熔噴無(wú)紡布作為醫(yī)用口罩的核心材料,其過(guò)濾效率直接影響口罩的防護(hù)效果。影響熔噴布過(guò)濾性能的因素很多,如纖維線密度,纖網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、厚度和密度等。
但是,作為口罩的空氣過(guò)濾材料,如果材料太緊密,孔隙太小,呼吸阻力太大,使用者無(wú)法順利吸入空氣,口罩也就失去了使用價(jià)值。
這就要求過(guò)濾材料不僅要提高其過(guò)濾效率,還要盡可能地降低其呼吸阻力,而呼吸阻力和過(guò)濾效率是一對(duì)矛盾體。靜電駐極處理工藝就是解決呼吸阻力和過(guò)濾效率這對(duì)矛盾體的好辦法。
熔噴無(wú)紡布的過(guò)濾機(jī)理
在熔噴過(guò)濾材料的過(guò)濾機(jī)理中,普遍認(rèn)可的機(jī)理主要有布朗擴(kuò)散、截留、慣性碰撞、重力沉降和靜電吸附五種過(guò)濾機(jī)理。由于前四種原理都是機(jī)械阻隔,因此熔噴布的過(guò)濾機(jī)理可簡(jiǎn)單歸納為機(jī)械阻隔和靜電吸附。
01機(jī)械阻隔
聚丙烯熔噴布的纖維直徑平均為 2~5 μm,空氣中粒徑大于 5 μm 的飛沫可以被熔噴布阻隔在外。
當(dāng)微塵直徑小于 3 μm 時(shí),由于熔噴布中的纖維隨機(jī)和隔層交叉排列成型,構(gòu)成多彎曲通道的纖維過(guò)濾層,當(dāng)微粒經(jīng)過(guò)各種類(lèi)型的彎曲通道或路徑時(shí),微塵便被機(jī)械過(guò)濾式的范德華力吸附在纖維表面。
當(dāng)顆粒粒徑與氣流速度都較大時(shí),氣流接近過(guò)濾材料因受阻而繞流,而顆粒由于慣性作用脫離流線直接與纖維碰撞被捕獲。
當(dāng)顆粒粒徑很小且流速很低時(shí),顆粒因布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散而撞擊到纖維上被捕獲。
02靜電吸附
靜電吸附是指當(dāng)過(guò)濾材料的纖維帶電時(shí),通過(guò)荷電纖維(駐極體)的庫(kù)侖力去實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒的捕獲。當(dāng)粉塵、細(xì)菌、病毒等微粒經(jīng)過(guò)過(guò)濾材料時(shí),靜電力不僅能有效地吸引帶電微粒,而且以靜電感應(yīng)效應(yīng)捕獲感應(yīng)極化的中性粒子,隨著靜電勢(shì)提高,靜電吸附作用越強(qiáng)。
靜電駐極工藝
由于普通熔噴無(wú)紡布的過(guò)濾效率不到70%,純粹靠熔噴超細(xì)纖維的纖維細(xì)、空隙小、孔隙率高的纖維三維集合體的機(jī)械阻擋作用是不夠的,所以熔噴過(guò)濾材料普遍都是會(huì)通過(guò)靜電駐極工藝對(duì)熔噴布添加靜電電荷效應(yīng),利用靜電的方法提升過(guò)濾效率,使其過(guò)濾效率可以達(dá)到99.9%到99.99%,很薄的一層就能達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn),呼吸阻力還小。
目前的靜電駐極方法主要有靜電紡絲法、電暈放電法、摩擦起電法、熱極化法、低能電子束轟擊法等,其中電暈放電法是目前佳的靜電駐極方法。
電暈放電法是熔噴纖網(wǎng)在收卷前通過(guò)靜電發(fā)生器針狀電極(電壓一般為5-10KV)一組或多組電暈放電的方式使熔噴材料帶上電荷,施加高壓時(shí)針尖下方的空氣產(chǎn)生電暈電離,產(chǎn)生局部擊穿放電,載流子受到電場(chǎng)的作用而沉積到熔噴布表面,一部分載流子會(huì)深入表層被駐極母粒的陷阱捕獲,從而使熔噴布成為駐極體過(guò)濾材料。
