干式高效过滤器滤材性能测试方法及标准解析
一、引言
干式高效空气过滤器（Dry High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）广泛应用于医疗、制药、电子制造、食品加工等对空气质量要求极高的领域。其核心性能依赖于滤材的过滤效率、阻力特性、耐久性以及使用寿命。因此，对滤材进行科学、系统的性能测试，是确保过滤器整体质量与实际应用效果的关键。
本文将围绕干式高效过滤器滤材的性能测试方法和相关国际、国内标准进行详细解析，结合产品参数、测试原理、实验流程、数据分析等内容，系统阐述滤材性能评估的技术路径，并引用国内外权威文献资料，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供参考。
二、干式高效过滤器滤材的基本分类与结构
2.1 滤材类型
目前市场上常见的干式高效过滤器滤材主要包括以下几种：
| 滤材类型 | 材料组成 | 特点 |
|---|---|---|
| 玻璃纤维滤纸 | 高硼硅玻璃纤维 | 高效、耐高温、低阻 |
| 聚丙烯滤材 | 合成高分子材料 | 成本低、抗湿性强 |
| 复合滤材 | 玻纤+聚酯/PTFE覆膜 | 综合性能优异 |
不同类型的滤材适用于不同的使用环境和工况条件，选择合适的滤材对于提高过滤效率和延长使用寿命至关重要。
2.2 滤材结构形式
干式高效过滤器通常采用褶皱结构设计，以增加有效过滤面积并降低气流阻力。常见的结构形式包括：
- 平板型：结构简单，适合小风量场合。
- V型折叠：提高容尘量，适用于中大型净化设备。
- 袋式结构：多用于预过滤或中效过滤阶段。
三、滤材性能测试的主要指标
为了全面评估干式高效滤材的性能，需从以下几个方面进行测试：
| 测试项目 | 测量内容 | 标准依据 |
|---|---|---|
| 过滤效率 | 对不同粒径颗粒的捕集能力 | ISO 14644-3、GB/T 13554-2020 |
| 初始阻力 | 气流通过滤材时的压降 | EN 779:2012、JIS Z 8122 |
| 容尘量 | 滤材在一定时间内可容纳的灰尘量 | ASHRAE 52.2、GB/T 14295-2019 |
| 抗拉强度 | 滤材的机械强度 | ASTM D828、FZ/T 60005 |
| 耐温性 | 在高温环境下保持结构完整性和性能的能力 | IEST-RP-CC001.4、GB/T 13554-2020 |
| 耐湿性 | 在高湿度条件下保持性能的能力 | GB/T 14295-2019、ASHRAE 52.2 |
四、主要测试方法详解
4.1 过滤效率测试
（1）测试原理
过滤效率是指滤材对特定粒径颗粒物的去除率，通常以百分比表示。根据ISO 14644-3和GB/T 13554-2020标准，常用的测试方法包括：
- 光散射法：利用激光粒子计数器测量前后端粒子浓度，计算效率。
- 称重法：通过称量滤材捕捉前后的粉尘质量，适用于大颗粒或高浓度粉尘。
（2）测试参数设置
| 参数 | 数值范围 |
|---|---|
| 测试粒径 | 0.3 μm ~ 10 μm |
| 流速 | 0.5~2.0 m/s |
| 测试介质 | NaCl气溶胶、DEHS、KCl等 |
| 温度 | 20±2℃ |
| 相对湿度 | 50±5% RH |
（3）典型数据示例
| 粒径（μm） | 前端粒子浓度（个/cm³） | 后端粒子浓度（个/cm³） | 过滤效率（%） |
|---|---|---|---|
| 0.3 | 10,000 | 3 | 99.97 |
| 0.5 | 8,000 | 2 | 99.98 |
| 1.0 | 6,000 | 1 | 99.98 |
4.2 初始阻力测试
（1）测试方法
初始阻力即滤材在清洁状态下的气流阻力，通常用Pa表示。测试方法依据EN 779:2012和JIS Z 8122，采用差压传感器测量滤材两侧的压力差。
（2）测试条件
| 参数 | 数值范围 |
|---|---|
| 风速 | 1.0 m/s |
| 温度 | 20±2℃ |
| 湿度 | 50±5% RH |
（3）典型数据对比表
| 滤材类型 | 初始阻力（Pa） |
|---|---|
| 玻璃纤维滤纸 | 120~150 |
| 聚丙烯滤材 | 100~130 |
| PTFE覆膜玻纤 | 140~170 |
4.3 容尘量测试
（1）测试原理
容尘量是指滤材在达到预定阻力上限前所能承受的粉尘总量，单位为g/m²。测试依据ASHRAE 52.2和GB/T 14295-2019，通常采用人工尘源模拟真实环境。
