CN106237699A - 3d打印滤芯、过滤制品及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的3D打印滤芯，包括能使被滤介质过滤的滤材，滤材选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的一种或多种滤材的组合，所述滤材为3D打印物料热堆积而成的滤材，3D打印物料呈线料状或粉料状。本发明还公开了3D打印滤芯的制备工艺、3D打印过滤制品、3D打印过滤制品的制备工艺。采用本发明，通过3D打印物料热堆积成所需的各种滤材、滤芯、过滤制品，与现有的制备工艺相比，既可省去烧结、压制等设备，又环保，还可根据需要设计任意形状、结构的滤材、滤芯、过滤制品，再通过3D打印制备而成，在确保过滤效果的同时，还能有效提高制备的效率和品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤芯、过滤制品，特别是涉及一种3D打印的滤芯、过滤制品。
背景技术
饮用水污染问题，特别是重金属离子污染的威胁，越来越引起社会各界的高度重视。目前，一般的饮用水净化装置，存在净化方式单一、净化效果差的问题，滤芯作为饮用水净化装置的核心部件，滤芯的结构、性能影响净化装置的使用效果，现有的滤芯主要是单一材料制成，如活性炭滤芯、单一外压超滤膜等，其净化效果不佳，而简单地将几种滤芯串联，虽然能够提高饮水用的净化效果，但存在占用空间大、组装复杂、接头数量多等问题。
而且目前的滤材、滤芯、过滤制品根据不的滤除物、应用环境、过滤要求，其制备工艺也很复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能提高过滤效果的3D打印滤芯。
本发明还提供一种3D打印滤芯的制备工艺，既能提高过滤效果，又能降低制备成本，提高制备效率。
本发明还提供一种能提高过滤效果的3D打印过滤制品。
本发明还提供一种3D打印过滤制品的制备工艺，既能提高过滤效果，又能降低制备成本，提高制备效率。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
3D打印滤芯，包括能使被滤介质过滤的滤材，滤材选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的一种或多种滤材的组合，所述滤材为3D打印物料热堆积而成的滤材，3D打印物料呈线料状或粉料状。
所述堆积的滤材堆积层之间设有纤维胶层；和/或所述3D打印物料裹有纤维胶层；和/或所述3D打印物料混合有纤维胶。
所述纤维胶选自有机纤维胶层、无机纤维胶层中的一种或多种的组合；和/或所述纤维胶选自线料、粉料、液料中的一种或多种的组合。
3D打印滤芯的制备工艺通过以下步骤实现：将3D打印物料热堆积而成，3D打印物料选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的一种或多种滤材的组合。
所述堆积的滤材堆积层之间通过纤维胶粘结在一起；和/或
将裹有纤维胶的所述3D打印物料热堆积在一起；和/或
将混合有纤维胶的所述3D打印物料热堆积在一起。
所述纤维胶为3-5重量份，所述滤材或所述3D打印物料为100重量份；和/或
所述热堆积温度分为：低温堆积为100—200℃，中温堆积为200—500℃，高温堆积为500℃以上；和/或
纤维滤材或者含有纤维的滤材用低温堆积，高分子滤材或者含有高分子的滤材用中温堆积，金属类滤材、矿物滤材或者含有金属、矿物的滤材用高温堆积；和/或
低温堆积时，所述滤材或所述3D打印物料采用线料；中温堆积和高温堆积时，所述滤材或所述3D打印物料采用粉料；和/或
堆积邻近的位置时，先堆积需高温堆积的滤材，后堆积低温堆积的滤材；和/或。
所述滤材选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的两种或两种以上滤材复合而成的复合滤材；和/或所述滤材包括有SGS聚合物；和/或所述多功能滤芯的形态选自片状、U型、膜状、膜丝状、纤维状、颗粒状中的一种或多种的组合。
