发明内容
为了解决熔喷过滤材料高效却不低阻、普通针刺滤料低阻却不高效的难题,,本发明的目的在于提供一种过滤效率高,阻力却极小,并具有一定强度的针刺静电滤棉。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案为:
一种针刺静电滤棉,包括针刺无纺层,在所述针刺无纺层的上表面、下表面中的任一面或两面上设一层纺粘无纺布。
进一步地,在所述针刺无纺层为静电针刺无纺纤维层。
进一步地,所述静电针刺无纺纤维层中的纤维的细度范围为1.0-3.5dtex,单根纤维直径在9-18μm,纤维长度30-60mm。
进一步地,所述纤维截面形状为扁平状结构。这种结构一方面有利于提高纤维的表面积,提高纤维表面电荷,有利于储存电荷保持长久稳定,相应地也增加静电吸附效率;
另一方面增加灰尘与纤维的接触面积,提高物理拦截效率和增强重力沉降作用。
上述针刺静电滤棉的制备方法,该方法包括如下步骤:
1)针刺无纺层的制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网,制成较为蓬松的聚丙纶纤网,然后再经多道针刺加固成针刺无纺层,所述针刺无纺层的克重为30-300g/m2;
2)烘燥工艺:将步骤1)得到的针刺无纺层先进行预烘,然后再进行烘焙,即得到针刺滤棉;
3)静电施加工艺:将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个或几个连续的高压电晕放电电场,电压在30-80KV,放电时间保持在1-10S;
4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪,卷绕成针刺滤棉卷;
5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料,克重在10-50g/m2;采用常规方法制成纺粘无纺布卷;亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布,以增强静电滤棉表面花纹;
6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷,然后按3-20m/min速度将针刺滤棉和纺粘无纺布并合,同时保证纺粘无纺布在针刺滤棉的下面。
在步骤1)中制作针刺无纺层时,工作温度控制在22-26℃,湿度控制在50-60%RH。
在步骤2)中,预烘温度为30-50℃,焙烘温度为40-80℃,烘燥时间为1-5min。
在步骤2)中,针刺密度决定着产品的强度,针刺密度的选择要与克重、强力要求、表面效果相一致。针刺密度在150-750刺/cm2较为适合。
步骤3)为本发明的另一重要工艺,它是直接对制成的针刺滤棉进行施加静电工序。主要有三个参数:
1、电场电压:若电压小,则电势就小,处于电场中纤维表面上面的自由电荷就不会向纤维的另一端移动,即在纤维上形成的微电场也较弱;反之,电压过大,则容易击穿纤维电场,造成纤维无法带上电荷。本发明中电场应有至多三个,每个电场电压应在30-80KV。
2、放电时间:如放电时间短,则达不到预定的带电效果;如放电时间过长,则影响生产效率,造成生产能力浪费。本发明中所用的放电时间应保持在1-10S。
3、滤棉与电场的距离:滤棉是以一定速度通过高压电场,如果滤棉离电场距离近,则在生产中容易碰到电极;若太远则施加静电效果较弱。本发明中滤棉与电场的距离控制在3-30cm范围内。
与现有产品相比的优势:
现有市场上的滤棉,以熔喷滤棉和针刺滤棉居多,而此两类滤棉各自存有性能弱点。熔喷过滤棉是依靠其单位面积内纤维根数多来拦截尘埃,滤棉本身由细度1-3μm的超细纤维组成,因此其过滤效率较高,但过滤阻力更大,容尘量也有限,强度较差。针刺滤棉是靠针刺来固结,由于存在三维立体结构,单位容尘量较大,强度和伸长性也较好,但由于滤棉上存在刺针眼大,造成滤棉孔隙大、孔隙率高,这固然使阻力较小,但其过滤效率也较差,一般用于初效过滤场合。
本发明静电滤棉与熔喷过滤棉相比,过滤阻力远远小于熔喷过滤棉,并且强度和伸长性远高于熔喷过滤棉;与针刺滤棉相比,本发明静电滤棉上每根纤维均带有静电荷,通过静电吸附尘埃作用,其过滤效率也远高于针刺滤棉。
与现有生产技术相比的优势:
本发明采用针刺工艺与电晕放电的工序,创造性地开发出针刺静电滤棉。本发明工艺创造性地在针刺工艺之后施加电晕放电工艺,使针刺无纺滤棉上带上静电,克服了由于针刺刺针针眼过大而造成的过滤效率低的问题,同时保留了针刺滤棉过滤阻力极小、容尘量较大、强度与伸长较好的优点。
一般而言,过滤效率与过滤阻力是一对矛盾体,过滤效率高则过滤阻力就会大,过滤阻力小,其过滤效率就会小。本发明针刺静电滤棉实现了高过滤效率、低过滤阻力、大容尘量等特点。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干变型和改进,这些也应视为属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示,一种针刺静电滤棉,包括针刺无纺层1,在所述针刺无纺层1的上表面、下表面中的任一面或两面上设一层纺粘无纺布2。
其中,所述针刺无纺层1为静电针刺无纺纤维层;所述静电针刺无纺纤维层中的纤维的细度范围为1.0-3.5dtex,单根纤维直径在9-18μm,纤维长度30-60mm;所述纤维截面形状为扁平状结构。
下面通过实施例具体阐述本发明。
实施例1:一种针刺静电滤棉的制备方法,该方法包括如下步骤:
1)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网,制成较为蓬松的聚丙纶纤网,聚丙纶纤网的克重为35g/m2,纵向纤维取向度在87,纵横向强度比在2.9;然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工,针刺密度155刺/cm2,加固成针刺无纺层,制作车间的工作温度控制在22-26℃,湿度控制在50-60%RH。
2)烘燥工艺:将步骤1)得到的针刺无纺层先进行预烘,然后再进行烘焙,即得到针刺滤棉;其中预烘温度为30℃,焙烘温度为40℃,烘燥时间为1min。
3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场,电压在35KV,放电时间保持在1S,通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在3.5cm范围内;
4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪,卷绕成针刺滤棉卷;
5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料,克重在10g/m2;制成纺粘无纺布卷;亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布,以增强静电滤棉表面花纹;市场上有售。
6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷,按19.5m/min速度并合。
