CN105586713B - 一种无基布非织过滤材料的生产工艺及其专用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无基布非织过滤材料的生产工艺及其专用装置，其特征在于：包括铺网、预针刺、开纤、水刺，本发明通过设计一种用于预针刺毡开纤的专用装置，该装置有效的解决了无基布预针刺毡在较小外力下易变形的技术问题，并通过优化开纤、水刺工艺，制备的无基布非织过滤材料，满足国家标准中对过滤材料经、纬向强力的性能指标要求，排放浓度和总体过滤效率均满足国家标准要求，且尺寸稳定性更好，生产工艺流程更简洁，生产时间更短及可控，更有利于工业化规模化生产。

Description

一种无基布非织过滤材料的生产工艺及其专用装置
技术领域：
本发明涉及一种非织造过滤材料，尤其是涉及一种过滤粒径在2.5微米以下细颗粒物粉尘的无基布非织过滤材料生产方法及其专用装置。
背景技术：
非织造过滤材料因其加工流程短、成本低已被广泛用于空气过滤行业。目前非织造过滤材料普遍采用针刺纤维毡、水刺纤维毡及纺粘毡等几类。然而采用常规纤维制成的滤料孔径相对那些细小微粒来说还是偏大，微尘颗粒还是很容易进入滤料中，这样就导致滤料的喷吹周期缩短，而且时间长了滤料的透气性能和过滤效率也随之降低。因而常规纤维滤料很难达到PM2.5指标要求，或者需要与其他更加昂贵的高性能纤维或者薄膜复合加工才能提高其过滤性能。
针对这个问题，研发人员期望通过超细纤维开发过滤材料来实现高过滤效率及较好的透气性。然而通过常规海岛型复合纤维经针刺或水刺制成非织造布成品后，再通过烧碱减量开纤获得超细纤维滤料，但其过滤效率仍无法达到人们的预期希望。专利公开号(CN104208950A)较好的解决了上述这个问题，即先通过预针刺工艺，在预针刺毡较松软的状态下进行超细纤维开纤，然后再进行水刺加固成型。
然而该工艺存在以下技术矛盾，即为了提高水刺成品毡的水刺成型效率，预针刺毡要尽可能的松软；而为了减少碱减量开纤过程中机械外力对预针刺毡产生变形影响，预针刺毡要尽可能结实硬挺不易变形。为此专利公开号(CN 104208950 A)为解决这个问题，设计增加了基布层，即在过滤材料中间增加一层网格布，在不影响预针刺毡松软性能的前提下提高了预针刺毡的抗变形能力，但该设计也限定了该专利只能应用于基布类非织过滤材料。另一方面，由于无基布非织过滤材料在非织加工工艺中工序简单快捷，且透气性能比有基布非织过滤材料要来的好。因此，开发一种既能广泛适用无基布及有基布高效过滤效果的非织过滤材料，又能有效解决预针刺毡开纤过程中变形大的问题，是目前面临的最大技术难题。
发明内容：
针对上述问题，本发明设计了一种用于预针刺毡开纤的专用装置，该装置有效的解决了无基布预针刺毡在较小外力下易变形的技术问题，并提供了一种无基布非织过滤材料的生产工艺。
本发明的第一方面是提供一种用于预针刺毡开纤的专用装置，其特征在于：包括缸身，缸身的底部与真空泵相连，在缸身上设置有侧门和进料口，布笼安装于缸身内，布笼包括底盘，小马达与底盘联动连接，布笼中心管固定设置于底盘的中心位置，在布笼中心管的管壁上均匀设有若干小孔，布夹安装于布笼中心管上，离心泵的一端与布笼中心管相连，离心泵的另一端与驱动马达相连。
作为进一步的设置：
所述的缸身，采用在缸身侧壁设置侧门，方便无基布预针刺毡的进布取布操作。侧门采用滑移开门方式，关门时，侧门滑移进入门框内，与门框部分交错紧贴，门框内壁与侧门交错部分采用密封材料。
所述布笼中心管为圆形中空金属管，并且在管壁上分布有小孔。同时布笼中心管设有布夹，无基布预针刺毡通过侧门进入缸体内，在布笼中心管用布夹夹住布头。
所述布笼设有带均匀孔洞的光滑底盘，布笼中心管固定在底盘正中，并且底盘通过与小马达相连，进布时通过开动小马达，使无基布预针刺毡均匀的缠绕在布笼中心管上。
所述离心泵的一端与布笼中心管相连，另一端与驱动马达相连，通过驱动马达提供的动力，由离心泵不断向布笼中心管输送或抽取碱液，并使碱液从布笼中心管的管壁小孔处向外或向内喷射。通过这个方式使缠绕在布笼中心管上的无基布预针刺毡均匀给液，且反应充分。
