CN101652167A - 滤材和过滤单元 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供即使滤材厚度薄也不会由于风压而伸长的滤材,以及可进行大风量处理的过滤单元,是由单纤维之间被固定、以有机纤维为主体的非织造布构成滤材,由杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成该非织造布,同时至少以纤维总质量的20%以上含有杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲单纤维,且将单纤维间用玻璃化转变温度30℃以上的树脂固定。
Description
技术领域
本发明涉及滤材以及使用该滤材的过滤单元。
背景技术
过滤单元所要求的性能是在具有捕集效率的同时还具有显示是否可进行大风量处理的低压损性。穿过滤材的空气速度日益增快,以往是15m/分钟左右,目前已达到25m/分钟-40m/分钟,是1.5倍以上的高风速过滤,但又要求与以往大致相同的压损。例如,在空调用的小型过滤单元中,要求40Pa(通过比色法得到的捕集效率为90%)以下,而在汽车空调用的过滤单元中,要求大约85Pa(根据JIS 15种灰尘的捕集效率为91%左右)以下的性能。
在过滤单元中要求薄型化,人们开发了将波峰高度低的滤材以狭窄的间距折出微小褶裥,用以进行大风量处理的薄型滤材。但是,以往的滤材有厚度,起因于滤材材料本身的通气阻力高,并且由于风压导致容易伸长的问题。因此发生起因于滤材材料本身的通气阻力、以及风压导致的滤材变形使流经空气的流路间隙被堵塞而产生的通气阻力(以后称为结构压损),为此,例如在过滤器尺寸210 W×270 L×10 D、处理风量520m3/小时的汽车空调用的过滤器中,按照JIS B9908(2001)形式3试验法求出的JIS Z8901(1974)所述的JIS 8种灰尘的捕集效率为91%以上的性能,无法获得具有可使用一年的容尘量、且压损为70Pa以下的低压损过滤单元。
作为以往的获得低压损过滤器的技术,在专利文献1中公开了在65℃下、抗弯度为250mg以上的骨料片上层压特定性能的永电体片而形成的滤材。该文献中阐述了以下的两种构思:安装于在夏天的暴晒天气下放置的汽车中的过滤单元的滤材使用用玻璃化转变温度高为35℃的树脂进行纤维固定的骨料,这样就不会因热而软化、变形,导致结构压损升高;以及通过与QF值优异的静电板层压使用,可提高捕集效率。但是,该文献所属的滤材归根到底是防止热变形导致的结构压损升高,并不是防止高风速导致的结构压损升高的滤材。
实施例3中记载了一种过滤器单元,该过滤器单元是在方格间隔为4mm的网状骨料上层压永电体化熔喷非织造布,将所得的滤材褶裥整理为波峰高度38mm并组装所得,还记载,在过滤风速37m/分钟下可实现压损56Pa。这是由于,波峰高度与网状的方格间隔相比足够大,因此可以制成单元,但是如果要制成波峰高度为8mm左右、波峰间距为3.5mm的薄型过滤单元,则由于与网状方格间隔的干扰,波峰间距容易发生混乱,此时结构压损升高,还有空气流只在间距大的地方集中的问题。另外该实施例所述的方案中,骨料是网状,因此容尘性低,灰尘直接附着在比网状更为致密结构的永电体化熔喷非织造布上,因此由于堵塞而使压损急剧升高,无法避免寿命变短的问题。
专利文献2中公开了使骨料片减薄、同时硬度增强,以抑制结构压损的发生的尝试,该文献中公开了将人造丝纤维的异形截面丝或玻璃纤维混合作为构成骨料的纤维的抄纸法非织造布的应用。但是,混合有粗玻璃纤维的滤材中,玻璃纤维在褶裥整理步骤中破碎、飞散,因此在安全卫生上面有问题。并且由实施例可知,滤材通过风速为2m/分钟,是极慢的使用条件,因此,虽然抗弯度在158mg左右下也可作为结构压损发生较少的滤材使用,但是例如在滤材通过风速25m/分钟以上的高风压下则无法充分满足耐用性。
专利文献3中记载了混合纤维直径0.65μm的超细玻璃纤维而成的HEPA滤材。但是,如上所述使用纤维直径细的纤维的滤材中,源自材料本身的压损高,根本无法应对高风速过滤。
专利文献4和专利文献5中公开了由杨氏模量高的纤维构成滤材,以提高尺寸稳定性或对风压的强度。
其中,专利文献4中涉及袋式过滤器用滤材,因此使用了杨氏模量为20cN/detx以上的聚苯硫醚等耐热性纤维。但是该滤材的形状为织物或网状,与本发明的在纤维间固定的、没有松散性的滤材在纤维的使用、结构、目付、厚度、使用用途方面是显著不同的滤材构成。
专利文献5中公开了使用维尼纶纤维和聚酯纤维、通过抄纸法制备的阻燃性滤材的制备方法,记载:作为抄纸法的特征,可以使用纤维粗度或长度不同的纤维,还可以使用杨氏模量高的纤维。但是该文献中只说明:如果使用抄纸法,则可以使用杨氏模量高的纤维,对于透气度为100cm3/cm2·秒以上的(进一步为250cm3/cm2·秒以上)高透气性、且即使高风速过滤也难以变形的具有刚性的滤材或其纤维构成、以及纤维物性未有任何公开。
如上所述,以有机纤维作为主体、具有高透气度可耐受高风速过滤的、伸长度小的、实用性的滤材尚未存在。
专利文献1:日本特开2004-82109号公报
专利文献2:日本特开2002-1020号公报
专利文献3:日本特开平10-180020号公报
专利文献4:国际公开第04/87293号说明书
专利文献5:日本特开2006-136809号公报
专利文献6:日本特开平2-61195号公报
发明内容
本发明的目的在于消除上述问题,提供适合高风速过滤、透气度高、滤材的厚度薄、可小褶裥(ミニフリ一ッ)整理的实用的滤材,以及可进行大风量处理的薄型过滤单元。
为实现上述课题,本发明具有以下几种构成。
(1)滤材,该滤材具有单纤维之间被固定、以有机纤维为主体的非织造布,该非织造布在1%伸长时的强力指数为1000N·cm/g以上,且透气度为100cm3/cm2·秒以上。
(2)上述(1)所述的滤材,其中,上述非织造布由杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成,同时杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲单纤维至少以纤维总质量的20%以上的比例含有,且单纤维之间用玻璃化转变温度30℃以上的树脂固定。
(3)滤材,该滤材具有单纤维之间被固定、以有机纤维为主体的非织造布,该非织造布由杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成,同时杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲单纤维至少以纤维总质量的20%以上的比例含有,且单纤维之间用玻璃化转变温度30℃以上的树脂固定。
(4)上述(2)或(3)所述的滤材,其中,作为上述构成非织造布的单纤维,杨氏模量为200cN/dtex以上、纤度为10dtex以上、纤维长度8-25mm的非卷曲的有机单纤维以纤维总质量的10%以上的比例含有。
(5)上述(2)-(4)中任一项所述的滤材,其中,作为上述构成非织造布的单纤维,杨氏模量为60cN/dtex以上、纤度为1-6dtex的有机单纤维以纤维总质量的30%以下的比例含有。
(6)上述(1)-(5)中任一项所述的滤材,其中,上述构成非织造布的单纤维含有静电纤维。
(7)上述(1)-(6)中任一项所述的滤材,其中,在上述非织造布上进一步层压静电加工非织造布。
(8)上述(1)-(7)中任一项所述的滤材,其中,由基于JIS B9908(2001)形式3试验法求出的JIS Z8901(1974)记载的15种灰尘的透过率、和滤材初期压损求出的滤材的QF值为0.4以上。
