CN107385683B - 一种无纺过滤介质及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无纺过滤介质的制备方法，包括如下步骤：1）熔融纺丝：采用A组份聚合物和B组份聚合物经熔融纺丝后形成皮芯结构连续型双组份复合长丝；2）成网：皮芯结构连续型双组份复合长丝经分丝后成网；3）加固成型：采用热风熔融粘合固结。本申请上述制备方法中包括了双组份复合长丝网差异收缩工艺技术，通过控制预压初成型、热风穿透工艺等，使得无纺布表层纤维呈现吸热差异化收缩，纤维屈曲凹凸形变产生一种新型的表面结构，有效的增大了过滤比表面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种无纺过滤介质，特别是涉及一种双组份无纺过滤介质。
背景技术
在新风净化和空气过滤领域，尤其是空调暖通等行业，现有技术中多采用分级过滤的方式，而涉及到过滤材料的设计与制造方面，国内外的主要研究方向是高效和超高效空气净化，以复合材料、熔喷驻极以及静电纺丝等复合技术和极细纤维及其非织造材料为重点。但是在新风净化过程必需的粗、中效过滤阶段的相关滤材研究与设计则鲜有报道，比如在工业空调新风净化设备中常见的空气过滤风袋，多以单组份的合成纤维针刺材料为主，如PET、PP等，现实的过滤组件应用过程中也常出现由于粗、中效过滤面积小、容尘量小、磨损等原因，而导致整体组件失效的案例。
其次，单组份的无纺针刺材料由于其针刺针孔的存在也经常会造成大颗粒粉尘透滤现象；且单组份的合成纤维针刺材料一般为了增强其纳污能力，材料都比较蓬松，短纤维间的缠结抱和力较弱，透气量虽大，但耐磨性能很差，不能很好的满足市场对滤材长寿命的使用要求。再者，一般常见的粗、中效滤材结构比较单一，材料的迎尘表面较为平整，如此则限制了其容尘纳污能力的进一步提升。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无纺过滤介质，用于解决现有技术中问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。
本发明第一方面提供一种无纺过滤介质的制备方法，包括如下步骤：
1)熔融纺丝：采用A组份聚合物和B组份聚合物经熔融纺丝后形成皮芯结构连续型双组份复合长丝；
2)成网：皮芯结构连续型双组份复合长丝经分丝后成网；
3)加固成型：采用热风熔融粘合固结。
优选地，步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物分别经螺杆挤出机挤出后进入复合纺丝箱体至喷丝板喷丝形成皮芯结构连续型双组份复合长丝。
更优选地，A组份聚合物经螺杆挤压机进行熔融挤出的温度为150～285℃。更优选地，A组份聚合物经单螺杆挤出机挤出。
更优选地，步骤1)中，A组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤。更优选地，过滤前压力为5～12MPa，过滤后压力为6～8MPa。
更优选地，步骤1)中，过滤后A组份聚合物熔体经计量泵计量，计量泵转速为20～30rpm。
优选地，B组份聚合物经螺杆挤出机进行熔融挤出的温度设定为180～305℃。更优选地，所述B组份聚合物经双螺杆挤出机挤出。
更优选地，B组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤。更优选地，过滤前压力为5～12MPa；过滤后压力为6～8MPa。更优选地，B组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经增加泵升压至5～12MPa。更优选地，步骤1)中，过滤后B组份聚合物熔体经计量泵计量，计量泵转速为20～30rpm。
优选地，在复合纺丝箱体中，两种熔体按照定量设计经过纺丝板熔体分配系统进行复合后，最终分配好的复合熔体由喷丝板喷出，形成皮芯结构连续型双组份复合长丝。优选地，复合纺丝箱体中温度为220～285℃。
更优选地，形成的皮芯结构连续型双组份复合长丝还经过后处理，所述后处理包括抽吸净化、冷风冷却和牵伸。优选地，在复合纺丝箱体的喷丝板下方两侧设有单体抽吸净化系统，单体抽吸风速为500～700rpm。更优选地，所述冷风冷却中风温为10～30℃；相对湿度为55～80％，风速为900～1350rpm。优选地，牵伸采用正压气流牵伸系统。更优选地，牵伸风压为0.08～0.3MPa。
优选地，步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物是两种熔点温度不同的可成纤聚合物，A组分聚合物为皮层结构，B组分聚合物为芯层结构，且B组分聚合物的熔点比A组分聚合物的熔点高20～135℃。
优选地，步骤1)中，皮芯结构连续型双组份复合长丝中熔点较低的组份为皮层，熔点较高的组份为芯层。
更优选地，步骤1)中，皮芯结构连续型双组份复合长丝中皮芯结构为同心圆结构。
