CN105328351B

CN105328351B - 负离子窗纱膜打孔方法及微孔窗纱膜

Info

Publication number: CN105328351B
Application number: CN201510736380.XA
Authority: CN
Inventors: 王凡; 王一凡; 李琪琪
Original assignee: Xi'an Kangpurui New Material Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Xi'an Kangpurui New Material Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: CN105328351A

Abstract

一种负离子窗纱膜打孔方法及微孔窗纱膜，其先将负离子窗纱膜以负离子膜朝上装于放卷机，另一端穿过拖动压辊、多个过渡辊及纠偏器后装于收卷机，其设于电晕头下，负离子膜由涂料加工制成，涂料配方：水性聚氨酯乳液80～90份，水性蜡乳液5～8份，负离子粉3～5份，抗紫外线剂0.3～0.6份，抗氧化剂1～3份，表面活性剂0.01～0.3份，抗静电剂0.4～0.5份，阻燃剂5～6份，去离子水5～15份；调整负离子窗纱膜与电晕头间距离；闭合拖动压辊后开启主机，带动负离子窗纱膜运行增速，之后保持匀速；使电晕头连续打孔与放、收卷机同步进行，打孔孔径200～500um，孔密度100～500个/cm²，微孔窗纱膜包括窗纱和负离子膜。本发明工艺简单，加工效率高，微孔窗纱膜既可以保证透气性，又具有很好防霾效果。

Description

负离子窗纱膜打孔方法及微孔窗纱膜

技术领域

本发明涉及膜加工技术领域，特别指一种负离子窗纱膜打孔方法及微孔窗纱膜。

背景技术

众所周知，PM2.5是粒径在2.5微米以下的空气污染颗粒物，以筛分原理，当我们以纱窗的形式进行室外雾霾阻挡时，窗纱网孔只有小于2.5微米时才能有效阻隔雾霾，这不失为以物理方法进行雾霾防护的一种行之有效的方法，这种方法在一些雾霾防护产品上使用过。但是，我们知道，在室内进行雾霾防护时，防霾只是目的之一，更重要的是要进行室内有害气体的排放和氧气的补充。因为，室内有害气体和缺氧对人体的伤害不亚于雾霾。因此，以纱窗作为防霾工具时，纱窗将担负着防霾和室内有害气体交换的双重作用，以前面提到的物理防霾方法，只要窗纱网孔足够小，防霾效果可能达到一定程度，但当窗纱网孔的孔径很小时，透气量将大打折扣，人们在室内往往感到很闷，甚至头晕，失去了防霾纱窗的真实意义。

而大家都知道，空气中烟尘、粉尘、飘尘等带正电荷的颗粒物很容易吸附空气中的负离子，这些负离子使得这些尘粒凝并，成为大粒子沉降下来，从而净化了空气，尤其对粒径小至0.01微米的微粒和难以去除的飘尘凝并效果更明显。不仅如此，负离子也有很好的拟菌作用，它的抑菌机理在于负离子与细菌结合后，使细菌产生结构的改变或能量的转移，导致细菌死亡。负离子也能有效去除空气中的多种有害物质，如一些有害的化学物质和挥发性有机化合物VOC等。因此，负离子消除室内局部雾霾的作用是不可质疑的，这是由于空气中微小粒子基本上都带有正电荷或负电荷，粒径越小，带电性越强，人工合成的负离子粉所释放的负电荷在有效的范围内正好可以吸附或排斥空气中的带电粒子，从而达到降低雾霾的作用；但是，负离子粉所释放的负离子的带电量是有限的，如果将其作为防霾屏障，直接涂布在普通窗纱上，其弱小的电场力很难完全扑捉通过窗纱的雾霾颗粒，而窗纱的大孔洞也很难阻挡空气中的大颗粒物，达不到防霾的效果。如果将可以释放负离子的纱网的孔径变小，而且改变孔型，使负离子的电场力在有效的范围内达到最大，并且利用规则形圆型孔对空气中流动的尘埃形成的涡流现象，阻挡作用将增强很多，就能达到很好的防霾防尘效果；同时使释放负离子的功能薄膜上的微孔最大化，进行有效而充足的室内气体交换。才能有效解决目前防霾窗纱防霾效果好而透气量不足或透气量充足而防霾效果很差的二者不能兼得的实际问题。

