4.4.2 Селективные свойства фильтрующих материалов
Зависимость коэффициента проницаемости аэрозоля сквозь высококачественный фильтрующий материал от размера частиц в диапазоне 0,01…1,0 мкм отражает селективные свойства фильтрующих материалов или селективность фильтрации, представленной на рисунке 4.8, причиной которой является одновременное и независимое действие всех трех основных причин приближения аэрозольных частиц к поверхности фильтрующих волокон.
В интервале размеров от 0,01 до 0,1 мкм аэрозольные частицы преимущественно приближаются к волокнам за счет броуновского движения, эффективность которого с увеличением размера частиц уменьшается, а, следовательно, увеличивается вероятность проникания частиц за фильтрующий материал и поэтому при этом возрастает численное значение коэффициента проницаемости.
В интервале размеров от 0,5 мкм до 1 мкм частицы преимущественно приближаются к волокнам за счет проявления их инерционности, а также касаются волокон за счет непосредственного задевания. С увеличением размера частиц инерционность частиц увеличивается, а, следовательно, уменьшается вероятность их проникания сквозь многослойный волокнистый материал при неоднократном изменении направления движения моноструек аэрозольного потока. С увеличением размера также увеличивается вероятность касания частиц поверхности волокон, а по этой причине уменьшается вероятность их проникания за фильтрующий материал. Поэтому в этом диапазоне увеличения размеров частиц значение коэффициента проницаемости уменьшается.
Осаждение аэрозольных частиц на волокнах происходит за счет:
1 – диффузии; 2 – инерции и касания; 3 – совместного влияния этих механизмов.
Рисунок 4.8 – График селективности фильтрации.
Максимум кривой селективности фильтрации для волокнистых фильтрующих материалов, используемых в противогазах, соответствует размеру частиц 0,1 - 0,2 мкм. Стандартный масляный туман, который используется при лабораторных испытаниях противоаэрозольных фильтров, относится к монодисперсным аэрозолям и состоит из частиц диаметром примерно 0,2 мкм. Поэтому численное значение коэффициента проницаемости, определяемое с использованием стандартного масляного тумана больше, чем коэффициент проницаемости этого фильтра по реальным полидисперсным аэрозолям. Существуют некоторые уравнения, позволяющие оценить коэффициент проницаемости противоаэрозольного фильтра (фильтрующего материала) по реальным аэрозолям по опытным данным, полученным в лаборатории при испытаниях по стандартному масляному туману. В мировой практике известны методы испытаний фильтрующих материалов по аэрозолю диоктилфталата и аэрозолю хлористого натрия. При стандартных условиях испытания размеры жидких частиц диоктилфталата и твердых частиц хлористого натрия также примерно равны 0,3 мкм.
4.4.3 Критерий фильтрации
Величина аэродинамического сопротивления фильтрующего материала, как и величина коэффициента проницаемости зависит от толщины, структурных характеристик материала и условий фильтрации.
При изготовлении фильтрующих материалов всегда стремятся получить оптимальные значения структурных характеристик, обеспечивающих необходимые фильтрующие свойства материалов при оптимальных величинах их аэродинамического сопротивления, так как основная доля сопротивления дыханию противогаза приходится на фильтрующий материал. Поскольку величины аэродинамического сопротивления и коэффициента проницаемость взаимосвязаны, то необходимо иметь для оценки качества материала однозначную величину, характеризующую свойства фильтрующей системы. Такой величиной является критерий фильтрации ф, который равен отношению между коэффициентом проницаемости КФ и аэродинамическим сопротивлением R, определяемых при стандартных условиях испытаний
или
.
(4.11)
В первом уравнении коэффициент проницаемости подставляется в долях, во втором в процентах. В зависимости от размерности аэродинамического сопротивления (мм водяного столба или паскаль), размерность критерия будет мм вод. ст-1. или Па-1. Напомним, что 1 мм вод. ст. = 9,81 Па. Следовательно, в указанных размерностях численное значение критерия фильтрации различается примерно в 10 раз.
Чем больше критерии фильтрации, тем лучшим соотношением фильтрующих и аэродинамических свойств обладает материал, т.е. чем выше численное значение показателя gф, тем при прочих равных условиях фильтрующий материал качественнее.
Таким образом, основными показателями фильтрующих материалов являются коэффициент проницаемости и аэродинамическое сопротивление, а точнее соотношение между фильтрующими и аэродинамическими свойствами, которые определяют качество материала или уровень защитных и эксплуатационных свойств противоаэрозольных фильтров, применяемых в средствах защиты.