所述真空泵通过抽真空管与缸身底部相连，在负压状态下使无基布预针刺毡迅速脱水。
本发明的第二方面是提供了一种无基布非织过滤材料生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、复合纤维与普通PPS纤维均匀铺网：
将复合纤维与普通PPS纤维按90/10～50/50比例均匀混合后铺网，按实际需求铺成一定厚度；
所述复合纤维为海岛型复合纤维或裂片型复合纤维。
所述海岛型复合纤维采用PPS/PET海岛结构复合纤维，其中PPS与PET配比在90/10～70/30之间。
所述裂片型复合纤维采用PPS/PET裂片结构复合纤维，其中PPS与PET配比在90/10～70/30之间。
(2)、预针刺：将步骤(1)铺网后的纤维经预针刺成无基布预针刺毡，针刺密度为：50～200针/㎝2；
由于后道开纤工艺是在本发明的预针刺毡开纤专用装置中进行，因此对预针刺毡的强度要求，相对一般高温碱溶液的减量机要小的多，而预针刺毡越松软越有利于充分开纤及成品毡的过滤效果。所以在预针刺采用降低针刺密度，达到预针刺毡松软目的。
针对本发明的预针刺毡开纤专用装置的性能特点，在开纤过程中，预针刺毡受到外力较小，且开纤处理后，预针刺毡水分较少，不需要与一般开纤工艺那样进行平幅压辊脱水，可直接进入后道水刺工艺。因此，预针刺工艺中可大幅下降针刺密度至50～200针/㎝2，优选为100针/㎝2。
(3)、开纤：
打开预针刺毡开纤专用装置的侧门，将无基布预针刺毡的布头夹在布笼中心管，通过小马达使布笼中心管按一定速度自转，均匀的将预针刺毡缠绕到中心管上；
关闭侧门后，从进料口加入烧碱5g/L～20g/L，启动驱动马达，使离心泵开始工作，升温至100℃～130℃，保温10min～30min，然后降温至80℃以下；
打开真空泵，通过负压效应使缸内废液和预针刺毡内的剩余水分蒸发后被抽离，实现脱水干燥目的，保持真空相对压力-30Kpa～-70Kpa，工作15min～45min；
打开侧门，取出脱水干燥后的无基布预针刺毡。
(4)、水刺加固：
脱水后的无基布预针刺毡不用烘干直接进行水刺加固，得无基布非织过滤材料。
由于开纤后的纤维较为松散，所以初道压力不能太大，而且相比常规工艺纤维更易缠结，根据不同克重要求水刺工艺不同，确定水刺加固工艺参数如下：采用四道水刺，初道水刺压力为100-150MPa，第二道水刺压力为150-300MPa，第三道水刺压力150-300MPa，第四道水刺压力100-250MPa。
本发明的有益效果如下：
1、本发明制备的为无基布的非织过滤材料，满足国家标准中对过滤材料经、纬向强力的性能指标要求，具备工业实际应用性。排放浓度均远远低于30mg/m3的国家标准，总体过滤效率均大于99.999％，满足国家规定的99.9％的标准要求。
2、与常规滤料、超细滤料对比：本发明的无基布的非织过滤材料，在排放浓度、总体过滤效率及PM2.5过滤效率方面远远高于常规滤料；与专利公开号(CN 104208950 A)所述的滤料相比，在缩率方面好的多，其他指标基本相同。这说明在保证滤料的性能功能上，本发明在生产过程中尺寸稳定性更好，更有利于工业化规模化生产。
3、通过变化复合纤维的成分比及复合纤维与普通PPS纤维铺网混合比，以及开纤、水刺工艺，生产工艺流程更简洁，生产时间更短及可控，更有利于工业化规模化生产。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明：
图1为本发明预针刺毡开纤专用装置的结构示意图；
图2为本发明针刺毡开纤专用装置布笼的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：一种用于预针刺毡开纤的专用装置