利用本实例制得的针刺静电滤棉,过滤效率为42%,过滤阻力为0.5Pa,容尘量为135g/m2。
实施例2:
1)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网,制成较为蓬松的聚丙纶纤网,制成的聚丙纶纤网克重为85,纵向纤维取向度在76,纵横向强度比在2.5。然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工,针刺密度206刺/cm2,加固成针刺无纺层,制作车间的工作温度控制在22-26℃,湿度控制在50-60%RH。
2)烘燥工艺:将步骤1)得到的针刺无纺层先进行预烘,然后再进行烘焙,即得到针刺滤棉;其中预烘温度为40℃,焙烘温度为50℃,烘燥时间为2min。
3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场,电压在46KV,放电时间保持在3S,通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在7cm;
4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪,卷绕成针刺滤棉卷;
5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料,克重在15g/m2;制成纺粘无纺布卷;亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布,以增强静电滤棉表面花纹;市场上有售。
6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷,按14m/min速度并合。
利用本实例制得的针刺静电滤棉,过滤效率为74%,过滤阻力为1Pa,容尘量为362g/m2。
实施例3:
1)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网,制成较为蓬松的聚丙纶纤网,制成的聚丙纶纤网克重为180,纵向纤维取向度在45,纵横向强度比在1.6。然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工,针刺密度438刺/cm2,加固成针刺无纺层,制作车间的工作温度控制在22-26℃,湿度控制在50-60%RH。
2)烘燥工艺:将步骤1)得到的针刺无纺层先进行预烘,然后再进行烘焙,即得到针刺滤棉;其中预烘温度为50℃,焙烘温度为65℃,烘燥时间为3min。
3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场,电压在60KV,放电时间保持在7S,通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在20cm;
4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪,卷绕成针刺滤棉卷;
5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料,克重在15g/m2;制成纺粘无纺布卷;亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布,以增强静电滤棉表面花纹;市场上有售。
6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷,按8m/min速度并合。
利用本实例制得的针刺静电滤棉,过滤效率为98.3%,过滤阻力为6Pa,容尘量为632g/m2。
实施例4:
1)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网,制成较为蓬松的聚丙纶纤网,制成的聚丙纶纤网克重为298,纵向纤维取向度在12,纵横向强度比在0.85。然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工,针刺密度726刺/cm2,加固成针刺无纺层,制作车间的工作温度控制在22-26℃,湿度控制在50-60%RH。
2)烘燥工艺:将步骤1)得到的针刺无纺层先进行预烘,然后再进行烘焙,即得到针刺滤棉;其中预烘温度为50℃,焙烘温度为80℃,烘燥时间为5min。
3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场,电压在80KV,放电时间保持在10S,通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在30cm。
4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪,卷绕成针刺滤棉卷;
5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料,克重在30g/m2;制成纺粘无纺布卷;亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布,以增强静电滤棉表面花纹;市场上有售。
6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷,按3m/min速度并合。
利用本实例制得的针刺静电滤棉,过滤效率为99.2%,过滤阻力为11Pa,容尘量为852g/m2。
利用本发明中所述的工艺和制作方法制得的针刺静电滤棉,具有高过滤效率、低过滤阻力、高容尘量三大突出优势。对于市场上通用的针刺滤棉、熔喷滤棉与本发明针刺静电滤棉进行检测对比,其主要性能指标如表1所示。
表1与现有产品性能指标对比
项目 |
克重(g/m2) |
厚度(mm) |
过滤效率% |
过滤阻力Pa |
容尘量g/m2 |
抗张强力KN/m |
实施例1 |
45 |
0.6 |
42 |
0.5 |
135 |
0.46 |
实施例2 |
100 |
1.2 |
74 |
1 |
362 |
0.55 |
实施例3 |
195 |
2.0 |
98.3 |
6 |
632 |
0.89 |
实施例4 |
328 |
3.1 |
99.2 |
11 |
852 |
1.12 |
针刺滤棉 |
150 |
2.50 |
35 |
4 |
586 |
0.75 |
熔喷滤棉 |
60 |
0.35 |
99.99 |
92 |
162 |
0.4 |
熔喷滤棉 |
25 |
0.12 |
80 |
32 |
53 |
0.07 |
注:①过滤性能采用EN1822-2009标准,过滤风速5.3cm/s,实验风量27.3LPM,粉尘浓度2.5-3万。
②滤棉使用寿命取决于容尘量,容尘量越大,其更换周期越长。
从上述指标中能够看出,利用本发明所涉及的制备方法制成的针刺静电棉,在过滤效率上,远远高于现有针刺滤棉;在过滤阻力、容尘量和使用寿命上,远远大于熔喷滤棉。本发明针刺滤棉集二者优势,实现了高过滤效率、低过滤阻力、高容尘量滤料至为关键的三大要求。