CN104178925A - 一种热粘合无纺布及其生产方法和用途 - Google Patents
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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、阻燃聚酯纤维和抗菌聚酯纤维三种纤维构成，该无纺布断面方向上三种纤维呈粘接状态，且纤维间粘接率为60～99%，根据JISL1902:2008标准，对黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌的抗菌活性值达到3.0以上。本发明的热粘合无纺布具有优良的抗菌性、阻燃性、强度高、集尘量高的特点，可应用于空气过滤领域，比如汽车空调过滤器、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等，主要应用于汽车空调用过滤器。
Description
技术领域
本发明涉及一种热粘合无纺布及其生产方法，应用于空气过滤领域，尤其是汽车空调过滤领域。
背景技术
目前市场上无纺布的成网方式主要有干法，湿法，气流成网法，纺粘法，熔喷法等，其中又以干法成网为主，占到整个无纺布生产总量的50%以上，干法成网后的固网方式有针刺、水刺、化学粘合、热粘合等。针对运用于空气过滤领域的无纺布，需要具有高透气性、高集尘的特点，因此干法化学粘合和干法热粘合形成的低克重无纺布运用较多，但化学粘合加固过程中产生的三废、能耗高等问题没有彻底被解决，并且产品中残留的化学药剂对人体有着副作用，例如对皮肤的刺激性。另外，由于化学粘合无纺布中含有可燃性粘合剂，不能被应用于汽车空调过滤领域，带来使用的局限性。
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。针刺棉无纺布虽然集尘效果（寿命长）比较好，但是其捕集效率比较低，且强度不高，如果受到高（强度）风量时，纤维间空隙会变大，过滤效果更差。而热粘合无纺布的集尘效果好差是根据它的加工方法，目前其加工方法是通过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，再对纤维网层热轧辊加热加固，采用这种方法使得无纺布表面的低熔点纤维由于受热或受力过量，导致纤维被压扁，从而通气度下降、阻力增加；而且由于热辊加固，无纺布中间层受热不足、中间层低熔点纤维受热不足，从而导致强力降低。
如中国公开专利CN101058960中公开了一种热粘合无纺布，虽然提到了使用“10～25微米的小直径纤维”和“30～50微米的大直径纤维”的混纺结构，并且提到了“低熔点树脂部”的皮芯复合纤维，可以达到所谓的高刚性、高抗拉强度的优点。但是并没有具体阐述具体各纤维种类的配比和厚度要求，以及汽车行业用的阻燃特性，更没有抗菌的性能，而且该专利中对纤维网层再次热定型加固的方法是采用120～200度左右热的轧纹辊、热的轧光辊等，通过该轧辊加热加固的话，只是无纺布表面的皮芯复合纤维受热融化粘接，而无纺布内部的纤维没有充分粘接或粘接很少，这样就带来了外层纤维粘接，内层纤维没有粘接的现象，从而导致无纺布强度低，集尘量小等缺点。另外，通过这样的加固方法还会使表面的纤维容易压扁，这样就会降低通气度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高、集尘量高、抗菌性优异的热粘合无纺布。
本发明的另一目的在于提供一种热粘合无纺布的生产方法，该方法提高了无纺布断面方向上纤维间的粘接率，同时又不会使表层的纤维受力过量。
本发明的技术解决方案是：本发明的热粘合无纺布，该无纺布是由皮芯复合纤维、阻燃聚酯纤维和抗菌聚酯纤维三种纤维构成，该无纺布断面方向上三种纤维呈粘接状态，且纤维间粘接率为60～99%，通过皮芯复合纤维的皮层部分（低熔点）受热熔融，从而使三种纤维熔融接合。根据JISL1902:2008标准，对黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌的抗菌活性值达到3.0以上。皮芯复合纤维、阻燃聚酯纤维和抗菌聚酯纤维分别达到粘合、阻燃、抗菌、提高刚软度的目的。该无纺布的上表层、中间层、下表层的纤维都充分熔融，通过扫描电子显微镜可以看出，该无纺布断面方向上，上述三种纤维呈粘接状态，且该无纺布断面方向的纤维间粘接率为60～99%。如果该无纺布断面方向的纤维间粘接率小于60%的话，说明皮芯复合纤维与其他纤维没有充分粘接，可能只有无纺布上、下表面的纤维受热粘接，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。
本发明的热粘合无纺布，上述抗菌聚酯纤维为纤度在10～30丹尼尔之间的粗纤度抗菌聚酯纤维、纤度在1～9丹尼尔之间的细纤度抗菌聚酯纤维中的一种或两种构成。粗纤度抗菌聚酯纤维不仅可以赋予无纺布抗菌性，而且还可以提高无纺布的强度及硬度，便于后道加工；细纤度抗菌聚酯纤维可以赋予无纺布抗菌性，并且由于纤度相对较小，可以提高无纺布的过滤效率,其含量为20重量%以下。
本发明的热粘合无纺布，该无纺布的经向拉伸强力为80～160N/5cm，纬向拉伸强力为100～200N/5cm。如果上述无纺布的经向拉伸强力小于80N/5cm、纬向拉伸强力小于100N/5cm的话，无纺布易拉断。
本发明的热粘合无纺布，在风量3m3/min时，该无纺布对ISO fine A2粉尘的集尘量为100～300g/m2。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；如果集尘量高于300g/m2的话，寿命长，肯定好，但是现有技术很难达到300g/m2。
