江海華， 柳靜獻

(1.中國紡織工業(yè)聯(lián)合會，北京 100027； 2.東北大學(xué)，遼寧 沈陽 110819)

0 引言

作為GB/T 35754—2017《氣體凈化用纖維層濾料》國家標(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、檢測方法、檢驗規(guī)則、產(chǎn)品的標(biāo)志、包裝、運輸和貯運等內(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、保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量創(chuàng)造了必要的條件，為監(jiān)督部門實施產(chǎn)品的檢驗提供依據(jù)，有利于用戶方便、正確地選用濾料，提高空氣凈化效果，促進我國空氣凈化技術(shù)的發(fā)展以及推動濾料產(chǎn)品行業(yè)的技術(shù)進步。

1 標(biāo)準(zhǔn)制定的背景

隨著我國國民經(jīng)濟快速發(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)對顆粒物凈化提出越來越高的要求，諸如燃氣輪機、各類汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機、空氣壓縮機、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)域都需要對進入其內(nèi)的空氣進行顆粒過濾，以保護后續(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，我國霧霾天氣影響范圍之廣、經(jīng)歷時間之長、發(fā)生次數(shù)之頻已經(jīng)對人們的健康和有關(guān)設(shè)備造成新的危害與不良影響，對空氣過濾產(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。由于使用場所不同，過濾材料的性能和等級要求各異，通常分為粗效、中效、高中效、亞高效、高效等多個類別。但是，由于我國近年來不同部門、不同行業(yè)分頭引進不同國家的過濾設(shè)備及與之配套的濾料，國內(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)、美國系統(tǒng)、不同分類標(biāo)準(zhǔn)與我國多個不同年代、多個不同分類標(biāo)準(zhǔn)多頭使用，形成了國內(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、簡單易行、操作方便的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以便采用統(tǒng)一的測試方法及參數(shù)來評價其性能。

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)品鑒定會時曾以“DV濾料”命名。其中“密度漸變化學(xué)纖維層濾料”于1981年獲國家發(fā)明三等獎。當(dāng)時，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，中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會組織東北大學(xué)及其相關(guān)濾料企業(yè)制定了本標(biāo)準(zhǔn)。

2 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的確定

2.1 標(biāo)準(zhǔn)編制原則

(1)標(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂遵遁“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時推出、及時修訂、不斷完善”的原則，標(biāo)準(zhǔn)的制訂、修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)業(yè)推進、應(yīng)用推廣相結(jié)合，統(tǒng)籌推進。

(2)充分發(fā)揮目前已具備的檢測技術(shù)水平，盡量采用現(xiàn)有的測試儀器及測試方法，以確保標(biāo)準(zhǔn)實施后，檢測專業(yè)機構(gòu)可以迅速開展工作。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)名稱的確定

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、規(guī)格、技術(shù)要求、特性指標(biāo)及其測試檢驗方法，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。

2.3 基本要求

針對濾料的實際應(yīng)用，在實驗基礎(chǔ)上對其技術(shù)要求進行了規(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。對單位面積質(zhì)量、厚度、幅寬參數(shù)，由于使用場所和條件不同，其絕對數(shù)值會不同。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)中對此進行了嚴(yán)格規(guī)定。

斷裂強力表征濾料的機械強度，是保證濾料結(jié)實耐用、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)按照濾料的分類對其進行了規(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，則該部分粉塵負荷大，在阻力過大時容易產(chǎn)生顆粒的穿透。標(biāo)準(zhǔn)對透氣度偏差進行了規(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)目前市場上眾多產(chǎn)品，在實驗室測試后提出。終阻力和過濾效率參考EN779標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合中國實際，尤其目前在機車和高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用，在眾多實驗測試基礎(chǔ)上，對其數(shù)值進行規(guī)定。

容塵量按照容塵后到達絕對規(guī)定值或2倍初阻力時的容塵進行測試與計算。由于現(xiàn)場應(yīng)用不同，要求最終達到的狀態(tài)也不同，因此為對容塵量進行統(tǒng)一規(guī)定。

濾料耐溫、耐腐，具有阻燃性能。針對特殊的應(yīng)用場所，有些濾料要求有一定的耐溫性、耐酸堿腐蝕以及阻燃性能，因此對這些性能進行了規(guī)定。

大多數(shù)應(yīng)用中，都對材料的阻燃特性有一定的要求。本標(biāo)準(zhǔn)對其進行了規(guī)定。

2.4 主要指標(biāo)

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現(xiàn)有的濾料樣品，并進行了實際測試，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力。部分樣品經(jīng)向和緯向強力數(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。部分樣品的測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 濾料阻力、效率及容塵量測試數(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、不同場所，可能是千變?nèi)f化，使用濾料進行不同結(jié)構(gòu)過濾器的設(shè)計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，科學(xué)選擇、比較、評價適用濾料，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)速進行測試。

(2)標(biāo)準(zhǔn)起草中時速確定前，對數(shù)十家濾料及過濾器廠家的G1—F9眾多型號W型過濾器及袋式過濾器進行了調(diào)研、測試和計算。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)場實用的基礎(chǔ)。

