驻极体过滤材料过滤性能测定评价方法的研究*

(中国建筑科学研究院，北京，100013)

驻极体过滤材料由于具有高效、低阻和抗菌等性能，在防护口罩、家用分体式空调中过滤器、商用中央空调中的过滤器以及医院洁净手术室专用空调机组中得到广泛应用[1-4]。尽管驻极体过滤材料已经在暖通空调行业中应用很多，但大多数研究仅在于驻极体过滤材料的驻极方法和制造工艺方面[5-7]，而对驻极体过滤材料以及驻极体过滤器过滤性能方面的研究较少。

最新颁布的行业标准JG/T 404—2013《空气过滤器用过滤材料》[8]和欧洲标准EN 779：2012[9]中均涉及到了驻极体过滤材料。同时，各国空气过滤器性能测试标准中所采用的尘源存在较大差异，如欧洲标准EN 779：2012采用DEHS液态气溶胶作为尘源，而国标GB/T 14295—2008[10]和美国标准ASHRAE 52.2—2007[11]均采用KCl固态气溶胶作为尘源。因此，本研究采用DEHS和KCl两种气溶胶作为尘源来研究驻极体过滤材料阻力特性和过滤性能的变化特性，以期为驻极体过滤材料及过滤器的测试提供更加科学合理的测试方法。

1 试验描述

本试验选择4片不同过滤级别的驻极体空气过滤材料作为研究对象，在中国建筑科学研究院空气过滤器性能检测装置上进行了试验。1号和3号过滤材料材质采用聚丙烯熔喷材料，2号和4号过滤材料材质采用聚丙烯熔喷非织造布和丙纶的复合材料。试验过程中采用Laskin喷嘴发生DEHS液态气溶胶(粒径分布范围为0.2～3.0 μm)，以及采用KCl大颗粒气溶胶发生器发生KCl固态气溶胶(粒径分布范围为0.3～10.0 μm)。试验方法分别参照EN 779：2012和GB/T 14295—2008中过滤器的测试方法，测试项目包括阻力、DEHS计数效率、KCl计数效率、PM2.5净化效率和PM10净化效率等。

2 结果分析与讨论

2.1 阻力特性

表1是在清洁状态下，不同驻极体过滤材料的阻力随滤速的变化数据。由表1可见，过滤材料阻力随着滤速的增大而增加，且不同特性过滤材料的阻力相差较大。

表1 不同滤速下驻极体过滤材料阻力测试值(单位：Pa)

在不同试验状态下，即在做完DEHS效率试验(采用DEHS液态气溶胶作为测试尘源)后和做完KCl效率、PM10效率和PM2.5效率试验(三种效率试验均采用KCl固态气溶胶作为测试尘源)后，对不同过滤材料的阻力进行了测试。测试结果见表2。

DEHS效率的试验时间约为1 h，试验后1号～

表2 不同试验状态时驻极体过滤材料的阻力(单位：Pa)

注：试验滤速0.4 m/s。

4号过滤材料的阻力分别增加了14.0、0、6.2和0.4 Pa，增加比率分别为3.2%、0%、3.4%和0.3%。可以认为，试验后阻力的增加是由于试验时风量的偏差以及仪器读数测量误差所带来的，说明使用DEHS气溶胶作为尘源进行效率试验对过滤材料阻力的影响几乎可以忽略不计。

KCl效率、PM10效率和PM2.5效率试验的时间总共为2～3 h，试验后1号～4号过滤材料的阻力相对于进行DEHS效率试验后的阻力分别增加了215.6、10.2、68.4和52.6 Pa，增加比率分别为47.9%、38.2%、35.9%和42.4%。尽管KCl效率、PM10效率和PM2.5效率三个试验时间相对较长，但也说明了使用KCl固态气溶胶作为尘源进行效率试验将使过滤材料的阻力大大增加。

DEHS气溶胶作为一种液态物质，被过滤材料拦截后主要是渗入过滤材料纤维内部，使纤维有一定的膨胀，直径增大，但由于试验过程中过滤材料一直处于风吹状态，纤维直径增加有限，因此阻力增加很小。而KCl气溶胶作为一种固态物质，主要被吸附在纤维表面或纤维的间隙中，从而使得阻力增加较大。

