CN109648958B - 一种复合无纺织物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合无纺织物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合无纺织物及其制备方法和应用，该复合无纺织物包括支撑层和熔喷驻极无纺织物层，所述支撑层和熔喷驻极无纺织物层之间通过热熔胶粘合；所述支撑层包括粗聚酯纤维、细聚酯纤维和聚丙烯酸树脂，其中粗聚酯纤维的纤度为5.0‑8.0dtex、细聚酯纤维的纤度为1.0‑2.0dtex。其制备方法是将热熔胶熔融后将支撑层和熔喷驻极无纺织物层粘合，即得。本发明的复合无纺织物具有高容尘、容油污，且低阻的特点，特别适合有粗/细颗粒物、含有部分油烟等的混合，同时高风量时对过滤织物的刚性和阻力要求很高的家用、办公用新风过滤器领域。

Description

一种复合无纺织物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于过滤材料技术领域，具体涉及一种复合无纺织物及其制备方法和应用。
背景技术
在当前环境日趋严峻的前提下，好的过滤材料对净化器的影响很大。目前，驻极熔喷无纺织物作为一种新型、高效、低阻的材料，被广泛运用。因其工艺简单、生产速度快、成本低、产量高等优势，广泛应用于医疗、卫生、防护、工业以及汽车工业等领域，特别是新风过滤领域。由于室内外换气，外界的污染颗粒物种类繁多，目前的过滤材料普遍存在容尘量低(寿命低)、阻力高的问题，需要对支撑材料原料、复合加工工艺等进行设计来提高容尘量和降低阻力。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种复合无纺织物及其制备方法和应用，该复合无纺织物具有高容尘、容油污，且低阻的特点。
一种复合无纺织物，包括支撑层和熔喷驻极无纺织物层，所述支撑层和熔喷驻极无纺织物层之间通过热熔胶粘合；
所述支撑层以重量百分比计包括粗聚酯纤维45-60％、细聚酯纤维10-15％和聚丙烯酸树脂30-40％，其中粗聚酯纤维的纤度为5.0-8.0dtex、细聚酯纤维的纤度为1.0-2.0dtex。
进一步地，所述支撑层中粗聚酯纤维的重量百分比为48-53％。
进一步地，所述热熔胶为条状热熔胶丝，条状热熔胶丝宽度为0.5-3.0mm，条状热熔胶丝之间的间隔为3-22mm。
进一步地，所述条状热熔胶丝之间的间隔为5-10mm。
进一步地，所述复合无纺织物在支撑层和熔喷驻极无纺织物层之间，还有聚丙烯熔喷无纺织物层；所述聚丙烯熔喷无纺织物层的平均纤维直径为4-10μm、熔喷驻极无纺织物层的平均纤维直径为1-3μm。
上述复合无纺织物的制备方法是将热熔胶熔融后将支撑层和熔喷驻极无纺织物层粘合。
进一步地，熔融温度为150-180℃。
上述复合无纺织物在空气过滤装置或通风系统中的应用。
本发明的复合无纺织物具有高容尘、容油污，且低阻的特点，特别适合有粗/细颗粒物、含有部分油烟等的混合，同时高风量时对过滤织物的刚性和阻力要求很高的家用、办公用新风过滤器领域。
附图说明