更优选地，步骤1)中，A组份聚合物为选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
更优选地，步骤1)中，B组份聚合物为选自聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种。
更优选地，所述皮芯结构包括PE/PP、PE/PET、PP/PET、COPET/PET、PE/COPET。其中，COPET为碱溶性聚酯切片，其在热的稀碱水中容易溶解。
优选地，步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物的比例为1:9～9:1。
优选地，步骤1)中，所述皮芯结构连续型双组份复合长丝的直径为10～60μm。
优选地，步骤2)中，经分丝器进行分丝导丝。采用成网机进行成网。更优选地，成网速度为5～120m/min。吸速为1000～1500rpm。优选地，成网机主抽吸风量为1300～1500rpm，辅助抽吸风量为700～1400rpm。
优选地，步骤2)中，经成网机成网后经过预压辊。优选地，预压辊的加热温度为40～100℃。
优选地，步骤3)中，热风温度为90～220℃。采用平网热风烘室进行热风处理。热风处理一方面使得皮芯结构连续型双组份复合长丝受热进而实现差异收缩；并在热风处理时实现熔融粘合固结。
优选地，步骤3)中热风为方向与所述成网的网面方向垂直。
优选地，步骤3)中，热风为单面热风。采用单面热风穿刺熔融粘合固结。
优选地，步骤3)中，热风处理后还包括冷却定型。冷却定型采用冷风骤冷。优选地，冷风温度为15～20℃；冷风风量为1000～1350rpm。
优选地，步骤3)中，冷却定型后还经过冷轧处理，冷轧轧机压力为1～7MPa。
一种无纺过滤介质，由上述方法制备获得。
优选地，所述无纺过滤介质的克重为15～250g/m2。
优选地，所述无纺过滤介质的幅宽为1.6～5m。
优选地，所述无纺过滤介质迎着热风一面具有凹凸结构，另一面为平整面。无纺过滤介质这一结构的形成是由于双组份复合长丝在热风穿透阶段由于吸热皮芯结构材料呈现差异化收缩，纤维发生凹凸形变形成。这一结构有效的增大了无纺过滤介质过滤时的比表面积。相应的增加了纳污容尘能力；并且由于两面具有不同结构，在有效的增大了过滤比表面积的基础上，还具有良好的强度和耐磨性。
本申请还公开了如上述所述无纺过滤介质在空气过滤领域的用途。
本发明与现有技术相比，有如下优点：
1.本发明的无纺过滤介质是双组份复合长丝平网热风成型无纺布材料，通过组份聚合物的热性能优化搭配，利用不同熔融性质聚合物的复合纺丝成网成型工艺，与市场上常见粗、中效过滤介质的合成短纤维干法成网以及针刺或热轧成型工艺相比，本发明可以达到连续复合长丝直径可调可控且均匀性更优，产品灵活性好的优点；在实际生产中可以根据具体的新风净化环境条件，制造不同长丝直径的无纺过滤介质用做空气过滤膜的用途。
2.本发明采用热风穿透熔融粘合加固的工艺技术，皮芯结构连续型双组份复合长丝之间可以有效的依靠熔融点或熔融面进行固结，既保证了过滤无纺布介质的蓬松性也兼顾了材料的强度，更有效避免了针刺加固材料纤维易滑脱、针孔无法消除和针刺对纤维机械损伤等缺点，也避免了热轧加固材料的致密性能和透气性能损失大且轧点导致过滤面积减小等的劣势。
3.本发明获得的无纺布过滤介质，其结构具有创新性：过滤介质整体结构可分为迎尘层和支撑层，不存在两种结构之间的界面结合问题，为双层一体化结构形式，其中迎尘层为表面凹凸结构，支撑层为硬挺平整结构。该结构迎尘层表面凹凸结构设计有效增大了过滤面积和纳污容尘能力，其一体化的支撑层则兼顾保证了强度要求和耐磨性能，提升了长寿命的使用要求。
4.本发明获得的无纺过滤介质，其制备方法中包括了双组份复合长丝网差异收缩工艺技术，通过控制预压初成型、热风穿透工艺等，使得无纺布表层纤维呈现吸热差异化收缩，纤维屈曲凹凸形变产生一种新型的表面结构，有效的增大了过滤比表面积。
附图说明
图1显示为本发明的无纺过滤介质的结构示意图。
图1中1为迎着热风一面的凹凸结构；2为平整面；3为热气气流方向。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
以下实施例中使用的原料，PE为抚顺石化2911FS；PP为中石化H30S。
实施例1
A组份聚合物为PE母粒，熔点130～135℃；B组份聚合物为PP母粒，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝50％：50％。
上述两种聚合物均为烯烃类聚合物，无需去水分处理。两种聚合物分别经过各自的螺杆挤出机进行熔融推挤。
