駐極體高效空氣凈化材料的制備

        駐極體是指具有長期儲存電荷能力的介電材料。與傳統的過濾材料相比,駐極體空氣過濾材料具有獨特的濾塵機理和低流阻、高效率的特點,尤其是除塵滅菌多功能及對亞微米粒子突出的捕獲能力使其成為當今高效過濾材料的發展方向。
        自從20世紀70年代以來,各種荷電技術以及通過混合不同纖維的帶電技術等各具特色的帶靜電過濾器得到了開發和利用。現在的靜電駐極方法(工藝)和駐極機理見表1。

表1、駐極方法(工藝)和駐極機理

  

    駐極方法               駐 極 機 理特 性     電荷類型


靜電紡絲

帶電荷的高分子溶液或熔體在靜電場中流動與變 形,再經溶劑蒸發或熔體冷卻而固化。


機理復雜,技術不成不成熟。

  

尚不清楚


低溫等離子放電

利用非均勻電場引起空氣的局部擊穿的低溫等離子體放電產生的離子束轟擊電介質并使它帶電。


工業駐極體生產中應用最廣泛。

 

 空間電荷



摩擦起電

兩物體摩擦接觸距離足夠小時,產生熱激發作用,這種作用使對電子吸引力不同的物體的電子發生相互間轉移而使物體帶電。


起電簡單,只適合紡織中的梳理工序。

 


 尚不清楚


熱極化

高溫電場下,電介質材料熱活化的分子偶極子沿電場方向取向,低溫相同電場下凍結取向的偶極子。


溫濕度的影響較大,最早制造的駐極體。

  

偶極電荷


低能電子束轟擊

利用低能電子束轟擊電介質,被電介質捕獲并儲存而帶電。


機理較復雜,不易實現工藝化。

 

  空間電荷


由于材料的靜電駐極方法(工藝)不同,所形成的駐極體的性質亦大不相同。具體情況見表2。

表2、靜電駐極體的性質



靜電駐極體
控制參數
特點存 在 問 題



靜電紡絲

紡絲液體的黏度、表面張力和電導率;操作條件的電壓、流體速度、溫度等等
靜電紡絲纖維形成的無紡布是一種有納米微孔的多孔材料;射流具有不穩定性

只能得到無紡布;產量很低(1mg/h~1g/h);多數條件下,靜電紡絲纖維的強度很低。



低溫等離子放電



極化電壓、極化溫度、極化時間等


實現高儲存電荷密度(1.4×10-3C/m2);沉積電荷的密度出現明顯的離散性;設備簡單,操作方便,充電效率高等。


充電電荷僅能沉積于樣品的近表

面;電荷密度的橫向均勻性和充電電荷的穩定性比低能電子束轟擊略差。



摩擦起電


摩擦形式、表面平滑度、摩擦速度、摩擦力等


摩擦起電機理復雜;兩種材料需要接觸和分離;對材料的電性能有要求等。
摩擦起電的產生機理至今還不完全清楚;相對濕度、纖維的吸水率、溫度對纖維材料的靜電性能有明顯的影響。




熱極化



極化電場、極化溫度、極化時間等

極化電場直接影響熱駐極體內捕獲電荷的活化能,熱極化后出現異號電荷,儲存(或老化)過程中異號電荷向同號電荷轉化;熱駐極體的電荷密度為3×10-6~1×10-4C/m2



熱駐極體受存放溫度的影響;最大電荷密度依賴于氣壓和相對濕度。



低能電子束轟擊



電子束電流密度、轟擊時間等

通過控制電子束能量和注入的束電流能精確地控制注入沿厚度的電荷層平均深度及電荷密度,從而可能研究在受控條件下空間電荷的分布及其衰減規律。



操作過程較為復雜等。

        駐極體空氣過濾材料要求材料的儲存電荷密度大,其電荷密度的儲存壽命長及儲存電荷穩定性強等等。而儲存電荷的穩定性主要取決于材料性質、充電方法、電荷分布狀態、儲存的環境條件等。根據上述要求,就靜電駐極體的性質而言,從表2中可得,低溫等離子放電法是目前最佳的靜電駐極方法;熱極化法在環境相對穩定時也是一種較好的靜電駐極方法;摩擦起電法要在試驗中進一步完善;靜電紡絲法需要科技的進一步發展;低能電子束轟擊法需要改進和簡化靜電駐極的工藝。
        近年來,高分子化學纖維生產技術的發展使得用駐極體纖維能生產出HEPA及ULPA過濾器。用作駐極體空氣過濾器的材料需要優異的介電性能,如高體電阻和表面電阻,高介電擊穿強度,低吸濕性和透氣率等。這類材料主要以高聚物為主的有機駐極體材料,如非極性材料:聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物等;極性材料或弱極性材料:聚三氟乙烯、聚丙烯(共混)及聚酯等。
        低溫等離子放電駐極方法所用的設備不是普通的表面極化處理電暈設備。電駐極設備中的電源為高壓脈沖電源,對電源的頻率、脈沖寬度、波形、幅度都有嚴格的要求。對電極也有特殊要求。蘇曼公司的電暈放電駐極系統駐極出的過濾材料單層過濾效果比未駐極的材料可以提高3倍以上,可大幅度提高材料的氣體過濾效率,使產品具有低阻、高效、高容塵等特點



圖片關鍵詞

低溫等離子放電駐極法放電駐極效果圖

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