Што такое матэрыял фільтра HEPA?

Вытворчыя працэсы фільтруючага матэрыялу HEPA

ВыкананнеHEPA-фільтрзалежыць не толькі ад складу матэрыялу, але і ад вытворчых працэсаў, якія выкарыстоўваюцца для фарміравання структуры валакна. Вось асноўныя працэсы:

1. Выдзіманне з расплаву (палімерныя матэрыялы)

Расплаўленне з расплаву — асноўны метад вытворчасці палімерных HEPA-фільтраў. У гэтым працэсе палімерныя гранулы (напрыклад, поліпрапілен) плавяцца і экструдуюцца праз малюсенькія сопла. Затым гарачае паветра з высокай хуткасцю прадзімаецца над расплаўленымі палімернымі струменямі, расцягваючы іх у ультратонкія валокны (звычайна дыяметрам 1–5 мікраметраў), якія асядаюць на рухомую канвеерную стужку. Па меры астывання валокнаў яны выпадковым чынам злучаюцца разам, утвараючы нетканае палатно з сітаватай трохмернай структурай. Памер пор і шчыльнасць валокнаў можна рэгуляваць, кантралюючы хуткасць паветра, тэмпературу палімера і хуткасць экструзіі, што дазваляе вытворцам адаптаваць матэрыял да канкрэтных патрабаванняў да эфектыўнасці і патоку паветра. Расплаўлены матэрыял з'яўляецца эканамічна эфектыўным і маштабуемым, што робіць яго найбольш распаўсюджаным выбарам для масавай вытворчасці HEPA-фільтраў.

2. Электрапрадзенне (нанавалакністы матэрыял)

Электрапрадзенне — гэта больш складаны працэс, які выкарыстоўваецца для стварэння звыштонкіх палімерных валокнаў (нанавалакна, дыяметрам ад 10 да 100 нанаметраў). Пры гэтай тэхніцы палімерны раствор загружаецца ў шпрыц з невялікай іголкай, які падключаны да крыніцы харчавання высокага напружання. Пры падачы напружання паміж іголкай і заземленым калектарам ствараецца электрычнае поле. Палімерны раствор выцягваецца з іголкі ў выглядзе тонкай бруі, якая расцягваецца і высыхае на паветры, утвараючы нанавалакна, якія назапашваюцца на калектары ў выглядзе тонкага порыстага кілімка. Нанавалакністы HEPA-фільтр забяспечвае выключную эфектыўнасць фільтрацыі, таму што малюсенькія валокны ствараюць густую сетку пор, якія могуць затрымліваць нават звыштонкія часціцы. Акрамя таго, малы дыяметр валокнаў зніжае супраціўленне паветра, што прыводзіць да меншага перападу ціску і больш высокай энергаэфектыўнасці. Аднак электрапрадзенне больш працаёмкае і дарагое, чым выдзіманне з расплаву, таму яно ў асноўным выкарыстоўваецца ў высокапрадукцыйных прымяненнях, такіх як медыцынскія прылады і аэракасмічныя фільтры.

3. Працэс вільготнай кладкі (шкловалакно)

Шкловалакністыя HEPA-фільтры звычайна вырабляюцца з выкарыстаннем працэсу вільготнай кладкі, падобнага да вытворчасці паперы. Спачатку шкляныя валокны наразаюцца на кароткія кавалкі (1–5 міліметраў) і змешваюцца з вадой і хімічнымі дадаткамі (напрыклад, злучнымі рэчывамі і дысперсантамі) для ўтварэння суспензіі. Затым суспензія перапампоўваецца на рухомае сіта (дроцяную сетку), дзе вада сцякае, пакідаючы мат з выпадкова арыентаваных шкляных валокнаў. Мат сушаць і награваюць для актывацыі злучнага рэчыва, якое злучае валокны разам, утвараючы цвёрдую, сітаватую структуру. Працэс вільготнай кладкі дазваляе дакладна кантраляваць размеркаванне і таўшчыню валокнаў, забяспечваючы паслядоўную прадукцыйнасць фільтрацыі па ўсім асяроддзі. Аднак гэты працэс больш энергаёмісты, чым выдзіманне з расплаву, што спрыяе больш высокаму кошту шкловалакністыя HEPA-фільтры.

