CN108472566A - 利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器包括：芯，形成有用于使液体通过的多个孔；以及过滤材料，卷绕于上述芯，用于捕集包含于液体中的过滤对象物，过滤材料包括在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成的复合纤维纱，从而具有出色的耐久性并提高过滤性能。

Description

利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器及其制备方法
技术领域
本发明涉及利用包括通过电纺丝方法制备的纳米纤维的纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器及其制备方法。
背景技术
随着产业的高度发展及复杂化，需要多种用途的液体过滤器，并且对容易装拆的精细过滤用筒式过滤器(cartridge filter)的需求大幅增加。精细过滤用筒式过滤器在半导体等电子材料、汽车产业、食品饮料制备、各种颜料及油漆产业、污废水、净水等产业领域中作为工艺用过滤器来广泛使用。
液体过滤用过滤器通过多种材质和方法制备，可根据作为过滤对象物质的污染粒子的过滤发生位置分为表面过滤(screen，surface filtration)和深层过滤(depthfiltration)。表面过滤根据过滤器的气孔尺寸(pore size)在过滤器表面过滤粒子，深层过滤是通过将捕集对象粒子捕集到沿着具有密度梯度的厚度方向(depth)不规则排列的纤维集合体上，由此进行过滤。相比于表面过滤，深层过滤器的气孔的尺寸不均匀，因此，过滤效率不均匀，但是，在浓度和粘度高的粒子的过滤工序中，由于相对长的使用时间和处理容量，因而作为表面过滤的预处理过滤器(pre filter)来被广泛使用。
筒式过滤器(cartridge filter)呈圆形外壳(housing)的形态，且具有在穿孔结构的中心部(central perforated core)被无数个过滤材料(filter media)包围的结构。流量的流动从过滤器的外部经过过滤材料并通过中心部的芯的内部或外部流动。此时，在过滤元件(filter element)的外部的表面进行深层过滤(depth filtration)的情况下，多个漂浮性固体物质积聚在过滤材料的内部缝隙之间来起到去除功能。并且，筒式过滤器可通过开放外壳来容易更换筒式过滤器。
筒式过滤用元件大致分为以环(rings)、圆盘(discs)、纤维纱(yarns)等的部件状态制备而成的元件和以半成品或成品状态制备过滤介质(filter media)的元件。
制备成部件状态的元件在被组装成成品元件状态时，可具有过滤性能，环状元件组装成与其间的狭窄空间(narrow space)一同层叠的堆叠(stack)形态，纤维纱(yarns)产品以多层(successive layers)卷绕于中央的芯的状态按各层以具有略微角度的方式卷绕。
过滤介质具有以元件中央的内部的芯(core)一致的方式制成规定尺寸的形态。因此，被制成短纤维无纺布、长纤维无纺布(spun-bonded)或膜(membrane)形态的产品在维持适当的保护用网材质(mesh material)的情况下以规定尺寸切割、呈褶皱的形态或卷绕于中央芯(central core)周围的形态制备。
而且，还可通过如下方式制备筒式过滤用元件，即，以具有所需厚度的方式将过滤器和树脂(resin)的混合物质喷射在芯表面之后向树脂施加热量来制成树脂粘结筒(resin-bonded cartridge)。而且，在使通过熔融喷射(melt-blown)方法直接纺丝的纤维进行旋转的同时螺旋捻绕(spiral wound)来以圆筒形制备过滤器。
筒式过滤器包括中央的芯部件、支撑用网(supporting mesh)、具有隔片(spacers)的过滤部件以及端盖部件。
卷绕有纤维纱(纱线(yarn)或者细绳(string))的元件在液体过滤工序中最普遍，其具有除了个别纤维纱之间的空间之外，还在由纤维纱形成的个别纤维(fiber)之间的空间起到过滤作用的优点。但是，即便具有这种普及性，但存在气孔不均匀，尤其纤维纱碎片向处理水移动等的缺点。并且，以往的合成纤维或天然纤维的纤维直径为数～数十μm，因而当利用长纤维纱线来制备时，由于表面积的限制，存在无法增加相同体积内的过滤面积的缺点，因此，过滤器的去除效率和捕集量(过滤器寿命)受到一定程度的限制，价格也具有相对低廉的特征。
