CN105586714A - 一种高静电长纤维无纺布及其制造方法 - Google Patents

一种高静电长纤维无纺布及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高静电长纤维无纺布，由纤维丝热粘合制成，所述纤维丝包括重量份数5-50%的芯和50-94.5%的外皮组成的皮包芯结构，外皮的成分包括聚烯烃和无机粒子，芯的成分为熔点200℃以上的聚酯系纤维，所述无机粒子为钛酸钡、碳酸钙、二氧化钛的一种及以上。依本发明的静电无纺布的生产工序简单容易，能减少成本，并且对机械性特性的拉伸强度有优秀的效果。

Description

一种高静电长纤维无纺布及其制造方法
技术领域
本发明属于无纺布材料领域，特别涉及一种高静电长纤维无纺布及其制造方法。
背景技术
过滤(filtration)是指在无纺布或渗透膜(membrane)等同的多孔性滤材中通过气体或液体，去除在流体内包含的粒子的过程，这种过滤方法有电力法、化学法或者是机械法等方法。
这种过滤是通过粒子的大小或电化学的方法而阻断(interception)，惯性(inertia),扩散(diffusion),重力(gravity), 静电(electrostatics) 等的原理(mechanism)去除流体中所包含的粒子。特别是，静电方式是指空气及大气中的带有极性的正极或负极电的微粒，在带有静电的过滤器里很容易被收集。粒子不带电的情况下被带静电的过滤器会使粒子产生感应电荷，感应电荷的粒子很容易被带静电的过滤器收集。这些过滤器里使用的静电无纺布是一般利用聚烯烃系高分子以高温、高压的空气延伸及积层结合的网(web)的熔喷无纺布(meltblown)的方式制造无纺布。但是，虽然以聚烯烃系高分子构成的熔喷无纺布有在集尘效率及集尘量优秀的优点，但是在机械物性方面的拉伸强度及摩擦强度方面比较弱，且加工时形态的稳定性也有一定的问题，所以为了熔喷无纺布又能维持集尘和集尘量也为了提高生产效率，使用了别的支撑体的无纺布来复合。特别是,在生产过程中为了解决这些问题，有了利用聚酯(polyester) 高分子的聚酯纤维无纺布或长纤维无纺布的技术，包含聚酯高分子的长纤维无纺布有机械性物性方面的拉伸强度优秀的优点，但是反过来又有在高温多湿的环境里长时间露出时，其性能会急剧下降或增加制造成本等的缺点。
一般在无纺布上赋予静电性能的方法是，使用电容率高的无机系或氟树脂涂饰加工的方法。但是这种涂饰加工方式生产工序复杂，生产过程中会产生废液而造成环境污染，制造成本高且制造过程中堵住滤材的气孔而增加阻力。
再则，以前的静电无纺布是利用了短纤维形态的聚烯烃后制造成网，去除油剂赋予静电的纺粘的方式而制造。但是，这种纺粘方式制造的无纺布制造工序复杂制造成本高，且有机械性强度弱静电性能无法大幅度增加等的问题 。
所以，需要简单的工序且有优秀静电性能的静电无纺布技术的开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种高静电长纤维无纺布及其制造方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案为：
一种高静电长纤维无纺布，由纤维丝热粘合制成，所述纤维丝包括重量份数5-50%的芯和50-94.5%的外皮组成的皮包芯结构，外皮的成分包括聚烯烃和无机粒子，芯的成分为熔点200℃以上的聚酯系纤维，所述无机粒子为钛酸钡、碳酸钙、二氧化钛的一种及以上。
所述纤维丝外皮的成分中聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的任一种及两种混合。
所述聚酯系纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯至少一种。