(3)與本標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)聯(lián)的、適合機械行業(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，對結(jié)構(gòu)不同的同一級別過濾器，其對應(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，有可能形成同一級別的過濾器。

標(biāo)準(zhǔn)中的某型號濾料例如G4濾料，通過過濾器結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，一定能夠做出符合EN779的F7過濾器……這已經(jīng)被眾多國內(nèi)濾料及過濾器企業(yè)的實際工業(yè)應(yīng)用所證明，所以兩個標(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、評價濾料性能，以便使過濾器設(shè)計者在設(shè)計過濾器時可以簡單、方便的選擇適合的過濾材料，并經(jīng)過科學(xué)設(shè)計得到相應(yīng)的產(chǎn)品。

在對M和F系列計數(shù)效率測試時，考慮到NaCl在中國較為常用，美國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。對于NaCl的濃度，主要考慮發(fā)出的濃度使粒子計數(shù)器能夠檢出，而且誤差要小。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)不同的激光粒子計數(shù)器，其測量范圍變化很大，所以在附錄C“測試所用粉塵及氣溶膠”中濃度要求“低于粒子計數(shù)器允許重疊誤差水平濃度”，規(guī)定了氣溶膠的上限；在正文的測試步驟中要求“每次測量要保證粒子數(shù)大于500個，如果達不到可適當(dāng)延長測量時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，損毀長度小于100 mm。

(6)耐溫性能。濾料在正?，F(xiàn)場使用溫度下烘燥24 h后，測量其長度、寬度、厚度，尺寸變化應(yīng)≤1%；經(jīng)向斷裂強力和緯向斷裂強力不應(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。對存在酸堿腐蝕場所使用的濾料，應(yīng)進行耐腐性能實驗。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，其長度、寬度、厚度，尺寸變化應(yīng)≤1%，經(jīng)向斷裂強力和緯向斷裂強力下降≤5%。在3 m/s過濾風(fēng)速下保持5 min，不應(yīng)有損壞。

2.5 測試方法

濾料常規(guī)參數(shù)的測試參考其他標(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)量和厚度進行計算。

關(guān)于濾料阻力與效率測試方法，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”裝置測試的基礎(chǔ)上，總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于濾料性能測試方法優(yōu)缺點，考慮現(xiàn)場過濾材料大多是“濾料豎直放置、氣流水平通過”的方式的基礎(chǔ)上，研制了專門測試?yán)w維層濾料性能的裝置測試儀。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)用過濾器進行纖維層濾料的阻力，計重與計數(shù)效率和容塵量等多個項目的測試，測試方法簡單、結(jié)果可靠、重復(fù)性能好。

2.6 其他內(nèi)容

(1) 基本定義。標(biāo)準(zhǔn)針對本領(lǐng)域所用術(shù)語進行了定義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，對濾料按照規(guī)格進行了分類和命名，還按其過濾性能將濾料分為G1—F9共9個類別，其中G1又分為G1A和G1B。

(3)濾料檢驗。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，對濾料產(chǎn)品出廠必須進行檢驗，對新產(chǎn)品定型和革新必須進行型式檢驗。標(biāo)準(zhǔn)中對出廠檢驗和型式檢驗的項目進行規(guī)定。

(4)產(chǎn)品標(biāo)志、包裝、運輸及存貯。標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的標(biāo)志、包裝、運輸及存貯進行了規(guī)定。

(5)資料性附錄。標(biāo)準(zhǔn)把與測試相關(guān)的資料列在附錄，包括濾料材質(zhì)代號表，纖維層濾料性能測試儀結(jié)構(gòu)圖，測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，對不同類別的濾料所用粉塵進行了規(guī)定。

3 與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

以前國內(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)，同時參考了美國(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。

我國已批準(zhǔn)實施了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試方法》和GB 6165—2008《高效空氣過濾器性能試驗方法(透過率和阻力)》(原GB 6165—85)。前述這些標(biāo)準(zhǔn)總體都是針對過濾器的，對其所用濾料雖提出了4～5項要求，但都比較原則(表5)。如過濾器所選用的濾料是生產(chǎn)廠家未給出檢測數(shù)據(jù)或未按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)加工制作與檢測的產(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；對于直接選用濾料自行進行空氣凈化的用戶，其后果將更難設(shè)想。

濾料是實施空氣凈化的關(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)不僅是實施上述國家標(biāo)準(zhǔn)的補充和保證，而且可為濾料生產(chǎn)廠提高產(chǎn)品質(zhì)量、擴大用戶和為一切利用纖維層濾料的用戶實施安全、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——過濾性能測試》的兼容。例如濾料的分級與EN779基本相同，并考慮了中國實際情況；考慮中國高鐵應(yīng)用把G1分為G1A和G1B，粗效過濾及容塵量測試考慮使用國內(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)，以及過濾性能測試方法做了修改，使之更加符合現(xiàn)場實際，還增加了耐溫性能、阻燃性能、耐腐性能。JB/T 10535—2006僅適用于機械行業(yè)，本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用面更廣，除可以應(yīng)用于機械、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