所述吸附滤材选自主动吸附滤材和被动吸附滤材中的一种或两种的组合；主动吸附滤材选自阳电荷膜、负离子膜、负离子颗粒层和极性离子筛中的一种或多种的组合；被动吸附滤材选自活性炭纤维膜、活性炭纤维层、炭陶瓷和炭陶管中的一种或多种的组合；
所述交换滤材选自离子交换纤维膜、离子交换活性炭纤维膜和离子交换树脂膜中的一种或多种的组合；
所述反应滤材选自亚硫酸钙颗粒层、离子筛颗粒、溴树脂、多聚碘树脂、金属颗粒、铜锌合金滤料和KDF铜合金滤料中的一种或多种的组合；
所述拦截滤材滤材选自过滤网、核孔膜、无纺布、PP膜、PE超滤物、超滤膜和PVDF超滤膜中的一种或多种的组合。
3D打印过滤制品，如前所述的任一种滤芯由过滤制品替代。
3D打印过滤制品的制备工艺采用如前所述任一种工艺制备，所述滤芯由过滤制品替代。
采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：
一、由于多种滤材选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的两种滤材或两种以上滤材的组合，且相邻的两种滤材为异种滤材；过滤时，被滤介质依次经具有不同过滤原理的滤材进行过滤，在同等尺寸、规格条件下，能成倍提高过滤功效，实现多种过滤功效；也就是说，在实现同等过滤功效的前提下，可大大缩小滤芯的外形尺寸、节省滤材。
二、采用3D打印物料热堆积成所需的各种滤材、滤芯、过滤制品，与现有的制备工艺相比，既可省去烧结、压制等设备，又环保，还可根据需要设计任意形状、结构的滤材、滤芯、过滤制品，并通过3D打印方式制备而成，在确保过滤效果的同时，还能有效提高制备的效率和品质。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：
3D打印滤芯1
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例一
如图1所示，本发明的3D打印滤芯主要包括能使被滤介质过滤的滤材，滤材选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的一种或多种滤材的组合。
滤材为3D打印物料热堆积而成的滤材，3D打印物料呈线料状或粉料状。
堆积的滤材堆积层之间设有纤维胶层；和/或3D打印物料裹有纤维胶层；和/或3D打印物料混合有纤维胶。
纤维胶可选自现有的纤维胶，也可选自有机纤维胶层、无机纤维胶层中的一种或多种的组合；和/或纤维胶选自线料、粉料、液料中的一种或多种的组合。另外，纤维胶在以下文献中也有提及：专利申请号为201410667480.7的“一种玉米纤维胶-淀粉凝胶及其制备方法”，专利申请号为201410260690.4的“一种大豆蛋白纤维胶组合物增稠剂”，专利申请号为201410541138.2的“一种玉米纤维胶-蛋白质乳化剂及其制备方法”。
实施例二
本实施例中，3D打印滤芯的制备工艺主要通过以下步骤实现：可借鉴现有的3D打印机，将3D打印物料热堆积而成。
热堆积过程中可通过纤维胶将滤材、3D打印物料粘结成型。纤维胶为3±1—5±1.5重量份，所使用的滤材为100重量份；或者纤维胶为3±1—5±1.5重量份，3D打印物料为100重量份。较佳地，纤维胶为3-5重量份，所使用的滤材为60、70、80、90、100、110、120重量份；或者纤维胶为3-5重量份，3D打印物料为100重量份，或者如上所述滤材的重量份。本实施例如上添加纤维胶，能使3D打印物料具有较好的粘性，在热熔状态下，3D打印物料能够较为理想地粘结成型，且纤维胶不会对3D打印物料、滤材上原有的孔径造成较大的影响。也就是说，纤维胶不会大量堵塞涂有纤维胶的滤材对应位置上原有的孔径，这就不会影响到滤材的滤通率、滤通量等，也不会改变或影响到各类滤材的过滤原理，更不会显著影响到各类滤材的过滤效果。较佳地，中堆积时使用的纤维胶少于低温堆积用量，高温堆积时用量少于中温堆积用量。低温堆积时，纤维胶使用量为4.5、5重量份。
