CN104759162A - 一种电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法，将驻极体或其他电介质滤材成品作为阻挡介质放入交变高压电场中，形成介质阻挡放电或放入直流高压下的电晕场中形成电晕介质阻挡放电；通过放电过程，实现静电驻极和/或静电荷电，使滤材或产品成品的性能得到提高，让清洗后的滤材或产品重新带有荷电并且灭菌消毒；该电介质过滤材料的荷电再生装置包括：滤材、正板电极、负板电极、交流或直流高压发生器和电源。本发明使滤材或产品成品的性能得到提高，让清洗后的滤材或产品重新带有荷电，一次性产品能够多次重复使用，方法简单，操作方便，减少了材料和资源的浪费，使得驻极体滤材得到了循环的使用。

Description

一种电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法

技术领域

本发明属于空气过滤材料技术领域，尤其涉及一种电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法。

背景技术

空气环境的日益恶化已经严重地危及到人类的健康，现代社会需要高效低阻的空气过滤材料，传统的滤材不是过滤性能不理想，就是成本太高，常用的纤维过滤材料主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞和直接拦截等机械阻挡作用进行捕尘，对粒径小于数微米的粒子，其过滤效果很差，如果滤材纤维带较强的静电荷，除原有的机械阻挡作用外，依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微粒产生极性再将其捕获，过滤效率无疑将大为增强，而空气阻力却不会增加，此外，若滤材所储存的电荷是负电荷，则同时还有抑制和杀灭病菌的作用；

这类材料通常称为静电驻极体(简称驻极体)，是指那些能够长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料，即从时间跨度上来看，它们的电荷衰减时间常数比驻极体形成的周期长得多，驻极体的电荷可以是真实电荷(或称空间电荷)，也可以是偶极电荷，或者两者都有之，驻极体空气过滤材料就是利用电荷的静电力作用捕集尘粒；

常见的驻极体材料以高聚物为主，如非极性材料：聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物和极性材料或弱极性材料：聚三氟乙烯、聚丙烯(共混)及聚酯等，近年来，这类驻极体滤材在生命科学和临床医学及环境净化工程等方面已得到广泛应用，目前国际上有预防病毒功能(包括SARS病毒)的3M手术口罩(N95、N97、N99)中就采用了这种过滤材料，美国2003年4月推出的抗SARS空气过滤器中也采用了这种材料；

用作驻极体的滤材需要优异的介电性能，如高体电阻和表面电阻，高介电击穿强度以及低吸湿性和较好的透气性，此外，还需要采用各种荷电方法和设备，使驻极体纤维荷电(即静电驻极)，目前，静电驻极方法主要有静电纺丝法、电晕放电法、摩擦起电法、热极化法和低能电子束轰击法等，静电驻极方法不同，所形成的驻极体性质亦大不相同，驻极体滤材要求材料储存的电荷密度大，稳定性强，储存寿命尽可能长，储存电荷的稳定性主要取决于材料性质、充电方法、电荷分布状态、储存的环境条件等，根据上述要求，电晕放电法是目前较好的静电驻极方法，热极化法在环境相对稳定时也不错。

现有的电晕放电法有3类：(1)膜驻极法:首先利用直流电晕放电使共聚物膜驻极化，然后将获得的膜驻极体经裂纤化制成膜裂纤维，再将纤维梳理、铺网、粘合或针刺制成非织造布，为了使膜具有较多的稳定电荷，在电晕放电之前，需对膜进行两次加热处理，该方法的缺点是纤维较粗，在制造非织造布和成型加工时受到一定限制，(2)纤维驻极法：在熔融纺丝时，或在熔融纺丝之后卷绕之前，对共聚物实施驻极化处理，熔融纺丝条一般需经过两次牵伸，在第二次加热牵伸时，通过直流电晕放电使其驻极化，驻极化后的纤维带电强烈，但同样对织造工艺有一定的限制，对后续加工的条件要求比较高，(3)织物驻极法： 先将不带电荷的纤维加工制成片状的过滤材料，然后再对片状滤材进行驻极加工，制成驻极体织物，这种方法对材料的要求不是十分严格，加工工序也较为简单，驻极加工后无须使用胶粘剂，也不须加热。

