江海華, 柳靜獻(xiàn)
(1.中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì),北京 100027; 2.東北大學(xué),遼寧 沈陽(yáng) 110819)
作為GB/T 35754—2017《氣體凈化用纖維層濾料》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)受到業(yè)內(nèi)較大的關(guān)注,規(guī)定了纖維層濾料的定義、類型、規(guī)格、技術(shù)要求、檢測(cè)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、產(chǎn)品的標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯運(yùn)等內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)的制定為纖維層濾料的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和檢測(cè)、保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量創(chuàng)造了必要的條件,為監(jiān)督部門實(shí)施產(chǎn)品的檢驗(yàn)提供依據(jù),有利于用戶方便、正確地選用濾料,提高空氣凈化效果,促進(jìn)我國(guó)空氣凈化技術(shù)的發(fā)展以及推動(dòng)濾料產(chǎn)品行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,冶金、化工、建筑、醫(yī)藥、交通等越來越多的部門和行業(yè)對(duì)顆粒物凈化提出越來越高的要求,諸如燃?xì)廨啓C(jī)、各類汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、各類空調(diào)、汽車噴漆車間、制藥車間、電子及芯片生產(chǎn)車間等領(lǐng)域都需要對(duì)進(jìn)入其內(nèi)的空氣進(jìn)行顆粒過濾,以保護(hù)后續(xù)核心設(shè)備或提供潔凈的環(huán)境,過濾已成為這些部門與行業(yè)極其重要的環(huán)節(jié)。近年來,我國(guó)霧霾天氣影響范圍之廣、經(jīng)歷時(shí)間之長(zhǎng)、發(fā)生次數(shù)之頻已經(jīng)對(duì)人們的健康和有關(guān)設(shè)備造成新的危害與不良影響,對(duì)空氣過濾產(chǎn)品的壽命、效率和阻力提出了新的要求。
過濾材料是空氣凈化的關(guān)鍵,其性能決定了空氣凈化的效果。由于使用場(chǎng)所不同,過濾材料的性能和等級(jí)要求各異,通常分為粗效、中效、高中效、亞高效、高效等多個(gè)類別。但是,由于我國(guó)近年來不同部門、不同行業(yè)分頭引進(jìn)不同國(guó)家的過濾設(shè)備及與之配套的濾料,國(guó)內(nèi)各企業(yè)參照其要求分別自行研制、生產(chǎn)符合企業(yè)自行標(biāo)準(zhǔn)的過濾材料,造成歐洲系統(tǒng)、美國(guó)系統(tǒng)、不同分類標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)多個(gè)不同年代、多個(gè)不同分類標(biāo)準(zhǔn)多頭使用,形成了國(guó)內(nèi)使用企業(yè)產(chǎn)品混亂、標(biāo)準(zhǔn)混亂,制造、使用、維修都十分困難的局面。因此,該領(lǐng)域迫切需要制定科學(xué)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單易行、操作方便的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以便采用統(tǒng)一的測(cè)試方法及參數(shù)來評(píng)價(jià)其性能。
由原東北工學(xué)院(現(xiàn)東北大學(xué))開發(fā)、丹東毛毯廠和丹東天皓凈化材料有限公司等單位生產(chǎn)的纖維層濾料現(xiàn)已在氣體凈化中得到了廣泛應(yīng)用。1978年產(chǎn)品鑒定會(huì)時(shí)曾以“DV濾料”命名。其中“密度漸變化學(xué)纖維層濾料”于1981年獲國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí),生產(chǎn)這種濾料的廠家由于沒有可供遵循的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),各廠所用原料的類型、規(guī)格及其配比、生產(chǎn)工藝、檢測(cè)方法等不盡相同,相同名稱的濾料,其性能不僅有差異而且有時(shí)相差很大,影響濾料的正確選用和空氣凈化的效果,客觀上表現(xiàn)出了纖維層濾料的質(zhì)量似在下降的不正常情況。因此,中國(guó)產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會(huì)組織東北大學(xué)及其相關(guān)濾料企業(yè)制定了本標(biāo)準(zhǔn)。