最近，正在进行对电纺丝(electrospinning)方法的研究，在上述电纺丝方法中，通过向高分子熔融物施加电场来制备作为传统纤维制备方法的熔融纺丝(melt spinning)或溶液纺丝(solution spinning)的界限直径的小于1μm的纤维。通过这种电纺丝而制备的纳米纤维具有广泛的材质以及容易进行气孔调节(pore control)，从具有无限的应用可能性，但即便如此，因被制成网(web)形态的薄膜无纺布，从而具有低的机械强度和处理性受到限制，进而在应用方面受到限制。
尤其，在用作过滤器的情况下，通过与无纺布复合化或制成多层结构来用作以螺旋捻绕型(spiral wound)或弯曲型结构(pleated filter)增加过滤面积的液体过滤器用元件。但是，在将纳米纤维应用为无纺布形态的情况下，因纳米纤维的表面气孔结构而仅仅进行表面过滤，从而若以螺旋捻绕型或弯曲型增加过滤面积，则虽然具有优秀的效率，但是，产生压力损失，从而导致整体过滤系统的运行费用增加。
并且，在过滤系统产生过多压力的情况下，若增加通水压力，则在纳米纤维与纳米纤维之间不发生熔敷的位置产生空间或发生纤维之间的拉伸，因此，形成大于过滤对象的空间，从而存在无法进行表面过滤的隐患。
如公开专利公报10-2012-0078147(2012年07月10日)所公开的内容，以往的液体过滤用深层过滤器由双组分复合纤维无纺布形成，包括位于内部中心的圆筒状的芯以及由支撑体和无纺布形成的过滤材料卷绕在上述芯卷绕的层叠体。
这种液体过滤用深层过滤器呈由支撑体和无纺布形成的过滤材料卷绕在芯的形态，因此，由于无纺布的特性，难以将平均气孔尺寸制备成小于1μm，因此，存在难以精细过滤的问题。
发明内容
技术问题
因此，本发明的目的在于，提供如下的利用纳米纤维复合纤维纱的多层筒式过滤器就其制备方法：将通过电纺丝方法制备的纳米纤维网贴合到多孔性基材来制备复合纤维纱，并将此复合纤维纱卷绕于芯来使平均气孔尺寸维持在小于1μm的范围内，从而可进行精细过滤。
本发明的再一目的在于，提供如下的利用纳米纤维复合纤维纱的多层筒式过滤器就其制备方法：基于通过电纺丝方法制备的纳米纤维制备过滤器，从而提高过滤效率并延长过滤器寿命。
本发明的另一目的在于，提供如下的利用纳米纤维复合纤维纱的多层筒式过滤器就其制备方法：使用捻有纳米纤维的复合纤维纱，从而可利用纤维纱之间的空间及纳米纤维之间的空间来大大增加过滤面积，并可提高捕集量。
本发明的还有一目的在于，提供如下的利用纳米纤维复合纤维纱的多层筒式过滤器就其制备方法：在以往的深层过滤器上卷绕基于纳米纤维的复合纤维纱，从而可提高以往过滤器的性能和寿命。
解决问题的方案
用于实现上述目的的本发明的筒式过滤器包括：芯，形成有用于使液体通过的多个孔；以及过滤材料，卷绕于上述芯，用于捕集包含于液体中的过滤对象物，上述过滤材料包括在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成的复合纤维纱。
作为上述复合纤维纱，可使用平均气孔尺寸小于1μm的纳米纤维复合纤维纱。
可对通过在多孔性基材贴合由纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成的纳米纤维复合膜进行切割来制备纳米纤维带子纱，并通过加捻多个纳米纤维带子纱来制备上述复合纤维纱。
在上述过滤材料层叠有平均气孔尺寸互不相同的多个过滤材料，多个上述过滤材料中，卷绕得越接近芯，则层叠平均气孔尺寸越大的过滤材料。
上述过滤材料可包括：多孔性部件，卷绕于上述芯的外部面；以及复合纤维纱，卷绕于上述多孔性部件的外部面，在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成。
上述多孔性部件可使用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、天然纤维、玻璃纤维、丙烯纤维纱中的一种。
上述过滤材料可包括：多孔性部件，卷绕于上述芯的外部面；
第一无纺布，卷绕于上述多孔性部件的外部面；以及复合纤维纱，卷绕于上述第一无纺布的外部面，在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成。
