CN101829452A - 滤芯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滤芯，所述滤芯为筒状且沿径向从内向外依次包括内精滤纤维层、吸附性纤维层、中细滤纤维层、骨架纤维层和外粗滤纤维层，其中所述内精细过滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层的过滤孔径沿径向从内向外逐渐增大。根据本发明的滤芯，适用范围广、过滤精度高、纳污量大、具有高挺度、使用周期长、能回收循环利用的无金属低碳过滤器滤芯。本发明还公开一种上述滤芯的制造方法。
Description
技术领域：
本发明涉及一种滤芯及其制造方法，尤其是涉及一种车用过滤器的滤芯及其制造方法。
背景技术
传统车用过滤器，例如空气滤清器、燃油滤清器和机油滤清器，的滤芯主要有锯末滤芯、纤维无纺布滤芯、单一熔喷纤维滤芯、金属滤网滤芯和纸质滤芯。
但是，锯末滤芯透气度小、阻力大，当压力大时易破损阻塞通道，工艺简单工序繁琐，不宜产业化生产。纤维无纺布滤芯因材料软需附有金属网支撑、体重，且工艺繁琐也不符合滤芯无金属化发展的要求。金属网滤芯过滤精度差、重量大、成本高。单一熔喷纤维滤芯由于由单组分纤维熔融后单一径向缠绕成型，在高温高压作用下易塌陷变形影响过滤效果。广泛使用的纸质滤芯的孔径单一，过滤精度低、纳污量小，在温度和压力作用时易产生滤饼效应，造成使用寿命短等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，在本发明的一个方面中，本发明的一个目的在于提出一种适用范围广、过滤精度高、纳污量大、具有高挺度、使用周期长、能回收循环利用的无金属低碳过滤器滤芯。
在本发明的另一方面中，本发明的另一目的在于提出一种根据本发明第一方面的滤芯的制造方法。
为了实现上述目的，本发明一个方面的实施例提出一种滤芯，所述滤芯为筒状且沿径向从内向外依次包括内精滤纤维层、吸附性纤维层、中细滤纤维层、骨架纤维层和外粗滤纤维层，其中所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层的过滤孔径沿径向从内向外渐疏梯度增大。
根据本发明的滤芯，由多层纤维层复合而成，内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层主要起过滤作用，且过滤孔径从内向外逐渐增大，而且滤芯具有五层渐变多孔径，增加了过滤面积和纳污量，过滤精度高、过滤效果好、大大延长了使用寿命；吸附性纤维层起到吸附作用，例如能够滤除被过滤介质中的极小微粒和病菌，从而保证过滤介质的洁净不宜变质，提高过滤效果；骨架纤维层起到骨架支撑作用，提高了滤芯的挺度和硬度，避免了滤芯的塌陷，无需使用金属网、降低了成本，提高了低碳循环经济效益。根据本发明实施例的滤芯可以用作空气滤清器、燃油滤清器和机油滤清器的滤芯。
另外，根据本发明实施例的滤芯还可以具有如下附加的技术特征：
所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层中每一层的过滤孔径沿径向从内向外渐疏梯度增大。
所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层由聚酯纤维、或尼龙纤维或PP纤维构成。
所述吸附性纤维层由碳纤维或植物纤维构成。
所述骨架纤维层由玻璃纤维、或聚氨酯纤维、或聚己烯纤维构成。
所述骨架纤维层与外粗滤纤维层中嵌有活性剂。
所述活性剂为多烯多胺类阴阳离子交换树脂颗粒与沸石颗粒按重量比1∶1的比例混合而成，且阴离子交换树脂颗粒与阳离子交换树脂颗粒的重量混合比例为1∶2。
本发明另一方面的实施例提出滤芯的制造方法，包括以下步骤：