目前有关驻极体滤材的专利主要集中在工业生产中的静电驻极工艺方面，如美国3M公司的专利(CN1384896A)涉及一种用非水极性液体使纤维网充电的方法，含非导电纤维的网用非水极性液体润湿，经充分干燥后制得驻极体纤维网，该驻极体纤维网可在过滤面罩中用作过滤器，与已知的充电方法相比，其优点在于，非水液体的干燥所需能量比含水液体少，另外，许多用含水液体难以润湿的过滤器网可用非水液体直接润湿，中国环境科学研究院申请的专利(CN200520118597)公开了几种静电纺丝吸附过滤材料，包括静电纺丝氯化聚氯乙烯，静电纺丝双乙酸酯纤维和静电纺丝聚醚砜，美国博磊科技股份有限公司申请的专利(CN102089039A)公开了一种通过产生吸引和捕获带相反电荷的污染物并且排斥带相似电荷的污染物的静电场来提高口罩过滤效率的方法，东华大学申请的专利(CN102499493A)公开了一种纳米防病毒口罩的生产方法，其特征在于：将聚合物溶解，加入无机盐，搅拌形成性质均一的纺丝溶液；将所得的纺丝溶液进行静电喷网，将含有二维网状纤维和一维电纺纤维的静电喷网膜沉积在附着有基材的接收装置上，得到基材和静电喷网膜的复合结构，将所述的复合结构制成纳米防病毒口罩。

即使最好的驻极体滤材，其所带电荷量也会随着使用时间的增加而逐渐减少，特别是因含尘过多，用水清洗之后，其荷电强度将大幅下降，使其过滤效率大打折扣，发明者采用N95滤片和N90口罩所做的实验表明，清洗烘干后的口罩或滤片，其过滤效率将从95％以上下降到50％以下，所以市场上的驻极体 口罩大多数都设计成一次性使用的产品，有的则附带若干滤片用于替换，这就造成材料和资源的浪费；

即使是从未使用过的滤材或成品，或者由于存放时间过长，所带电荷已逐渐消失，或者由于静电驻极工艺不佳，所带电荷不多，或者根本就没有做任何静电驻极处理，对于微细粒子的过滤效率均较低。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法，旨在解决现有的驻极体滤材的所带电荷量也会随着使用时间的增加而逐渐减少，造成材料和资源浪费的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电介质过滤材料的荷电再生的方法，该电介质过滤材料的荷电再生的方法包括两类：

第一类:将驻极体或其他电介质滤材成品作为阻挡介质放入交变高压电场中，形成介质阻挡放电或电晕介质阻挡放电，通过放电过程，实现静电驻极和/或静电荷电，使滤材或产品成品的性能得到提高，让清洗后的滤材或产品重新带有荷电。交变高压电场电压范围是：10000-200000伏特；频率范围是：50Hz—1MHz；交变高压电场所用电极为平板或曲面状。

第二类:让片状，层状，块状或筒状等形状的成品驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品作为阻挡介质放入直流恒稳高压、直流脉冲高压或一定频率的交流高压电场中，让至少一个电极由曲率很小的针状或线状电极组成，因此形成电晕场中的介质阻挡放电，在放电过程中，实现静电驻极和/或荷电。其 电压范围是：5000-200000伏特。

进一步，驻极体或其他电介质过滤材料包括口罩，香烟，空气净化器，吸尘器及发动机所用的过滤材料。

进一步，滤材处理方式包括：滤材充分干燥的预处理；滤材双面交替处理；静电驻极完成后，取出滤材或产品成品，放入干燥的塑料袋子中，然后封口；

该电介质过滤材料的荷电再生的方法在静电驻极的同时，产生具有超强消毒灭菌能力的臭氧。

本发明实施例的另一目的在于提供一种电介质过滤材料的荷电再生的装置，该电介质过滤材料的荷电再生的装置包括：滤材、正电极、负电极、固定针状电极的绝缘板，高压发生器和电源。

滤材设置在正电极和负电极之间，正电极和负电极连接高压发生器，高压发生器通过导线与电源连接。

进一步，正电极和负电板可以采用以下的形式：

正负电极之一采用针状电极；

正电极和负电极均采用针状电极；

正电极采用线状电极，负电极采用板状电级或负电极采用线状电极，正电极采用板状电级；

正电极采用线状电极，负电极采用管状电级或负电极采用线状电极，正电极采用管状电级；

正电极采用线状电极，负电极采用柱面状电级或负电极采用线状电极，正电极采用柱面状电级。

进一步，上述针状电极采用多根针排列组成，针的横截面曲率半径范围是 0.1-1.0mm，针和针之间的间距范围是1.0-20.0mm，针长度范围是2.0-50.0mm，针尖端到滤材表面的距离范围是5.0-150.0mm；