(1)標(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂遵遁“面向市場(chǎng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時(shí)推出、及時(shí)修訂、不斷完善”的原則,標(biāo)準(zhǔn)的制訂、修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合,統(tǒng)籌推進(jìn)。
(2)充分發(fā)揮目前已具備的檢測(cè)技術(shù)水平,盡量采用現(xiàn)有的測(cè)試儀器及測(cè)試方法,以確保標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后,檢測(cè)專業(yè)機(jī)構(gòu)可以迅速開展工作。
本標(biāo)準(zhǔn)的制定為規(guī)范氣體凈化用纖維層濾料的分類、代號(hào)、規(guī)格、技術(shù)要求、特性指標(biāo)及其測(cè)試檢驗(yàn)方法,保證和不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、適應(yīng)正確選用空氣凈化用濾料的要求,推動(dòng)空氣凈化技術(shù)的應(yīng)用和水平的提高。標(biāo)準(zhǔn)適用于以纖維或樹脂為原料、采用非織造技術(shù)制成的氣體凈化用纖維層濾料。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的功能、使用環(huán)境及技術(shù)特征,標(biāo)準(zhǔn)名稱確定為:氣體凈化用纖維層濾料。
針對(duì)濾料的實(shí)際應(yīng)用,在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)其技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)定。
濾料外觀:濾料表面、纖維分布與粘結(jié)狀態(tài)。
濾料形態(tài)特性:濾料的單位面積質(zhì)量、厚度、幅寬、孔隙率和壓縮彈性率。對(duì)單位面積質(zhì)量、厚度、幅寬參數(shù),由于使用場(chǎng)所和條件不同,其絕對(duì)數(shù)值會(huì)不同。但這些參數(shù)的偏差表征了制造過程中產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定度,因此標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。
斷裂強(qiáng)力表征濾料的機(jī)械強(qiáng)度,是保證濾料結(jié)實(shí)耐用、不破損,決定濾料壽命的重要參數(shù),是濾料的核心指標(biāo),與纖維、克重、加工等參數(shù)相關(guān)。本標(biāo)準(zhǔn)按照濾料的分類對(duì)其進(jìn)行了規(guī)定。
透氣度是決定濾料初始阻力的表,其偏差是表征濾料質(zhì)量穩(wěn)定性重要參數(shù)。透氣度用其初阻力表示。如果某部位透氣度大,則該部分粉塵負(fù)荷大,在阻力過大時(shí)容易產(chǎn)生顆粒的穿透。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)透氣度偏差進(jìn)行了規(guī)定。
濾料的核心參數(shù)是初阻力、終阻力及過濾效率、容塵量。濾料的初阻力依據(jù)目前市場(chǎng)上眾多產(chǎn)品,在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試后提出。終阻力和過濾效率參考EN779標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合中國(guó)實(shí)際,尤其目前在機(jī)車和高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用,在眾多實(shí)驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)上,對(duì)其數(shù)值進(jìn)行規(guī)定。
容塵量按照容塵后到達(dá)絕對(duì)規(guī)定值或2倍初阻力時(shí)的容塵進(jìn)行測(cè)試與計(jì)算。由于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不同,要求最終達(dá)到的狀態(tài)也不同,因此為對(duì)容塵量進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。
濾料耐溫、耐腐,具有阻燃性能。針對(duì)特殊的應(yīng)用場(chǎng)所,有些濾料要求有一定的耐溫性、耐酸堿腐蝕以及阻燃性能,因此對(duì)這些性能進(jìn)行了規(guī)定。
大多數(shù)應(yīng)用中,都對(duì)材料的阻燃特性有一定的要求。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行了規(guī)定。
