CN106512558A - 一种高效过滤材料及其制备方法 - Google Patents

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CN106512558A CN201611095118.2A CN201611095118A CN106512558A CN 106512558 A CN106512558 A CN 106512558A CN 201611095118 A CN201611095118 A CN 201611095118A CN 106512558 A CN106512558 A CN 106512558A
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Abstract

本发明公开了一种高效过滤材料及其制备方法，高效过滤材料由基布层I、静电纺丝层、合成纤维层、基布层II复合而成；其中基布层I是由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯丙烯纤维中的任一种制备而成；静电纺丝层是由聚四氟乙烯纤维、聚醋酸酯纤维、聚酰亚胺纤维中的任一种制备而成；合成纤维层是由聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、铜氨纤维中的任一种或几种制备而成；基布层II是由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯丙烯纤维、三醋酸纤维中的任一种制备而成；制备方法包括各层材料的复合、驻极处理、热固处理。本发明制备得到的过滤材料具有良好的过滤效率和透气性，过滤阻力低，使用寿命长，制备方法易操作，可大量生产。

Description

一种高效过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及用于气态流体的过滤材料领域，具体涉及一种高效过滤材料及其制备方法。
背景技术
随着空气污染问题日益严峻，对于气态流体过滤装置的需求日益增多，气态流体过滤材料作为气态流体过滤装置的核心部件，其研究也日益增多，而针对微纳米级污染物颗粒的过滤材料的市场需求更是不断增加。
非织造过滤材料因具有良好的过滤效率，成为气态流体过滤材料的良好原料，目前主要采用针刺法制备而成，但是普通的非织造过滤材料对于1μm以下微粒的过滤效果不甚明显，并且在除尘过程中,过滤材料灰层厚度随时间增长而增厚,过滤阻力增大,过滤速度和流量减小，很快达到过滤极限，缩短过滤材料的使用寿命。
中国专利CN201210190144.9公开了一种空气过滤布材料，原料重量配比低熔点聚酯短纤4.44dtex×51mm：低熔点聚酯短纤2.22dtex×51mm：涤纶短纤维2.22dtex×51mm＝4：1-4：1-2，采用干式热熔法制造。但是该专利制得的空气过滤材料只能过滤粒度较大的粉尘等污染物，不能过滤1μm以下微粒污染物，且过滤效率低。
中国专利CN201310305188.6公开了一种高效空气过滤复合材料，先将锦纶6切片溶解于氯乙酸中，搅拌均匀得到均一溶液，通过静电纺丝设备，制备出锦纶6纳米纤维，再以纺粘无纺布PP为基底，然后接收静电纺纳米纤维得到无纺布复合材料。但是该专利制得的过滤材料的物理性能差，容易达到吸附极限，造成过滤材料使用寿命的缩短。
因此，针对1μm以下颗粒污染物日益增多的情况，研究和制备一种高效率的气体流体过滤材料是非常重要的。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种高效过滤材料及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种高效过滤材料，高效过滤材料由基布层I、静电纺丝层、合成纤维层、基布层II复合而成；
其中基布层I是由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯丙烯纤维中的任一种纤维材料经熔喷纺丝方法制备而成；
静电纺丝层是由聚四氟乙烯纤维、聚醋酸酯纤维、聚酰亚胺纤维中的任一种纤维材料经静电纺丝方法制备而成；
合成纤维层是由聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、铜氨纤维中的任一种或几种纤维材料经熔喷纺丝方法制备而成；
基布层II是由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯丙烯纤维、三醋酸纤维中的任一种纤维材料经熔喷纺丝方法制备而成。
进一步地，基布层I为：克重为50g/m2～70g/m2，厚度为0.5mm～1.0mm，纤维直径为1.0μm～3.0μm，材料透气度为60μm/Pa·s～75μm/Pa·s。
进一步地，静电纺丝层为：克重为5g/m2～15g/m2，厚度为0.02mm～0.10mm，纤维直径为0.02μm～0.05μm，材料透气度为180μm/Pa·s～220μm/Pa·s。
进一步地，合成纤维层为：克重为35g/m2～50g/m2，厚度为0.10mm～0.50mm，纤维直径为0.05μm～0.25μm，材料透气度为120μm/Pa·s～150μm/Pa·s。
