CN106823563A - 一种熔体静电纺聚丙烯滤料的制备和结构性能调控方法 - Google Patents

一种熔体静电纺聚丙烯滤料的制备和结构性能调控方法 Download PDF

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邓炳耀
刘庆生
申莹
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种熔体静电纺聚丙烯(PP)滤料的制备和结构性能调控方法。本发明通过下述技术方案予以实现:将熔体静电纺PP纤维网热压在PP纺粘非织造基材上,通过结构调控,制得具有“高效低阻”的熔体静电纺PP纤维网/PP纺粘非织造材料多层复合滤料。其特征在于通过调控熔体静电纺PP纤维网的结构,降低PP滤料的过滤阻力,实现PP滤料高过滤效率、低过滤阻力双重功能。通过实验测得,通过结构调控的PP滤料较常规结构PP滤料的过滤阻力低了50%以上。本发明工艺简单,便于用于空气过滤材料。

Description

一种熔体静电纺聚丙烯滤料的制备和结构性能调控方法
技术领域
本发明涉及熔体静电纺聚丙烯滤料的结构调控方法,属于空气过滤材料技术领域。
背景技术
熔体静电纺丝技术因具有纺丝过程环保、纺丝强力较溶液静电纺低、产率高、工艺相对简单等优点,近年来备受瞩目。聚丙烯(PP)因化学稳定性好,且其价格低廉、综合性能好、原料来源丰富、生产工艺简单等优点,使其在空气过滤领域尤其是在口罩、空气净化器等中应用广泛。而空气滤料在高效的过滤效率下,兼具较高的过滤阻力,这一缺点大大限制了其耐用性,开发“高效低阻”滤料引起世界各国学者的高度关注。
相比大直径纤维,次微米级小直径纤维在同样压力降下可以提供更好的过滤性能。然而静电纺丝法,因其设备简单,纺丝过程容易控制,且所纺纤维多为超细或纳米级,是纳米技术中应用较普遍的一种方法。目前,对于静电纺丝技术的研究,主要集中于溶液静电纺,其所制备的空气滤料的过滤效率均好于传统过滤材料,且过滤效率几乎均在99%以上,但是,溶液静电纺纺丝过程中所使用的溶剂有毒,对环境和人体会造成伤害,另外,有些有机溶剂价格较贵,会提高空气材料的制备成本。
熔体静电纺丝法或熔喷纺丝法所纺纤维均为超细纤维,但是,与熔喷纺丝法相比,用熔体静电纺丝法所纺纤维为长丝,制备非织造材料可以得到表面更柔软,手感更好的纤维网,此外,用熔体静电纺丝法替代熔喷法可以节省一次性投资的成本,还可以节省设备长期运行的维护成本(喷丝模头相对简单)。但是熔体静电纺滤料的过滤效率没有溶液静电纺的高,单一通过增加滤料的厚度来提高过滤效率,滤料的过滤阻力也会增加,从而其使用寿命降低。目前,关于熔体静电纺滤料结构调控的报导较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简便、低阻力聚丙烯滤料的制备与结构性能调控方法。
本发明的技术方案是将熔体静电纺PP纤维网热压在PP纺粘非织造基材上,通过结构调控,制得熔体静电纺PP纤维网/PP纺粘非织造材料多层复合滤料,降低PP滤料的过滤阻力。步骤如下:
步骤一:熔体静电纺聚丙烯纤维
纺丝温度对熔体静电纺过程有较大影响,采用不同的纺丝温度,纺丝射流的运动状态不同,实验发现,纺丝温度为180~255℃时,能够拉伸成丝。纺丝过程中的纺丝电压为41kV,接收距离为7cm,得到不同直径的PP纤维。
步骤二:结构调控与制备
纺丝过程所用纺丝时间为15~75min,纺粗/细纤维所用喷丝板数量比为0:4,1:3,2:2,3:1、4:0和(1:1):2,收卷速度为3.3cm/min,热压温度为90℃,热压压力为0.4MPa,得到不同厚度及不同比例粗/细纤维的PP滤料(F0:4,F1:3,F2:2,F3:1、F4:0和F(1:1):2)。经测试,此多层复合滤料对2μm以上颗粒的过滤效率可达95%以上,而过滤阻力较常规滤料低50%以上。
本发明的有益效果:工艺简便易控,实现PP滤料高过滤效率、低过滤阻力双重功能。通过结构调控的PP滤料较常规结构PP滤料的过滤阻力低了50%以上。
附图说明
图1为不同纺丝温度下的纤维直径分布图
表1为等比例粗/细纤维复合滤料的过滤性能
