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基于PTFE高效滤料结构的容尘性能研究
作者:管理员    发布于:2017-05-27 14:05:26    文字:【】【】【

  建筑热能通风空调基于PTFE高效滤料结构的容尘性能研究刘鸿洋林忠平张万毅陈相玮同济大学机械与动力工程学院效滤料的容尘性能。实验结果表明,PTFE滤料样品的初阻力低于玻纤滤料50以上,但其容尘性能仍不及玻纤滤料。去除迎风面基材后的PTFE滤料在初阻力上几乎没有下降,但其容尘性能得到了一定的改善,在表面过滤阶段的容尘性能达到了玻纤滤料的水平。如果PTFE滤材能弃用迎风面基材,或对背风面和迎风面基材进行区分,采用填充率更低的材料作为迎风面基材,则PTFE滤材的容尘性能将得到进一步的改善。

  随着现代工业的不断进步,高效空气过滤技术得到了迅猛发展。相比传统的玻璃纤维高效滤料,较晚问世的PTFE(聚四氟乙烯)高效滤料具有初阻力较低但容尘性能偏弱的特点。PTFE滤料分为三层,处于中间层的PTFE薄膜用于保证过滤效率,上下两层无纺布基材起到保护和支撑作用。

  20世纪90年代末,D.Thomas提出纤维滤料的容尘过程可分为三部分,即深层过滤、过渡和表面过滤三个阶段。在阶段,粉尘会在纤维表面呈枝状积聚,过滤阻力会缓慢增加;在第三阶段,粉尘将在滤料表面呈层状堆积,过滤阻力会随着容尘量的增加而呈线性显著上升;而第二阶段则介于两者之间。其后也有多位学者分别采用了KCl、单分散PSL和钠盐气溶胶等不同尘源对该理论进行了验证。张昊和陈相玮通过实验得出,气溶胶的浓度、实验风量和温度不会影响滤料的容尘阻力曲线,而湿度则会影响滤料的容尘性能。

  由可得,在深层容尘阶段,玻纤和PTFE样品的阻力增长系数k2均在容尘开始后逐渐上升,直到进入表面容尘阶段后基本保持不变,其过渡阶段并不明显。在相同工况下,玻纤样品的初始k2值更低,在深层容尘阶段内的容尘量也更高,在容尘进入表面阶段后,其稳定k2值也明显低于PTFE样品。

  PTFE样品则有很明显的过渡阶段,即在阻力增长系数k2上升至高点后存在一段下降的过程,这和另外两种样品有明显的区别。为进一步探究PTFE样品的容尘过程,另制作三块PTFE样品,对其中两块样品进行容尘,使其阻力分别上升至位于k2上升段的200Pa和位于k2下降段的360Pa.外加未经容尘的PTFE样品以及终阻力为500Pa的块PTFE样品,通过对以上四块PTFE样品进行观察后结合PTFE样品的kr容尘量曲线可得到以下分析。

  在PTFE样品的k2值上升阶段,其PTFE薄膜表面并无粉尘,但薄膜层因为其内部容尘而变白,因此该阶段确为样品的深层过滤阶段。在去除了无纺布基材后,PTFE样品在深层容尘阶段的阻力增长系数较PTFE样品有所降低,其深层过滤阶段的容尘量也有所增加。在PTFE样品的k2值下降阶段,可以发现PTFE薄膜表面已逐渐出现了部分粉尘层,但并未覆盖整个PTFE薄膜表面,可确定该阶段为样品的过渡阶段。在PTFE样品的k2值稳定阶段,PTFE薄膜层上的KCl粉尘层已经完全覆盖了PTFE薄膜表面,且厚度有所增加,可确定该阶段为样品的表面过滤阶段。

  比较三种样品在表面过滤阶段的稳定k2值可得,PTFE样品和玻纤样品拥有相似的稳定k2值,而PTFE样品的稳定k2值则明显更高。分析各样品粉尘层形成的位置可知,玻纤样品的粉尘层形成于玻纤表面,PTFE样品的粉尘层形成于其PTFE薄膜表面。虽然PTFE样品的粉尘层同样形成于其PTFE薄膜表面,但是由于PTFE样品存在迎风面基材,所以粉尘其实是在基材的内部进行积聚的。因此,等量粉尘在基材内部堆积会产生更厚的粉尘层,且基材的填充率越高则粉尘层也会更厚,其稳定k2值也会更高。目前的PTFE滤料并不区分背风面和迎风面,两面均为相同的无纺布基材,但在实际应用中,两者的作用却并不一致。背风面基材起到支撑和保护PTFE薄膜的作用,而迎风面基材仅起到部分保护作用,更会影响到PTFE的容尘性能,因此PTFE滤料的迎风面基材存在一定的改进空间。

  4结论KC1容尘实验结果表明,PTFE滤料样品的初阻力低于玻纤滤料50°以上,但PTFE滤料的容尘性能仍不及玻纤滤料。虽然PTFE滤料和玻纤滤料在容尘过程中都存在深层过滤和表面过滤阶段,但PTFE滤料在深层过滤阶段的容尘量偏低,且其阻力增长系数在整个容尘过程中都高于玻纤滤料。PTFE滤料在去除迎风面基材后初阻力几乎没有下降,深层过滤阶段的阻力增长系数稍有降低,表面过滤阶段的阻力增长系数则显著下降至玻纤滤料水平,总体容尘性能得到了提升。如果PTFE滤材能弃用迎风面基材,或对背风面和迎风面基材进行区分,采用填充率更低的材料作为迎风面基材,则PTFE滤材的容尘性能将得到进一步的提高。

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