上述第一无纺布可使用对聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种进行纺丝来呈网形态的纺粘(Spun Bond)无纺布或热结合(Thermal Bond)无纺布。
上述过滤材料可包括：多孔性部件，卷绕于上述芯的外部面；第一无纺布，卷绕于上述多孔性部件的外部面；第二无纺布，卷绕于上述第一无纺布的外部面；以及复合纤维纱，卷绕于上述第二无纺布的外部面，在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成。
上述第二无纺布可以为通过对合成高分子进行纺丝来形成的熔喷(Melt Blown)无纺布。
本发明的筒式过滤器制备方法包括：通过电纺丝方法制备纳米纤维并积聚上述纳米纤维来形成纳米纤维网的步骤；通过贴合上述纳米纤维网和多孔性无纺布来制备纳米纤维复合膜的步骤；通过切割上述纳米纤维复合膜来制备纳米纤维带子纱的步骤；通过加捻上述纳米纤维带子纱来制备复合纤维纱的步骤；以及将上述复合纤维纱卷绕于芯的步骤。
本发明的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器的制备方法还可包括进行热拉伸或热固定的后处理步骤，以防止上述复合纤维纱的捻绕被松脱。
可通过压延上述纳米纤维网来使纳米纤维之间相结合，从而实现固定气孔结构(Fix Pore Structure)。
在上述纳米纤维带子纱的制备方法中，在第一次切割纳米纤维复合膜来制备切割卷后第二次精密切割上述切割卷来制备宽度小于上述切割卷的纳米纤维带子纱。
发明的效果
如上所述，在本发明的多层筒式过滤器中，将通过电纺丝方法制备的纳米纤维网贴合到多孔性基材来制备复合纤维纱，并将上述复合纤维纱以多层的方式卷绕于芯，从而可使平均气孔尺寸维持在小于1μm的范围内，由此可进行精细过滤。
并且，可基于通过电纺丝方法制备的纳米纤维提高过滤效率并延长过滤器寿命。
并且，使用捻有纳米纤维的复合纤维纱，从而可利用纤维纱之间的空间及纳米纤维之间的空间来大大增加过滤面积，并可提高捕集量。
并且，在以往的深层过滤器上卷绕基于纳米纤维的复合纤维纱，从而可提高以往过滤器的性能和寿命。
附图说明
图1为本发明第一实施例的筒式过滤器的剖视图。
图2为本发明第一实施例的复合纤维纱的剖视图。
图3为本发明第二实施例的筒式过滤器的剖视图。
图4为本发明第三实施例的筒式过滤器的剖视图。
图5为本发明第四实施例的筒式过滤器的剖视图。
图6为本发明第五实施例的筒式过滤器的剖视图。
图7为示出本发明的筒式过滤器的复合纤维纱制备方法的工序流程图。
图8中的(A)部分为轧制纳米纤维复合膜的照片，(B)部分为示出第一次切割纳米纤维复合膜的过程的照片，(C)部分、(D)部分为纳米纤维带子纱的扫描电子显微镜照片，(E)部分为对经过第一次切割的辊式纳米纤维复合膜进行第二次切割的过程的照片。
图9中的(A)部分为复合纤维纱卷绕于辊的照片，(B)部分为复合纤维纱的扫描电子显微镜照片。
图10为本发明的复合纤维纱卷绕于芯的照片。
图11为本发明的筒式过滤器安装于外壳的照片。
图12示出基于本发明的筒式过滤器的粒子尺寸的过滤器效率的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。在此过程中，为了说明的明确性和便于说明图中所示的结构要素的大小或形状等能够以夸张的方式示出。并且，考虑到本发明的结构及作用而特定的术语可根据使用人员、操作人员的意图或管理而发生改变。这种术语应基于本说明书的全文内容来定义。
图1为本发明第一实施例的筒式过滤器的剖视图。
参照图1，本发明第一实施例的筒式过滤器包括：芯10，形成有用于使液体通过的多个孔12；以及纤维纱型过滤材料20，卷绕于芯10，用于捕集包含于液体中的过滤对象物。
芯10呈圆筒形态，在所开放的两端可安装有罩，在罩可形成有用于排出经过过滤的液体的排出口。
如图2所示，过滤材料20包括复合纤维纱30，在多孔性无纺布34贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网32来制备上述复合纤维纱30。
复合纤维纱30通过电纺丝方法制备纳米纤维，通过积聚上述纳米纤维来形成平均气孔尺寸小于1μm的纳米纤维网32，将纳米纤维网32贴合在多孔性无纺布34来制备纳米纤维复合膜。对通过如上所述的方法制备的纳米纤维复合膜进行切割来制备纳米纤维带子纱，通过加捻多个纳米纤维带子纱来形成复合纤维纱30。