图1为本发明的复合无纺织物的结构示意图，其中1为熔喷驻极无纺织物层，2为条状热熔胶丝，3为支撑层，L1为条状热熔胶丝和熔喷驻极无纺织物层之间的空隙层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供一种高刚性复合无纺织物，如图1所示，该无纺织物至少具有两层结构，支撑层3和熔喷驻极无纺织物层1，支撑层的存在可以便于后道折纸加工，同时在使用时，特别是高风量时，不会变形而导致性能变差。其中，支撑层以重量百分比计至少含有45～60％纤度为5.0～8.0dtex的聚酯化学纤维、以及30～40％聚丙烯酸树脂的共混物组成，其中，聚酯化学纤维优选48～53％，粗纤维的存在可以支持上述效果。但是，过高的纤度，比如15dtex，由于粗纤维的水中的分散性以及沉降性的问题，导致布面均匀性差、拉伸强度降低等问题。对于其含量，过低，比如低于45％，达不到粗纤维高刚性的特点；高于60％，粗纤维过多，纤维间结合强度降低，厚度变厚时构造阻力增加等问题。优选含有48～53％纤度为5.0～8.0dtex的聚酯化学纤维，支撑材的效果最佳。另外，纤维材质，不局限于聚酯纤维，其他高刚性、水中分散性好的化学合成纤维，也可以使用。
同时，支撑层和熔喷驻极无纺织物层通过0.5～3.0mm宽度的条状热熔胶丝2均匀粘合而成，条状热熔胶丝间的间隔在3mm～22mm。一般来讲，空气过滤用无纺织物的复合工艺有淋膜法、热轧法、撒粉法、热熔胶喷丝法等，其中，由于热熔胶喷丝法，不会堵塞无纺织物纤维间的孔隙、使两层无纺织物部分结合等优点，具有复合后低阻力的优点。常规的喷丝法热熔胶丝宽度在0.3mm以下。而且，通过研究以及不断的实验、测试，当复合后热熔胶丝0.5～3.0mm时，满足剥离强度60g/5cm的同时，复合后无纺织物增加的阻力最低(1.0Pa以内@5.3cm/s)。低于0.5mm，间隔低于3mm时，剥离强度低于60g/5cm；高于3.0mm，间隔高于22mm时，复合后无纺织物增加的阻力增加1.0Pa以上，甚至2Pa以上。同时，为了避免高风量时，热熔胶丝未接触部分(一般是熔喷无纺织物)的变形，推荐热熔胶丝的喷丝长度方向和复合无纺织物的长度方向呈5～15度排列，优选8～12度。因为复合无纺织物经打折加工后，折痕是垂直于长度方向，导致折痕和热熔胶丝呈75～85度排列，优选88～92度，此时的，结构阻力最低。也就是滤芯阻力达到最低的特性。喷丝长度方向和复合无纺织物的长度方向的角度调整，可以通过改变喷丝的角度，喷丝装置和无纺布织物间的角度，也可以调整收集网或者辊的角度，以及通过侧吹风等来进行调整。另外，喷丝法复合后，进行接触式或者非接触式冷却，达到低阻力的效果。非接触式的，一般有冷风扇，冷冻空气直接吹布面，接接触式的有，冷水棍、冷冻空气棍等直接接触冷却的方式。通过这些方式，可以使热熔胶丝快速冷去，在保持剥离强度的同时，达到阻力增加的最小化。
上述的复合无纺织物，支撑层还含有以重量百分比计10～15％纤度为1.0～2.0dtex的聚酯细纤维。为了提高支撑层的均匀性，以及对一部分细小粉尘(5～30微米)的容尘效果，至少10～15％纤度为1.0～2.0dtex的聚酯细纤维。细纤维的存在，只是为了提高布面均匀性和对一部分细小粉尘的容尘作用。高于15％，反而会由于其他材料(粗纤维和丙烯酸树脂)变少，刚性等性能降低。对于纤度，经实验结果表明，低于1.0dtex，会增加纤维水中分散的难度、成网稳定性、以及和粗纤维相互配合性等问题。另外，纤维材质，不局限于聚酯纤维，其他水中分散性好的化学纤维或无机纤维，也可以使用。