热堆积温度可分为低温堆积、中温堆积、高温堆积。热堆积温度主要是根据滤材、3D打印物料的特性、它们的热熔特性而定，甚至也考虑对纤维胶的影响。
在制备3D打印滤芯的过程中，可以采用低温堆积、中温堆积和高温堆积中的任一种或两种以上的组合。也就是说，在热堆积成型过程中，只采用低温堆积，或者只采用中温堆积和高温堆积。或者在热堆积成型过程中，先采用中温堆积，再采用低温堆积。另外，即使采用中温堆积，也可采用中温堆积的不同温度段，将热堆积成型过程分成若干个温度段。以此类推，不再赘述。
较佳地，热堆积成型过程中，堆积相邻近的位置时，先堆积较高温的滤材再堆积较低温的滤材，也就是说，温度段由高温向低温变化较为适宜，这样不致于影响到已堆积成型的结构，热堆积成型的成品率高、品质也高。
较佳地，纤维滤材或者含有纤维的滤材适宜低温堆积。低温堆积为100—200℃，较佳地，100—140℃，100—160℃。
高分子滤材或者含有高分子的滤材适宜中温堆积。中温堆积为200—500℃，较佳地，200—300℃，或者300℃左右。当然，热堆积过程中或滤材、3D打印物料的制备过程中，还可加入改性助剂，增强热堆积成型效果、过滤效果。
金属类滤材、矿物滤材或者含有金属、矿物的滤材适宜高温堆积。高温堆积为500℃以上，较佳地，接近相应金属滤材的冶炼温度，或者500—800℃。
较佳地，根据上述热堆积温度，相应地选取滤材、3D打印物料的形态：低温堆积时，滤材、3D打印物料制成线料状；中温堆积、高温堆积时，滤材、3D打印物料制成粉料状。
热堆积成型的3D打印滤芯，还可通过现有方式消除热堆积中产生的应力，例如成型后停留设定时间、向热成型的3D打印滤芯输送冷却定型介质等，使3D打印滤芯成型更稳定、耐用。
具体实施方式有以下几种：
1、堆积的滤材堆积层之间通过纤维胶粘结在一起：可以采用分别送料方式，通过3D打印机的一个多个3D打印头一边输送滤材、3D打印物料，一边输送纤维胶，然后两者在热熔状态下堆积制成3D打印滤芯；从微观上看，3D打印滤芯即由一层滤材、3D打印物料，一层纤维胶层堆积而成，这样纤维胶会较多地存留在相邻的两层堆积层的接触面之间，而在相邻的两层堆积层的没有的接触面之间，则不会过多地存留纤维胶，甚至只会存留较少的些许纤维胶；这样滤通量、过滤效果也更为理想；而且纤维胶的用量也会减少；和/或
2、将裹有纤维胶的3D打印物料热堆积在一起：滤材、3D打印物料采用如后所述的内外包芯的方式与纤维胶复合在一起，从而对应制成自粘滤材、自粘复合滤材、自粘3D打印物料这类自粘物料；通过3D打印头输送上述自粘物料，经堆积即可制成3D打印滤芯；从微观上看，每层的滤材、3D打印物料的堆积层的各个面上都会涂有纤维胶，结合力较强，这样成型的3D打印滤芯更结实，不易变形、、损耗、损坏等；这样就更适合强度高、抗压、结构复杂、过滤路径复杂、曲折的过滤器；和/或
3、将混合有纤维胶的3D打印物料热堆积在一起：3D打印物料与纤维胶混合制成自粘3D打印物料，通过3D打印头输送自粘3D打印物料，经堆积即可制成3D打印滤芯；由于滤材、3D打印物料与纤维胶充分混合，结合力分布均匀、。
3D打印物料选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的一种或多种滤材的组合。
另外，滤材还可选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的两种或两种以上滤材复合而成的复合滤材；和/或滤材包括有SGS聚合物；和/或多功能滤芯的形态选自片状、U型、膜状、膜丝状、纤维状、颗粒状中的一种或多种的组合。
具体而言，多种滤材中的每种滤材还可分别为选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的单一的一种滤材。或者多种滤材中的每种滤材由选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的两种或两种以上滤材复合而成的复合滤材替代。例如，离子交换活性炭纤维膜是由离子交换纤维和活性炭纤维这两种滤材进行复合，从而制成这种复合滤材，也就是说，离子交换活性炭纤维膜中的离子交换纤维和活性炭纤维，完全复合在一起且无法将两者分离开来。当然，复合滤材也可以是2层滤材上下叠设在一起，其中上面一层是一种滤材，下面一层是另一种滤材。除了上述这种由两种或两种以上滤材以层叠方式复合而成的复合滤材外，复合滤材还可以由两种或两种以上滤材以内外包芯的方式复合在一起。总之，复合滤材可以采用各种方式复合在一起。