A：将过滤纤维粒料热熔喷丝缠绕成筒状内精滤纤维层；
B：在内精滤纤维层上缠绕吸附性纤维层；
C：在吸附性纤维层上将所述过滤纤维粒料通过热熔喷丝缠绕成中细滤纤维层；
D：在中细滤纤维层上缠绕骨架纤维层；
E：在骨架纤维层上将所述过滤纤维粒料通过热熔喷丝缠绕成外粗滤纤维层，
其中所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层的过滤孔径沿径向从内向外渐疏增大。
根据本发明的滤芯的制造方法，通过将过滤纤维粒料热熔喷丝交织缠绕形成筒状，并且在熔喷的过程中，在过滤纤维层中间分别缠绕上吸附纤维和骨架纤维，因此滤芯的制造简单、能够产业化生产、效率高，而且在熔喷缠绕过程中，通过控制缠绕的丝径和密疏度，达到人为可控过滤精度。
另外，根据本发明实施例的滤芯的制造方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的滤芯的制造方法可以进一步包括在骨架纤维层和外粗滤纤维层中嵌入活性剂。
所述过滤纤维粒料为聚酯纤维、或尼龙纤维或PP纤维粒料，所述吸附性纤维层由碳纤维或植物纤维构成，且所述骨架纤维层由玻璃纤维、或聚氨酯纤维、或聚己烯纤维构成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的滤芯的主视剖视示意图；
图2是图1所示滤芯的俯视示意图；
图3是用于制造根据本发明实施例的滤芯的设备的示意图；
图4是图3所示用于制造滤芯的设备的局部放大示意图；和
图5是根据本发明实施例的制造滤芯的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明实施例的滤芯。在下面的描述中，以用于车用机油滤清器的滤芯为例进行描述。然而，需要理解的是，根据本发明实施例的滤芯并不限于用于机油滤清器，例如也可以用于空气滤清器或燃油滤清器。
如图1和图2所示，根据本发明一个实施例的滤芯为筒状，例如圆筒状，且沿径向从内向外依次包括内精滤纤维层1、吸附性纤维层2、中细滤纤维层3、骨架纤维层4和外粗滤纤维层5，其中内精滤纤维层1、细过滤纤维层3和外粗滤纤维层5的过滤孔径沿径向从内向外渐疏梯度增大。换言之，内精滤纤维层1的过滤孔径小于中细滤纤维层3的过滤孔径，中细滤纤维层3的过滤孔径小于外粗滤纤维层5的过滤孔径。在本发明的一个实施例中，就内精滤纤维层1、中细滤纤维层3、和外粗滤纤维层5中的每个过滤纤维层而言，过滤孔径也沿径向从内向外渐疏式增大，以其独有的“渐疏式”内部结构，内密外疏层层递进的特别构造，具有更大纳污能力，卓越的五层过滤，将高效吸附与物理拦截过滤完美结合，由此沿滤芯的径向，从外向内过滤的杂质颗粒逐渐减小。
更具体而言，滤芯的最内层由过滤纤维缠绕成圆筒状，从而形成内精滤纤维层1，用于过滤粒度较小的杂质，内精滤纤维层1的过滤孔径沿径向从内向外渐疏梯度增大。
在内精滤纤维层1上缠绕吸附性纤维层2，例如用高密度纳米级吸附性线型纤维形成吸附性纤维层2，通过设置吸附性纤维层2，能够滤除被过滤介质中的病菌，例如用于空气滤清器时，可以吸附滤除空气中的病菌。在吸附性纤维层2外面缠绕上中细滤纤维层3，如上所述，中细滤纤维层3的过滤孔径大于内精滤纤维层1的过滤孔径，并且中细滤纤维层3的过滤孔径沿径向从内向外渐疏梯度增大。
在中细滤纤维层3外面缠绕上骨架纤维层4，骨架纤维层4对整个滤芯起到支撑作用，加强芯体的挺度和硬度，避免滤芯在使用中塌陷和变形导致滤芯无法使用，通过使用骨架纤维层4，无需使用金属过滤网，减少了金属的使用，降低了成本，并且滤芯可以循环利用，减少环境污染。
最后，在骨架纤维层4的外面缠绕上外粗滤纤维层5，外粗滤纤维层5的过滤孔径大于内精滤纤维层1和中细滤纤维层3的过滤孔径，并且外粗滤纤维层5的过滤孔径沿径向从内向外渐疏式梯度增大。外粗滤纤维层5不但起到粗滤物理拦截的作用，而且对骨架纤维层4起到保护作用。
