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高效空氣過(guò)濾材料的特點(diǎn)、發(fā)展經(jīng)歷及趨勢(shì)
    隨著社會(huì)進(jìn)步和人們生活水平的提高，過(guò)濾器尤其是高效空氣過(guò)濾器、超低穿透率空氣(ULPA)過(guò)濾器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如微電子、制藥工業(yè)、醫(yī)院、食品業(yè)、化妝品行業(yè)、環(huán)保業(yè)、核工業(yè)及軍事領(lǐng)域等?？諝膺^(guò)濾材料的研究和發(fā)展取得了極大的進(jìn)步，但同時(shí)人們對(duì)空氣過(guò)濾材料也提出了更高的要求。
1、空氣過(guò)濾材料的發(fā)展
    空氣過(guò)濾材料的產(chǎn)生和發(fā)展是與軍事和電子工業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān)的。作為軍用防毒面具濾煙層過(guò)濾材料的石棉纖維過(guò)濾紙?jiān)缭诘谝淮问澜绱髴?zhàn)末就已問(wèn)世。玻璃纖維過(guò)濾材料用于空氣過(guò)濾于1940年10月在美國(guó)取得。20世紀(jì)50年代，美國(guó)對(duì)玻璃纖維過(guò)濾紙的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了深入的研究，使空氣過(guò)濾器得到了改善和發(fā)展。70年代利用微細(xì)玻璃纖維生產(chǎn)的HEPA過(guò)濾紙，對(duì)0．3um的粒子過(guò)濾效率高達(dá)99．999％。
    從國(guó)外空氣過(guò)濾材料的發(fā)展來(lái)看，20世紀(jì)70年代末以前，空氣過(guò)濾材料的分級(jí)大體分為初效和中高效兩種過(guò)濾級(jí)別。HEPA過(guò)濾材料的過(guò)濾效率一般要求高于99．97％，故人們認(rèn)為它已經(jīng)能夠滿(mǎn)足使用要求。80年代以來(lái)，隨著新的測(cè)試方法的出現(xiàn)，使用評(píng)價(jià)技術(shù)的提高以及對(duì)過(guò)濾材料要求的提高，人們發(fā)現(xiàn)HEPA過(guò)濾材料仍存在一些問(wèn)題。于是新一代的ULPA過(guò)濾材料就應(yīng)運(yùn)而生，它對(duì)0．12um的粒子過(guò)濾效率高于99．999％。進(jìn)入90年代以后，美國(guó)的Lydall公司從應(yīng)用的角度對(duì)過(guò)濾材料的分級(jí)重新進(jìn)行了調(diào)整，將過(guò)濾材料分為四級(jí)：Class1000ASHRAE；Class2000Prefiher／Hos-pital；Class3000HEPA；Class5000ULPA。其中后兩者屬于高效過(guò)濾材料。
    而在我國(guó)，直到20世紀(jì)80年代末期，軍用防護(hù)器材使用的過(guò)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(guò)濾材料。由于石棉為致癌物質(zhì)，對(duì)人體健康有不良影響，西方在70年代已停止使用石棉過(guò)濾材料。隨著過(guò)濾材料可燃物含量的限制，曾廣泛應(yīng)用的玻璃纖維一纖維素過(guò)濾紙的使用和發(fā)展也受到了限制。而單一組分玻璃纖維由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也難以達(dá)到很高的過(guò)濾水平。80年代以來(lái)，我國(guó)科研人員經(jīng)過(guò)不懈努力，先后研制開(kāi)發(fā)了玻璃纖維HEPA過(guò)濾紙和ULPA過(guò)濾紙，達(dá)到了甚至在某些方面超過(guò)了世界同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
2、高效空氣過(guò)濾材料的特點(diǎn)
    高水平的空氣過(guò)濾材料主要包括以下幾方面的性能：①過(guò)濾效率高；②氣流阻力小；③機(jī)械強(qiáng)度大；④均勻性好；⑤滿(mǎn)足防水、防火、耐霉等特殊要求。
    在世界范圍內(nèi)，玻璃纖維空氣過(guò)濾材料仍然在高效空氣過(guò)濾市場(chǎng)上占據(jù)著主導(dǎo)地位。綜合分析當(dāng)前世界上先進(jìn)的玻璃纖維過(guò)濾材料，大都具備以下幾個(gè)特點(diǎn)。
2.1 多組分玻璃纖維的結(jié)構(gòu)
    為了改善過(guò)濾材料的過(guò)濾性能，改變單一組分玻璃纖維紙的孔隙狀態(tài)，一般采用多種不同線密度的玻璃纖維搭配制備過(guò)濾紙。由于采用了多組分玻璃纖維，制備的過(guò)濾紙不僅孑L隙率高，而且具有合理的幾何結(jié)構(gòu)和孔徑分布，可發(fā)揮過(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)，因而過(guò)濾效率高，氣流阻力低，抗張強(qiáng)度也有了較大提高。
2.2 效率高、阻力低
