CN103866485A

CN103866485A - 一种热粘合无纺布及其生产方法和用途

Info

Publication number: CN103866485A
Application number: CN201210529405.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡文杰; 纪舜卿
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN103866485B

Abstract

本发明公开一种热粘合无纺布及其生产方法和用途，该无纺布是由皮芯复合纤维和普通聚酯纤维构成的，该无纺布断面方向上两种纤维间粘结率为60～99%，且该无纺布的经向热收缩率在2.0%以下。本发明的热粘合无纺布具有强度高、集尘量高、热收缩率低的特点，可应用于高效过滤（单效）或除臭（双效）汽车空调过滤器中，还可以应用于家庭用空气净化器、大楼空调用过滤器、洁净室、交通工具用过滤系统中。

Description

一种热粘合无纺布及其生产方法和用途

技术领域

本发明涉及一种热粘合无纺布及其生产方法和用途。

背景技术

目前市场上用于汽车空调过滤器中的无纺布是以针刺棉无纺布和热粘合无纺布为主,上述两种无纺布只适合用于一般的过滤器中。如果用于高效过滤（单效）或除臭（双效）过滤器中，上述热粘合无纺布需要与熔喷无纺布进行贴合加工，此时贴合加工的温度为150度左右，贴合温度过高，就会导致贴合后的复合无纺布表面产生热收缩现象，无法正常使用。所以必须开发一种热收缩率低，能应用于高效过滤（单效）或除臭（双效）过滤器中的无纺布。

如中国公开专利CN1133365中公开了一种复合纤维无纺布，该无纺布是由10～25微米的小直径纤维和30～50微米的大直径纤维混纺后得到复合纤维进行梳理等加工制得纤维网，然后将纤维网再在120～200℃左右热的轧纹辊、热的轧光辊等条件下进行加固后制得的。而通过该轧辊加热加固的话，只是将无纺布表面的皮芯复合纤维受热融化粘结，而无纺布内部的纤维没有充分粘结或粘结很少，这样就带来了外层纤维粘结，内层纤维没有粘结的现象，从而导致无纺布强度低，集尘量小等缺点。另外，上述复合纤维使用的是皮层90～110℃的低熔点普通皮芯复合纤维，但是如果该复合纤维无纺布比如与熔喷无纺布贴合加工，由于贴合温度会达到150度左右，此时贴合好的复合无纺布表面收缩严重，这样就不能应用于高效过滤（单效）或除臭（双效）过滤器中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热收缩率低、强度高、集尘量高的热粘合无纺布及其生产方法和用途。

本发明的技术解决方案是：该无纺布是由皮芯复合纤维和聚酯纤维构成的，该无纺布断面方向上两种纤维间粘结率为60～99%，且该无纺布的经向热收缩率在2.0%以下。上述皮芯复合纤维是至少由皮层熔点为150℃以上的高熔点皮芯复合聚酯纤维所形成的，然后通过皮芯复合纤维的皮层部分（高熔点）受热熔融，从而使纤维之间充分熔融接合。皮芯复合纤维和聚酯纤维分别达到粘合、提高刚软度的目的。通过扫描电子显微镜可以看出，该无纺布的上表层、中间层、下表层的纤维都充分熔融，且该无纺布断面方向的纤维间粘结率为60～99%。如果该无纺布断面方向的两种纤维间粘结率小于60%的话，说明皮芯复合纤维与聚酯纤维没有充分粘结，可能只有无纺布上、下表面的纤维受热粘结，中间层的纤维由于受热不足而不能粘合在一起，从而造成无纺布强度低和粉尘集尘量较差。该无纺布的经向热收缩率在2.0%以下，如果高于2.0%的话，制得的无纺布与熔喷无纺布等贴合加工时，在贴合加工温度为150℃左右下，粘合无纺布会产生皱纹现象。考虑到制得的无纺布能达到最佳的外观和后道加工，无纺布的经向热收缩率优选1.0%以下。