由于内精滤纤维层1、中细滤纤维层3、和外粗滤纤维层5是通过设置不同孔径的喷头和变频器而精确电控控制缠绕，且采用定向、分段的导流技术，令介质和滤材能充分有效地接触，保证100％的过滤，从而达到所需最终的过滤精度并提高纳污量。
根据本发明实施例的滤芯，由多层纤维层1、3和5复合而成，滤芯具有五层渐变多孔径，分别拦截、吸附过滤大小不一的杂质，不但增大了过滤面积和纳污量，且保证了过滤精度高、过滤效果好、使用周期长。吸附性纤维层2起到吸附清除作用，例如能够滤除被过滤介质中的极小微粒和病菌，从而保证过滤介质的洁净不宜变质。骨架纤维层4起到骨架支撑作用，提高了滤芯的挺度和硬度，避免了滤芯的塌陷，无需使用金属网、降低了成本，提高了循环经济效益。并且滤芯的各个层可以全过程均以梯度、变径一次缠绕成型，生产简单，成本低。
在本发明的一些实施例中，内精滤纤维层1、中细滤纤维层3和外粗滤纤维层5可以由聚酯纤维、或尼龙纤维或PP纤维构成。例如，内精滤纤维层1、中细滤纤维层3和外粗滤纤维层5可以由聚酯、尼龙、或PP粒料热熔喷丝缠绕到预定厚度而成。
在本发明的一些实施例中，吸附性纤维层2由碳纤维或植物纤维构成，所述植物纤维例如为棉纤维、或木纤维、或椰壳纤维，当然，本发明并不限于此，例如也可以采用其他合适的植物纤维，例如麻纤维，制成吸附性纤维层2。在本发明的一个实施例中，吸附性纤维层2可以由高密度纳米级碳纤维缠绕而成。
在本发明的一些实施例中，骨架纤维层4可以由玻璃纤维、或聚氨酯纤维、或聚己烯纤维构成。更具体地，用玻璃纤维缠绕成骨架纤维成4。
为了提高过滤效果，在骨架纤维层4与外粗滤纤维层5中可以嵌有活性剂，例如活性剂为多烯多胺类阴阳离子交换树脂颗粒与沸石颗粒按重量比1∶1的比例混合而成，且阴离子交换树脂颗粒与阳离子交换树脂颗粒的重量混合比例为1∶2。当然，活性剂并不限于嵌在骨架纤维层4与外粗滤纤维层5中。
通过嵌入活性剂，使通过各个纤维层的机油与活性剂发生物理-化学作用，将机油在润滑、冷却时溶解和产生的小分子烷基过氧化物、硫化物和氮化物吸附过滤清除。防止因机油酸化和过氧化物的作用导致的油质变性和油泥的产生。同时通过活性剂向机油中缓慢地以迁移交换的方式引入活性分子，补充因摩擦边界的化学作用而消耗的活性分子，向机油补充非等规高分子化合物，防止机油的高温稀化，有效地增加了油膜的厚度，提高了机油的抗磨性能，延长机油使用寿命。
下面参考图3-5描述根据本发明实施例的滤芯的制造方法。
图3示出了用于实施根据本发明一个实施例的滤芯的制造方法的滤芯制造设备的示意图，图4是图3所示设备的局部放大视图。
如图3和图4所示，用于制造滤芯的设备依次包括加热器100、挤压机200、出料模300、出料模头301、接收装置700、吸附性纤维添加装置400、骨架纤维添加装置500和切刀600。在图3所示的示例中，制造滤芯的设备包括出料模300，所述出料模300具有两个出料模头301，分别对应两套吸附性纤维添加装置400、骨架纤维添加装置500和切刀600。需要说明的是，图3和图4示出的制造滤芯的设备可以是本领域内任何合适的制造设备。
下面以聚酯纤维制成内精滤纤维层1、中细滤纤维层3和外粗滤纤维层5，以碳纤维制成吸附性纤维，以玻璃纤维制成骨架纤维为例描述制造滤芯的方法。
首先，将聚酯粒料从加热器100的加料口加入到加热器100中，聚酯熔化然后进入挤压机200，熔融聚酯从挤压机200挤压到出料模300内，接着从出料模头301喷出聚酯纤维，聚酯纤维由接收装置700接收，从而聚酯纤维缠绕成筒状而形成内精滤纤维层1。在一个具体示例中，内精滤纤维层1的过滤孔径从内向外逐渐梯度增大。
在接收装置700上缠绕成筒状的内精滤纤维层1在行进的过程中，吸附性纤维添加装置400将碳纤维缠绕到内精滤纤维层1上形成吸附性纤维层2。