(9)过滤单元,该过滤单元是将上述(1)-(8)中任一项所述的滤材填装在框体中所得,由基于JIS B9908(2001)形式3试验法求出的JIS Z8901(1974)记载的15种灰尘的透过率、和过滤器初期压损求出的过滤单元的QF值为0.03以上。
(10)上述(9)所述的过滤单元,该过滤单元用于汽车空调。
(11)滤材的制备方法,该制备方法是将至少含有非卷曲单纤维的纤维分散在流体中,制成纤维聚集体,然后将单纤维之间固定,获得上述(1)-(8)中任一项所述的滤材。
这里,以有机纤维为主体是指相对于全部纤维质量含有超过90%、优选超过95%的有机纤维,是指玻璃纤维、陶瓷纤维、碳纤维等无机纤维只占全部纤维质量的10%以下,优选5%以下。
根据本发明,可以提供可实现薄型化、可进行小褶裥整理、并且透气度高、可进行大风量处理的实用的滤材以及过滤单元。即,由单纤维之间被固定、以有机纤维为主体的非织造布构成滤材,同时该非织造布由杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成,其中,杨氏模量为1 50cN/dtex以上、纤度7dtex以上的非卷曲单纤维至少以纤维总质量的20%以上的比例含有,且用玻璃化转变温度为30℃以上的树脂进行纤维间固定,因此可以使非织造布的透气度(按照JIS L1096(1999)的弗雷泽法将2片重叠测定)提高为100cm3/cm2·秒以上,并且使1%伸长时的强力指数为1000N·cm/g以上,可获得低伸长度、高强度的非织造布。因此,即使将该非织造布进行小褶裥整理,也可以防止结构压损的升高,即使由透气性高的材料构成滤材,也可以实现用于大风量处理的薄型化。结果可以实现过滤单元和承载机器的小型化。另外,压损降低,因此滤材与空气的摩擦产生的风噪声减小,对于低噪音性也有贡献,并且可用耗电小的低功率送气扇送入空气,因此对于节省能源也有贡献。
具体实施方式
本发明的滤材的特征在于:具有单纤维间被固定的、以有机纤维为主体的非织造布,该非织造布1%伸长时的强力指数为1000N·cm/g以上,且按照JIS L1096(1999)的弗雷泽法将2片重叠测定的透气度为100cm3/cm2·秒以上。构成该滤材的非织造布是使用杨氏模量和纤度不同的多个单纤维作为构成非织造布的单纤维构成,同时,至少以纤维总质量的20%以上的比例含有杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲的单纤维,并且纤维间用玻璃化转变温度为30℃以上的树脂固定获得。
这里,家庭用空气净化机用、大厦·工厂的空调用、以及车载等的空调设备用的过滤单元中使用的滤材所必需的特性是:用于处理大风量的低压损性、不发生结构压损、即使薄也不会因风压而变形的低伸长度高强度性。并且必须是具有高灰尘捕集性和保持难以堵塞的空隙量的滤材结构。本发明所述的结构压损是指从向装有经褶裥整理的滤材的过滤单元中流入空气时产生的压损(单元压损)中减去起因于滤材材料引起的压损后剩余的值。
目前,为降低单元压损而采取的方法是降低起因于滤材材料本身的压损。为此通常减少滤材的纤维量、使纤度变粗、体积增大、降低纤维密度的方法。但是该方法中,滤材材料本身的压损虽然降低,但是滤材纤维间固定力减弱,滤材发生伸长,结构压损反倒增加。在为提高捕集性能而进一步层压静电加工片的滤材中,风压进一步提高,因此结构压损增大,低压损化更难以进行。
但是,根据本发明,构成滤材的非织造布即便是可获得透气度(根据JIS L1096(1999)的弗雷泽法将2片重叠测定)为100cm3/cm2·秒以上的低目付、极粗的结构,也具有1%伸长时的强力指数为1000N·cm/g以上的低伸长度、高强度性,因此即使进行褶裥间隔狭窄的小褶裥整理,也可以减少结构压损的发生,使滤材实现薄型化,可以进行大风量处理。
以往,表示滤材硬度的指标广泛使用按照JIS L1085(1977)B法规定的抗弯度,该抗弯度是与滤材的厚度、目付、透气度全无关系的指标,因此,即使是滤材的厚度、滤材的目付、滤材透气度不同的滤材构成,显示相同抗弯度值的滤材也有很多。但是,即使是显示相同抗弯度的滤材,如果厚度或透气度不同,则收纳滤材的过滤单元的压损性能也不同。即,结构压损发生程度分别不同,因此产生差异。作为表示滤材硬度的指标,以往使用的抗弯度即使可以进行不受滤材构成条件很多变数影响的滤材间的相对比较,也不适合作为测定对单元压损构成产生影响的结构压损的发生程度的指标。
本发明人对于用以比较能够制备结构压损发生程度少的低压损过滤器的特性的新指标进行了研究,结果发现,在按照JIS L1096(1999)的弗雷泽法将2片重叠测定的透气度为100cm3/cm2·秒以上的高透气性非织造布中,即使该非织造布的厚度、目付、制法等不同,在将5cm宽的非织造布伸长1%时所表现出的强力指数(拉伸强度[N/cm2]/该非织造布的表观密度[g/cm3])是很重要的。
以下对本发明的滤材的详细构成进行说明。
收纳有经褶裥整理的滤材的过滤单元的结构压损的发生是由于在向滤材流通空气时,施加到滤材上的风压使滤材伸长、变形,夹持在相邻的褶裥滤材之间的空气流路间隙变窄,滤材之间发生接触,空气难以流动。因此滤材的厚度也是结构压损发生的一个原因。
理想的过滤风速与压损的升高的关系是压损大致与风速成正比升高,发生结构压损的滤材除起因于滤材本身的压损之外,还附加有有该滤材形状导致的变形部分的压损,因此压损是曲线式升高。为此难以进行高风速过滤。
为了使结构压损降低,必须是滤材的伸长较小、低伸长度高强度的薄型滤材,刚性与厚度的立方成比例。因此,按照JIS L1096(1999)的弗雷泽法将2片重叠测定的透气度为100cm3/cm2·秒以上的目付小、薄型滤材难以实现低伸长度高强度化。
但是,对于结构压损发生较少的薄型滤材的制备进行了深入的研究,结果发现:将构成滤材的非织造布用杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成,同时其中至少以纤维总质量的20%以上的范围含有杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲的单纤维,并且用玻璃化转变温度为30℃以上的树脂在纤维间固定,由此可得到薄、透气性高、容尘能力优异、低压损的低伸长度高强度非织造布,即,获得强力指数为1000N·cm/g以上的非织造布。
本发明中,构成滤材的非织造布的强力指数为1000N·cm/g以上,优选1500N·cm/g以上,更优选2000N·cm/g以上,进一步优选2500N·cm/g以上。强力指数高表示为透气度高、低伸长度高强度的滤材。通过构成滤材的非织造布为高透气度,但低伸长度高强度,即使将该非织造布进行褶裥整理也可以防止由于施加风压而产生的形状变形,可以减小结构压损的发生,可进行低压损大风量处理。
如果强力指数上限达到使滤材的拉伸断裂伸长度JIS L1085(1998)为1.0%以下,即,为8000N·cm/g以上,则将滤材进行褶裥整理的波谷部分会发生滤材的断裂,因此优选低于8000N·cm/g。
接着,对所使用的纤维的物性进行说明。
本发明中,为了实现滤材的低伸长度高强度化,非织造布是由杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成,并且必须是至少以纤维总质量的20%以上的比例含有杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲单纤维。