增加熔噴布表面的電荷可以通過(guò)電暈放電法駐極處理工藝獲得,但是要讓這個(gè)靜電儲(chǔ)存不衰減,那就需熔噴駐極體材料的成分和結(jié)構(gòu)有利于電荷保持。提高駐極體材料電荷儲(chǔ)存能力的途徑可通過(guò)引入具有電荷存儲(chǔ)性能的添加劑來(lái)產(chǎn)生電荷陷阱捕獲電荷。
因此,生產(chǎn)用于空氣過(guò)濾材料的熔噴生產(chǎn)線與普通熔噴生產(chǎn)線相比,需要在生產(chǎn)線中增加高壓靜電放電裝置,并且需要在生產(chǎn)原料聚丙烯(PP)中加入駐極母粒,如電氣石微粒。
熔噴布過(guò)濾效率測(cè)試:
G506口罩熔噴布測(cè)試儀潔凈壓縮空氣將預(yù)配好的NaCl溶液或DEHS/PAO等類(lèi)似溶液從氣溶膠發(fā)生器中噴出,經(jīng)過(guò)一個(gè)分級(jí)器(慣性原理),將不需要的大顆粒收集到收集瓶?jī)?nèi),符合要求的氣溶膠顆粒從氣溶膠發(fā)生器噴嘴處噴出進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)。
G506口罩熔噴布測(cè)試儀用于呼吸防護(hù)產(chǎn)品的濾芯,一次性口罩,過(guò)濾介質(zhì)等的性能測(cè)試,適用于此類(lèi)產(chǎn)品的安全性測(cè)試,基本過(guò)濾性能評(píng)定以及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)指導(dǎo)。
儀器也適用于研發(fā)新產(chǎn)品的性能驗(yàn)證,生產(chǎn)部門(mén)的品質(zhì)控制,第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu),產(chǎn)品性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室,質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門(mén)等對(duì)材料性能的測(cè)定。
測(cè)試原理:
油霧法:
干燥無(wú)油壓縮空氣以一定流量進(jìn)入氣溶膠發(fā)生器,產(chǎn)生一定顆粒分布的氣溶膠,經(jīng)級(jí)聯(lián)撞擊器篩分,將滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的粒度分布的顆粒從氣溶膠出口排出,進(jìn)入測(cè)試管道。
并到達(dá)濾料,濾料兩側(cè)安裝有壓差傳感器,測(cè)試過(guò)程中對(duì)濾料上游及下游顆粒進(jìn)行顆粒數(shù)目監(jiān)測(cè);整個(gè)測(cè)試過(guò)程以一定流量或風(fēng)量進(jìn)行。
鹽霧法:
干燥無(wú)油壓縮空氣以一定流量進(jìn)入氣溶膠發(fā)生器,產(chǎn)生一定顆粒分布的氣溶膠,經(jīng)級(jí)聯(lián)撞擊器篩分,將滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的粒度分布的顆粒從氣溶膠出口排出,進(jìn)入測(cè)試管道。
由于鹽霧氣溶膠產(chǎn)生帶有靜電,故需對(duì)鹽霧氣溶膠進(jìn)行中和處理。且對(duì)鹽霧氣溶膠來(lái)講,需對(duì)其進(jìn)行加熱以產(chǎn)生鹽顆粒。方法為:將產(chǎn)生滿足粒度要求的氣溶膠與加熱氣體混合然后氣溶膠中水分被蒸發(fā)產(chǎn)生鹽顆粒。
并到達(dá)濾料,濾料兩側(cè)安裝有壓差傳感器,測(cè)試過(guò)程中對(duì)濾料上游及下游顆粒進(jìn)行顆粒數(shù)目監(jiān)測(cè);整個(gè)測(cè)試過(guò)程以一定流量或風(fēng)量進(jìn)行。
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