CN109835025A - 一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法 - Google Patents

一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法,属于材料制造领域,本发明的制备方包括以下步骤:(1)将干燥后的纺粘聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融加压后,再从喷丝组件中喷出以形成一定细度的纺粘长丝,纺粘长丝利用空气冷却后在成网帘上形成纺粘非织造纤网。(2)将干燥后的熔喷聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融后,再利用高速高温气流喷吹使得熔体细流受到极度拉伸而形成熔喷短纤维,熔喷短纤维收集到成网帘或成网滚筒上形成熔喷短纤维网。(3)将步骤(2)中制得的熔喷短纤维网经热轧后制得热轧熔喷非织造纤网。(4)将步骤(1)制得的纺粘非织造纤维网和步骤(3)制得的热轧熔喷非织造纤网经针刺工序制得叠层的复合非织造布。

Description

一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法
【技术领域】
本发明涉及空气过滤材料的制备方法。
【背景技术】
现代工业、交通运输的迅速发展使得空气污染现象十分严重。空气中可吸入颗粒物的组成十分复杂,粒径小且分布范围宽,其中粒径小于2.5um的颗粒可进入肺泡中,不仅对人体呼吸系统具有刺激作用,而且还可以携带细菌微生物、病毒和致癌物侵入体内,危害人体健康,因此高效空气过滤材料的研制日益受到重视。
目前主要高效空气过滤材料包括驻极熔喷非织造布、静电纺丝纳米纤维膜和多孔膜材料。但驻极熔喷非织造布存在静电荷容易散失的弊端;静电纺丝纳米纤维膜生产效率很低;而多孔膜材料则耗能过高。对相同或不同成网方式制成的非织造材料进行复合加工,优化纤网细观结构和材料的力学性能,是制备优质高效空气过滤材料的一个有效途径。非织造过滤材料的过滤性能与其纤网结构密切相关。纤网结构包括面密度、厚度、纤维直径、孔径大小及其分布等。
纺粘非织造布中纤维直径和孔径较大,但强度和耐磨性好。熔喷非织造布纤维直径小、体积密度低,但强度低,耐磨性差。将纺粘非织造布与熔喷非织造布复合能大大提高滤材的强度和耐磨性,同时具有良好的过滤性能。但现有复合技术系两种非织造布的简单叠合、热轧加固,过滤效率提升幅度仍然不能达到理想的水平,须通过多层复合并加固才能获得较高的过滤效率,但与此同时过滤阻力上升幅度更大,造成过滤品质即效阻比的下降,且成本上升。
【发明内容】
本发明解决的技术问题是提供一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法,在获得理想的过滤效率的同时,效阻比也达到较高的水平,同时能够减少复合层数,降低生产成本,减少能源消耗。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将干燥后的纺粘聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融加压后,再从喷丝组件中喷出以形成一定细度的纺粘长丝,纺粘长丝利用空气冷却后在成网帘上形成纺粘非织造纤网。
(2)将干燥后的熔喷聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融后,再利用高速高温气流喷吹使得熔体细流受到极度拉伸而形成熔喷短纤维,熔喷短纤维收集到成网帘或成网滚筒上形成熔喷短纤维网。
(3)将步骤(2)中制得的熔喷短纤维网经热轧后制得热轧熔喷非织造纤网。
(4)将步骤(1)制得的纺粘非织造纤维网和步骤(3)制得的热轧熔喷非织造纤网经针刺工序制得叠层的复合非织造布。
进一步的,步骤(1)中,选择熔点为162℃、熔融指数为30g/10min的纺粘聚丙烯聚合物切片;纺粘聚丙烯聚合物切片由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的纺粘聚丙烯聚合物切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,螺杆挤压机中1~5区的熔融温度分别为200、210、220、220、220℃,熔融处理后的熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择20~30Hz,将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体输送到骤冷区,在15~17℃下通过侧吹风进行冷却、固结成丝,侧吹风频率为28Hz。将冷却、固结后的纤维束输入到牵引喷嘴,由压缩空气高速牵引,然后均匀落到输送网帘上,铺丝成纺粘非织造纤网,网帘频率选择5~9Hz。
进一步的,步骤(2)中,选择熔点为160℃、熔融指数为800g/10min的熔喷聚丙烯聚合物切片;由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的熔喷聚丙烯聚合物切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,螺杆挤压机中1~5区的熔融温度分别为160、220、230、230、230℃,熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择12~20Hz,将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体在喷头的出口处受到260℃的高压热空气流拉伸,同时冷却空气从喷头两侧补充过来,使纤维冷却、固化,形成不连续的超细长丝,在气流的作用下,不连续的超细长丝凝聚到输送网帘上,形成熔喷短纤维网,网帘频率选择5~9Hz,从喷头到网帘的距离选择18~30cm。