所述无机粒子占皮包芯结构总重量的0.01-1.5%。
所述树脂混合物为聚烯烃树脂、聚酯树脂和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物。
所述皮包芯结构的高静电长纤维无纺布的厚度为0.4-1.0mm，重量为50-200g/m2。
一种高静电长纤维无纺布的制造方法为：1）将聚烯烃和无机粒子混合高温熔融；2）将聚酯系纤维加热熔融，3）通过挤压器将步骤1）、2）熔融的聚合物分别经喷嘴喷出，步骤1熔融的为包皮部分，步骤2）熔融的为核心部分；4）冷却制得纤维丝，然后通过非接触式热粘合制成长纤维无纺布；5）、静电处理长纤维无纺布制得高静电长纤维无纺布。
所述步骤1中高温为130-180℃。
所述静电处理为电晕放电，利用高压水喷射带电方式进行处理。
用于汽车用空滤、空气净化器滤芯、口罩和工业用空调滤芯。
有益效果：
1、依本发明的静电无纺布的生产工序简单容易，能减少成本。
2、依本发明的长纤维无纺布对机械性特性的拉伸强度有优秀的效果。
3、依本发明的静电长纤维无纺布有优秀的收集效率，透气度高且阻力低，有优秀的静电耐久性。
4、纤维芯的熔点未满200℃时，无纺布制造工艺中在热处理时因收缩而其无纺布变形让空气的通过性能会有显著的低下。因此，在本发明使用了聚对苯二甲酸乙二醇酯高分子或聚对苯二甲酸丁二醇酯高分子。并且纤维芯的强度为 5 ~ 20 g/d的纤维，如果，上芯的强度未满 5g/d时，形态的稳定性会下降，反面，如果芯的强度超过20 g/d时，因反弹性力在做滤清器时因曲折性差引起定型性差。此时的强度测试时由(Instron EngineeringCorp, Mass)的设备以长度为25㎝的细丝被拉断为止拉伸后测试的，这时的拉伸速度为300㎜/分，初期负荷是纤度×1/30的。
5、纤维表皮中包含了聚烯烃系，所以更容易粘着细丝灵活的完成无纺布的制造。另，上记聚烯烃系高分子有140℃至170℃的熔点。如果上记聚烯烃系高分子的熔点未满140℃时，在后加工工艺时因容易发生热收缩，所以会低下形态的稳定性。反过来如果超过了170℃时，细丝在低温下不容易粘着，在高温下做热处理，所以静电效率会急剧下降。
6、无机物的含量是占纤维丝0.01至1.5%的重量，如果上记无机物含量未满重量0.01%时，制造出的无纺布无法再上门圆满的赋予静电导致的半衰期会急剧低下，反过来上记无机物的含量超过了重量1.5%时，制作出的静电性能很优秀，但是因传导性大幅增加而自由电荷的移动很容易，因此半衰期会急剧低下。
7、如果纤维丝的断丝纤度未满5d时，每单位的细丝的量会增加而使气孔缩小，致使透气度低下而增加压力损失。反过来，细丝的断丝纤度超过20d时，无纺布的均齐度会下降，透气度会过度增加使其收集效率会下降。
8、粘着网的工艺有热粘合法，针刺(needle punch)法，水刺(spunlace)法，针脚式粘合(stitch bond)法，用粘合剂(binder)的化学的方式的结合法儿执行。在这些方式当中以热粘着方式形成网的细丝相粘合，这种热粘合方式是通过高温及高压的轧辊的接触方式而执行，但是最好是采用通过热风等非接触式的方法。如果是通过一接触的方式粘合网时，制造出的无纺布的强度及伸度等机械性物性会优秀，但是因厚度会薄密度会过度的提高，随着无纺布内的气孔的缩小空气的透气度会低下而增加压力损失。特别是在长纤维无纺布一般使用的轧花辊(embossing)的粘合方式，轧花部分的网因热融细丝被熔融后气孔被堵塞，滤清器的性能会有显著的低下。跟这种接触式的热粘合方式不同的通过热风的非接触式的热粘合方式，网的形态不变形，构成网的细丝会相互粘合，不会出现上述的问题。上记以热风粘合的工艺是以滚筒(drum)方式或拉幅机(tenter)等装置根据细丝的熔点可调整合适的温度来制造。
