PM2.5又稱氣溶膠，指的是直徑小于或等于2.5微米的超細(xì)懸浮顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，是人類身邊隱形的致命“殺手”。多環(huán)芳烴類化合物（PAHs）是PM2.5等空氣中細(xì)顆粒物中主要的有害成分之一，該類化合物已被國(guó)際癌癥研究署（IARC）作為優(yōu)先控制的有毒有害物，具有致癌、致畸、致突變等毒性，且在環(huán)境中廣泛分布。工業(yè)粉塵是空氣中PM2.5等細(xì)顆粒物主要來源之一。為此，要控制PM2.5就必須采用高效除塵器控制工業(yè)粉塵的排放。袋式除塵器是目前公認(rèn)的高效除塵設(shè)備之一，而其效率的高低取決于其核心元件——濾袋。本文通過對(duì)PPS水刺氈和PPS針刺氈的性能對(duì)比研究，認(rèn)為PPS水刺氈是用于控制PM2.5較為理想的高性能濾料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

2m2PPS水刺氈（代號(hào)SPPS101J）；2m2PPS針刺氈（代號(hào)PPS602J）；標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)粉塵，若干。

1.2 主要儀器

YG026C型電子織物強(qiáng)度機(jī)；YG032D織物爆破儀，1-AT型VDI濾料模擬測(cè)試裝置，掃描電鏡（SEM，上海田京），織物耐磨儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

織物標(biāo)重、強(qiáng)度、透氣性分別按GB/T 4669、GB/T 3923.1、GB/T 5453等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；SEM觀察微觀形貌，過濾性能參照美國(guó)環(huán)保署ETV（ASTM D6830）進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 高壓水刺與針刺成氈原理比較（見圖1）

圖1 針刺與水刺技術(shù)原理對(duì)比

傳統(tǒng)針刺法是以剛性的帶鉤刺的刺針在纖網(wǎng)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)使纖維之間相互纏結(jié)而成氈的，其剛性刺針的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)與柔性纖網(wǎng)的連續(xù)水平運(yùn)動(dòng)的組合必然會(huì)對(duì)纖維造成一定程度的損傷并在布面留下針痕，導(dǎo)致最終產(chǎn)品強(qiáng)度較低，氈層密實(shí)度差等缺陷。高壓水刺法技術(shù)原理則是以“水”為主要的加工工具，利用高壓高密的“水針”使纖維互相進(jìn)行柔性纏結(jié)，因此，在纖維的損傷程度上和密實(shí)度上得到了極大的改善，基本實(shí)現(xiàn)“無(wú)損制氈”，并能有效提高機(jī)械性能與過濾精度，實(shí)現(xiàn)高效、低阻、長(zhǎng)壽命的完美結(jié)合。

2.2 高壓水刺PPS氈與傳統(tǒng)針刺PPS氈常規(guī)性能對(duì)比

從下表對(duì)比數(shù)據(jù)可見，高壓水刺法制備的SPPS101J在標(biāo)重方面上比傳統(tǒng)的針刺法制備的PPS602J小100g/cm2，而機(jī)械強(qiáng)度卻高出18%（橫向）/9%。

高壓水刺PPS與針刺PPS氈常規(guī)性能對(duì)比表

從圖2、圖3可以看出，針刺法纖維受損，而水刺法纖維表面光滑無(wú)損，體現(xiàn)了“無(wú)損制氈”工藝對(duì)纖維近乎“零損傷”的優(yōu)越性。同時(shí)，從透氣性也可以看出，水刺氈層密實(shí)度更高，因而可推斷其具有更高的過濾精度。

圖2 PPS針刺氈

圖3 PPS水刺氈

2.3 高壓水刺PPS氈與傳統(tǒng)針刺PPS氈截面與表面效果對(duì)比

圖4、圖5分別是傳統(tǒng)針刺PPS氈與高壓水刺PPS氈橫截面圖，從圖中可明顯看出針刺的剛性纏結(jié)必然留下“針眼”，這些針眼的存在必然增加了粉塵穿透的機(jī)率，特別是微細(xì)粉塵更易穿過針眼，排入大氣，而水刺PPS氈截面則均勻密實(shí)，主要?dú)w功于“水針”柔性纏結(jié)的結(jié)果。