本发明还提供了一种三层结构的复合无纺织物，具体组成为支撑层无纺织物(第一层)、平均纤维径在4～10微米的聚丙烯熔喷无纺织物(第二层)和平均纤维径在1.0～3.0微米的熔喷驻极无纺织物(第三层)，中间层聚丙烯熔喷无纺织物的增加，可以提高梯度过滤的效果。同时，研究表明，室外也好，室内也好，由于存在油烟，而且比较细小，很容易附在熔喷驻极无纺织物的纤维表面，造成去驻极电荷衰减，过滤效果降低。本发明通过增加中间层聚丙烯熔喷无纺织物，不仅可以增加梯度过滤效果，容尘量增加，同时，聚丙烯属于非极性材料，临界表面张力只有31～34*10-5N/cm，表面能小，聚丙烯存在弱边界层，不能形成较强的粘附力，从而导致亲油性较好的特性，可以吸附香烟焦油、厨房油烟等油性气体，降低第三层熔喷驻极无纺织物的驻极电荷衰减速度，提高使用寿命。本发明中提到的第二层聚丙烯熔喷无纺织物，仅用于解释达到梯度过滤效果，吸附阻挡油烟，从而降低第三层熔喷驻极无纺织物的驻极电荷衰减速度，提高使用寿命的目的。其他和本发明技术类似的构造、联想等，均属于本发明的技术范围。比如，超细聚丙烯纺粘无纺织物、聚丙烯热风梳理无纺织物、聚丙烯水刺无纺织物、异型截面长丝或短纤制成的无纺织物等能达到上述效果的技术或其他材质的材料。
在本发明的复合无纺织物中，条状热熔胶丝间的间隔优选5～10mm。条状热熔胶丝间的间隔在5～10mm时，复合后无纺织物增加的阻力降低到0.5Pa以内。
上述复合无纺织物的生产方法，是将热熔胶通过150～180℃高温在胶箱熔融，在0.5～4.0Bar压力下，通过喷丝孔吹出丝状热熔胶，通过不锈钢辊，将两层无纺织物粘合在一起。热熔胶通过150～180℃高温在胶箱熔融，在0.5～4.0Bar压力可以达到0.5～3.0mm的宽度。热熔胶温度低于150℃、压力低于0.5Bar，热熔胶丝很难被均匀挤出；热熔胶温度高于180℃、压力高于4.0Bar时，热熔胶丝宽度大于3.0mm，复合后剥阻力会增加。另外，一般喷胶系统由胶箱(储存热熔胶用)、胶枪(喷胶用)组成。热熔胶由胶箱通过压力输出到胶枪后，一般胶枪都会比胶箱高3～5℃使用。本发明中所述的“150～180℃”，只限于胶箱的温度条件，胶枪的温度条件，在这基础上，增加5℃。
优选地，热熔胶喷头喷出压力优选1.0～2.5Bar。压力在1.0～2.5Bar时，热熔胶丝的宽度可以稳定在1.0～2.0mm之间，达到最佳的复合效果。
本发明的复合无纺织物，用于新风过滤器过滤领域。特别适合有粗/细颗粒物、含有部分油烟等的混合，同时高风量时对过滤织物的刚性和阻力要求很高的家用、办公用新风过滤器领域。
本发明实施例所采用的测试方法具体如下：
1、阻力：把无纺织物裁剪成固定尺寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理。然后，放到过滤面积100平方厘米的机器上，调到风速5.3cm/sec时稳定后，测定其阻力。单位：Pa。
2、效率：把无纺织物裁剪成固定尺寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理。然后，放到过滤面积100平方厘米的机器上，在风速5.3cm/sec的条件下，让钠盐发生器发尘(平均直径0.3微米)，通过激光粒子测试仪，测量出通过样品前后的粒子数，效率＝(P前-P后)/P前*100％。单位：％。
3、刚性：根据JIS 1096标准，把无纺织物裁剪成固定尺寸3.5*1.0英寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理。利用格利安式刚性(硬挺度)测试仪，测试无纺织物的经向刚性。单位：mg。