优选的单纤维的杨氏模量为200cN/dtex以上,更优选250cN/dtex以上,进一步优选300cN/dtex以上。还优选上限为3000cN/dtex以下。这是由于,使用杨氏模量超过3000cN/dtex的单纤维时,具体来说,使用芳族聚酰胺纤维(4400cN/dtex以上)、超高分子量聚乙烯(8000cN/dtex以上)、玻璃纤维(326000cN/dtex以上)等时,虽然根据使用量和纤度而有所不同,但非织造布的拉伸断裂伸长度为1.0%以下,强力指数为1000N·cm/g以上,撕裂强度降低、并且不耐受经褶裥整理的波峰部分的弯曲伸长,发生非织造布断裂,起刺,刺皮肤等不良影响,因此不优选使用超过3000cN/dtex的纤维。
基于上述理由,所使用的单纤维的优选杨氏模量范围在150-3000cN/dtex,更优选200-2000cN/dtex。进一步优选250-1500cN/dtex,最优选300-1000cN/dtex的范围,这样,褶裥整理下的非织造布的断裂或撕裂强度降低较少,可以形成风压下滤材变形较少的滤材。
本发明中,上述纤维优选为非卷曲单纤维。为非卷曲单纤维时,非织造布的纤维聚集形成平面,因此一根一根的单纤维的取向性为一维,为没有松散性的状态。因此,对非织造布施加外力时,伴随松散性的伸长较少,并且容易立即根据单丝物性而产生抗拉力,因此优选。
强力指数涉及将非织造布沿一个方向拉伸时的1%伸长度下的强度的指标,非织造布的变形是由于风压而产生弯曲,因此除强力指数管理之外,提高抗弯性也是极为重要的。关于抗弯性,如果使非织造布的厚度增厚、增大目付则可以提高,但是增加透气阻力、使空气流入间隙变狭窄,相反成为压损升高的要因,无法增厚。因此,对于薄的非织造布提高抗弯性时,是使用纤维总质量的20%以上的纤度为7dtex(纤维直径26μm)以上的粗的单纤维来制备非织造布的骨架较为有效。本说明书中,在纤度旁边所附记的纤维直径是使纤维材料的比重为1.30g/cm3时的纤维直径。
骨架的另外的目的是形成保有粗大灰尘的空间,因此适合采用较难弯曲、杨氏模量高的粗纤维。由于该目的,作为骨架构成纤维的优选的单纤维适合采用杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度7dtex(纤维直径26μm)以上的单纤维。另一方面,过粗则刺皮肤,优选的纤度在7-40dtex(纤维直径26-63μm)的范围,最优选的单纤维纤度为10-40dtex(纤维直径30-59μm)。
上述杨氏模量、纤度的单纤维的配合率低于20%时,纤维密度致密,难以获得透气度为100cm3/cm2·秒以上的特性。因此,必须以纤维总质量的20%以上的比例含有上述杨氏模量、纤度的单纤维。如果是超过80%以上的配合率,虽然可确保透气度,但是纤维之间的粘合固定力降低,强力指数容易降低。因此,优选的范围是80%以下。更优选25-80%,进一步优选30-60%的范围。而作为骨架的粗纤维的捕集效率低,因此可以配合纤度1-6dtex(纤维直径10-24μm)的细纤维,以确保从微细粒子至粗大粒子的所有粒子的捕集性能以及进行容尘量的控制。
下面对纤维长度进行说明。作为骨架的单纤维的纤维长度如果较短,则即使用树脂固定纤维之间也无法获得足够的拉伸强度。以往在抄纸法中使用的纤维的长度是数mm-10mm左右。其目的是减少作为抄纸法特征的纤维的交络,获得纤维目付的均匀性。但是,即使用伸长较少的硬的树脂对杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex(纤维直径26μm)以上的粗的、难以弯曲的短纤维进行固定,纤维之间的接触点少,因此拉伸强度无法升高,难以提高强力指数。因此,本发明中优选纤维长度为8-25mm。特别是使用杨氏模量为200cN/dtex以上、且单纤维纤度超过10dtex(纤维直径31μm)的粗纤维时,纤维长度可以为8-25mm,优选13-20mm,含有率为10%以上,优选30%以上。这样可以进一步提高强力指数。在25mm以上时,目付的不匀容易增大。
并且本发明中,为了提高强力指数,优选将杨氏模量高的细的单纤维或杨氏模量高的粗的单纤维混合使用。本发明的情况下是使用非卷曲的纤维,因此与使用有卷曲的纤维制成网时不同,纤维间的固定是通过固定用树脂进行粘合,只在纤维间接触点进行。但是为了提高强力指数而使用刚直、为短纤维的、例如纤维长度为5-12mm左右、超过10dtex的粗纤维时,纤维表面积少,因此纤维之间接触的纤维间接触点少,粘合点数与细纤维比较极少。另外,由于较为刚直,因此纤维之间难以交络。结果,即使只使用弯曲刚性高的粗的纤维构成非织造布,粘合点也容易脱落,无法发挥纤维物性,难以充分提高强力指数。其对策是优选将杨氏模量为60cN/dtex以上、优选90cN/dtex以上、进一步优选150cN/dtex以上、最优选200cN/dtex以上的1-6dtex(纤维直径10-24μm)的细单纤维混合使用。这样,纤维根数增多,因此可以增加与粗纤维的粘合位置,并且一部分纤维会将粗的纤维汇集交络。由于固定用树脂在粘合点或交络位置上集中附着,因此固定用树脂被有效应用,纤维间的固定力提高,可提高强力指数。另外,细纤维还可同时发挥作为提高灰尘捕集性的纤维的功能。1-6dtex的细的单纤维的配合率为纤维总质量为30%以下、更优选25%以下,这可以获得高的透气度,因此优选。根据该细的纤维的使用量,灰尘捕集性提高,但变得容易堵塞,结果成为寿命降低的原因,也成为透气度降低的原因。因此更优选10%以上,进一步优选15%以上。
本发明的非织造布优选使用2组以上单纤维纤度相同、但纤维长度不同的纤维组制备。纤维长度短,则在非织造布中,纤维由于其刚性而立起,非织造布体积大、即,纤维密度有降低倾向。而纤维长度长,则纤维倒伏,滤材变薄,即,纤维密度有增高倾向。将2组以上纤维长度不同的纤维组组合,则可以以高自由度调节滤材的纤维密度。
本发明中,在大风量处理方面,优选非织造布的透气度高,本发明中,非织造布的透气度为100cm3/cm2·秒以上。本发明的透气度的数值是按照JIS L1096(1999)的弗雷泽法、且将非织造布2片重叠测定的数值。
如果是透气度低于100cm3/cm2·秒的空隙量少的非织造布,则在以贯通风速25m/分钟使用滤材时,在JIS 15种灰尘附着量较少的状态下即发生堵塞,寿命变短。例如汽车空调应具有两年的寿命,必须附着约10g以上/单元的该灰尘,但无法满足该要求。而透气度超过700cm3/cm2·秒,则灰尘捕集性能降低,难以获得85%以上的捕集率,因此上限为700cm3/cm2·秒。透气度的优选范围是100-600cm3/cm2·秒,最优选120-500cm3/cm2·秒。
上述非织造布优选目付范围为20-70g/cm2,厚度范围优选0.2-0.55mm。这是由于可以进一步降低结构压损比例,制成低压损过滤器。
非织造布的表观密度优选0.08g/cm3以上,更优选0.09g/cm3以上。低于0.08g/cm3,则纤维间的固定强度降低,发生滤材的伸长,因此强力指数容易降低。而表观密度过大,则透气度下降,可保有灰尘的空间量减少,容易堵塞,容易形成寿命较短的滤材。因此优选为0.18g/cm3以下,更优选0.15g/cm3以下,进一步优选0.13g/cm3以下。
非织造布的厚度优选0.55mm以下,更优选0.50mm以下,进一步优选0.45mm以下,更进一步优选0.40mm以下。为0.55mm以下,则可以将结构压损抑制为较低。非织造布过薄,则可保有灰尘的空间量减少,寿命变短,因此优选0.2mm以上。
非织造布的制备方法可例举湿式抄纸法、气流成网法、干式化学粘合法、热粘合法、纺粘法等。湿式抄纸法或气流成网法是将纤维长度为数mm-10mm的较短的非卷曲短纤维聚集,获得非织造布的方法。干式化学粘合法是将有卷曲的短纤维通过梳理机成网,然后含浸乳液化的树脂,干燥,将纤维之间固定,制备非织造布的方法。热粘合法是将含有有卷曲的热熔粘性短纤维的短纤维通过梳理机成网,然后使纤维间热熔粘,制备非织造布的方法。纺粘法是将聚合物以溶解的状态由小孔中拉出,然后固化,直接制成非织造布的方法。
