Тонковолоконные технологии — это работа с веществом на почти атомном уровне, где присущие ему уникальные явления обеспечивают новые возможности применения.¹ Одним из примеров тонковолоконных технологий является использование тончайших волокон в качестве высокоэффективного слоя для фильтрации воздуха на промышленных предприятиях. Для получения тонковолоконного слоя применяется процесс электроспиннинга, позволяющий создавать очень тонкое, длинное и упругое волокно диаметром 0,2–0,3 микрона, которое затем наносится на материал, используемый в качестве подложки фильтрующего материала. Тончайшие волокна образуют на поверхности подложки прочную сетку с мельчайшими ячейками. Благодаря такой сетке пыль, грязь и загрязнения собираются на поверхности фильтра; это обеспечивает массу преимуществ по сравнению с обычными фильтрами, изготовленными из целлюлозы, смеси целлюлозы и синтетических волокон, спанбонда или фильтрующих материалов, полученных методом пневмораспыления расплава.

Хотя высококачественные тонковолоконные фильтры для пылесборника могут стоить дороже фильтров с обычными фильтрующими материалами, существуют веские аргументы в пользу того, что более высокая стоимость тонковолоконных фильтров вполне оправдана. Ниже приведены пять главных аргументов в пользу фильтра премиум-класса с высокоэффективным тонковолоконным слоем.

1.  Более высокая начальная и постоянная эффективность.  

Основным назначением пылесборника является контроль и минимизация вредных выбросов, образующихся в процессе производства. Чистые новые фильтры обычно имеют более низкую эффективность (и, следовательно, пропускают больше вредных выбросов), чем фильтры, на которых уже накопился некоторый слой пыли. Чистый тонковолоконный слой, имеющийся на поверхности фильтрующего материала, задерживает частицы пыли лучше, чем чистые фильтры без тонковолоконного слоя; см. Рисунок 1. Это становится возможным благодаря нескольким механизмам фильтрации, включая перехват, диффузию и столкновение; см. Рисунок 2.

Но начальная эффективность — это только малая часть общей картины. Для большинства промышленных пылесборников используется какой-либо метод очистки фильтров, позволяющий контролировать процесс отложения пыли на поверхности фильтра в течение всего срока его службы. Каждый раз при очистке фильтр (как правило, с помощью обратного импульса сжатого воздуха) слой осевшей на фильтрующем материале пыли разрушается и возникает риск выброса вредных веществ. В случае фильтра с высокоэффективным тонковолоконным слоем собранная пыль накапливается на поверхности фильтрующего материала, а не в его толще, и для очистки фильтра требуется меньшее количество импульсов. А чем меньше количество импульсов, тем ниже риск потенциальных выбросов.

2.  Меньший перепад давления на фильтрующем материале обеспечивает экономию энергии.  

В большинстве систем пылеулавливания имеется вентилятор, обеспечивающий отведение загрязненного воздуха от источника загрязнения, его подачу в пылесборник, а затем продувку через фильтрующий материал. Энергия (статическое давление), необходимая для прогона воздуха через систему фильтрации, определяет нужный размер вентилятора и, следовательно, эффективную энергию, необходимую для работы системы. Препятствие, создаваемое фильтрующим материалом и уже задержанными частицами, может существенным образом повысить общий уровень энергии, потребляемой вентилятором системы при работе. В фильтрах с типичными фильтрующими материалами значительная часть отфильтрованных частиц пыли проникает глубоко в поры фильтрующего материала. Удалить частицы пыли, проникшие глубоко в толщу фильтрующего материала, так же эффективно, как очистить их с поверхностности тонковолоконного слоя, невозможно; см. Рисунок 3. Когда в процессе очистки задержанные частицы пыли невозможно удалить из толщи фильтрующего материала, создается устойчивый перепад давления и энергопотребление возрастает. Поскольку тонковолоконный слой улавливает пыль на поверхности, снижая вероятность проникновения частиц пыли в толщу фильтрующего материала, то он лучше очищается и обеспечивает более низкий перепад давления, снижая уровень энергопотребления. Благодаря меньшему препятствию, создаваемому фильтрующим материалом, общее энергопотребление системы сокращается и снижаются требования к мощности вентиляторов при проектировании новой системы и выборе компонентов. Возможна еще большая экономия энергии, если вентилятор системы оснащен частотно-регулируемым приводом.

3. Системы пылеулавливания с импульсной очисткой характеризуются меньшим потреблением сжатого воздух.  

Фильтрующий материал с нановолоконным слоем для поверхностной фильтрации обеспечивает еще одно преимущество! Как уже упоминалось, когда пыль задерживается на поверхности фильтрующего материала, для его очистки требуется гораздо меньше импульсов сжатого воздуха, чем для материала глубинной фильтрации; см. Рисунок 4. Меньшее количество импульсов сжатого воздуха способствует уменьшению общего объема потребляемого сжатого воздуха, а следовательно, снижению энергопотребления компрессора и затрат на его эксплуатацию.

4.  Более длительный срок службы фильтра.  

Срок службы большинства фильтров пылесборников заканчивается, когда фильтрующий материал забивается на всю глубину и его становится невозможно очистить до приемлемой степени, при которой установленный в системе вентилятором обеспечивал бы расчетный поток воздуха. Благодаря характеристикам эффективного тонковолоконного слоя и поверхностной фильтрации фильтры с тонковолоконным слоем служат значительно дольше традиционных фильтрующих элементов. Более длительный срок службы означает, что вы будете реже покупать новые фильтры и в перспективе получите значительную экономию. Кроме того, более длительный срок службы фильтра снижает частоту дорогостоящих простоев, необходимых для проведения работ по замене фильтров.

5.  Гибкость конфигурации фильтров помогает решить проблемы. 

Высокоэффективный нановолоконный слой может наноситься на подложки из разных материалов и использоваться в фильтрах множества разных конфигураций. Тонковолоконный слой можно наносить на подложки из целлюлозы, синтетических материалов и спанбонда, улучшая характеристики каждого из них. Подложки можно выбирать с учетом их уникальных антистатических, температурных или влагостойких свойств, дополняя их преимуществами высокоэффективного тонковолоконного слоя. Фильтры с высокоэффективным тонковолоконным слоем уже много лет выпускаются как картриджные, но в настоящее время производители предлагают фильтрующие материалы в виде гофрированных рукавных и складчатых фильтров.

Расширение ассортимента конфигураций фильтров и наличие фильтров премиум-класса с высокоэффективным тонковолоконным слоем, предназначенных для эксплуатации в самых разных условиях, означает, что все больше операторов пылесборников могут использовать их вместо обычных фильтров, сокращая объем вредных выбросов, экономя энергию и улучшая свои показатели прибыли.

¹ Национальная нанотехнологическая инициатива (www.nano.gov)