一、孤立體捕集機(jī)理

纖維層濾料由眾多單纖維構(gòu)成，首先研究單一纖維的捕集機(jī)理。當(dāng)含塵氣流繞流纖維體時(shí)，發(fā)生攔截效應(yīng)、慣性效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、靜電效應(yīng)、重力效應(yīng)，從而捕集塵粒。

1．慣性效應(yīng)

當(dāng)塵粒沿流線運(yùn)動(dòng)接近纖維體時(shí)，氣體繞流，而較大質(zhì)量的塵粒受慣性力作用偏離流線，切向運(yùn)動(dòng)，與纖維碰撞而截留。

2．?dāng)r截效應(yīng)

當(dāng)塵粒沿流線運(yùn)動(dòng)接近纖維體時(shí)，大多數(shù)細(xì)小的塵粒隨氣流繞流，只有半徑大于或等于塵粒中心至纖維邊緣之間距離的塵粒，被纖維攔截鉤附。

3．?dāng)U散效應(yīng)

粒徑≤0.1μm的微粒在流體分子熱運(yùn)動(dòng)的作用下產(chǎn)生不規(guī)則的布朗擴(kuò)散，脫離流線，被纖維捕集。對(duì)于0.?1μm的微粒，在常溫下每秒擴(kuò)散距離可達(dá)17?μm。粒徑越小、含塵氣體溫度越高，擴(kuò)散效益越明顯。

4．靜電效應(yīng)

因受摩擦感應(yīng)或外加電場(chǎng)的作用，使塵?；蚶w維荷電，當(dāng)兩者電荷極性相反時(shí)，在庫(kù)侖力的作用下，塵粒被纖維吸引而捕集。

5．重力效應(yīng)

當(dāng)塵粒粒徑較大、質(zhì)量較重，而氣流速度較小時(shí)，塵粒在重力作用下，脫離運(yùn)動(dòng)軌跡，沉落纖維表面而捕集。

此外，還有分子間吸引的范德華效應(yīng)、溫差造成的熱致遷移效應(yīng)、濃度差異引起的濃度擴(kuò)散效應(yīng)。

以上各種捕集效應(yīng)是以單一纖維作孤立捕集體來(lái)描述的，實(shí)際上，起過(guò)濾作用的是按一定組織結(jié)構(gòu)排列的眾多纖維集合體，纖維之相互發(fā)生影響。同時(shí)，過(guò)濾。過(guò)程通常不是一種效應(yīng)起作刊用，而是多種效應(yīng)同時(shí)起作用，各種捕集效應(yīng)所起的捕集作用因塵粒大小、流速高低而異。

可見(jiàn)，對(duì)粒徑大于1.0μm的塵粒，以慣性碰撞、重力和攔截效應(yīng)為主，對(duì)粒徑小于0.?2μm的塵粒，以分子擴(kuò)散和靜電效應(yīng)為主；當(dāng)流速大于15cm/s時(shí)，慣性碰撞作用加強(qiáng)，當(dāng)流速小于5?cm/s時(shí)，重力、攔截、擴(kuò)散效應(yīng)明顯。

二、纖維層過(guò)濾機(jī)理

纖維層是由眾多單纖維或紗線按一定組織結(jié)構(gòu)排列構(gòu)成的多孔集合體。纖維層的過(guò)濾機(jī)理除了上述慣性效應(yīng)、攔截效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、靜電效應(yīng)、重力效應(yīng)之外，還有篩孔效應(yīng)。

含塵氣流通過(guò)纖維層時(shí)，氣體中粒徑大于纖維、紗線間孔隙或塵間孔徑的粉塵，即被篩分捕集，此謂篩分效應(yīng)。

在工業(yè)除塵領(lǐng)域，常用的纖維層濾料有機(jī)織布和針刺氈兩大類。這兩類纖維層濾料的組織結(jié)構(gòu)和制造工藝并不一樣，初期的過(guò)濾機(jī)理也不相同。

1．機(jī)織布纖維層過(guò)濾機(jī)理

機(jī)織布是由纖維紡成紗線，再用紗線織成多種織紋的二維平面結(jié)構(gòu)纖維集合體。機(jī)織布的纖維層較薄，通常厚度小于1mm，纖維間抱合緊密而孔隙小，線間交叉孔隙較大，孔道直通，孔徑約為30~60μm，總體空隙率約為35%~50%，其中實(shí)際起透氣及過(guò)濾作用的線間空隙僅為30~40%。含塵氣流通過(guò)纖維層時(shí)，粉塵主要受慣性效應(yīng)、攔截效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)、以及篩分效應(yīng)的綜合作用。部分塵粒依附于纖維表面，被勾留堆積，進(jìn)而橋接，衍生出粉塵層，部分細(xì)微塵粒穿透纖維層。清灰再生時(shí)，由于纖維層內(nèi)孔道平直，積灰容易松動(dòng)離散。從過(guò)濾機(jī)理分析，機(jī)織布纖維層的初期過(guò)濾雖有一定體過(guò)濾作用，但更接近面過(guò)濾作用。