进一步的,步骤(3)中,热轧处理中,压强1~3MPa、温度135~155℃、加压时间5~9s。
进一步的,步骤(4)中,所述纺粘非织造纤网和热轧熔喷非织造纤网进行叠层,在针刺深度为10~16mm,针刺密度为300~420针/cm的条件下进行针刺,将过滤材料各个部分进行连接,形成高效低阻空气过滤材料。
进一步的,所述纺粘非织造纤网中纺粘长丝的平均直径为20~25μm,纤网面密度为50~150g/m2,厚度为0.3~0.6mm,平均孔径为15~45μm,孔径变异系数为50~120%。
进一步的,所述熔喷非织造纤维网中熔喷短纤维的平均直径为1~7μm,纤网面密度为15~40g/m2,厚度为0.2~0.5mm,平均孔径为11~31μm,孔径变异系数为10~25%。
进一步的,所述热轧熔喷非织造纤网中熔喷短纤维的平均直径为1~7μm,纤维网面密度为15~40g/m2,纤维网的厚度为0.1~0.3mm,纤维网的平均孔径为6~15μm,纤维网的孔径变异系数为13~32%。
进一步的,所述复合非织造布平均纤维直径为4~10μm,纤维网面密度为55~190g/m2,厚度为0.3~0.8mm,平均孔径为3~9μm,孔径变异系数为35~66%。
本发明的有益效果:
本发明的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,将纺粘非织造纤网与经热轧后的热轧熔喷非织造纤网进行叠层复合,与传统的纺粘/熔喷两种非织造布的简单叠合、热轧加固相比,复合过滤材料的孔径下降幅度更大,但厚度下降幅度较小,从而在获得理想的过滤效率的同时,效阻比也达到较高的水平,同时能够减少复合层数,降低生产成本,减少能源消耗。相对于与未经热轧的熔喷非织造纤维网复合,纺粘非织造纤维网与热轧熔喷非织造纤网复合后,孔径值下降幅度更大。这是由于非织造布孔径值为孔隙通道中最狭窄位置的孔径,一个孔道如果遇到比自身宽大的孔道,则孔径最终数值还是自身,如果遇到更窄小孔道,则孔径最终数值是后者,即“从低原理”,因此复合成分的孔径越小或复合层数越多,复合后材料的孔径也越小。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式中详细的揭露。
【具体实施方式】
本发明提供一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将干燥后的纺粘聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融加压后,再从喷丝组件中喷出以形成一定细度的纺粘长丝,纺粘长丝利用空气冷却后在成网帘上形成纺粘非织造纤网。
具体的:选择熔点为162℃、熔融指数为30g/10min的纺粘聚丙烯聚合物切片;纺粘聚丙烯聚合物切片由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的纺粘聚丙烯聚合物切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,螺杆挤压机中1~5区的熔融温度分别为200、210、220、220、220℃,熔融处理后的熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择20~30Hz,将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体输送到骤冷区,在15~17℃下通过侧吹风进行冷却、固结成丝,侧吹风频率为28Hz。将冷却、固结后的纤维束输入到牵引喷嘴,由压缩空气高速牵引,然后均匀落到输送网帘上,铺丝成纺粘非织造纤网,其中网帘频率选择5~9Hz。
(2)将干燥后的熔喷聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融后,再利用高速高温气流喷吹使得熔体细流受到极度拉伸而形成熔喷短纤维,熔喷短纤维收集到成网帘或成网滚筒上形成熔喷短纤维网。
具体的,选择熔点为160℃、熔融指数为800g/10min的熔喷聚丙烯聚合物切片;由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的熔喷聚丙烯聚合物切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,螺杆挤压机中1~5区的熔融温度分别为160、220、230、230、230℃,熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择12~20Hz,将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体在喷头的出口处受到260℃的高压热空气流拉伸,同时冷却空气从喷头两侧补充过来,使纤维冷却、固化,形成不连续的超细长丝,在气流的作用下,不连续的超细长丝凝聚到输送网帘上,形成熔喷短纤维网,网帘频率选择5~9Hz,从喷头到网帘的距离选择18~30cm。
(3)将熔喷短纤维网经热轧工艺后制得热轧熔喷非织造纤网。其中热轧工艺为:压强1~3MPa、温度135~155℃、加压时间5~9s。
(4)将纺粘非织造纤维网和热轧熔喷非织造布经针刺工序制得叠层的复合非织造布;优选的纺粘非织造纤网层和热轧熔喷非织造纤网进行叠层,在针刺深度为10~16mm,针刺密度为300~420针/cm的条件下进行针刺,将过滤材料各个部分进行连接,形成高效低阻空气过滤材料。
