1、醫用防護口罩熔噴濾料外置式駐極性能研究周 晨1 劉 超1 靳向煜1(1. 東華大學 產業用紡織品發展中心，上海，201620）摘 要：本文以未駐極的超細纖維熔噴聚丙烯過濾材料為原料，對其進行外置式電暈駐極處理。通過改變駐極電壓、駐極時間和正反面駐極，來分析討論不同的駐極工藝參數對濾料透氣性能和過濾性能的影響。同時還將駐極濾料分別存儲在室溫（溫度1623°C，濕度60%87%）480小時和960小時，比較分析儲存時間對熔噴材料電荷穩定性的影響。結果表明：當駐極電壓升高、駐極時間延長，濾料的透氣性能下降；隨著駐極電壓上升以及正反面駐極，濾料過濾效率上升；但隨著駐極時間的延長，濾料的過濾效

2、率先上升后稍有下降；而存儲時間延長濾料的過濾效率下降。 關鍵詞：醫用防護口罩，熔噴，過濾效率，外置式駐極處理，電暈駐極中圖分類號： TS 131.9 文獻標志碼： The study of electret performance of melt-blow nonwoven material as medical protective mask ZHOU Chen1, LIU Chao1, JIN Xiangyu1(1. The Development Centre of Industrial Non-woven Material , Shanghai 201620, China)In thi

3、s experiment the melt-blown material were processed with external corona electret with different process parameter, such as voltage,time, and different sides.Through this we can analyse and discuss the effect of different parameters on the air permeability performance and filter performance. In addi

4、tion,we keep the filter material under the normal condition for 480 and 960 hours, then we analyse the stability of the charges . In conclusion when I raise the voltage and time the breathe performance will weaken; but the filter performance improved as I raise the voltage, two sides; when I process

5、 the material for a longer time, the filter performance will raise first then weaken for a little;when I keep filter material for a longer time ,the charge will weaken and exhibit a lower lever of filter performance.Key words : Medical mask, Melt-flown material, External filter performance, Electret

6、 treatment5 / 5文檔可自由編輯打印 流感等一些呼吸道傳染病正嚴重危害人類的健康。流感因其病原體變異快、傳播速度快、人群普遍易感染、控制難度大等原因易發生世界范圍內的大流行，如SARS和甲型H1N1流感病毒。如何降低流感病毒的擴散速度，阻斷帶病毒粉塵顆粒進入呼吸道，最簡單有效也是最基本的方法就是使用醫用防護口罩1，這也是世界衛生組織建議民眾所采取的措施。人們對醫用口罩的過濾阻隔性能要求更加嚴格，熔噴過濾材料是防護口罩過濾層的最佳選擇。而駐極處理可在不增加熔噴濾料呼吸阻力條件下，大幅度提高過濾效率，因此對熔噴濾料駐極性能的研究顯得尤為重要。 本文以未駐極的超細纖維熔噴聚丙烯過濾材料為

7、原料，對其進行外置式電暈駐極處理。通過改變駐極電壓，駐極時間和正反面駐極，來分析討論不同的駐極工藝參數對濾料透氣性能和過濾性能的影響。同時還將駐極濾料分別用密封袋密封，存放在室溫條件（溫度1623°C，濕度60%87%）480小時和960小時，比較分析儲存時間對熔噴材料電荷穩定性的影響。1 實驗1.1 實驗原料原料為面密度12.28g/m2，厚度0.19mm的未駐極超細纖維聚丙烯熔噴濾料。1.2 駐極處理內置式駐極處理時，濾料不易被電擊穿，但是電場強度分布不勻4，因此本實驗采用外置式駐極處理。將0.25m寬，2m長的的未駐極熔噴濾料卷繞在滾筒上，打開高壓靜電發生器，產生的電壓通過極板

8、針尖放電，使針尖附近形成很強的電場，針尖附近的空氣分子被電離成正負離子，這些正負離子會頻繁的發生復合，電極尖端就會輻射出淡紫色的電暈光輝，此時針尖下的物體就會受到電場的作用，產生駐極效果，如圖1所示。實驗中熔噴濾料在滾筒上一方面隨著滾筒轉動，一方面隨著橫板橫移，以均勻地接受駐極處理，整個駐極處理過程呈螺旋形。 作者簡介：周晨，女，1988年生，在讀碩士研究生。主要研究方向：駐極處理。1.3 實驗方法(1) 透氣量測試:參照標準GB/T5453-199，采用FX3300Textest透氣測試儀。(2) 過濾效率測試：參照標準GB2626-2006，采用鈉焰法氣溶膠濾料效率檢測儀，Nacl質量中值

9、直徑(MMD)<0.3µm，粒數中值直徑(CMD)< 0.075µm。過濾效率計算公式：式中：-過濾效率(% )；K-透過率；A 1-濾前試驗塵的光電流值；A 2-濾后試驗塵的光電流值；A 0-測試儀的本底光電流值；-測試儀的自吸收系數。2 結果與討論 本實驗將未經駐極處理的濾料，通過改變駐極電壓，駐極時間及正面和正反面駐極等實驗參數進行電暈駐極處理。采用的參數分別是駐極電壓20kv、25kv、30kv、45kv、60kv；駐極時間11s、22s、33s、66s；正面、正反面駐極；并且將駐極后的濾料在室溫（溫度1623°C，濕度60%87%）條件下儲存

