CN102743925B - 一种汉麻复合过滤材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汉麻复合过滤材料及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）将汉麻纤维和粘胶纤维进行混合，然后依次经开松、梳理、铺网、牵伸、水刺和干燥步骤得到汉麻/粘胶水刺非织造布；（2）通过静电纺丝在所述汉麻/粘胶水刺非织造布上制备纳米纤维层即得所述汉麻复合过滤材料。本发明提供的复合过滤材料主要是由微米级直径的汉麻/粘胶水刺非织造布与纳米级直径纤维组成的一种两层复合材料；其中，汉麻/粘胶水刺非织造布的物理性能良好，透气性也较好，厚度和定量较小，断裂强力较大，耐磨性也较好；将汉麻/粘胶水刺非织造布基布与本发明的双层复合过滤材料的过滤性能及孔径进行比较可以发现，本发明提供的双层复合过滤材料具有较好的过滤效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种汉麻复合过滤材料及其制备方法。
背景技术
在常用的过滤材料中，复合材料是一种常用的材料，或者利用两层进行复合，或者利用三层进行复合，而在常用的汽车机油滤清器滤芯用过滤材料中，较为常用的有棉木浆滤纸、玻纤滤纸、聚酯非织造布过滤材料和聚丙烯非织造布过滤材料，这种材料的主要过滤级别是微米级，无论是过滤精度，还是孔径都是微米级别，所以其过滤效果均不太理想。同时，汽车机油滤清器主要是对存在于机油中的灰尘、金属颗粒和其它一些容易堵塞过滤介质的颗粒碎屑过滤去除，从而使机油能够顺利的进入发动机系统，这些常用的机油过滤材料经常会由于这些颗粒的堵塞而损坏过滤介质、大大降低了机油滤清器的使用寿命，也增加了使用成本。
由于这些过滤介质的过滤精度主要是微米级别，所以对于一些更小的颗粒无法较好过滤掉，在这样一个基础之上，就考虑开发一种新的汽车机油滤清器滤芯用过滤材料，利用纳米纤维具有的独特优势，较大的比表面积、较小的纤维直径和较高的过滤精度，能够将更小的灰尘、金属颗粒、碎屑较好的过滤去除，延长了汽车机油滤清器滤芯用过滤材料的使用寿命，同时，也降低了换用机油滤清器的周期，也可以较好的降低使用成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种汉麻复合过滤材料及其制备方法。
本发明所提供的一种汉麻复合过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将汉麻纤维和粘胶纤维进行混合，然后依次经开松、梳理、铺网、牵伸、水刺和干燥步骤得到汉麻/粘胶水刺非织造布；
（2）通过静电纺丝在所述汉麻/粘胶水刺非织造布上制备纳米纤维层即得所述汉麻复合过滤材料。
上述的制备方法中，所述汉麻纤维的平均长度可为8mm~92mm，具体可为27.88mm或90mm，细度可为3.35μm~19.55μm，具体可为3.35μm或14.31μm；所述粘胶纤维的平均长度可为20mm~51mm，具体可为34.12mm或34.06mm，细度可为10.12μm~17.92μm，具体可为11.645μm或14.75μm。
上述的制备方法中，所述汉麻纤维与粘胶纤维的质量份数比为4：（1~3），具体可为3：2或4：1。
上述的制备方法中，所述开松步骤包括依次进行的粗开松步骤和精开松步骤。
上述的制备方法中，所述梳理步骤在双道夫杂乱梳理机中进行，主要是将得到的开松混合的纤维梳理成单个纤维状态，为了更好的进行铺网，同时，也是为了形成三维状态、杂乱排列的纤网。
上述的制备方法中，所述铺网步骤采用交叉铺网的方式，该方式可以提高梳理机的工作效率，增加产品的宽度，从而使产品的适用性明显提高。
上述的制备方法中，所述牵伸步骤在3个牵伸区中进行，每个牵伸区内的牵伸倍数均为2~6，如2或5.1，主要是为了原先呈横向排列的纤网向纵向排列，形成较好的纵横向强力要求，从而满足应用上的强力要求。
上述的制备方法中，所述水刺步骤可在平网水刺机中进行；每个平网水刺机可包括2个水刺头；所述方法包括2道水刺步骤；第1道水刺步骤中，第1个水刺头的压力为10bar~20bar，具体可为10bar或15bar，第2个水刺头的压力为65bar~70bar，具体可为65bar或70bar；第2道水刺步骤中，第1个水刺头的压力为10bar~20bar，具体可为15bar或20bar，第2个水刺头的压力为80bar~90bar，具体可为80bar或90bar。
