眾所周知，熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料由于具有特殊的靜電作用而顯現(xiàn)出低流阻、高效率等優(yōu)點，尤其對０．０５～３μｍ 大小的粉塵粒子具有突出的捕獲能力［１，２］，是美國國家職業(yè)安全和健康協(xié)會推薦使用的 Ｎ９５、Ｒ９９和 Ｐ１００系列和歐盟認可的 ＦＦＰ１、ＦＦＰ２和ＦＦＰ３系列呼吸防護面罩使用的主要過濾材料。國際標準化組織也將其作為過濾器中高效過濾材料的推薦產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的空氣過濾材料不同，熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料的過濾性能對粉塵粒子的化學性質(zhì)非常敏感。無論是帶電和不帶電的粉塵粒子，都顯示出特別高的初始過濾效率，但隨著材料被粉塵粒子所覆蓋，過濾特性會因粉塵粒子化學性質(zhì)的不同而發(fā)生改變，如油性粒子可引起駐極體電荷快速衰減，從而引起過濾效率急劇下降［３］。因此，研究在特殊環(huán)境下空氣過濾材料的性能和穩(wěn)定性對其應(yīng)用至關(guān)重要。國際標準化組織在一般過濾器標準草案中已明確提出將異丙醇浸泡去電荷試驗（ＩＰＡ實驗）列為規(guī)范性內(nèi)容。歐洲標準ＥＮ７７９規(guī)定，過濾器試驗報告除給出正常情況下的過濾效率外，還要給出經(jīng)異丙醇ＩＰＡ 處理靜電全薦產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的空氣過濾材料不同，熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料的過濾性能對粉塵粒子的化學性質(zhì)非常敏感。無論是帶電和不帶電的粉塵粒子，都顯示出特別高的初始過濾效率，但隨著材料被粉塵粒子所覆蓋，過濾特性會因粉塵粒子化學性質(zhì)的不同而發(fā)生改變，如油性粒子可引起駐極體電荷快速衰減，從而引起過濾效率急劇下降［３］。因此，研究在特殊環(huán)境下空氣過濾材料的性能和穩(wěn)定性對其應(yīng)用至關(guān)重要。國際標準化組織在一般過濾器標準草案中已明確提出將異丙醇浸泡去電荷試驗（ＩＰＡ實驗）列為規(guī)范性內(nèi)容。歐洲標準ＥＮ７７９規(guī)定，過濾器試驗報告除給出正常情況下的過濾效率外，還要給出經(jīng)異丙醇ＩＰＡ 處理靜電全部消除后的過濾效率。在本文前期工作中已報道了甲醛、乙醇、異丙醇、丙酮等溶劑浸泡對過濾性能的影響，證明了溶劑溶脹作用是影響駐極體電場穩(wěn)定性的主要因素［４，５］，但氣溶膠化學性質(zhì)對過濾性能的影響規(guī)律還未見報道。熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料的另一個特點是其最 易 透 過 粒 徑 （ｍｏｓｔ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ，ＭＰＰＳ）與傳統(tǒng)的非駐極體空氣過濾材料不同。根據(jù)傳統(tǒng)過濾機理，非駐極體空氣過濾材料的 ＭＰＰＳ值大約在０．３μｍ 左右，但 Ｅｎｉｎｇｅｒ［６］和 Ｒｅｎｇａｓａｍｙ等［７］對以熔噴聚丙烯駐極體為主要過濾材料的 Ｎ９５和 Ｎ９９口罩的研究表明，對未帶電或具有 Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ荷電分布的氣溶膠，其 ＭＰＰＳ≤０．