一般来说，空气过滤材料对空气中细颗粒物的滤除机理，可以用拦截效应、惯性碰撞效应、扩散效应、重力沉积效应和静电效应来解释。
2.2.2.1 拦截效应
拦截效应指的是直径较大的固体颗粒物在随着气体流动的过程中被过滤材料所拦截捕获，如图2-3所示。一般来说，固体颗粒物较大或者非球形不规则颗粒物被直接拦截捕获的概率更大。固体颗粒物尺寸与过滤材料中纤维的纤度比率对直接拦截捕获的效果影响较大，比率越大，微粒越容易被捕获。
图2-3 拦截过滤效应示意图
由拦截效应产生的过滤效率ηr可以下列公式来计算：
式中：α为填充率；K为Kuwabara流场动力学因子，K≈3；R为拦截系数，R=dp/df，dp为颗粒直径（μm），df为纤维直径（μm）。
截留捕集效率随R增大而增大，即随着颗粒增大、纤维直径减小而增大。
2.2.2.2 惯性碰撞沉积效应
惯性碰撞沉积指的是微粒随气流经过非织造过滤材料的三维弯曲通道时，由于要绕过每根纤维而发生的路径变化。动量较大的微粒会因为惯性力偏离原来的流线方向、无法与气流保持相同的运动状态，最终与纤维表面接触碰撞而被拦截，如图2-4所示。微粒的空气动力学直径对惯性碰撞沉积效应起决定性作用，微粒的空气动力学直径越大，其惯性力越大，发生惯性碰撞沉积的概率就越大。一般来说，直径大于0.5μm的颗粒主要做惯性运动，越大越容易被滤除。同时，空气流速越快，惯性力对颗粒物的作用越明显，越容易脱离运行方向，从而在纤维表面发生惯性碰撞沉积而被滤除。因此，同样的过滤材料，在高的空气流量下测得的过滤效率更高。
由惯性碰撞效应所产生的过滤效率ηmp可由下式计算：
图2-4 单纤维的惯性沉积效应示意图
式中：α为填充率；K为Kuwabara流场动力学因子，K≈3；R为拦截参数，定义为粒子直径与纤维直径之比，R=dp/df；Stk为惯性碰撞捕集系数。
式中：pp为微粒材料密度（kg/m3）；pg为排气密度（kg/m3）；dp为颗粒直径（μm）；V0为过滤速度（m/s）；d为纤维直径（μm）；μ为排气动力黏度，与温度有关。
惰性撞击捕集效率随着Stk的增大而增大，即随着颗粒增大、密度增大、滤速增大、纤维直径减小而增大。
2.2.2.3 重力沉积效应
质量较大的微粒在通过非织造过滤材料的孔隙时，在重力作用下偏离流线方向，被纤维拦截捕获，这就是重力沉积效应。重力沉积效应对低速、较重的粒子影响最大。一般来说，0.5μm以下的微粒，其重力沉积效应可以忽略不计。
由重力沉积效应引起的过滤效率ηgrav可由下式计算：
(www.xing528.com)
式中：Ga为伽利略数；V0为过滤速度（m/s）；St为Stokes数；C为滑动修正系数；μ为气体黏度。
由重力沉积效应引起的过滤效率随Gr增大而增大，即随着颗粒增大、密度增大、滤速减小而增大，与纤维直径关系不大。
2.2.2.4 扩散效应
空气中的小颗粒粉尘会发生无规则的布朗运动，从而增加了与非织造过滤材料中每根纤维的随机碰撞概率，最终被吸附捕获，其过程如图2-5所示。微粒的直径越小，空气速度越慢，其布朗运动越明显，扩散效应对其过滤效果的影响就越明显。实验证明，常温下直径为0.1μm的微粒，每秒钟扩散距离可达17μm。当纤维间距离（即过滤材料的孔径）比这个距离小得多时，微粒就有更多的机会通过布朗运动沉积下来。尺寸小于0.1μm的颗粒的布朗运动非常剧烈，越小越容易被去除。而当微粒直径大于3μm时，其布朗运动急剧减慢。因此，粒径在0.1～0.5μm之间的微粒，其扩散、重力沉积和惯性效应都不明显，较难滤除。
图2-5 扩散附着效应示意图
由布朗运动引起的扩散效应的过滤效率ηdB可用下式计算：
式中：Pe为捕集体的质量传递皮克莱数，皮克莱数是捕集过程中扩散沉降相对重要性的量度，D为尘粒扩散系数（m2/s），可以由爱因斯坦公式计算；V0为过滤速度（m/s）；d为纤维直径（μm）；为填充率；K为Kuwabara流场动力学因子，K≈3。
扩散效应随颗粒直径增大、滤速增大而减弱，与纤维直径关系不大。
2.2.2.5 静电效应
空气中大多数的粉尘皆属于亚微米级粒子（0.1～1μm），很难通过上述四种效应（俗称机械过滤）被滤除掉，并存在0.3μm的最低过滤粒径。因此，像N95这样的高效过滤口罩，其芯层熔喷非织造材料都是带有静电的，可以进一步基于静电吸附机理滤除空气中的细颗粒物。
空气中的许多微粒都带电荷，当带电微粒随气流运动接近带电纤维时，会因静电吸附而被纤维捕获，称为静电效应。过滤材料本身不带静电，一般需要通过驻极处理才可以带上静电荷。而当过滤材料带有电荷时，大量的电荷形成电场，空气中有些不带电荷的微粒也会在该电场中被感应极化，从而通过静电效应被捕获。另外，空气中的细菌和病毒等通常都带负电。当它们通过带电过滤材料的孔隙时，由过滤材料形成的静电场和微电流会刺激细菌使蛋白质变异，破坏细菌的表面结构，从而杀死细菌。
由静电效应引起的过滤效率ηel可以由下式计算：
式中：β为纤维体积百分率；E0为外加电场强度；V0为过滤速度（m/s）；dp为颗粒物直径（μm）；Wp为颗粒物的电迁移率；C为坎宁安修正系数；Qp为颗粒物带电量；μ为气体黏度。
过滤效率随纤维电性增强而提高。
图2-6是主要通过静电效应捕获细颗粒物的非织造材料的电镜照片。从图中可以看出，吸附在纤维表面的微粒尺寸比过滤材料的孔隙要小得多。换句话说，带电非织造过滤材料的孔径不必比微粒小，这样就降低了对过滤材料孔径和纤维细度的要求，对于超细颗粒物的吸附过滤特别有效。另外还可以看出，静电效应使微粒更牢固地黏附在纤维表面，明显减少了流阻。在相同过滤效果下，其过滤阻力比传统过滤材料小得多，大大节约了能源。用作口罩，佩戴者呼吸更顺畅。
实际过滤过程中，常常是几种过滤效应同时发挥作用。微粒直径与几种过滤效应的关系如图2-7所示。从图中可以看出，直径较大的微粒由直接捕获和惯性沉积被捕获，而直径较小的粒子则是由扩散作用沉积在纤维表面。当微粒直径从大到小变化时，扩散效率逐渐减弱。所以，过滤效率在某个微粒直径下具有最小值，换句话说，该直径大小的微粒最难被滤除。实验发现，非织造过滤材料对直径为0.3µm微粒的过滤效率最低。所以，一般将0.3µm粒径作为检测过滤材料过滤效率的介质。
图2-6 静电效应过滤效果电镜照片
图2-7 微粒直径与其过滤效应的关系曲线
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
