CN101125267A - 一种驻极体空气过滤材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种驻极体空气过滤材料，由下述方法制备而得：(1)先制备得到由预过滤层和主过滤层组成的双层复合纤维，其中预过滤层纤维丝径分布在3－10微米；主过滤层纤维丝径分布在1－5微米；(2)再对双层复合纤维进行注板而得产物。本发明的驻极体空气过滤材料具有极高的驻极体电荷稳定性、卓越的过滤效率、很低的压力损失，使用寿命长。

Description

一种驻极体空气过滤材料
(一)技术领域
本发明涉及一种驻极体空气过滤材料。
(二)背景技术
熔喷法非织造布生产工艺系首先将聚合物熔融成熔体，送入挤压腔，由一排扁平的喷丝孔挤出。高速热空气流由管道导入，并从喷丝板上下两侧的扁狭缝中高速喷出，它将尚未成形的熔体细流分散、拉断、形成极细的不规则超细短纤维，然后将其凝聚在多孔滚筒或帘网上而成纤网，最后纤网通过自身粘合或热粘合而成为非织造布。熔喷法非织造布主要用作高效空气过滤材料、吸油毡、医疗卫生用品等，是很有发展前景的一种非织造布。传统熔喷工艺采用一组喷丝板，只能形成单一丝径分布的熔喷无纺布，其存在过滤效率低、压力损失大、使用寿命短的缺陷。
(三)发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种过滤效率高、压力损失小、使用寿命长的驻极体空气过滤材料。
所述的驻极体空气过滤材料，由下述方法制备而得：
(1)先制备得到由预过滤层和主过滤层组成的双层复合纤维，其中预过滤层纤维丝径分布在3-10微米；主过滤层纤维丝径分布在1-5微米；
(2)再对双层复合纤维进行注板而得产物。
进一步，所述的预过滤层和主过滤层材料选自下述之一：聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲基丙烯酸乙酯、乙烯-醋酸酯共聚物、聚氨基甲酸酯。
进一步，所述的预过滤层和主过滤层材料选自聚丙烯。
进一步，步骤(1)中的双层复合纤维采用熔喷工艺制得，预过滤层和主过滤层采用双喷丝板分别挤出，两喷丝板中挤出的超细纤维在凝网帘上成网具有一定的时间差，从而形成不同丝径分布的双层复合纤维。
进一步，预过滤层的喷丝板孔径直径为0.4～0.6微米，长径比为6～12；主过滤层的喷丝板孔径直径为0.1～0.4微米，长径比为10～17。
进一步，步骤(2)采用电晕放电法或电击穿极化方法进行注板。
进一步，步骤(2)采用电晕放电法进行注板，注板电压正极选择20～30KV，负极选择10～30KV，注板距离为5～30cm。
本发明的驻极体空气过滤材料具有下述有益效果：
1、极高的驻极体电荷稳定性
聚丙烯具有突出的疏水性和介电性能，本身就是极好的空间电荷驻极体。而双丝径梯度双层复合结构中的界面层又是捕获电荷的有效陷阱源，因此可有效提高滤料的电荷存储能力和电荷稳定性。实验已证明驻极体复合滤材在室温下长期储存以及在更极端的条件下，如在80℃的高温及95％的高湿环境中可长期工作，即使将纤维瞬时地浸入水或酒精中也不会产生明显的放电现象。其电荷强度没有明显下降。因此，双层复合驻极体过滤材料除了一般过滤材料具有的直接捕获、惯性沉积、重力沉积和扩散效应等作用外，还增加了驻极体效应(即静电效应)，利用复合材料的驻极体效应，可有效地提高材料的过滤效率，从而可解决过滤器的高效过滤问题。
2、卓越的过滤效率