本发明的热粘合无纺布，上述皮芯复合纤维占无纺布的70～90重量%、上述聚酯纤维占无纺布的10～30重量%。如果皮芯复合纤维占无纺布的比例低于70%，就会影响纤维间的粘合性，使得与聚酯纤维不能充分粘结；如果皮芯复合纤维占无纺布的比例高于90%的话，虽然提高了粘结强度，但是由于融化的皮层过多，无纺布被应用于过滤器时，就会产生阻力高、堵塞快、寿命短的缺点。无纺布中的聚酯纤维可以提高无纺布的刚软度，便于后道加工，如果聚酯纤维占无纺布的比例低于10%，就会影响无纺布刚软度；如果聚酯纤维占无纺布的比例高于30%，此时必然会使皮芯复合纤维的量减少，影响纤维间的粘合性，同时过滤效率也会降低。

本发明的热粘合无纺布，上述皮芯复合纤维的纤度为3～20丹尼尔。如果皮芯复合纤维的纤度小于3丹尼尔，纤维间隙变小，制得的无纺布作为过滤材料进行过滤时阻力会上升；如果皮芯复合纤维的纤度大于20丹尼尔，纤维间隙过大，制得的无纺布与热熔胶粉或活性炭颗粒贴合加工时，就会容易从无纺布中掉落出来。

本发明的热粘合无纺布，上述皮芯复合纤维中皮成分至少是由一种高熔点共聚聚酯纤维构成的，芯成分为普通聚酯纤维。

本发明的热粘合无纺布，上述聚酯纤维的纤度为10～30丹尼尔。如果聚酯纤维的纤度小于10丹尼尔的话，纤维间隙变小，制得的无纺布作为过滤材料进行过滤时阻力就会上升，容易阻塞，缩短了使用寿命；如果聚酯纤维的纤度大于30丹尼尔，纤维间隙过大，制得的无纺布与热熔胶粉或活性炭颗粒贴合加工时，就会容易从无纺布中掉落出来。

本发明的热粘合无纺布主要应用于汽车领域，必须满足FMVSS302的阻燃要求。本发明的热粘合无纺布中不含有阻燃纤维或具有阻燃成分的药剂，也能达到阻燃的效果。这是由于本发明是通过控制皮芯复合纤维的使用量以及加工条件，比如温度等，从而热粘合无纺布被燃烧时皮层部分熔融（或滴落），与熔融部分接触的无纺布在接触到火焰前被熔融部分全部或部分覆盖或者滴落掉，从而达到阻燃的特性。这样不仅降低了成本，而且工艺也变得简单。当然，鉴于不同用途的阻燃要求，本技术中，可以减少少量普通聚酯纤维，用阻燃聚酯纤维来替代，这样无纺布的阻燃性能会大大提高。一般优选15%以内，同时，兼顾到无纺布的刚性，建议使用10丹尼尔以上的阻燃聚酯纤维。

本发明的热粘合无纺布，在风量3m3/min时，该无纺布对ISO fine A2粉尘的集尘量（寿命的表征）为100～200g/m²，对ISO fine A2粉尘的捕集效率为60%～90%。无纺布表面的纤维由于未受力过量（未被压死），从而提高了无纺布对粉尘的集尘能力，其中ISO fine A2为国际标准ISO 12103-1中规定的精细粉尘。如果集尘量低于100g/m²的话，寿命会短，增加使用者的成本。

本发明的热粘合无纺布，依据JIS L 1096 8.27.1 A法，测定压为125Pa时，该无纺布的通气度为300 cc/cm²/sec以上。无纺布的通气度关系到风速通过无纺布时的阻力大小，如果该无纺布的通气度小于300 cc/cm²/sec的话，经过复合加工或者活性炭夹持等加工后，复合滤材的阻力较大，能耗也相应较大；如果该无纺布的通气度越大的话，阻力越低，能耗越小。

本发明的热粘合无纺布的生产方法如下：至少将皮层熔点为大于150℃的高熔点皮芯复合纤维和普通聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成纤维网层，以8～15米/分钟的-速度通过温度170～250℃的热风系统进行初步热粘合并冷压后，再以8～15米/分钟的速度通过120～200℃的热压装置进行热定型加固，最后卷取制得成品。