上述制法中,为实现强力指数,最优选湿式抄纸法和气流成网法。以下对湿式抄纸法和气流成网法为实现强力指数的最佳制法的理由进行详细说明。
必须使用有卷曲的短纤维的化学粘合法或热粘合法的非织造布通过梳理机制成纤维网,然后通过树脂加工或热粘合将纤维之间固定获得。非织造布结构原本是在所使用的单纤维上具有立体卷曲,因此即使用树脂等固定纤维之间,非织造布也容易变厚,容易残留立体状态的松散性。结果,施加外力时,纤维交络被从残留松散性的部分拆散,非织造布滤材的伸长比抗变形强度先行发生,因此容易发生结构压损。
将纤维长度为数mm-数10mm的较短的非卷曲短纤维分散于水或空气等流体中、并聚集在丝网上的湿式抄纸法非织造布或气流成网法中,纤维聚集是平面的,因此一根一根的纤维取向性为一维,是没有松散性的状态。结果,固定该纤维聚集体的单纤维之间的滤材在施加外力时伴随松散性的伸长较少,因此容易立即根据单丝物性而产生抗拉力。
基于以上理由,本发明优选通过湿式抄纸法和气流成网法制备纤维聚集体,然后将单纤维之间固定,制备非织造布。其中,湿式抄纸法有圆网方式和斜网方式,斜网方式是将分散有纤维的水用网沥干,将纤维聚集在网面上,然后含浸粘合液,干燥,因此沥干的纤维长度有一定幅度,即使是纤维长度超过10mm的长的短纤维也可以抄纸。因此容易获得强力指数高的非织造布,是最佳方法。而圆网方式是使纤维和粘合剂或粒子状的添加物聚集,从该液体中沥取聚集物,因此纤维如果过长,则无法沥取在曲面形状的沥面上。因此,采用圆网方式时,优选使纤维长度缩短为5mm左右。但该种情况下难以提高强力指数。
湿式抄纸法和气流成网法可以将纤维特性不同的多种纤维组任意混合,制备非织造布,因此是优选的方法。通过气流成网法或湿式抄纸法制备滤材时,如果使用将低熔点纤维与高熔点纤维复合而成的热熔粘性纤维或由常规均聚物构成的纤维中混入阻燃剂得到的阻燃性纤维,则可以得到强力指数高的滤材且提高阻燃性。并且,如果同时混炼对于静电加工有效的受阻胺系添加剂,则可以获得永电体性优异、强力指数高的阻燃性滤材。
构成非织造布的纤维可以使用聚酯纤维、聚酰胺纤维、维尼纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、无机纤维、碳纤维等纤维。玻璃等无机纤维或碳纤维虽然其杨氏模量高,但是该纤维的断裂伸长度为4%以下,较小,非常容易折断,不优选。芳族聚酰胺纤维在抄纸步骤中容易原纤化,因此杨氏模量难以提高,通气阻力容易发生不均匀,不优选。超高分子量聚乙烯纤维在将后述的玻璃化转变温度高的树脂含浸纤维结合体、以使纤维固定更为牢固的情况下,在干燥热处理步骤中的150℃以上的高温加热中发生纤维的溶解、热收缩,因此不优选。这些纤维中特别优选维尼纶纤维。
维尼纶纤维有以往采用的通过水系湿式纺丝法制备的维尼纶纤维、和新开发的通过溶剂湿式冷却凝胶纺丝法生产的高杨氏模量的维尼纶纤维,其中,通过溶剂湿式冷却凝胶纺丝法生产的维尼纶纤维,因为下述等原因,作为构成非织造布的单纤维是最佳纤维:比以往使用的通过水系湿式纺丝法制备的维尼纶纤维的杨氏模量高,且断裂伸长度为4-15%,比无机纤维高,因此褶裥整理时难以发生纤维断裂;并且干热收缩率为1.2%以下,较小,因此在将纤维聚集体进行固定时的干燥热处理中,非织造布的尺寸变化小,并且水分吸收率低,难以受到湿气的影响,因此滤材的尺寸变化小,是容易获得后述阻燃性的纤维。
另外,使用聚丙烯等聚烯烃系纤维时,在将纤维表面的油分或离子附着物清洗后,通过电晕放电法或液压充电(ハィドロチャ一ジ)进行永电体加工,可制成静电纤维,因此可获得高捕集性的滤材。特别是将杨氏模量为100cN/dtex以上的聚丙烯、或聚丙烯和聚乙烯共聚所得的改性聚丙烯纤维进行永电体加工使用,这可以制备高刚性的永电体滤材,因此进一步优选。
本发明中,非织造布可以含有阻燃剂。阻燃剂例如有溴系阻燃剂或氯系阻燃剂等卤素系阻燃剂,磷系阻燃剂、胍系阻燃剂、磷酸三聚氰胺系阻燃剂、无机系阻燃剂等。其中,从焚烧时不会产生有害物质的角度考虑,优选非卤素系阻燃剂和符合RoSH规定的溴系阻燃剂。
并且在非卤素系阻燃剂中,氨磺酰系阻燃剂,磷酸酯、磷酸铵、磷酸胍、磷酸三聚氰胺等环状磷腈阻燃剂,硫酸三聚氰胺等在维尼纶或纸浆等聚乙烯醇成分或纤维素成分燃烧时促进碳化的效果高。这些阻燃剂在聚酯纤维等燃烧时即使混有熔融状态的纤维混合,也可以防止碳化,防止燃烧扩大的效果高。
阻燃剂可以是水溶性的,但常温下为粒子状的阻燃剂即使配合也不会降低强力指数,因此最优选。
本发明中,非织造布可以添加疏水剂、香精、除臭剂、抗菌剂、抗病毒剂、抗变应原剂、气体吸附剂、气体吸附多孔体等,增加其它附加机能。
本发明中,所得非织造布的单纤维之间用玻璃化转变温度为30℃以上的树脂固定。其方法是将分散在水或空气等流体中的纤维用网进行梳理,然后将树脂含在梳理得到的纤维聚集体中,进行干燥并固定的方法,即,可例举将玻璃化转变温度Tg为30℃以上、优选35℃以上、更优选40℃以上、进一步优选50℃以上的树脂含在纤维聚集体中,干燥并热处理,进行纤维间固定的方法。玻璃化转变温度Tg超过80℃,则容易产生下列障碍:在110℃左右干燥时无法充分成膜,产生龟裂,或在-40℃的气氛的状态下施加风压时破裂,因此Tg的优选范围在30-80℃的范围。
使用Tg较高的树脂,则Tg升高的同时树脂变硬,非织造布的拉伸伸长度降低,接近于所使用的单纤维的拉伸伸长度。因此,在将纤维间被固定的非织造布进行拉伸时,对树脂和纤维两者同时施加应力,产生适合所使用的纤维的杨氏模量的拉伸强度。因此,容易获得强力指数高的非织造布。另外,过滤单元即使在温度高的气氛下使用,其树脂的软化也小,因此非织造布的强力指数降低较小,可获得难以发生压损变化的效果。
产生这样效果的树脂例如有:丙烯酸酯树脂、苯乙烯/丙烯酸树脂、环氧树脂等。其中苯乙烯/丙烯酸树脂刚性高、与纤维的密合性也良好,因此可提高纤维固定力,优选。所述树脂可以制成水溶液,通过将纤维聚集体浸泡到该水溶液中,或向纤维聚集物喷雾该水溶液来赋予所述树脂,也可以在以热熔粘性纤维的形态制备纤维聚集体时混入,通过熔融所述纤维,将上述单纤维之间固定。
本发明中,在固定纤维间的树脂中优选混有平均粒径为100μm以下的粒子状物质。不在树脂中混合该粒子状物质的情况下就固定纤维之间的非织造布也可以实现强力指数为1000 N·cm/g以上,但是通过混合可以获得更高的强力指数。在上述树脂中含有平均粒径为100μm以下的粒子状物质、并固定纤维之间的非织造布中,粒子状物质可表现出抑制树脂本身的伸长的效果,可以抑制非织造布全体的伸长,因此虽然非织造布断裂强度降低,但是可形成低伸长度,可获得滤材变形更少的滤材。
粒子状物质的粒径过小,则切断粘合剂的连续性的效果过高,强度降低过大。而粒径过大,则堵塞纤维之间的空间,压损升高,不优选。因此粒径优选5-100μm,更优选10-30μm,进一步优选12-25μm。相对于滤材总质量,可以含有0.5-20质量%、优选5-10%这些物质。
所述粒子状物质只要是常温下显示个体形状即可以实现目标,具体有碳酸钙、氧化钛、氢氧化铝、氢氧化镁、硅化合物、溴系阻燃剂、磷酸三聚氰胺等。
本发明中,为了提高高风速过滤中的灰尘捕集性,可以对上述非织造布实施静电加工,也可以在上述非织造布上层压其他静电加工非织造布。
