纳米纤维如今越来越多地用于构建封闭空间内空气过滤器的过滤隔层，以及内燃机的进气系统中。如在机动车技术领域，直径极小（约 50 - 800 纳米）的纳米纤维得以应用。而静电纺丝法就是一种广泛应用的纳米纤维制备方法，通过该方法制得的纳米纤维凭借其独特的性能，能够有效满足内燃机进气过滤对过滤材料高效、精准过滤的要求。

由于纳米纤维薄层（1 - 5μm）的机械和强度性能有限，通常将其应用于具有较高强度的传统过滤材料基材上。纳米纤维可铺设在基材的一侧或两侧，基材可以是纤维素、尼龙或聚酯等材料。基于此，在机动车空气过滤器使用的标准过滤材料上添加纳米纤维作为额外的一层，能够显著提升过滤的效率和精度。

在原始滤床上添加纳米纤维层能够提高过滤效率，且纳米纤维层的重量越大，过滤效率提升的幅度越高。这种提升对于小于 1μm 的颗粒尤为显著。例如，在滤床上添加平均纤维直径dw1=120nm、单位面积重量gm=0.03g/m2的纳米纤维层，可使对粒径dz=0.3μm颗粒的分离效率从 12% 提高到 42% ；单位面积重量gm=0.5g/m2的纳米纤维层能将这些颗粒的过滤效率提高到 80% 。而相同单位面积重量、但纤维直径dw1=300nm的纳米纤维层，只能将过滤效率提升至 50% 。可以看出，纤维直径对过滤效率影响较大。此外，研究还表明，增加纳米纤维的平均纤维直径会显著降低在所有纳米纤维质量覆盖水平下的分离效率。

在标准过滤材料中，尘粒会深入纤维结构内部（深度过滤），阻碍气流正常通过。而厚度为 1.0 - 1.5μm 的纳米纤维层（如图 6（a）和 6（b）所示）以及厚度约 3.8μm 的聚四氟乙烯（PTFE）膜（如图 6（c）和 6（d）所示）应用于标准过滤材料时，其目的是在颗粒穿透到纤维素标准滤床之前将其拦截（表面过滤）。在过滤过程中，颗粒在纳米纤维层和 PTFE 膜这两种不同过滤层中的分布情况有所不同。在深度过滤阶段，颗粒有可能到达结构更为疏松的基材层（图 6 中标记区域），这使得过滤器的堵塞速度相对较慢。由此可见，纳米纤维层正是通过这种表面过滤的方式，有效阻止颗粒进入标准过滤床，从而实现高效过滤。

图2. 过滤不同颗粒的过程中，过滤层的扫描电子显微镜（SEM）图像及颗粒堆积情况：(a)、(c) 烟灰聚集体；(b)、(d) 氯化钠颗粒。加载面风速为 0.067 米 / 秒 

而那些停留在纳米纤维层表面的尘粒可以通过反向的压缩空气流轻松去除（即过滤材料的清洁过程），该反向气流与过滤操作时的气溶胶流动方向相反。相比之下，如果尘粒停留在标准滤筒（厚度约 0.8mm）较深的位置，尘粒的返回会比较困难，并且可能会损坏滤床结构。所以，纳米纤维层的这种独特的过滤和清洁机制，使得过滤材料在清洁和再生方面具有明显优势，有助于延长过滤材料的使用寿命。

电纺丝纳米纤维在机动车的进气系统中已有实际应用案例，例如艾布拉姆斯 M1 坦克所使用的过滤器。在该过滤器中，采用了带有纳米纤维的滤筒以及脉冲喷射空气清洁器（PJAC）滤筒自动脉冲净化系统。在过滤器压降未超过允许值时，空气过滤过程与普通车辆过滤器相同。当压降达到一定数值时，压力调制器会启动 0.1 - 0.35 秒，产生压力为 0.4 - 0.6MPa 的压缩空气脉冲。与过滤过程中气流方向相反的压缩空气会将滤筒表面的尘粒吹落，使其落入集尘器中。这样一来，这种系统能够确保空气过滤器具有更长的使用寿命，进而延长车辆的使用周期，减少过滤器维护操作的需求。

内燃机进气系统的过滤介质需要具备高效过滤和低气流阻力的特性，这对过滤材料的纳米纤维直径和分布均匀性提出了严格要求。较小的纤维直径能够显著提高过滤效率，但传统制备方式往往难以在保证纤维质量的同时实现大规模生产。微迈科技研发的MN60小试型静电纺丝机，多针模块化阵列与智能下纺系统，可生成大尺寸样品，精准模拟量产条件，快速制备出适用于内燃机进气系统的纳米纤维过滤介质，并进行市场验证和性能测试。为内燃机进气系统过滤介质的研发提供了一个经济、高效、可靠的实验平台。

佛山微迈——MN60小试型静电纺丝机

参考文献：
[1]：https://doi.org/10.15282/ijame.18.1.2021.21.0656