由于制得的无纺布与熔喷无纺布等贴合加工时，贴合加工温度为150℃左右，为了不使热粘合无纺布产生皱纹现象，所以在生产时至少添加皮层熔点为大于150℃的高熔点皮芯复合纤维，这样就会大大降低无纺布的经向热收缩率。

为了使纤维间在只受热（无压力）的状态下保持纤维间初步接触，将上述制得的纤维网层通过热风系统进行初步的热粘合并冷压后，再通过120～200℃热压装置进行热定型加固，这是为了使得表面纤维不仅粘结比较好，中间层的纤维也会充分地粘结，从而制得的无纺布具有强度高，集尘量高的特点。如果热压装置的温度低于120℃的话，会使纤维网受热不充分，中间层纤维不能很好地粘结；如果热压装置的温度高于200℃的话，会使纤维网受热过分，幅宽收缩，甚至低熔点纤维受热过量导致皮层纤维熔融把纤维间空隙堵死，从而通气度下降。

上述高熔点皮芯复合纤维的投料量占所有纤维投料总量的50～90%。该高熔点皮芯复合纤维的添加量不仅能保证制得的无纺布具有低的热收缩性，而且还可以达到阻燃的特性。如果高熔点皮芯复合纤维的投料量小于50%的话，无纺布的热收缩性得不到保证；如果高熔点皮芯复合纤维的投料量高于90%的话，聚酯纤维的量势必会减低，从而无纺布被应用于过滤器时，就会产生阻力高、堵塞快、寿命短的缺点。

上述皮芯复合纤维中还含有皮层熔点为90～150℃的低熔点皮芯复合纤维，该低熔点皮芯复合纤维的投料量占所有纤维投料总量的20重量%以下。本发明制得的无纺布是作为过滤材料的，所以必须保证无纺布中含有一定比例的粗纤维，从而起到降低压损等作用。而低熔点的皮芯复合纤维的纤度一般都在10丹尼尔以上，添加少量的低熔点皮芯复合纤维能达到降低无纺布阻力的目的。

本发明的热粘合无纺布的生产方法，上述热压装置可以为网带式热压装置，且所述网带式热压装置的上下方设有4～12对的热辊。通过热辊使网带慢慢加热，从而使无纺布表、内层受热均匀，同时可以避免热辊直接加热而导致无纺布表层纤维受热过量而被压死。对于热辊数量，考虑到加热充分以及场地的要求，选择4～12对最佳。通过该种类型的热定型加固方式，使无纺布表层纤维首先受热的同时，中间层纤维也受热，从而纤维间粘接牢固充分，使无纺布的拉伸强度提高，粉尘集尘性能得到提高。

本发明热粘合无纺布的生产方法，上述热压装置还可以为循环式烘箱，且上述烘箱中设有至少4对对称热辊，热辊在复合纤维网层上下对称分布，用来对粘合后的纤维网层进行加固。

本发明热粘合无纺布的生产方法，上述网带式热压装置从入口到出口，网带间距逐渐变窄的渐进式结构，且网带入口处的间距为1～100mm，出口处的间距为0.01～1mm，网带的压力为0～80 kg/cm²。对于热传导，一般首先从加热体表面开始的，并且距离越近，热传导越明显。本发明中的渐进式结构，可以使无纺布中间层纤维在间距比较大的入口处得到预热，由此往里，受热量越来越大，同时无纺布表面纤维不被压死（扁），当到达后段或者出口处时，受热的同时也受压力的作用将纤维充分粘接，使无纺布表、内层受热均匀，纤维间充分粘接但不过量，从而达到拉伸强度提高，粉尘集尘性能得到提高。

本发明热粘合无纺布的生产方法，上述循环式烘箱中的热辊从入口到出口间距逐渐变窄的渐进式结构，且入口处的间距为1～100mm，出口处的间距为0.01～1mm，热辊的压力为0～80 kg/cm²。通过渐进式加热结构，可以使无纺布表、内层受热均匀，纤维间充分粘接但不过量，从而达到高强度、高集尘的特性。对纤维网层进行热压加固可以在循环式烘箱内直接加热，比如油或者蒸汽使烘箱内保持恒定温度。烘箱也可以不加热，而加热烘箱内的热辊，然后再对纤维网层进行热压加固。