多孔性无纺布34可使用熔喷无纺布、纺粘无纺布、热结合无纺布、化学粘合无纺布、湿法成网(wet-laid)无纺布中的一种。
按规定比例对可进行电纺丝的高分子物质和溶剂进行混合来制备纺丝溶液，并通过电纺丝方法对上述纺丝溶液进行纺丝来制备纳米纤维，通过积聚纳米纤维来使纳米纤维网32具有微细气孔。
在本发明中使用的高分子物质可进行电纺丝，例如，可使用合成及天然高分子，可混合一种或两种以上的这种高分子来使用。
在高分子物质中，作为本发明的过滤器材料，尤为优选地，可单独使用聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚醚砜(PES：Polyester Sulfone)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC，Poly Vinychloride)、聚碳酸酯(PC，Poly carbonate)、聚氨酯(PU，polyurethane)等，或混合聚偏氟乙烯和聚丙烯腈，或混合聚偏氟乙烯和聚醚砜、聚偏氟乙烯和热塑性聚氨酯(TPU：Thermoplastic Polyurethane)、聚氯乙烯、聚碳酸酯等来使用。
作为适用于本发明的纺丝方法，可使用安装有喷嘴的向上型、向下型及没有喷嘴也可进行纺丝的无喷嘴(Nozzleless)型，可使用电喷射或离心电纺丝、空气电纺丝、快速电纺丝、脉冲电纺丝及气泡电纺丝方法中的一种。
纳米纤维网32通过电纺丝方法制备，因此，根据高分子物质的纺丝量决定厚度。因此，具有可容易将纳米纤维网32的厚度制备成所需厚度的优点。即，若减少高分子物质的纺丝量，则可使纳米纤维网32的厚度变薄。
因此，根据纳米纤维网32的厚度决定气孔数及气孔的平均尺寸，因而可根据筒式过滤器的目的，通过将纳米纤维网32调节成多种厚度来调节过滤精细度。
优选地，纳米纤维的直径范围为0.1～1.0μm，平均气孔尺寸小于1μm。
如图3所示，第二实施例的筒式过滤器包括：芯10，形成有用于使液体通过的多个孔12；以及过滤材料40，卷绕于芯10的外部面，用于捕集包含于液体中的过滤对象物，并层叠为多层。
第二实施例的过滤材料40与在第一实施例中说明的过滤材料20相同，但是呈由平均气孔尺寸各自不同的多个过滤材料依次层叠于芯10的外部面的形态。即，可使本发明的纳米纤维网32的平均气孔尺寸互不相同，因此，在分别制备纳米纤维网32的平均气孔尺寸互不相同的多个过滤材料之后依次层叠于芯10来制备。
作为一例，过滤材料40可包括：第一过滤材料42，层叠于芯10的外部面；以及第二过滤材料44，层叠于第一过滤材料42的外部面。此时，第一过滤材料42的平均气孔尺寸大于第二过滤材料44的平均气孔尺寸。即，以靠近芯10的方式卷绕的第一过滤材料42的平均气孔尺寸大，以远离芯10的方式卷绕的第二过滤材料44的平均气孔尺寸小，因此，呈越远离芯10则过滤材料的平均气孔尺寸越变小的形态。
如上所述的第二实施例的过滤材料40将平均气孔尺寸互不相同的多个过滤材料依次层叠于芯10，从而可提高过滤对象物的捕集性能。
如图4所示，第三实施例的过滤材料50包括：多孔性部件52，卷绕于芯10的外部面；以及复合纤维纱30，卷绕于多孔性部件52的外部面，在多孔性无纺布34贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网32来形成。
复合纤维纱30与在第一实施例中所说明的复合纤维纱30相同，多孔性部件52可使用聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯/聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、天然纤维、玻璃纤维、丙烯纤维纱中的一种。
如上所述，在第三实施例的过滤材料50中，在复合纤维纱30的内部面层叠有多孔性部件52，从而可加强过滤材料的强度。
如图5所示，第四实施例的过滤材料60包括：多孔性部件52，卷绕于芯10的外部面；第一无纺布62，卷绕于多孔性部件52的外部面；以及复合纤维纱30，卷绕于第一无纺布62的外部面。
多孔性部件52及复合纤维纱30与在第三实施例中说明的多孔性部件52及复合纤维纱30相同。
其中，作为第一无纺布62，可使用对聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯进行纺丝来呈网形态的纺粘无纺布或热结合无纺布。
