熔噴法非織造布(簡(jiǎn)稱熔噴布)的纖維直徑在幾微米到十幾微米之間，由于纖維直徑超細(xì)且排列雜亂無(wú)序，因此具有三維多微孔結(jié)構(gòu)、比表面積大、孔徑小、孔隙率高、可彎曲、可造型、高效低阻等特點(diǎn)。熔噴布對(duì)空氣中的微細(xì)粉塵和細(xì)菌等微納米顆粒具有優(yōu)良的捕獲能力，是一種優(yōu)異的纖維過(guò)濾材料，通常作為各種中高效過(guò)濾器件的過(guò)濾部件［1］。對(duì)顆粒物的過(guò)濾效率是口罩的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，在YY 0469—2011《醫(yī)用外科口罩》［2］標(biāo)準(zhǔn)中，實(shí)驗(yàn)氣體流量為30 L/min，要求口罩對(duì)非油性顆粒物的過(guò)濾效率大于等于30%;在GB 19083—2010《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》［3］和GB 2626—2006《呼吸防護(hù)用品 自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》［4］中，氣體流量為85 L/min，相應(yīng)地對(duì)非油性顆粒過(guò)濾效果及對(duì)氯化鈉顆粒物的過(guò)濾效率均有具體指標(biāo)要求。作者對(duì)國(guó)產(chǎn)聚丙烯(PP)熔噴布的過(guò)濾性能進(jìn)行了研究，以便為口罩用PP熔噴濾材的生產(chǎn)和應(yīng)用等方面提供參考。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 試樣
PP熔噴非織造布:平均厚度約為0.7 mm，單位面積質(zhì)量為90 g/m2。
1.2 儀器
Hitachi S3000N掃描電子顯微鏡(SEM):日本日立公司制;Hitachi E1010離子濺射儀:日本日立公司制;TSI Certi Test 8130自動(dòng)濾料測(cè)試儀:美國(guó)TSI公司制。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
采用鹽性氣溶膠發(fā)生器，產(chǎn)生粒徑分布范圍很窄的氣溶膠固體顆粒，其空氣動(dòng)力學(xué)質(zhì)量中值直徑為(0.24 ±0.06)μm。
(1)在氣體流量分別為 10，20，30，40，50，60，70，80，90，100 L/min 時(shí)，測(cè)試單層 PP 熔噴非織造布的過(guò)濾效率及阻力;(2)在氣體流量為30 L/min和85 L/min時(shí)，分別對(duì)1～5層PP熔噴非織造布疊加測(cè)試，研究不同疊加層數(shù)對(duì)過(guò)濾效率和阻力的影響;(3)對(duì)單層PP熔噴非織造布在氣體流量為30 L/min和85 L/min時(shí)，進(jìn)行連續(xù)34 min的過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，氣溶膠不斷累積在PP熔噴非織造布上，可以得到過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的變化。
容塵實(shí)驗(yàn):采用TSI Certi Test 8130自動(dòng)濾料測(cè)試儀進(jìn)行容塵實(shí)驗(yàn)，選擇Loading Test程序，濾料將連續(xù)過(guò)濾氣流中的氣溶膠顆粒，每1 min記錄1個(gè)過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力測(cè)量值，由此可以看出濾料的過(guò)濾效率和阻力在連續(xù)過(guò)濾過(guò)程中的變化。
1.4 測(cè)試
微觀形貌:采用離子濺射儀對(duì)試樣進(jìn)行噴金，然后在SEM上觀察PP熔噴非織造布的微觀形貌。觀察未進(jìn)行容塵實(shí)驗(yàn)時(shí)潔凈PP熔噴非織造布的纖維微觀形貌、排列特征和纖維直徑大小;容塵后PP熔噴非織造布的纖維和氣溶膠顆粒物結(jié)合的微觀形貌和累積狀況，包括PP熔噴非織造布的迎塵面和非迎塵面。