结合图1、图2所示，本发明一种用于预针刺毡开纤的专用装置，包括缸身1，缸身1的底部与真空泵5相连，在缸身1上设置有侧门2和进料口8，布笼3安装于缸身1内，布笼3包括底盘32，小马达7与底盘32联动连接，布笼中心管31固定设置于底盘32的中心位置，在布笼中心管31的管壁上均匀设有若干小孔311，布夹312安装于布笼中心管31上，离心泵4的一端与布笼中心管31相连，离心泵4的另一端与驱动马达6相连。
作为优选的实施例，所述的缸身1，采用在缸身1侧壁设置侧门2，方便无基布预针刺毡的进布取布操作。侧门2采用滑移开门方式，关门时，侧门滑移进入门框内，与门框部分交错紧贴，门框内壁与侧门交错部分采用密封材料。
作为优选的实施例，所述布笼中心管31为圆形中空金属管，并且在管壁的圆周上均匀分布有小孔311。布夹312设置于布笼中心管31一侧并与布笼中心管31相紧配，无基布预针刺毡通过侧门2进入缸体1内，在布笼中心管31用布夹312夹住布头。
作为优选的实施例，所述底盘32为带均匀孔洞321的光滑底盘，布笼中心管31固定在底盘32的正中，底盘32通过与小马达7相连，进布时通过开动小马达7，使无基布预针刺毡均匀的缠绕在布笼中心管31上。
所述离心泵4的一端与布笼中心管31相连，离心泵4的另一端与驱动马达6相连，通过驱动马达6提供的动力，由离心泵4不断向布笼中心管31输送或抽取碱液，并使碱液从布笼中心管31的管壁小孔311处向外或向内喷射。通过这个方式使缠绕在布笼中心管上31的无基布预针刺毡均匀给液，且反应充分。
所述真空泵5通过抽真空管51与缸身1底部相连，用于抽离缸身1内反应后的残液，以及在负压状态下使无基布预针刺毡迅速脱水。
上述专用装置应用于预针刺毡的开纤工艺时的流程如下：
进布时，打开侧门2，将无基布预针刺毡的布头夹在布笼中心管31的布夹312上，然后开动小马达7，使无基布预针刺毡均匀的缠绕在布笼中心管31上，然后关闭侧门，从进料口8处加入烧碱，启动驱动马达6，使离心泵4不断向布笼中心管31输送或抽取碱液，并使碱液从布笼中心管31的管壁小孔311处向外或向内喷射，通过这个方式，使缠绕在布笼中心管31上的无基布预针刺毡均匀给液，且反应充分；无基布预针刺毡开纤反应结束后，通过真空泵5抽离反应后的残液，并在负压状态下使无基布预针刺毡迅速脱水；然后打开侧门2，取出无基布预针刺毡。
实施例2：一种无基布非织过滤材料的生产工艺
一种无基布非织过滤材料的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铺网：将复合纤维与普通PPS纤维按比例均匀混合后铺网。
变化复合纤维的成分比、以及复合纤维与普通PPS纤维铺网混合比，如表1的实施例2-1～实施例2-6所示。
表1：不同复合纤维选择及配比
注：实施例2-1～实施例2-3中的复合纤维为海岛型PPS/PET复合纤维；实施例2-4～
实施例2-6中的复合纤维为裂片型PPS/PET复合纤维；
(2)预针刺：将步骤(1)铺网后的纤维经预针刺成无基布预针刺毡，针刺密度为：100针/㎝2；
由于预针刺后道的开纤工艺是在本发明的预针刺毡开纤专用装置中进行，因此对预针刺毡的强度要求，相对一般高温碱溶液的减量机要小的多，而预针刺毡越松软越有利于充分开纤及成品毡的过滤效果。所以在预针刺采用降低针刺密度，达到预针刺毡松软目的。
针对本发明的预针刺毡开纤专用装置的性能特点，在开纤过程中，预针刺毡受到外力较小，且开纤处理后，预针刺毡水分较少，不需要与一般开纤工艺那样进行平幅压辊脱水，可直接进入后道水刺工艺。因此，本发明预针刺工艺中可大幅下降针刺密度至50～200针/㎝2，特别优选100针/㎝2。
(3)开纤：采用本发明预针刺毡开纤专用装置，对无基布预针刺毡进行开纤；
打开预针刺毡开纤专用装置的侧门，将无基布预针刺毡的布头夹在布笼中心管31上，通过小马达7使布笼中心管31按一定速度自转，均匀的将无基布预针刺毡缠绕到布笼中心管31上；
关闭侧门后，从进料口8处加入烧碱5g/L，启动驱动马达6，使离心泵4开始工作，升温至120℃，保温10min，然后降温至80℃以下；