针对上述问题，如何实现既能防霾又足够透气的窗纱膜(即窗纱)是本发明人所研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负离子窗纱膜打孔方法及微孔窗纱膜，该打孔方法工艺简单，加工效率高，该打孔方法加工的微孔窗纱膜既可以保证足够透气性，又能提高防霾效果。

为了达到上述目的，本发明提供一种负离子窗纱膜打孔方法，其包括如下步骤：

(1)将已预制好的负离子膜和窗纱制成的负离子窗纱膜以负离子膜朝上的方式一端安装于放卷机，另一端穿过拖动压辊、多个过渡辊及纠偏器后安装于收卷机上，整个负离子窗纱膜形成连续工作曲线回路，所述负离子窗纱膜设于用于在其上打孔的电晕机的电晕头下方，所述负离子膜是由负离子涂料加工成膜，所述负离子涂料按重量份数的配方是：水性聚氨酯乳液80～90份，水性蜡乳液5～8份，负离子粉3～5份，抗紫外线剂0.3～0.6份，抗氧化剂1～3份，表面活性剂0.01～0.3份，抗静电剂0.4～0.5份，阻燃剂5～6份，去离子水5～15份；

(2)调整负离子窗纱膜与电晕头之间的距离；

(3)闭合拖动压辊，之后开启主机，使主机带动负离子窗纱膜运行，速度逐渐增加，之后保持匀速运行；

(4)调整电晕机的变压器输出参数，使电晕头电晕连续打孔作业与放卷机和收卷机同步进行，并且电晕打孔的孔径在200～500um，孔密度为100～500个/cm²。

本发明负离子窗纱膜打孔方法，其中所述步骤(1)中放卷机的放卷张力为3.5～5Kg，所述收卷机的收卷张力5～8Kg。

本发明负离子窗纱膜打孔方法，其中所述步骤(2)中负离子窗纱膜与电晕头的距离调整为2～5cm。

本发明负离子窗纱膜打孔方法，其中所述步骤(3)中拖动压辊的压力控制在2～6Kg。

本发明负离子窗纱膜打孔方法，其中所述步骤(3)中主机运行速度逐步增加到8～20米/分钟并保持匀速。

本发明负离子窗纱膜打孔方法，其中所述步骤(4)中电晕机的变压器输出电压控制在10～12KV。

一种所述的负离子窗纱膜打孔方法加工的微孔窗纱膜，其中包括窗纱，所述窗纱上面连接有能释放大量负离子的所述负离子膜，所述负离子膜上设有多个微孔，所述微孔为圆柱形或圆锥形。

本发明微孔窗纱膜，其中其厚度为100～180um，所述负离子膜的厚度为20～60um。

本发明微孔窗纱膜，其中所述微孔孔径为200～500um，孔密度为100～500个/cm²

本发明微孔窗纱膜，其中所述微孔窗纱膜释放负离子量为1000～6000个/cm³。

采用上述方案后，本发明负离子窗纱膜打孔方法及微孔窗纱膜的有益效果是：

1、本发明是利用空气电离后高温离子的强大冲击力对已预涂负离子膜进行击穿，从而形成致密而微小的微孔，在负离子膜的负离子涂料配制时，为了更好的适应电晕头的电晕打孔的加工要求，不但使其具有很好的成膜性能，又具有较低的熔融温度，熔融温度一般控制在120～140℃；同时涂布成膜时，控制成膜(负离子膜)厚度，使其控制在20～60um，电晕加工时，以10～12KV的变压器输出电压，即可使预涂负离子膜在强的电晕冲击下形成一个个孔径均一而随机密集分布的微孔，微孔孔径取决于电晕功率的大小及电晕时间的长短，一般在200～500um范围内，此技术关键在于预涂负离子膜物理性能的适应性，现有诸如PET、BOPP、PP、PE、PVC、PETG等塑料薄膜均无法以这种技术进行打孔，而本发明实现了，并且其达到了防霾换气的作用；

2、本发明负离子窗纱膜打孔方法加工速度快，每小时可达1200平米以上，设备投资小，适合大批量工业化生产；

3、本发明加工的微孔窗纱膜的微孔在材料表面随机均匀分布，孔径一致性好，孔密度高，透气性好，透气量大于3立方米/平方米﹒分钟；结合1000～6000个/cm³的负离子释放量，防霾效果可达90％以上。