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150 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150 cc/cm2/sec的话，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，该无纺布的生产方法如下：至少将45～70重量%的皮芯复合纤维、10～30重量%的阻燃聚酯纤维、10～25重量%的纤度为10～30丹尼尔的粗纤度抗菌聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，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，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，然后通过冷压辊粘合后，最后制得成品。本发明是先将上述复合纤维网层通过热风箱进行初步的热粘合，使纤维间在只受热（无压力）的状态下保持纤维间初步接触，然后再通过120～200℃热压装置进行热定型加固，通过热定型加固的方法，使得表面纤维不仅粘接比较好，中间层的纤维也会充分地粘接，从而使得到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接；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。
本发明的皮芯复合纤维的皮层由于熔点较低，受热后可以和其它纤维粘接加固，其含量为45～70重量%，如果含量高于70重量%的话，虽然粘接性好，但是由于其它纤维的减少会带来刚软度或阻燃性、抗菌性的降低；如果含量低于45重量%的话，起不到粘接效果的作用，最终会导致无纺布强度下降。上述皮芯复合纤维的纤度为1～20丹尼尔，优选4～15丹尼尔。对于阻燃聚酯纤维，由于某些行业的要求，比如汽车内使用时，必须要求达到FMVSS302的阻燃要求，所以其含量为10～30重量%，优选15～20重量%。如果阻燃聚酯纤维的含量低于10重量%的话，满足不了阻燃要求；如果阻燃聚酯纤维的含量高于30重量%的话，由于其它纤维的含量减少，导致纤维间不能充分熔融、刚软度下降等后果，且阻燃聚酯纤维价格较贵，增加成本。上述阻燃聚酯纤维的纤度为1～20丹尼尔，优选4～10丹尼尔。构成本发明的无纺布中必须含有10～25重量%的纤度为10～30丹尼尔的粗纤度抗菌聚酯纤维，粗纤度抗菌聚酯纤维主要是满足抗菌性，刚性和强度要求的，含量过高的话，成本增加，纤维间空隙变大，影响捕集效率。
通过上述方法制得无纺布的厚度为0.2～0.5mm，如果无纺布的厚度高于0.5mm，会导致不易打折加工；低于0.2mm，无纺布太薄，粉尘集尘量低。
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。
本发明的热粘合无纺布具有抗菌性优异、阻燃性好、强度高、集尘量高的特点，可应用于空气过滤领域，比如汽车空调过滤器、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等，主要应用于汽车空调用过滤器。
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）阻燃性
①试样不燃烧，或火焰在样品上水平燃烧的速度不超过102mm/min；②从测试记时开始，如果样品燃烧的时间不到60秒，就停止燃烧了，且从计时开始那个位置起，样品的损毁长度没有超过51mm,则认为其满足FMVSS302的要求（注：计时开始位置为离点火端38mm处，当火烧到此位置开始记时，燃烧不超过38mm的话即为SE）。
（2）抗菌活性值
根据JISL1902:2008标准，进行菌种的定量测试，通过织物的消毒、接种测试菌、菌培养、对残留的菌落计数，从而计算出每个菌种的抗菌活性值。
（3）集尘量（粉尘捕集量）
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，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／m２；（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），
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。
（4）压力损失
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，不喂粉尘时，测试样品的初始阻力。一般测试5个样品，取平均值。
（5）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。
（6）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。
（7）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。
（8）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）。
（9）纤维间粘接率
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接，然后统计30张断面图中的纤维总根数，以及纤维之间有粘接状态的纤维根数，按下列计算公式求出该无纺布的纤维粘接率（%）：
纤维间粘接率（%）=有粘接状态的纤维根数/30张断面图中的纤维总根数*100%。
实施例1