4、容尘量：把无纺织物裁剪成固定尺寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理。然后，放到长60厘米*宽30厘米开口的机器上，调到风速5.3cm/sec时稳定30分钟。将1.0g/min浓℃的ISO A2的粉尘喂向测无纺织物，当无纺织物阻力上升150Pa时，关掉风机，称无纺织物上积累的粉尘增重W1，以及HEPA滤材的增重A2。从而算出该测定滤材的粉尘捕集量，容尘量＝(W1+W2)/0.1。单位：g/m2。
5、剥离强度：把无纺织物裁剪成固定尺寸，在恒温恒湿条件下(23℃、湿度50％RH)放置24小时预处理。然后，在QJ-211剥离试验机上，100mm/min的速℃下，200mm间隔内，测试其最大剥离重量。单位：g/2.5cm。
6、寿命：把无纺织物进行打折-注胶，做成空气净化器滤芯，尺寸为361mm*276mm*38mm。装入飞利浦空气净化器AC1212中，按照GB18801-2015标准，测试其累积净化量，简称(滤芯)寿命(mg)。
实施例1
将纤度6.0dtex、1.0dtex的聚酯纤维和丙烯酸树脂(Tg＝47℃，下同)通过湿法造纸工艺，制得克重55g/m2的支撑层。支撑层中，粗纤维、细纤维和丙烯酸树脂间的质量比例为60:10:30(总量为100，下同)；
将平均纤维直径2.2微米，克重25g/m2的驻极熔喷无纺织物通过热熔胶复合机和上述(1)的支撑层进行复合加工。复合加工时，胶箱170℃、胶枪温度175℃，压力1.2bar。复合后，两层间的热熔胶丝，宽度2mm，胶丝间隔8mm。最后测试其阻力、效率、容尘量、刚性以及剥离强度。该无纺织物的各物性见表1。
实施例2
将纤度8.0dtex、2dtex的聚酯纤维和丙烯酸树脂通过湿法造纸工艺，制得克重50g/m2的支撑层。支撑层中，粗纤维、细纤维和丙烯酸树脂间的质量比例为56:16:38；
将平均纤维直径2.0微米，克重25g/m2的驻极熔喷无纺织物通过热熔胶复合机和上述(1)的支撑层进行复合加工。复合加工时，胶箱172℃、胶枪温度175℃，压力2.5bar。同时，热熔胶丝的喷丝长度方向和复合无纺织物的长度方向呈10℃排列。复合后，两层间的热熔胶丝，宽度0.8mm，胶丝间隔5mm。最后测试其阻力、效率、容尘量、刚性以及剥离强度。该无纺织物的各物性见表1。
实施例3
将纤度6.0dtex、2dtex的聚酯纤维和丙烯酸树脂通过湿法造纸工艺，制得克重55g/m2的支撑层。支撑层中，粗纤维、细纤维和丙烯酸树脂间的质量比例为48:12:40；
将平均纤维直径2.2微米，克重25g/m2的驻极熔喷无纺织物通过热熔胶复合机和上述(1)的支撑层进行复合加工。复合加工时，胶箱175℃、胶枪温度180℃，压力0.8bar。复合后，两层间的热熔胶丝，宽度2.5mm，胶丝间隔10mm。最后测试其阻力、效率、容尘量、刚性以及剥离强度。该无纺织物的各物性见表1。
实施例4
将纤度6.0dtex、2.0dtex的聚酯纤维和丙烯酸树脂通过湿法造纸工艺，制得克重55g/m2的支撑层。支撑层中，粗纤维、细纤维和丙烯酸树脂间的质量比例为55:10:35；
将平均纤维直径6.5微米，克重15g/m2的普通熔喷无纺织物、平均纤维直径2.1微米，克重25g/m2的驻极熔喷无纺织物依次通过热熔胶复合机和上述(1)的支撑层进行复合加工成三层无纺织物层。复合加工时，胶箱170℃、胶枪温度174℃，压力1.0bar。同时，热熔胶丝的喷丝长度方向和复合无纺织物的长度方向呈12℃排列。复合后，两层间的热熔胶丝，宽度0.8mm，胶丝间隔11mm。最后测试其阻力、效率、容尘量、刚性以及剥离强度。该无纺织物的各物性见表1。
实施例5