A组份聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：208℃、220℃、232℃、232℃、234℃、235℃，熔体温度226℃，A组份熔体经过滤器过滤，滤前压力9.7MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速29rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
B组份聚合物经过双螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：210℃、220℃、230℃、240℃、240℃、240℃、245℃、245℃、245℃、245℃、240℃，熔体温度237℃，B组份熔体经过增压泵升压后进入过滤器过滤，滤前压力9.5MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速29rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
复合纺丝箱体的整个熔体分配密闭空间温度保持在240℃；单体抽吸风速为650rpm；两侧对吹的冷风温度14℃，相对湿度60％，风速为950rpm；气流牵伸风压为0.22MPa；成网速度20m/min,；成网机主抽吸风量1450rpm，辅助抽吸风量1150rpm；预压辊温度60℃；平网热风烘室共有四个，温度设定分别为：120℃、135℃、135℃、130℃；平网热风设备出布后的冷风温度为18℃；轧机压力为4MPa；经轧机冷压过后的无纺布经收卷机卷绕成卷，最终布卷再经分切机分切，分切的最大幅宽为3.2m，产品克重为100g/m2。
实施例2
A组份聚合物为PE母粒，熔点130～135℃；B组份聚合物为PP母粒，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝50％：50％。
上述两种聚合物均为烯烃类聚合物，无需去水分处理。两种聚合物分别经过各自的螺杆挤出机进行熔融推挤。
A组份聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：208℃、220℃、232℃、232℃、234℃、235℃，熔体温度226℃，A组份熔体经过滤器过滤，滤前压力9.7MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速为29rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
B组份聚合物经过双螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：210℃、220℃、230℃、240℃、240℃、240℃、245℃、245℃、245℃、245℃、240℃，熔体温度237℃，B组份熔体经过增压泵升压后进入过滤器过滤，滤前压力9.5MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速为29rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
复合纺丝箱的整个熔体分配密闭空间温度保持在240℃；单体抽吸速为680rpm；两侧对吹的冷风温度13.5℃，相对湿度55％，风速1020rpm；气流牵伸风压为0.2MPa；成网速度10.4m/min,；成网机主抽吸风量1350rpm，辅助抽吸风量1050rpm；预压辊温度60℃；平网热风烘室共有四个，温度设定分别为：115℃、138℃、138℃、130℃；平网热风设备出布后的冷风温度为20℃；轧机压力为4.5MPa；经轧机冷压过后的无纺布经收卷机卷绕成卷，最终布卷再经分切机分切，分切的最大幅宽为3.2m，产品克重为200g/m2。
实施例3
A组份聚合物为PE母粒，熔点130～135℃；B组份聚合物为PP母粒，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝10％：90％。
上述两种聚合物均为烯烃类聚合物，无需去水分处理。两种聚合物分别经过各自的螺杆挤出机进行熔融推挤。
A组份聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：208℃、220℃、232℃、232℃、234℃、235℃，熔体温度226℃，A组份熔体经过滤器过滤，滤前压力9.0MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速30rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
B组份聚合物经过双螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：210℃、220℃、230℃、240℃、240℃、240℃、245℃、245℃、245℃、245℃、240℃，熔体温度245℃，B组份熔体经过增压泵升压后进入过滤器过滤，滤前压力10MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速27rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
