熔喷布不达标的重要原因之一:静电吸附作用不够


发布时间:2020-04-29 11:25 浏览量 1941 views
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摘要: 口罩过滤的原理,主要是利用静电吸附以及纤维排列后对超细颗粒和飞沫的阻隔,口罩中间的荷电层对于携带病毒细菌等微粒或飞沫防护起到重要作用。

口罩一般为3层及以上。内外层材料,多为聚丙烯纺粘无纺布材料,纺粘无纺布的颗粒物过滤效率很有限,主要起机械支撑作用;中间层起到颗粒物过滤作用的为驻极聚丙烯熔喷无纺布材料,该材料可以利用静电作用吸附颗粒物,从而大大提高过滤效率。

医用口罩大部分为自吸式过滤口罩,其工作原理是使含有害物的空气通过口罩的滤料过滤后再被人吸入或者呼出。口罩滤料的过滤机理主要有以下几种:

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滤料纤维过滤机制示意图

1、扩散沉积

粒子布朗运动扩散位移到过滤纤维,受分子引力作用而被吸附。最易捕捉小尺度粒子、细纤维和低速运动的粒子。

2、截留沉积

随气流运动的较大粒子被过滤材料的机械筛滤作用截留。粒子直径与滤膜纤维的直径的比率影响拦截效率。

3、惯性沉积

粒子通过过滤材料弯曲的网状通道时,粒子由于惯性作用脱离气流撞击过滤纤维,并受分子引力作用被截留。大粒子、高密度、速度快时截留效果好。

4、静电吸引沉积

粒子被过滤纤维的静电作用产生的沉积。

颗粒越小时,1、4沉积效应越强,颗粒越大时,2、3效果越好,所以并非越小的颗粒越难被过滤。综合4种过滤机制的协同作用,普通机械性滤料最易穿透粒径的范围是0.1µm~0.3µm。

荷电再生让每只口罩发挥最大效能

“口罩过滤的原理,主要是利用静电吸附以及纤维排列后对超细颗粒和飞沫的阻隔,口罩中间的荷电层对于携带病毒细菌等微粒或飞沫防护起到重要作用。”中国工程院院士、北京化工大学教授陈建峰说,口罩使用过程中,因细菌病毒在静电层的沉积以及哈气(水汽)等导致荷电层静电的消除,都会损伤其过滤效果,甚至失效。

简言之,口罩用一段时间就得废弃,是因为口罩中层静电过滤作用失效了。陈建峰表示,应急中若想重复使用口罩,需着重考虑两个问题:一是如何杀死或去除沉积到口罩上的新冠病毒等病毒细菌;二是如何为中间静电层补充静电。

自2月以来,在科技部应急攻关项目支持下,由陈建峰牵头,紧急组织全国优势产学研力量,围绕“可重复使用防护口罩关键技术及产业化”重大需求开展应急科研攻关。

“口罩可重复使用的关键技术问题之一,就是在不破坏口罩材料及微观结构的情况下,重新恢复口罩过滤层电荷或将外界电荷转移过滤层,即荷电再生。”口罩荷电再生重复使用技术负责人、北京化工大学教授王丹解释说,针对非医疗环境下普通口罩的重复使用,研究团队提出口罩荷电再生技术,通过“热水灭毒、荷电再生、纸屑检验”3个步骤对口罩进行处理,就能实现应急情况下口罩的重复使用。

具体来说,将使用后的一次性医用无纺布口罩置于56℃以上的热水泡30分钟消毒处理,随后用普通电吹风机吹烘约10分钟吹干并荷电处理,再通过纸屑吸附检验,荷电成功便可再次使用。

针对4种广为使用的普通口罩——一次性医用口罩、医用外科口罩、韩国KF94口罩、国产KN95级防护口罩,研究团队按相应标准测试过滤效率,结果表明再生口罩与新口罩相比,过滤效率衰减0.6%—2.3%,满足相关口罩标准中过滤效率指标。

“以材质良好的KN95级防护口罩为例,我们开展了口罩耐高温性试验,经高压蒸汽灭菌,然后干燥处理荷电再生方法,结果表明再生口罩的过滤效率与新口罩相当。”王丹说,大量科学研究和技术成果表明,口罩重复使用是可行的。需要注意的是,再生口罩适用于较低风险暴露人员重复使用。

“我们对多种品牌的口罩实验后,验证了口罩荷电再生重复使用技术的有效性,解了防疫、复工的燃眉之急。”浙江闰土集团公司总经理徐万福说,之前公司为每个员工每天发放一个一次性医用口罩,后改为每人每3天发放一个,自2月20日至3月30日,共节约口罩12.25万只。

“口罩的可重复使用以及产业化,在保证安全的情况下,能让每一只口罩发挥最大效能。”在陈建峰看来,应急时期利用净化和重复使用技术“获得”的口罩,社会效益显著,缓解市场需求与供给矛盾的同时,能够节约资源、减少环境污染。

一只口罩能重复使用多少次?

现有的口罩标准,对口罩佩戴时间、使用次数等并无明确规定。

按照北京市相关要求,近日,北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室团队牵头制定了国际首个《可重复使用民用口罩》团体标准。该标准指出,可重复使用民用口罩应该耐受洗消不少于3次,累计佩戴时长不低于24小时,口罩无明显变形;过滤效率与KN90级口罩性能指标一致;存储时间不少于5年等。

“可重复使用口罩项目的科学研究和标准制定,既考虑到疫情防控的短期应急之需,也兼顾了长期战略储备的需求。”陈建峰说,项目团队会积极推广该技术,为全球抗疫提供科学方法。

根据山东锦工有限公司、新浪微博、搜狐、科技日报整理。

关键词 : 静电吸附 熔喷布
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