进一步地，基布层II为：克重为50g/m2～70g/m2，厚度为0.5mm～1.0mm，纤维直径为1.0μm～3.0μm，材料透气度为60μm/Pa·s～75μm/Pa·s。
进一步地，熔喷纺丝方法具体为：将纤维材料在模头温度为190℃～220℃，拉伸热空气温度为160℃～185℃，热空气压力为6MPa～8MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为14cm～20cm的条件下，进行熔喷纺丝。
进一步地，静电纺丝方法具体为：将纤维材料加入质量分数为90％～100％的氯乙酸溶液中，在转速为400r/min～650r/min的磁力搅拌下，搅拌16h～48h，得到质量分数为18％～25％的静电纺丝液，在注射针头直径为0.1mm～0.2mm，接受距离为100mm～135mm，电压为16kV～20kV，纺丝液流速为0.10mL/h～0.3mL/h的条件下，进行静电纺丝。
本发明的另一发明目的，在于提供一种上述高效过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，各层材料的复合：将静电纺丝层、合成纤维层分别投入质量分数为60％～80％的粘结液中浸渍5s～12s，取出后分别将粘结层多余材料去除，静电纺丝层一面与基布层I的一面粘结，另一面与合成纤维层的一面粘结，合成纤维层的另一面与基布层II的一面粘结，快速热压成型，制得初品；
步骤S2，驻极处理：在高压静电发生器的电压为20kv～30kv，驻极距离为12cm～16cm的条件下对初品进行驻极处理14s～18s；
步骤S3，热固处理：对经过驻极处理的初品在95℃～110℃的温度条件下真空烘干15min～25min，得到所述高效过滤材料。
进一步地，步骤S1中，粘结液为聚乙烯醇乳液、羧甲基纤维素乳液、丙烯酸乳液中的任一种。
进一步地，步骤S1中，快速热压成型具体为：在压力为60kPa～80kPa，温度为80℃～95℃的条件下，在30s～60s内热压成型。
本发明的优点是：
1.本发明采用多层复合制备得到的气体流体过滤材料，具有良好的过滤效率和透气性，总过滤效率达99.99％以上；
2.本发明对制得的复合过滤材料采用驻极处理，有效降低过滤阻力，增加过滤材料使用寿命；
3.本发明采用的制备方法易操作，可大量生产。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种高效过滤材料，高效过滤材料由基布层I、静电纺丝层、合成纤维层、基布层II复合而成；
其中基布层I是由聚乙烯纤维材料在模头温度为190℃，拉伸热空气温度为160℃，热空气压力为6MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为14cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制得的基布层I的克重为50g/m2，厚度为0.5mm，纤维直径为1.0μm，材料透气度为60μm/Pa·s；
静电纺丝层是将聚四氟乙烯纤维材料加入质量分数为90％的氯乙酸溶液中，在转速为400r/min的磁力搅拌下，搅拌16h，得到质量分数为18％的静电纺丝液，在注射针头直径为0.1mm，接受距离为100mm，电压为16kV，纺丝液流速为0.10mL/h的条件下，进行静电纺丝制备而成；制得的静电纺丝层的克重为5g/m2，厚度为0.02mm，纤维直径为0.02μm，材料透气度为180μm/Pa·s；
合成纤维层是由铜氨纤维材料在模头温度为190℃，拉伸热空气温度为160℃，热空气压力为6MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为14cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制得的合成纤维层的克重为35g/m2，厚度为0.10mm，纤维直径为0.05μm，材料透气度为120μm/Pa·s；
基布层II是由三醋酸纤维材料在模头温度为190℃，拉伸热空气温度为160℃，热空气压力为6MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为14cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制备得到的基布层II的克重为50g/m2，厚度为0.5mm，纤维直径为1.0μm，材料透气度为60μm/Pa·s。
实施例2
一种高效过滤材料，高效过滤材料由基布层I、静电纺丝层、合成纤维层、基布层II复合而成；
其中基布层I是由聚丙烯纤维材料在模头温度为220℃，拉伸热空气温度为185℃，热空气压力为8MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为20cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制得的基布层I的克重为70g/m2，厚度为1.0mm，纤维直径为3.0μm，材料透气度为75μm/Pa·s；