进一步，上述线状电极采用导电材质的线组成，线的横截面曲率半径范围是0.1-1.0mm，线到滤材表面的距离范围是5.0-150.0mm；

进一步，采用交流电源时配合使用电源适配器；采用电池电源时，可采用可充电电池。

进一步，该电介质过滤材料的荷电再生的装置还包括固定针状电极的绝缘板，绝缘板形状为曲面状。

进一步，该电介质过滤材料的荷电再生的装置还包括放置滤材的传送带。

本发明提供的电介质过滤材料的荷电再生的装置及方法，将驻极体或其他电介质滤材成品作为阻挡介质放入高压电场中，形成介质阻挡放电或电晕介质阻挡放电；通过放电过程，实现静电驻极和/或静电荷电，使滤材或产品成品的性能得到提高，让清洗后的滤材或产品重新带有荷电，一次性产品能够多次重复使用。本发明在荷电处理的同时，附带能对用过或清洗过的滤材或产品进行消毒和灭菌，方法简单，操作方便，减少了材料和资源的浪费，使得驻极体滤材得到了循环的使用，较好地解决了现有的驻极体滤材的所带电荷量也会随着使用时间的增加而逐渐减少，造成材料和资源浪费的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电介质过滤材料的荷电再生的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的介质阻挡放电的固定电场结构示意图；

图3是本发明实施例提供的多针一板式电晕介质阻挡放电结构示意图；

图4是本发明实施例提供的针-针式电晕介质阻挡放电结构示意图；

图5是本发明实施例提供的线-板式电晕阻挡放电结构示意图；

图6是本发明实施例提供的线-管式电晕阻挡放电结构示意图；

图7是本发明实施例提供的线-柱面式电晕阻挡放电结构示意图；

图8是本发明实施例提供的适合于处理3D或异形形状的电晕阻挡放电结构示意图；

图9是本发明实施例提供的流水线静电驻极处理示意图；

图10是本发明实施例提供的线-管式电晕驻极体阻挡放电系统的电路简图；

图中：1、滤材；2、正板电极；3、负板电极；4、交流高压发生器；5、交流电源插头；6、绝缘板；7、传送带。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的电介质过滤材料的荷电再生的方法包括以下步骤：

S101：将驻极体或其他电介质滤材成品作为阻挡介质放入高压电场中，形成介质阻挡放电或电晕介质阻挡放电；

S102：通过放电过程，实现静电驻极和/或静电荷电，使滤材或产品成品的 性能得到提高，让清洗后的滤材或产品重新带有荷电。

在步骤S101中，可采用的交变高压电场电压范围是：10000-200000伏特；频率范围：50Hz—1MHz，所用电极为平板或曲面状；也可以采用直流高压或者直流脉冲高压或一定频率的交流高压。电压范围是：5000-200000伏特，所用电极至少包含有曲率很小的针状或线状电极，使电场中能产生电晕。针状电极是一根或由多根平行排列的针状电极形成的组合；所述针状电极之外的另一电极，可以是垂直于针状电极的平板状电极，或者与驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品的形状吻合的曲面状电极。

所述线状电极之外的另一电极，可以是平行于线状电极的平板状电极，或者与驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品的形状吻合的与线状电极平行的柱面面状电极，还可以是让线状电极位于轴心线上的管状电极；采用让驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品相对于放电电场做相对移动的方式来进行流水线处理；让针状或线状电极连接高压电极，形成电晕放电。

驻极体或其他电介质过滤材料包括口罩，香烟，空气净化器，吸尘器及发动机所用的过滤材料。

采用让驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品相对于放电电场做相对移动的方式来进行流水线处理；

本发明的具体实施例：

一.处理方法：

本发明采用下列方法对新的或清洗过的驻极体或电介质滤材进行静电驻极或荷电的处理；

1.放电处理方式：

(1)介质阻挡放电：

工业生产上，大多数驻极体滤材的荷电是通过对单根丝进行电晕放电来实现的，所以总荷电量大，而本发明中，是对已编织好的驻极体滤材，或者由棉纱，有机纤维棉，活性炭等制成的多层滤材，放置在电场中来进行处理，所以需要特别设计的高功率密度电场；

考虑到驻极体和许多不导电的滤材都是电介质材料，将电介质材料放在两高压电极之间进行处理，实质上就是一种介质阻挡放电处理方式，介质阻挡放电和电晕放电一样，属于在大气压下气体放电的一种形式，由于成本低、放电稳定，在工业中应用最为广泛；