    近年來(lái)，高效空氣過(guò)濾材料的研究和發(fā)展迅速。HEPA過(guò)濾紙一度是效率高的過(guò)濾紙，現(xiàn)在ULPA過(guò)濾紙才是效率高的過(guò)濾紙。ULPA過(guò)濾紙對(duì)0．12um粒子的過(guò)濾效率可達(dá)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(jì)在不久的將來(lái)，效率更高、阻力更低的新一代過(guò)濾材料也將得以開(kāi)發(fā)應(yīng)用。
2.3 較高的機(jī)械強(qiáng)度
    高效空氣過(guò)濾材料對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求是很高的，縱橫向強(qiáng)度的差別也是越小越好。賦予過(guò)濾材料足夠大的抗張強(qiáng)度和挺度，對(duì)提高過(guò)濾材料在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及使用過(guò)程中的穩(wěn)定性都是十分必要的。高強(qiáng)度的過(guò)濾材料經(jīng)折疊后所制作的過(guò)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(qiáng)的抗沖擊力，同時(shí)增加有效過(guò)濾面積，改進(jìn)和提高過(guò)濾器材的過(guò)濾性能，因而具有重要的實(shí)際意義。但是，玻璃纖維很柔軟，且本身結(jié)合力很小，因此要使玻璃纖維過(guò)濾紙具有較高的機(jī)械強(qiáng)度需要采用增強(qiáng)劑。
    長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外過(guò)濾材料一般都是采用交聯(lián)劑和樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑進(jìn)行增強(qiáng)的。通過(guò)交聯(lián)劑與線型樹(shù)脂、玻璃纖維中的基團(tuán)相互反應(yīng)以及交聯(lián)劑自身反應(yīng)的方法，使線型樹(shù)脂結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀的大分子樹(shù)脂結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高過(guò)濾材料的機(jī)械強(qiáng)度，縮小縱橫向的強(qiáng)度差別。
2.4 良好的工藝性能
    為了增加過(guò)濾材料的有效過(guò)濾面積，降低氣流阻力，一般將過(guò)濾材料折疊成波紋狀使用。因此過(guò)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(guò)濾材料往往一經(jīng)折疊就容易損壞，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率降低，工作效率低下，成本增加，同時(shí)影響過(guò)濾器的綜合性能。
2.5 防水、防火、耐霉等特殊性能
    在某些特殊場(chǎng)合如軍事、核工業(yè)等，過(guò)濾材料還應(yīng)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(guò)濾材料的結(jié)構(gòu)就會(huì)被破壞，嚴(yán)重影響甚至喪失其過(guò)濾性能，或者成為霉菌等細(xì)菌的“滋生地”。因此，賦予過(guò)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(jìn)的空氣過(guò)濾材料相比，我國(guó)國(guó)產(chǎn)的過(guò)濾材料盡管在過(guò)濾效率、抗張強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)上能夠達(dá)到甚至超過(guò)它們的水平，但在整體上還存在一定差距，主要反映在過(guò)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(tǒng)、深入。這在很大程度上限制了我國(guó)過(guò)濾器材的發(fā)展水平，是我國(guó)亟待解決的問(wèn)題。
3、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)
(1)在世界范圍內(nèi)，玻璃纖維過(guò)濾材料在高效空氣過(guò)濾材料中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但膜及靜電增強(qiáng)介質(zhì)已在某些方面取代了它。有人認(rèn)為，一旦膜在低氣流阻力下的過(guò)濾性能得以改善，膜將會(huì)取代玻璃纖維過(guò)濾材料。
(2)耐高溫過(guò)濾材料的發(fā)展將會(huì)加快。玻璃纖維復(fù)合無(wú)機(jī)膜的過(guò)濾材料、金屬纖維和陶瓷纖維過(guò)濾材料已獲得應(yīng)用，新型的金屬和陶瓷燒結(jié)過(guò)濾材料也取得了很大進(jìn)展。
(3)世界范圍內(nèi)的恐怖事件，以及SARS、禽流感等突發(fā)性公共衛(wèi)生事件的發(fā)生也給各國(guó)敲響了警鐘，各國(guó)紛紛研究開(kāi)發(fā)新型寬譜防護(hù)過(guò)濾材料，以確保對(duì)各種氣溶膠(特別是生物氣溶膠)的有效防護(hù)。
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