（2）测试流程
- 设定初始风速（如1.0 m/s）
- 注入标准化测试粉尘（如ASHRAE人工尘、AC细粉）
- 持续运行至滤材阻力上升至设定值（如250 Pa）
- 称重滤材，计算容尘量
（3）典型数据对比
| 滤材类型 | 容尘量（g/m²） |
|---|---|
| 玻璃纤维滤纸 | 200~300 |
| 聚丙烯滤材 | 150~250 |
| PTFE覆膜玻纤 | 250~400 |
4.4 抗拉强度测试
（1）测试方法
依据ASTM D828和FZ/T 60005，采用万能材料试验机对滤材进行纵向和横向拉伸测试。
（2）测试参数
| 方向 | 拉伸速度（mm/min） | 试样尺寸（mm） |
|---|---|---|
| 纵向 | 100 | 200×50 |
| 横向 | 100 | 200×50 |
（3）典型结果
| 滤材类型 | 纵向抗拉强度（N/5cm） | 横向抗拉强度（N/5cm） |
|---|---|---|
| 玻璃纤维滤纸 | 120 | 80 |
| 聚丙烯滤材 | 90 | 60 |
| PTFE覆膜玻纤 | 130 | 90 |
4.5 耐温性测试
（1）测试标准
依据IEST-RP-CC001.4和GB/T 13554-2020，在设定温度下（如100℃、150℃）持续加热滤材一段时间后，观察其物理形态变化及过滤性能是否下降。
（2）典型测试条件
| 温度（℃） | 时间（h） | 观察项目 |
|---|---|---|
| 100 | 24 | 外观变形、效率下降 |
| 150 | 24 | 结构完整性、热老化程度 |
（3）结果示例
| 滤材类型 | 100℃处理后效率变化（%） | 150℃处理后效率变化（%） |
|---|---|---|
| 玻璃纤维滤纸 | 无明显变化 | 效率下降1.2% |
| 聚丙烯滤材 | 效率下降0.5% | 效率下降3.8% |
| PTFE覆膜玻纤 | 无明显变化 | 无明显变化 |
4.6 耐湿性测试
（1）测试方法
依据GB/T 14295-2019和ASHRAE 52.2，在相对湿度90%以上环境中放置滤材24小时，检测其结构稳定性和过滤效率变化。
（2）测试结果示例
| 滤材类型 | 初始效率（%） | 湿度处理后效率（%） | 是否吸水变形 |
|---|---|---|---|
| 玻璃纤维滤纸 | 99.97 | 99.95 | 否 |
| 聚丙烯滤材 | 99.95 | 99.90 | 否 |
| PTFE覆膜玻纤 | 99.98 | 99.98 | 否 |
五、国内外主要标准比较
5.1 国际标准
| 标准编号 | 名称 | 适用范围 |
|---|---|---|
| ISO 14644-3 | Cleanrooms and associated controlled environments – Part 3: Test methods | 洁净室空气过滤器性能测试 |
| EN 779:2012 | Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance | 普通通风用空气过滤器测试 |
| ASHRAE 52.2 | Gravimetric and Dust-spot Procedures for Testing Air-Cleaning Devices Used in General Ventilation for Removing Particulate Matter | 美国通用通风空气净化设备测试标准 |
| JIS Z 8122 | Testing method for dust collecting efficiency of air filters | 日本空气过滤器效率测试标准 |
| IEST-RP-CC001.4 | HEPA and ULPA Filters | 高效超高效过滤器测试规范 |
5.2 国内标准
| 标准编号 | 名称 | 适用范围 |
|---|---|---|
| GB/T 13554-2020 | 高效空气过滤器 | 国家推荐标准，涵盖HEPA滤材性能测试 |
| GB/T 14295-2019 | 空气过滤器 | 中效及初效过滤器测试标准 |
| JB/T 6417-2010 | 空气过滤器性能测试方法 | 工业级空气过滤器测试 |
| FZ/T 60005-2011 | 非织造布断裂强力试验方法 | 滤材力学性能测试参考 |
5.3 国内外标准对比分析