另外，本发明的热粘合无纺布还可以进行后加工，通过颜料、染料、上色剂、发水剂、吸水剂、阻燃剂、安定剂、氧化防止剂、紫外线吸收剂、金属粒子、无机化合物粒子、结晶核剂、润滑剂、可塑剂、香料、除臭剂、抗菌剂、防霉剂、抗病毒剂、抗过敏剂、忌避剂、气体吸附剂、多孔类的气体吸附体等任何一种或几种，可使无纺布带有高机能特性。

本发明的热粘合无纺布具有热收缩率低、强度高、集尘量高，且与熔喷无纺布复合加工时，具有优异的耐热缩性。本发明的热粘合无纺布可应用于高效过滤（单效）或除臭（双效）汽车空调过滤器中，还可以应用于家庭用空气净化器、大楼空调用过滤器、洁净室、交通工具用过滤系统中。

附图说明

图1为扫描电子显微镜无纺布的表面图；

图2为扫描电子显微镜无纺布的断面图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地说明，并且实施例中的物性按照以下方法进行测定。

（1）集尘量（粉尘捕集量）、压力损失和捕集效率

把片状的滤材放到直径35厘米开口的机器上固定住，调节风量3m3/min的空气通过测定滤材，测定其压力损失。然后将1g/min浓度的ISO fine A2的粉尘喂向测试样品，当样品阻力上升150Pa时，停止实验，并称量测试样品上积累的粉尘增重M1，以及HEPA滤材的增重M2。从而算出该测定滤材的粉尘捕集量,单位：g／m^２；（HEPA滤材的目的是为了使从测定滤材穿过的粉尘不流入机器内部，尤其风机内，起到保护的作用。）

粉尘捕集量=(M1+M2)/测试样品的面积（m²），

捕集效率=M1/(M1+M2)*100%，

通常通过滤材上面的粉尘捕集量来间接地表观滤材的使用寿命，粉尘捕集量大的滤材，使用寿命越长。

（2）刚软度

根据JIS L1096标准，试验材料尺寸：89mm×25mm，利用（格利安式）选用合适的量程砝码，利用设备测试杆摆动幅度的大小，在显示屏上显示出对应的刚软度大小，在本发明的过滤无纺布中的任意5个地方取样并且测定，得到平均值。

（3）拉伸强力

根据JIS L1096标准, 试验材料尺寸：宽50mm×长300mm，标准点为200mm,利用Instron 测定设备，在拉伸速度100mm/min下进行测试。测试经、纬向的样品数各为N=5。

（4）通气度

根据JIS L1096标准，把无纺布沿幅宽方向均匀裁剪10块样品（10cm*10cm）,置于FX3300通气度试验机测试口下方通过125Pa的压力进行测试，测试的量程选为cc/cm²/sec。然后取10块样品测试值的平均值。

（6）扫描电子显微镜照片

通过岛津公司扫描电子显微镜SS-550，观察并拍摄无纺布的表面以及断面照片（放大100倍）。

（7）纤维间粘结率

无纺布幅宽方向平均等距取5cm*5cm样品10块，每块样品上任意取不同的3处，然后用扫描电子显微镜拍这3处的断面图，将该断面图放大100倍，观察每张断面照片（垂直于照片平面），判定纤维之间是否粘结，然后统计30张断面图中的纤维总根数，以及纤维之间有粘结状态的纤维根数，按下列计算公式求出该无纺布的纤维粘结率（%）：

纤维间粘结率（%）=有粘结状态的纤维根数/30张断面图中的纤维总根数*100%。

（8）热收缩率

无纺布幅宽方向均匀取样N=5, 试验材料尺寸：宽50mm×长300mm，标准点为200mm。在试样下方挂上30g的砝码，放于循环式高温烘箱，温度150度处理，3分钟后取出试样，测量无纺布的热收缩率。

