目前熔噴無紡布在過濾材料領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛,目前的駐極方法主要有靜電紡絲法、電暈充電法、摩擦起電法、熱極化法、低能電子束轟擊法等。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(zhì)亦大不相同。
熔噴無紡布本身的過濾性能其實(shí)只有70%以下的,純粹靠熔噴超細(xì)纖維的纖維細(xì)、空隙小、孔隙率高的纖維三維集合體的機(jī)械阻擋作用是不夠的。不然,一味增加材料克重厚度反而會(huì)大大增加過濾阻力。所以熔噴過濾材料普遍都是會(huì)通過靜電駐極的工藝對(duì)熔噴布進(jìn)行添加靜電電荷效應(yīng),利用靜電的方法提升過濾效率,可以達(dá)到99.9%到99.99%。也就是KN95標(biāo)準(zhǔn)。
駐極體空氣過濾材料利用纖維本身駐極性,對(duì)粉塵靜電吸附,捕獲細(xì)菌和病毒。以超細(xì)纖維三維聚集高孔隙率和纖維開放式靜電駐極體性能提供高效低阻的過濾品質(zhì)。駐極抗菌熔噴布的作用機(jī)理是駐極體產(chǎn)生的強(qiáng)靜電場(chǎng)和微電子流刺激細(xì)菌,使其蛋白質(zhì)和核酸變異損傷,破壞細(xì)菌的表面結(jié)構(gòu),導(dǎo)致細(xì)菌死亡,電氣石本身釋放負(fù)離子阻斷了一些細(xì)菌微生物的代謝過程,這包括呼吸系統(tǒng),酶的活性,來自細(xì)胞壁的物質(zhì)傳遞,從而抑制細(xì)菌細(xì)胞起到抗菌作用。
熔噴駐極過濾材料主要是通過機(jī)械阻擋和靜電吸附雙重作用來捕獲粒子。機(jī)械阻擋作用與材料的結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)密切相關(guān):當(dāng)熔噴布經(jīng)過電暈充電后帶有幾百到幾千伏電壓,由于靜電的排斥作用使纖維擴(kuò)散成網(wǎng)狀孔洞,纖維間的尺寸遠(yuǎn)大于粉塵的尺寸,從而形成一種開放式結(jié)構(gòu)。
當(dāng)粉塵經(jīng)過熔噴過濾材料時(shí),靜電作用不僅能有效吸引帶電粉塵粒子,而且以靜電感應(yīng)效應(yīng)捕獲極化的中性粒子。材料靜電勢(shì)越高,材料的電荷密度越大,帶點(diǎn)電荷越多,靜電作用越強(qiáng)。電暈放電能大大提高聚丙烯熔噴布的過濾性能。加入電氣石微粒能有效改善駐極效益,過濾效率增加,過濾阻力降低,纖維表面電荷密度增加,纖網(wǎng)貯存電荷能力也增強(qiáng)。加入6%的電氣石駐極綜合效果較好。太多駐極材料反而會(huì)增加載流子的移動(dòng)中和現(xiàn)象。
駐極工藝
隨著充電電壓的增加,熔噴駐極體材料表面靜電勢(shì)增大,這是因?yàn)殡S著充電電壓的增大,主機(jī)材料的極化電場(chǎng)增強(qiáng),到樣品表面的電荷增多,所以靜電勢(shì)增大。
隨著存放時(shí)間的增大,在駐極材料表面的靜電勢(shì)有所衰減,在不同的充電電壓下材料表面點(diǎn)時(shí)靜電衰減的趨勢(shì)相同,保留率相差不大,并且在30天左右趨于穩(wěn)定。這說明聚丙烯熔噴布有良好的靜電性能,充電電壓越大,電場(chǎng)強(qiáng)度越大,材料表面的靜電勢(shì)就越大,但是不能超過一定限度,如果充電電壓超過10Kv時(shí),就會(huì)出現(xiàn)火花放電仙此昂,導(dǎo)致材料被擊穿,所以應(yīng)謹(jǐn)慎選擇充電電壓。
駐極體空氣過濾材料要求材料的儲(chǔ)存電荷密度大,其電荷密度的儲(chǔ)存壽命長及儲(chǔ)存電荷穩(wěn)定性強(qiáng)等等。而儲(chǔ)存電荷的穩(wěn)定性主要取決于材料性質(zhì)、充電方法、電荷分布狀態(tài)、儲(chǔ)存的環(huán)境條件等。根據(jù)上述要求,就靜電駐極體的性質(zhì)而言, 電暈放電法是目前最佳的靜電駐極方法;熱極化法在環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定時(shí)也是一種較好的靜電駐極方法;摩擦起電法要在試驗(yàn)中進(jìn)一步完善;靜電紡絲法需要科技的進(jìn)一步發(fā)展;低能電子束轟擊法需要改進(jìn)和簡(jiǎn)化靜電駐極的工藝。
熔噴靜電駐極的工藝是事先在PP聚丙烯聚合物中加入電氣石、磷酸鋯、二氧化硅等無機(jī)材料,然后在卷布前通過靜電發(fā)生器針狀電極電壓5-10KV一組或多組電暈放電的方式對(duì)熔噴材料帶上電荷,施加高壓時(shí)針尖下方的空氣產(chǎn)生電暈電離,產(chǎn)生局部擊穿放電,載流子通過電場(chǎng)的作用,而沉積到熔噴布表面,一部分載流子會(huì)深入表層被駐極母粒的陷阱捕獲,從而使熔噴布成為駐極體過濾材料。
此電暈過程的電壓和相比高壓200Kv左右的放電是小了一點(diǎn),相比沒那么多臭氧產(chǎn)生。
充電距離和充電電壓的作用使反效的。隨著充電距離越遠(yuǎn),材料俘獲的電荷越少。
在常溫常濕條件下,PP熔噴駐極材料具有很好的電荷儲(chǔ)存穩(wěn)定性能,但是當(dāng)樣品在高濕環(huán)境時(shí),由于水分子中的極性基團(tuán),大氣中的異性粒子對(duì)纖維上電荷的補(bǔ)償效應(yīng),而造成電荷的大量損失。電荷隨著濕度增加下降,并且越來越快。
最后說幾個(gè)常見的熔噴調(diào)試幾個(gè)導(dǎo)致不達(dá)標(biāo)的小問題
1、聚丙烯溶脂不夠高(溫度過高時(shí)斷纖維過多)
2、模頭的精度不夠或者溫度略低(導(dǎo)致出絲不良,過高溫氣流無法完全伸展)
3、電極電壓不夠或者不穩(wěn)定(加多種靜電母?;蛘?,增大靜電場(chǎng)等)
各種應(yīng)對(duì)調(diào)試措施有正反面,整個(gè)檢測(cè)靈活調(diào)整單一控制變量測(cè)原因
未靜電處理的效率30-50。如果想到達(dá)80-90,必須做的很厚,這樣會(huì)影響呼吸性能,所以現(xiàn)在的口罩提高過濾性只能經(jīng)過靜電處理,當(dāng)然影響過濾性的因素還有很多。