Асноўныя паказчыкі эфектыўнасці фільтруючага матэрыялу HEPA

Для ацэнкі эфектыўнасці фільтруючага матэрыялу HEPA выкарыстоўваецца некалькі ключавых паказчыкаў эфектыўнасці (KPI):

1. Эфектыўнасць фільтрацыі

Эфектыўнасць фільтрацыі — найважнейшы паказчык KPI, які вымярае працэнт часціц, якія захопліваюцца фільтруючым матэрыялам. Згодна з міжнароднымі стандартамі, сапраўдныя фільтры HEPA павінны дасягаць мінімальнай эфектыўнасці 99,97% для часціц памерам 0,3 мкм (часта іх называюць «найбольш пранікальным памерам часціц» або MPPS). Больш якасныя фільтры HEPA (напрыклад, HEPA H13, H14 згодна з EN 1822) могуць дасягаць эфектыўнасці 99,95% або вышэй для часціц памерам да 0,1 мкм. Эфектыўнасць правяраецца з дапамогай такіх метадаў, як тэст з дыяктылфталатам (DOP) або тэст з шарыкамі з полістыролу латекса (PSL), якія вымяраюць канцэнтрацыю часціц да і пасля праходжання праз фільтруючы матэрыял.

2. Падзенне ціску

Падзенне ціску адносіцца да супраціўлення патоку паветра, выкліканага фільтруючым матэрыялам. Меншы перапад ціску пажаданы, таму што ён зніжае спажыванне энергіі (для сістэм ацяплення, вентыляцыі і кандыцыянавання паветра або ачышчальнікаў паветра) і паляпшае дыхальнасць (для рэспіратараў). Падзенне ціску фільтруючага матэрыялу HEPA залежыць ад шчыльнасці яго валокнаў, таўшчыні і памеру пор: больш шчыльны матэрыял з меншымі порамі звычайна мае больш высокую эфектыўнасць, але таксама большы перапад ціску. Вытворцы ўраўнаважваюць гэтыя фактары, каб стварыць матэрыял, які забяспечвае як высокую эфектыўнасць, так і нізкі перапад ціску, напрыклад, выкарыстоўваючы электрастатычна зараджаныя валокны для павышэння эфектыўнасці без павелічэння шчыльнасці валокнаў.

3. Пылаёмкасць (DHC)

Пылаёмістасць — гэта максімальная колькасць часціц, якія фільтр можа ўтрымліваць, перш чым падзенне ціску перавысіць зададзеную мяжу (звычайна 250–500 Па) або яго эфектыўнасць знізіцца ніжэй за неабходны ўзровень. Больш высокі каэфіцыент утрымання пылу (DHC) азначае, што тэрмін службы фільтра большы, што зніжае выдаткі на замену і частату тэхнічнага абслугоўвання. Шкловалакновы фільтр звычайна мае больш высокі каэфіцыент утрымання пылу, чым палімерны фільтр, дзякуючы больш жорсткай структуры і большаму аб'ёму пор, што робіць яго прыдатным для асяроддзяў з высокай запыленасцю, такіх як прамысловыя аб'екты.

4. Хімічная і тэмпературная ўстойлівасць

Для спецыялізаваных ужыванняў важнымі ключавымі паказчыкамі эфектыўнасці з'яўляюцца хімічная і тэмпературная ўстойлівасць. Шкловалакністы матэрыял можа вытрымліваць тэмпературу да 250°C і ўстойлівы да большасці кіслот і шчолачаў, што робіць яго ідэальным для выкарыстання на заводах па спальванні адходаў або ў хімічных перапрацоўчых установах. Палімерны матэрыял на аснове PTFE мае высокую хімічную ўстойлівасць і можа працаваць пры тэмпературы да 200°C, у той час як поліпрапіленавы матэрыял менш тэрмаўстойлівы (максімальная працоўная тэмпература ~80°C), але валодае добрай устойлівасцю да алеяў і арганічных растваральнікаў.