复合纺丝箱的整个熔体分配密闭空间温度保持在240℃；单体抽吸风量为640rpm；两侧对吹的冷风温度14.5℃，相对湿度55％，风速930rpm；气流牵伸风压为0.26MPa；成网速度21m/min,；成网机主抽吸风量1350rpm，辅助抽吸风量1050rpm；预压辊温度60℃；平网热风烘室共有四个，温度设定分别为：115℃、138℃、138℃、130℃；平网热风设备出布后的冷风温度为18℃；轧机压力为4.5MPa；经轧机冷压过后的无纺布经收卷机卷绕成卷，最终布卷再经分切机分切，分切的最大幅宽为3.2m，产品克重为100g/m2。
实施例4
A组份聚合物为PE母粒，熔点130～135℃；B组份聚合物为PP母粒，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝90％：10％。
上述两种聚合物均为烯烃类聚合物，无需去水分处理。两种聚合物分别经过各自的螺杆挤出机进行熔融推挤。
A组份聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：208℃、220℃、232℃、232℃、234℃、235℃，熔体温度226℃，A组份熔体经过滤器过滤，滤前压力11.0MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速27rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
B组份聚合物经过双螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：210℃、220℃、230℃、240℃、240℃、240℃、245℃、245℃、245℃、245℃、240℃，熔体温度237℃，B组份熔体经过增压泵升压后进入过滤器过滤，滤前压力9.5MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速30rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
复合纺丝箱的整个熔体分配密闭空间温度保持在235℃；单体抽吸风速为620rpm；两侧对吹的冷风温度11.5℃，相对湿度55％，风量1000rpm；气流牵伸风压为0.18MPa；成网速度21.8m/min,；成网机主抽吸风量1480rpm，辅助抽吸风量1350rpm；预压辊温度50℃；平网热风烘室共有四个，温度设定分别为：115℃、132℃、132℃、128℃；平网热风设备出布后的冷风温度为16℃；轧机压力为3.0MPa；经轧机冷压过后的无纺布经收卷机卷绕成卷，最终布卷再经分切机分切，分切的最大幅宽为3.2m，产品克重为100g/m2。
实施例5
A组份聚合物为PE母粒，熔点130～135℃；B组分聚合物为PET母粒，熔点255-260℃。组份复合比例A：B＝50％：50％。
A组分为烯烃类聚合物，无需去水分处理，B组分为聚酯类聚合物，需要去水分处理。两种聚合物分别经过各自的螺杆挤出机进行熔融推挤。
A组份聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：240，250，260，270，270，熔体温度265℃，A组份熔体经过滤器过滤，滤前压力10.5MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速28rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
B组份聚合物经过双螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：240，260，280，293，293，293，293，290，290，290，290，熔体温度280℃，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速28rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。B组分聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤；过滤前压力为10MPa；过滤后压力为7MPa。
复合纺丝箱的整个熔体分配密闭空间温度保持在285℃；单体抽吸风量为500rpm；两侧对吹的冷风温度14.6℃，相对湿度55％，风量970rpm；气流牵伸风压为0.24MPa；成网速度25.1m/min,；成网机主抽吸风量1480rpm，辅助抽吸风量700rpm；预压辊温度100℃；平网热风烘室共有四个，温度设定分别为：91℃、110℃、130℃、130℃；平网热风设备出布后的冷风温度为17℃；轧机压力为3.5MPa；经轧机冷压过后的无纺布经收卷机卷绕成卷，最终布卷再经分切机分切，分切的最大幅宽为3.2m，产品克重为100g/m2。