如图6所示，第五实施例的过滤材料70包括：多孔性部件52，卷绕于上述芯10的外部面；第一无纺布62，卷绕于多孔性部件52的外部面；第二无纺布72，卷绕于第一无纺布62的外部面；以及复合纤维纱30，卷绕于上述第二无纺布72的外部面，在多孔性无纺布34贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网32来形成。
其中，作为第一无纺布62，可使用对聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯/聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯进行纺丝来呈网形态的纺粘无纺布或热结合无纺布，作为第二无纺布72，可使用对合成高分子进行纺丝来形成的熔喷无纺布。
以下，对以如上所述的方式形成的本发明的复合纤维纱制备方法进行说明。
图7为示出本发明的复合纤维纱制备方法的工序流程图。
首先，通过电纺丝方法形成纳米纤维网32(步骤S10)。
按规定比率混合高分子和溶剂来制备可进行电纺丝的纺丝溶液。其中，作为高分子物质，只要是通过对热固性或热塑性高分子进行电纺丝来形成纳米纤维的高分子，就不受特殊限制。
在制备纺丝溶液的过程中，高分子物质的适当含量约为5重量百分比至50重量百分比，当小于5重量百分比时，因以珠(bead)状喷射而难以形成膜，从而无法形成纳米纤维，在大于50重量百分比的情况下，纺丝溶液的粘度过高，因而纺丝性差，从而存在难以形成纤维的情况。因此，虽然纺丝溶液的制备方法不受特殊限制，但是，优选地，通过设置为易于形成纤维状结构的浓度来控制纤维的形状(morphology)。
向纺丝组件(spin pack)移送将纺丝溶液，此时，使用高电压装置向纺丝组件施加电压来实施电纺丝。此时所使用的电压可调节在0.5KV至100KV范围内，收集器(collector)可通过接地或带负极电来使用。为了在进行纺丝时顺畅地使纤维集束，在收集器附设捕集装置(suction collector)来使用为佳。
并且，优选地，将纺丝组件与收集器之间的距离调节在5～50cm范围内。当进行纺丝时，使用定量泵而均匀地排出并进行纺丝，优选地，在可调节纺丝时的温度及湿度的腔体(chamber)内在30～80％的相对湿度的环境下进行纺丝。
在本发明中，利用电纺丝方法在从纺丝组件沿着下侧的收集器移送纺丝溶液的转印片(transfer sheet)的一侧面电纺丝纳米纤维来形成由纳米纤维积聚而成的纳米纤维网32。纳米纤维积聚到捕集于转印片的纳米纤维网32，从而使纳米纤维网32具有三维微细气孔。
在仅由薄膜的纳米纤维网自身形成的情况下，由于操作性差且拉伸强度低，因此，难以在被高速移送的同时进行干燥、压延及轧制工序。并且，在制备纳米纤维网之后，难以高速、连续执行后续工序，但是，在利用上述转印片的情况下，通过提供足够的拉伸强度来可大大改善工序处理速度。
对通过上述方法制备的纳米纤维网进行压延来实现形成纳米纤维之间的结合的固定气孔结构(Fix Pore Structure)。此时，压延在100℃～200℃、且0.5～1.5Kgf/cm2的条件下执行。
通过贴合纳米纤维网32和多孔性无纺布34来制备纳米纤维复合膜(步骤S20)。
通过压接、轧制、热接合、超声波接合、压延接合等的多种方法将纳米纤维网32层压于多孔性无纺布34来制备出含量为0.5gsm至100gsm的纳米纤维复合膜。
层压可伴随热处理来执行，优选地，在作为不会使所使用的高分子熔融的范围的50℃至250℃的温度范围内实施。在热处理温度小于50℃的情况下，由于热处理温度过低，因此，纳米纤维网与多孔性无纺布之间的熔敷不稳定，由此，当制备后续的复合纤维带子纱时，无法顺畅地进行切割的可能性高。并且，在热处理温度大于250℃的情况下，形成纳米纤维的高分子被熔融，从而存在丧失纤维状结构的可能性，因此并不优选。
若完成纳米纤维复合膜的制备，则通过切割纳米纤维复合膜来制备纳米纤维带子纱(步骤S30)。
如图8的(A)部分所示，纳米纤维复合膜以卷绕于辊的辊式来制备。此时，由辊式制备的纳米纤维复合膜的宽度可根据纺丝设备制备成500～2000mm范围内的多种宽度，但是，长度大致为500M左右。
以符合精细纵切机的宽度的方式与绕线管一同对辊式纳米纤维复合膜进行第一次切割来形成如图8的(B)部分所示的多个切割卷。
经过第一次切割的多个切割卷在切割器或纵切机等精细纵切机进行第二次切割作业来制备宽度为0.1mm至5mm的复合纤维带子纱。
