CN103938365A - 一种摩擦带电针刺非织造材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：第一步：洗涤除去第一种纤维和第二种纤维表面的抗静电剂和油剂，并烘干；所述的第一种纤维和第二种纤维的导电率不同；第二步：利用梳理机将第一种纤维和第二种纤维混合并梳理成纤维网；第三步：利用针刺机对从梳理机输出的纤维网进行反复针刺以便加固纤维网并使纤维网带上静电，得到摩擦带电针刺非织造材料。本发明具有较好的空气过滤性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种由两种纤维混纺制成的摩擦带电针刺非织造材料的制备工艺和应用。带有摩擦电荷的非织造材料可用来过滤空气中的微小颗粒。
背景技术
目前，通常使用的空气过滤的介质一般都是非织造材料为主，包括熔喷非织造材料、针刺非织造材料等等。这些材料作为过滤介质时主要是通过控制纤维之间的孔隙，使小于该孔隙的微粒不能通过，或者是增加非织造材料的厚度，使材料内部的孔隙变得复杂，当微粒进入材料时会由于碰撞、摩擦等发生能量消耗，从而留在材料中。
但是以上两种方法都有其缺陷，由于纤维细度、以及现阶段技术的限制，纤维间的孔隙不能无限的减小，而且，在孔隙减小的同时，空气的透过会变的困难，以此带来的后果是过滤阻力大大升高。并且由于用途的限制，非织造材料不可能做的太厚。
针对以上问题，现在国际上比较流行的是将纤维带电，通过静电的作用将微粒吸附在材料上。常见的使纤维带电的方法有以下几类。1、摩擦带电，是固体带电中的一种常见的带电现象，对于此种带电主要有以下几种观点：(1)摩擦带电是由于接触带电而产生的，摩擦只不过是会使接触面积增大。(2)接触带电是平衡状态下的带电，而摩擦带电则是过渡状态下的带电。(3)摩擦可以分解为接触-分离-接触-分离……这样的反复运动过程。(4)摩擦带电是在界面上消耗了功的结果。(5)摩擦使界面分离开来。2、电晕带电，包括两种荷电方式：(1)扩散荷电，电晕放电产生的离子由于热运动而扩散，并附着在离子表面，使之荷电。(2)碰撞荷电：电晕放电产生离子后，因处于外电场中而受加速，与粒子碰撞而是粒子带电。(3)感应带电，是通过外部电场对场内粒子的电感作用使之带电。
对于如何使纤维带电从而实现吸附微粒是一个关键点。中国专利“带电过滤和面罩”(申请号201180022570.5)公开了一种使纤维带电的方法，是通过具有使里介质由极性液体进行作用而带电的液体带电无纺布层和使用多种纤维成分。彼此摩擦而带电的摩擦带电无纺布层。该发明一定程度上能够使无纺布带电，但是由于使用了液体，使之工艺变得复杂，同时液体对产品有一定程度的污染，安全性值得考虑。专利“静电过滤复合空气净化装置”(申请号201210199104.0)公开了一种几点过滤复合空气净化装置，包括管道以及设置与管道内部的净化装置，所述管道截面为正方形结构，所述净化装置依次包括：垂直于管道设置的初效过滤网、与管道轴向设置高压电极、垂直于管道设置的集尘均流板和高效过滤器。此发明的虽然也使用了静电效果，但是其更注重的是管道的设置，同时其加电方法使用的是高压加电，有一定的工艺复杂性和危险性。
发明内容
本发明的目的是制备一种具有更好的空气过滤性能的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
第一步：洗涤除去第一种纤维和第二种纤维表面的抗静电剂和油剂，并烘干；所述的第一种纤维和第二种纤维的导电率不同；
第二步：利用梳理机将第一种纤维和第二种纤维混合并梳理成纤维网；
第三步：利用针刺机对从梳理机输出的纤维网进行反复针刺以便加固纤维网并使纤维网带上静电，得到摩擦带电针刺非织造材料。
优选地，所述的第一步中将第一种纤维和第二种纤维烘干至含水量<0.1％。
优选地，所述第二步中的纤维网的单位面积质量为100～500g/m2。
优选地，所述的第三步中的针刺机的幅宽1.20-5.5m，植针密度6000-20000枚/m，采用下刺式直线型刺针运动轨迹，针板布针方式为双人字形。
优选地，所述的第三步中的针刺频率为700-3500次/min，针刺密度为250-1500刺/cm2。
优选地，所述的摩擦带电针刺非织造材料的厚度为3-20mm。
优选地，所述的第三步中在针刺之前，先利用预针刺机对从梳理机输出的纤维网进行预针刺。
更优选地，所述的第三步中利用一个旋转的滚筒将从梳理机输出的纤维网输入预针刺机。
更优选地，所述的旋转的滚筒的直径为80-150mm。
更优选地，所述的预针刺机的幅宽2.20m，植针密度15000枚/m，采用下刺式直线型刺针运动轨迹，针板布针方式为双人字形。
更优选地，所述的预针刺的针刺频率为2000-3000次/min，针刺密度为1000-1500刺/cm2。
优选地，所述的第一种纤维或第二种纤维独立地为粘胶纤维、棉花纤维、蚕丝纤维、不锈钢纤维、醋酸纤维、聚甲基丙烯酸甲酯纤维、聚乙烯醇纤维、涤纶纤维、腈纶纤维、聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯纤维或聚四氟乙烯纤维。
优选地，所述的第一种纤维为聚丙烯腈纤维，第二种纤维为聚四氟乙烯纤维，第一种纤维和第二种纤维的重量比为1∶5-5∶1。
本发明利用梳理机梳理以及针刺加固工艺过程中对两种纤维的摩擦，使得纤维网带有摩擦电荷。利用聚丙烯腈纤维和聚四氟乙烯纤维作为混纺纤维材料，其具有长时间保存电荷的特点。纤维材料并不局限于以上两种纤维材料，当两种不同的纤维材料摩擦的时候，导电率大的一种带正电，导电率小的材料带负电，各种纤维材料相互摩擦时带有电荷的顺序如图1所示。当上述纤维进行摩擦的时候，靠近左边的容易带上正电荷，靠近右边的容易带上负电荷。