附图说明

图1为本发明负离子窗纱膜打孔方法所用的打孔装置结构示意图；

图2为本发明微孔窗纱膜的实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明负离子窗纱膜打孔方法用到了负离子窗纱膜打孔装置，如图1所示，包括放卷机1和收卷机2，放卷机1与收卷机2上安装有带状负离子窗纱膜3，结合图2所示，负离子窗纱膜3是由负离子膜4和普通窗纱5连接而成，放卷机1与收卷机2之间设有拖动压辊6、多个过渡辊7及纠偏器8，负离子窗纱膜3穿过多个过渡辊7、穿过拖动压辊6及纠偏器8形成连续曲线工作回路，放卷机1与收卷机2中间的位置设有橡胶辊9，橡胶辊9上面支撑着带状负离子窗纱膜3。负离子窗纱膜3的上方设有用于在其上打孔的电晕机的电晕头10。该电晕头10(为高压放电电极)用于打孔。电晕头10位于橡胶辊9的正上方，电晕头10与负离子窗纱膜3之间的垂直距离为2～5cm。

本发明负离子窗纱膜打孔方法，包括如下步骤：

(1)将已预制好的由负离子膜4和普通窗纱5制成的负离子窗纱膜3以负离子膜4朝上的方式一端安装于放卷机1上，放卷机1的放卷张力为3.5～5Kg，负离子窗纱膜3的另一端穿过多个过渡辊7、拖动压辊6及纠偏器8后安装于收卷机2上，收卷机2的收卷张力5～8Kg，整个负离子窗纱膜3形成一个连续工作的曲线回路，负离子窗纱膜3设置于电晕机的电晕头10下方且位于橡胶辊9上面。负离子膜4是由负离子涂料加工成膜，该负离子涂料按重量份数的配方是：水性聚氨酯乳液80～90份，水性蜡乳液5～8份，负离子粉3～5份，抗紫外线剂0.3～0.6份，氟表面活性剂0.01～0.03份，抗氧化剂1～3份，抗静电剂为0.4～0.5份，阻燃剂5～6份，去离子水5～15份，该负离子涂料的配制方法是：先将0.4～3份负离子粉在300转/分钟的搅拌状态下逐步加入5～15份去离子水中，然后将搅拌速度逐步提升到1500转/分钟，搅拌20～30分钟，待负离子粉完全分散后备用；将上述配方所述乳液按上述配方罗列次序在200～300转/分钟的搅拌状态下逐步混合在一起，在1000～2000转/分钟的状态下搅拌10～20分种，待乳液完全混合均匀后，用200～300目网布过滤一遍，放置4小时以上，待完全消泡后即可罐装或上机涂布，一般要求湿重每平方米涂布60～200克/m²；

(2)调整负离子窗纱膜3与电晕头10(高压放电电极)之间的距离，调整距离为2～5cm；

(3)闭合拖动压辊6，拖动压辊6的压力控制在2～6Kg，之后开启主机，使主机带动负离子窗纱膜3运行速度逐步增加到8～20米/分钟，之后保持匀速运行；

(4)调整电晕机的变压器输出参数，电晕机的变压器输出电压控制在10～12KV，使电晕头10电晕打孔，且连续打孔作业与放卷机和收卷机同步进行，电晕头10的放电电晕(高压放电电极)的打孔孔径在200～500um，孔密度为100～500个/cm²。

结合图2所示，由本发明负离子窗纱膜打孔方法加工出的微孔窗纱膜，包括普通窗纱5，普通窗纱5的上面连接有能释放大量负离子的所述负离子膜4，负离子膜4上设有多个微孔11，微孔11可以为圆柱形或圆锥形。该微孔窗纱膜的厚度为100～180um，负离子膜4的厚度为15～20um。微孔11的孔径为200～500um，孔密度为100～500个/cm²，负离子膜4释放负离子量为1000～6000个/cm³。

上述实施例中经检测负离子涂料指标：

固含量：25～30％；黏度：500～3000CPS；

玻璃化温度：-40～-20℃；热活化温度：90～100℃。

经检测成负离子膜后的指标为：

加工后的微孔窗纱膜技术指标如下：

为了更好的验证本发明的使用效果，下面用实验数据来做更近一步的说明：

利用负离子吸附或排斥空气中的细微颗粒物，将不失为一个很好的防霾方法。但是，电荷间的库仑力与距离的平方成反比，即距离越大，作用力越小，如何在有效的距离范围内使电荷的作用力最有效(防霾效果)，而开孔孔径能最大(透气量)，这将是负离子膜开孔孔径大小的理论与实施依据。

