静电纺纳米纤维空气滤材

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文章节选自《2016全国特种纸技术交流会暨特种纸委员会第十一届年会论文集》，根据论文“非织造布/木浆纸复合过滤材料的研究进展”节选编写，作者李月明。全文请参看特纸委第十一届年会论文集原文。

本文主要综述了非织造布/木浆纸复合过滤材料的研究进展，涉及的应用领域有重型车空气过滤、燃油过滤、反吹除尘、燃气轮机进气过滤等等。本篇介绍了静电纺纳米纤维空气滤材。

静电纺纳米纤维空气滤材

静电纺丝是当前制备纳米纤维的最主要方法，1966年Simons申请了由静电纺丝技术制备超薄、超细非织造纤维毡的专利。静电纺丝原理如图2所示，当外加电场施加于聚合物溶液时，同种电荷斥力将克服液滴表面张力形成泰勒锥，电压超过临界值后液滴会喷出形成射流，带电射流在电场力作用下不断鞭动和分裂，伴随着溶剂挥发最后在收集器上固化成纳米纤维，形成非织造纳米纤维毡。

图2 静电纺丝原理示意图

纳米纤维毡力学性能较差，一般使用现有滤材作为接收基材，这样不仅改善传统滤材的性能，也解决了纳米纤维毡强度的问题。Donaldson在上世纪80年代开始将纳米纤维推向滤材市场，其纳米纤维基材主要是木浆纸与PET纺粘非织造布，如图3所示。目前Donaldson的纳米纤维产品主要是除尘滤筒用Ultra-Web®、燃气涡轮滤筒用Spider-Web®和重型车空滤Donaldson EnduranceTM。

众所周知气体过滤可以分为表面过滤和深层过滤，上述Donaldson的纳米纤维滤材就是典型的表面过滤。由于纳米纤维毡的极小孔径和吸附作用，颗粒污染物在纳米纤维层表面不断沉积，形成滤饼。当滤材阻力达到设定值后，设备就启动反吹气流或者机械震荡，尘饼在外力作用下脱离滤材表面，这样可以显著提高滤材使用寿命。

图3 Donaldson Ultra-Web®滤材（左：木浆纸基材，右：PET基材）

近年来Ahlstrom、Finetex等也相继推出纳米纤维表面过滤产品，我们对纳米纤维表面过滤材料也进行了深入研究，成功制备了纳米纤维木浆纸复合滤材，耐压缩空气反吹，过滤精度高，可达F9级别。复合滤材SEM如图4所示。

图4 仁丰特材纳米

纤维表面过滤材料

目前静电纺纳米纤维滤材已逐渐拓宽到深层过滤领域，例如Fibrane、PGI等就推出了纳米纤维深层过滤材料。纳米纤维能显著提高过滤材料的过滤精度而不大幅增加压降，克重一般小于0.3g/m2。其结构设计如图5所示，迎风面第一层是熔喷层，提供预过滤作用，增加滤材整体容尘量。纳米纤维主要是提高滤材整体过滤精度，基材主要是满足滤材整体物理性能要求，起承载和保护纳米纤维的作用。