静电驻极空气过滤材料

静电驻极空气过滤材料，利用电荷的静电力作用捕集尘粒，由小条状的聚丙烯薄膜制成。

内容简介

静电驻极体：简称驻极体，是指那些能够长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料，即从时间跨度上来看，它们的电荷衰减时间常数比驻极体形成的周期长得多。驻极体的电荷可以是真实电荷（或称空间电荷），也可以是偶极电荷，或者两者都有之。驻极体空气过滤材料就是利用电荷的静电力作用捕集尘粒。

发展介绍

目前，全球的环境日益恶化，与人类息息相关的空气环境更是如此，已经严重地危及到人类的健康。与此同时。现代高科技的某些关键部分对环境的净化要求极高。因此，现代社会需要具有高效、低阻等优点的空气过滤器。传统的空气过滤材料不是过滤性能不理想，就是价格（成本）太贵。驻极体空气过滤材料具有过滤效率高、阻力小和抗菌等优点，近二、三十年来在生命科学和临床医学及环境净化工程等方面得到广泛应用。

驻极体用作过滤材料，最初在1976年由于J·Van Turnhout等人将切割成小条状的聚丙烯薄膜制成，将这种带电小条加工折皱状态形成驻极体纤维。随后，各种荷电技术以及通过混合不同纤维带电技术等各具特色的带静电过滤器得到了开发和利用。与此同时，驻极体空气过滤材料也获得了进一步的发展。尤其是2001年美国“9·11”事件以后，采用集中空调系统的建筑物不断面临安全性的考验，其中包括恐怖主义分子的生化武器袭击；2003年的“非典”疫情给全世界造成巨大损失和影响。引起“非典”的SARS冠状病毒的主要传播途径之一就是空气，这就使集中空调系统有可能直接成为SARS病毒和细菌的主要渠道。因此，“致病建筑物”又一次引起人们的普遍关注。集中空调系统再一次面临严峻的挑战。这又迫切需要空气净化材料的更进一步发展，而驻极体空气过滤材料具有高效、低阻、抗菌（病毒）、节能等优点，故它是适应这一发展的迫切需要^[1]。

材料介绍

种类

近年来，高分子化学纤维生产技术的发展使得用驻极体纤维能生产出HEPA及ULPA过滤器；用作驻极体空气过滤器的材料需要优异的介电性能，如高体电阻和表面电阻，高介电击穿强度，低吸湿性和透气率等。这类材料主要以高聚物为主的有机驻极体材料，如非极性材料：聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物等；极性材料或弱极性材料：聚三氟乙烯、聚丙烯（共混）及聚酯等。

超细纤维驻极体功能介绍

超细纤维和卷曲（羊毛状）纤维作为新结构的驻极体滤材能大大地改善集尘效率，其平均效率比传统结构的驻极体纤维从93%上升至99%（精细纤维），和从93%上升至99.4%（卷曲纤维）；与此同时，卷曲纤维的使用还大大地改善了滤材的容尘能力，即从0.48g粉尘/g过滤器到0.83g粉尘/g过滤器（卷曲纤维）和从0.48到0.51（精细纤维）。这些改善可能源于纤维间空间电荷随机分布率的上升，导致容尘场所和过滤机构更加完善；另外，精细驻极体纤维所形成的新结构空气过滤器性能的改善是因为滤材空间结构上表现出较大的容尘空间和较强的电场散度。改性的聚丙烯和聚碳酸酯PC纤维的研制成功为高效长寿命和低成本驻极体过滤器的商品化提供了较完善的驻极体储电结构。

静电驻极工艺

自从20世纪70年代以来，各种荷电技术以及通过混合不同纤维的带电技术等各具特色的带静电过滤器得到了开发和利用。其直接的结果是导致了现在的静电驻极方法（工艺）。

目前的驻极方法主要有静电纺丝法、电晕放电法、摩擦起电法、热极化法、低能电子束轰击法等。

由于材料的静电驻极方法（工艺）不同，所形成的驻极体的性质亦大不相同。驻极体空气过滤材料要求材料的储存电荷密度大，其电荷密度的储存寿命长及储存电荷稳定性强等等。而储存电荷的稳定性主要取决于材料性质、充电方法、电荷分布状态、储存的环境条件等。根据上述要求，就静电驻极体的性质而言，电晕放电法是目前最佳的静电驻极方法；热极化法在环境相对稳定时也是一种较好的静电驻极方法；摩擦起电法要在试验中进一步完善；静电纺丝法需要科技的进一步发展；低能电子束轰击法需要改进和简化静电驻极的工艺。

驻极体静电合成纤维过滤材料

驻极体静电合成纤维过滤材料是对聚丙烯纤维在熔喷制造过程中进行静电充电，使其成为静电型驻极体熔喷非织造布（滤纸），纤维直径为2～5μm。这种过滤材料除了利用传统空气过滤材料的过滤机理外，同时利用荷电纤维的库仑力去实现对微粒的捕获，因此效率增加，阻力下降。目前国际上有预防病毒功能（包括SARS病毒）的3M手术口罩（N95、N97、N99）中就采用了这种过滤材料，美国2003年4月推出的抗SARS空气过滤器中也采用了这种材料。

由于这种滤料，效率高、阻力低、价格便宜，因此，将这种材料用于一般空调通风用空气过滤器中，当迎风面风速为0.5m/s时，对0.5μm的灰尘过滤效率可以达到95%以上，空气阻力只有40Pa，是传统的柜式空调机组空气过滤器（一般为尼龙网）无法相比的。这种空气过滤器已经在大型商场、超级市场、医院空调系统应用近10年，并已应用到家庭中，如菲尔萃空气净化器取得了很好的空气净化效果。

对生产工艺加以全面改进，目前已能生产钠焰法效率达到99.9999%的驻极体静电过滤材料，同时也解决了这种过滤材料存在的均布性较差和强度不高的缺点，为高效空气过滤器提供了一种理想的过滤材料。驻极体静电合成纤维过滤材料的产品化很大程度上解决了空气过滤器效率与阻力的矛盾。

参考资料

[1] 驻极体空气过滤材料静电驻极方法初探 · 谢小军、黄翔、狄育慧[引用日期2019-07-24]