上述的制备方法中，所述静电纺丝所用的纺丝液可为尼龙6（PA6）的水溶液，所述纺丝液的质量百分含量可为10%~30%，如18%或22%。
上述的制备方法中，所述静电纺丝中，纺丝电压可为12~40kV，如28kV或40kV，纺丝距离可为16~39cm，如18cm或39cm，注射头流速可为0.8～1.2mL/h，如0.8mL/h或1.2mL/h。
上述的制备方法中，所述静电纺丝的时间可为1~10h，具体可为3h或10h，以得到比较均匀的纳米纤维层。
本发明还进一步提供了由上述方法制备的汉麻复合过滤材料。
本发明提供的复合过滤材料主要是由微米级直径的汉麻/粘胶水刺非织造布与纳米级直径纤维组成的一种两层复合材料；其中，汉麻/粘胶水刺非织造布的物理性能良好，透气性也较好，厚度和定量较小，断裂强力较大，耐磨性也较好；将汉麻/粘胶水刺非织造布基布与本发明的双层复合过滤材料的过滤性能及孔径进行比较可以发现，本发明提供的双层复合过滤材料具有较好的过滤效果。
附图说明
图1为本发明实施例中制备的汉麻/粘胶水刺非织造布基布的扫描电镜50倍照片。
图2为本发明实施例1中制备的汉麻/粘胶水刺非织造布基布的扫描电镜1000倍照片。
图3为本发明实施例1制备的高压溶液纺PA6纳米纤维的扫描电镜2000倍照片。
图4为本发明实施例1制备的高压溶液纺PA6纳米纤维的扫描电镜5000倍照片。
图5为本发明实施例1制备的高压溶液纺PA6纳米纤维的扫描电镜20000倍照片。
图6为本发明实施例1制备的高压溶液纺PA6纳米纤维的扫描电镜50000倍照片。
图7为本发明实施例1制备的高压溶液纺PA6纳米纤维的纤维直径分布与频率的关系图。
图8为本发明实施例2制备的高压溶液纺PA6纳米纤维的扫描电镜50000倍照片。
图9为本发明实施例2制备的高压溶液纺PA6纳米纤维的纤维直径分布与频率的关系图。
图10为本发明所用汉麻纤维、粘胶纤维及其实施例1中制备的非织造布和汉麻复合过滤材料的红外光谱图。
图11为本发明实施例1中制备的汉麻/粘胶水刺非织造布的横截面特征。
图12为本发明实施例1制备的汉麻/粘胶水刺非织造布基静电纺纳米纤维复合过滤材料的两层特征。
图13为本发明实施例1制备的汉麻/粘胶水刺非织造布基静电纺纳米纤维复合过滤材料的纳米层特征。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用的汉麻纤维购自汉麻产业投资控股有限公司；所用的粘胶纤维购自山东华乐集团。
实施例1、制备汉麻纤维复合过滤材料
（1）织前准备：选用汉麻纤维和粘胶纤维，汉麻纤维平均长度均为27.88mm，粘胶纤维平均长度为34.12mm，汉麻纤维平均细度为14.31μm，粘胶纤维平均细度为14.75μm，小样生产时汉麻纤维为6KG，粘胶为4KG，所以混纺比为3：2，初始定量预定为150g/m2。
（2）开清棉：首先将汉麻纤维和粘胶纤维进行人工开松，先分别将汉麻纤维和粘胶纤维中的有包状的纤维包用手撕裂开，尽量撕扯均匀并且做到不要损伤纤维；由于汉麻纤维的颜色为浅黄色，发现其中的杂质较少，基本没有，手感也比较柔软，而粘胶纤维的杂质较多，在手工开松的过程发现其中有枝叶、棉籽、破籽、纤维籽屑以及金属品等杂质，需要及时的去除掉，确保成网的质量均匀和较好的非织造布；在去除杂质之后可以进行混合，先手工混合，尽量混合均匀，这个主要在带有输网帘的一个矩形的储棉箱中进行人工开松，在开松过程中需要给湿，为了防止产生静电和飞花；将混合后的纤维加入至粗开松机中进行混合，并且使手工没有开松的大棉团及纤维块离解、混合均匀、充分开松；经过粗开松后的纤维开始进入大仓混棉机，储棉仓的容量较大，主要是利用风机的风力作用将纤维进行第二次开松；接下来纤维开始进入精开松机，主要是对纤维进行比较精细的开松，将预开松的纤维开松成小纤维状或束纤维状，为后面的梳理加工及成网做好准备。
（3）梳理：利用定容式气压喂棉机将上述得到的混合纤维均匀、稳定得送入到双道夫杂乱梳理机中进行梳理；采用双道夫杂乱辊进行梳理，主要是将前面工序开松混合的纤维梳理成单个纤维状态，为了更好的进行交叉式铺网，同时，也是为了形成三维状态、杂乱排列的纤网。