打开真空泵5，通过负压效应使缸内废液和预针刺毡内的剩余水分蒸发后被抽离，实现脱水干燥目的，保持真空相对压力-50Kpa，工作20min；
打开侧门2，取出脱水干燥后的无基布预针刺毡。
(4)水刺加固：
脱水后的无基布预针刺毡直接进行水刺加固，得到本发明的无基布非织过滤材料。采用四道水刺，初道水刺压力为100MPa，第二道水刺压力为200MPa，第三道水刺压力220MPa，第四道水刺压力150MPa。
产品检测及分析：
对实施例2-1～实施例2-6制备的无基布非织过滤材料，分别进行滤料表观、耐热性/耐酸碱性、断裂强力、总过滤效率、PM2.5过滤效率等性能检测，并以常规滤料、超细滤料(专利公开号CN 104208950 A所述滤料)为对照，进行产品效果统计及分析，具体如表2所示。
表2、本发明制备的非织过滤材料与常规滤料、超细滤料性能对比。
注：超细滤料为专利公开号(CN 104208950 A)所述滤料；常规滤料只比较过滤性能，其他性能略；缩率为预针刺毡开纤前后缩率情况，缩率正值为变大，缩率为负值为缩小，常规滤料无预针刺毡，故此项只对本实施例与超滤滤料进行测试。
由表2可以看出：
1、本发明制备的为无基布的非织过滤材料，满足国家标准中对过滤材料经、纬向强力的性能指标要求，具备工业实际应用性。排放浓度均远远低于30mg/m3的国家标准，总体过滤效率均大于99.999％，满足国家规定的99.9％的标准要求。
2、与常规滤料、超细滤料对比：本发明的无基布的非织过滤材料，在排放浓度、总体过滤效率及PM2.5过滤效率方面远远高于常规滤料；与专利公开号(CN 104208950 A)所述的滤料相比，在缩率方面好的多，其他指标基本相同。这说明在保证滤料的性能功能上，本发明在生产过程中尺寸稳定性更好，更有利于工业化规模化生产。
3、从表2的实施例2-1～2-6效果统计可知，通过变化复合纤维的成分比及复合纤维与普通PPS纤维铺网混合比，对最终产品的过滤性能及其其他指标并没有显著影响，说明本发明的生产方法及专用装置生产适应性较好。
实施例3-1～实施例3-4：
工艺同实施例2，区别在于：变化步骤(3)开纤的工艺参数，并统计、分析其对无基布非织过滤材料的性能影响，具体如下：
(1)铺网：
将70/30海岛型复合纤维PPS/PET与普通PPS纤维按80/20比例均匀混合后铺网，按实际需求铺成一定厚度；
(2)预针刺：针刺密度：150针/㎝2。
(3)开纤：
打开预针刺毡开纤专用装置的侧门2，将无基布预针刺毡的布头夹在布笼中心管31上，通过小马达7使布笼中心管31按一定速度自转，均匀的将无基布预针刺毡缠绕到布笼中心管31上；
关闭侧门2后，从进料口加入若干烧碱，启动驱动马达6，使离心泵4开始工作，升温至一定温度，保温若干分钟，然后降温至80℃以下。
打开开启真空泵5，通过负压效应使缸内废液和预针刺毡内的剩余水分蒸发后被抽离，实现脱水干燥目的，保持真空相对压力-50Kpa，工作20min。
打开侧门2，取出脱水干燥后的无基布预针刺毡。
表3、不同实施例具体开纤工艺参数。
项目 实施例3-1 实施例3-2 实施例3-3 实施例3-4
烧碱/g/L 5 10 15 20
温度/℃ 130 120 110 100
保温时间/min 10 15 20 30
(4)水刺加固：
脱水后的无基布预针刺毡直接进行水刺加固，得无基布非织过滤材料。采用四道水刺，初道水刺压力为150MPa，第二道水刺压力为220MPa，第三道水刺压力250MPa，第四道水刺压力200MPa。
产品检测及分析：
对实施例3-1～实施例3-4制备的无基布非织过滤材料，分别进行滤料表观、耐热性/耐酸碱性、断裂强力、总过滤效率、PM2.5过滤效率等性能检测，并以常规滤料、超细滤料(专利公开号CN 104208950 A所述滤料)为对照，进行产品效果统计及分析，具体如表4所示。
表4、本发明实施例制备的非织过滤材料与常规滤料、超细滤料性能对比：
