摘要分別用M6低阻玻纖濾料以及駐極體濾料對(duì)PTFE高效濾料的迎風(fēng)面基材進(jìn)行替換，對(duì)改造復(fù)合后的新型高效纖維濾料進(jìn)行容塵性能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，在生命周期內(nèi)不同階段，復(fù)合濾料在保持原有PTFE濾料低阻力性能的同時(shí)，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(guò)濾器性能優(yōu)化及應(yīng)用提供借鑒。

　　關(guān)鍵詞迎風(fēng)面基材;復(fù)合濾料;容塵性能;能耗性能

　　0引言

　　隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，高效空氣過(guò)濾器(HEPA)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，逐漸深入至微電子、制藥、醫(yī)院、食品、化妝品、環(huán)保、核工程以及軍事等諸多領(lǐng)域[1]。對(duì)于高效和超高效過(guò)濾器而言，過(guò)濾材料的性能從根本上決定過(guò)濾器性能。其中，高效濾料的容塵性能將決定高效過(guò)濾器的使用壽命，是高效濾料的研究重點(diǎn)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(guān)注高效濾料結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及容塵性能改善的研究和文獻(xiàn)則相對(duì)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(guò)濾器常用的兩種高效空氣過(guò)濾材料，而PTFE在實(shí)際應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題是容塵量不足[2]。常用高效PTFE濾料分為三層結(jié)構(gòu)，中間層為PTFE薄膜，起主要過(guò)濾作用，而上下各貼附一層起支撐作用的無(wú)紡布基材，這與傳統(tǒng)玻纖材料有明顯區(qū)別。但相關(guān)研究[3]發(fā)現(xiàn)PTFE濾料表面迎風(fēng)面基材幾乎沒(méi)有任何容塵能力，因此如果能對(duì)PTFE濾料的迎風(fēng)面基材加以改善，使PTFE濾料在充分發(fā)揮其初阻低的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，進(jìn)一步改善其容塵性能。本研究的目的是對(duì)PTFE濾料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行濾料復(fù)合優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化改造后的新型纖維復(fù)合濾料進(jìn)行相關(guān)容塵實(shí)驗(yàn)，并與傳統(tǒng)的高效纖維濾料進(jìn)行比較，分析優(yōu)化后的PTFE高效濾材的容塵性能，可為新型高效空氣過(guò)濾器性能優(yōu)化提供參考。

　　1實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　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(guò)濾材料，具有較好的動(dòng)態(tài)阻力性能。傳統(tǒng)PTFE濾料由三層結(jié)構(gòu)組成，即迎風(fēng)面基材、PTFE濾料以及背風(fēng)面基材，其中迎風(fēng)面基材僅起到部分支撐作用，因此擬選取H14等級(jí)的PTFE濾料，分別用M6等級(jí)的低阻玻纖以及99.5%過(guò)濾效率的駐極體濾料對(duì)PTFE濾料迎風(fēng)面基材進(jìn)行替換，經(jīng)相關(guān)工藝加工，制備得到PTFE-玻纖復(fù)合濾料與PTFE-駐極體復(fù)合濾料。

　　1.2實(shí)驗(yàn)裝置以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)

　　本實(shí)驗(yàn)采用的高效濾料容塵性能實(shí)驗(yàn)裝置依據(jù)GB/T6165-2008[4]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)搭建，主要由空氣壓縮機(jī)，冷干機(jī)，空氣過(guò)濾器，氣溶膠發(fā)生器，人工發(fā)塵器，噴嘴流量計(jì)，變頻風(fēng)機(jī)，控制器等組成，主要實(shí)驗(yàn)儀器型號(hào)及作用如下:

　　1)按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的氣液二相流多分散氣溶膠發(fā)生器，用于對(duì)高效濾材容塵。2)PalasPromo2000氣溶膠粒徑譜儀，基于光散射原理測(cè)量上下游氣溶膠濃度，同時(shí)確保氣溶膠濃度保持穩(wěn)定，測(cè)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(cè)試的精度要求。

　　1.3試驗(yàn)方法

　　高效過(guò)濾材料容塵性能試驗(yàn)方法如下：1)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前開(kāi)啟冷干機(jī)運(yùn)行至穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)驗(yàn)氣流的濕度控制在50%左右。2)將實(shí)驗(yàn)濾材(包括標(biāo)準(zhǔn)PTFE濾料、玻纖復(fù)合濾料、PTFE-駐極體復(fù)合濾料玻纖濾料)根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的尺寸進(jìn)行裁剪，分析天平進(jìn)行稱量，記錄濾料樣品的初始質(zhì)量3)在氣溶膠發(fā)生器中加入適量KCL溶液，通過(guò)調(diào)節(jié)氣溶膠發(fā)生器的干空氣支路的電子調(diào)壓閥使發(fā)生的氣溶膠相對(duì)濕度保持在設(shè)定值，待濕度穩(wěn)定后關(guān)閉氣溶膠發(fā)生器的電子調(diào)壓閥。