静电纺丝层是由聚醋酸酯纤维材料加入质量分数为100％的氯乙酸溶液中，在转速为650r/min的磁力搅拌下，搅拌48h，得到质量分数为25％的静电纺丝液，在注射针头直径为0.2mm，接受距离为135mm，电压为20kV，纺丝液流速为0.3mL/h的条件下，进行静电纺丝制备而成；制得的静电纺丝层的克重为15g/m2，厚度为0.10mm，纤维直径为0.05μm，材料透气度为220μm/Pa·s；
合成纤维层是由聚丙烯腈纤维在模头温度为220℃，拉伸热空气温度为185℃，热空气压力为8MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为20cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制得的合成纤维层的克重为50g/m2，厚度为0.50mm，纤维直径为0.25μm，材料透气度为150μm/Pa·s；
基布层II是由聚氯丙烯纤维材料在模头温度为220℃，拉伸热空气温度为185℃，热空气压力为8MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为20cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制备得到的基布层II的克重为70g/m2，厚度为1.0mm，纤维直径为3.0μm，材料透气度为75μm/Pa·s。
实施例3
一种高效过滤材料，高效过滤材料由基布层I、静电纺丝层、合成纤维层、基布层II复合而成；
其中基布层I是由聚氯丙烯纤维材料在模头温度为205℃，拉伸热空气温度为172℃，热空气压力为7MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为17cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制得的基布层I克重为60g/m2，厚度为0.75mm，纤维直径为2.0μm，材料透气度为67μm/Pa·s；
静电纺丝层是由聚酰亚胺纤维材料加入质量分数为95％的氯乙酸溶液中，在转速为475r/min的磁力搅拌下，搅拌32h，得到质量分数为22％的静电纺丝液，在注射针头直径为0.15mm，接受距离为117mm，电压为18kV，纺丝液流速为0.20mL/h的条件下，进行静电纺丝制备而成；制得的静电纺丝层克重为10g/m2，厚度为0.06mm，纤维直径为0.03μm，材料透气度为200μm/Pa·s；
合成纤维层是由聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维材料在模头温度为205℃，拉伸热空气温度为167℃，热空气压力为7MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为17cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制得的合成纤维层的克重为43g/m2，厚度为0.30mm，纤维直径为0.15μm，材料透气度为135μm/Pa·s；其中聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维材料的质量比为1：1：1；
基布层II是由聚乙烯纤维材料在模头温度为205℃，拉伸热空气温度为167℃，热空气压力为7MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为17cm的条件下，进行熔喷纺丝制备而成；制备得到的基布层II的克重为60g/m2，厚度为0.8mm，纤维直径为2.0μm，材料透气度为68μm/Pa·s。
实施例4
一种高效过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，各层材料的复合：将静电纺丝层、合成纤维层分别投入质量分数为60％的聚乙烯醇粘结液中浸渍5s，取出后分别将粘结层多余材料去除，静电纺丝层一面与基布层I的一面粘结，另一面与合成纤维层的一面粘结，合成纤维层的另一面与基布层II的一面粘结，在压力为60kPa，温度为80℃的条件下，在30s内热压成型，制得初品；
步骤S2，驻极处理：在高压静电发生器的电压为20kv，驻极距离为12cm的条件下对初品进行驻极处理14s；
步骤S3，热固处理：对经过驻极处理的初品在95℃的温度条件下真空烘干15min，得到所述高效过滤材料。
实施例5
一种高效过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，各层材料的复合：将静电纺丝层、合成纤维层分别投入质量分数为80％的羧甲基纤维素粘结液中浸渍12s，取出后分别将粘结层多余材料去除，静电纺丝层一面与基布层I的一面粘结，另一面与合成纤维层的一面粘结，合成纤维层的另一面与基布层II的一面粘结，在压力为80kPa，温度为95℃的条件下，在60s内热压成型，制得初品；
步骤S2，驻极处理：在高压静电发生器的电压为30kv，驻极距离为16cm的条件下对初品进行驻极处理18s；
步骤S3，热固处理：对经过驻极处理的初品在110℃的温度条件下真空烘干25min，得到所述高效过滤材料。
实施例6
一种高效过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，各层材料的复合：将静电纺丝层、合成纤维层分别投入质量分数为70％的丙烯酸粘结液中浸渍8s，取出后分别将粘结层多余材料去除，静电纺丝层一面与基布层I的一面粘结，另一面与合成纤维层的一面粘结，合成纤维层的另一面与基布层II的一面粘结，在压力为70kPa，温度为88℃的条件下，在45s内热压成型，制得初品；