双丝径梯度熔喷驻极体高效过滤材料形成两层三维立体纤维梯度层。一层是预过滤层，纤维丝径分布是3-10微米；另一层是主过滤层，纤维丝径分布是1-5微米。它不但通过拦截、惯性、扩散等作用来捕获粉尘粒子，而且利用静电效应捕获粉尘粒子。该材料纤维是被极化了的驻极体纤维，在与气流垂直的方向上存在着高达几百至上千伏电压的静电场，在纤维材料的孔隙间形成了无数个无源集尘电极。当气流中的带电微粒尤其是亚微米级粒子(往往是带电的)通过这些孔隙时，就在电场力的作用下被捕获。气流中的中性微粒因感应或极化而成为偶极子，从而也可有效地被捕获。由于电场力是长程力，其过滤效率可以达到99.97％(测试粒子0.3微米)。在同样的过滤效率时，滤材空隙的几何尺寸大，使过滤器的压差比同等效率的过滤器降低3-5倍，明显地减少了流阻，可大大地节省能源；另外细菌和病毒具有天然的驻极态(带负电)，通常依附于粉尘上。驻极体对常见的细菌和病毒有抑制和杀灭作用。
3、很低的压力损失
压力损失与过滤效率一样也是衡量过滤器的特定参数之一，好的过滤材料在使用过程中的压差较小。双丝径梯度熔喷驻极体高效过滤材料的纤维丝径介于中效和高效过滤材料纤维丝径中间，其压力损失只有普通高效滤材的1/5～1/3。空气先经过预过滤层，将大粉尘粒子过滤掉；再通过主过滤层，将小粉尘粒子过滤掉，从而延缓材料压力损失的增加，大大提高材料使用寿命。
一般普通高效滤材，压力损失为300Pa左右，而该材料压力损失只有50Pa左右。这种材料在开始使用时，压力损失比同等效率的滤料要小的多。因此在材料投入运行后，压力损失随使用时间的延长而增大很缓慢。而同等效率的滤材随使用时间的延长，被滤料捕捉的粉尘越来越多时，其微孔很快堵死，压力损失越来越大。
4、使用寿命长
由于传统高效滤材靠细纤维堆积成的微孔而获得的高效率，在使用中粉尘很容易进入滤料内部，且越积越多，直到将微孔堵死、板结，滤料不能再使用。该材料每平方米克重在10-100克，厚度在0.150-0.500毫米，是三维立体结构，空间大，容尘量高，从而提高了材料的使用寿命。该材料可以与其它硬挺材料复合制成折叠过滤器，大大增加过滤材料的面积，延长过滤器的使用寿命。
5、最佳经济效益
(1)具有很直观的经济效益。由于该材料过滤效率可达到99.97％(测试粒子0.3微米)以上，大大降低了因超标排放带来的经济损失，降低了产品的损耗，提高了经济效益。
(2)大大降低电能的消耗。该材料起始阻力小，压力损失上升缓慢，可用较小的风机动力或提高处理风量，即在低能耗下增加风量。
(3)用该材料制备的过滤器寿命长，为一般高效过滤器的2倍以上，减少维修费用，降低劳动强度。
(4)节约投资费用。由于该材料起始阻力小，压力损失上升缓慢，设计过滤风速可以增大，同等工况下可以减小过滤器的体积，因而减少了过滤设备的投资费用。
(四)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1驻极体空气过滤材料的制备
(1)先制备得到由预过滤层和主过滤层组成的双层复合纤维，其中预过滤层纤维丝径分布在3-10微米；主过滤层纤维丝径分布在1-5微米；双层复合纤维采用熔喷工艺制得，预过滤层和主过滤层采用双喷丝板分别挤出，两喷丝板中挤出的超细纤维在凝网帘上成网具有一定的时间差，从而形成不同丝径分布的双层复合纤维；预过滤层的喷丝板孔径直径为0.4微米，长径比为8；主过滤层的喷丝板孔径直径为0.2微米，长径比为13。所述的预过滤层和主过滤层材料选自聚丙烯。
(2)再对双层复合纤维进行注板而得产物；采用电晕放电法进行注极，注板电压正极选择25KV，负极选择10KV，注板距离为15cm。
实施例2驻极体空气过滤材料的制备
(1)先制备得到由预过滤层和主过滤层组成的双层复合纤维，其中预过滤层纤维丝径分布在3-10微米；主过滤层纤维丝径分布在1-5微米；所述的主过滤层材料选自聚丙烯，聚丙烯采用喷丝板挤出，喷丝板孔径直径为0.2微米，长径比为13；预过滤层采用纺粘法制备的聚丙烯无纺布，主过滤层和预过滤层采用热粘法复合。
(2)再对双层复合纤维进行注极而得产物；采用电击穿极化方法进行注极，注板电压正极选择20KV，负极选择25KV。
实施例3驻极体空气过滤材料的制备