濾料的主要技術(shù)指標(biāo)包括濾料外觀、濾料形態(tài)、濾料變形特性及斷裂強(qiáng)力、濾料透氣度偏差、濾料過濾特性、濾料阻燃性能等。標(biāo)準(zhǔn)制定中采集了部分市場(chǎng)現(xiàn)有的濾料樣品,并進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試,數(shù)據(jù)列于下表中。
(1)濾料外觀。濾料表面潔凈、纖維分布均勻、無明顯結(jié)塊和傷痕;纖維間、纖維與基底間粘結(jié)牢固、均勻、無剝離現(xiàn)象;濾料凈氣側(cè)無堵塞和結(jié)疤現(xiàn)象。
(2)濾料的形態(tài)。濾料的形態(tài)特性包括濾料的單位面積質(zhì)量、厚度、幅寬、孔隙率和壓縮彈性率。部分樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
表1 部分樣品的單位面積質(zhì)量與偏差、厚度與偏差及壓縮彈性率等的平均值
(3)濾料變形特性及斷裂強(qiáng)力。部分樣品經(jīng)向和緯向強(qiáng)力數(shù)據(jù)見表2。
(4)濾料透氣度偏差。部分樣品經(jīng)向和緯向強(qiáng)力數(shù)據(jù)見表3。
表3 部分樣品的透氣度及其偏差平均值
(5)濾料過濾特性。包括濾料過濾效率及終阻力、濾料容塵量。部分樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。
表4 濾料阻力、效率及容塵量測(cè)試數(shù)據(jù)平均值
濾料的過濾性能是在過濾風(fēng)速為1 m/s的條件下測(cè)試的,選擇該風(fēng)速的理由如下:
(1)濾料是制造過濾器的基礎(chǔ)材料,過濾器在不同行為、不同場(chǎng)所,可能是千變?nèi)f化,使用濾料進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)過濾器的設(shè)計(jì)能夠滿足各種條件下的過濾器性能需求。為指導(dǎo)過濾器設(shè)計(jì),科學(xué)選擇、比較、評(píng)價(jià)適用濾料,需要在同一風(fēng)速條件下給出濾料的性能,以便相互間能夠比較,所以本標(biāo)準(zhǔn)選擇統(tǒng)一風(fēng)速進(jìn)行測(cè)試。
(2)標(biāo)準(zhǔn)起草中時(shí)速確定前,對(duì)數(shù)十家濾料及過濾器廠家的G1—F9眾多型號(hào)W型過濾器及袋式過濾器進(jìn)行了調(diào)研、測(cè)試和計(jì)算。根據(jù)過濾器的結(jié)構(gòu)和褶皺密度、袋數(shù)目不同,W型過濾器上濾料的實(shí)際穿透過濾速度為1 m/s、1.5 m/s、2 m/s、3 m/s(在1~3 m/s之間),袋式過濾器上濾料的實(shí)際穿透過濾速度在0.15~0.3 m/s之間。用1 m/s統(tǒng)一風(fēng)速條件來比較熱粘合纖維層濾料的過濾性能在工業(yè)上是可行的,有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用的基礎(chǔ)。
(3)與本標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)聯(lián)的、適合機(jī)械行業(yè)氣體過濾的《JB/T 10535—2006氣體凈化用非織造粘合纖維層濾料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)涉及的濾料類型與本標(biāo)準(zhǔn)類似,其濾速統(tǒng)一采用1 m/s,且經(jīng)過多年的使用,已經(jīng)得到行業(yè)的認(rèn)可。
(4)本標(biāo)準(zhǔn)作為過濾材料的標(biāo)準(zhǔn),盡可能向歐洲標(biāo)準(zhǔn)《EN779一般通風(fēng)用空氣過濾器——過濾性能測(cè)試》靠攏與兼容,但后者是過濾器標(biāo)準(zhǔn),而本標(biāo)準(zhǔn)是過濾材料,因此兩者之間還有所不同。EN779中過濾器的面風(fēng)速大約為2.55 m/s,對(duì)結(jié)構(gòu)不同的同一級(jí)別過濾器,其對(duì)應(yīng)的過濾材料的穿透過濾風(fēng)速也就不同。反過來,不同類型的濾料經(jīng)過科學(xué)設(shè)計(jì),有可能形成同一級(jí)別的過濾器。
標(biāo)準(zhǔn)中的某型號(hào)濾料例如G4濾料,通過過濾器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一定能夠做出符合EN779的G4過濾器;本標(biāo)準(zhǔn)中的F7濾料,通過過濾器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一定能夠做出符合EN779的F7過濾器……這已經(jīng)被眾多國(guó)內(nèi)濾料及過濾器企業(yè)的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用所證明,所以兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的兼容并不意味著完全一致。
