾紙才是效率最高的過濾紙。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應用。?

        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、運輸、儲存及使用過程中的穩定性都是十分必要的。高強度的過濾材料經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,國內外過濾材料一般都是采用交聯劑和樹脂類粘結劑進行增強的。通過交聯劑與線型樹脂、玻璃纖維中的基團相互反應以及交聯劑自身反應的方法,使線型樹脂結構變成網狀的大分子樹脂結構,進一步提高過濾材料的機械強度,縮小縱橫向的強度差別。?

        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折疊就容易損壞,導致產品合格率降低,工作效率低下,成本增加,同時影響過濾器的綜合性能。?

        5、防水、防火、耐霉等特殊性能 ? ? ?

        ? 在某些特殊場合如軍事、核工業等,過濾材料還應具備防水、防火、耐霉等特殊性能。否則在潮濕、高溫或有明火的條件下,過濾材料的結構就會被破壞,嚴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,我國國產的過濾材料盡管在過濾效率、抗張強度等技術指標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、深入。這在很大程度上限制了我國過濾器材的發展水平,是我國亟待解決的問題。?

        三、未來的空氣過濾材料如何發展?

        (1)在世界范圍內,玻璃纖維過濾材料在高效空氣過濾材料中仍占據主導地位,但膜及靜電增強介質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展將會加快。玻璃纖維復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用,新型的金屬和陶瓷燒結過濾材料也取得了很大進展。 ?

        (3)世界范圍內的恐怖事件,以及SARS、禽流感等突發性公共衛生事件的發生也給各國敲響了警鐘,各國紛紛研究開發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。

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