Diffusion: Kleinere Partikel in der Flüssigkeit, insbesondere solche im Nanometerbereich, zeigen aufgrund der thermischen Energie eine zufällige Brownsche Bewegung. Während sich diese Partikel durch das Filternetz bewegen, kollidieren sie mit den Fasern. Einige Partikel können bei der Kollision mit einer Faser eingefangen werden und aufgrund molekularer Kräfte an der Oberfläche haften bleiben. Beim Einfangen ultrafeiner Partikel spielt die Diffusion eine wichtige Rolle.
Abfangen: Größere Partikel, die größer als die Lücken zwischen den Fasern sind, können durch den Abfangmechanismus eingefangen werden. Wenn sich diese Partikel durch die Flüssigkeit bewegen und sich den Fasern nähern, können sie mit den Fasern in Kontakt kommen und abgefangen werden, ähnlich wie eine Fliege, die in ein Spinnennetz fliegt. Die Flugbahn des Partikels wird durch das Vorhandensein der Faser verändert, was zum Einfangen führt.
Impaktion: Dieser Mechanismus ist besonders effektiv bei Partikeln größerer Größe und höherem Impuls. Wenn Flüssigkeit durch das Filternetz fließt, setzen Partikel mit ausreichendem Impuls ihren Weg fort und kollidieren mit den Fasern, wo sie stecken bleiben. Die Partikel werden im Wesentlichen durch den Flüssigkeitsstrom auf die Fasern „aufprallt“.
Adhäsion: Einige Partikel können aufgrund elektrostatischer Kräfte oder anderer anziehender Wechselwirkungen an den Fasern haften. Wenn die Filterfasern beispielsweise geladen sind oder eine bestimmte Oberflächenchemie aufweisen, können sie Partikel mit entgegengesetzter Ladung oder komplementären chemischen Eigenschaften anziehen und festhalten.
Tiefenfiltration: Ein wesentliches Merkmal vieler Faserfilternetze ist die Tiefenfiltration. Dies bedeutet, dass Partikel nicht nur an der Oberfläche der Fasern festgehalten werden, sondern auch in die Tiefe der Filtermatrix eindringen. Die miteinander verbundenen Fasern bilden eine labyrinthartige Struktur, durch die sich die Partikel bewegen müssen, was die Wahrscheinlichkeit eines Einfangens erhöht und ein Verstopfen verhindert.
Porengröße und -verteilung: Die Größe und Verteilung der Lücken oder Poren zwischen den Fasern spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung, welche Partikelgröße eingefangen werden kann. Kleinere Poren fangen kleinere Partikel effektiv ein, während größere Poren größere Partikel durchlassen.
Strömungsdynamik: Auch die Strömungsgeschwindigkeit der durch das Filternetz fließenden Flüssigkeit beeinflusst den Filtrationsprozess. Eine moderate Durchflussrate ermöglicht eine ausreichende Kontaktzeit zwischen Partikeln und Fasern und verbessert so die Einfangeffizienz.
Die Kombination dieser Mechanismen bestimmt zusammen mit den Eigenschaften der verwendeten Fasern und dem Gesamtdesign des Filternetzes dessen Filtrationseffizienz und -effektivität. Es ist erwähnenswert, dass Filternetze häufig darauf ausgelegt sind, spezifische Mechanismen basierend auf der beabsichtigten Anwendung zu optimieren. Einige Filter könnten beispielsweise so konstruiert sein, dass sie Feinstaub besonders gut auffangen, während andere möglicherweise eine größere Partikelaufnahme oder Luftstromkapazität in den Vordergrund stellen.
