可调式静电驻极装置的设计及试验*

刘金南，王益辉，葛文磊

(江阴职业技术学院 机电工程学院，江苏 江阴 214405)

0 引 言

众所周知，市面上现有的静电驻极技术可罗列为以下六种：①静电纺丝法；②摩擦起电法；③热极化法；④低能电子束轰击打法；⑤电晕放电法；⑥纯水喷射法，由于材料的静电驻极工艺不同，所形成的驻极体的性质亦大不相同，目前就静电驻极体的性质而言，电晕放电法是比较好的静电驻极方法。目前市面上流行的水驻极熔喷布采用的是纯水喷射法，即通过高压水泵将制备过的纯水输送到喷嘴，由扇形喷嘴对熔喷布进行喷射，经过摩擦产生静电，通过水驻极生产的熔喷布过滤效果比较好，但是整体投入成本比较大，从性价比上看还是电晕放电法的优势较大。

熔喷非织造布是指PP聚丙烯经料斗吸入螺杆挤出机，在挤压下，熔体在一定压力下从微孔中挤出后在高速热气流的作用下拉伸成超细纤维，纤维被喷到成网帘上，利用其自身的余热互相粘合从而形成的特殊布，熔喷非织造布具有极细的纤维结构，且分布不规则，有较大的表面积，因此能有效地阻挡微细粒子，但未施加静电的布料对于病毒的过滤能力还是不足，只有30%～60%左右，因此需要在此基础上增加静电以提高其过滤性能。静电法熔喷非织造布即是在熔喷成网过程中，利用静电驻极工艺使熔喷布具备静电，借助静电力吸引过滤粒子，从而获得更高的过滤效率。

熔喷静电驻极采用的是直流电晕放电法，从根本上指的是将10～120 kV的直流电加载到一根稳定的钨丝、钼丝或者放电棒上，通过直流电晕放电在高溶脂的聚合物经过特定方式喷出后形成的纤维网上形成静电场的一种驻极化处理方法，高压直流电发生器将产生的高压加持到放电棒上，在尖针与纤维网间产生强电场，尖针上的电荷在磁场作用下被注入到纤维中保留下来，从而使其带有静电。

熔喷非织造布在过滤性能上具有显著的优势，尤其是对其施加静电后，过滤性能更加出色，因此被应用到很多领域，尤其在预防疾病方面较为突出，笔者主要以静电驻极装置为研究对象，对其进行改进。针对静电施加过程中出现的调节不方便，电荷量注入不均等问题，设计了一种可调式静电驻极装置，将三维坐标原理融入其中，该结构简单，具有体积小、安装简易、拆卸方便、工作平稳、调节迅速等优点，在熔喷非织造布领域上具有较大的应用价值。

1 可调式熔喷静电驻极装置结构及工作原理

熔喷模头整体结构如图1所示。

图1 熔喷模头的结构图

该可调式静电驻极装置，主要组成部件有支撑底板、滚轮、皮带、升降移动台、L型支架、针尖放电棒以及配套连接件等，安装时需要将支撑底板安装在熔喷机成网帘支架上，通过螺母固定，滚轮安装在支撑底板上，皮带安装在两个滚轮间，在皮带上安装升降移动台，安装的时候通过螺钉在皮带背面与升降移动台固定，这样可使移动台随着皮带一起移动，L型支架与升降移动台通过螺钉固定，方形缺口部分朝下，将针尖放电棒插入L型支架缺口内，通过支架上的紧定螺钉固定。

工作时首先将整个静电驻极装置中的几个锁紧螺母拧松，通过手动调节放电棒上下左右的高度，使其处于合适的位置，随后将锁紧螺母拧紧，给放电棒施加直流高压电，即可开始对熔喷布进行电荷注入，放电棒外侧及L型支撑架都采用绝缘材料制成，因此在使用中可根据需求进行调节，以提高生产效率。

2 可调式熔喷静电驻极装置主要结构设计

传统的静电装置基本是固定在一个位置上，当需要移动时，只能将装置拆卸下来，调整好后重新安装固定，整体耗时耗力，极大影响工作效率，因此在装置中增加皮带移动机构，在装配的时候，其中一个滚轮侧面设置一个松紧度调节旋钮，如图2所示，通过旋钮可使皮带移动时需要适当的力度，避免静电棒在工作时出现滑移现象。

图2 平移机构 图3 升降机构

在生产中为保证静电棒处于最佳放电位置，需要对针尖与纤维网之间的距离进行调节，因此在平移机构上再增加升降机构，如图3所示，该升降机构通过两根导柱定位方向，升降到合适高度时通过两侧按钮锁住，避免静电棒在工作时出现降落现象。

3 试验分析

3.1 样品及试验设备

此次试验采用的过滤效率测试仪器为LZC-K1滤料综合性能测试台，盐性( NaCl气溶胶)，过滤性能检测流量为32 L/min，采用的熔喷布样品规格为25 g/m2，尺寸大小为175 mm×175 mm，产品未施加过静电，过滤效率为46%。

3.2 过滤性能试验

此次试验采用的静电驻极方式为直流电晕放电法，首先通过可调式静电驻极装置对初始材料进行施加静电，在保持直流电压和放电时间不变的情况下，改变放电棒上针尖与材料的高度，检测材料的过滤性能，结果表1所列。

表1 高度对过滤效率的影向表

根据表1结果可以看出，当距离过低时，过滤效率出现下降现象，原因在于距离短出现火花放电，将纤维网击穿，随着距离增加，火花放电现象消失，过滤效率随着距离的增大而提高，当达到一定高度后，过滤效率随着距离的增大而减小，因此最佳放电距离在40～50 mm。

随后通过可调式静电驻极装置对初始材料进行施加静电，在保持针尖与材料的高度和放电时间不变的情况下，改变直流电压的大小，检测材料的过滤性能，结果表2所列。

根据表2结果可以看出，随着电压数值的增大，过滤效率先是逐步提高，随后稳定在一定范围内，因此放电电压选择90kV左右时，效率最佳。

表2 电压对过滤效率的影向表

4 结 论

设计了一种可调式静电驻极装置，并用其对样品进行施加静电，通过对样品进行性能测试得出以下结论:①在保持直流电压和放电时间不变的情况下，距离过低会出现击穿现象，降低过滤效率，火花放电消失后，过滤效率先是随着距离的增大而提高，当达到一定高度后，过滤效率随着距离的增大而减小，因此最佳放电距离在40～50 mm；②随着电压数值的增大，过滤效率先是逐步提高，随后稳定在一定范围内，因此放电电压选择90 kV左右时，效率最佳，该数据能为静电处理工艺提供参考依据，对提高材料的过滤效果有很强的实际应用价值和现实意义。