对于静电加工非织造布,即使是滤材贯通风速25m/分钟以上的高风速过滤也可以使JIS 15种灰尘的捕捉率为85%以上,获得低压损高捕集性,因此优选QF值为0.15以上。上述高性能静电加工非织造布的制备方法已知有摩擦起电加工法、液压充电法、电晕放电法,可以实施任何方法。摩擦起电加工法是将聚丙烯纤维和聚酯纤维、或聚丙烯纤维与聚丙烯酸纤维混合而成的纤维聚集体通过纤维间摩擦加工来进行静电加工,是纤维密度低、难以堵塞的结构。特别适合要求长寿命性的滤材。而在液压充电法中,即使低目付的非织造布也可以进行静电加工,因此具有可以使滤材厚度减薄等的优异的特征。
本发明的滤材优选滤材QF值为0.4以上。滤材QF值如下求出:将滤材固定在符合JIS B9908(2001)形式3试验法的评价仪器中,以滤材贯通风速4.5m/分钟流通空气,到初期压损加上150Pa达到最终压损的期间,供给JIS Z8901(1974)记载的15种灰尘,由总灰尘供给量和未被滤材捕集而通过了的灰尘量的比例求出灰尘透过率的自然对数,将其除以滤材的灰尘负载前的压损来求出。滤材的QF值越高,表示压损越低,灰尘捕集率越高。滤材QF值低于0.4的滤材,其花粉等的捕集率为85%以下,因此防止变态反应症状发病的效果低。更优选为0.5以上,进一步优选1.0以上的滤材,其压损低,由微细粉尘至花粉等粗大粒子均可以捕集,因此最佳。
本发明中,使用上述滤材得到的过滤单元的单元QF值优选为0.03以上。单元QF值如下求出:将使用本发明的滤材的过滤单元固定在符合JIS B9908(2001)形式3试验法的评价仪器上,以525m3/小时的风量流通空气,由初期压损到达最终压损200Pa期间供给JIS Z8901(1974)记载的15种灰尘,由总灰尘供给量和过滤单元未捕集而通过了的灰尘量的比例求出灰尘透过率的自然对数,将其除以过滤单元的灰尘负载前的压损来求出。单元QF值越高,表示压损越低,灰尘捕集率越高。单元QF值低于0.03的过滤单元,其花粉等的捕集率为85%以下,变态反应症状发病的防止效果低,不优选。更优选0.05以上、进一步优选0.06以上的滤材,其压损低,可以捕集由微细粉尘至花粉等的粗大粒子,因此最佳。
为了提高单元QF值,最重要的是要降低过滤单元的初期压损。单元压损由滤材压损和结构压损之和构成。其中,结构压损中,风压导致的滤材变形程度根据褶裥整理而形成的空气流路间隔的堵塞度而变化。在用相同滤材制备相同滤材面积、相同波峰间距的波峰高度高的单元和低的单元时,透过滤材的风速相同,因此风压在计算上需要考虑,但是在波峰高度大的单元中,波峰斜面上发生的滤材的变形量比波峰高度低的单元大,因此结构压损升高。因此,为了提高单元QF值,制成过滤器之间的口开阔、薄型的单元较为有利。
为了提高单元QF值,降低最终压损下的灰尘透过率是很重要的。最终压损下的灰尘透过率根据滤材的纤维构成、纤维密度、初期捕集性能、过滤风速来决定。灰尘透过滤是伴随着灰尘的附着产生的堵塞而降低,因此纤维密度高,较为有利,但这种情况下初期压损升高,寿命也变短,因此不适合。最佳的方法是将静电加工非织造布QF值为0.12以上、平均单纤维纤维直径为4μm以上、纤维密度0.12g/cm3以下的静电加工非织造布与滤材另外层压的方法。即,通过初期灰尘透过率为20%以下的大体积带静电加工非织造布来提高捕集效率,由此,即使在大风量处理下也可以使捕集性能提高,可获得寿命长的低压损的空气过滤单元。
实施例
以下使用实施例更具体地说明本发明。首先,本实施例中的滤材的各特性的评价方法如下。杨氏模量、厚度、目付、强力指数的评价中使用的试验片使用用JIS Z8703(1983)的标准温湿度状态2类(温度20±2℃,相对湿度65±2%)进行湿度调节后所得。
<单纤维的纤度、纤维长度和构成比例>
将由单纤维和树脂构成的非织造布浸泡在溶解有树脂的溶液中,除去树脂成分,只制成纤维,然后用游标卡尺测定纤维长度,根据长度进行分类。纤维长度不同的每个组中用电子显微镜测定纤维宽度进行区分。此时,纤维根数至少测定100根以上,将单纤维构成分类为各组。接着,将四氯化碳和水混合,制备密度梯度液,向其中加入构成纤维,求出不浮也不沉时的液体密度,将其作为纤维密度。纤维溶解于密度梯度液时,选择不溶解该纤维、比重较重的适当的有机溶剂。纤维浮起时,测定熔点,由熔点确定材料。该纤维的纤度是以求出的单纤维的纤维宽度作为纤维直径,求出截面积A[cm2],乘以该短纤维的纤维比重B[g/cm3],用下式求出。
纤度[dtex]=A[cm2]×B[g/cm3]×106
接着,该纤维的构成比例是将之前求出的每个单纤维分组的构成比例转换成纤度和纤维长度的构成比例,计算占全部纤维质量的比例。
<杨氏模量>
按照JIS L1013(1999)进行评价。由初期抗拉度求出表观杨氏模量,以该数值作为杨氏模量。纤维长度为数mm-数10mm,较短,因此1分钟的拉伸速度作为纤维长度的100%。另外,评价N数至少为10根以上,将上述算术平均值作为本发明的杨氏模量。
<透气度>
按照JIS L1096(1999)所述的弗雷泽法的评价方法实施。以1片进行测定时,测定结果容易产生偏差,因此以2片重叠测定。另外评价N数至少为5以上,将算术平均值作为本发明的透气度。
<粒子状物质的平均粒径测定>
粒子为无机物时,用溶剂溶解树脂,将残留的粒子进行显微镜观察,测定一次粒径。粒子为有机物时,进行滤材表面的SEM观察,随机抽选50个以上的粒子,测定长径,以其长径的算术平均值作为粒子状物质的平均粒径。只可溶解树脂时,在溶解树脂后进行过滤,将残留的粒子用显微镜进行观察。
<厚度>
使用テクロック(株)制造的SM114,测定频率为每100cm2为3处,求出共21处的厚度,利用其算术平均值。
<目付>
求出评价试样(非织造布、静电加工非织造布或滤材)的质量,由其面积换算成1m2的质量,分别求出各评价试样的目付。取样最小面积为0.01m2以上。
<强力指数>
按照JIS L1085(1998)求出拉伸强度,由该拉伸强度求出强力指数。具体来说,首先用定速拉伸试验机(ォ一トグラフ,SHIMADZU(株)制造,型号AGS-J)、以夹具之间长度200mm、拉伸速度100mm/分钟对宽度50mm的非织造布进行评价,由S-S曲线求出伸长1%时产生的拉力[N],将该发生拉力除以试验片的截面积(非织造布宽50mm×非织造布厚度),求出伸长1%时的拉伸强度[N/cm2]。接着,将该拉伸强度[N/cm2]除以用后述方法求出的非织造布的表观密度[g/cm3],求出强力指数。强力指数是在非织造布的褶裥整理方向(MD方向)上、在200mm长度至少取样5个以上,得到评价值的算术平均值。
<树脂的玻璃化转变温度>
由非织造布中采集树脂成分,使用DSC法(高灵敏度差示扫描量热法)进行评价。评价N数为2个以上,利用其算术平均值。
<静电加工非织造布QF值>
在符合JIS B9908(2001)形式3的试验法的试验仪其中固定静电加工非织造布,按照下式求出静电加工非织造布的QF值。
静电加工非织造布QF值=-Ln(T)/ΔP
T是静电加工非织造布中的通常外气中所含的0.3μm-0.5μm直径的大气灰尘粒子的透过率(以下称为“0.3μm粒子透过率”)。
T=1-(CO/CI)
CO=评价试样所捕集的0.3μm-0.5μm直径的粒子数
CI=供给评价试样的0.3μm-0.5μm的粒子数
ΔP为静电加工非织造布压损(Pa)
大气灰尘粒子的透过率T和静电加工非织造布压损ΔP通过测定风速4.5m/分钟求出。评价N数为2片以上,利用其算术平均值。
<熔喷非织造布的平均纤维直径的测定>
熔喷非织造布表面用500倍以上SEM观察,随机测定500根以上的纤维宽度,利用其算术平均值。
<非织造布、静电非织造布压损的测定>
将评价试样固定在符合JIS B9908(2001)形式3试验法的试验仪器上,使通过评价试样的风速为4.5m/分钟。评价N数为2片以上,利用其算术平均值。
<滤材QF值>