１μｍ。他們認為 ＭＰＰＳ值的改變就是由于駐極體空氣過濾材料荷電產(chǎn)生的靜電效應(yīng)所致，但這些研究沒有將 ＭＰＰＳ值的改變與氣溶膠性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。為了更全面了解氣溶膠性質(zhì)對駐極體空氣過濾材料過濾性能的影響，本文以熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料為研究對象，測定了其暴露在離子型氣溶膠下的過濾特性，比較了氣溶膠粒子粒徑、荷電特性及流動速率對過濾性能的影響規(guī)律，分析了慣性效應(yīng)、擴散效應(yīng)和靜電效應(yīng)對氣溶膠捕獲能力的貢獻，并據(jù)此進一步推斷出不同性質(zhì)氣溶膠的過濾機理。本文所用熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料來自浙江朝暉過濾技術(shù)股份有限公司。駐極態(tài)的獲得采用線對面電暈充電的方法。過濾效率測試在自行設(shè)計的試驗臺上進行，其流程如圖１所示。該試驗臺針對不同性質(zhì)的氣溶膠采用不同的氣溶膠發(fā)生器，并采用相同的空氣稀釋器。氣溶膠的荷電特性采用Ｋｒ－８５型靜電中和器控制（Ｍｏｄｅｌ３０５４，ＴＳＩ　Ｉｎｃ．，ＵＳＡ）。離子型氣溶膠粒徑分布采用撞擊器控制。氣溶膠流動速率通過變頻器控制抽風機風量進而控制管道中氣溶膠流量的大小來實現(xiàn)。除非特別指出，氣溶膠流動速率為５．３ｃｍ／ｓ，粒徑分布測量采用 ＷＰＳ 寬 范 圍 顆 粒 粒 徑 譜 儀 （１０００ ＸＰ，ＭＳＰＣｏｒｐ．，ＵＳＡ），測 量 的 氣 溶 膠 粒 徑 范 圍 為 １０～１０００ｎｍ。氣溶膠濃度采用激光粒子計數(shù)器測量。當實驗氣溶膠上下游濃度分別為Ｃｕ、Ｃｄ 時，過濾效率由下式計算：為了研究熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料對不同性質(zhì)氣溶膠粒子的捕獲特性，測定了氣溶膠為 ＤＥＨＳ和 ＫＣｌ時不同單位質(zhì)量的樣品（２０、４０和６０ｇ／ｍ２）對不同粒徑氣溶膠粒子的過濾效率，結(jié)果示于圖２和３。趨勢相同，即隨著樣品單位質(zhì)量的增加，過濾效率增不同。單位質(zhì)量２０ｇ／ｍ２ 的熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料對 ＫＣｌ氣溶膠的過濾效果明顯優(yōu)于 ＤＥＨＳ氣溶膠，尤其對小粒徑粒子。如粒子粒徑為０．４３μｍ 時，對 ＫＣｌ氣溶膠的捕獲效率為９４．４％，對ＤＥＨＳ氣溶膠的捕獲效率為８７．４％，兩者差值僅７．０％。而當粒子粒徑為０．０８μｍ 時，ＫＣｌ氣溶膠的過濾效率為８７．９％，而 ＤＥＨＳ氣溶膠過濾效率只有６３．０％，兩者差值高達２４．９％。這一結(jié)果顯示，對大粒徑粒子，熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料對 ＤＥＨＳ和 ＫＣｌ的過濾性能差別不大，但對小粒徑粒子，其對 ＫＣｌ的過濾性能明顯優(yōu)于 ＤＥＨＳ；（２）當實驗氣溶膠為 ＤＥＨＳ時，在粒徑為條件下的最易透過粒徑（ＭＰＰＳ）。實驗氣溶膠為 ＫＣｌ時在測試粒徑范圍內(nèi)則沒有這一現(xiàn)象。