根据库仑定律：k＝9.0×10⁹Nm²/C²，

以空气中雾霾500ug/m³为计算依据，每mm³雾霾为0.5x10^-7ug；两个点电荷间的夹角假设为0°，即基本电荷带电e＝1.6x10^-19库仑，以每mm³负离子膜释放10个负电荷为例。计算结果得：r＝169um，即当微孔窗纱膜的负离子膜4的最大开孔直径为338um时，即能有效防止500ug/m³的空气中的雾霾。

另外，根据空气动力学原理，当微孔11的孔径小于6mm，开孔率小于40％时，风经过小孔时，在突缩过程中将产生较强的涡流现象，产生冲击损失及多孔射流混合损失，孔径越小，孔密度越小，这种损失越大。因此，控制负离子膜4适当的开孔率，将会大部分阻挡住室外尘埃进入室内，这也是小孔涡流效应应用于防霾微孔窗纱膜最坚实的理论依据。

根据以上计算，当负离子膜4开孔孔径小于338um时，即能达到95％以上的防霾效果。而对室内外气体的交换，由于气体的粒径一般在0.3～0.4nm，小于pm2.5颗粒物1000～10000倍，而且气体永远遵循高浓度向低浓度自由扩散的原理，室内甲醛、二氧化碳等有害气体会畅通无阻的排向室外，而室外的氧气会源源不断的进入室内，因此，室内外气体能够进行高效的交换，最高可达每分钟每平方米33.75m³。

所以将电子吸附技术与小孔涡流风阻技术有效的结合，将是防霾微孔窗纱膜制作有力的理论依据，可以达到很好的防霾效果，同时也能达到有效的室内外气体的交换作用。

根据经验公式使负离子膜4的换气量能够满足一定大小的房间的需求，房间所需负离子膜的面积由下述公式计算：式中S为所需负离子膜的面积，单位为m²(平方米)；V为房间体积，单位为m³(立方米)；Q为负离子膜的透气量，单位为L/h·m²(升/小时﹒平方米)；t为房间换气时间，单位为h(小时)。

所述Q由下述公式计算：Q＝0.9752×10^-3×r²×ρ，式中r为负离子膜的微孔半径，单位为μm(微米)；ρ为负离子膜的微孔密度，单位为个/cm²(个/平方厘米)。气体通过微孔的运动规律与克努森系数有关，克努森系数Kn＝λ/R，其中R为微孔半径。当Kn≤0.001时，气体在孔内运动服从分子运动规律；当Kn≥10时，气体在孔内流动由流体力学描述，服从Poiseuille方程。空气分子直径约0.3nm，在标准大气压下其平均自由程λ约为93nm。以空气在孔径为200μm的负离子膜的微孔内的运动为例，其Kn＝0.093/25＝0.01478，因此空气运动介于分子运动和经典流体力学之间。对不可压缩气体，根据伯努利方程和连续性方程推导，流量正比于微孔截面积，即孔半径的平方。

人每分钟呼吸16次，每次平均吸入约0.55L空气，则每人每小时吸入空气量为528L。若采用100cm²，微孔11的孔径为300μm，微孔密度400个/cm²的负离子膜4来换气，则每小时气体交换量可达1877L，可满足3个人呼吸新鲜空气的要求。对于面积为20m²，层高为3m的房间，其体积V为60m³，当负离子膜4的微孔孔径为300μm，微孔密度为400个/cm²时，按上述公式计算可得在t时间内换完整个房间空气所需要的负离子膜面积为0.68/t。即对于60m³的房间，若1小时完成换气，则面积为0.68m²，微孔孔径为300μm，微孔密度为400个/cm²的负离子膜4就能满足要求。

如表1空气中细颗粒物粒径分布表(表1)

0.001～1.0	氡及其子体
					0.01～0.1	病毒
0.01～10	厨房油烟	烟草烟雾
					0.01～100	金属尘及烟
0.1～10	木材燃烧	碳灰	空气清新剂	细菌
					0.1～100	烟道灰	煤气燃烧	汽车尾气	水泥尘
1.0～10	喷发胶
					1.0～100	煤灰	石棉	孢子
1.0～1000	面粉灰
					10～100	花粉
10～1000	飞灰
					～1000	降尘