| 测试项目 | ISO标准 | 国内标准 | 差异说明 |
|---|---|---|---|
| 过滤效率 | ISO 14644-3 | GB/T 13554-2020 | 基本一致，均采用粒子计数法 |
| 容尘量 | ASHRAE 52.2 | GB/T 14295-2019 | 国内标准未强制要求容尘量测试 |
| 初始阻力 | EN 779 | GB/T 13554-2020 | 方法一致，但测试条件略有差异 |
| 抗拉强度 | ASTM D828 | FZ/T 60005 | 国内标准参照ASTM制定 |
六、典型滤材产品参数对照表
| 品牌型号 | 滤材类型 | 过滤效率（≥0.3μm） | 初始阻力（Pa） | 容尘量（g/m²） | 耐温性（℃） | 耐湿性 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Camfil FMAG | 玻璃纤维 | ≥99.97% | 130 | 280 | 150 | 优良 |
| Donaldson BHA HFX | PTFE覆膜玻纤 | ≥99.99% | 150 | 350 | 200 | 极优 |
| Freudenberg LFK M16 | 聚丙烯 | ≥99.95% | 110 | 220 | 100 | 良好 |
| 苏州协昌 XCH-HEPA | 国产玻纤 | ≥99.97% | 140 | 250 | 150 | 良好 |
| 北京康菲尔 KFH-ULPA | 超细玻纤 | ≥99.999% | 180 | 300 | 180 | 极优 |
七、结论性总结（非结语）
通过对干式高效过滤器滤材的性能测试方法和相关标准的深入分析，可以看出，滤材的过滤效率、初始阻力、容尘量、机械强度及耐环境性能是评价其综合性能的重要指标。国内外标准体系基本趋于统一，但在具体测试细节和应用范围上仍存在一定差异。未来应进一步加强标准间的兼容性研究，推动滤材测试方法的国际化进程，提升我国滤材产业的整体技术水平。
参考文献
- ISO 14644-3:2005, Cleanrooms and associated controlled environments – Part 3: Test methods.
- GB/T 13554-2020, High Efficiency Particulate Air Filters.
- ASHRAE Standard 52.2-2017, Gravimetric and Dust-Spot Procedures for Testing Air-Cleaning Devices Used in General Ventilation for Removing Particulate Matter.
- EN 779:2012, Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance.
- JIS Z 8122:2011, Testing method for dust collecting efficiency of air filters.
- IEST-RP-CC001.4, HEPA and ULPA Filters.
- GB/T 14295-2019, Air Filters.
- 胡学兵. 空气过滤器滤材性能测试技术研究[J]. 暖通空调, 2021, 51(6): 45-52.
- 张晓峰, 李华. 高效空气过滤器滤材发展现状与趋势[J]. 过滤与分离, 2020, 30(4): 12-18.
- 王强, 刘洋. HEPA滤材耐温性能测试方法探讨[J]. 环境工程学报, 2022, 16(2): 89-95.
- Camfil Technical Data Sheet – FMAG Series HEPA Filters.
- Donaldson BHA Filtration Solutions – HFX Series Specifications.
- Freudenberg Performance Materials – LFK M16 Product Brochure.
- 百度百科 – 高效空气过滤器词条. https://baike.baidu.com/item/%E9%AB%98%E6%95%88%E7%A9%BA%E6%B0%94%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8
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