将50重量%的皮芯复合纤维、30重量%的阻燃聚酯纤维、20重量%的20丹尼尔粗纤度抗菌聚酯纤维进行投料，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，可知上述三种纤维呈粘接状态，且该无纺布断面方向的纤维间粘接率为91%，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70重量%的皮芯复合纤维、20重量%的阻燃聚酯纤维、10重量%的20丹尼尔粗纤度抗菌聚酯纤维进行投料，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，可知上述三种纤维呈粘接状态，且该无纺布断面方向的纤维间粘接率为89%，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45重量%的皮芯复合纤维、30重量%的阻燃聚酯纤维、25重量%的15丹尼尔粗纤度抗菌聚酯纤维进行投料，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200℃的设有4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60 kg/cm2。同时，热辊入口处的间距为45mm，出口处的间距为0.06mm。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，可知上述三种纤维呈粘接状态，且该无纺布断面方向的纤维间粘接率为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4
将65重量%的皮芯复合纤维、10重量%的阻燃聚酯纤维、25重量%的10丹尼尔粗纤度抗菌聚酯进行投料，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，可知上述三种纤维呈粘接状态，且该无纺布断面方向的纤维间粘接率为84%，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50重量%的皮芯复合纤维、25重量%的阻燃聚酯纤维、15重量%的纤度为20丹尼尔的粗纤度抗菌聚酯纤维和10重量%的纤度为4丹尼尔的细纤度抗菌聚酯纤维进行投料，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，可知上述三种纤维呈粘接状态，且该无纺布断面方向的纤维间粘接率为90%，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%的皮芯复合纤维、20重量%的阻燃聚酯纤维、30重量%的纤度为20丹尼尔的粗纤度抗菌聚酯纤维进行投料，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，该无纺布断面方向的纤维间粘接率为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%的皮芯复合纤维、30重量%的阻燃聚酯纤维、40重量%的纤度为15丹尼尔的粗纤度抗菌聚酯纤维进行投料，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，该无纺布断面方向的纤维间粘接率为32%，以及评价该热粘合无纺布的物性，并示于表1中。
比较例3
将70重量%的皮芯复合纤维、30重量%的阻燃聚酯纤维进行投料，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，该无纺布断面方向的纤维间粘接率为43%，以及评价该热粘合无纺布的物性，并示于表1中。
表1
Claims (10)
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、阻燃聚酯纤维和抗菌聚酯纤维三种纤维构成，该无纺布断面方向上三种纤维呈粘接状态，且纤维间粘接率为60～99%，根据JISL1902:2008标准，对黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎杆菌的抗菌活性值达到3.0以上。
2.根据权利要求1所述的热粘合无纺布，其特征在于：所述抗菌聚酯纤维为纤度在10～30丹尼尔之间的粗纤度抗菌聚酯纤维与纤度在1～9丹尼尔之间的细纤度抗菌聚酯纤维中的一种或两种构成。
3.根据权利要求1或2所述的热粘合无纺布，其特征在于：该无纺布的经向拉伸强力为80～160N/5cm，纬向拉伸强力为100～200N/5cm。
4.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粉尘的集尘量为100～300g/m2。
5.一种权利要求1所述的热粘合无纺布的生产方法，其特征在于：至少将45～70重量%的皮芯复合纤维、10～30重量%的阻燃聚酯纤维、10～25重量%的纤度为10～30丹尼尔的粗纤度抗菌聚酯纤维进行投料，经过开棉、梳棉、交叉铺网后形成复合纤维网层，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，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，然后通过冷压辊粘合后，最后制得成品。
6.根据权利要求5所述的热粘合无纺布生产方法，其特征在于：所述热压装置为网带式热压装置，且所述网带式热压装置的上下方设有4～12对的热辊。
7.根据权利要求5所述的热粘合无纺布的生产方法，其特征在于：所述热压装置为循环式烘箱，且所述烘箱中设有至少4对对称热辊。
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。
9.根据权利要求7所述的热粘合无纺布的生产方法，其特征在于：所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。
10.一种权利要求1所述的热粘合无纺布应用于空气过滤领域。
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