上述各种滤材可如下选用：
1、吸附滤材选自主动吸附滤材和被动吸附滤材中的一种或两种的组合。主动吸附滤材选自阳电荷膜、负离子膜、负离子颗粒层和极性离子筛中的一种或多种的组合。被动吸附滤材选自活性炭纤维膜、活性炭纤维层、炭陶瓷和炭陶管中的一种或多种的组合。吸附滤材的过滤原理主要以吸附为主，同时上述各种吸附滤材本身对一定的分子团也具有一定的拦截功能。这些滤材均可采用低温堆积成型。
2、交换滤材选自离子交换纤维膜、离子交换活性炭纤维膜、离子交换树脂膜中的一种或多种的组合。交换滤材的过滤原理主要以交换为主，上述各种交换滤材本身对一定的分子团也具有一定的拦截功能。这些滤材均可采用低温堆积成型。
3、反应滤材选自亚硫酸钙颗粒层、离子筛颗粒、溴树脂、多聚碘树脂、金属颗粒、铜锌合金滤料和KDF铜合金滤料中的一种或多种的组合。反应滤材的过滤原理主要以反应为主，同时上述各种反应滤材本身对一定的分子团也具有一定的拦截功能。其中金属颗粒、铜锌合金滤料和KDF铜合金这类金属类滤材，适宜采用高温堆积成型。
4、拦截滤材滤材选自过滤网、核孔膜、无纺布、PP膜、PE超滤物、超滤膜和PVDF超滤膜中的一种或多种的组合。拦截滤材的过滤原理主要以拦截为主，设定拦截滤材上的微孔径，即可拦截相应的介质，同时无纺布等上述滤材本身也具有一定的吸附功能。其中核孔膜、无纺布、PP膜、PE超滤物、超滤膜和PVDF超滤膜这类高分子滤材，适宜采用中温堆积成型。
5、滤材包括有SGS聚合物，目前的SGS聚合物也有用于制作SGS聚合物改性沥青，其网址如下：
http://b2b.hc360.com/viewPics/supplyself_pics/455644029.html。
SGS聚合物也可称之为SGS-聚合物、sgs聚合物、sgs-聚合物。SGS聚合物属于一种离子交换树脂，具有空间球状结构，可采用Geyser材料制成。SGS聚合物这种大分子化合物，可由多种单体合成，例如，间苯二酚、邻苯二酚、对苯二酚、三聚氰胺、尿素等。SGS聚合物在合成过程中产生微球，微球是卷曲在油里的聚合物长链，这些微球被聚合后形成具有多孔和高机械强度的结构。微球具有巨大的比表面积，可达500m2/g，它表面自身覆盖活性基团，离子交换过程就在这些基因上进行。除去的离子直接和有化学活性的聚合物表面离去的典型离子(Na+)进行交换，向离子交换树脂颗粒内部扩散。因此，SGS聚合物过滤体积比率比普通的颗粒状离子交换树脂高出10-20倍。
SGS聚合物主要包括三种过滤原理：机械过滤、吸附过滤、离子交换过滤。机械杂质也可以称之为拦截过滤，机械杂质的除去主要在聚合物的表面层进行。所有大于滤材外孔尺寸的粒子的机械过滤在表面进行。过滤通道是复杂而曲折的且孔径是渐变的，阻止被过滤的杂质流出来进入纯水，这些杂质在有压力降时容易流入纯水。ARAGON复杂的内表面充当着微生物障碍物的作用。大多数细菌病毒都是椭圆形(从0.5至20.0mkm)，因此会被困在滤材弯曲的通道中。为了阻止聚合物中吸附的微生物生长，在滤材中还可嵌入完全阻止它们流入纯水中的银。滤材孔径可在0.01-3.5mKm(1mkm＝0.001mm)范围内任意变动。
而且，SGS聚合物还可同时具有阴离子、阳离子交换功能。例如：类型为ARAGON，单体为间苯二酚，再覆盖化合物为重金属、含氯有机化合物。溶解了的化学元素以及它们的化合物通过离子交换和吸附机制从水中除去。另外，ARAGON2是一种块状混合材料，由ARAGON聚合物、抑制细菌的银和离子交换树脂颗粒混合而成。硬盐、溶解的离子、胶离子、重金属及其化合物均因树脂和聚合物的离子交换性质被除去。离子交换树脂使ARAGON2除去硬盐的能力比ARAGON增强了12-15倍，能够除去活性氯、含氯化合物和有机化合物。
