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盘点高效低阻熔喷过滤材料的关键技术

时间:2020-05-22 18:08:22 来源: 丹江口市第一中学 作者: 赵有强 阅读:173

  口罩的原材料主要由纺粘非织造材料、熔喷非织造材料、热风非织造布、针刺非织造材料,以及耳带、鼻梁条等辅料构成。其中,熔喷非织造材料作为口罩的核心过滤层,具有纤维细度细(平均纤维直径2~4µm)、孔径小、比表面积大、孔隙率高等特点,使熔喷非织造材料具有一定的透气性与优良的过滤功能。

  熔喷非织造技术自1954年由美国海军研究所开发出来以来,国内外相关企业迅速将其转为民用。特别是我国,在经过2003年的“非典”、2009甲流H1N1以及2014年前后的雾霾事件后,熔喷非织造过滤材料技术快速发展,逐步建立起了由聚丙烯树脂原料、纺熔设备制造、纺粘/熔喷法生产、口罩加工等完整的工业制造体系,整体技术实力已达到国际先进水平。

  生产高效低阻熔喷过滤材料的关键技术主要有以下几点:

  01熔喷纤维直径微纳米化技术

  通过改良喷丝板结构设计与选用高熔指聚合物切片的方法,减小熔喷材料直径,提高过滤效率。

  例如一些先进的喷丝板的喷丝孔最小直径可达为0.10 mm,孔密度超过100孔/英寸(相当于3937孔/m),喷丝孔的长径比(L/D)可大于35,其熔体压力可达到10.4 MPa,有助于熔喷纤维的超细化生产。

  02驻极处理技术

  在熔喷过滤材料的产业化生产中,驻极技术尤为重要。驻极处理可在不影响材料物理结构和不增加过滤阻力的情况下,显著提高过滤效率。

  我国驻极技术种类较多,电晕驻极(Corona Charging)技术最为常见,另外还有水驻极与热气流驻极等技术。

  在一定工艺温度、湿度下电晕驻极,电荷可以从“浅阱”移动到“深阱”中,使电荷存储更加稳定;温度影响电荷迁移率,和电荷存储到材料内部的存储量。

  目前采用电晕驻极的熔喷非织造过滤材料(KN95口罩用面密度为40-50 g/m2),过滤阻力可低于90 Pa;过滤效率可以大于99%(过滤性能测试时采用的气体流量为85 L/min)。

  03聚合物改性技术

  通过无机物/有机物改性树脂的方法,增强驻极效果,可提高熔喷材料的过滤性能的时效性。

  采用聚合物改性及增能助剂添加技术,可突破熔喷非织造滤料存放时效短的共性技术问题,大大提升我国防护产品的战略储备能力。

  东华大学对增能助剂改性熔喷驻极口罩滤料(KN95口罩用面密度为50 g/m2)进行时效比对实验,结果显示存储前过滤效率为99.4%(气体流量为85 L/min),试样经8年密封储存后,2019年测得的过滤效率为97.05%,过滤效率值下降小于3%,驻极效果稳定,能够充分满足防护口罩长期战略储备的需求。

  5月6日发布的GB/T 38880《儿童口罩技术规范》,要求儿童防护口罩需在85 L/min测试流量下对非油性颗粒物过滤效率95%以上,同时在45 L/min下呼吸阻力不高于45 Pa;儿童卫生口罩在32 L/min测试流量下对非油性颗粒物过滤效率90%以上,对细菌气溶胶过滤效率95%以上,通气阻力小于30 Pa。

  上述指标对口罩滤材提出了较高要求,需要滤料生产企业具备一定的技术实力和生产经验积累,本次疫情期间新进熔喷行业的企业如果需要生产国标儿童口罩用滤材,需要加强专业理论、工艺技术、聚合物性能研究,或进行相关装备技术改造。

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