使用統(tǒng)一的1m/s過濾風(fēng)速來比較、評(píng)價(jià)濾料性能,以便使過濾器設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過濾器時(shí)可以簡(jiǎn)單、方便的選擇適合的過濾材料,并經(jīng)過科學(xué)設(shè)計(jì)得到相應(yīng)的產(chǎn)品。
在對(duì)M和F系列計(jì)數(shù)效率測(cè)試時(shí),考慮到NaCl在中國(guó)較為常用,美國(guó)TSI公司的許多儀器也用NaCl作為顆粒源,從準(zhǔn)確度和精度上能夠保證,因此選用NaCl作為氣溶膠。對(duì)于NaCl的濃度,主要考慮發(fā)出的濃度使粒子計(jì)數(shù)器能夠檢出,而且誤差要小。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)不同的激光粒子計(jì)數(shù)器,其測(cè)量范圍變化很大,所以在附錄C“測(cè)試所用粉塵及氣溶膠”中濃度要求“低于粒子計(jì)數(shù)器允許重疊誤差水平濃度”,規(guī)定了氣溶膠的上限;在正文的測(cè)試步驟中要求“每次測(cè)量要保證粒子數(shù)大于500個(gè),如果達(dá)不到可適當(dāng)延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間或提高上游氣溶膠濃度”,規(guī)定了氣溶膠濃度的下限。
(5)濾料阻燃性能。阻燃型濾料于火焰中不應(yīng)產(chǎn)生火焰,離開火焰,陰燃自行熄滅,損毀長(zhǎng)度小于100 mm。
(6)耐溫性能。濾料在正常現(xiàn)場(chǎng)使用溫度下烘燥24 h后,測(cè)量其長(zhǎng)度、寬度、厚度,尺寸變化應(yīng)≤1%;經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和緯向斷裂強(qiáng)力不應(yīng)有下降;在3 m/s過濾風(fēng)速下保持5 min,不應(yīng)有損壞。
(7)耐腐性能。對(duì)存在酸堿腐蝕場(chǎng)所使用的濾料,應(yīng)進(jìn)行耐腐性能實(shí)驗(yàn)。濾料在60%硫酸溶液、40%的NaOH堿液或其他用戶指定的腐蝕性液體處理24 h后,其長(zhǎng)度、寬度、厚度,尺寸變化應(yīng)≤1%,經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和緯向斷裂強(qiáng)力下降≤5%。在3 m/s過濾風(fēng)速下保持5 min,不應(yīng)有損壞。
濾料常規(guī)參數(shù)的測(cè)試參考其他標(biāo)準(zhǔn)方法,比如單位面積質(zhì)量、厚度、幅寬、透氣度、斷裂強(qiáng)力、壓縮彈性率、阻燃特性等。濾料孔隙率通過濾料的單位面積質(zhì)量和厚度進(jìn)行計(jì)算。
關(guān)于濾料阻力與效率測(cè)試方法,合作研制和生產(chǎn)本纖維層濾料的單位,在前期多年采用“濾料樣品水平放置、氣流自上而下通過濾料”裝置測(cè)試的基礎(chǔ)上,總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于濾料性能測(cè)試方法優(yōu)缺點(diǎn),考慮現(xiàn)場(chǎng)過濾材料大多是“濾料豎直放置、氣流水平通過”的方式的基礎(chǔ)上,研制了專門測(cè)試?yán)w維層濾料性能的裝置測(cè)試儀。該裝置中濾料樣品豎直放置,塵氣自左至右水平穿過濾料。該方法中濾料的布局方式與EN779一致,其適用于一般通風(fēng)用過濾器進(jìn)行纖維層濾料的阻力,計(jì)重與計(jì)數(shù)效率和容塵量等多個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試,測(cè)試方法簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠、重復(fù)性能好。
(1) 基本定義。標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)本領(lǐng)域所用術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了定義3.1-3.11。
(2)濾料按結(jié)構(gòu)分類的方法。本標(biāo)準(zhǔn)既按纖維層濾料自身的一個(gè)重要特征——“密度”做了分類4.1,并參考業(yè)內(nèi)流行的EN779的分類方式,對(duì)濾料按照規(guī)格進(jìn)行了分類和命名,還按其過濾性能將濾料分為G1—F9共9個(gè)類別,其中G1又分為G1A和G1B。
(3)濾料檢驗(yàn)。濾料作為特殊產(chǎn)品,其性能直接影響著工業(yè)生產(chǎn)及人們的健康,對(duì)濾料產(chǎn)品出廠必須進(jìn)行檢驗(yàn),對(duì)新產(chǎn)品定型和革新必須進(jìn)行型式檢驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)的項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)定。