眾所周知，一般傳統(tǒng)的空氣過濾材料（又稱非駐極體空氣過濾材料），經(jīng)典的單纖維過濾理論其 ＭＰＰＳ值在０．３μｍ 附近。熔噴 聚 丙 烯 駐 極 體 空 氣 過 濾 材 料 的 ＭＰＰＳ 值氣溶膠 ＤＥＨＳ在不同流動速率（５．３、１０及１５ｃｍ／ｓ）下熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料的過濾效率與粒子粒徑的關(guān)系如圖４所示。從圖４可以看出，隨著流動速率的增加，過濾效率下降。流動速率為５．３ｃｍ／ｓ時，過濾效率最高，１０ｃｍ／ｓ次之，而流動速率為１５ｃｍ／ｓ時過濾效率最低。其原因與氣溶膠粒子在空氣過濾材料中的滯留時間有關(guān)。流動速率越慢，滯留時間越長，粒子就有更多的機會撞擊纖維，因此過濾效率就更高。由圖４還可看出，不管流動速率是快還是慢，最易透過粒徑（ＭＰＰＳ）值都在０．０８μｍ 附近，小于經(jīng)典過濾理論０．３μｍ，而且流動速率越快，ＭＰＰＳ現(xiàn)象越明顯。ｓｉｚｅ　ｂｙ　ｃｌａｓｓｉｃａｌ　ｓｉｎｇｌｅ－ｆｉｂｅｒ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　　將圖５與２所示的ＤＥＨＳ為實驗氣溶膠時粒徑與過濾效率的關(guān)系進行比較可看出，兩者的變化趨勢相似。隨著氣溶膠粒子粒徑的減小，過濾效率降低，并出現(xiàn) ＭＰＰＳ現(xiàn)象。主要差別在于 ＭＰＰＳ值不同，圖５在出，ＭＰＰＳ值的減小是由于靜電效應(yīng)所致。當實驗氣溶膠為 ＤＥＨＳ時，過濾機理中慣性效應(yīng)、擴散效應(yīng)和靜電效應(yīng)同時存在，以慣性效應(yīng)、擴散效應(yīng)為主，而靜電效應(yīng)則起輔助作用。圖３的實驗氣溶膠為 ＫＣｌ，在粒徑測試范圍內(nèi)未出現(xiàn) ＭＰＰＳ現(xiàn)象，而且大粒徑和小粒徑的過濾效率變化不大，這說明此時過濾機理中靜電效應(yīng)大于慣性效應(yīng)和擴散效應(yīng)，靜電效應(yīng)成為主要的過濾機理。ＤＥＨＳ和 ＫＣｌ氣溶膠之間的這種差別，可從兩者性質(zhì)的不同得到解釋。ＫＣｌ是離子型化合物，其氣溶膠粒子可用如圖６所示的膠團結(jié)構(gòu)來描述。由圖６可見，無論粒子大小如何，氣溶膠粒子都是荷電的。因此，氣溶膠與駐極體纖維之間始終存在著強烈的靜電相互作用，因此過濾機理以靜電效應(yīng)為主。而 ＤＥＨＳ是極性非離子型化合物，溶膠分子團聚成溶膠粒子時，由于分子間的庫侖作用，溶膠粒子通常是電中性的。當與駐極體空氣過濾材料接觸時，在駐極體靜電場的作用下，溶膠粒子因極化而帶電。粒子隨粒徑的減小表面能增加，就更容易荷電。因此，駐極體過濾材料對 ＤＥＨＳ小粒徑顆粒子捕獲能力差別較大，對離子型氣溶膠 ＫＣｌ的捕獲能力明顯優(yōu)于極性非離子型氣溶膠 ＤＥＨＳ。其原因與駐極體空氣過濾材料所具有的特殊過濾機理有關(guān)。ＫＣｌ用作實驗氣溶膠時，過濾機理以靜電效應(yīng)為主，不出現(xiàn)ＭＰＰＳ現(xiàn)象；ＤＥＨＳ用作實驗氣溶膠時，與經(jīng)典單纖維過 濾 機 理 相 似，出 現(xiàn) ＭＰＰＳ 現(xiàn) 象，但 其 粒 徑 值為０．０８μｍ，遠遠小于經(jīng)典的單纖維過濾值０．３μｍ，過濾機理仍以慣性效應(yīng)和擴散效應(yīng)為主，以靜電效應(yīng)為輔。熔噴聚丙烯駐極體空氣過濾材料的高過濾效率很大程度上依賴于其所帶的駐極體電荷。