Kas yra HEPA filtro terpės medžiaga?

HEPA filtro terpės gamybos procesai

SpektaklisHEPA filtro terpėpriklauso ne tik nuo medžiagos sudėties, bet ir nuo gamybos procesų, naudojamų pluošto struktūrai suformuoti. Štai pagrindiniai procesai:

1. Lydymosi pūtimas (polimerinė terpė)

Lydymosi pūtimas yra pagrindinis polimerinių HEPA filtrų gamybos metodas. Šio proceso metu polimero granulės (pvz., polipropilenas) yra išlydomos ir išspaudžiamos per mažyčius purkštukus. Tada per išlydyto polimero srautus pučiamas didelio greičio karštas oras, kuris ištempia juos į itin smulkius pluoštus (paprastai 1–5 mikrometrų skersmens), kurie dedami ant judančios konvejerio juostos. Pluoštams vėstant, jie atsitiktinai susijungia ir sudaro neaustinį tinklą su porėta, trimatė struktūra. Porų dydį ir pluošto tankį galima reguliuoti kontroliuojant oro greitį, polimero temperatūrą ir išspaudimo greitį, o tai leidžia gamintojams pritaikyti filtrą konkretiems efektyvumo ir oro srauto reikalavimams. Lydymosi pūtimo filtrai yra ekonomiški ir lengvai pritaikomi, todėl tai yra labiausiai paplitęs pasirinkimas masinės gamybos HEPA filtrams.

2. Elektroverpimas (nanopluošto terpė)

Elektroverpimas yra pažangesnis procesas, naudojamas itin smulkiems polimeriniams pluoštams (nanoskaiduloms, kurių skersmuo svyruoja nuo 10 iki 100 nanometrų) kurti. Taikant šią techniką, polimero tirpalas įpilamas į švirkštą su maža adata, kuris prijungiamas prie aukštos įtampos maitinimo šaltinio. Prijungus įtampą, tarp adatos ir įžeminto kolektoriaus sukuriamas elektrinis laukas. Polimero tirpalas ištraukiamas iš adatos kaip smulki srovė, kuri ištempia ir išdžiūsta ore, sudarydama nanoskaidulas, kurios kaupiasi ant kolektoriaus kaip plonas, porėtas kilimėlis. Nanopluošto HEPA filtravimo terpė pasižymi išskirtiniu filtravimo efektyvumu, nes maži pluoštai sukuria tankų porų tinklą, kuris gali sulaikyti net itin smulkias daleles. Be to, mažas pluošto skersmuo sumažina oro pasipriešinimą, todėl sumažėja slėgio kritimas ir padidėja energijos vartojimo efektyvumas. Tačiau elektroverpimas užima daugiau laiko ir yra brangesnis nei lydymo pūtimas, todėl jis daugiausia naudojamas didelio našumo srityse, tokiose kaip medicinos prietaisai ir aviacijos ir kosmoso filtrai.

3. Drėgno sluoksnio gamybos procesas (stiklo pluošto terpė)

Stiklo pluošto HEPA filtrai paprastai gaminami šlapiuoju būdu, panašiai kaip ir popieriaus gamybos procese. Pirmiausia stiklo pluoštai supjaustomi trumpais gabalėliais (1–5 milimetrais) ir sumaišomi su vandeniu bei cheminiais priedais (pvz., rišikliais ir dispergentais), kad susidarytų suspensija. Tada suspensija pumpuojama ant judančio sieto (vielos tinklelio), kur vanduo nuteka, palikdamas atsitiktinai orientuotų stiklo pluoštų kilimėlį. Kilimėlis džiovinamas ir kaitinamas, kad aktyvuotų rišiklį, kuris sujungia pluoštus ir sudaro standžią, porėtą struktūrą. Šlapiuoju būdu dengtas procesas leidžia tiksliai kontroliuoti pluošto pasiskirstymą ir storį, užtikrinant nuoseklų filtravimo našumą visoje terpėje. Tačiau šis procesas reikalauja daugiau energijos nei lydymo pūtimas, todėl stiklo pluošto HEPA filtrai kainuoja brangiau.

Pagrindiniai HEPA filtro terpės veiklos rodikliai

HEPA filtro terpės efektyvumui įvertinti naudojami keli pagrindiniai veiklos rodikliai (KPI):

1. Filtravimo efektyvumas

Filtravimo efektyvumas yra svarbiausias KPI, matuojantis filtravimo terpėje sulaikytų dalelių procentą. Pagal tarptautinius standartus, tikros HEPA terpės turi pasiekti ne mažesnį kaip 99,97 % efektyvumą 0,3 µm dalelėms (dažnai vadinamoms „labiausiai įsiskverbiančių dalelių dydžiu“ arba MPPS). Aukštesnės kokybės HEPA terpės (pvz., HEPA H13, H14 pagal EN 1822) gali pasiekti 99,95 % ar didesnį efektyvumą net 0,1 µm dalelėms. Efektyvumas tikrinamas naudojant tokius metodus kaip dioktilftalato (DOP) bandymas arba polistireno latekso (PSL) granulių bandymas, kuriais matuojama dalelių koncentracija prieš joms praeinant per terpę ir po jos.

