摘要分別用M6低阻玻纖濾料以及駐極體濾料對PTFE高效濾料的迎風面基材進行替換，對改造復合后的新型高效纖維濾料進行容塵性能實驗，結果顯示，在生命周期內不同階段，復合濾料在保持原有PTFE濾料低阻力性能的同時，可以明顯改善PTFE濾料容塵性能的不足，從而在一定程度上改善濾料的能耗性能，為高效纖維濾料及過濾器性能優化及應用提供借鑒。

　　關鍵詞迎風面基材;復合濾料;容塵性能;能耗性能

　　0引言

　　隨著社會的不斷進步，高效空氣過濾器(HEPA)的應用范圍不斷擴展，逐漸深入至微電子、制藥、醫院、食品、化妝品、環保、核工程以及軍事等諸多領域[1]。對于高效和超高效過濾器而言，過濾材料的性能從根本上決定過濾器性能。其中，高效濾料的容塵性能將決定高效過濾器的使用壽命，是高效濾料的研究重點之一。但是在高效濾料的研究中大多集中在高效濾料的效率研究，而關注高效濾料結構優化以及容塵性能改善的研究和文獻則相對較少，并未得到足夠的重視。

　　玻璃纖維和膨脹聚四氟乙烯薄膜(PTFE)是目前高效過濾器常用的兩種高效空氣過濾材料，而PTFE在實際應用中存在的主要問題是容塵量不足[2]。常用高效PTFE濾料分為三層結構，中間層為PTFE薄膜，起主要過濾作用，而上下各貼附一層起支撐作用的無紡布基材，這與傳統玻纖材料有明顯區別。但相關研究[3]發現PTFE濾料表面迎風面基材幾乎沒有任何容塵能力，因此如果能對PTFE濾料的迎風面基材加以改善，使PTFE濾料在充分發揮其初阻低的優點的同時，進一步改善其容塵性能。本研究的目的是對PTFE濾料的結構進行濾料復合優化，對優化改造后的新型纖維復合濾料進行相關容塵實驗，并與傳統的高效纖維濾料進行比較，分析優化后的PTFE高效濾材的容塵性能，可為新型高效空氣過濾器性能優化提供參考。

　　1實驗裝置與實驗設計

　　1.1濾料的制備

　　玻纖濾料和駐極體濾料作為目前常用的高效過濾材料，具有較好的動態阻力性能。傳統PTFE濾料由三層結構組成，即迎風面基材、PTFE濾料以及背風面基材，其中迎風面基材僅起到部分支撐作用，因此擬選取H14等級的PTFE濾料，分別用M6等級的低阻玻纖以及99.5%過濾效率的駐極體濾料對PTFE濾料迎風面基材進行替換，經相關工藝加工，制備得到PTFE-玻纖復合濾料與PTFE-駐極體復合濾料。

　　1.2實驗裝置以及實驗臺

　　本實驗采用的高效濾料容塵性能實驗裝置依據GB/T6165-2008[4]等相關標準搭建，主要由空氣壓縮機，冷干機，空氣過濾器，氣溶膠發生器，人工發塵器，噴嘴流量計，變頻風機，控制器等組成，主要實驗儀器型號及作用如下:

　　1)按照標準設計的氣液二相流多分散氣溶膠發生器，用于對高效濾材容塵。2)PalasPromo2000氣溶膠粒徑譜儀，基于光散射原理測量上下游氣溶膠濃度，同時確保氣溶膠濃度保持穩定，測試顆粒粒徑范圍0.23)TG328A(S)分析天平用于濾料的稱重，量程為0g~200g，分度值為0.1mg，滿足測試的精度要求。

　　1.3試驗方法

　　高效過濾材料容塵性能試驗方法如下：1)實驗開始前開啟冷干機運行至穩定狀態實驗氣流的濕度控制在50%左右。2)將實驗濾材(包括標準PTFE濾料、玻纖復合濾料、PTFE-駐極體復合濾料玻纖濾料)根據實驗臺的尺寸進行裁剪，分析天平進行稱量，記錄濾料樣品的初始質量3)在氣溶膠發生器中加入適量KCL溶液，通過調節氣溶膠發生器的干空氣支路的電子調壓閥使發生的氣溶膠相對濕度保持在設定值，待濕度穩定后關閉氣溶膠發生器的電子調壓閥。