拟软化也是ARAGON材料独特的特征。水流过过滤材料时，硬盐的结构被改变了。因为，纯水中没有沉淀形成，软水获得了有利于生物生存的性质。
6、上述任一种滤材或多种材复合而成的复合滤材，在复合过程中还可添加纤维胶，从而复合成具有自粘性的复合滤材。以此类推，上述滤材、复合滤材、3D打印物料对应添加纤维胶之后，可对应可称之为自粘滤材、自粘复合滤材、自粘3D打印物料等。
实施例三
本实施例中，3D打印过滤制品可采用如前的任一种实施例，其中滤芯由过滤制品替代。
实施例四
本实施例中，3D打印过滤制品的制备工艺可采用前的任一种工艺制备，滤芯由过滤制品替代。
上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (10)
1.3D打印滤芯，包括能使被滤介质过滤的滤材，滤材选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的一种或多种滤材的组合，其特征在于：所述滤材为3D打印物料热堆积而成的滤材，3D打印物料呈线料状或粉料状。
2.如权利要求1所述的3D打印滤芯，其特征在于：所述堆积的滤材堆积层之间设有纤维胶层；和/或所述3D打印物料裹有纤维胶层；和/或所述3D打印物料混合有纤维胶。
3.如权利要求2所述的3D打印滤芯，其特征在于：所述纤维胶选自有机纤维胶层、无机纤维胶层中的一种或多种的组合；和/或所述纤维胶选自线料、粉料、液料中的一种或多种的组合。
4.3D打印滤芯的制备工艺，其特征在于：通过以下步骤实现：将3D打印物料热堆积而成，3D打印物料选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的一种或多种滤材的组合。
5.如权利要求4所述的3D打印滤芯的制备工艺，其特征在于：
所述堆积的滤材堆积层之间通过纤维胶粘结在一起；和/或
将裹有纤维胶的所述3D打印物料热堆积在一起；和/或
将混合有纤维胶的所述3D打印物料热堆积在一起。
6.如权利要求5所述的3D打印滤芯的制备工艺，其特征在于：
所述纤维胶为3-5重量份，所述滤材或所述3D打印物料为100重量份；和/或
所述热堆积温度分为：低温堆积为100—200℃，中温堆积为200—500℃，高温堆积为500℃以上；和/或
纤维滤材或者含有纤维的滤材用低温堆积，高分子滤材或者含有高分子的滤材用中温堆积，金属类滤材、矿物滤材或者含有金属、矿物的滤材用高温堆积；和/或
低温堆积时，所述滤材或所述3D打印物料采用线料；中温堆积和高温堆积时，所述滤材或所述3D打印物料采用粉料；和/或
堆积邻近的位置时，先堆积需高温堆积的滤材，后堆积低温堆积的滤材；和/或。
7.如权利要求4所述的3D打印滤芯的制备工艺，其特征在于：所述滤材选自吸附滤材、交换滤材、反应滤材和拦截滤材中的两种或两种以上滤材复合而成的复合滤材；和/或所述滤材包括有SGS聚合物；和/或所述多功能滤芯的形态选自片状、U型、膜状、膜丝状、纤维状、颗粒状中的一种或多种的组合。
8.如权利要求4所述的3D打印滤芯的制备工艺，其特征在于：
所述吸附滤材选自主动吸附滤材和被动吸附滤材中的一种或两种的组合；主动吸附滤材选自阳电荷膜、负离子膜、负离子颗粒层和极性离子筛中的一种或多种的组合；被动吸附滤材选自活性炭纤维膜、活性炭纤维层、炭陶瓷和炭陶管中的一种或多种的组合；
所述交换滤材选自离子交换纤维膜、离子交换活性炭纤维膜和离子交换树脂膜中的一种或多种的组合；
所述反应滤材选自亚硫酸钙颗粒层、离子筛颗粒、溴树脂、多聚碘树脂、金属颗粒、铜锌合金滤料和KDF铜合金滤料中的一种或多种的组合；
所述拦截滤材滤材选自过滤网、核孔膜、无纺布、PP膜、PE超滤物、超滤膜和PVDF超滤膜中的一种或多种的组合。
9.3D打印过滤制品，其特征在于：如权利要求1至3所述的任一种滤芯由过滤制品替代。
10.如权利要求9所述的3D打印过滤制品的制备工艺，其特征在于：采用如权利要求4至8中任一种工艺制备，所述滤芯由过滤制品替代。
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