圖4 PPS針刺氈

圖5 PPS水刺氈

圖6、圖7為表面孔隙分布對(duì)比，傳統(tǒng)的機(jī)械鋼針除了在濾料深層留下針眼，表面也依然留下“針痕”，亦即表面孔隙直徑較大，而高壓水刺則通過高密水針穿刺，松散區(qū)域及空洞閉合，孔隙更多，孔徑更小，垂直孔道無(wú)規(guī)互通形成更有效的曲折，密實(shí)度大大提高。

圖6 PPS針刺氈

圖7 PPS水刺氈

2.4 高壓水刺PPS氈與傳統(tǒng)針刺PPS氈耐磨性能對(duì)比

從圖8可見，在耐磨性能上，水刺PPS氈在同樣的耐磨條件下，性能提高20%，經(jīng)FCT涂層后，耐磨性能增加45%，這充分反映了高壓水刺工藝可使纖維纏結(jié)更緊密，抱合度更高。耐磨性能的提高，保證了濾料更加抗高濃粉塵沖刷、袋籠摩擦等不利影響，延長(zhǎng)濾料使用壽命，提高適應(yīng)性。

圖8 PPS針刺氈與PPS水刺氈耐磨性對(duì)比

2.5 高壓水刺PPS氈與傳統(tǒng)針刺PPS氈耐噴吹性能對(duì)比

如圖9所示，PPS針刺氈與PPS水刺氈耐噴吹性能的對(duì)比，進(jìn)一步證實(shí)了“無(wú)損制氈”、高密纏結(jié)在機(jī)械性能上的優(yōu)越性。

圖9 PPS針刺氈與PPS水刺氈耐噴吹性對(duì)比

2.6 高壓水刺PPS氈與傳統(tǒng)針刺PPS氈過濾壓差對(duì)比（基于ETV標(biāo)準(zhǔn)）

如圖10所示，通過VDI過濾性能模擬測(cè)試（ETV標(biāo)準(zhǔn)），可以明顯看出，PPS水刺氈因孔隙小，粉塵不易滲入濾料深層，表現(xiàn)出“表層”過濾，因此，具有更低的運(yùn)行壓差，這在工程應(yīng)用中，可體現(xiàn)出明顯的節(jié)能降耗效應(yīng)。

圖10 PPS針刺氈與PPS水刺氈運(yùn)行阻力對(duì)比（基于ETV標(biāo)準(zhǔn)）

2.7 高壓水刺PPS氈與傳統(tǒng)針刺PPS氈清灰周期對(duì)比（基于ETV標(biāo)準(zhǔn)）

如圖11所示，PPS水刺氈清灰周期較PPS針刺氈平均約延長(zhǎng)30%，清灰周期的延長(zhǎng)意味著脈沖清灰對(duì)濾料沖擊的減少，有利濾料壽命的延長(zhǎng)，同時(shí)，減少噴吹次數(shù)，可以大幅降低壓縮空氣用量，降低運(yùn)行成本。

圖11 PPS針刺氈與PPS水刺氈清灰對(duì)比（基于ETV標(biāo)準(zhǔn)）

2.8 高壓水刺PPS氈與傳統(tǒng)針刺PPS氈過濾效率對(duì)比（基于ETV標(biāo)準(zhǔn)）

如圖12所示，PPS水刺氈在粉塵總排放濃度上（TOT）較PPS針刺氈減排67%，在PM2.5排放上減排50%，這充分體現(xiàn)了高壓水刺氈更加密實(shí)，孔隙更小的優(yōu)異特性，從而表現(xiàn)出極高的過濾效率，特別對(duì)微細(xì)粉塵（PM2.5）的控制更具優(yōu)勢(shì)。

圖12 PPS針刺氈與PPS水刺氈排放濃度對(duì)比（基于ETV標(biāo)準(zhǔn)）

3 結(jié)論

綜上，通過PPS水刺氈與PPS針刺氈各項(xiàng)性能的對(duì)比研究，充分說明了PPS水刺氈不僅具有機(jī)械性能上的明顯優(yōu)勢(shì)，在過濾性能上更具高效、低阻、長(zhǎng)壽命的多重特性，特別適用于微細(xì)粉塵（PM2.5）的控制，是新一代濾料的發(fā)展方向，值得推廣應(yīng)用。

ASTM D6830 - 02（2008） Standard Test Method for Characterizing the Pressure Drop and Filtration Performance of Cleanable Filter Media Book of Standards Volume：11.07.