(1)先制备得到由预过滤层和主过滤层组成的双层复合纤维，其中预过滤层纤维丝径分布在3-10微米；主过滤层纤维丝径分布在1-5微米；双层复合纤维采用熔喷工艺制得，预过滤层和主过滤层采用双喷丝板分别挤出，两喷丝板中挤出的超细纤维在凝网帘上成网具有一定的时间差，从而形成不同丝径分布的双层复合纤维；预过滤层的喷丝板孔径直径为0.4微米，长径比为8；主过滤层的喷丝板孔径直径为0.2微米，长径比为13。所述的主过滤层材料选自聚丙烯，预过滤层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯。
(2)再对双层复合纤维进行注板而得产物；采用电晕放电法进行注极，注板电压正极选择25KV，负极选择10KV，注板距离为15cm。
实施例4驻极体空气过滤材料的制备
(1)先制备得到由预过滤层和主过滤层组成的双层复合纤维，其中预过滤层纤维丝径分布在3-10微米；主过滤层纤维丝径分布在1-5微米；所述的主过滤层材料选自聚丙烯，聚丙烯采用喷丝板挤出，喷丝板孔径直径为0.2微米，长径比为13；预过滤层采用纺粘法制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯，主过滤层和预过滤层采用热粘法复合。
(2)再对双层复合纤维进行注板而得产物；采用电晕放电法进行注极，注板电压正极选择25KV，负极选择10KV，注板距离为15cm。
对比例
采用计数法对实施例1-4制成的驻极体空气过滤材料及普通熔喷单层聚丙烯无纺布的过滤效率进行测试。仪器采用激光粒子计数器。试验过程中，在每次发尘试验的之前和之后，进行计数测量，并计算过滤器对各种粒径颗粒物的过滤效率，当达到终止试验的条件时停止试验。过滤器的典型效率值是在≥0.3μm粒径范围内，各阶段瞬时效率依发尘量的加权平均值。
  编号  过滤材料   过滤效率
  1  实施例1制得驻极体空气过滤材料   99.97％
  2  实施例2制得驻极体空气过滤材料   99.95％
  3  实施例3制得驻极体空气过滤材料   99.98％
  4  实施例4制得驻极体空气过滤材料   99.96％
  5  普通熔喷单层聚丙烯无纺布   75％

Claims (8)

1.一种驻极体空气过滤材料，其特征在于由下述方法制备而得：
(1)先制备得到由预过滤层和主过滤层组成的双层复合纤维，其中预过滤层纤维丝径分布在3-10微米；主过滤层纤维丝径分布在1-5微米；
(2)再对双层复合纤维进行注极而得产物。
2.如权利要求1所述的驻极体空气过滤材料，其特征在于所述的预过滤层和主过滤层材料选自下述之一：聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、甲基丙烯酸乙酯、乙烯-醋酸酯共聚物、聚氨基甲酸酯。
3.如权利要求2所述的驻极体空气过滤材料，其特征在于所述的预过滤层和主过滤层材料选自聚丙烯。
4.如权利要求1～3之一所述的驻极体空气过滤材料，其特征在于步骤(1)中的双层复合纤维采用熔喷工艺制得，预过滤层和主过滤层采用双喷丝板分别挤出，两喷丝板中挤出的超细纤维在凝网帘上成网具有一定的时间差，从而形成不同丝径分布的双层复合纤维。
5.如权利要求4所述的驻极体空气过滤材料，其特征在于预过滤层的喷丝板孔径直径为0.4～0.6微米，长径比为6～12；主过滤层的喷丝板孔径直径为0.1～0.4微米，长径比为10～17。
6.如权利要求1所述的驻极体空气过滤材料，其特征在于步骤(2)采用电晕放电法或电击穿极化方法进行注极。
7.如权利要求6所述的驻极体空气过滤材料，其特征在于步骤(2)采用电晕放电法进行注极，驻极电压正极选择20～30KV，负极选择10～30KV，驻极距离为5～30cm。
8.如权利要求1所述的驻极体空气过滤材料，其特征在于所述的过滤材料每平方米克重在10～100克，厚度在0.150～0.500毫米。
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