接着，出料模头301喷出聚酯纤维缠绕到吸附性纤维层2上形成中细滤纤维层3，中细滤纤维层3的过滤孔径大于内精滤纤维层1的过滤孔径且中细滤纤维层3的过滤孔径沿径向从内向外逐渐梯度增大。
形成了中细纤维过滤层3后，在行进的过程中，骨架纤维添加装置500将玻璃纤维缠绕到中细滤纤维层3上形成骨架纤维层4。
然后，出料模头301喷出聚酯纤维缠绕到骨架纤维成4上形成外粗滤纤维层5。在一个具体示例中，外粗滤纤维层5的过滤孔径大于中细滤纤维层3和内精滤纤维层1的过滤孔径，且外过滤纤维层5的过滤孔径沿径向从内向外渐疏梯度增大。
最后，切刀600将筒状的滤芯切割成预定的长度，形成一个个可以使用的滤芯。
根据本发明的制造滤芯的方法，可以连续地制造滤芯，工业化程度高，生产效率高，且在生产过程中，通过调节聚酯纤维、碳纤维和玻璃纤维的可变丝径、缠绕密疏度，可以容易地控制过滤孔径，即调节滤芯各层的过滤精度，并且每层的过滤精度也可以沿径向变化。
在本发明的一些实施例中，在纤维缠绕、叠加过程中，根据过滤的不同需要，可以均匀加入不同的助滤活性剂。例如，在骨架纤维层和外粗滤纤维层中嵌入活性剂，活性剂为多烯多胺类阴阳离子交换树脂颗粒与沸石颗粒按重量比1∶1的比例混合而成，且阴离子交换树脂颗粒与阳离子交换树脂颗粒的重量混合比例为1∶2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种滤芯，其特征在于，所述滤芯为筒状且沿径向从内向外依次包括内精滤纤维层、吸附性纤维层、中细滤纤维层、骨架纤维层和外粗滤纤维层，其中所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层的过滤孔径分别沿径向从内向外渐疏式增大。
2.根据权利要求1所述滤芯，其特征在于，所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层中每一层的过滤孔径沿径向从内向外渐疏式梯度增大。
3.根据权利要求1所述滤芯，其特征在于，所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层由聚酯纤维、或尼龙纤维或PP纤维构成。
4.根据权利要求1所述滤芯，其特征在于，所述吸附性纤维层由碳纤维或植物纤维构成。
5.根据权利要求1所述滤芯，其特征在于，所述骨架纤维层由玻璃纤维、或聚氨酯纤维、或聚己烯纤维构成。
6.根据权利要求1所述滤芯，其特征在于，所述骨架纤维层与外粗滤纤维层中嵌有活性剂。
7.根据权利要求6所述滤芯，其特征在于，所述活性剂为多烯多胺类阴阳离子交换树脂颗粒与沸石颗粒按重量比1∶1的比例混合而成，且阴离子交换树脂颗粒与阳离子交换树脂颗粒的重量混合比例为1∶2。
8.一种滤芯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：将过滤纤维粒料热熔喷丝缠绕成筒状内精滤纤维层；
B：在内精滤纤维层上缠绕吸附性纤维层；
C：在吸附性纤维层上将所述过滤纤维粒料通过热熔喷丝缠绕成中细滤纤维层；
D：在中细滤纤维层上缠绕骨架纤维层；
E：在骨架纤维层上将所述过滤纤维粒料通过热熔喷丝缠绕成外粗滤纤维层，
其中所述内精滤纤维层、中细滤纤维层和外粗滤纤维层的过滤孔径分别沿径向从内向外渐疏梯度增大。
9.根据权利要求8所述滤芯的制造方法，其特征在于，进一步包括在骨架纤维层和外粗滤纤维层中嵌入活性剂。
10.根据权利要求8所述滤芯的制造方法，其特征在于，所述过滤纤维粒料为聚酯纤维、或尼龙纤维或PP纤维粒料，所述吸附性纤维层由碳纤维或植物纤维构成，且所述骨架纤维层由玻璃纤维、或聚氨酯纤维、或聚己烯纤维构成。
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