Прымяненне фільтруючага матэрыялу HEPA

Фільтр HEPA выкарыстоўваецца ў шырокім дыяпазоне розных галін прамысловасці, што абумоўлена неабходнасцю чыстага паветра і асяроддзя без часціц:

1. Ахова здароўя і медыцына

У бальніцах, клініках і на фармацэўтычных вытворчых прадпрыемствах фільтруючыя матэрыялы HEPA маюць вырашальнае значэнне для прадухілення распаўсюджвання патагенаў, якія перадаюцца па паветры (напрыклад, бактэрый, вірусаў і спор цвілі). Яны выкарыстоўваюцца ў аперацыйных, аддзяленнях інтэнсіўнай тэрапіі (РІТ), чыстых памяшканнях для вытворчасці лекаў і медыцынскіх прыладах, такіх як апараты штучнай вентыляцыі лёгкіх і рэспіратары. Тут перавага аддаецца фільтруючым матэрыялам HEPA на аснове шкловалакна і PTFE з-за іх высокай эфектыўнасці, хімічнай устойлівасці і здольнасці вытрымліваць працэсы стэрылізацыі (напрыклад, аўтаклававанне).

2. Ацяпленне, вентыляцыя і кандыцыянаванне паветра і якасць паветра ў будынку

У сістэмах ацяплення, вентыляцыі і кандыцыянавання паветра (HVAC) у камерцыйных будынках, цэнтрах апрацоўкі дадзеных і жылых дамах выкарыстоўваюцца фільтруючыя матэрыялы HEPA для паляпшэння якасці паветра ў памяшканнях (IAQ). Палімерныя фільтруючыя матэрыялы HEPA звычайна выкарыстоўваюцца ў жылых ачышчальніках паветра і фільтрах HVAC з-за іх нізкай кошту і энергаэфектыўнасці, у той час як фільтры са шкловалакна выкарыстоўваюцца ў буйных камерцыйных сістэмах HVAC для асяроддзяў з высокай запыленасцю.

3. Прамысловасць і вытворчасць

У прамысловых умовах, такіх як вытворчасць паўправаднікоў, электронікі і зборка аўтамабіляў, фільтруючыя матэрыялы HEPA выкарыстоўваюцца для падтрымання чыстых памяшканняў з надзвычай нізкай колькасцю часціц (вымяраецца ў часціцах на кубічны фут). Для гэтых прымяненняў патрабуюцца высакаякасныя фільтруючыя матэрыялы HEPA (напрыклад, H14) для прадухілення забруджвання адчувальных кампанентаў. Тут перавага аддаецца шкловалакну і кампазітным фільтруючым матэрыялам з-за іх высокай эфектыўнасці і даўгавечнасці.

4. Спажывецкія тавары

HEPA-фільтруючы матэрыял усё часцей выкарыстоўваецца ў спажывецкіх таварах, такіх як пыласосы, ачышчальнікі паветра і маскі для твару. Палімерны фільтруючы матэрыял, атрыманы метадам расплаву, з'яўляецца асноўным матэрыялам у рэспіратарах N95/KN95, якія сталі неабходнымі падчас пандэміі COVID-19 для абароны ад вірусаў, якія перадаюцца па паветры. У пыласосах HEPA-фільтруючы матэрыял прадухіляе зваротнае трапленне дробнага пылу і алергенаў у паветра, паляпшаючы якасць паветра ў памяшканні.