滤材QF值是将滤材固定在符合JIS B9908(2001)形式3试验法的评价仪器上,以滤材贯通风速4.5m/分钟流通空气,求出滤材初期压损(ΔP1)。接着在达到ΔP1加上150Pa的最终压损的期间供给JIS Z8901(1974)所述的15种灰尘,按照下式,由评价滤材所捕集的灰尘量(W1)、和未被评价滤材捕集、而在下游一侧的绝对滤器所捕集的灰尘量(W2)求出JIS 15种灰尘的透过率T1。
T1=1-(W1/(W1+W2))
W1=评价滤材所捕集的JIS 15种灰尘粒子的质量
W2=绝对滤器所捕集的JIS 15种灰尘粒子的质量
在求出滤材QF值的公式中代入JIS 15种灰尘粒子的透过率T1,按下式求出。
滤材QF值=-Ln(T1)/ΔP1
T1为JIS 15种灰尘粒子的透过率
ΔP1为滤材初期压损(Pa)
滤材QF值的评价N数为2片以上,利用其算术平均值。
<过滤单元QF值>
过滤单元QF值如下求出:将过滤器宽度240mm×长度255mm×厚度10mm的过滤单元固定在符合JIS B9908(2001)形式3试验法的评价仪器上,以525m3/小时的风量流通空气,求出过滤单元初期压损(ΔP2)。接着,在最终压损达到200Pa期间供给JIS Z8901(1974)记载的15种灰尘,按照下式,由被过滤单元捕集的灰尘量(W3)和未被评价单元捕集、而被下游一侧绝对过滤器捕集的灰尘量(W4)求出过滤单元中JIS 15种灰尘粒子的透过率T2。
T2=1-(W3/(W3+W4))
W3=过滤单元捕集的JIS 15种灰尘粒子的质量
W4=过滤器捕集的JIS 15种灰尘粒子的质量
在求出单元QF值的公式中代入JIS 15种灰尘粒子的透过率T2,按照下式求出。
过滤单元QF值=-Ln(T2)/ΔP2
T2为JIS 15种灰尘粒子的透过率
ΔP2为过滤单元初期压损(Pa)
过滤单元QF值的评价N数为2片以上,利用其算术平均值。
<非织造布的表观密度>
使用テクロック(株)制备的SM114,以,试样面积每100cm2一处的测定密度求出共21处以上的厚度,计算其算术平均值。滤材的目付是求出非织造布的质量,由其面积换算成1cm2的质量,以此作为目付。取样最小面积为0.01m2以上,要评价的试样的片数为2片以上,采用它们的算术平均值。
按照下式,由按照上述方法求出的非织造布的厚度和目付求出非织造布的表观密度。
非织造布的表观密度(g/cm3)=滤材目付(g/cm2)/滤材厚度(cm)×10000
<阻燃性>
按照JIS L 1091(1999)A-3法实施。
(实施例1)
通过斜网方式的湿式抄纸法,制备由非卷曲维尼纶纤维(含有20质量%杨氏模量180cN/dtex、纤度7dtex、纤维长10mm的纤维)、非卷曲聚酯纤维((1)含有21质量%杨氏模量65cN/dtex、纤度10dtex、纤维长10mm的纤维,(2)含有49质量%杨氏模量65cN/dtex、纤度17dtex、纤维长18mm的纤维)、纸浆(10质量%)构成的目付37.5g/m2的纤维聚集体。然后将该纤维聚集体含浸在苯乙烯/丙烯酸聚合物(玻璃化转变温度Tg 30℃,成膜温度45℃)的固形成分为30%的液体中,进行干燥热处理,制备目付46.8g/m2、厚度0.410mm、透气度375cm3/cm2·秒(2片重叠)、表观密度0.114g/cm3、1%伸长时的拉伸强度180N/cm2、强力指数1579N·cm/g的非织造布。该非织造布的压损为1.6Pa。
在该非织造布上粘合静电非织造布(目付12g/m2、平均纤维直径6.0μm、压损1.8Pa、0.3μ粒子透过率T=0.75、厚度0.12mm、静电加工非织造布QF值0.16的聚丙烯熔喷非织造布),制备可捕集微尘的厚度0.535mm的滤材(压损3.5Pa,JIS 15种灰尘透过率T1=0.08,滤材QF值0.72)。
将该滤材褶裥整理成波峰高8mm,并加入过滤器尺寸是宽240mm、长255mm、厚度10mm框体中以使滤材面积达到0.35m2,制成过滤单元。
将该过滤单元以风量525m3/小时测定单元压损时,结果为70Pa(结构压损50.6Pa)。在该单元上负载JIS 15种灰尘,求出寿命特性,结果单元中JIS 15种灰尘透过率T2=0.09,JIS 15种灰尘的附着量=13g/单元,过滤单元QF值=0.034,是可用于汽车空调用高性能过滤器的性能(噪音不明显,不会使空调效率降低的压损70Pa以下,几乎可阻止花粉侵入的性能是JIS 15种灰尘捕集效率为91%以上)。
条件和结果如表1、表2所示。
(实施例2)
改变非织造布的构成纤维,如表1、表2所示,除此之外与实施例1同样实施。结果,可制成结构压损发生较少的过滤单元。还证明该过滤单元是低压损高捕集、长寿命的过滤器。
(实施例3)
改变非织造布的构成纤维,如表1、表2所示,除此之外与实施例1同样实施。使用杨氏模量高的纤维,因此与实施例1、2相比可获得强力指数更高的非织造布,结果可制成结构压损少的过滤单元。还证明该过滤单元是低压损高捕集、长寿命的过滤器。
(实施例4)
改变非织造布的构成纤维,使苯乙烯/丙烯酸聚合物的固形成分30%液体变更为玻璃化转变温度Tg 35℃、成膜温度55℃者,如表3、表4所示,除此之外与实施例1同样实施。
纤维长度长,另外,将这些单纤维用Tg高的苯乙烯/丙烯酸聚合物固定纤维之间,因此可获得强力指数比实施例1-3更高的非织造布,结果可制成结构压损少的过滤单元。还证明该过滤单元是低压损高捕集、长寿命的过滤器。
(实施例5)
使苯乙烯/丙烯酸聚合物的固形成分30%液体变更为玻璃化转变温度Tg 50℃、成膜温度80℃者,如表3、表4所示,除此之外与实施例4同样实施。
纤维长度长,另外,将这些单纤维用Tg比实施例4更高的苯乙烯/丙烯酸聚合物固定纤维之间,因此可获得强力指数更高的非织造布,结果可制成结构压损少的过滤单元。还证明该过滤单元是低压损高捕集、长寿命的过滤器。
对于所使用的非织造布,在60℃的气氛下测定强力指数,为4200N·cm/g,几乎未见降低。该结果表明,即使在接近于发动机的温度的场所使用,也是热导致的滤材变形少、耐热性优异的非织造布。
(实施例6)
在苯乙烯/丙烯酸聚合物(Tg 30℃,成膜温度45℃)的固形成分30%的液体中,相对于该苯乙烯/丙烯酸聚合物的干燥重量,混合干燥重量比例为10%的碳酸钙(平均粒径4μm),制备粘合剂,将纤维聚集体浸在该粘合剂中,如表3、表4所示,除此之外与实施例2同样实施。
在苯乙烯/丙烯酸聚合物(Tg 30℃,成膜温度45℃)的固形成分30%液体中含有粒子状物质,结果可获得强力指数比实施例2更高的非织造布,可制备成结构压损少的过滤单元。还证明该过滤单元低压损高捕集、长寿命。
(实施例7)
在苯乙烯/丙烯酸聚合物(Tg 30℃,成膜温度45℃)的固形成分30%的液体中,相对于该苯乙烯/丙烯酸聚合物的干燥重量,混合干燥重量比例为46.7%的阻燃剂磷酸三聚氰胺(水不溶性),制备粘合剂,将纤维聚集体浸在该粘合剂中,如表5、表6所示,除此之外与实施例2同样实施。
非织造布的表面观察中可见,在苯乙烯/丙烯酸聚合物内部和表面析出、形成平均粒径10μm的粒子。苯乙烯/丙烯酸聚合物中含有粒子状物质,结果可获得强力指数比实施例2更高的非织造布,可制备成结构压损少的过滤单元。还证明该过滤单元低压损高捕集、长寿命。并且在评价滤材的阻燃性时,可确认具有符合A-3法的自灭性。
(实施例8)
将静电非织造布变更为目付22g/m2、平均纤维直径6.0μm、压损3.7Pa、0.3μ粒子透过率T=0.35、厚度0.21mm、静电加工非织造布QF值0.28的聚丙烯熔喷静电非织造布,如表5、表6所示,除此之外与实施例2同样实施。
结果,由于使用了目付大的静电非织造布,因此捕集性能提高。另外,虽然是捕集性高的过滤单元,但可确认为低压损长寿命。
(实施例9)