（4）成网：采用交叉铺网的方式；
纤网定量的控制：在成网过程中，刚开始预期的定量是150g/m2，在刚开始铺网过程中，经过称量每个纤网的定量是9g/m2，所以采用的铺网层数为15个，所以此时15个纤网的定量为135g/m2，后面再水刺过程中定量会增加，所以采用15个铺网层数。
（5）牵伸：采用三个滚筒，形成三个牵伸区，每个牵伸区的牵伸倍数均为5.1，主要是为了原先呈横向排列的纤网向纵向排列，形成较好的纵横向强力要求，从而满足应用上的强力要求。
（6）水刺：采用平网式水刺机，包括两个水刺头；采用两道水刺工艺，其中，第1道水刺工艺中，第1个水刺头的压力为15bar，第2个水刺头的压力为70bar；第2道水刺工艺中，第1个水刺头的压力为15bar，第2个水刺头的压力为90bar。
（7）干燥：由于水刺加工过程中，有大量水分的存在，所以需要进行干燥，去除多余的水分，使得材料能够方便使用，满足使用要求，其中控制干燥的温度为20℃。
上述步骤制备的汉麻/粘胶水刺非织造布的扫描电镜50倍照片如图1所示，其扫描电镜1000倍照片如图2所示；该汉麻/粘胶水刺非织造布的横截面特征如图11所示。
产品性能测试：
该上述制备的汉麻/粘胶水刺非织造布的主要性能为：厚度：1.173mm，定量：152.73g/m2，透气率：88.5864mm/s，其纵向的物理性能指标为：断裂强力：247.52N，断裂伸长：65.663mm，断裂伸长率：328.319%，断裂时间：39.397S，断脱强力：96.62N，断脱伸长率：344.589%，断脱伸长：68.917mm，断裂功：8.912J；横向的物理性能指标为：断裂强力：152.65N，断裂伸长：103.629mm，断裂伸长率：518.149%，断裂时间：62.177s，断脱强力：60.274N，断脱伸长率：542.699%，断脱伸长：108.539mm，断裂功：8.067J。
测试过程及结果如下：
（1）厚度测试，
测试仪器：YG141N型数字式织物厚度仪
单位为mm，压重为100g，测试结果如表1所示。
表1汉麻/粘胶水刺非织造布的厚度测试结果
（2）定量测试
测试仪器：电子天平，单位为g/m2，测试结果如表2所示。
表2汉麻/粘胶水刺非织造布的定量测试结果
（3）透气率测试
测试仪器：YG461E电脑式透气性测试仪，单位为mm/s，
测试条件：试样压差均为100Pa，3#喷嘴，试样面积20cm2，测试结果如表3所示。
表3汉麻/粘胶水刺非织造布的透气率测试结果
（4）强力及伸长测试
测试仪器：YG065强力仪，条样法试验
测试条件：试样长度20mm，拉伸速度100mm/min，预加张力100cN。其纵向及横向的物理性能测试结果如表4、表5所示，其纵向、横向物理性比较结果如表6所示。
表4汉麻/粘胶水刺非织造布的纵向物理性能测试结果
表5汉麻/粘胶水刺非织造布的横向物理性能测试结果
表6汉麻/粘胶水刺非织造布的纵向、横向物理性比较结果
（8）将上述制备的汉麻/粘胶水刺非织造布准备成所需大小的试样尺寸，并且铺放在金属铁板的底板上，在此过程中，接地电源与金属铁板的底板相接，形成一个回路。
（9）制备纺丝液：质量百分含量为22%的PA6水溶液。
（3）将PA6溶液吸入注射针头中，并且调整好底板与注射针头之间的距离为18cm，确保纺出的丝能够收集在底板的汉麻/粘胶水刺非织造布上，同时要确保静电纺纳米层能够均匀；打开高压电源，控制纺丝电压为28kV，注射头流速为1.2mL/h，纺丝时间为3h，得到纳米层均匀的两层复合过滤材料。
该实施例制备的复合过滤材料的扫描电镜2000倍照片如图3所示，其扫描电镜5000倍照片如图4所示，其扫描电镜20000倍照片如图5所示，其扫描电镜50000倍照片如图6所示，其纤维直径分布与频率的关系图如图7所示。
该实施例制备的汉麻/粘胶水刺非织造布基静电纺纳米纤维复合过滤材料的两层特征如图12所示，其纳米层特征如图13所示。
该实施例所用汉麻纤维、粘胶纤维及其制备的非织造布和汉麻复合过滤材料的红外光谱图如图10所示。