過(guò)濾性能:采用自動(dòng)濾料測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。該儀器的氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的氣溶膠經(jīng)過(guò)上部夾具并穿過(guò)PP熔噴非織造布進(jìn)入其下游，兩個(gè)激光光度計(jì)同時(shí)檢測(cè)熔噴非織造布上游和下游的氣溶膠濃度，通過(guò)上、下游氣溶膠的濃度，可以計(jì)算得到PP熔噴非織造布的過(guò)濾效率，同時(shí)，儀器的電子壓力傳感器測(cè)定PP熔噴非織造布的過(guò)濾阻力。
容塵量:采用自動(dòng)濾料測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。計(jì)算實(shí)驗(yàn)前后濾料的質(zhì)量差則為濾料的容塵量。
2 結(jié)果和討論
2.1 微觀形貌
從圖1可見，PP熔噴非織造布纖維的直徑分布在1～4 μm，粗細(xì)不同的超細(xì)纖維呈現(xiàn)雜亂排列，形成三維的孔隙結(jié)構(gòu)特征，具有大小不一的彎曲通道，是一種優(yōu)良的纖維過(guò)濾材料。
圖1：潔凈PP熔噴非織造布微觀形貌
從圖2可見:PP熔噴非織造布經(jīng)容塵實(shí)驗(yàn)后，在其迎塵面積累了大量的氣溶膠顆粒物，這些顆粒物通過(guò)范德華力和靜電力等作用因素和纖維粘附在一起;同時(shí)，粘附在纖維上的氣溶膠顆粒物大小不一，其中較大的顆粒物是多個(gè)顆粒累積在一起的，隨著顆粒物的積累，PP熔噴非織造布的孔徑結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越小，孔隙通道變得更加彎曲復(fù)雜，積累在纖維上的顆粒物在后續(xù)過(guò)濾中起到攔截粘附顆粒物的作用。從圖2還可看出:經(jīng)容塵實(shí)驗(yàn)后，在PP熔噴非織造布的非迎塵面，纖維上粘附有少量的氣溶膠顆粒物，這是由于大部分顆粒物都在PP熔噴非織造布的迎塵面被攔截下來(lái)，少量顆粒物穿透PP熔噴非織造布到達(dá)非迎塵面并被攔截，部分顆粒物則穿透熔噴非織造布，沒(méi)有被PP熔噴非織造布攔截下來(lái)的緣故。
圖2：容塵實(shí)驗(yàn)后PP熔噴非織造布迎塵面和非迎塵面的微觀形貌
2.2 過(guò)濾性能
2.2.1 氣體流量
從圖3可以看出，隨著氣體流量的逐步增加，過(guò)濾效率呈現(xiàn)近似線性下降的趨勢(shì)。
關(guān)圖3：氣體流量與過(guò)濾性能的系
通過(guò)測(cè)量PP熔噴非織造布在兩個(gè)不同氣體流量下的過(guò)濾阻力，然后進(jìn)行線性擬合，可以準(zhǔn)確計(jì)算出該熔噴非織造布在其他不同氣體流量下的過(guò)濾阻力。
在PP熔噴非織造布實(shí)際應(yīng)用中，可以考慮通過(guò)降低氣體流量，或者通過(guò)折疊狀PP熔噴非織造布來(lái)增加過(guò)濾面積，使熔噴非織造布具有更高的過(guò)濾效率，同時(shí)降低過(guò)濾阻力，達(dá)到既高效利用熔噴非織造布，又降低能耗的效果?？梢酝ㄟ^(guò)分析不同氣體流量與過(guò)濾效率和阻力的關(guān)系，指導(dǎo)過(guò)濾裝置的參數(shù)設(shè)置。
2.2.2 PP熔噴非織造布疊加層數(shù)
從圖4可以看出:氣體流量在85 L/min時(shí)的過(guò)濾效率均低于氣體流量為30 L/min時(shí)的過(guò)濾效率，隨著PP熔噴非織造布疊加層數(shù)的增加，兩者之間的過(guò)濾效率差異呈現(xiàn)縮小的趨勢(shì)，在1層PP熔噴非織造布的情況下，其過(guò)濾效率為90.5%和97.6%，相差為7.1%;在2層PP熔噴非織造布的情況下，其過(guò)濾效率為98.5%和99.7%，相差為1.2%;在5層疊加的情況下，過(guò)濾效率的差別則非常小。
圖4：不同氣體流量下過(guò)濾性能和熔噴非織造布疊加層數(shù)關(guān)系
2006年博湖縣建立了“非遺”保護(hù)中心，確定了博湖縣文化館為開展“非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)工作”具體實(shí)施單位，近年來(lái)，縣委、縣政府團(tuán)結(jié)和帶領(lǐng)全縣各族人民，大力實(shí)施“水陸并進(jìn)”戰(zhàn)略，但博湖縣非遺資源的有效利用方面存在以下問(wèn)題：
2.2.3 過(guò)濾時(shí)間