2.2 过滤效率特性

2.2.1 不同过滤效率评价指标比较

在0.4 m/s滤速条件下，分别对驻极体过滤材料的DEHS计数效率、KCl计数效率、PM2.5净化效率和PM10净化效率四个过滤效率性能评价指标进行了测试，测试结果见表3。

表3 驻极体过滤材料的过滤效率特性比较

由表3可知，在相同滤速条件下，相同过滤材料的DEHS计数效率要小于KCl计数效率。这主要与两个因素有关：一是测试粒子性质不同，DEHS为油状气溶胶，KCl为固体气溶胶；二是由于驻极体过滤材料本身带有静电，而DEHS气溶胶本身对静电有一定的消除作用。由表3还可看出：对于小粒径粒子而言，DEHS计数效率小于KCl计数效率的幅度更大，这与驻极体材料对小粒子的静电效应更强有关；PM2.5净化效率和PM10净化效率随着计数效率的增加而增大，表明计重效率和计数效率之间存在一定的相关性。

2.2.2 计数效率随滤速的变化曲线

选取3号驻极体过滤材料，分别采用DEHS尘源和KCl尘源在不同滤速下进行试验。试验结果见图1和图2。

图1 驻极体过滤材料计数效率随滤速的变化曲线(DEHS尘源)

图2 驻极体过滤材料计数效率随滤速的变化曲线(KCl尘源)

由图1可见：0.4和0.6 m/s滤速下，≥0.3 μm粒子和≥0.5 μm粒子的DEHS计数效率随着滤速的增加下降幅度较大；而对于≥1.0μm粒子，两种滤速下的计数效率基本接近。这是因为随着滤速的增加，驻极体对粒子的静电力要小于滤速带来的穿透力，使得部分粒子摆脱过滤材料纤维的束缚而二次扬尘；而对于≥1.0 μm大粒子，在如此大的滤速条件下，过滤材料的过滤机理主要是惯性效应，静电效应的作用较小。

由图2可见，采用KCl尘源分别在0.2、0.4和0.6 m/s滤速下试验时，随着滤速的增大，不同粒径粒子计数效率下降的幅度很小，均在5%以内，表明滤速的大小对该驻极体材料的KCl计数效率影响不大。

3 结论

随着国家对建筑领域节能与环保的日益重视，高效低阻的驻极体过滤器的应用将会越来越多，如何评价和测试驻极体过滤材料的性能非常重要。本文从测试尘源类型和滤速等方面着手研究了驻极体过滤材料的阻力特性和过滤性能特性，得出以下结论：

(1)相对于DEHS液态气溶胶而言，KCl固态气溶胶粒径分布以及气溶胶特性与大气尘更加接近，采用KCl气溶胶作为测试尘源更能反映过滤材料在实际使用过程中的过滤性能。

(2)由于驻极体过滤材料在实际使用过程中会存在静电消失或静电衰减的现象，因此有必要对驻极体过滤材料静电消除方法以及静电消除后驻极体过滤材料的性能测定和评价作进一步的研究。

[1] 程灯塔，刘刚，陆斌.新型驻极体过滤材料在分体空调机上的应用[J].洁净空调与技术，2005(1)：26-30.

[2] 杨荆泉，田涛.驻极体过滤材料及其在空气净化领域的应用[J].环境与健康杂志，2009，26(8)：743-745.

[3] 张建春，郝新敏，周国，等.驻极超微细纤维高效滤材SARS防护口罩的研究[J].西安工程科技学院学报，2003，17(3)：212-217.

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[5] 谢小军，黄翔，狄育慧.驻极体空气过滤材料静电驻极方法初探[J].洁净空调与技术，2005(2)：41-44.

[6] 王旭，焦晓宁，程博闻，等.过滤用驻极体熔喷非织造布的研究[J].洁净与空调技术，2006(3)：45-50.

[7] 李亚滨，钱晓明.驻极纤维过滤材料的研究[J].天津纺织工学院学报，2000，19(1)：77-79.

[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JG/T 404—2013 空气过滤器用过滤材料[S].北京：中国标准出版社，2013.

[9] European Committee. BS EN 779: 2012 Particulate air filter for general ventilation-determination of the filtration performance[S]. British: BSI Standards Limited， 2012.

[10] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 14295—2008 空气过滤器[S].北京：中国标准出版社，2008.

[11] ASHRAE. 52.2—2007 Method of testing general ventilation air-cleaning devices for removal efficiency by particle size[S]. America: ASHRAE Inc.,2007.