Будучыя тэндэнцыі ў матэрыялах для фільтраў HEPA

Па меры росту попыту на чыстае паветра і развіцця тэхналогій, будучыню матэрыялаў для фільтраў HEPA фарміруюць некалькі тэндэнцый:

1. Тэхналогія нанавалакна

Распрацоўка HEPA-палімераў на аснове нанавалакна з'яўляецца ключавой тэндэнцыяй, паколькі гэтыя ультратонкія валокны забяспечваюць больш высокую эфектыўнасць і меншы перапад ціску ў параўнанні з традыцыйнымі матэрыяламі. Дасягненні ў тэхналогіях электрапрадзення і выдзімання з расплаву робяць вытворчасць нанавалакністых матэрыялаў больш эканамічна выгаднай, пашыраючы іх выкарыстанне ў спажывецкіх і прамысловых мэтах. Даследчыкі таксама вывучаюць выкарыстанне біяраскладальных палімераў (напрыклад, полімалочнай кіслаты, PLA) для нанавалакністых матэрыялаў, каб вырашыць экалагічныя праблемы, звязаныя з пластыкавымі адходамі.

2. Электрастатычнае ўзмацненне

Электрэтныя фільтруючыя матэрыялы, якія выкарыстоўваюць электрастатычны зарад для ўлоўлівання часціц, становяцца ўсё больш дасканалымі. Вытворцы распрацоўваюць новыя метады зарадкі (напрыклад, каронны разрад, трыбаэлектрычны зарад), якія павялічваюць тэрмін службы электрастатычнага зарада, забяспечваючы стабільную працу на працягу ўсяго тэрміну службы фільтра. Гэта памяншае неабходнасць частай замены фільтра і зніжае спажыванне энергіі.

3. Шматфункцыянальныя носьбіты

Будучыя фільтруючыя матэрыялы HEPA будуць прызначаны для выканання некалькіх функцый, такіх як улоўліванне часціц, выдаленне пахаў і нейтралізацыя газаў. Гэта дасягаецца шляхам інтэграцыі ў фільтр актываванага вугалю, фотакаталітычных матэрыялаў (напрыклад, дыяксіду тытана) і антымікробных агентаў. Напрыклад, антымікробны фільтр HEPA можа перашкаджаць росту бактэрый і цвілі на паверхні фільтра, зніжаючы рызыку другаснага забруджвання.

4. Устойлівыя матэрыялы

З ростам экалагічнай свядомасці існуе імкненне да больш устойлівых матэрыялаў для фільтруючых матэрыялаў HEPA. Вытворцы вывучаюць аднаўляльныя рэсурсы (напрыклад, палімеры на расліннай аснове) і перапрацоўваемыя матэрыялы, каб паменшыць уздзеянне аднаразовых фільтраў на навакольнае асяроддзе. Акрамя таго, прыкладаюцца намаганні для паляпшэння перапрацоўваемасці і біяраскладальнасці існуючых палімерных матэрыялаў, вырашаючы праблему адходаў фільтраў на палігонах.

Фільтруючы матэрыял HEPA — гэта спецыялізаваны субстрат, прызначаны для ўлоўлівання драбнюткіх часціц у паветры з выключнай эфектыўнасцю, што адыгрывае важную ролю ў абароне здароўя чалавека і падтрыманні чысціні навакольнага асяроддзя ва ўсіх галінах прамысловасці. Ад традыцыйнага шкловалакна да перадавых палімерных нанавалакон і кампазітных структур, склад матэрыялу HEPA-фільтра адаптаваны да унікальных патрабаванняў розных ужыванняў. Вытворчыя працэсы, такія як выдзіманне з расплаву, электрапрадзенне і вільготная кладка, вызначаюць структуру фільтруючага матэрыялу, што, у сваю чаргу, уплывае на ключавыя паказчыкі прадукцыйнасці, такія як эфектыўнасць фільтрацыі, перапад ціску і пылаёмістасць. Па меры развіцця тэхналогій такія тэндэнцыі, як тэхналогія нанавалакон, электрастатычнае паляпшэнне, шматфункцыянальны дызайн і ўстойлівае развіццё, стымулююць інавацыі ў фільтруючых матэрыялах HEPA, робячы іх больш эфектыўнымі, эканамічна выгаднымі і экалагічна чыстымі. Незалежна ад таго, ці гэта ў ахове здароўя, прамысловай вытворчасці або спажывецкіх таварах, фільтруючы матэрыял HEPA будзе працягваць заставацца важным інструментам для забеспячэння чысціні паветра і здаровай будучыні.