CN102641625B - 一种自洁式空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自洁式空气过滤材料及其制备方法。本发明提供的空气过滤材料包括起表面过滤作用的入流面亚微米纤维层、起支撑作用的支撑区域和位于亚微米纤维层与支撑区域之间的混合区域，其中所述混合区域是由所述亚微米纤维层与所述支撑区域通过双层流浆箱一次成形时形成的。本发明提供的自洁式空气过滤材料亚微米纤维层与支撑区域通过自然交织的方式结合，具有一定结合强度，不易破损脱落，并且亚微米纤维在实现高精度过滤的同时，其过滤的颗粒可以容易地通过反吹气流吹掉，从而恢复过滤性能，因此本发明提供的空气过滤材料非常适用于自洁式过滤系统。
Description
技术领域
本发明属于过滤技术领域，涉及一种自洁式空气过滤材料及其制备方法。
背景技术
空气过滤材料在空气循环系统、内燃机空气滤清器等空气净化系统中普遍使用。随着现代工业迅速发展，对环境的洁净度要求越来越高，为达到高等级的空气洁净度，对所选用的过滤材料的过滤性能的要求也越来越高。为满足需求，出现了一些复合型过滤材料。现有通过静电纺丝技术形成的静电纺丝层强度太弱，容易剥落或破损，使用耐久性不佳；而通过熔喷技术形成的熔喷纤维层强度也不好，在加工过程中容易起毛破损。此外，熔喷技术形成的熔喷纤维层采用基材与熔喷层分别成形再复合的方式结合，层间结合强度不佳，在加工和使用过程中容易出现分层、剥落的现象。因此，还有待提供新的空气过滤材料及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种自洁式空气过滤材料。
本发明的另一个目的是提供上述自洁式空气过滤材料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一方面，本发明提供一种自洁式空气过滤材料，所述空气过滤材料包括亚微米纤维层、支撑区域和位于亚微米纤维层与支撑区域之间的混合区域，其中所述混合区域是在所述亚微米纤维层与所述支撑区域的形成过程中由亚微米纤维层和支撑区域的部分纤维相互接触并混合而形成的。混合区域的特征是既含有亚微米纤维也含有支撑层的纤维，混合区域的存在使亚微米纤维层与支撑区域具有理想的结合强度，在加工与使用的过程中不易剥离分层。所述亚微米纤维是指直径小于1μm的纤维。
优选地，所述亚微米纤维层由原纤化亚微米纤维等亚微米级纤维制成。
优选地，所述原纤化亚微米纤维为能产生原纤的纤维且选自天丝纤维、丽赛纤维和芳纶纤维中的一种或几种。
优选地，所述原纤化亚微米纤维的打浆度为20-95°SR。
优选地，所述原纤化亚微米纤维的纤维平均长度为0.1-5mm，平均直径为20-1000nm。
优选地，所述原纤化亚微米纤维中纤维主干平均长度为0.1-10mm，平均直径为0.5-15μm。原纤化过程是具有原纤结构的纤维受到机械力的作用，原纤逐渐从纤维主体上剥离的过程。在原纤化过程中，有的原纤会从主干纤维上完全剥落下来，有的则部分剥离。
优选地，所述支撑区域由植物纤维和/或非植物纤维制成。
优选地，所述植物纤维选自木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维和丝光化纤维等植物纤维中的一种或几种。
优选地，所述植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-30μm。
优选地，所述非植物纤维选自尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维和玻璃纤维等非植物纤维中的一种或几种。
优选地，所述非植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-20μm。
优选地，所述亚微米纤维层的定量为0.1-10g/m2，所述支撑区域的定量为10-150g/m2。
另一方面，本发明提供一种制备上述自洁式空气过滤材料的方法，所述方法包括采用双层流浆箱同时形成所述亚微米纤维层和所述支撑区域。
优选地，所述同时形成所述亚微米纤维层和所述支撑区域包括如下步骤：
双层流浆箱分别将亚微米纤维层纤维悬浮液和支撑区域纤维悬浮液送至成形网，所述支撑区域纤维悬浮液先于亚微米纤维层纤维悬浮液上网，使得亚微米纤维层形成于支撑区域之上，在成形过程中，亚微米纤维层和支撑区域之间的部分纤维相互接触并发生混合，形成既包含亚微米纤维又包含支撑区域纤维的混合区域。
优选地，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式优选为反吹气流吹掉，也可以是其他通过机械力使得粘附在过滤材料上的灰尘脱落的方式。
综上所述，本发明提供的用于通过反吹方式进行自洁以延长使用寿命的空气过滤材料，其结构由入流面的亚微米纤维层，混合区域和起支撑作用的支撑区域组成。其亚微米纤维层通过双层流浆箱与支撑区域一次成形，调节手段灵活、性能控制范围广，无需二次复合，并且在亚微米纤维层与支撑区域之间形成包含亚微米纤维和支撑区域纤维的混合区域，混合区域中亚微米纤维和支撑区域纤维之间以自然交织的方式，通过纤维之间的结合力进行连接，具有一定的结合强度，无明显界面。同时，由于亚微米纤维层容易实现表面过滤，且亚微米纤维受到的拖拽力常常小于其所捕集的大颗粒所受的力，所以亚微米纤维层过滤的颗粒可以容易地通过反吹气流吹掉，从而恢复过滤性能，因此入流面采用亚微米纤维层的过滤材料非常适用于自洁式过滤系统，且初始精度高。
因此，本发明提供的空气过滤材料，可实现亚微米纤维的表面过滤方式和高精度过滤，满足自洁式空气过滤材料的要求。此外，本发明首次将双层流浆箱一次成形技术应用于制造亚微米纤维复合的自洁式空气过滤材料，该技术调节手段灵活、性能控制范围广，所制造的亚微米纤维复合的自洁式空气过滤材料的过滤性能与现有技术产品相当，但是加工与使用性能更好，特别表现在亚微米纤维层加工方便且与基材结合不易破损分层。与此相反，通过静电纺丝技术形成的亚微米纤维层(静电纺丝层)强度太弱，容易剥落或破损，使用耐久性不佳；通过熔喷技术形成的亚微米纤维层(熔喷纤维层)强度也不好，在加工过程中容易起毛破损，并且熔喷技术形成的亚微米纤维层采用基材与熔喷层分别成形再复合的方式结合，层间结合强度不佳，在加工和使用过程中容易出现分层、剥落的现象。
