0 引言
未来战场集体防护器材和个体防护器防护器材将朝着小型化、轻量化、高效防护的方向发展，过滤材料作为集体防护器材和个体防护器防护器材的核心材料，需要具备体积小、过滤效率高的特点，以适应战场的使用需求，研制一种新型复合多级过滤材料至关重要。
有关文献表明，复合过滤材料可以结合多种材料的优势，具有高过滤性能、高适用性和多功能的特点[1]，新型复合多级过滤材料的研究既保留了原有材料的特性，又具备了新的功能。
1新型复合多级过滤材料研究
1.1复合技术研究
为实现一种材料多级过滤的目的，本研究对过滤材料的成型工艺进行优化，选择高强度的玻璃纤维，通过控制玻璃纤维直径，采用水压、挤压等成型技术，分别制成中效过滤材料和高效过滤材料，在过滤层两面喷涂乳液，固化成型，使过滤材料具有较高的过滤效率的同时，还具有一定的抗水性、强度、挺度等。通过调整现有的单层过滤材料成型设备参数，采用喷胶粘合技术，将两种不同等级的过滤材料粘合成一体。
1.2 工艺研究
新型复合多级过滤材的关键工艺是单层材料的制备工艺和复合工艺。
单层材料的制备工艺：包括中效过滤材料和高效过滤材料的制备。中效玻璃纤维过滤材料选择直径为20%-25%，直径为0.35-0.45μm的短切玻璃纤维和75%-80%直径为6-10μm的短切玻璃纤维，分散得到浆料，调节浆料PH值为3.2，将浆料输送至斜网成型机上成型得到湿纸，进行脱水处理，形成中效过滤层，在过滤层两面喷涂增强剂、抗水剂，固化成型。高效过滤材料选择含有98%直径为0.35-0.60μm的短切玻璃纤维，添加2%的增强剂，聚醋酸乙烯脂或阳离子聚丙烯酰胺，分散得到浆料，调节浆料PH值为3.0，将浆料输送至斜网成型机上成型得到湿纸，进行脱水处理，形成高效过滤层，在过滤层两面喷涂增强剂、抗水剂，固化成型。
复合工艺：采用喷胶式新型复合机，将检验合格的中、高效过滤材料中喷粘合剂，调整压辊的压力为不同工艺条件下制备出的多层复合过滤材料其结构差异很大，层与层间界面的差异对平均孔径的影响决定了复合过滤材料的两个重要技术指标：阻力、过滤效率。
在保证材料过滤效率，且不大幅增加材料阻力的条件下，在中效过滤材料、高效过将中、高效两种过滤材料复合为一体，根据产品技术指标要求，采用先进的设备、合理的工艺，使层与层间纤维相互缠绕，最大程度的消除层间界面，减小材料阻力，提高过滤效率，采用电镜（放大100倍）观察其微观结构可见两层过滤纸层间界面融合较好没有明显分离。
2性能试验评价
2.1 试验条件
为验证新型复合多级过滤材料的性能，选择中、高效玻纤纸进行性能对比试验，同时制作过滤单元进行了使用性能测试。主要试验项目、试验条件及执行标准如下：
1.厚度测试：接触压力为98.1 KPa，执行标准：GB 451.3-2002
2.空气流阻力测试：有效过滤面积为50 cm2，执行标准：GB 451.3-2002。
3.抗张强度测试：执行标准：GB/T 453-2002。
4.过滤效率测试：油雾浓度2500 mg/m3，油雾粒子直径（0.28～0.34）um。执行标准：GB 6165-2008
2.2 材料性能评价
分别对采用新工艺制备的新型复合多级过滤材料和中、高效玻纤纸主要性能进行测试，结果见表1。
表1 不同过滤纸各项性能测试结果
试验结果表明：新型复合多级过滤材料与普通中、高效玻纤纸主要性能对比，其过滤效率、抗张强度与高效玻纤纸相同，厚度、阻力小于中、高效玻纤纸之和，可替代中、高效玻纤纸组合使用。
2.3 使用性能评价
将新型复合多级过滤材料加工成过滤单元，进行空气流阻力、过滤效率和容尘量等项目的测试，以验其使用效果。
空气流阻力、过滤效率试验采用
表2使用性能试验结果
试验结果表明：空气流阻力随着风量的增加而上升，在一定范围内呈线性相关，过滤效率受风量影响较小，具有较好的适应性。在两倍初阻力范围内，过滤单元阻力和容尘量呈正相关，除尘效率达到100%，容尘量达到945g。
2.4 试验结果分析
试验结束后截取新型复合多级过滤材料样品在电镜下与试验前样品进行对比，分析试验前后材料微观结构变化。试验前新型复合多级过滤材料进风面为中效玻纤纸，纤维直径较粗，纤维间空隙较大，具有较好的拦截及容尘能力，出风面为高效玻纤纸，纤维直径细而均匀，排列紧密，有较好的过滤能力。
试验后对过滤单元进行解剖，取新型复合多级过滤材料部分样品在电镜下观察，中效过滤侧示材料表面及内部均沉积有不规则颗粒物，尤其在表面沉积量更大。
将新型复合高效过滤纸剥离后，截取高效过滤纸一侧在电镜下观察，高效过滤侧玻璃纤维细而均匀，进风侧可观察到油雾附着现象。
3结论和应用
本研究中采用的是一种全新的复合过滤材料生产方法和工艺技术，是中、高效玻纤纸复合工艺的尝试，可应用于集体防护器材和个体防护器材中，具有投资少，操作方便，易控制的特点，实现了单独成型，单独装配，梯度过滤的目的。材料性能和使用效果试验证明：
(1) 新型复合多级过滤材料，具有高效过滤材料过滤效率高和中效过滤材料容尘量大的特点。通过一种材料实现了梯级过滤，在满足过滤效率、容尘量要求的同时，可有效延长过滤器使用寿命；
(2) 新型复合多级过滤材料与中、高效玻纤纸对比，其厚度小于高效玻纤纸和中效玻纤纸之和，阻力小于中效玻纤纸和高效玻纤纸之和，作为单层材料在厚度、阻力方面具有一定优势；
(3) 新型复合多级过滤材料抗张强度与中效玻纤纸、高效玻纤纸相比，抗张强度更高，可满足机械折叠的加工要求，从而简化工艺，降低加工成本。
参考文献
[1] 荆梦轲,张淑洁,伏立松,等.水体净化用复合纺织过滤材料的研究进展[J].上海纺织技,2019,47(5):1-4.
[2] 成沙.P84/超细玻璃纤维复合针刺过滤材料的结构与性能研究[D].东华大学,2017: 75-76.
[3] 吴艳敏,刘龙波,张志弘,等.高效空气过滤器最易透过粒径下透过率测试方[J].暖通空调, 2018, 48(5):78-81.
作者简介：王丽芳（1977年-），女，硕士研究生，主要从事空气净化技术及装置研究
通讯作者简介：岳晗（1988年-），女，硕士研究生，主要从事核化生侦检装备研究