9、长纤维无纺布有50至200g/㎡的重量。上记长纤维无纺布重量未满50 g/㎡时，很难调节细丝的均匀度，静电量的减少导致收集效率急剧减少机械性物性会有显著的下降。反过来上记无纺布的重量超过 200g/㎡时，收集的效率会增加，但是压力损失会增加或空气的透气度会低下，热粘合时表面和内部间的粘合力差而带来的强度偏差。
10、长纤维无纺布有0.4 ㎜ 至1.0㎜的厚度。如果上记无纺布的厚度未满0.4 ㎜时，无纺布内的气孔相对会小，使其的收集效率会增加，但是压力损失的加大会使收集容量会减少。反过来，上记长纤维无纺布的厚度超过 1.0㎜时，气体会有构造性的阻碍而使得压力损失会急剧增加。
11、在给已制造的无纺布赋予静电电荷来制造静电长纤维无纺布。即，给长纤维无纺布赋予静电电荷而其对大气中的微尘的收集效率及收集容量会大幅度的提高。于此，在已制造的无纺布处理静电时，在细丝的内部强加了分级的电荷，据此具有分级的电荷的细丝构成的无纺布很容易收集到带电荷的微尘。
12、这种静电处理工艺是通过电晕放电，以高压的微细水粒子的喷射带电等方式而成的。这些方法中电晕放电方式是把已熔融的聚合体的细丝完全硬化后放电处理的，电晕放电方式在15~50㎸的高电压下可执行。上记电压未满15㎸时，因电的分级率太低而得不到想要的收集效率。反过来如果上记电压超过50㎸时，会使无纺布出现损伤（窟窿）且很容易对操作者给予致命伤。
具体实施例
下面通过示例性的实施例具体说明本发明。应当理解，本发明的范围不应局限于实施例的范围。任何不偏离本发明主旨的变化或改变能够为本领域的技术人员所理解。
实施例 1 : 单独纺丝聚丙烯长纤维无纺布
熔融指数为30，熔点为155℃的聚丙烯高分子利用调试温度为 280℃的压出机，熔融后通过纺丝圈纺丝制造成断丝纤度10d的聚丙烯细丝，这时纺丝速度为2,500m/分，上记聚丙烯高分子包含了具有固有电率的无机物二氧化硅0.1重量%，接着为了热粘合利用了热风装置拉幅机(tenter)把上记的网粘合后制造了每单位重量100 g/㎡ 的长纤维无纺布。而且，利用了电晕放电装置处理了上记长纤维无纺布后制造了静电长纤维无纺布，这时，电晕放电工艺是在50 ㎸的电压及 2.5 ㎃的电流条件下完成的。
实施例 2 : 单独纺丝聚对苯二甲酸乙二醇酯长纤维无纺布
固有年度为0.65，熔点 为255℃的聚对苯二甲酸乙二醇酯高分子利用设置熔融温度为310℃的压出机来熔融后通过纺丝圈纺丝成断丝纤度10d的聚对苯二甲酸乙二醇酯细丝，除外通过同实施例1同样的方法制造了静电长纤维无纺布。
实施例 3 : 复合纺丝
前述实施例1中，使用了熔融指数为30熔点为155℃的50重量%的聚丙烯高分子，0.05重量%固有电率二氧化硅，固有粘度为0.65熔点为255℃的50重量%的聚对苯二甲酸乙二醇酯作为芯使用纺丝出复合构造外皮-芯形的细丝，除此外同实施例1同样的方法来制造了复合构造静电长纤维无纺布。
实施例 4 : 复合纺丝的条件变更
前述的实施例3中聚对苯二甲酸乙二醇酯高分子的含量70重量%及外皮聚丙烯高分子具有固有电率的二氧化硅含量30重量%变更的除外使用了同实施例3同样的方法制造了静电长纤维无纺布。
比较例 1
前述的实施例1中，不做静电处理工艺，同实施例1同样的方法制造了无静电长纤维无纺布。
比较例 2
前述的实施例2中，不经过静电处理工艺后同实施例1同样的方法制造了无静电长纤维无纺布。
以上实施例及比较例后制造的静电长纤维无纺布的物性以下面的方法测定，其结果表现在表1中。
基础重量 : ASTM D 3776-1985的方法每单位重量(g/㎡)来测定的。
拉伸强度 : 根据ASTM D 5034-95的方法，把无纺布试片裁成横竖10 * 15cm后，把试片的破纸距离为76mm，拉伸速度为300mm/min来测定了破纸时的最大强度。
