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常温空气滤料生产工艺的研究进展
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摘要：常温空气滤料指的是用于室温环境下的气固分离材料。随着科技的发展，其运用行业越来越广泛，主要用在制药和医疗卫生行业中的无菌车间、各大医院中的无菌手术室、电子工业中的
常温空气滤料指的是用于室温环境下的气固分离材料。随着科技的发展，其运用行业越来越广泛，主要用在制药和医疗卫生行业中的无菌车间、各大医院中的无菌手术室、电子工业中的洁净生产车间、国防工业的作战的防空洞或指挥所以及家庭用的空气过滤设备等领域[1-2]。目前工业上常温空气过滤种类繁多，但生产工艺主要有湿法非织造工艺、针刺/水刺工艺、熔喷/纺粘工艺、静电纺丝工艺、覆膜工艺以及复合工艺。
1 湿法非织造工艺
湿法非织造技术，是以造纸工艺为基础，即以水为载体，使纤维在水中均匀分散，经过网部、干燥后形成均匀的网状结构, 再经过浸胶、固化等一系列后处理抄造出符合某些要求的非织造织物，也称为滤纸[3-4]，其基本工艺如图1 所示。
图1 湿法非织造生产工艺流程图
滤纸过滤，相比于一般表面过滤材料，它同时具备深层过滤的效果，因此滤纸的性能指标不仅有过滤效率、阻力、孔径，还有蓬松度、容尘量、强力等[5]。品质高的空气滤材具有高过滤效率的同时还应具有较低的过滤阻力和较高的容尘量，因此关于改进工艺提高滤纸性能的研究不仅包含过滤效率的提高，还要求能提升容尘量指标。KAUKOPAASI[6]等的研究证实，多层复合滤纸在过滤效率和容尘量的性能指标上都高于单层滤纸。杜齐[7-8]等取不同比例的针叶浆和丝光浆，在纤维解离器上进行一定程度的疏解，然后将出流面层的纤维原料和入流面层的纤维原料分别先后加入动态纸页成形器中进行喷浆上网，使入流层的浆料覆盖在出流面层上，纤维全部喷完后进行抽真空，仔细拿下复合湿纸页进行干燥处理操作，暂不进行加压处理，干燥后再做除静电处理，最后制得纸样。结果发现此工艺提高了复合空气滤纸的容尘量的同时，也能够有效降低复合空气滤纸的过滤阻力，其容尘量在定量比3∶1时最高，为71 g·m-2，复合空气滤纸的容尘量提高了近73%，见图2 和图3。
图2 定量比对容尘量的影响
纯纤维生产的滤纸，强力太低，滤芯使用过程中容易断裂或者破裂，因此要加入其他工艺手段来提高强力，如树脂浸渍。王发烨[1]等用先配置玻璃纤维溶液，然后用质量分数为1%的稀H2SO4进行调节，研究发现溶液pH=3 时，溶液形成的硅酸表面最适宜。然后将其与阔叶木浆、针叶木浆两种植物纤维按照比例配置空气滤纸，玻璃纤维与植物纤维的总量比例为3∶7，针叶木浆与阔叶木浆的配比保持2∶8 不改动，在干燥器上进行干燥后，将此3种纤维配抄制得滤纸，浸入一定固含量的苯丙乳液，固化后制得复合空气滤纸，见图4，其孔径比商品滤减少一倍的，并发现苯丙乳液浸渍的上胶量控制在20%，固化时间设定为15 min 时，滤纸的机械性能和过滤性能较佳，见图5、图6，适用于家用空气净化器中的空气滤纸。
图3 过滤阻力与时间的关系
图4 浸渍溶液后纤维的SEM 图
图5 固化时间对滤纸原纸撕裂和耐破指数的影响
使用湿法非织造工艺生产的滤纸，可以具有超高效的过滤效率以及良好的容尘量，但其过滤阻力偏高，因此主要运用于洁净厂房、电子以及医疗行业的无菌空调系统等行业。
图6 固化时间对滤纸原纸杭张指数和挺度的影响
2 针刺/水刺非织造工艺
针刺工艺指的是用棱边带有钓刺的针，对基布进行反复针刺，见图7，制成了具有一定厚度和强度的针刺非织造空气过滤材料[9]。
图7 针刺工艺示意图
针刺滤料的孔隙通过纤维的随机排布形成，其孔隙率取决于针排布的密度和纤维产生的收缩。带粉尘颗粒的气体通过随机排列的纤维层时，气体通过，颗粒被分离，从而形成粉尘粗过滤层[10-11]。田彩虹[12]等选用3 种细度分别为9 旦、6 旦、4 旦，其混合比分别为50%、40%、10%的涤纶纤维，增加纤网得针刺密度和针刺深度制作出厚度为1.708 mm，面积密度为212 g·m-2，体积密度为0.124 g·cm-3的针刺非织造布，并用PVDF 浸渍处理，形成了含40% PVDF 的复合针刺材料G，其过滤效率和孔径分布等性能均优于国外同类产品，见图8。
裘康[13]等选用指定不同直径的涤纶和丙纶作为纤维原料。两种不同直径的纤维制成的纤网作双层梯度过滤，粗纤维层在入风面，细纤维层在出风面。先将这两种纤维层通过针刺覆合，再复合喷胶热轧层形成成品。成品的面密度为300 g·m-2, 厚度10 mm。
图8 产品G 和国外产品M 的过滤效率对比
文章来源：《世界复合医学》 网址: http://www.sjfhyx.cn/qikandaodu/2021/0510/1271.html