具有滅菌通道可自由彎曲成型的燒結過濾網及其制作

張勇

上海超高環保科技股份有限公司 （上海 200942）

一場突如其來的新冠肺炎疫情蔓延至200 多個國家和地區，奪走了幾十萬人的生命。新冠肺炎病毒來勢兇猛，其除了通過飛沫傳播和接觸傳播外，極易在公共場所的密閉空間內快速傳播，航母、潛艇、游輪的餐廳、娛樂場所和寢室都是密閉空間，空氣的流通主要通過中央空調送風與吸風來完成空氣的內部循環（俗稱“內循環”），這樣一來，只要有發病的病人在這個環境中存在，病毒就會隨著空氣流動到各個密閉空間，造成交叉感染。賓館、辦公樓、醫院門診樓、各大商場與其他公共空間同樣具有這種隱患。究其原因，這些中央空調進出口使用的過濾網均以過濾塵顆粒為主，不具備過濾細菌和殺滅細菌的作用。本研究提供了一種具有滅菌通道可自由彎曲成型的燒結過濾網，其具有殺滅細菌粒子和攔截粒徑在80～120 nm 之間顆粒物（新冠病毒粒子直徑大約為80～100 nm）的作用，以該材料制作的各類中央空調過濾網可殺滅細菌，杜絕密閉空間因空氣流通造成的交叉感染。

1 材料的選用與耦合研究

具有滅菌通道可自由彎曲成型的燒結過濾網的材料選用，決定了過濾網能否具備滅菌和自由彎曲的功能。在選材上，首選聚苯醚粉末為濾網的基材。聚苯醚無毒、透明、相對密度小，具有優良的機械強度、耐應力松弛、抗蠕變性、耐熱性、耐水性、耐水蒸氣性和尺寸穩定性；在很寬的溫度、頻率范圍內電性能良好，具備自熄功能。其次，選用納米銀離子粉末為殺菌材料，納米銀離子作為最新一代的天然抗菌材料具有以下特點：強效殺菌，可以在數分鐘內殺死多種對人體有害的病菌；廣譜抗菌殺菌且無任何耐藥性；滲透性強，可由毛孔迅速滲入皮下，對普通細菌、頑固細菌、耐藥細菌以及真菌引起的感染均有良好的殺菌作用；促進愈合，改善創傷周圍組織的微循環，有效地激活并促進組織細胞生長，加速傷口愈合，減少疤痕生成；抗菌持久。第三，選用活性炭粉末作為吸附材料。活性炭是一種黑色多孔的固體炭質，主要成分為碳，并含少量氧、氫、硫、氮、氯等元素。活性炭是一種很細小的炭粒，有很大的比表面積，而且炭粒中有更細小的孔——毛細管，其具有很強的吸附能力。由于炭粒的比表面積很大，所以能與氣體（雜質）充分接觸并將其吸附，起到凈化作用。

材料確定后，耦合是關鍵。先將聚苯醚和活性炭進行配比混煉、擠出造粒、粉碎研磨，然后通過篩選，取合適粒徑的粉末與納米銀離子粉末進行二次混煉，混煉時的溫度控制在150 ℃左右，待溫度下降至65 ℃左右時，將材料出鍋、裝袋備用。至此完成對聚苯醚、活性炭和銀離子粉末材料的親和與耦合。

2 產品成型與結構探究

將親和與耦合后的材料經過稱量、定量地加入到鋁制成型模具內，模具吊掛在環形步進裝置上，進入回轉爐窯，分段升溫加熱燒結。當溫度升至350 ℃時系統進入保溫模式，保溫180 min 后爐門自動打開，移出模具至冷卻裝置進行驟冷，溫度降至125 ℃時開模，取出成型的制成品，即為具有滅菌通道可自由彎曲成型的燒結過濾網。在燒結過程中，受熱的聚苯醚材料體積膨脹，通過界面將應力傳遞給銀離子粉末，使內部結構得到支撐，并將納米銀離子和粉狀活性炭牢牢地鑲嵌在聚苯醚的表面，形成具有滅菌通道和微孔結構的燒結過濾網，也改善了復合材料的力學性能，使其具備反復清洗、重復使用（測試數據見表1）的性能。過濾網設計的理想結構如圖1 所示，成型產品的電鏡照片見圖2。對比圖1 與圖2，發現成型產品的滅菌通道清晰規則，其技術數據坐落在原設計的理想范圍內，滅菌通道的空隙限定在100 nm 左右。

表1 過濾網反復清洗、重復使用效率的檢測結果

圖1 過濾網設計結構圖

圖2 過濾網電鏡照片

3 成型產品的功能

采用聚苯醚塑料粉末、納米銀離子粉末、活性炭粉末為原料，經過混煉，加入到模具內燒結成一種具有全穿透微孔結構且可任意彎曲的過濾網。該過濾網的外形結構如圖3 所示，它不僅可以平面分布，也可以任意彎曲。

圖3 過濾網外形結構

該燒結過濾網經過國家有資質的檢測單位檢測，其對大腸桿菌的殺滅效率為99.97%，對金黃色葡萄球菌的殺滅率為99.998%（檢測數據見表2），對于冠狀病毒HCoV 229E 株的殺滅率（經英格爾檢測有限公司檢測）見表3。由表3 可知，過濾網對冠狀病毒HCoV 229E 株的平均滅活對數值為0.79（即平均殺滅率為83.83%）。

表2 過濾網對細菌殺滅效率的檢測結果

表3 對人體冠狀病毒229E 株的滅活效果（接觸1 h）

4 結語

采用聚苯醚粉料、納米銀離子粉料、活性炭原料的組合，在模具內燒結成一種具有全穿透微孔滅菌通道并可自由彎曲成型的燒結過濾網的方法是可行的。這種燒結過濾網可以充分適應流體力學中的線條輪廓，降低氣流阻力，由于過濾網是剛性結構，能夠反復清洗、重復使用，大大延長了使用壽命，并具備過濾面積大、過濾精度高、殺菌效果好、節能減排等諸多優點，可廣泛應用于航母、潛艇、游輪以及醫院、寫字樓、賓館等中央空調的過濾，具有廣闊的市場前景。