介质阻挡放电的介质可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间，当在电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体就会被击穿而形成放电，因介质表面堆积电荷形成反馈电场，可抑制放电向火花放电和电弧放电发展，故能够在较大面积上形成均匀放电，产生较高电子能量，并激发大量活性粒子，介质阻挡放电另一优点是可在很大的气压和频率范围内工作，介质阻挡放电最大的问题就是起始电压很高，放电空间小；

采用介质阻挡放电方式处理滤材或成品，正负电极都为平板电极，电极上施加交流高压，介质阻挡放电采用的参数范围如下：

1)使用电压(交流)：10000-200000伏特；

2)使用频率：50Hz—1MHz；

3)功率：100-10000瓦特；

4)电源：室内交流电(220/110V，50H)；

5)电极类型：板状；

6)电极面积：与处理滤材面积相当；

7)正负电极间距：5-50mm；

8)处理时间：不低于3s；

9)环境气压：104—106Pa；

10)环境温度：-10-50℃；

(2)电晕介质阻挡放电方式：

电晕放电可分为正电晕放电和负电晕放电，由于采用曲率很小的针状，丝状或线状电极，所以放电容易产生，所需起始电压低，放电空间大，但缺点是功率密度较小；

为了增大功率密度，又不需太高的起始电压，将介质阻挡放电技术和电晕放电技术综合，形成电晕介质阻挡放电，即在电晕放电空间中加入固体电介质滤材或成品的处理方式，该方式采用恒稳直流高压，脉冲直流高压或交流高压，施加在两个电极上，其中至少有一个电极具有较小曲率的表面，呈针状或线状；

电晕介质阻挡放电采用的参数范围如下：

1)使用电压(包括直流，交流或脉冲电压)：5000-100000伏特；

2)功率：1-1000瓦特；

3)电源：室内交流电：220V/50H；电池：1.5-9.0V；

4)针状电极尖端尺寸：0.01-1.0mm；

5)线电极直径：0.03-1.0mm；

6)正负电极间距：5-150mm；

7)处理时间：不低于3s；

8)环境气压：105—106Pa；

9)环境温度：-10-50℃；

经上述两种方式处理的滤材或成品中，存在两类电荷:一类是由材料表面或体内的各类陷阱俘获的空间电荷(真实电荷或静电电荷)，另一类是因极性基团或界面和杂质离子的极化所产生的偶极电荷；

2.固定电场的结构形式：

如果电场与处理滤材之间不产生相互移动，称为固定电场；

(1)介质阻挡放电的固定电场结构如图2所示，图中1是滤材或成品(口罩)；2是正板电极，3是负板电极，正板电极2和负板电极3分别连接交流高压发生器4的两输出电极上，5是连接交流电源插头；

(2)电晕介质阻挡放电的固定电场结构形式分为三大类，第一类适合于处理平面状滤材或面罩，包括：

1)针-板式电晕介质阻挡放电：

所谓针-板式即一个电极呈针状，另一电极呈板状，由于单针一板电晕介质阻挡放电的功率不高，处理面积小，本发明采用多针一板电晕介质阻挡放电，如图3所示，图中1是滤材或成品(口罩)，正板电极2采用针式的电极；正板电极2是多根针排列组成的针状电极，正板电极2和负板电极3分别连接交流高压发生器4的两输出电极，交流电源插头5采用电源适配器，将室内220V交流电整流降压后提供给交流高压发生器4，6是固定针状电极的绝缘板，针的曲率半径在0.1-1.0mm范围，每根针之间的间距在1.0-20.0mm范围，针长度在2.0-50.0mm范围，针尖端到阻挡介质(滤材或口罩)表面的距离在5.0-150.0mm范围，板状电极到阻挡介质(滤材或口罩)表面的距离在0.0-50.0mm范围；

2)针-针式电晕介质阻挡放电：

如图4所示，正负电极呈现针对针的形式，图中1是滤材或成品(口罩)；正板电极2和负板电极3采用针状电极，正板电极2和负板电极3分别连接交流高压发生器4的两输出电极，交流电源插头5采用电池电源，6是固定针状电极的绝缘板，该放电形式的启动电压很低，但容易形成火花或电弧放电，所以正负极之间的间距要大于针-板式的间距；

3)线-板式电晕阻挡放电：

如图5所示，所谓线-板式即指用导电板作为一个电极，平行于板的线状导线作为另一级，电介质位于线和板之间，1是滤材或口罩；正板电极2采用线状电极，负板电极3采用板状电级，正板电极2和负板电极3分别连接交流高压发生器4的两输出电极，交流电源插头5采用电源适配器，用来将室内220V交流电整流降压后提供给交流高压发生器，绝缘板6是固定丝状电极的绝缘框架；