　　4)將稱量完畢后的濾料固定在試驗(yàn)臺(tái)的濾料夾具上，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，使風(fēng)量穩(wěn)定在濾材的濾速為5.3cm/s)，再次打開(kāi)氣溶膠發(fā)生器的電子調(diào)壓閥。同時(shí)開(kāi)啟數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄系統(tǒng)，記錄樣品的阻力、通過(guò)樣品的風(fēng)量、相對(duì)濕度據(jù)記錄的間隔為3s。5)待濾料樣品的終阻力達(dá)到預(yù)期阻力時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)和各電子調(diào)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(shí)驗(yàn)采用1%濃度KCl50%，設(shè)定試驗(yàn)濾料樣品的容塵終阻力為了驗(yàn)證測(cè)試用氣溶膠顆粒分布是否與實(shí)際使用工況相符，通過(guò)測(cè)試環(huán)境空氣經(jīng)質(zhì)量粒徑分布，并與實(shí)驗(yàn)用氣溶膠質(zhì)量粒徑分布進(jìn)行對(duì)比，環(huán)境空氣經(jīng)濾后的質(zhì)量粒徑分布集中在小粒徑段，與實(shí)驗(yàn)所發(fā)生的氣溶膠質(zhì)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(shí)際容塵性能。

　　2結(jié)果與討論

　　從整個(gè)容塵過(guò)程來(lái)看，PTFE濾料的動(dòng)態(tài)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(zhǎng)速率載過(guò)程中變化不明顯。值得注意的是，PTFE-駐極體復(fù)合濾料H14玻纖濾料呈現(xiàn)明顯分段式阻力曲線，結(jié)合體和PTFE濾料的特性，前期阻力增加過(guò)濾阻力隨容塵量的增加而呈線性上升進(jìn)入表面過(guò)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(fù)合濾料隨著容塵的進(jìn)行，阻力增長(zhǎng)逐漸變緩，較其他三種濾料的容塵性能優(yōu)勢(shì)明顯。

　　在整個(gè)容塵過(guò)程中，料阻力增長(zhǎng)系數(shù)K3值較高，阻力增長(zhǎng)較快，而駐極體復(fù)合濾料與標(biāo)準(zhǔn)玻纖濾料阻力增長(zhǎng)系數(shù)變化一致，呈現(xiàn)出迅速升高后緩慢降低的走勢(shì)，反映過(guò)濾模式由深層過(guò)濾到表面過(guò)濾階段的轉(zhuǎn)變。同時(shí)PTFE-M6玻纖復(fù)合濾料則從較高的容塵阻力系數(shù)K3逐漸降低并穩(wěn)定在低水平值。PTFE濾料纖維層厚度很小，纖維層內(nèi)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(duì)PTFE濾料的迎風(fēng)面基材的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，并系統(tǒng)探究了四種高效濾料PTFE濾料、PTFE-玻纖復(fù)合濾料和PTFE-駐極體復(fù)合濾料的容塵性能差異，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：

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

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

　　3)通過(guò)比較四種濾料的濾料質(zhì)量平均阻力，在一定的生命周期內(nèi)不同階段，復(fù)合濾料在保持原有PTFE濾料低阻力性能的同時(shí)，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。

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　　建筑論文投稿刊物：《建筑熱能通風(fēng)空調(diào)》本刊以開(kāi)展學(xué)術(shù)交流、促進(jìn)專(zhuān)業(yè)技術(shù)發(fā)展，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)為宗旨。力求創(chuàng)新性、實(shí)用性和導(dǎo)向性，主體是樓宇建筑能源與環(huán)境工程，面向暖通空調(diào)和熱能動(dòng)力兩大行業(yè)的科研、設(shè)計(jì)、教學(xué)、施工及運(yùn)行管理人員，涵蓋兩大行業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)內(nèi)容，側(cè)重點(diǎn)是冷熱源工程、暖通空調(diào)及潔凈技術(shù)、綠色能源開(kāi)發(fā)利用、通風(fēng)除塵及有害氣體控制等。