将静电非织造布变更为聚酯短纤维(纤度5dtex,纤维直径22.0μm)和聚丙烯短纤维(纤度5dtex,纤维直径26.3μm)各自以重量比50%混合存在的、目付16g/m2的静电加工非织造布(压损0.5Pa、0.3μ粒子透过率T=0.61、厚度0.2mm、静电加工非织造布QF值0.99),如表5、表6所示,除此之外与实施例2同样实施。
与实施例7同样,虽然是滤材厚度稍厚的滤材,但是低压损滤材,单元压损也低。另外,虽然是捕集性高的过滤单元,但可确认为长寿命的过滤器。
(实施例10)
改变非织造布的构成纤维,将苯乙烯/丙烯酸聚合物的固形成分30%液体变更为同样的固形成分10%液体,并且,不在所得非织造布上粘合另外的静电非织造布,对所得非织造布喷纯水,通过液压充电法进行静电加工,如表7、表8所示,除此之外与实施例4同样实施。
结果证明,即使是非织造布层只有1层的滤材,也是捕集性高、且压损低、高性能的过滤单元。
(实施例11)
改变非织造布的构成纤维,将静电非织造布变更为目付10g/m2、平均纤维直径5.0μm、压损1.6Pa、0.3μ粒子透过率T=0.77、厚度0.08mm、静电加工非织造布QF值0.16的聚丙烯熔喷静电非织造布,进一步将过滤单元的滤材面积变更为0.42m2,如表7、表8所示,除此之外与实施例1同样实施。
结果,虽然目付小且薄,但可获得强力指数高的非织造布,因此,即使以狭窄的褶裥波峰间隙收纳滤材,也可制成结构压损发生少、低压损、高捕集、长寿命的过滤单元。
(实施例12)
通过气流成网法,制备由非卷曲维尼纶纤维(含有30质量%杨氏模量180cN/dtex、纤度7dtex、纤维长20mm的纤维)、非卷曲芯鞘型聚酯纤维(鞘成分熔点154℃,芯成分熔点265℃,(1)含有21质量%杨氏模量65cN/dtex、纤度9.6dtex、纤维长15mm的纤维,(2)含有49质量%杨氏模量65cN/dtex、纤度16.2dtex、纤维长24mm的纤维)构成的目付37.5g/m2的纤维聚集体。然后将190℃的热风作用于纤维聚集体,制成聚酯芯鞘纤维的鞘成分溶解的状态,用调节为25℃的压延辊压缩,制备厚度0.40mm、透气度390cm3/cm2·秒(2片重叠)、表观密度0.094g/cm3、1%伸长时的拉伸强度120N/cm2、强力指数1277N·cm/g的非织造布。该非织造布的压损为1.5Pa。
在该非织造布上粘合静电非织造布(目付12g/m2、平均纤维直径6.0μm、压损1.8Pa、0.3μ粒子透过率T=0.75、厚度0.12mm、静电加工非织造布QF值0.16的聚丙烯熔喷非织造布),制备可捕集微尘的厚度0.53mm的滤材(压损3.3Pa,JIS 15种灰尘透过率T1=0.08,滤材QF值0.77)。
将该滤材褶裥整理成波峰高8mm,并加入过滤器尺寸是宽240mm、长255mm、厚度10mm框体中,以使滤材面积达到0.35m2,制成过滤单元。
将该过滤单元以风量525m3/小时测定单元压损,结果为67.8Pa(结构压损49.5Pa)。在该单元上负载JIS 15种灰尘,求出寿命特性。单元中JIS 15种灰尘透过率T2=0.085,JIS 15种灰尘的附着量=14g/单元,过滤单元QF值=0.034,是可用于汽车空调用高性能过滤器的性能。
滤材的制法为气流成网法,使用热熔粘纤维,且延长纤维长度、进行纤维间的固定,结果,非织造布表观密度虽然低,但强力指数高的纤维,单元性能也获得了高寿命特性。
条件和结果如表7、表8所示。
(实施例13)
通过气流成网法,制备由非卷曲维尼纶纤维(含有30质量%杨氏模量180cN/dtex、纤度7dtex、纤维长20mm的纤维)、非卷曲芯鞘型聚酯纤维(鞘成分熔点154℃,芯成分熔点265℃,(1)含有21质量%杨氏模量65cN/dtex、纤度9.6dtex、纤维长15mm的纤维,(2)含有49质量%杨氏模量65cN/dtex、纤度16.2dtex、纤维长24mm的纤维)构成的目付37.5g/m2、纤维间被固定的纤维聚集体。然后将该纤维聚集体浸在苯乙烯/丙烯酸聚合物(玻璃化转变温度Tg30℃,成膜温度45℃)的固型成分为30%的液体中,将190℃的热风作用于纤维聚集体,进行干燥热处理,制成目付39.5g/m2,然后用调节为25℃的压延辊压缩,制备厚度0.43mm、透气度400cm3/cm2·秒(2片重叠)、表观密度0.092g/cm3、1%伸长时的拉伸强度130N/cm2、强力指数1413N·cm/g的非织造布。该非织造布的压损为1.4Pa。
在该非织造布上粘合静电非织造布(目付12g/m2、平均纤维直径6.0μm、压损1.8Pa、0.3μ粒子透过率T=0.75、厚度0.12mm、静电加工非织造布QF值0.16的聚丙烯熔喷非织造布),制备可捕集微尘的厚度0.53mm的滤材(压损3.2Pa,JIS 15种灰尘透过率T1=0.08,滤材QF值0.79)。
将该滤材褶裥整理成波峰高8mm,并加入过滤器尺寸是宽240mm、长255mm、厚度10mm框体中,以使滤材面积达到0.35m2,制成过滤单元。
将该过滤单元以风量525m3/小时测定单元压损,结果为67.3Pa(结构压损49.5Pa)。在该单元上负载JIS 15种灰尘,求出寿命特性。单元中JIS 15种灰尘透过率T2=0.085,JIS 15种灰尘的附着量=14.6g/单元,过滤单元QF值=0.037,是可用于汽车空调用高性能过滤器的性能。
滤材的制法为气流成网法,纤维间的固定使用热熔粘纤维和树脂,得到非织造布表观密度虽然低但强力指数高的纤维,单元性能也获得了高寿命特性。
条件和结果如表9、表10所示。
(实施例14)
通过气流成网法,制备由非卷曲维尼纶纤维(含有40质量%杨氏模量250cN/dtex、纤度17dtex、纤维长12mm的纤维)、非卷曲芯鞘型改性PP/PP纤维(含有50质量%杨氏模量45cN/dtex、纤度2.2dtex、纤维长10mm、鞘成分改性聚丙烯熔点129℃,芯成分聚丙烯熔点165℃的纤维)、非卷曲聚丙烯纤维(含有10质量%杨氏模量130cN/dtex、纤度3.0dtex、纤维长15mm的纤维)构成的纤维聚集体。向其中流通145℃的加热空气,只溶解芯鞘型改性PP/PP纤维的鞘一侧的改性PP(聚烯烃、聚乙烯共聚聚合物、熔点129℃),进行与其它纤维的纤维间固定,然后在120℃以下加压,制备厚度0.7mm的非织造布(目付80g/m2、厚度0.70mm、强力指数1052N·cm/g)。然后水洗非织造布,除去附着于纤维上的油剂,然后通过液压充电法进行永电体加工,得到单层结构的静电滤材。
将该滤材褶裥整理成厚度8mm,且加入过滤器尺寸是宽240mm、长255mm、厚度10mm框体中,以使滤材面积达到0.28m2,制成过滤单元。
将该过滤单元以风量525m3/小时测定单元压损,结果为71.0Pa,较高,JIS 15种灰尘透过率T2=0.074,JIS第15种的附着量=16g/单元,过滤单元QF值=0.037,即使0.3μm粒子透过率低也可得到寿命长的过滤单元。
条件和结果如表9、表10所示。
(实施例15)
通过气流成网法,制备由非卷曲的芳族聚酰胺纤维(含有40质量%杨氏模量4400cN/dtex、纤度17dtex、纤维长10mm的纤维)、非卷曲聚丙烯纤维(含有10质量%杨氏模量130cN/dtex、纤度3dtex、纤维长15mm的纤维)非卷曲芯鞘型改性PP/PP纤维(含有50质量%杨氏模量45cN/dtex、纤度2.2dtex、纤维长10mm、鞘成分改性聚丙烯熔点129℃、芯成分聚丙烯熔点165℃的纤维)构成的纤维聚集体。向其中通入145℃的加热空气,只溶解芯鞘型改性PP/PP纤维的鞘一侧的改性PP(聚烯烃、聚乙烯共聚聚合物、熔点129℃),进行与其它纤维的纤维间固定,然后在120℃以下加压,制备厚度0.7mm的非织造布(目付80g/m2、厚度0.70mm、强力指数5439N·cm/g)。然后水洗非织造布,除去附着于纤维上的油剂,然后通过液压充电法进行永电体加工,得到单层结构的静电滤材。