实施例1

将90重量%的纤度为8丹尼尔、皮层熔点为170℃的高熔点皮芯复合聚酯纤维、10重量%的20丹尼尔的聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，将上述复合纤维网层以10米/分钟的-速度通过温度200℃的热风箱进行初步热粘合，然后通过冷压辊粘合后，以10米/分钟的速度通过温度为150℃/150℃的上下热辊进行定型加固，其中上下热辊的间距为0.04mm，最后制得热粘合无纺布。通过扫描电子显微镜观察上述无纺布的断面，可知上述两种纤维粘结充分，且该无纺布断面方向的纤维间粘结率为97%，以及评价本发明热粘合无纺布的物性，并示于表1中。

实施例2

将55重量%的纤度为4丹尼尔、皮层熔点为180℃的高熔点皮芯复合聚酯纤维、15重量%的纤度为12丹尼尔、皮层熔点为100℃的低熔点皮芯复合聚酯纤维以及30重量%的纤度为17丹尼尔的聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，将上述复合纤维网层以8米/分钟的-速度通过温度200℃的热风箱进行初步热粘合，再以8米/分钟的速度通过160℃的上下方设有8对热辊的网带式热压装置进行热定型加固，该网带式热压装置的入口处的压力（对无纺布）为0kg/cm²，出口处的压力为40 kg/cm²。同时，网带入口处的间距为45mm，出口处的间距为0.08mm，然后通过冷压辊粘合后，最后制得本发明的热粘合无纺布。通过扫描电子显微镜观察上述无纺布的断面，可知上述三种纤维粘结充分，且该无纺布断面方向的纤维间粘结率为93%，以及评价本发明热粘合无纺布的物性，并示于表1中。

实施例3

将70重量%的纤度为5丹尼尔、皮层熔点为180℃的高熔点皮芯复合聚酯纤维、15重量%的纤度为12丹尼尔、皮层熔点为110℃的低熔点皮芯复合聚酯纤维以及15重量%的纤度为18丹尼尔的聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，将上述复合纤维网层以15米/分钟的-速度通过温度250℃的热风箱进行初步热粘合，再以15米/分钟的速度通过150℃的上下方设有12对热辊的网带式热压装置进行热定型加固，该网带式热压装置的入口处的压力（对无纺布）为0kg/cm²，出口处的压力为50 kg/cm²，同时，网带入口处的间距为40mm，出口处的间距为0.05mm，然后通过冷压辊粘合后，最后制得本发明的热粘合无纺布。通过扫描电子显微镜观察上述无纺布的断面，可知上述三种纤维粘结充分，且该无纺布断面方向的纤维间粘结率为95%，以及评价本发明热粘合无纺布的物性，并示于表1中。

实施例4

将55重量%的纤度为5丹尼尔、皮层熔点为200℃的高熔点皮芯复合聚酯纤维、20重量%的纤度为15丹尼尔、皮层熔点为130℃的低熔点皮芯复合聚酯纤维以及25重量%的纤度为18丹尼尔的聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，将上述复合纤维网层以9米/分钟的-速度通过温度180℃的热风箱进行初步热粘合，再以9米/分钟的速度通过160℃的设有6对对称热辊的循环式烘箱进行热定型加固，热辊入口处的压力（对无纺布）为0kg/cm²，出口处的压力为70 kg/cm²。同时，热辊入口处的间距为40mm，出口处的间距为0.1mm。然后通过冷压辊粘合后，最后制得本发明的热粘合无纺布。通过扫描电子显微镜观察上述无纺布的断面，可知上述三种纤维粘结充分，且该无纺布断面方向的纤维间粘结率为94%，以及评价本发明热粘合无纺布的物性，并示于表1中。