第二类结构形式适合于处理呈圆筒状或柱面状的滤材或成品；

1)线-管式电晕阻挡放电处理结构，所谓线-管式即指用导电管作为一个电极，位于管轴心的线状导线作为另一级，电介质呈圆筒状位于线电极和管电极之间，如图6所示，图中1的滤材是卷曲呈圆筒状；正板电极2采用线状电极，负板电极3采用管状电级，正板电极2和负板电极3分别连接交流高压发生器4的两输出电极，交流电源插头5采用电源适配器，用来将室内220V交流电整流降压后提供给交流高压发生器，绝缘板6固定丝状电极；

2)线-柱面式电晕阻挡放电处理结构，所谓线-柱面式即指用柱面导电板作为一个电极，平行于柱面的线状导线作为另一级，如图7所示，电介质呈柱面状位于线和管壁之间，滤材1是呈圆柱面状的；正板电极2采用线状电极，负 板电极3采用柱面状电级，正板电极2和负板电极3分别连接交流高压发生器4的两输出电极，交流电源插头5采用电源适配器，用来将室内220V交流电整流降压后提供给交流高压发生器，绝缘板6固定丝状电极；

如图8所示，第三类结构形式适合于处理3D或异形形状的滤材或成品，为了适合于曲面形状的口罩，或者将固定针状电极的绝缘板6形状改为曲面状，或者调整针状电极的长短，使得每一根电极的尖端到口罩表面的距离都相同，而另一电极如原为平板状，也需改为与口罩曲面相似的形状，如果为针状电极，也需按上述方法调整，正板电极2和负板电极3分别连接交流高压发生器4的两输出电极，交流电源插头5采用电源适配器，用来将室内220V交流电整流降压后提供给交流高压发生器；

3.移动式放电处理方式：

对于批量式的滤材或成品的处理，可以采用让待处理材料和放电电场产生相对移动的方式进行流水线处理，比如将待处理材料顺次放在传送带上，传送带按一定速度穿过电晕介质阻挡放电电场，图9为流水线处理示意图，图中1是放在传送带7上的滤材或成品面罩，正板电极2是排列成一排的多根针状电极，负板电极3是作为另一电极的导电板，提供恒稳高压直流电的交流高压发生器4，交流电源插头5采用电源适配器，用来将室内220V交流电整流降压后提供给交流高压发生器4；

在上述设计中，需要考虑传送带本身的介电性能对放电电场的影响，传送带介电性过高，大量静电电荷会聚集在传送带上，因而减少滤材或面罩的荷电量；传送带介电性能过低，将使得滤材或面罩上的静电荷被传送带导走，此外，传送带材质应避免使用驻极体材料；

4.电晕介质阻挡放电方式中交直流电压的选择：

对于针-板类电晕介质阻挡放电，实验表明，如采用交流高压，其放电电流波形在电压的正负半周期表现出明显的不对称性，在电压的正半周期，从电压过零点后开始出现放电脉冲，到电压达到最高点时结束，有明显的放电电流脉冲，从脉冲幅值和宽度可以判断，在针一板之间有贯穿的电离通道即流注产生，其特征表现为电晕放电和介质阻挡放电相叠加的效果，但在电压的负半周期.放电电流只有几个很小的脉冲，其脉冲幅值比正向脉冲幅值小得多.可以判断为电晕辉光或特里切尔(Trichel)脉冲，所以放电通道中的电子能量会大大降低；

对于线-管式电晕介质阻挡放电，如采用交流高压，其电流波形在正负半周期表现出明显的极性效应：在电压的正半周期表现为连续的放电电流形式，脉冲幅值和数量均较高，而在电压的负半周期，放电没有流注脉冲，主要为特里切尔脉冲或电晕辉光的形式，这主要是因为在电压的负半周期，线电极是阴极，电极半径小，由于阴极鞘层电离区域体积小，导致放电电流也很小；

如在针-板放电空间填充较多的高电阻介质，可以有效的捕获空间电子，改变空间电场的分布，则对负向放电脉冲的产生有很大的增强作用；

综上所述，在滤材绝缘度(介电性能)不算太高，厚度不太大的情况下，采用直流高压比采用交流高压更节能一些，反之，如果滤材较厚，绝缘度很高的场合，采用交流高压的效率会更高；