表2为粗/细纤维比为1:3复合滤料的过滤性能
表3为粗/细纤维比为(1:1):2复合滤料的过滤性能
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明,但并不限制本发明。此外应理解,在阅读了本发明所授内容之后,本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
所用原料:PP母粒,熔体流动速度1100g/10min;PP纺粘非织造基材,25g/m2,购于市场。
实施例1:一种采用熔体静电纺丝技术调控滤料结构的方法
向四个喷丝板中分别加入25g的PP母粒,在纺丝电压为41kV,接收距离为7cm,纺丝温度分别为180、195、210、225、240和255℃时,制备不同直径的PP纤维,其直径分布及形貌见图1;然后在纺丝时间为75min,纺粗/细(8.74/6.18μm)纤维喷丝板数量比为0:4、2:2和4:0,收卷速度为3.3cm/min,热压压力为0.4MPa,热压温度为90℃时,制得低阻力PP滤料,过滤性能测试结果见表1。可知,经结构调控后具有等比例粗/细纤维的滤料F2:2,其过滤效率与单一含有6.18μm纤维滤料F0:4接近,过滤阻力、透气率及孔隙率与单一含有8.74μm纤维滤料F4:0接近,即该滤料具备“高效低阻”特性。
表1
实施例2:一种采用熔体静电纺丝技术调控滤料结构的方法
向四个喷丝板中分别加入25g的PP母粒,在纺丝电压为41kV,接收距离为7cm,纺丝温度分别为180、195、210、225、240和255℃时,制备不同直径的PP纤维,其直径分布及形貌见图1;然后在纺丝时间为45min,纺粗/细(8.74/6.18μm)纤维喷丝板数量比为0:4、1:3和4:0,收卷速度为3.3cm/min,热压压力为0.4MPa,热压温度为90℃时,制得低阻力PP滤料,过滤性能测试结果见表2。可知,经结构调控后具有粗/细纤维的滤料F1:3,其过滤效率与单一含有6.18μm纤维滤料F0:4接近,过滤阻力、透气率及孔隙率与单一含有8.74μm纤维滤料F4:0接近,即该滤料具备“高效低阻”特性。
表2
实施例3:一种采用熔体静电纺丝技术调控滤料结构的方法
向四个喷丝板中分别加入25g的PP母粒,在纺丝电压为41kV,接收距离为7cm,纺丝温度分别为180、195、210、225、240和255℃时,制备不同直径的PP纤维,其直径分布及形貌见图1;然后在纺丝时间为60min,纺粗/细((8.74/7.97)/6.18μm)纤维喷丝板数量比为(1:1):2,收卷速度为3.3cm/min,热压压力为0.4MPa,热压温度为90℃时,制得低阻力PP滤料,过滤性能测试结果见表3。可知,经结构调控后具有粗/细纤维的滤料F(1:1):2,其过滤效率与单一含有6.18μm纤维滤料F6接近,过滤阻力、透气率及孔隙率与单一含有8.74μm纤维滤料F8接近,即该滤料具备“高效低阻”特性。
表3

Claims (4)

1.一种熔体静电纺聚丙烯(PP)滤料的制备和结构性能调控方法,将熔体静电纺PP纤维网热压在PP纺粘非织造基材上,通过结构调控,制得熔体静电纺PP纤维网/PP纺粘非织造材料多层复合滤料,降低PP滤料的过滤阻力。
2.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺聚丙烯(PP)滤料的制备和结构性能调控方法,其特征在于所用纺丝温度为180~255℃,纺丝电压为41kV,接收距离为7cm,得到不同直径的PP纤维。
3.根据权利要求1所述的一种熔体静电纺聚丙烯(PP)滤料的制备和结构性能调控方法,其特征在于所用纺丝时间为15~75min,纺粗/细纤维所用喷丝板比例为0:4,1:3,2:2,3:1、4:0和(1:1):2,收卷速度为3.3cm/min,热压温度为90℃,热压压力为0.4MPa,得到不同厚度及不同比例粗/细纤维的PP滤料。
4.根据权利要求1~3所述的熔体静电纺聚丙烯滤料的结构调控方法,该方法可用于口罩、空气净化等,但又不局限于此领域,也适用于其他除尘滤料的加工。
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