将本实施例制备的复合过滤材料进行性能测试，其测试结果分别如表7和表8所示。如表7所示，该静电纺纳米纤维的最大直径为128.11nm，最小直径为58.19nm，平均直径为97.70nm。表8为汉麻/粘胶水刺非织造布及静电纺纳米纤维复合过滤材料的孔径及过滤精度测试结果。
表7静电纺纳米纤维直径测试结果
表8汉麻/粘胶水刺非织造布及纳米复合材料的过滤性能比较
实施例2、制备汉麻纤维复合过滤材料
（1）制备汉麻/粘胶水刺非织造布的步骤中，该制备工艺与实施例1中均相同，不同之处在于：粘胶纤维的平均长度为34.06mm，细度为11.645μm；汉麻纤维的平均长度为90mm，细度为3.35μm；汉麻纤维与粘胶纤维的质量份数比为4：1；牵伸步骤在3个牵伸区中进行，每个牵伸区内的牵伸倍数均为2；水刺步骤中，采用两道水刺工艺，其中，第1道水刺工艺中，第1个水刺头的压力为10bar，第2个水刺头的压力为65bar；第2道水刺工艺中，第1个水刺头的压力为20bar，第2个水刺头的压力为80bar。
制备的汉麻/粘胶水刺非织造布，其产品的性能如下表9~表14，各性能的测试方法和测试设备同实施例1中相同。
表9汉麻/粘胶水刺非织造布的厚度测试结果
表10汉麻/粘胶水刺非织造布的定量测试结果
表11汉麻/粘胶水刺非织造布的透气率测试结果
表12汉麻/粘胶水刺非织造布的纵向物理性能测试结果
表13汉麻/粘胶水刺非织造布的横向物理性能测试结果
表14汉麻/粘胶水刺非织造布的纵向横向物理性能比较
（2）在上述汉麻/粘胶水刺非织造布上制备纳米纤维层，其中静电纺丝的工艺如下：纺丝液也为PA6水溶液，其质量百分含量为18%，纺丝距离为39cm，注射针头流速为0.8mL/h，纺丝电压为40kV，纺丝时间为10h；制备得到的汉麻/粘胶水刺非织造布基静电纺纳米纤维复合过滤材料。
该实施例制备的汉麻/粘胶水刺非织造布基静电纺纳米纤维复合过滤材料的扫描电镜50000倍照片如图8所示，该静电纺纳米纤维复合过滤材料直径分布与频率的关系如图9所示，纤维直径测试结果如表15所示，孔径及过滤精度测试结果如表16所示。
表15实施例2制备的静电纺纳米纤维直径测试结果
表16实施例2制备的汉麻复合过滤材料的孔径及过滤精度测试结果
Claims (5)
1.一种汽车机油滤清器滤芯用的汉麻复合过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将汉麻纤维和粘胶纤维进行混合，然后依次经开松、梳理、铺网、牵伸、水刺和干燥步骤得到汉麻/粘胶水刺非织造布；
(2)通过静电纺丝在所述汉麻/粘胶水刺非织造布上制备纳米纤维层即得所述汉麻复合过滤材料；
所述汉麻纤维的平均长度为8mm～92mm，细度为3.35μm～19.55μm；所述粘胶纤维的平均长度为20mm～51mm，细度为10.12μm～17.92μm；
所述汉麻纤维与粘胶纤维的质量份数比为4：(1～3)；
所述静电纺丝所用的纺丝液为尼龙6水溶液，所述纺丝液的质量百分含量为10％～30％；
所述静电纺丝中，纺丝电压为12～40kV，纺丝距离为16～39cm，注射头流速为0.8～1.2mL/h，纺丝时间为1～10h。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述开松步骤包括依次进行的粗开松步骤和精开松步骤。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述梳理步骤在双道夫杂乱梳理机中进行；所述铺网步骤采用交叉铺网的方式；所述牵伸步骤在3个牵伸区中进行，每个牵伸区内的牵伸倍数均为2～6。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水刺步骤在平网水刺机中进行；每个平网水刺机包括2个水刺头；所述方法包括2道水刺步骤；第1道水刺步骤中，第1个水刺头的压力为10bar～20bar，第2个水刺头的压力为65bar～70bar；第2道水刺步骤中，第1个水刺头的压力为10bar～20bar，第2个水刺头的压力为80bar～90bar。
5.权利要求1-4中任一所述方法制备的汽车机油滤清器滤芯用的汉麻复合过滤材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20141224 Termination date: 20180613 |