由圖5可見:氣體流量為30 L/min時(shí)，初始過(guò)濾阻力為37.4 Pa，初始過(guò)濾效率為97.86%。過(guò)濾13 min后，過(guò)濾阻力為74.9 Pa，阻力達(dá)到初始阻力的2倍，此時(shí)過(guò)濾效率為99.06%，容塵量為6.98 mg;采用氣體流量為85 L/min時(shí)，初始阻力是112.2 Pa，初始過(guò)濾效率是90.69%。過(guò)濾14 min后，此時(shí)阻力為224.6 Pa，阻力達(dá)到初始過(guò)濾阻力的2倍，此時(shí)過(guò)濾效率為95.46%，容塵量為 19.6 mg。
圖5：不同氣體流量下PP熔噴非織造布過(guò)濾特性與過(guò)濾時(shí)間的關(guān)系
從圖5還可以看出:在第一個(gè)階段(0～20 min)，過(guò)濾效率呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)速度，而過(guò)濾阻力的增長(zhǎng)速度則較慢;在第二個(gè)階段(21～34 min)，過(guò)濾效率呈現(xiàn)較慢的增長(zhǎng)速度，而過(guò)濾阻力的增長(zhǎng)速度則較快。對(duì)于過(guò)濾效率，熔噴非織造布捕集顆粒主要靠擴(kuò)散沉積、慣性沉積、靜電沉積、范德華沉積、篩濾作用等，在顆粒物不斷累積在纖維表面的過(guò)程中，PP熔噴非織造布的孔徑逐漸變小，纖維上被攔截下來(lái)的顆粒，在后面的階段也能起到幫助攔截顆粒的作用，即通過(guò)捕獲的顆粒來(lái)攔截顆粒，因此在形成氣溶膠初生層時(shí)，纖維之間的孔徑會(huì)隨著氣溶膠顆粒物積聚量的增加而變小，過(guò)濾效率呈現(xiàn)快速增加的情況，而隨著孔徑變小至一定程度，過(guò)濾效率的增長(zhǎng)將很慢或者保持不變。對(duì)于過(guò)濾阻力，氣溶膠顆粒物在PP熔噴非織造布表面形成初生層的階段，阻力的增加速率是較慢的，而隨著氣溶膠累積得越來(lái)越多，阻力的增加速率也越來(lái)越快。在容塵實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，過(guò)濾效率和阻力均逐漸增加，但呈現(xiàn)不同增長(zhǎng)趨勢(shì)，過(guò)濾效率的增長(zhǎng)趨勢(shì)是先急后緩，而過(guò)濾阻力則呈現(xiàn)相反的增長(zhǎng)趨勢(shì)，過(guò)濾阻力的增長(zhǎng)趨勢(shì)是先緩后急。
3 結(jié)論
a.氣體流量為30 L/min時(shí)，初始過(guò)濾阻力是37.4 Pa，初始過(guò)濾效率是 97.86%;氣體流量為85 L/min時(shí)，初始過(guò)濾阻力是112.2 Pa，初始過(guò)濾效率是90.69%。隨著實(shí)驗(yàn)氣體流量的增加，熔噴非織造布的過(guò)濾效率呈現(xiàn)近似線性下降的趨勢(shì)，而過(guò)濾阻力則呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
b.氣體流量為30 L/min和85 L/min、采樣時(shí)間為4 s，隨著疊加層數(shù)的增加，其過(guò)濾效率的差異越來(lái)越小，而過(guò)濾阻力的差異則越來(lái)越大，呈現(xiàn)不同的增長(zhǎng)趨勢(shì)。
c.在容塵實(shí)驗(yàn)中，隨著熔噴非織造布中顆粒物積累越來(lái)越多，熔噴非織造布的孔徑越來(lái)越小，纖維上粘附的氣溶膠顆粒物在后期過(guò)濾階段也能起到攔截顆粒物的作用;過(guò)濾效率的增長(zhǎng)趨勢(shì)呈先急后緩，而阻力則呈現(xiàn)相反的增長(zhǎng)趨勢(shì)，過(guò)濾阻力的增長(zhǎng)趨勢(shì)呈先緩后急。
d.在PP熔噴非織造布實(shí)際應(yīng)用中，可以考慮通過(guò)降低氣體流量，或者通過(guò)折疊狀熔噴非織造布來(lái)增加過(guò)濾面積，使熔噴非織造布具有更高的過(guò)濾效率，同時(shí)降低過(guò)濾阻力，達(dá)到既高效利用熔噴非織造布，又能夠降低能耗的效果?？梢酝ㄟ^(guò)分析不同氣體流量與過(guò)濾效率和阻力的關(guān)系，指導(dǎo)過(guò)濾裝置的參數(shù)設(shè)置。
來(lái)源：天氏庫(kù)力 發(fā)布日期
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