将纤度6.0dtex、1.0dtex的聚酯纤维和丙烯酸树脂通过湿法造纸工艺，制得克重50g/m2的支撑层。支撑层中，粗纤维、细纤维和丙烯酸树脂间的质量比例为50:10:40；
将平均纤维直径5.5微米，克重20g/m2的普通熔喷无纺织物、平均纤维直径2.0微米，克重20g/m2的驻极熔喷无纺织物依次通过热熔胶复合机和上述(1)的支撑层进行复合加工成三层无纺织物层。复合加工时，胶箱169℃、胶枪温度173℃，压力1.0bar。复合后，两层间的热熔胶丝，宽度0.8mm，胶丝间隔10mm。最后测试其阻力、效率、容尘量、刚性以及剥离强度。同时，热熔胶丝的长度方向和复合无纺织物的长度方向呈10℃排列。该无纺织物的各物性见表1。
比较例1
将纤度15dtex、0.7dtex的聚酯纤维和丙烯酸树脂通过湿法造纸工艺，制得克重60g/m2的支撑层。支撑层中，粗纤维、细纤维和丙烯酸树脂间的质量比例为48:12:40；
将平均纤维直径2.2微米，克重20g/m2的驻极熔喷无纺织物通过热熔胶复合机和上述(1)的支撑层进行复合加工。复合加工时，将低熔点聚烯烃粉撒到支撑材表面，在烘箱内熔融后，和驻极熔喷无纺织物通过轧辊复合。最后测试其阻力、效率、容尘量、刚性以及剥离强度。该无纺织物的各物性见表1。
比较例2
将纤度6dtex的聚酯纤维和丙烯酸树脂通过湿法造纸工艺，制得克重55g/m2的支撑层.支撑层中，粗纤维、细纤维和丙烯酸树脂间的质量比例为70:30；
将平均纤维直径1.9微米，克重21g/m2的驻极熔喷无纺织物通过热熔胶复合机和上述(1)的支撑层进行复合加工。复合加工时，将低熔点聚烯烃粉撒到支撑材表面，在烘箱内熔融后，和驻极熔喷无纺织物通过轧辊复合。最后测试其阻力、效率、容尘量、刚性以及剥离强度。该无纺织物的各物性见表1。
表1
Figure BDA0001883422980000071
Figure BDA0001883422980000081
由上表可知，本发明的复合无纺织物具有高容尘、容油污，且低阻的特点。

Claims (7)

1.一种复合无纺织物，其特征在于：至少包括支撑层和熔喷驻极无纺织物层，所述支撑层和熔喷驻极无纺织物层之间通过热熔胶粘合；
所述支撑层以重量百分比计包括粗聚酯纤维45-60％、细聚酯纤维10-15％和聚丙烯酸树脂30-40％，粗聚酯纤维、细聚酯纤维和聚丙烯酸树脂的重量百分比之和为100％，其中粗聚酯纤维的纤度为5.0-8.0dtex、细聚酯纤维的纤度为1.0-2.0dtex；
所述热熔胶为条状热熔胶丝，条状热熔胶丝宽度为0.5-3.0mm，条状热熔胶丝之间的间隔为3-22mm，条状热熔胶丝与复合无纺织物长度方向呈5～15度排列。
2.根据权利要求1所述的复合无纺织物，其特征在于：所述支撑层中粗聚酯纤维的重量百分比为48-53％。
3.根据权利要求1所述的复合无纺织物，其特征在于：所述条状热熔胶丝之间的间隔为5-10mm。
4.根据权利要求1所述的复合无纺织物，其特征在于：所述复合无纺织物在支撑层和熔喷驻极无纺织物层之间，还有聚丙烯熔喷无纺织物层；所述聚丙烯熔喷无纺织物层的平均纤维直径为4-10μm、熔喷驻极无纺织物层的平均纤维直径为1-3μm。
5.权利要求1所述的复合无纺织物的制备方法，其特征在于：将热熔胶熔融后将支撑层和熔喷驻极无纺织物层粘合，即得。
6.根据权利要求5所述的复合无纺织物的制备方法，其特征在于：熔融温度为150-180℃。
7.权利要求1或4任一项所述的复合无纺织物在空气过滤装置或通风系统中的应用。
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