过滤机理
过滤机理至少有五种:扩散、惯性、拦截、重力和静电。
扩散:颗粒粒径越小、气流速度越低,扩散效应越明显。一般来说,0.1 μm以下的颗粒通过扩散作用沉积在纤维表面而被过滤掉。大于0.3 μm的颗粒很难通过扩散过滤。
惯性:颗粒粒径越大、气流速度越高,越容易因惯性而与纤维碰撞。
拦截:主要是颗粒在范德华力的作用下,被纤维的复杂排列所拦截的结果。
重力:通常认为直径大于0.5 μm的颗粒主要通过重力沉积在纤维上。
静电:纤维可通过摩擦、驻极体或其他方式带电,颗粒也可能带电。”同性相斥,异性相吸”。这存在于颗粒之间以及颗粒与纤维之间。通过静电吸引,颗粒物可以被过滤掉。
消除静电影响的标准
熔喷布和静电棉等空气过滤材料,为了获得高效率,通过水驻极和电驻极方式带电。玻璃纤维、PTFE等材料及其制成的过滤器,也可能因各种原因而带电。这些静电电荷并不可靠,会随着时间和环境的变化而衰减,从而影响口罩和过滤器的过滤效率。因此,需要考察静电对滤材、口罩和过滤器过滤效率的影响。
对于空气过滤器,采用直接静电消除法,然后进行常规测试,以评估滤材和过滤器在使用中的最差情况;对于口罩,需要进行负载后的效率测试,并通过持续累积盐或油类气溶胶负载来评估效率变化。
1) 空气过滤器标准中的相关内容
ISO 16890-4 通用通风空气过滤器 第4部分:确定最低分级试验效率的调节方法
EN 779 通用通风颗粒空气过滤器 过滤性能的测定
JIS B 9908 通风用空气过滤装置及通风用电子空气清净机的试验方法
ANSI/ASHRAE 52.2 通用通风空气颗粒物去除效率测试方法
ISO 29461-1 旋转机械进气过滤系统 试验方法 第1部分:静态过滤器元件
ISO/TS 21220 通用通风颗粒空气过滤器 过滤性能的测定
ISO 16890 声称在最严格的静电消除条件下使用 24 小时的 IPA 蒸汽处理。然而,该标准也指出,这里描述的过程间接但定量地显示了静电效应在全尺寸过滤器初始性能上的影响程度。它表明了消除电荷效应(或通过 IPA 蒸汽处理最小化)后且不增加机械效率时可获得的效率水平。不应假设测得的调节后(”放电后”)效率始终代表实际使用中的表现。在使用中暴露于某些类型的挑战(如燃烧颗粒、细小颗粒或油雾)可能会影响这些电荷的作用,使得初始效率在使用初期后可能大幅下降。这种分级效率的下降可以通过滤材中颗粒收集的机械效率略微提高来补偿。可以看出,大多数放电方法使用 IPA 蒸汽或浸入 IPA 中。根据 ISO 16890-2 中规定的程序,将滤芯的颗粒物去除效率测量为未负载和未调节滤芯在 0.3 μm 至 10 μm 范围内的粒径的函数。在初始颗粒物去除效率测试之后,根据 ISO 16890 本部分规定的程序对空气过滤器元件进行调节,并对调节后的过滤器元件重复进行颗粒物去除效率测试。
2) 口罩标准中的要求
美国标准 NIOSH 42 CFR PART 84 要求使用 200 mg 的气溶胶质量负载来测试负载过程中过滤效率的变化。
欧洲标准 EN 149 要求喷射气溶胶 3 分钟,然后测试 30 秒的过滤效率。
显然,对于口罩,美国标准和欧洲标准有不同的规定。在测试方面,不同标准对设备有具体要求。美国标准明确将 TSI 写入标准中。
韩国遵循欧洲标准体系,中国遵循美国标准体系。这也只是与哪个国家口罩研发过程关联更密切的问题,与哪种标准更适合亚洲国家脸型无关。只有日本拥有自己独特的标准体系,与其他任何人都不同。
结论
对比两种对待”不可靠静电”的态度可以发现,空气过滤器采用了更为严谨的评估方法。
行业内有专家对熔喷无纺布进行了实验:按 NIOSH 标准进行负载测试;用乙醇处理;用异丙醇处理。测试每次处理后的过滤效率,发现负载后过滤效率几乎没有下降;酒精处理后过滤效率下降有限;异丙醇处理后效率下降较大。
空气过滤器中的静电消除方法更为严格,但看起来更像是一种推荐。而口罩标准中规定的负载测试则是强制性的。
此外,大多数对静电放电有规定的标准都是针对通用通风过滤器,通常使用的滤材大多是玻璃纤维、PTFE 和滤纸,它们携带的静电有限,放电前后对过滤效率的影响可能也很有限。目前,越来越多的熔喷布制造商也在开发用于过滤器的熔喷布复合材料。静电对这些过滤效率的影响可能更大,如何评估静电的影响值得关注!