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如何提高熔噴布的過(guò)濾效率?
熔噴布作為醫用口罩的核心材料,其過(guò)濾效率直接影響口罩的防護效果。影響熔噴布過(guò)濾性能的因素很多,如纖維線(xiàn)密度,纖網(wǎng)的結構、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)濾效率這對矛盾體的最好辦法。
一、熔噴布的過(guò)濾機理
在熔噴過(guò)濾材料的過(guò)濾機理中,普遍認可的機理主要有布朗擴散、截留、慣性碰撞、重力沉降和靜電吸附五種過(guò)濾機理。由于前四種原理都是機械阻隔,因此熔噴布的過(guò)濾機理可簡(jiǎn)單歸納為機械阻隔和靜電吸附。
二、機械阻隔
聚丙烯熔噴布的纖維直徑平均為2~5μm,空氣中粒徑大于5μm的飛沫可以被熔噴布阻隔在外。
當微塵直徑小于3μm時(shí),由于熔噴布中的纖維隨機和隔層交叉排列成型,構成多彎曲通道的纖維過(guò)濾層,當微粒經(jīng)過(guò)各種類(lèi)型的彎曲通道或路徑時(shí),微塵便被機械過(guò)濾式的范德華力吸附在纖維表面。
當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(xiàn)直接與纖維碰撞被捕獲。
當顆粒粒徑很小且流速很低時(shí),顆粒因布朗運動(dòng)產(chǎn)生擴散而撞擊到纖維上被捕獲。
三、靜電吸附
靜電吸靜電吸附是指當過(guò)濾材料的纖維帶電時(shí),通過(guò)荷電纖維(駐極體)的庫侖力去實(shí)現對微粒的捕獲。當粉塵、細菌、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,而且以靜電感應效應捕獲感應極化的中性粒子,隨著(zhù)靜電勢提高,靜電吸附作用越強。
四、靜電駐極工藝介紹
由于普通熔噴無(wú)紡布的過(guò)濾效率不到70%,純粹靠熔噴超細纖維的纖維細、空隙小、孔隙率高的纖維三維集合體的機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)靜電駐極工藝對熔噴布添加靜電電荷效應,利用靜電的方法提升過(guò)濾效率,使其過(guò)濾效率可以達到99.9%到99.99%,很薄的一層就能達到預期的標準,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最佳的靜電駐極方法。
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)靜電儲存不衰減,那就需熔噴駐極體材料的成分和結構有利于電荷保持。提高駐極體材料電荷儲存能力的途徑可通過(guò)引入具有電荷存儲性能的添加劑來(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(xiàn)與普通熔噴生產(chǎn)線(xiàn)相比,需要在生產(chǎn)線(xiàn)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。
影響熔噴布駐極處理效果的主要因素
1、充電條件:充電時(shí)間、充電距離、充電電壓;
2、厚度;
3、駐極材料。