前言
如果你来到一个陌生的城市，你是否习惯打开手机APP查看所在城市的空气质量指数（Air Index，AQI）？
我的回答是，是的。
如果我看到灰色的天空，我会专门检查空气质量指数。
空气质量指数是定量描述空气质量状况的非线性无量纲指数。 数值越大，等级和类别越高，颜色越深，空气污染越严重，对人体健康危害越大。
虽然我是一个小个体，不能轻易改变环境，但在空气污染严重的日子里，我可能会主动选择减少户外活动时间，打开家里的空气净化器。 你也有类似的习惯吗？
我们诚挚邀请您参与一项小型调查活动：
在这篇文章中，我们将为大家介绍一下空气净化器的核心材料——起到过滤净化作用的空气滤纸。
空气滤纸
空气滤纸是以各种天然纤维和合成纤维为主要原料，适当添加各种造纸填料和化学助剂制成的多孔纤维过滤介质。 过滤介质包括石英砂、无纺布、滤芯、滤纸、滤布和烧结多孔材料等。 其中滤纸过滤精度高，广泛应用于各种空气过滤器，成为关键部件。 材料。
空气过滤纸主要应用于汽车工业（如发动机进气和汽车内饰）、电子设备生产车间、一般洁净室、燃气轮机进气防护、暖通空调系统、各种需要净化的车间以及挖掘机或空气净化在飞机驾驶舱和其他环境中。
过滤原理
过滤是分离混合物的一种方法。 是指悬浮液中的液体（或气体）（或含有固体颗粒并产生热量的气体）在驱动力或其他外力的作用下通过过滤介质，固体颗粒和其他物质被截留的过程。过滤介质。 ，从而从液体（或气体）中分离固体和其他物质。
过滤强调分离过程必须有过滤介质。
常见的空气过滤基本机制有（见下图）：
惯性碰撞：由于纤维排列复杂，当流体通过纤维时，尺寸和质量较大的颗粒受到惯性力的影响较大。 它们很容易脱离流线并与纤维发生碰撞，并被弹回流线或被粘附所困，称为惯性碰撞。 颗粒越大，惯性力越大，撞击障碍物的可能性越大，因此过滤效果越好。
拦截：通过拦截捕获中等尺寸的颗粒。 这些颗粒太小，不具备惯性，因此会随着气流路径移动。 当颗粒与纤维接触时，它们附着在过滤材料上并被捕获。
扩散：通过扩散捕获最小的颗粒。 小尘埃颗粒经历不规则的“布朗运动”。 粉尘越小，不规则运动越剧烈，与纤维碰撞的机会越多，过滤效果越好。 空气中小于0.1um的粉尘主要进行布朗运动。
静电吸引力：由于各种原因，纤维和颗粒可能带电，或者在生产过程中纤维可能带电，导致颗粒产生静电效应。 静电导致灰尘改变其轨迹并与障碍物碰撞。 静电力使灰尘更牢固地粘附在介质上，过滤效果可显着提高。 但在大多数空气过滤器中，静电效应除了惯性效应和扩散效应外，仅起到辅助作用，在实际应用中不宜过分强调静电效应。
颗粒物捕集机理示意图
（a.单纤和b.光纤网络结构）
空气中污染物颗粒的大小和特性各不相同。 因此，空气滤纸对颗粒物的过滤和拦截可能是一种或多种机制作用的结果。
过滤性能
过滤效率（或过滤精度）、过滤阻力（与能耗直接相关）和容尘量（使用寿命）是评价空气滤纸过滤性能的三个最重要的参数。 这是过滤行业相关消费者和制造商需要密切关注的。
过滤效率（ ）是过滤产品分级的主要依据，决定过滤后释放的空气能否满足净化要求。 下图是不同空气过滤器规格之间的关系表。
中外空气过滤器规格对比图
过滤阻力（降），顾名思义，是过滤材料在一定条件下的阻力。 过滤阻力越小，空气过滤时的进气负荷越小，意味着消耗的能量越少，运行成本也越低。
容尘量（dust，DHC）是指滤料达到额定阻力时所能容纳的粉尘量。 过滤材料的容尘量越高，过滤器的使用寿命就越长。
物理特性
空气滤纸通常需要经过打褶、切边、端盖粘合、组装和包装等制造工艺，才能成为净化器中的滤芯。 打褶是利用打褶机将空气滤纸折叠成波纹形状。
因此，空气滤纸需要具有一定的拉伸强度（）和适当的挺度，才能具有良好的打褶适应性。 例如，如果滤纸挺度太小，则无法形成稳定、平整的褶皱形状； 如果刚度太大，可能会导致无法折叠（弹跳）等问题。
耐破度（爆破度）是指纸张单位面积所能承受的最大均匀增加压力，单位为kPa。
耐破度表示材料承受外界压力的程度，代表纸材的总强度和均匀度，是空气滤纸的重要物理性能之一。 如果爆破阻力太小，滤纸在达到额定阻力之前就破裂了，过滤效果就达不到，使用寿命也会大大缩短。
《造纸研究中心》后续将在《从零开始谈造纸》系列文章中详细讲解耐破度等纸张物理性能，敬请关注。
特殊属性
除了过滤性能和物理性能外，不同的应用场合还有一些特殊的性能要求。
在发电厂，特别是位于南方潮湿地区的发电厂，燃气轮机进气滤纸往往需要防水。 空气滤纸的防水通常是通过使用疏水乳液或添加防水添加剂来实现的。
汽车发动机在运转过程中，会吸入易燃物质或发生回火，导致空气滤纸燃烧，对生命财产安全造成极大威胁。 因此，越来越多的发动机制造商关注空气滤纸对阻燃性的影响要求。 滤纸在生产和设计过程中常常添加阻燃剂以获得阻燃性能。
随着人们对健康防护和清洁生活环境的需求越来越高，特别是经历了COVID-19疫情之后，去除细菌、病毒、甲醛、过敏原等的需求也越来越大。 这些都需要更加复杂的空气滤纸产品设计，甚至需要将多种不同的空气滤纸组合在一起形成有机的解决方案。
机遇与挑战
随着人们对环境净化的意识和要求不断提高，对空气滤纸的过滤性能要求也越来越高。 提高过滤效率、降低过滤阻力、延长使用寿命是每个企业和技术人员研究的课题。
同时，随着定制化应用场景和多元化使用需求的不断拓展和发展，空气滤纸也需要与时俱进，不断探索更好的物理性能或特殊性能。
参考
戴天一. 实用过滤技术[M]． 北京：化学工业出版社，2014。
杜丹峰，郭秀蓉。 木纤维发动机空气滤清器过滤理论[M]. 北京：科学出版社，2019。
张美云、平庆伟、胡健、赵船山、林涛。 加工纸与特种纸[M]. 北京：中国轻工业出版社，2019。
丁其生，王惟一。 新型实用过滤技术[M]. 北京：冶金工业出版社，2017。
王惟一，丁其生。 过滤介质及其选择[M]. 北京：中国纺织出版社，2008。
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