注：超细滤料为专利公开号(CN 104208950 A)所述滤料；常规滤料只比较过滤性能，其他性能略；缩率为预针刺毡开纤前后缩率情况，缩率正值为变大，缩率为负值为缩小；开纤时间对比：本发明与专利公开号(CN 104208950 A)所述滤料在预针刺和水刺中间这道工序所花费时间，本发明的开纤时间是连续的，时间都在3h左右，而专利公开号(CN104208950 A)所述滤料的开纤时间包括碱量开纤、水洗、加压去水等过程，其生产工艺不在同一台设备上，故开纤时间出入较大，一般在5～8h内。
由表4可以看出：
1、本发明制备的无基布非织过滤材料，满足国家标准中对过滤材料经、纬向强力的性能指标要求，具备工业实际应用性。排放浓度均远远低于30mg/m3的国家标准，总体过滤效率均大于99.999％，满足国家规定的99.9％的标准要求。
2、本发明制备的无基布非织过滤材料，在排放浓度、总体过滤效率及PM2.5过滤效率方面远远高于常规滤料；与专利公开号(CN 104208950 A)所述的滤料相比，在缩率方面好的多，在开纤所耗时间上也明显较小。这说明在保证滤料的性能功能上，本发明在生产过程中尺寸稳定性更好，生产工艺流程更简洁，生产时间更短及可控，更有利于工业化规模化生产。

Claims (7)

1.一种用于预针刺毡开纤的专用装置，其特征在于：包括缸身，缸身的底部与真空泵相连，在缸身上设置有侧门和进料口，布笼安装于缸身内，布笼包括底盘，小马达与底盘联动连接，布笼中心管固定设置于底盘的中心位置，在布笼中心管的管壁上均匀设有若干小孔，布夹安装于布笼中心管上，离心泵的一端与布笼中心管相连，离心泵的另一端与驱动马达相连；
所述布笼中心管为圆形中空金属管；
所述底盘为带均匀孔洞的光滑底盘，布笼中心管固定在底盘正中。
2.根据权利要求1所述的一种用于预针刺毡开纤的专用装置，其特征在于：所述侧门设置在缸身侧壁，侧门采用滑移开门方式。
3.一种无基布非织过滤材料生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、铺网：
将复合纤维与普通PPS纤维按90/10～50/50比例均匀混合后铺网，按实际需求铺成一定厚度；
（2）、预针刺：
将步骤（1）铺网后的纤维经预针刺成无基布预针刺毡，针刺密度为：50～200针/㎝2；
（3）、开纤：
打开预针刺毡开纤专用装置的侧门，将无基布预针刺毡的布头夹在布笼中心管，通过小马达使布笼中心管按一定速度自转，均匀的将预针刺毡缠绕到中心管上；
关闭侧门后，从进料口加入烧碱5g/L～20g/L，启动驱动马达，使离心泵开始工作，升温至100℃～130℃，保温10min～30min，然后降温至80℃以下；
打开真空泵，通过负压效应使缸内废液和预针刺毡内的剩余水分蒸发后被抽离，实现脱水干燥目的，保持真空相对压力-30Kpa～-70Kpa，工作15min～45min；
打开侧门，取出脱水干燥后的无基布预针刺毡；
（4）、水刺加固：
脱水后的无基布预针刺毡不用烘干直接进行水刺加固，得无基布非织过滤材料；
水刺工艺采用四道水刺，初道水刺压力为100-150MPa，第二道水刺压力为150-300MPa，第三道水刺压力150-300MPa，第四道水刺压力100-250MPa。
4.根据权利要求3所述的一种无基布非织过滤材料生产工艺，其特征在于：所述复合纤维为海岛型复合纤维或裂片型复合纤维。
5.根据权利要求4所述的一种无基布非织过滤材料生产工艺，其特征在于：所述海岛型复合纤维采用PPS/PET海岛结构复合纤维，其中PPS与PET配比在90/10～70/30之间。
6.根据权利要求4所述的一种无基布非织过滤材料生产工艺，其特征在于：所述裂片型复合纤维采用PPS/PET裂片结构复合纤维，其中PPS与PET配比在90/10～70/30之间。
7.根据权利要求3所述的一种无基布非织过滤材料生产工艺，其特征在于：所述预针刺的针刺密度为100针/㎝2 。
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