实施例5

将60重量%的纤度为4丹尼尔、皮层熔点为190℃的高熔点皮芯复合聚酯纤维、20重量%的纤度为15丹尼尔、皮层熔点为100℃的低熔点皮芯复合聚酯纤维以及20重量%的纤度为20丹尼尔的聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，将上述复合纤维网层以10米/分钟的-速度通过温度200℃的热风箱进行初步热粘合，再以10米/分钟的速度通过150℃的上下方设有6对热辊的网带式热压装置进行热定型加固，该网带式热压装置的入口处的压力（对无纺布）为0kg/cm²，出口处的压力为55kg/cm²。同时，网带入口处的间距为40mm，出口处的间距为0.09mm。然后通过冷压辊粘合后，最后制得本发明的热粘合无纺布。通过扫描电子显微镜观察上述无纺布的断面，可知上述三种纤维粘结充分，且该无纺布断面方向的纤维间粘结率为92%，以及评价本发明热粘合无纺布的物性，并示于表1中。

实施例1～5制得的热粘合无纺布可应用于汽车过滤领域。

比较例1

将50重量%的纤度为12丹尼尔、皮层熔点为100℃的低熔点皮芯复合聚酯纤维与50重量%的纤度为15丹尼尔的聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，将上述复合纤维网层以10米/分钟的-速度通过温度200℃的热风箱进行热粘合，再用冷压辊初步粘合后，然后以10米/分钟的速度通过温度为155℃/155℃的上下热辊进行定型加固，其中上下热辊的间距为0.04mm，最后制得热粘合无纺布。通过扫描电子显微镜观察上述无纺布的断面，可知上述三种纤维没有充分粘结，该无纺布断面方向的纤维间粘结率为43%，以及评价该热粘合无纺布的物性，并示于表1中。

比较例2

将30重量%的纤度为15丹尼尔、皮层熔点为110℃的低熔点皮芯复合聚酯纤维与70重量%的纤度为18丹尼尔的聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，将上述复合纤维网层以8米/分钟的-速度通过温度180℃的热风箱进行热粘合，再用冷压辊初步粘合后，然后以8米/分钟的速度通过温度为145℃/145℃的上下热辊进行定型加固，其中上下辊的间距为0.03mm，最后制得热粘合无纺布。通过扫描电子显微镜观察上述无纺布的断面，可知上述三种纤维没有充分粘结，该无纺布断面方向的纤维间粘结率为32%，以及评价该热粘合无纺布的物性，并示于表1中。

表1

1

Claims

1.一种热粘合无纺布，其特征在于：该无纺布是由皮芯复合纤维和聚酯纤维构成的，该无纺布断面方向上两种纤维间粘结率为60～99%，且该无纺布的经向热收缩率在2.0%以下。

2.根据权利要求1所述的热粘合无纺布，其特征在于：所述皮芯复合纤维占无纺布的70～90重量%、所述聚酯纤维占无纺布的10～30重量%。

3.根据权利要求1或2所述的热粘合无纺布，其特征在于：所述皮芯复合纤维的纤度为3～20丹尼尔。

4.根据权利要求1或2所述的热粘合无纺布，其特征在于：所述聚酯纤维的纤度为10～30丹尼尔。

5.根据权利要求1或2所述的热粘合无纺布，其特征在于：在风量3m3/min时，该无纺布对ISO fine A2粉尘的捕集效率为60～90%。

6.一种权利要求1所述的热粘合无纺布的生产方法，其特征在于：至少将皮层熔点为大于150℃的高熔点皮芯复合纤维和聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成纤维网层，以8～15米/分钟的-速度通过温度170～250℃的热风系统进行初步热粘合并冷压后，再以8～15米/分钟的速度通过120～200℃的热压装置进行热定型加固，最后卷取制得成品。

7.根据权利要求6所述的热粘合无纺布的生产方法，其特征在于：所述高熔点皮芯复合纤维的投料量占所有纤维投料总量的50～90%。

8.根据权利要求6所述的热粘合无纺布的生产方法，其特征在于：所述皮芯复合纤维中还含有皮层熔点为90～150℃的低熔点皮芯复合纤维。

9. 根据权利要求8所述的热粘合无纺布的生产方法，其特征在于：所述低熔点皮芯复合纤维的投料量占所有纤维投料总量的20重量%以下。

10.一种权利要求1所述的热粘合无纺布在空气过滤领域中的应用。