5.电晕介质阻挡放电方式中恒稳或脉冲电场的选择：

恒稳直流高压电场能够有效用于上述针一板式，线-板式，线-管式，线-柱面式等电晕介质阻挡放电的过程中，为了进一步提高电场的功率密度，还可采 用脉冲直流高压电场，脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究，放电参数直接影响等离子体状态，实验表明，增大电源电容可以有效地提高电源能量效率，增大极板间距，峰值电压将增大，而峰值电流将减小，脉宽将减小，使波形更加理想，由于驻极体的阻挡放电，可有效减小间隙火花放电，使脉冲电晕放电空间分布更加均匀，能在大范围内提高电源的能量效率；

采用Blumlein脉冲形成网络(BPFN)型高压脉冲电源，其最大输出功率1kW，最大峰值电压100kV，线-管式电晕驻极体阻挡放电系统的电路简图如 图10所示，图中交流电源,供给直流高压电源，再经电容，电感，硅堆和，为BPFN脉冲电源谐振充电，通过闸流管，在脉冲变压器的初级线圈形成负脉冲高压，进一步在其次级线圈中升压，并进行极性转换，正高压加到电晕驻极体阻挡放电系统的线极上，放电系统的管极接地，图中采用卷曲成圆筒状的滤材；

6.电晕介质阻挡放电方式中正负电晕的选择：

由于在针一板式，线-板式，线-管式，线-柱面式电晕介质阻挡放电过程中，只有在放电正半周期电压上升过程中才有贯穿的流注放电，所以当采用直流高压放电的情况下，让针状或线状电极为正极，板状，管状或柱面状电极为负极，这样静电驻极效率会更高；

但对于针-针式电晕介质阻挡放电，因为正负电极均为针状电极，所以没有区别；

7.滤材处理方式：

(1)预处理：

不论是全新的或者是清洗后的滤材或产品成品，在放入放电电场中之前，均需要充分干燥，因为水分的存在将大大降低静电驻极效果；

(2)双面交替处理：

从微观原理上分析，驻极体电荷捕获可以发生在三个结构层次上：1)电荷被捕获在分子结构的特殊位置中，如强极性键或聚合物链段中；2)电荷被束缚在相邻分子间的原子基团内或介质内部离子的位置，由这些基团或离子的电子亲合势来约束捕获电荷；3)材料内部结构不均匀，结晶区和非结晶区交错在一起，结晶区是一些微小的晶粒，当极化电流通过介质时，在晶粒的两个端面产生Maxwell-Wagner效应，积聚相反的电荷，形成与取向极化类似的极化；

由此可以从三个方面分析正负电荷分布不均匀的原因，1)电晕介质阻挡放电如采用交变高压电压，在电压极性反转前后，电荷成镜像分布，滤料表面的电荷不断地做镜像变换；2)驻极体滤料纤维的分布呈三维网状结构，其面密度的变异系数高达7％，分布很不均匀，导致电荷也杂乱分布；3)从常用驻极体材料聚丙烯的微观结构分析，聚丙烯有4种晶相，从三方晶系的β晶相到单斜晶系的α晶相，再到三斜晶系的γ晶相，对称性都很低，并且还存在相变和过度结构状态，因此微观结构上也不均匀，当产生Maxwell-Wagner效应时，电荷完全无法规整排列，这种滤料表面正负电荷的随机分布，有利于不同带电荷颗粒的吸附沉积作用；

但从另一角度看，前述针一板式，线-板式，线-管式，线-柱面式等电晕介质阻挡放电形式中，正负电极都是不对称的，为了进一步增强荷电的随机分布特性，还需对滤料或产品进行双面交替处理，实验表明，如果仅对滤材或产品的一个面进行处理，则正对放电电极(针状或线状电极)的一面所带静电电荷要高于另一面，原因是电晕场对气流离子的激发能有限，充电的电荷只能沉积在材料的表面和近表面，因此正面沉积的电荷要比反面多，如果进行双面(正 反面)驻极处理，滤料的过滤效率会比单面驻极要高，原因在于：1)正反面驻极之后纤维晶体表面Maxwell-Wagner效应增强，使滤料内部的极化电荷增多；2)正反面驻极之后，滤料两面都集聚了大量的静电电荷，因此正反面交替驻极的滤料过滤效率更高；