通常选择的梳理机为一具有小直径剥离滚筒的系统，纤维的梳理结束以后，将纤维网从滚筒上分离下来。在实际生产过程中，可以采用具有较大直径的同步旋转滚筒的分离系统，为了防止梳理好的纤维网在输送的过程中被拉长，在梳理机和预针刺机之间的距离要尽可能的短，以保证纤维网的质量良好。得到的最好结果就是通过针刺工艺的加固过程使其能够摩擦产生尽可能多的电荷而又不对纤网的结构产生显著的影响。当将根据本发明提供的摩擦带电针刺非织造材料与其他织物层压在一起而引起增强的效果时也能够提供很大的益处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明设备投资低，工艺简单，所制备非织造材料具有较高的空气过滤效率、更大的容尘量和更低的过滤阻力。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
一种摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，具体步骤为：
(1)洗涤除去聚丙烯腈纤维和聚四氟乙烯纤维表面的抗静电剂和油剂，洗涤剂采用普通的洗洁精，洗涤过程中用双手不停的轻轻搓揉纤维，然后用清水将残留的洗洁精冲洗干净直至没有泡沫产生，并在95℃烘干至含水量<0.1％。
(2)利用梳理机将聚丙烯腈纤维和聚四氟乙烯纤维按照重量比为1∶5的比例混合梳理成纤维网。实验用梳理机的基本参数为：机幅：260mm；给棉罗拉直径Φ57mm；刺毛辊工作直径Φ168mm；锡林工作直径Φ315mm；道夫工作直径Φ168mm；机器外形尺寸1897×566×1072(mm)。纤维网的单位面积质量为450g/m2
(3)利用一个直径为90mm的旋转的滚筒将从梳理机输出的纤维网输入预针刺机，先利用预针刺机对从梳理机输出的纤维网进行预针刺，所述的预针刺机的幅宽2.2m，植针密度8000枚/m，采用下刺式直线型刺针运动轨迹，针板布针方式为双人字形。所述的预针刺的针刺频率为1000次/min，针刺密度为1000刺/cm2。再利用针刺机对从梳理机输出的纤维网进行反复针刺以便加固纤维网并使纤维网带上静电，得到摩擦带电针刺非织造材料，针刺机的幅宽2.2m，植针密度20000枚/m，采用下刺式直线型刺针运动轨迹，针板布针方式为双人字形，针刺频率为3000次/min，针刺密度为1500刺/cm2。
采用TSI8130自动滤料测试仪对上述材料的过滤性能进行了测试，采用氯化钠气溶胶，流量为85±2L/min，结果显示材料的过滤效率为62％，而相同工艺条件下制备的纯聚丙腈针刺非织造材料的过滤效率仅为24％。
Claims (9)
1.一种摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
第一步：洗涤除去第一种纤维和第二种纤维表面的抗静电剂和油剂，并烘干；所述的第一种纤维和第二种纤维的导电率不同；
第二步：利用梳理机将第一种纤维和第二种纤维混合并梳理成纤维网；
第三步：利用针刺机对从梳理机输出的纤维网进行反复针刺以便加固纤维网并使纤维网带上静电，得到摩擦带电针刺非织造材料。
2.如权利要求1所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的第一步中将第一种纤维和第二种纤维烘干至含水量<0.1％。
3.如权利要求1所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述第二步中的纤维网的单位面积质量为100～500g/m2。
4.如权利要求1所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中的针刺机的幅宽1.20-5.5m，植针密度6000-20000枚/m，采用下刺式直线型刺针运动轨迹，针板布针方式为双人字形。
如权利要求1所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中的针刺频率为700-3500次/min，针刺密度为250-1500刺/cm2。
5.如权利要求1所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的摩擦带电针刺非织造材料的厚度为3-20mm。
6.如权利要求1所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中在针刺之前，先利用预针刺机对从梳理机输出的纤维网进行预针刺。
7.如权利要求7所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的第三步中利用一个旋转的滚筒将从梳理机输出的纤维网输入预针刺机。
8.如权利要求8所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的旋转的滚筒的直径为80-150mm。
9.如权利要求1所述的摩擦带电针刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述的第一种纤维为聚丙烯腈纤维，第二种纤维为聚四氟乙烯纤维，第一种纤维和第二种纤维的重量比为1∶5-5∶1。
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