如图8的(E)部分所示，利用捻纱机等设备对复合纤维带子纱进行S捻或Z捻来制备复合纤维纱(步骤S40)。
通过捻纱装置向多个复合纤维带子纱进行右捻(S捻)或左捻(Z捻)来使复合纤维带子纱捻绕。此时，在捻绕(T/M twisting/meter)过程中，有必要进行500以下的低捻丝或2500以上的极强捻丝，以符合高分子种类或最终目的。
并且，作为向复合纤维带子纱赋予张力的方法，可通过使纳米纤维带子纱经过上盘张力与下盘张力之间来赋予张力，可根据高分子的种类，在玻璃态转化温度(Tg)与熔融温度(Tm)之间的温度范围内实施热拉伸或热固定。
对所制备的复合纤维纱实施后处理来防止捻绕被松脱或赋予强拉伸力(步骤S50)。
可对所制备的复合纤维纱进行热拉伸、热固定等的后处理来防止捻绕被松脱或赋予拉伸力。作为拉伸方法，可利用热拉伸、冷拉伸等多种方法，根据所使用的材质在防止捻绕被松脱的温度范围内适用热固定方法为佳。优选地，热拉伸、热固定在所使用的高分子的玻璃态转化温度与熔融温度之间的温度范围内实施。并且，上述热拉伸、热固定工序不仅可在复合加捻的后工序中进行，还可在前工序中进行。
实施例
实施例1：制备聚偏氟乙烯纳米纤维网并贴合在多孔性无纺布
作为高分子物质来使用聚偏氟乙烯(PVDF，Polyvinylidene fluoride)，并以达到15重量百分比的方式使其溶解于二甲基乙酰胺(DMAc)：丙酮(Acetone)＝7：3的溶剂中来制备出纺丝溶液。
将上述纺丝溶液移动到电纺丝装置的纺丝组件(spinning pack)，并在使施加电压达到100kV、纺丝喷嘴与收集器之间的距离达到20cm、每分钟的排出量达到20μl/hole，且60％的相对湿度的纺丝环境下进行电纺丝来制备出具有3gsm的重量、且1μm的气孔尺寸的纳米纤维网。
在150℃、1Kgf/cm2的条件下对通过上述方式获得的纳米纤维网进行压延来使纳米纤维之间相结合，从而实现固定气孔结构(Fixed pore structure)，在130℃、1Kgf/cm2的条件下与聚丙烯/聚乙烯纺粘无纺布相贴合来制备出纳米纤维复合膜。所使用的无纺布使用厚度160μm、40gsm的聚丙烯/聚乙烯纺粘，从而获得如图8的(A)部分所示的具有1.7m的宽度、且300m的长度的复合纳米纤维辊(roll)。
为了分析从实施例1获得的纳米纤维复合膜材质的基本特性，利用PMI公司(Porous Materials，Inc.)的毛细管孔隙度计(Capillary porosimeter)以ASTM E1294规格对气孔尺寸分布度(Pore size distribution)进行了检测，并利用TEXTEST公司的FX3300来根据ASTM D737规格对透气度(Air Permeability)进行了检测，并将其结果分别示出于表1和2。
尤其，为了比较纳米纤维复合膜的基本特性，作为对照组使用了通过默克密理博公司(Merck-Millipore)的相分离方式(Phase-separat ion)制备的气孔尺寸为1μm的聚偏氟乙烯膜(PVdF membrane)(比较例1)、贺氏公司(Hollingsworth&Vose Company)的气孔尺寸为1μm的熔喷介质(melt-blown media)(比较例2)。
表1
表2
透气度(cfm@125Pa)透气度(cfm@125Pa)
实施例1 2.5
比较例1 0.8
比较例2 0.7
如上表1所示，本发明的实施例1的纳米纤维复合膜的平均气孔尺寸为1.0μm，最大气孔尺寸为1.3μm，呈现出具有与比较例1至2的商用化的过滤器用膜等同水平以上的窄的气孔尺寸分布率。
并且，如上表2中所记载，检测出本发明的实施例1的纳米纤维复合膜的透气度为2.5cfm@125Pa，当与比较例1至2的商用化的过滤器膜进行比较时，呈现出具有非常优秀的透气度。
实施例2：制备复合纤维带子纱
如图8的(B)部分所示，以通过实施例1的方法制备的复合纤维辊的宽度达到5mm的方式进行第一次切割，之后，如图8的(E)部分所示，以各个宽度达到3mm的方式进行第二次精密切割，从而获得复合纳米纤维带子纱。
将通过实施例2的方法获得的复合纤维带子纱的扫描电子显微镜照片示出于图8的(C)部分及图8的(D)部分。如图8的(C)部分所示，可以确认，在表面形成具有约300nm的平均直径的聚偏氟乙烯纳米纤维，与实施例1的PMI分析相同地，以一级平均细孔形成。并且，如图8的(D)部分的纳米纤维复合化的聚乙烯/聚丙烯纺粘无纺布的扫描电子显微镜照片中可以确认，在10μm级的直径的聚烯烃类纤维中无规地发生纤维之间的熔敷，因而相比于纳米纤维，形成巨大的细孔。