2. Slėgio kritimas

Slėgio kritimas reiškia filtro medžiagos sukeliamą pasipriešinimą oro srautui. Mažesnis slėgio kritimas yra pageidautinas, nes jis sumažina energijos suvartojimą (HVAC sistemose arba oro valytuvuose) ir pagerina kvėpavimą (respiratoriuose). HEPA medžiagos slėgio kritimas priklauso nuo jos pluošto tankio, storio ir porų dydžio: tankesnė medžiaga su mažesnėmis poromis paprastai pasižymi didesniu efektyvumu, bet taip pat ir didesniu slėgio kritimu. Gamintojai subalansuoja šiuos veiksnius, kad sukurtų medžiagą, kuri pasižymi dideliu efektyvumu ir mažu slėgio kritimu, pavyzdžiui, naudodami elektrostatiniu būdu įkrautus pluoštus, kad padidintų efektyvumą nedidindami pluošto tankio.

3. Dulkių sulaikymo talpa (DHC)

Dulkių sulaikymo talpa – tai maksimalus kietųjų dalelių kiekis, kurį filtro medžiaga gali sulaikyti, kol slėgio kritimas neviršija nustatytos ribos (paprastai 250–500 Pa) arba kol efektyvumas nukrenta žemiau reikiamo lygio. Didesnis DHC reiškia, kad filtras tarnauja ilgiau, todėl sumažėja keitimo išlaidos ir priežiūros dažnumas. Stiklo pluošto filtro medžiaga paprastai turi didesnį DHC nei polimerinė medžiaga dėl savo standesnės struktūros ir didesnio porų tūrio, todėl ji tinka naudoti didelės dulkių koncentracijos aplinkoje, pavyzdžiui, pramonės objektuose.

4. Atsparumas cheminėms medžiagoms ir temperatūrai

Specializuotose srityse cheminis ir temperatūros atsparumas yra svarbūs KPI. Stiklo pluošto terpės gali atlaikyti iki 250 °C temperatūrą ir yra atsparios daugumai rūgščių bei bazių, todėl idealiai tinka naudoti deginimo įmonėse arba cheminio perdirbimo įrenginiuose. PTFE pagrindu pagaminta polimerinė terpė yra labai atspari cheminėms medžiagoms ir gali veikti iki 200 °C temperatūroje, o polipropileno terpė yra mažiau atspari karščiui (maksimali darbinė temperatūra ~80 °C), tačiau pasižymi geru atsparumu alyvoms ir organiniams tirpikliams.

HEPA filtro terpės taikymas

HEPA filtro terpė naudojama įvairiose pramonės šakose, nes reikia švaraus oro ir aplinkos be dalelių:

1. Sveikatos priežiūra ir medicina

Ligoninėse, klinikose ir farmacijos gamybos įmonėse HEPA filtro terpės yra labai svarbios siekiant užkirsti kelią ore esančių patogenų (pvz., bakterijų, virusų ir pelėsių sporų) plitimui. Jos naudojamos operacinėse, intensyviosios terapijos skyriuose (ITS), vaistų gamybos švariose patalpose ir medicinos prietaisuose, tokiuose kaip dirbtinės plaučių ventiliacijos aparatai ir respiratoriai. Čia pirmenybė teikiama stiklo pluošto ir PTFE pagrindu pagamintoms HEPA terpėms dėl jų didelio efektyvumo, atsparumo cheminėms medžiagoms ir gebėjimo atlaikyti sterilizavimo procesus (pvz., autoklavą).

2. ŠVOK ir pastatų oro kokybė

Komercinių pastatų, duomenų centrų ir gyvenamųjų namų šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo (ŠVOK) sistemose naudojamos HEPA filtro medžiagos, siekiant pagerinti patalpų oro kokybę (IAQ). Polimerinės HEPA filtro medžiagos dažniausiai naudojamos gyvenamųjų patalpų oro valytuvuose ir ŠVOK filtruose dėl mažos kainos ir energinio efektyvumo, o stiklo pluošto filtro medžiagos naudojamos didelio masto komercinėse ŠVOK sistemose, skirtose labai dulkėtai aplinkai.

3. Pramonė ir gamyba

Pramoninėse aplinkose, tokiose kaip puslaidininkių gamyba, elektronikos gamyba ir automobilių surinkimas, HEPA filtro terpės naudojamos švarioms patalpoms palaikyti, kuriose dalelių kiekis yra itin mažas (matuojamas dalelėmis kubinėje pėdoje). Šiose srityse reikalingos aukštos kokybės HEPA filtro terpės (pvz., H14), kad būtų išvengta jautrių komponentų užteršimo. Čia pirmenybė teikiama stiklo pluošto ir kompozicinėms terpėms dėl jų didelio efektyvumo ir ilgaamžiškumo.