　　4)將稱量完畢后的濾料固定在試驗臺的濾料夾具上，開啟風機，使風量穩定在濾材的濾速為5.3cm/s)，再次打開氣溶膠發生器的電子調壓閥。同時開啟數據自動記錄系統，記錄樣品的阻力、通過樣品的風量、相對濕度據記錄的間隔為3s。5)待濾料樣品的終阻力達到預期阻力時，關閉風機和各電子調壓閥，取出容塵后的濾料樣品，放入電子天平稱重得到容塵后的濾料重量實驗采用1%濃度KCl50%，設定試驗濾料樣品的容塵終阻力為了驗證測試用氣溶膠顆粒分布是否與實際使用工況相符，通過測試環境空氣經質量粒徑分布，并與實驗用氣溶膠質量粒徑分布進行對比，環境空氣經濾后的質量粒徑分布集中在小粒徑段，與實驗所發生的氣溶膠質量粒徑分布相似，生濃度以及粒徑分布完全可以反映高效濾料的實際容塵性能。

　　2結果與討論

　　從整個容塵過程來看，PTFE濾料的動態阻力曲線近似于直線，這與其他濾料顯著不同。這表明濾料的阻力均勻增加，并且增長速率載過程中變化不明顯。值得注意的是，PTFE-駐極體復合濾料H14玻纖濾料呈現明顯分段式阻力曲線，結合體和PTFE濾料的特性，前期阻力增加過濾阻力隨容塵量的增加而呈線性上升進入表面過濾階段之后，兩種濾料的容塵阻力曲線幾乎擁有相同的斜率。而PTFE-M6玻纖復合濾料隨著容塵的進行，阻力增長逐漸變緩，較其他三種濾料的容塵性能優勢明顯。

　　在整個容塵過程中，料阻力增長系數K3值較高，阻力增長較快，而駐極體復合濾料與標準玻纖濾料阻力增長系數變化一致，呈現出迅速升高后緩慢降低的走勢，反映過濾模式由深層過濾到表面過濾階段的轉變。同時PTFE-M6玻纖復合濾料則從較高的容塵阻力系數K3逐漸降低并穩定在低水平值。PTFE濾料纖維層厚度很小，纖維層內部容塵空間也很小，顆粒物主要在纖維表面沉積，初步形成了“粉塵層”，PTFE濾料的容塵阻力曲線更接近一條直線，初期的非線性部分非常短。

　　本文提出了兩種對PTFE濾料的迎風面基材的結構優化方案，并系統探究了四種高效濾料PTFE濾料、PTFE-玻纖復合濾料和PTFE-駐極體復合濾料的容塵性能差異，通過實驗的對比，可以得出以下結論：

　　1)在5.33cm/s的風速下PTFE濾料，PTFE-玻纖復合濾料，PTFE-駐極體復合濾料以及標準H14玻纖濾料的初阻力分別為120Pa、132Pa、131Pa和288Pa，兩種復合濾料依然維持本身初阻低的性能優勢。

　　2)通過比較阻力增長系數K3，由于駐極體濾料主要通過靜電作用吸附顆粒，且孔隙率大，因此PTFE-駐極體復合濾料初始K3值低，隨著容塵的進行，顆粒快速堆積在表面形成表面過濾，K3逐漸增加最后趨于穩定。相反PTFE-M6玻纖復合濾料從較高初始K3值逐漸降低并穩定在低水平，這是由于容塵過程粉塵顆粒更多地積聚在玻纖層濾料上，從而透過玻纖層的顆粒比例逐漸減少，PTFE層的表面過濾模式占比不斷降低。

　　3)通過比較四種濾料的濾料質量平均阻力，在一定的生命周期內不同階段，復合濾料在保持原有PTFE濾料低阻力性能的同時，可以明顯改善原有PTFE濾料的容塵性能上的不足，從而在一定程度上改善濾料的能耗性能。

　　參考文獻

　　[1]劉來紅,朱玲英.高效空氣過濾材料的發展與特點[J].產業用紡織品.2005,04

　　[2]劉鴻洋，林忠平，張萬毅，陳相瑋.基于PTFE高效濾料結構的容塵性能研究[J].建筑熱能通風空調.2016,35(04)

　　[3]劉鴻洋.高效過濾材料容塵性能及其測試方法研究[D].同濟大學,2016

　　[4]中國國家標準化管理委員會.GB/T6165-2008.高效空氣過濾器性能試驗方法效率和阻力[S].2008

　　[5]張昊.高效過濾材料容塵性能及其評價方法研究[D].同濟大學,2014

　　[6]陳相瑋.高效過濾材料容塵性能影響因素分析[D].同濟大學,2015

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