10、480小時和960小時。通過測試不同駐極條件下熔噴濾料的透氣量和過濾效率，分析不同工藝參數下駐極處理對熔噴濾料過濾性能的影響。2.1 駐極電壓對濾料性能的影響有關研究顯示，駐極前后濾料的透氣性能不發生改變。但本實驗數據發現未駐極濾料與駐極濾料相比，透氣量發生了變化，如圖2所示。從駐極原理角度出發：通過正壓駐極，材料的表面和近表面積聚了大量的正電荷，由于同種電荷相互排斥，導致了纖維之間的移動，使濾料形成開放型結構，增大了濾料的透氣量。但是隨著駐極電壓的增加，透氣量呈現下降的趨勢，主要原因是通過高強度的駐極處理，增大了濾料表面電荷面密度，使纖維表面的短纖維、細纖維等豎立傾斜，阻擋了氣流的正常穿透，

11、使濾料的透氣性能下降。未駐極的濾料主要依靠機械作用來達到阻隔的目的。本實驗使用的未駐極熔噴濾料的過濾效率只有30.16%，僅稍高于傳統紗布平面口罩。而經駐極處理后濾料的過濾效率發生了跳躍性變化，從30.15%增到80%左右，通過駐極處理使濾料帶上了持久的靜電荷，能大量吸附極化粒子，使過濾效率急劇增加。并且隨著駐極電壓的上升，過濾效率呈現上升的趨勢，原因是駐極過程中，在相同的時間內濾料表面積聚的電荷數量增加，表面電位提高，使濾料形成更開闊的開放型結構，增強了對粉塵的捕捉效果；并且濾料表面的電荷密度增大，對顆粒的吸附極化作用增強，所以過濾效率隨著駐極電壓的增大而上升。圖1 電暈駐極原理示意圖圖2

12、駐極電壓與透氣量的關系曲線圖3 駐極電壓與過濾效率的關系曲線2.2 駐極時間對濾料性能的影響本實驗采用無柵電暈駐極，駐極開始時，表面電荷面密度不均勻，電荷密度較大的地方，電荷的排斥作用強烈，濾料表面形成較大的開放型結構，其孔隙變大，因此透氣性能增大；當駐極時間延長，沉積的電荷密度比較均勻，各個微小孔隙內電荷的排斥作用相差不大，因此纖維又慢慢回復到原來的位置，其孔隙變小，透氣性能下降，甚至低于未駐極濾料的透氣性能，如圖4曲線所示。原因在于長時間駐極使濾料表面的短小纖維豎立傾斜，阻擋了氣流的正常通過，并且有可能長時間的駐極處理，對濾料造成了一定程度的損傷。駐極時間和駐極電壓是影響駐極效果的兩個重要

13、在線工藝參數，但是與上組中駐極電壓的影響效果不同：駐極開始時，隨著駐極時間的增加，沉積的等效面電荷密度增大，駐極體表面的電勢升高，使駐極體的吸附和極化作用增強，但隨著駐極時間再增加，濾料表面電位足夠高時，針尖下方的電荷將被排斥向其他電荷密度較小的地方移動2。當駐極結束時，其電荷面密度達到飽和狀態，因此駐極時間再增長時，濾料的過濾效率無明顯變化。圖4 駐極時間與透氣量的關系曲線圖5 駐極時間與過濾效率的關系曲線2.3 放置時間對濾料過濾性能的影響 在放置過程中，濾料的表面結構并沒有發生變化，濾料的透氣性能的變化不大，但是濾料的過濾效率卻發生了變化，如圖6所示。通過電暈駐極處理，聚丙烯濾料含有2種

14、電荷：1）空間電荷：介質外面經施加的電場通過排斥作用，空間電荷被束縛在聚丙烯相鄰原子基團和結晶與非結晶區域；2）極化電荷：駐極過程中，聚丙烯晶粒的2個端面產生Maxwell-Wagner效應，積聚相反的電荷，形成極化3。但是這兩種電荷不能長期穩定存儲在濾料中，聚丙烯材料有一定的導電性，并且在存儲過程中表現出受外界濕度影響，這不利于空間電荷的存儲，因此，存儲過程中空間電荷會逐漸減少，而極化電荷將一直存儲在濾料中，從嚴格意義而言，濾料的過濾效率會呈現下降的趨勢。圖6 放置時間與過濾效率的關系曲線2.4 正反面駐極對熔噴濾料性能的影響 從實驗中的數據得出,正面駐極濾料，其正面的過濾效率都要比反面(未

15、駐極面)的過濾效率大，原因是電暈駐極時電暈場對氣流離子激發有限的束能，充電的電荷只能沉積在材料的表面和近表面2，因此正面沉積的電荷要比反面多，正面的吸附靜電作用要相對強一點；正反面駐極的的濾料其正反面的過濾效率比正面駐極要高，如表1所示，原因在于：1）正反面駐極之后聚丙烯晶體表面Maxwell-Wagner效應增強，使濾料內部的極化電荷增多；2）正反面駐極之后，濾料兩面都集聚了大量的電荷，因此正反面駐極的濾料過濾效率比較好，但是這種差別比較小。表1 單雙面駐極對熔噴濾料性能的影響樣品編號駐極電壓(kv)正反面正面過濾效率反面過濾效率330正面84.04%82.82%1830正、反面89.06%88.4%225正面77.3%76.78%2025正、反面87.4%86.84%3 結論超細纖維熔噴過濾材料是醫用防護口罩最常見的過濾層原料，而駐極處理是提高熔噴濾料過濾效率最好的方法，且在提高過濾效率的同時不增加呼吸阻力。通過駐極處理之后，無論是透氣性能和過濾性能都有所改善，并且在選擇不同的駐極電壓、駐極時間、正反面駐極時，會得到不同效果的透氣和過濾性能，本實驗討論了不同駐極工藝參數對熔噴濾料透氣性能和過濾性能的影響趨勢。參考文獻： 1 劉超，靳向煜，陳孝兆.醫用自吸過濾式流感防護口罩 的結構與性能. 產業用紡織品， 2009，12：28-322 江健，夏鐘福，