上述的纺粘非织造纤网中纺粘长丝的平均直径为20~25μm,纤网面密度为50~150g/m2,厚度为0.3~0.6mm,平均孔径为15~45μm,孔径变异系数为50~120%。
熔喷非织造纤维网中熔喷短纤维的平均直径为1~7μm,纤网面密度为15~40g/m2,厚度为0.2~0.5mm,平均孔径为11~31μm,孔径变异系数为10~25%。熔喷非织造纤维网经热轧后其厚度下降为0.1~0.3mm,平均孔径减小至6~15μm,孔径变异系数增大为13~32%,热轧熔喷非织造纤网中熔喷短纤维的平均直径为1~7μm,纤维网面密度为15~40g/m2,纤维网的厚度为0.1~0.3mm,纤维网的平均孔径为6~15μm,纤维网的孔径变异系数为13~32%。
复合非织造布平均纤维直径为4~10μm,纤维网面密度为55~190g/m2,厚度为0.3~0.8mm,平均孔径为3~9μm,孔径变异系数为35~66%。
下面结合基体实施例对本发明的技术方案进行详细说明,但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例,并非全部。基于实施方式中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例,都属于本发明的保护范围。
实施例1
纺粘非织造纤网制造:选择熔点为162℃、熔融指数为30g/10min的纺粘聚丙烯切片;纺粘聚丙烯由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,螺杆挤压机中1~5区的熔融温度分别为200、210、220、220、220℃。熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择20Hz。将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体输送到骤冷区,在15~17℃下通过侧吹风进行冷却、固结成丝,侧吹风频率为28Hz。将冷却、固结后的纤维束输入到牵引喷嘴,由压缩空气高速牵引,然后均匀落到输送网帘上,铺丝成纺粘非织造纤网,网帘频率选择5Hz。
热轧熔喷非织造纤网制造:选择熔点为160℃、熔融指数为800g/10min的熔喷聚丙烯切片;熔喷聚丙烯切片由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,1~5区的熔融温度分别为160、220、230、230、230℃。熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择14Hz。将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体在喷头的出口处受到260℃的高压热空气流拉伸,同时冷却空气从喷头两侧补充过来,使纤维冷却、固化,形成不连续的超细长丝,在气流的作用下,这些不连续的超细长丝凝聚到输送网帘上,形成熔喷短纤维网,网帘频率选择7Hz,从喷头到网帘的距离选择25cm。将制得的熔喷短纤维网经热轧,其工艺为:压强1MPa、温度135℃、加压时间3s,由此制得热轧熔喷非织造纤网。
将纺粘非织造纤维网与热轧熔喷非织造布进行叠层制得复合非织造布,在针刺深度为12mm,针刺密度为300针/cm的条件下进行针刺,将过滤材料各个部分进行连接,形成高效低阻空气过滤材料。
采用SX-L1050滤料效率试验台对所得复合非织造布的过滤效率和过滤阻力进行测试,滤速为5.33cm/s,试验流量为32L/min,上游稀释7~10倍,所用聚苯乙烯乳液(PS)L≥0.3μm单分散;试样面积为100cm2。其过滤效率为91.22%,过滤阻力为63.1Pa。
实施例2
纺粘非织造纤网制造:选择熔点为162℃、熔融指数为30g/10min的纺粘聚丙烯聚切片;纺粘聚丙烯聚切片由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,1~5区的熔融温度分别为200、210、220、220、220℃。熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择24Hz。将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体输送到骤冷区,在15~17℃下通过侧吹风进行冷却、固结成丝,侧吹风频率为28Hz。将冷却、固结后的纤维束输入到牵引喷嘴,由压缩空气高速牵引,然后均匀落到输送网帘上,铺丝成纺粘非织造纤网,网帘频率选择9Hz。
热轧熔喷非织造纤网制造:选择熔点为160℃、熔融指数为800g/10min的熔喷聚丙烯切片;熔喷聚丙烯切片由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,1~5区的熔融温度分别为160、220、230、230、230℃。熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择16Hz。将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体在喷头的出口处受到260℃的高压热空气流拉伸,同时冷却空气从喷头两侧补充过来,使纤维冷却、固化,形成不连续的超细长丝,在气流的作用下,这些不连续的超细长丝凝聚到输送网帘上,形成熔喷短纤维网,网帘频率选择9Hz,从喷头到网帘的距离选择21cm。将制得的熔喷短纤维网经热轧,其工艺为:压强3MPa、温度145℃、加压时间7s,由此制得热轧熔喷非织造纤网。