本发明提供的自洁式空气过滤材料可用于多个领域的空气过滤，例如工业除尘系统、空压机进气系统和内燃机过滤系统(包括汽车发动机)等的空气过滤。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明提供的自洁式空气过滤材料的结构示意图，其中1为空气流动方向，2为亚微米纤维层，3为支撑区域，4为原纤化纤维，5为混合区域。
图2为本发明亚微米纤维层的原纤化亚微米纤维的电镜图。
图3为本发明提供的自洁式空气过滤材料的制备示意图。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例及对比例中，当纤维截面不是圆形时，用该纤维的最大投影宽度表示纤维直径。所使用的植物纤维为木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维、丝光化纤维等植物纤维中的一种或一种以上。所使用的非植物纤维为尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维、玻璃纤维等非植物纤维中的一种或一种以上。所使用的原纤化纤维为原纤化的天丝纤维、丽赛纤维、芳纶纤维等可产生原纤的纤维中的一种或一种以上。
实施例1本发明提供的自洁式空气过滤材料
本实施例提供了自洁式空气过滤材料的制备方法。
自洁式空气过滤材料的制备过程参见图3，具体详述如下：
1)将用于形成亚微米纤维层的原纤化天丝纤维浆料和原纤化芳纶纤维浆料以1∶9的重量比于浆池中混合均匀，得到一定浓度的亚微米纤维层纤维悬浮液；
2)将用于形成支撑区域的木材纤维浆料和涤纶纤维浆料以6∶4的重量比于另一个浆池中混和均匀，得到一定浓度的支撑区域纤维悬浮液；
3)通过双层流浆箱分别将亚微米纤维层纤维悬浮液和支撑区域纤维悬浮液送至成形网，所述支撑区域纤维悬浮液先于亚微米纤维层纤维悬浮液上网，使得亚微米纤维层形成于支撑区域之上，经脱水、干燥得到成纸。
所制备得到的自洁式汽车发动机用空气过滤材料的结构示意图如图1所示，按照空气流动方向1，分为亚微米纤维层2和支撑区域3，以及位于亚微米纤维层2和支撑区域3之间的混合区域5。
其中，亚微米纤维层2由原纤化纤维组成，定量为1g/m2。其中原纤化纤维为10％原纤化天丝纤维和90％原纤化芳纶纤维的混合物，其结构如图3的电镜图所示。原纤化的天丝纤维和芳纶纤维混合物的平均直径为150nm，平均长度为0.5mm。
支撑区域3由植物纤维和非植物纤维组成，定量为90g/m2。其中植物纤维的质量分数60％，非植物纤维的质量分数40％。支撑区域植物纤维为木材纤维，非植物纤维为涤纶纤维。植物纤维的平均直径为13μm，平均长度为7mm。涤纶纤维的平均直径为8μm，平均长度为6mm。
对比例1电纺纤维复合的自洁式空气过滤材料
本对比例与实施例1比较，不同之处在于其在已经成形的支撑区域上通过静电纺丝技术复合了电纺亚微米纤维层，该电纺纤维的平均直径为130nm。其余与实施例1相同。
对比例2熔喷纤维复合的自洁式空气过滤材料
本对比例与实施例1比较，不同之处在于其在已经成形的支撑区域上通过熔喷技术复合了熔喷亚微米纤维层，该熔喷纤维的平均直径为170nm。其余与实例1相同。
对比例3原纤化纤维复合的自洁式空气过滤材料
本对比例与实施例1比较，不同之处在于其在已经成形的支撑区域上通过湿法复合的方式复合了原纤化纤维层，该原纤化纤维的平均直径为160nm。其余与实例1相同。
将以上实施例1与对比例1-3制备的空气过滤材料进行过滤性能的测试，结果见下表：
可见，实施例1和对比例1-3的最大孔径、平均孔径、初始过滤效率接近，但是经过耐折度测试20次后，实施例1的自洁式过滤材料仍能保持完整的结构而不发生破损，这说明本发明的亚微米纤维复合的自洁式过滤材料在保持其它物理性能的基础上，具有良好的加工与使用性能。
实施例2本发明提供的自洁式空气过滤材料的研究
参照实施例1中提供的制备方法，对自洁式空气过滤材料的亚微米纤维层定量进行了研究，其中支撑区域均采用60％的木材纤维和40％的直径为9μm的涤纶纤维，定量为90g/m2。结果见表1。
表1
由表1可见，虽然过滤效率随着亚微米纤维层定量的增加而增加，但是过滤效率的增加速度显著低于过滤阻力的增加速度。过高的阻力对于过滤过程非常不利。因此所述亚微米纤维层定量不宜超过10g/m2。
Claims (27)
1.一种自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述空气过滤材料包括亚微米纤维层、支撑区域和位于亚微米纤维层和支撑区域之间的混合区域，其中所述混合区域是在所述亚微米纤维层与所述支撑区域的形成过程中由亚微米纤维层和支撑区域的部分纤维相互接触并混合形成的；
所述亚微米纤维是指直径小于1μm的纤维，所述亚微米纤维层的定量为0.1-10g/m2；所述支撑区域的定量为10-150g/m2；
所述自洁式空气过滤材料的制备方法，包括采用双层流浆箱同时形成所述亚微米纤维层与所述支撑区域，包括如下步骤：
双层流浆箱分别将亚微米纤维层纤维悬浮液和支撑区域纤维悬浮液送至成形网，所述支撑区域纤维悬浮液先于亚微米纤维层悬浮液上网，使得亚微米纤维层形成于支撑区域之上，在成形过程中，亚微米纤维层和支撑区域之间的部分纤维相互接触并发生混合，形成既包含亚微米纤维又包含支撑区域纤维的混合区域。
2.根据权利要求1所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述亚微米纤维层由原纤化亚微米纤维制成。