(3)静电驻极完成后的处理：

静电驻极完成后，取出滤材或产品成品，放入干燥的塑料袋子中，然后封口，避免与空气中的水分子接触，以延长电荷保存时间；

8.消毒或灭菌处理：

本发明公开的介质阻挡放电和电晕介质阻挡放电技术还有一附加功能，即在静电驻极的同时，由于臭氧的产生，能有效地对新的或用过的滤材或面罩进行消毒和灭菌处理，臭氧是高效的氧化剂，具有超强的消毒灭菌能力，负电晕放电比正电晕放电会产生多出2倍的臭氧，所以对于医疗单位所用口罩或滤片的再生处理，可以采用负电晕放电的形式，即让针一板式，线-板式，线-管式，线-柱面式等电晕介质阻挡放电形式中的针状或线状电极连接负高压，以加强消毒灭菌的功能；

二.相关设备

1.处理口罩和替换滤片的针-板式充电器： 

该设计主要针对个人或家庭，参看前述图2所示，采用室内220V/50Hz电源，经适配器降压和整流后，输出12v/1000mA的直流电压和电流，进入交流高压发生器，发生器功率不低于10W，输出脉冲式直流高压，平均电压不低于8000v，最高峰值可达50000v，输出端正极连接放电电场的针状电极，输出端负极连接板状电极，正极由规整排列的77根针状电极组成矩形阵列，阵列长 100mm，宽60mm，针与针之间的间距为10mm，针长度均为10mm，针尖端曲率不大于0.1mm，针尖端与板电极之间的间距为35mm，在针电极和板电极之间，设置了一放置滤片或口罩的框架，框架材质为塑料，整个放电电场装入外壳中，打开外壳的上盖，将滤片或口罩插入框架中后，关闭上盖，开启电源开关，电场开始对滤片或口罩充电，充电结束后，自动关闭电源，打开上盖，取出处理完毕的滤片或口罩，装入塑料密封袋中备用；

该设备较容易制造，适配器和交流高压发生器可以自己制造，也可以直接订购或外协加工生产，针电极阵列需专门加工，也可以外包制造，为进一步提高产品质量水平，采用编程软件，通过触摸屏让使用者自己对处理参数进行选择和优化，具体包括：

(1)电压选择：对于清洗过的口罩或较厚的滤片，需要选择较高的电压档，对于较薄的滤片，选择较低的电压档；

(2)时间选择：对于较厚，使用时间较长或介电率较高的滤材或口罩，需要选择较长的充电时间，对于新的或较薄的滤材或口罩，可以选择较短的充电时间；

(3)消毒灭菌选择：对于需要较强的消毒和灭菌功能的情况(如医院使用时)，可以选择特别消毒处理，仪器自动将针状电极与板状电极的极性对调，即改为负电晕模式，使设备能产生更多的臭氧；

2.处理室内空气净化器滤芯的线-管式充电器： 

该设计主要针对家庭或单位，适合于处理圆筒状室内空气净化滤芯，采用室内220V/50Hz电源，经适配器降压和整流后，输出12v/2500mA的直流电压和电流，进入交流高压发生器，发生器功率不低于25W，输出恒稳25000-50000v 的直流高压，输出端正极连接放电电场的线状电极，输出端负极连接管状电极，正极由直径0.25mm，长400mm的不锈钢丝制成，管极由长450mm，壁厚1mm，内径100mm的不锈钢管制成，线极位于管轴心，正负极间距为50mm，在管电极和线电极之间，设置了一放置滤片的圆筒状框架，框架材质为塑料，整个放电电场装入外壳中，打开外壳的上盖，将滤片卷曲成圆筒状后插入框架中，关闭上盖，开启电源开关，电场开始对滤片充电，充电结束后，自动关闭电源，打开上盖，取出处理完毕的滤片，重新装入空气净化器中中使用；

除了可以如上述口罩和替换滤片的针-板式充电器那样，增加自动控制功能之外，为了保证滤材的充分干燥，还增加了自动干燥功能，是通过向线-管状电场中吹入热风来实现的；

三.实验测试：

采用上述两种充电器处理了下列滤材或成品，用PM2.5测试仪比较处理前后的PM2.5微粒的过滤效率，得到下列结果：

1.3M口罩的3701CN颗粒物滤片： 

在PM2.5平均值为200左右的环境下，未经处理的刚开封滤片，对PM2.5颗粒物的过滤效率平均值为96.4％，经针-板式充电器处理60s后，过滤效率提高到98.5％，经清洗一次后，滤片对PM2.5颗粒物的过滤效率平均值降低到46.65％，经针-板式充电器处理60s后，过滤效率提高到92.61％，经清洗三次后，滤片对PM2.5颗粒物的过滤效率平均值降低到45.78％，经针-板式充电器处理60s后，过滤效率提高到87.38％；

2.3M布口罩：

在PM2.5平均值为200左右的环境下，处理前对PM2.5的平均过滤率仅为 45.73％处理60s后提高到85.51％；

3.室内空气净化器滤材测试：

在PM2.5平均值为200左右的环境下，清洗过的未经处理的某一品牌的空气净化器滤棉，对PM2.5颗粒物的过滤效率均值为30.7％，经线-管式充电器处理60s后，过滤效率提高到87.8％；

测试表明，本发明技术能够实现驻极体或某些其他电介质滤材或产品的静电驻极和/或静电荷电，使其过滤效率得到显著提高，让一次性产品能够多次重复使用，在荷电处理的同时，还能对用过或清洗过的滤材或产品进行消毒和灭菌，

本发明提出一种让片状，层状，块状或筒状等形状的成品滤材携带真实电荷和偶极电荷的方法，其特征是将驻极体或其他电介质滤材成品作为阻挡介质放入高压电场中，形成介质阻挡放电或电晕介质阻挡放电，通过放电过程，实现静电驻极和/或静电荷电，使滤材或产品成品的性能得到提高，让清洗后的滤材或产品再生，一次性产品能够多次重复使用，该技术在荷电处理的同时，附带能对用过或清洗过的滤材或产品进行消毒和灭菌。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，该电介质过滤材料的荷电再生的方法将驻极体或其他电介质滤材成品作为阻挡介质放入交变高压电场中，形成介质阻挡放电；通过放电过程，实现静电驻极和/或静电荷电，使滤材或产品成品的性能得到提高，让清洗后的滤材或产品重新带有荷电。

2.如权利要求1所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，交变高压电场电压范围：10000-200000伏特；频率范围：50Hz—1MHz；交变高压电场所用电极为平板或曲面状。

3.如权利要求1所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，所述电介质过滤材料的荷电再生的方法进一步包括让片状，层状，块状或筒状等形状的成品驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品发生静电驻极和/或带上空间电荷的方法，将已成型的驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品作为阻挡介质放入高压电场中，让至少一个高压电场电极由曲率很小的针状或线状电极组成，因此形成电晕场中的介质阻挡放电，在放电过程中，实现静电驻极和/或荷电。

4.如权利要求3所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，为形成所述高压电场，加在电极上的电压，是直流恒稳高压或直流脉冲高压或一定频率的交流高压；电压范围：5000-200000伏特。

5.如权利要求3所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，为形成所述高压电场，加在电极上的电压，是直流恒稳高压或直正电极和负电板采用以下的形式：

正负电极之一采用针状电极；

正电极和负电极均采用针状电极；

正电极采用线状电极，负电极采用板状电级或负电极采用线状电极，正电极采用板状电级；

正电极采用线状电极，负电极采用管状电级或负电极采用线状电极，正电极采用管状电级；

正电极采用线状电极，负电极采用柱面状电级或负电极采用线状电极，正电极采用柱面状电级；

针状电极采用多根导电材质的针排列组成，针的横截面曲率半径范围是0.1-1.0mm，针和针之间的间距范围是1.0-20.0mm，针长度范围是2.0-50.0mm，针尖端到滤材表面的距离范围是5.0-150.0mm；

上述线状电极采用导电材质的线组成，线的横截面曲率半径范围是0.1-1.0mm，线到滤材表面的距离范围是5.0-150.0mm。

6.如权利要求1或3所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，为形成所述高压电场，加在电极上的电压，是直流恒稳高压或直流脉冲高压，采用让驻极体或其他电介质过滤材料以及相关产品相对于放电电场做相对移动的方式来进行流水线处理。

7.如权利要求1或3所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，驻极体或其他电介质过滤材料的形状为片状，层状，块状或筒状。

8.如权利要求1或3所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，驻极体或其他电介质过滤材料包括用于口罩，香烟，空气净化器，吸尘器及发动机的过滤材料。

9.如权利要求1或3所述的电介质过滤材料的荷电再生的方法，其特征在于，滤材处理方式包括：滤材充分干燥的预处理；滤材双面交替处理；静电驻极完成后，取出滤材或产品成品，放入干燥的塑料袋子中，然后封口。

10.一种电介质过滤材料的荷电再生的装置，其特征在于，该电介质过滤材料的荷电再生的装置包括：滤材、正电极、负电极、固定针状电极的绝缘板，高压发生器和电源。