将纺粘非织造纤维网与热轧熔喷非织造纤网进行叠层制的复合非织造布,在针刺深度为14mm,针刺密度为380针/cm的条件下进行针刺,将过滤材料各个部分进行连接,形成高效低阻空气过滤材料。
采用SX-L1050滤料效率试验台对复合非织造布过滤效率和过滤阻力进行测试,滤速为5.33cm/s,试验流量为32L/min,上游稀释7~10倍,所用聚苯乙烯乳液(PS)L≥0.3μm单分散;试样面积为100cm2。其过滤效率为93.56%,过滤阻力为68.2Pa。
通过上述实施例,本发明的目的已经被完全有效的达到了。熟悉该项技术的人士应该明白本发明包括但不限上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.一种复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将干燥后的纺粘聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融加压后,再从喷丝组件中喷出以形成一定细度的纺粘长丝,纺粘长丝利用空气冷却后在成网帘上形成纺粘非织造纤网。
(2)将干燥后的熔喷聚丙烯聚合物经螺杆挤出机熔融后,再利用高速高温气流喷吹使得熔体细流受到极度拉伸而形成熔喷短纤维,熔喷短纤维收集到成网帘或成网滚筒上形成熔喷短纤维网。
(3)将步骤(2)中制得的熔喷短纤维网经热轧后制得热轧熔喷非织造纤网。
(4)将步骤(1)制得的纺粘非织造纤维网和步骤(3)制得的热轧熔喷非织造纤网经针刺工序制得叠层的复合非织造布。
2.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,选择熔点为162℃、熔融指数为30g/10min的纺粘聚丙烯聚合物切片;纺粘聚丙烯聚合物切片由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的纺粘聚丙烯聚合物切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,螺杆挤压机中1~5区的熔融温度分别为200、210、220、220、220℃,熔融处理后的熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择20~30Hz,将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体输送到骤冷区,在15~17℃下通过侧吹风进行冷却、固结成丝,侧吹风频率为28Hz。将冷却、固结后的纤维束输入到牵引喷嘴,由压缩空气高速牵引,然后均匀落到输送网帘上,铺丝成纺粘非织造纤网,网帘频率选择5~9Hz。
3.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,选择熔点为160℃、熔融指数为800g/10min的熔喷聚丙烯聚合物切片;由气流输送到切片料斗、进入真空干燥区干燥,然后将干燥后的熔喷聚丙烯聚合物切片输送到螺杆挤压机进行熔融处理,螺杆挤压机中1~5区的熔融温度分别为160、220、230、230、230℃,熔体通过滤网进行过滤后进入计量泵进行计量,计量泵频率选择12~20Hz,将计量后的熔体输入纺丝组件进行纺丝,然后将纺成的纤维熔体在喷头的出口处受到260℃的高压热空气流拉伸,同时冷却空气从喷头两侧补充过来,使纤维冷却、固化,形成不连续的超细长丝,在气流的作用下,不连续的超细长丝凝聚到输送网帘上,形成熔喷短纤维网,网帘频率选择5~9Hz,从喷头到网帘的距离选择18~30cm。
4.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,热轧处理中,压强1~3MPa、温度135~155℃、加压时间5~9s。
5.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:步骤(4)中,所述纺粘非织造纤网和热轧熔喷非织造纤网进行叠层,在针刺深度为10~16mm,针刺密度为300~420针/cm的条件下进行针刺,将过滤材料各个部分进行连接,形成高效低阻空气过滤材料。
6.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:所述纺粘非织造纤网中纺粘长丝的平均直径为20~25μm,纤网面密度为50~150g/m2,厚度为0.3~0.6mm,平均孔径为15~45μm,孔径变异系数为50~120%。
7.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:所述熔喷非织造纤维网中熔喷短纤维的平均直径为1~7μm,纤网面密度为15~40g/m2,厚度为0.2~0.5mm,平均孔径为11~31μm,孔径变异系数为10~25%。
8.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:所述热轧熔喷非织造纤网中熔喷短纤维的平均直径为1~7μm,纤维网面密度为15~40g/m2,纤维网的厚度为0.1~0.3mm,纤维网的平均孔径为6~15μm,纤维网的孔径变异系数为13~32%。
9.如权利要求1所述的复合非织造布空气过滤材料的制备方法,其特征在于:所述复合非织造布平均纤维直径为4~10μm,纤维网面密度为55~190g/m2,厚度为0.3~0.8mm,平均孔径为3~9μm,孔径变异系数为35~66%。
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