步骤S2，驻极处理：在高压静电发生器的电压为25kv，驻极距离为14cm的条件下对初品进行驻极处理16s；
步骤S3，热固处理：对经过驻极处理的初品在102℃的温度条件下真空烘干20min，得到所述高效过滤材料。
实验例1
对实施例1～6所制的高效过滤材料的性能进行测试，测试结果如表1所示。
其中孔径采用孔径仪进行测试。其中容尘量根据GB 2626-2006标准测试,风速为5.33cm/s。其中透气量根据GB/T 5453-199标准测试，测试气流压力为200Pa。其中气流阻力根据GB 2626-2006标准测试，风速为5.33cm/s。其中过滤效率根据GB 2626-2006标准测试，测试颗粒0.3μm，风速为5.33cm/s。
表1过滤材料测试结果
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效过滤材料，其特征在于，所述高效过滤材料由基布层I、静电纺丝层、合成纤维层、基布层II复合而成；
其中所述基布层I是由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯丙烯纤维中的任一种纤维材料经熔喷纺丝方法制备而成；
所述静电纺丝层是由聚四氟乙烯纤维、聚醋酸酯纤维、聚酰亚胺纤维中的任一种纤维材料经静电纺丝方法制备而成；
所述合成纤维层是由聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、铜氨纤维中的任一种或几种纤维材料经熔喷纺丝方法制备而成；
所述基布层II是由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯丙烯纤维、三醋酸纤维中的任一种纤维材料经熔喷纺丝方法制备而成。
2.根据权利要求1所述的高效过滤材料，其特征在于，所述基布层I为：克重为50g/m2～70g/m2，厚度为0.5mm～1.0mm，纤维直径为1.0μm～3.0μm，材料透气度为60μm/Pa·s～75μm/Pa·s。
3.根据权利要求1所述的高效过滤材料，其特征在于，所述静电纺丝层为：克重为5g/m2～15g/m2，厚度为0.02mm～0.10mm，纤维直径为0.02μm～0.05μm，材料透气度为180μm/Pa·s～220μm/Pa·s。
4.根据权利要求1所述的高效过滤材料，其特征在于，所述合成纤维层为：克重为35g/m2～50g/m2，厚度为0.10mm～0.50mm，纤维直径为0.05μm～0.25μm，材料透气度为120μm/Pa·s～150μm/Pa·s。
5.根据权利要求1所述的高效过滤材料，其特征在于，所述基布层II为：克重为50g/m2～70g/m2，厚度为0.5mm～1.0mm，纤维直径为1.0μm～3.0μm，材料透气度为60μm/Pa·s～75μm/Pa·s。
6.根据权利要求1所述的高效过滤材料，其特征在于，所述熔喷纺丝方法具体为：将纤维材料在模头温度为190℃～220℃，拉伸热空气温度为160℃～185℃，热空气压力为6MPa～8MPa的条件下进行挤压熔融，在接收距离为14cm～20cm的条件下，进行熔喷纺丝。
7.根据权利要求1所述的高效过滤材料，其特征在于，所述静电纺丝方法具体为：将纤维材料加入质量分数为90％～100％的氯乙酸溶液中，在转速为400r/min～650r/min的磁力搅拌下，搅拌16h～48h，得到质量分数为18％～25％的静电纺丝液，在注射针头直径为0.1mm～0.2mm，接受距离为100mm～135mm，电压为16kV～20kV，纺丝液流速为0.10mL/h～0.3mL/h的条件下，进行静电纺丝。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的高效过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，各层材料的复合：将静电纺丝层、合成纤维层分别投入质量分数为60％～80％的粘结液中浸渍5s～12s，取出后分别将粘结层多余材料去除，静电纺丝层一面与基布层I的一面粘结，另一面与合成纤维层的一面粘结，合成纤维层的另一面与基布层II的一面粘结，快速热压成型，制得初品；
步骤S2，驻极处理：在高压静电发生器的电压为20kv～30kv，驻极距离为12cm～16cm的条件下对初品进行驻极处理14s～18s；
步骤S3，热固处理：对经过驻极处理的初品在95℃～110℃的温度条件下真空烘干15min～25min，得到所述高效过滤材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述粘结液为聚乙烯醇乳液、羧甲基纤维素乳液、丙烯酸乳液中的任一种。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述快速热压成型具体为：在压力为60kPa～80kPa，温度为80℃～95℃的条件下，在30s～60s内热压成型。
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