透气度(㎤/㎠/sec, ccs) 测定 : 透气度是根据 ASTM D 737 的规定的弗雷泽(Frazier)试验方法来测定的。具体的说，得出在125Pa压力下38 ㎠大小的试片流入的空气的量(㎤/㎠/sec)来测定。
收集效率(%)及压力损失(Pa) 的测定 :对于灰尘粒子的收集效率(%)是全自动化的效率检测仪（TSI公司, Model 8130）来测定的。具体地说，烟雾机是氯化钠(NaCl),流量32 LPM(风速 5.33㎝/sec),烟雾器的大小是0.3 ㎛中通过长纤维无纺布的试片，把通过前后的氯化钠的浓度测定后再试片里集尘的氯化钠的量计算后，把通过前的氯化钠的量分配百分比后测定了收集效率。压力损失(Pascal, Pa)是同测定收集效率的方式差不多，在适应流量32 LPM的气流速度中把长纤维无纺布试片的通过前后的压力损失的价来测定的。
半衰期( half-life)处理后的手机效率(%)测定: 关于静电长纤维无纺布的收集效率的半衰期是温度 80℃±5℃, 相对湿度90%±5%中处理8小时后，在温度 -40℃±5℃的环境露出8小时为1周期(cycle)，重复3回这个周期后在常温里放置5小时左右来做的半衰期。这样做半衰期后通过上记收集效率(%) 检测仪(TSI, Model 8130)来测定的。
通过以上表格可以得出，本发明的实施例3和实施例4在拉伸强度、半衰期处理后效率和滤芯性能等方面，与现有技术相比，有着明显的优势。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其描述较为具体和详细，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，即凡依据本发明实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高静电长纤维无纺布，其特征在于，由纤维丝热粘合制成，所述纤维丝包括重量份数5-50%的芯和50-94.5%的外皮组成的皮包芯结构，外皮的成分包括聚烯烃和无机粒子，芯的成分为熔点200℃以上的聚酯系纤维，所述无机粒子为钛酸钡、碳酸钙、二氧化钛的一种及以上。
2.根据权利要求1所述的高静电长纤维无纺布，所述纤维丝外皮的成分中聚烯烃为聚丙烯和聚乙烯中的任一种及两种混合。
3.根据权利要求1所述的高静电长纤维无纺布，所述聚酯系纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯至少一种。
4.根据权利要求1所述的高静电长纤维无纺布，所述无机粒子占皮包芯结构总重量的0.01-1.5%。
5.根据权利要求1所述的高静电长纤维无纺布，所述树脂混合物为聚烯烃树脂、聚酯树脂和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物。
6.根据权利要求1所述的高静电长纤维无纺布，所述皮包芯结构的高静电长纤维无纺布的厚度为0.4-1.0mm，重量为50-200g/m2。
7.一种如权利要求1-6所述的高静电长纤维无纺布的制造方法为：1）将聚烯烃和无机粒子混合高温熔融；2）将聚酯系纤维加热熔融，3）通过挤压器将步骤1）、2）熔融的聚合物分别经喷嘴喷出，步骤1熔融的为包皮部分，步骤2）熔融的为核心部分；4）冷却制得纤维丝，然后通过非接触式热粘合制成长纤维无纺布；5）、静电处理长纤维无纺布制得高静电长纤维无纺布。
8.根据权利要求7所述的高静电长纤维无纺布的制备方法，所述步骤1中高温为130-180℃。
9.根据权利要求7所述的高静电长纤维无纺布的制备方法，所述静电处理为电晕放电，利用高压水喷射带电方式进行处理。
10.根据权利要求1-6任一项所述的高静电长纤维无纺布，用于汽车用空滤、空气净化器滤芯、口罩和工业用空调滤芯。
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