通过使用倍捻机(2for 1twister)以每分钟的捻绕数(T/M，twist/munite)达到700的方式对通过上述实施例2的方法制备的复合纳米纤维带子纱进行Z捻来制备出由复合纳米纤维形成的复合纤维纱。图9的(A)部分示出复合纤维纱的照片，图9的(B)部分示出复合纤维纱表面的扫描电子显微镜照片。
如图9的(B)部分的照片所示，可以确认到300级直径的纳米纤维和10级直径的微型纤维无规(random)混合并捻绕，并且多种形态的细孔共存。
实施例3：将复合纤维纱卷绕于芯
将通过实施例2的方法制备的复合纤维纱卷绕于圆筒形芯来制备出如图10所示的双层(2-Layer)形态的过滤元件，上述圆筒形芯卷绕有50％的聚丙烯丝束(PP tow)纱。此时，使过滤元件的规格达到内径30mm、外径63mm、长度250mm。使所制备的上述过滤元件与图11所示的聚丙烯材质的外壳相结合来制备出筒式过滤器，根据ASTM F795规格实施过滤，对过滤材料上的流量及压差进行检测，并将其结果示出于表3。尤其，为了评价基于纳米纤维复合纱的筒式过滤器的基本特性，作为对照组对以与100％的聚丙烯丝束纱相同的规格制备的韩国S公司的产品(比较例3)进行了比较分析。
表3
如上表3所示，在本发明的实施例3的筒式过滤器和比较例3的情况下，呈现出比较例的基于流量的压力增强微小地优于实施例。经预测，如上所述的结果源于双层(2-Layer)型的实施例3的表面积比比较例3更宽。
并且，将基于检测流量的滤饼捕集量与压差之间的关系示出于表4。此时，试验流速为15L/min、1次/30g/5分钟、作为投入污染粒子来使用碳化硅(Carborundum)#600。
表4
如上表4所记载，在本发明的实施例3的筒式过滤器和比较例3的情况下，呈现出比较例的基于滤饼捕集量的压力增强略微优于实施例。如上所述的结果可解释为，因双层型的实施例3具有更多的气孔而形成的结果，这与上述表3的结果也一致。
将根据检测粒子尺寸的过滤效率示出于表5和图12的曲线图。如上表5，可知相比于比较例3，实施例3的整体过滤效率更优秀。如上所述的结果可解释为，因包含复合纳米纤维纱的实施例3具有更宽的表面积而呈现的结果。尤其，如图12的曲线图，在粒子尺寸小于20μm的微粒子的情况下，可以确认，相比于比较例3，包括复合纳米纤维纱的实施例3呈现显著优秀的过滤效率。如上所述的结果示出如下的结果，即，如实施例3，在采用多层筒式过滤器的情况下，呈现出可通过单一过滤器同时去除多种尺寸的粒子的结果，从而在用作工艺用过滤器的情况下，可大大降低过滤器运行所需的能源、空间等。
表5
以上，以特定的优选实施例为例示出并说明了本发明，但本发明并不局限于上述实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不脱离本发明的精神的范围内进行多种变更和修改。
产业上的可利用性
本发明在半导体等电子材料、汽车产业、食品饮料制备、各种颜料及油漆产业、污废水、净水等产业领域中作为工艺用过滤器来广泛使用，将通过电纺丝方法制备的纳米纤维网贴合在多孔性基材来制备的复合纤维纱用作过滤材料，从而可进行精细过滤。

Claims (16)

1.一种利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，
包括：
芯，形成有用于使液体通过的多个孔；以及
过滤材料，卷绕于上述芯，用于捕集包含于液体中的过滤对象物，
上述过滤材料包括在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成的复合纤维纱。
2.根据权利要求1所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，上述复合纤维纱的平均气孔尺寸小于1μm。
3.根据权利要求1所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，对通过在多孔性基材贴合由纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成的纳米纤维复合膜进行切割来制备纳米纤维带子纱，并通过加捻多个上述纳米纤维带子纱来制备上述复合纤维纱。