(4)產(chǎn)品標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸及存貯。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品的標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸及存貯進(jìn)行了規(guī)定。
(5)資料性附錄。標(biāo)準(zhǔn)把與測(cè)試相關(guān)的資料列在附錄,包括濾料材質(zhì)代號(hào)表,纖維層濾料性能測(cè)試儀結(jié)構(gòu)圖,測(cè)試所用粉塵及氣溶膠。本標(biāo)準(zhǔn)所涉及的產(chǎn)品從G1至F9,性能范圍寬,所用的場(chǎng)合、主要捕集的粉塵粒徑均不相同,故在參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,對(duì)不同類別的濾料所用粉塵進(jìn)行了規(guī)定。
以前國(guó)內(nèi)外沒有氣體凈化用纖維層濾料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),本標(biāo)準(zhǔn)在制定過程中主要參照了國(guó)內(nèi)GB/T 14295—2008《空氣過濾器》、GB 13554—2008《高效空氣過濾器》標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)參考了美國(guó)(NIOSH, 42 CFR Part 84,1995)標(biāo)準(zhǔn)、EN 14683:2005標(biāo)準(zhǔn)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)等標(biāo)準(zhǔn),指標(biāo)的設(shè)置可以滿足氣體凈化的使用需要。
我國(guó)已批準(zhǔn)實(shí)施了GB/T 14295—2008《空氣過濾器》(原GB/T 14295—93)、GB 13554—2008《高效空氣過濾器》(原GB 13554—92)、JG/T 22—2007(原GB 12218—89、JG/T 22—1999)《一般通風(fēng)用空氣過濾器性能測(cè)試方法》和GB 6165—2008《高效空氣過濾器性能試驗(yàn)方法(透過率和阻力)》(原GB 6165—85)。前述這些標(biāo)準(zhǔn)總體都是針對(duì)過濾器的,對(duì)其所用濾料雖提出了4~5項(xiàng)要求,但都比較原則(表5)。如過濾器所選用的濾料是生產(chǎn)廠家未給出檢測(cè)數(shù)據(jù)或未按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)加工制作與檢測(cè)的產(chǎn)品,未必能取得預(yù)想的凈化效果,甚至?xí)绊戇^濾器的性能;對(duì)于直接選用濾料自行進(jìn)行空氣凈化的用戶,其后果將更難設(shè)想。
濾料是實(shí)施空氣凈化的關(guān)鍵材料,只有從源頭上控制其質(zhì)量,方可保證其在空氣凈化中發(fā)揮應(yīng)有的作用。本標(biāo)準(zhǔn)不僅是實(shí)施上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充和保證,而且可為濾料生產(chǎn)廠提高產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大用戶和為一切利用纖維層濾料的用戶實(shí)施安全、可靠和高效的空氣凈化提供有效的保證,在已有上述標(biāo)準(zhǔn)的情況下,制定本標(biāo)準(zhǔn)是完全必要的。
與JB/T 10535—2006《氣體凈化用非織造粘合纖維層濾料》比較,該標(biāo)準(zhǔn)更趨向于和業(yè)內(nèi)最具知名度的歐盟標(biāo)準(zhǔn)《EN779一般通風(fēng)用空氣過濾器——過濾性能測(cè)試》的兼容。例如濾料的分級(jí)與EN779基本相同,并考慮了中國(guó)實(shí)際情況;考慮中國(guó)高鐵應(yīng)用把G1分為G1A和G1B,粗效過濾及容塵量測(cè)試考慮使用國(guó)內(nèi)容易獲得的氧化鋁粉塵等。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、參數(shù)有所變化,經(jīng)向/緯向斷裂強(qiáng)力、初始與終阻力、容塵量、過濾效率等參數(shù),以及過濾性能測(cè)試方法做了修改,使之更加符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,還增加了耐溫性能、阻燃性能、耐腐性能。JB/T 10535—2006僅適用于機(jī)械行業(yè),本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用面更廣,除可以應(yīng)用于機(jī)械、化工、冶金等傳統(tǒng)行業(yè)外,還適用于高鐵、船舶、汽車、電子等新型行業(yè)。
表5 本標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系