4. Vartojimo prekės

HEPA filtro terpė vis dažniau naudojama vartojimo prekėse, tokiose kaip dulkių siurbliai, oro valytuvai ir veido kaukės. Polimerinė lydyto pūtimo terpė yra pagrindinė N95/KN95 respiratorių medžiaga, kuri tapo būtina per COVID-19 pandemiją siekiant apsisaugoti nuo ore esančių virusų. Dulkių siurbliuose HEPA terpė neleidžia smulkioms dulkėms ir alergenams patekti atgal į orą, taip pagerindama patalpų oro kokybę.

HEPA filtrų medžiagų ateities tendencijos

Augant švaraus oro poreikiui ir tobulėjant technologijoms, HEPA filtrų medžiagų ateitį formuoja kelios tendencijos:

1. Nanopluošto technologija

Nanofibro pagrindu pagamintų HEPA terpių kūrimas yra pagrindinė tendencija, nes šie itin smulkūs pluoštai pasižymi didesniu efektyvumu ir mažesniu slėgio kritimu, palyginti su tradicinėmis terpėmis. Elektroverpimo ir lydymo pūtimo technologijų pažanga leidžia nanofibro terpes gaminti ekonomiškiau, todėl jos plačiai naudojamos tiek vartojimo, tiek pramonės srityse. Tyrėjai taip pat tyrinėja biologiškai skaidžių polimerų (pvz., polilaktinės rūgšties, PLA) naudojimą nanofibro terpėms, siekdami spręsti aplinkosaugos problemas, susijusias su plastiko atliekomis.

2. Elektrostatinis stiprinimas

Elektrinio filtro terpė, kuri dalelėms sulaikyti naudoja elektrostatinį krūvį, tampa vis pažangesnė. Gamintojai kuria naujus įkrovimo metodus (pvz., vainikinį išlydį, triboelektrinį įkrovimą), kurie pagerina elektrostatinio krūvio ilgaamžiškumą ir užtikrina pastovų veikimą per visą filtro naudojimo laiką. Tai sumažina dažno filtro keitimo poreikį ir energijos suvartojimą.

3. Daugiafunkcinė žiniasklaida

Ateities HEPA filtro terpės bus sukurtos atlikti kelias funkcijas, pavyzdžiui, surinkti daleles, pašalinti kvapus ir neutralizuoti dujas. Tai pasiekiama į terpę integruojant aktyvuotą anglį, fotokatalizines medžiagas (pvz., titano dioksidą) ir antimikrobines medžiagas. Pavyzdžiui, antimikrobinės HEPA terpės gali slopinti bakterijų ir pelėsių augimą ant filtro paviršiaus, sumažindamos antrinės taršos riziką.

4. Tvarios medžiagos

Augant aplinkosauginiam sąmoningumui, skatinama kurti tvaresnes HEPA filtrų medžiagas. Gamintojai ieško atsinaujinančių išteklių (pvz., augalinės kilmės polimerų) ir perdirbamų medžiagų, kad sumažintų vienkartinių filtrų poveikį aplinkai. Be to, dedamos pastangos pagerinti esamų polimerinių medžiagų perdirbimą ir biologinį skaidumą, sprendžiant filtrų atliekų sąvartynuose problemą.

HEPA filtro terpė yra specializuotas substratas, skirtas išskirtiniu efektyvumu surinkti smulkias ore esančias daleles, atliekantis svarbų vaidmenį saugant žmonių sveikatą ir palaikant švarią aplinką įvairiose pramonės šakose. Nuo tradicinio stiklo pluošto iki pažangių polimerinių nanopluoštų ir kompozicinių struktūrų, HEPA terpės medžiagų sudėtis yra pritaikyta prie unikalių skirtingų pritaikymų reikalavimų. Gamybos procesai, tokie kaip lydalo pūtimas, elektrostatinis verpimas ir šlapias klojimas, lemia terpės struktūrą, kuri savo ruožtu daro įtaką pagrindiniams veikimo rodikliams, tokiems kaip filtravimo efektyvumas, slėgio kritimas ir dulkių sulaikymo talpa. Tobulėjant technologijoms, tokios tendencijos kaip nanopluošto technologija, elektrostatinis gerinimas, daugiafunkcis dizainas ir tvarumas skatina inovacijas HEPA filtro terpėse, todėl jos tampa efektyvesnės, ekonomiškesnės ir ekologiškesnės. Nesvarbu, ar tai būtų sveikatos priežiūra, pramoninė gamyba, ar vartojimo prekės, HEPA filtro terpės ir toliau išliks pagrindine priemone užtikrinant švarų orą ir sveikesnę ateitį.