将该滤材褶裥整理成波峰高8mm,结果在褶裥部分的波峰部分刚性高的芳族聚酰胺纤维在纤维固定部分发生部分脱落,有起毛刺的问题。
将经褶裥整理的滤材放入过滤器尺寸在宽240mm、长255mm、厚度10mm框体中,以使滤材面积达到0.28m2,制成过滤单元。
将该过滤单元以风量525m3/小时测定单元压损,结果为49.2Pa,较低,得到高强力指数的效果。JIS 15种灰尘透过率T2=0.072,JIS第15种的附着量=20g/单元,过滤单元QF值=0.053,可得到比实施例14高的性能。如上所述,所使用的芳族聚酰胺单纤维的纤度大,杨氏模量也高,因此经褶裥整理的滤材的波峰部分有起毛刺的问题。
条件和结果如表9、表10所示。
(比较例1)
对于单纤维杨氏模量对强力指数的影响进行试验,为此改变非织造布的构成纤维,如表11、表12所示,除此之外与实施例1同样实施。
结果,所得过滤单元比实施例1的单元压损、结构压损均高,捕集性也差,寿命也短。
(比较例2)
将苯乙烯/丙烯酸聚合物的固形成分30%液体变更为玻璃化转变温度Tg 25℃、成膜温度32℃者,如表11、表12所示,除此之外与比较例1同样实施。
所得非织造布是滤材变形度大的非织造布,结果,过滤单元的单元压损、结构压损均比实施例1高,超过了汽车空调用过滤器所要求的初期压损。另外,捕集性差,寿命短。
(比较例3)
不是通过斜网方式的湿式抄纸法,而是通过干式化学粘合制备方法,改变非织造布的构成纤维,如表11、表12所示,除此之外与实施例1同样实施。
所得非织造布是滤材变形度大的非织造布,结果,过滤单元的单元压损、结构压损均比实施例1高,超过了汽车空调用过滤器所要求的初期压损。另外,捕集性更差,寿命也短。
(比较例4)
改变非织造布的构成纤维,如表13、表14所示,除此之外与实施例1同样实施。
所得非织造布是滤材变形度大的非织造布,结果,过滤单元的单元压损、结构压损均比实施例1高,超过了汽车空调用过滤器所要求的初期压损。另外,捕集性差,寿命短。
(比较例5)
改变非织造布的构成纤维,如表13、表14所示,除此之外与实施例1同样实施。
所得非织造布是滤材变形度大的非织造布,结果,过滤单元的单元压损、结构压损均比实施例1高,超过了汽车空调用过滤器所要求的初期压损。另外,纤维总质量中,6dtex以下的纤维比例也超过30%,容易堵塞,因此寿命短,在达到最终压损之前无法充分提高捕集效率,捕集性也差。
(比较例6)
将苯乙烯/丙烯酸聚合物的固形成分30%液体变更为玻璃化转变温度Tg 25℃、成膜温度32℃者,如表13、表14所示,除此之外与实施例1同样实施。
苯乙烯/丙烯酸树脂不柔软,因此可见与所得非织造布的表面的粘合性。另外,是滤材变形度大的非织造布,结果,过滤单元的单元压损、结构压损均比实施例1高,超过了汽车空调用过滤器所要求的初期压损。另外,捕集性差,寿命短。
(比较例7)
改变非织造布的构成纤维,如表15、表16所示,除此之外与实施例1同样实施。
纤维总质量中,杨氏模量150cN/dtex以上、纤度7dtex以上的非卷曲纤维的配合比例为15%,因此,所得非织造布是滤材变形度大的非织造布,结果,过滤单元的单元压损、结构压损均比实施例1高,超过了汽车空调用过滤器所要求的初期压损。另外,捕集性差,寿命短。
(比较例8)
改变非织造布的构成纤维,如表15、表16所示,除此之外与实施例1同样实施。
纤维总质量中,杨氏模量150cN/dtex以上的纤维的配合比例为25%,该纤维的纤度为3dtex,因此,所得非织造布是透气度低、滤材变形度大的非织造布,结果,过滤单元的单元压损、结构压损均比实施例1高,超过了汽车空调用过滤器所要求的初期压损。另外,捕集性差,寿命短。
[表2]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
[表4]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
[表6]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
[表8]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
[表10]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
[表12]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
[表14]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
[表16]
PPMB:聚丙烯熔喷非织造布
PP/PET:聚酯短纤维与聚丙烯短纤维的摩擦静电加工非织造布
产业实用性
本发明的滤材和过滤单元例如可适用于家庭用空气净化器过滤器、大厦·工厂的空调用过滤器、车用过滤器等的机械或机器类。
Claims (11)
1.滤材,该滤材具有单纤维之间被固定、以有机纤维为主体的非织造布,该非织造布在1%伸长时的强力指数为1000N·cm/g以上,且透气度为100cm3/cm2·秒以上。
2.权利要求1所述的滤材,其中,上述非织造布由杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成,同时杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲单纤维至少以纤维总质量的20%以上的比例含有,且单纤维之间用玻璃化转变温度30℃以上的树脂固定。
3.滤材,该滤材具有单纤维之间被固定、以有机纤维为主体的非织造布,该非织造布由杨氏模量和纤度不同的多个单纤维构成,同时杨氏模量为150cN/dtex以上、纤度为7dtex以上的非卷曲单纤维至少以纤维总质量的20%以上的比例含有,且单纤维之间用玻璃化转变温度30℃以上的树脂固定。
4.权利要求2或3所述的滤材,其中,上述构成非织造布的单纤维中,杨氏模量为200cN/dtex以上、纤度为10dtex以上、纤维长度8-25mm的非卷曲的有机单纤维以纤维总质量的10%以上的比例含有。
5.权利要求2-4中任一项所述的滤材,其中,作为上述构成非织造布的单纤维,杨氏模量为60cN/dtex以上、纤度为1-6dtex的有机单纤维以纤维总质量的30%以下的比例含有。
6.权利要求1-5中任一项所述的滤材,其中,上述构成非织造布的单纤维含有静电纤维。
7.权利要求1-6中任一项所述的滤材,其中,在上述非织造布上进一步层压静电加工非织造布。
8.权利要求1-7中任一项所述的滤材,其中,由基于JIS B9908(2001)形式3试验法求出的JIS Z8901(1974)记载的15种灰尘的透过率、和滤材初期压损求出的滤材的QF值为0.4以上。
9.过滤单元,该过滤单元是将权利要求1-8中任一项所述的滤材填装在框体中所得,由基于JIS B9908(2001)形式3试验法求出的JIS Z8901(1974)记载的15种灰尘的透过率、和过滤器初期压损求出的过滤单元的QF值为0.03以上。
10.权利要求9所述的过滤单元,该过滤单元用于汽车空调。
11.滤材的制备方法,该制备方法是将至少含有非卷曲单纤维的纤维分散在流体中,制成纤维聚集体,然后将单纤维之间固定,获得权利要求1-8中任一项所述的滤材。
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