2.針刺氈纖維層過(guò)濾機(jī)理

針刺氈是將纖維用機(jī)械或化學(xué)方式壓延絡(luò)全，或?qū)⒗w維成網(wǎng)（絮棉）疊合，再用針刺（或水刺）交勾絡(luò)全制成的三維空間結(jié)構(gòu)纖維集合體。

針刺氈纖維層較厚，通常厚度為1.5~2.5mm，纖維間形成空隙結(jié)構(gòu)，孔道曲折，分布均勻，孔徑約為10~40μm，孔隙率可達(dá)70~80%。含塵氣流通過(guò)纖維層時(shí)，粉塵主要受慣性效應(yīng)、攔截效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)以及篩分效應(yīng)的綜合作用。部分塵粒被纖維依附勾留，部分塵粒滲入纖維層內(nèi)部孔隙，與纖維構(gòu)成聯(lián)合捕集體，繼而向表面擴(kuò)展，形成粉塵層，少部分細(xì)微塵穿透纖維層。清灰再生時(shí)，由于纖維層內(nèi)孔道曲折，積塵不易松動(dòng)逃逸。從過(guò)濾機(jī)理分析，初期針刺氈纖維層的過(guò)濾機(jī)理與空氣過(guò)濾器類似，以體過(guò)濾為主，隨著表面粉塵層的建立，逐漸向面過(guò)濾過(guò)渡。

三、容塵纖維過(guò)濾機(jī)理

纖維層濾料的設(shè)計(jì)孔徑為20~60μm，難以捕集細(xì)粉塵，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試其初期過(guò)濾效率僅為50~80%，顯然不能滿足工業(yè)除塵的要求。

作為高效除塵設(shè)備的袋式除塵器，纖維層濾料的真正過(guò)濾作用是依靠黏附于纖維層表面的一次粉塵層。袋式除塵器投運(yùn)以后，隨著過(guò)濾進(jìn)程，以清潔濾料纖維層為“核心”，衍生出粉塵層。初期建立的粉塵層是不穩(wěn)固的，清灰后容易松動(dòng)脫落，但總有部分塵粒殘留在纖維層表面，經(jīng)過(guò)多次過(guò)濾——清灰，逐步形成清灰后不再剝離的穩(wěn)定粉塵層，稱為一次粉塵層。建立一次粉塵層后的清潔纖維層稱為容塵纖維層。一次粉塵層是由細(xì)粒塵組成的多孔結(jié)構(gòu)，已與濾料表層纖維黏附成一體。容塵纖維層與清潔纖維層相比，孔徑小、孔道彎曲、孔隙率降低，從過(guò)濾機(jī)理分析，即使對(duì)微粒1μm以下的微粒塵，也可達(dá)到99.9%的過(guò)濾效率。

四、覆膜纖維層過(guò)濾機(jī)理

覆膜濾料是將一層膨化聚四氟乙烯微孔薄膜（ePTFE膜）用熱壓或膠黏等方法復(fù)合

在常規(guī)纖維層濾料表面制成的高端除塵濾料。ePTFE膜呈立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔形不規(guī)則，孔道彎曲，孔徑僅為0.2~3.0μm，孔隙率可達(dá)80~90%，是至今最為合理的纖維類微孔結(jié)構(gòu)。在過(guò)濾機(jī)理上，除了共有的慣性、攔截、擴(kuò)散、靜電等常規(guī)效應(yīng)外，篩孔效應(yīng)起主導(dǎo)作用。以此微孔薄膜代替一次粉塵層，即使在過(guò)濾初期，細(xì)微塵粒也難以滲入纖維層內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)名副其實(shí)的面過(guò)濾。其過(guò)濾效率可達(dá)99.99%，比非覆膜常規(guī)濾料高一個(gè)數(shù)量級(jí)。ePTFE膜具有不黏性，表面張力低，具有極佳的清灰剝離性能。

對(duì)常規(guī)纖維層濾料表面采取壓光、燒毛、涂膜等后處理措施，以及開發(fā)高密面層梯度結(jié)構(gòu)纖維層濾料，都是旨在改善纖維層濾料表面微孔結(jié)構(gòu)，盡量減少粉塵在纖維層內(nèi)沉積，實(shí)現(xiàn)由體過(guò)濾向表面過(guò)濾的轉(zhuǎn)化，只是其效果仍比不上覆膜濾料優(yōu)良。