实施例6
A组份聚合物为PP母粒，熔点162～165℃；B组分聚合物为PET母粒，熔点255-260℃。组份复合比例A：B＝50％：50％。
A组分为烯烃类聚合物，无需去水分处理，B组分为聚酯类聚合物，需要去水分处理。两种聚合物分别经过各自的螺杆挤出机进行熔融推挤。
A组份聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：230，240，245，245，240，熔体温度：240℃，A组份熔体经过滤器过滤，滤前压力10MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速28rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
B组份聚合物经过双螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：240，260，280，293，293，293，293，290，290，290，290，熔体温度280℃，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速28rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。B组分聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤；过滤前压力为10MPa；过滤后压力为7MPa。
复合纺丝箱的整个熔体分配密闭空间温度保持在285℃；单体抽吸风量为500rpm；两侧对吹的冷风温度12.6℃，相对湿度55％，风量970rpm；气流牵伸风压为0.24MPa；成网速度12.6m/min,；成网机主抽吸风量1480rpm，辅助抽吸风量700rpm；预压辊温度100℃；平网热风烘室共有四个，温度设定分别为：120℃、130℃、165℃、160℃；平网热风设备出布后的冷风温度为16℃；轧机压力为4MPa；经轧机冷压过后的无纺布经收卷机卷绕成卷，最终布卷再经分切机分切，分切的最大幅宽为3.2m，产品克重为200g/m2。
实施例1～6中获得的相应产品的主要性能指标如下表1所示：
本发明实施例1中产品与市场上常见的化纤针刺蓬松滤材、化纤热轧粘合硬质滤材相比，经实际测试，各项性能指标对比如下表2：
备注：测试条件为：NaCl颗粒，气体流量32L/min。参照标准EN779。
通过上表可以看出，以2.5μm滤效为例，本发明100g/m2的产品滤效57.89％，高于170～180g/m2的两种外来样品的48.81％和50.56％，过滤效果也能达到国标的要求G4和F5，过滤性能优于市场常见同等滤材。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.一种无纺过滤介质的制备方法，为如下步骤：
1)熔融纺丝：采用A组份聚合物和B组份聚合物经熔融纺丝后形成皮芯结构连续型双组份复合长丝；A组份聚合物和B组份聚合物是两种熔点温度不同的可成纤聚合物，A组分聚合物为皮层结构，B组分聚合物为芯层结构，且B组分聚合物的熔点比A组分聚合物的熔点高20～135℃；所述皮芯结构连续型双组份复合长丝的直径为10～60μm；
2)成网：皮芯结构连续型双组份复合长丝经分丝后成网；成网后经过预压辊，预压辊的加热温度为40～100℃；
3)加固成型：采用单面热风穿刺熔融粘合固结；热风温度为90℃～220℃，采用平网热风烘室进行热风处理；热风为方向与所述成网的网面方向垂直，形成的无纺过滤介质迎着热风一面具有凹凸结构，另一面为平整面；热风处理后还包括冷却定型，冷却定型采用冷风骤冷；冷却定型后还经过冷轧处理，冷轧轧机压力为1～7MPa；
步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物分别经螺杆挤出机挤出后进入复合纺丝箱体至喷丝板喷丝形成皮芯结构连续型双组份复合长丝；
A组份聚合物为选自聚乙烯、聚丙烯中的一种；
B组份聚合物为选自聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种；
步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物的比例为1:9～9:1；所述皮芯结构包括PE/PP、PE/PET、PP/PET。
2.一种无纺过滤介质，由权利要求1所述的制备方法获得。
3.如权利要求2所述无纺过滤介质在空气过滤领域的用途。
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