如表2所示，当负离子膜上的微孔孔径不同时，微孔窗纱膜的气溶胶颗粒的收集效率和空气中气溶胶粒径的关系表。

以微孔11的孔径为300μm的负离子膜4为例，其扑捉收集粒子效率与粒子大小有关，对粒径为10nm至300nm粒子收集效率仅为20％，对小于10nm粒子，粒径越小收集效率越高，当粒子小至1nm，收集效率高达到90％。对300nm以上粒子，粒径越大收集效率越高，当粒子大至1微米，收集效率最低达70％，粒子大至2.5微米时，收集效率最低可达90％。与表1相结合，室外空气中90％以上的降尘、飞灰、花粉可被负离子膜4阻挡在外；70％以上的煤灰、水泥尘、汽车尾气、煤气燃烧、烟道灰、细菌、碳灰、金属尘及烟可被负离子膜4阻挡在外；而室内病毒绝大部分可透过负离子膜4的微孔11随空气流动由室内流到室外；对于室内的细菌、厨房油烟、烟草烟雾和氡及其子体，一部分可透过负离子膜4的微孔11到达室外，其它部分将被负离子膜4表面所释放的负离子和微孔11孔壁扑捉。

这是由于，当室外PM2.5浓度较高时，也就是污染物粒子浓度较高，由于粒子间的自由碰撞运动，室外气压相对室内气压较高；遵循浓度自由平衡原理，当室外污染物通过防霾微孔窗纱膜流向室内时，在负离子膜4的微孔11上形成涡流现象，大部分污染物被拒之微孔窗纱膜外，只有很小一部分污染物颗粒能通过微孔11，但是当它们通过时又被负离子膜4所释放的负离子阻挡或吸附，这就是微孔窗纱膜的防霾机理；而对于室内污染物，大家知道，室内污染物诸如甲醛、二氧化碳、氮气、氨气、氡及其子体等大部分均以气态形式存在，它们的粒径范围大约在0.3～0.4nm，相对室外污染物粒径相差100～10000倍，而且气体永远遵循高浓度向低浓度自由扩散的原理，所以它们很容易通过微孔11排向室外，而室外的氧气也会通过微孔11扩散至室内。因此，微孔窗纱膜完全具备防霾换气的作用。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种负离子窗纱膜打孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

(2)调整负离子窗纱膜与电晕头之间的距离；

2.根据权利要求1所述的负离子窗纱膜打孔方法，其特征在于，所述步骤(1)中放卷机的放卷张力为3.5～5Kg，所述收卷机的收卷张力5～8Kg。

3.根据权利要求1所述的负离子窗纱膜打孔方法，其特征在于，所述步骤(2)中负离子窗纱膜与电晕头的距离调整为2～5cm。

4.根据权利要求1所述的负离子窗纱膜打孔方法，其特征在于，所述步骤(3)中拖动压辊的压力控制在2～6Kg。

5.根据权利要求1所述的负离子窗纱膜打孔方法，其特征在于，所述步骤(3)中主机运行速度逐步增加到8～20米/分钟并保持匀速。

6.根据权利要求1所述的负离子窗纱膜打孔方法，其特征在于，所述步骤(4)中电晕机的变压器输出电压控制在10～12KV。

7.一种根据权利要求1-6之一所述的负离子窗纱膜打孔方法加工的微孔窗纱膜，其特征在于，包括窗纱，所述窗纱上面连接有能释放大量负离子的所述负离子膜，所述负离子膜是由负离子涂料加工成膜，所述负离子涂料按重量份数的配方是：水性聚氨酯乳液80～90份，水性蜡乳液5～8份，负离子粉3～5份，抗紫外线剂0.3～0.6份，抗氧化剂1～3份，表面活性剂0.01～0.3份，抗静电剂0.4～0.5份，阻燃剂5～6份，去离子水5～15份，所述负离子膜上设有多个微孔，所述微孔为圆柱形或圆锥形。

8.根据权利要求7所述的微孔窗纱膜，其特征在于，其厚度为100～180um，所述负离子膜的厚度为20～60um。

9.根据权利要求7所述的微孔窗纱膜，其特征在于，所述微孔孔径为200～500um，孔密度为100～500个/cm²。

10.根据权利要求7所述的微孔窗纱膜，其特征在于，所述微孔窗纱膜释放负离子量为1000～6000个/cm³。