4.根据权利要求1所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，在上述过滤材料层叠有平均气孔尺寸互不相同的多个过滤材料。
5.根据权利要求4所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，多个上述过滤材料中，卷绕得越接近芯，则层叠平均气孔尺寸越大的过滤材料。
6.根据权利要求1所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，上述过滤材料包括：
多孔性部件，卷绕于上述芯的外部面；以及
复合纤维纱，卷绕于上述多孔性部件的外部面，在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成。
7.根据权利要求6所述的利用纳米纤维复合纤维纱的多层筒式过滤器，其特征在于，上述多孔性部件使用聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、天然纤维、玻璃纤维、丙烯纤维纱中的一种。
8.根据权利要求1所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，上述过滤材料包括：
多孔性部件，卷绕于上述芯的外部面；
第一无纺布，卷绕于上述多孔性部件的外部面；以及
复合纤维纱，卷绕于上述第一无纺布的外部面，在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成。
9.根据权利要求8所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，上述第一无纺布使用对聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种进行纺丝来呈网形态的纺粘无纺布或热结合无纺布。
10.根据权利要求1所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，上述过滤材料包括：
多孔性部件，卷绕于上述芯的外部面；
第一无纺布，卷绕于上述多孔性部件的外部面；
第二无纺布，卷绕于上述第一无纺布的外部面；以及
复合纤维纱，卷绕于上述第二无纺布的外部面，在多孔性无纺布贴合由通过电纺丝方法制备的纳米纤维积聚而成的纳米纤维网来形成。
11.根据权利要求10所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器，其特征在于，上述第二无纺布为通过对合成高分子进行纺丝来形成的熔喷无纺布。
12.一种利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器的制备方法，其特征在于，包括：
通过电纺丝方法制备纳米纤维并积聚上述纳米纤维来形成纳米纤维网的步骤；
通过贴合上述纳米纤维网和多孔性无纺布来制备纳米纤维复合膜的步骤；
通过切割上述纳米纤维复合膜来制备纳米纤维带子纱的步骤；
通过加捻上述纳米纤维带子纱来制备复合纤维纱的步骤；以及
将上述复合纤维纱卷绕于芯的步骤。
13.根据权利要求12所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器的制备方法，其特征在于，还包括进行热拉伸或热固定的后处理步骤，以防止上述复合纤维纱的捻绕被松脱。
14.根据权利要求12所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器的制备方法，其特征在于，通过压延上述纳米纤维网来使纳米纤维之间相结合，从而实现固定气孔结构。
15.根据权利要求12所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器的制备方法，其特征在于，在上述纳米纤维带子纱的制备方法中，在第一次切割纳米纤维复合膜来制备切割卷后第二次精密切割上述切割卷来制备宽度小于上述切割卷的纳米纤维带子纱。
16.根据权利要求12所述的利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器的制备方法，其特征在于，上述纳米纤维带子纱的克重范围设定为0.5gsm至100gsm，且宽度范围设定为0.1mm至5mm。
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