3.根据权利要求2所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述原纤化亚微米纤维为能产生原纤的纤维且选自天丝纤维、丽赛纤维和芳纶纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求2或3所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述原纤化亚微米纤维的打浆度为20-95°SR。
5.根据权利要求4所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述原纤化亚微米纤维的纤维平均长度为0.1-5mm，平均直径为20-1000nm。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述支撑区域由植物纤维和/或非植物纤维制成。
7.根据权利要求6所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述植物纤维选自木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维和丝光化纤维中的一种或几种；所述非植物纤维选自尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维和玻璃纤维中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-30μm；所述非植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-20μm。
9.根据权利要求4所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述支撑区域由植物纤维和/或非植物纤维制成。
10.根据权利要求9所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述植物纤维选自木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维和丝光化纤维中的一种或几种；所述非植物纤维选自尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维和玻璃纤维中的一种或几种。
11.根据权利要求9所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-30μm；所述非植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-20μm。
12.根据权利要求5所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述支撑区域由植物纤维和/或非植物纤维制成。
13.根据权利要求12所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述植物纤维选自木材纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维和丝光化纤维中的一种或几种；所述非植物纤维选自尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维和玻璃纤维中的一种或几种。
14.根据权利要求12所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-30μm；所述非植物纤维的纤维平均长度为0.5-10mm，平均直径为5-20μm。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
16.根据权利要求4所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
17.根据权利要求5所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
18.根据权利要求6所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
19.根据权利要求7所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
20.根据权利要求8所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
21.根据权利要求9所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
22.根据权利要求10所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
23.根据权利要求11所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
24.根据权利要求12所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
25.根据权利要求13所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
26.根据权利要求14所述的自洁式空气过滤材料，其特征在于，所述自洁式空气过滤材料的自洁方式为反吹气流吹掉。
27.一种制备权利要求1至26中任一项所述自洁式空气过滤材料的方法，其特征在于，所述方法包括采用双层流浆箱同时形成所述亚微米纤维层与所述支撑区域，包括如下步骤：
双层流浆箱分别将亚微米纤维层纤维悬浮液和支撑区域纤维悬浮液送至成形网，所述支撑区域纤维悬浮液先于亚微米纤维层悬浮液上网，使得亚微米纤维层形成于支撑区域之上，在成形过程中，亚微米纤维层和支撑区域之间的部分纤维相互接触并发生混合，形成既包含亚微米纤维又包含支撑区域纤维的混合区域。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |