CN110552114A - 一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气净化滤料领域，公开了一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品及制备方法。包括如下制备过程：(1)将聚苯硫醚超细纤维、聚四氟乙烯纤维混合制得迎尘面；(2)将聚苯硫醚中粗纤维制成中间层；(3)将聚苯硫醚粗纤维制成净气面；(4)按中间层、聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，得到预针刺毡；(5)将迎尘面和预针刺毡的中间层面贴合进行水刺缠结，然后经烘干、热定型和热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品。本发明制得的空气净化纺织品通过不同纤维的混合搭配，从迎尘面到净气面形成了一层梯度结构，提高了过滤效果和耐温性能。

Description

一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品及制备方法
技术领域
本发明涉纺织领域，具体涉及空气净化滤料领域，公开了一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品及制备方法。
背景技术
当前我国经济进入高速发展阶段，以资源、能耗消耗性为主的重工业如电力、建材、冶金、化工等迅速发展起来。上述高耗能、高污染产业的发展，在带来经济和社会发展的同时，也带来了严重的环境污染问题，主要表现为高温烟气、烟尘颗粒物等大气污染物的排放。环保部门对钢铁、火力发电和垃圾焚烧等行业的高温烟气的除尘要求越来越严格，排尘浓度标准已由原来的200mg/m3提高到30～50mg/m3。
目前，工业粉尘的过滤有袋式除尘、湿式除尘和电除尘等方法，其中占比较大的袋式除尘需要配备过滤材料。耐高温工业除尘滤料一般以高性能聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)和玻璃纤维等为原料，通过针刺、水刺等基材成型技术，加以一定的后整理技术制成的非织造材料，应用于工业高温除尘滤料。
由聚苯硫醚纤维制成的耐高温过滤材料在烟气除尘方面有着广泛的应用，其无纺布过滤材料在袋式除尘市场占有很大的比例，这主要是因为聚苯硫醚纤维无纺布过滤材料表面平整、手感好、强力高、耐用、易加工且价格相对便宜。
中国发明专利申请号201410162520.2公开了一种聚苯硫醚无纺布复合滤料的制备方法，特别涉及聚苯硫醚纤维网层的复合工艺和后处理技术。该发明针对现有技术和产品的不足，克服现有常规聚苯硫醚无纺布滤料对微小颗粒物过滤效率低的问题，将熔喷形成的聚苯硫醚纤维网与聚苯硫醚短纤维网通过阵列式嵌入法进行复合，得到复合滤料，然后采用程序升温工艺对复合滤料进行热定型，最后对滤料表面做扎光处理。
中国发明专利申请号201510371591.8公开了一种低克重超极细纤维超洁净过滤高温滤料及其制备方法。其包括含有聚苯硫醚(PPS)复合超级细纤维及PPS细旦纤维和聚四氟乙烯(PTFE)纤维按一定比例混纺的迎尘面、含PPS普通纤维或PPS细旦纤维的净气面以及位于迎尘面和净气面之间的PTFE基布；纤维经混料、开松、梳理、成网、铺网、预刺得到预刺毡；预刺毡经过预清洗、碱减量开纤、冷水洗、乙酸清洗、冷水洗至中性后烘干；再进行水刺开纤缠结工艺；烘干和热定型处理；热压光；得到低克重超级细纤维超洁净过滤高温滤料。
根据上述，现有方案中空气净化滤料的聚苯硫醚纤维由于耐氧化性较差，在200℃以上便会发生热缩现象，力学性能会受到影响。同时，现有的聚苯硫醚无纺布纤维较粗，滤料孔径相对较大，针对PM2.5粒子的精细过滤，其过滤效果尚不能满足要求，本发明提出了一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品及制备方法，可有效解决上述技术问题。
发明内容
目前应用较广的用于空气净化的耐高温过滤材料中，聚苯硫醚纤维存在耐氧化性较差，制得的聚苯硫醚空气净化滤料存在纤维较粗、滤料孔径相对较大的缺陷，因此对于PM2.5粒子的精细过滤的效果不理想。为此，本发明提供一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，进一步提供一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品，采用聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维为原料制备耐高温超细复合纤维空气净化纺织品，将耐温性和耐氧化性较好的聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维网用水刺的形式覆在迎尘面，与净气面的聚苯硫醚粗纤维一起将内部的纤维层夹持在中间，形成夹心层，起到了保护作用。通过不同纤维的混合搭配，从迎尘面到净气面形成了一层梯度结构，提高了过滤效果和耐温性能。。
本发明通过以下技术方案达到上述目的：
一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，制备的具体过程为：
(1)将聚苯硫醚超细纤维和聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；
(2)将聚苯硫醚中粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到中间层；
(3)将聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；
(4)按中间层、聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；
(5)先将步骤(1)得到的迎尘面和步骤(4)得到的预针刺毡中间层面进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型，最后热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品。
聚苯硫醚纤维作为一种新型高性能纤维材料，具有耐高温、耐化学药品和热稳定性好等性能，作为过滤材料广泛应用于高温化学品、烟尘、气体等领域；聚四氟乙烯纤维的强度和延伸率高，化学稳定性好、耐腐蚀性优于其他合成纤维，并且具有较好的耐气候性和抗挠曲性，在高温粉尘滤料中同样具有广泛应用。本发明选择聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维织成具有梯度结构的多层纤维网，进而复合制成空气净化纺织品。
作为本发明的优选，所述聚苯硫醚超细纤维的平均直径为200～300nm，所述聚苯硫醚中粗纤维的平均直径为5～30μm，所述聚苯硫醚粗纤维的平均直径为100～300μm，所述聚四氟乙烯纤维的平均直径为200～400nm。
优选的，步骤(1)所述各原料配比为，按质量百分数计，聚苯硫醚超细纤维50～60％，聚四氟乙烯纤维40～50％。
本发明将耐温性和耐氧化性较好的聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维网用水刺的形式覆在迎尘面，与净气面的聚苯硫醚粗纤维一起将内部的纤维层夹持在中间，形成夹心层，起到了保护作用。按中间层、聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，该工艺适合厚度较大的非织造布的加固，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，可对铺好的各层纤维网进行加固，形成尺寸稳定并具有一定强力的预针刺毡。
作为本发明的优选，所述迎尘面的克重为100～120g/m2；所述中间层克重为30～50g/m2；所述净气面克重为150～180g/m2；步骤(4)所述聚苯硫醚基布的面密度为100～150g/m2。
优选的，步骤(4)所述预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为5～10mm，针刺频率为800～1000次/min。
将迎尘面和上述预针刺毡进行水刺缠结，将结构松散的迎尘面和预针刺毡进行加固，水刺工艺对纤维损伤小，制品没有针孔，水刺后的过滤材料表面更加均匀致密，达到过滤材料的要求；另外，通过不同纤维的混合搭配，从迎尘面到净气面形成了一层梯度结构，提高了过滤效果和耐温性能。
作为本发明的优选，步骤(5)所述水刺缠结采用6～8个水刺头，水刺压力为70～90Bar。
过滤材料在经针刺、水刺之后都需要一定的后整理，本发明选择的后整理主要为烘干热定型和热压光，可保证过滤材料强力基本不变的同时，极大提高过滤材料的平整度，进而提高过滤效率。作为本发明的优选，步骤(5)所述烘干、热定型的温度为180-200℃，时间为3-5min；所述热压光的压力为0.2～0.3MPa，温度为100～120℃，时间为5～10s。
由上述方法制备得到的一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品，其平面致密性好，对于PM2.5的精细过滤效果好。通过测试，制备的复合纤维空气净化纺织品的孔径分布范围为3～15μm，PM2.5过滤率高达95％以上。
本发明提供的一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品及制备方法，将聚苯硫醚超细纤维和聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；将聚苯硫醚中粗纤维和聚苯硫醚粗纤维分别进行同样的开松和梳理成网，形成中间层和净气面；按中间层、聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，形成预针刺毡；将迎尘面和预针刺毡的中间层面贴合，进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型和热压光处理，即可。
本发明提供了一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、提出了采用聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维为原料制备耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的方法。
2、通过将耐温性和耐氧化性较好的聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维网用水刺的形式覆在迎尘面，与净气面的聚苯硫醚粗纤维一起将内部的纤维层夹持在中间，形成夹心层，起到了保护作用。通过不同纤维的混合搭配，从迎尘面到净气面形成了一层梯度结构，提高了过滤效果和耐温性能。适合于各种高温除尘。
3、本发明的制备工艺上先对聚苯硫醚纤维中间层、基布和净气面进行针刺处理，该工艺适合厚度较大的非织造布的加固，然后对迎尘面进行水刺工艺处理，水刺工艺对纤维损伤小，制品没有针孔，表面致密，能够提升过滤效果。极好地结合了两种工艺的优点。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
(1)将平均直径为300nm的聚苯硫醚超细纤维和平均直径为200nm的聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；迎尘面的克重为109g/m2；
各原料配比为，按质量百分数计，聚苯硫醚超细纤维54％，聚四氟乙烯纤维46％；
(2)将平均直径为5μm的聚苯硫醚中粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到中间层；中间层克重为38g/m2；
(3)将平均直径为100μm的聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；净气面克重为70g/m2；
(4)按中间层、面密度为100g/m2的聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为7mm，针刺频率为880次/min；
(5)先将步骤(1)得到的迎尘面和步骤(4)得到的预针刺毡中间层面贴合进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型，最后热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品；水刺缠结采用6个水刺头，水刺压力分别为70Bar；烘干、热定型的温度为180℃，时间为3min；热压光的压力为0.26MPa，温度为108℃，时间为7s。
实施例2
(1)将平均直径为300nm的聚苯硫醚超细纤维和平均直径为200nm的聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；迎尘面的克重为105g/m2；
各原料配比为，按质量百分数计，聚苯硫醚超细纤维52％，聚四氟乙烯纤维48％；
(2)将平均直径为15μm的聚苯硫醚中粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到中间层；中间层克重为35g/m2；
(3)将平均直径为100μm的聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；净气面克重为60g/m2；
(4)按中间层、面密度为120g/m2的聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为6mm，针刺频率为850次/min；
(5)先将步骤(1)得到的迎尘面和步骤(4)得到的预针刺中间层面贴合进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型，最后热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品；水刺缠结采用6个水刺头，水刺压力分别为80Bar；烘干、热定型的温度为185℃，时间为3min；热压光的压力为0.22MPa，温度为105℃，时间为9s。
实施例3
(1)将平均直径为300nm的聚苯硫醚超细纤维和平均直径为400nm的聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；迎尘面的克重为115g/m2；
各原料配比为，按质量百分数计，聚苯硫醚超细纤维58％，聚四氟乙烯纤维42％；
(2)将平均直径为30μm的聚苯硫醚中粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到中间层；中间层克重为45g/m2；
(3)将平均直径为100μm的聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；净气面克重为70g/m2；
(4)按中间层、面密度为120g/m2的聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为9mm，针刺频率为960次/min；
(5)先将步骤(1)得到的迎尘面和步骤(4)得到的预针刺毡中间层面贴合进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型，最后热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品；水刺缠结采用8个水刺头，水刺压力为80Bar；烘干、热定型的温度为180℃，时间为4min；热压光的压力为0.26MPa，温度为115℃，时间为7s。
实施例4
(1)将平均直径为300nm的聚苯硫醚超细纤维和平均直径为400nm的聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；迎尘面的克重为100g/m2；
各原料配比为，按质量百分数计，聚苯硫醚超细纤维50％，聚四氟乙烯纤维50％；
(2)将平均直径为20μm的聚苯硫醚中粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到中间层；中间层克重为30g/m2；
(3)将平均直径为100～300μm的聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；净气面克重为50g/m2；
(4)按中间层、面密度为150g/m2的聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为5mm，针刺频率为800次/min，植针密度为4000枚/m，输出速度为2m/min；
(5)先将步骤(1)得到的迎尘面和步骤(4)得到的预针刺毡进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型，最后热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品；水刺缠结采用6个水刺头，水刺压力为70Bar；烘干、热定型的温度为180℃，时间为4min；热压光的压力为0.2MPa，温度为100℃，时间为10s。
实施例5
(1)将平均直径为200nm的聚苯硫醚超细纤维和平均直径为200nm的聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；迎尘面的克重为120g/m2；
各原料配比为，按质量百分数计，聚苯硫醚超细纤维60％，聚四氟乙烯纤维40％；
(2)将平均直径为30μm的聚苯硫醚中粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到中间层；中间层克重为50g/m2；
(3)将平均直径为100μm的聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；净气面克重为80g/m2；
(4)按中间层、面密度为150g/m2的聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为10mm，针刺频率为1000次/min；
(5)先将步骤(1)得到的迎尘面和步骤(4)得到的预针刺毡进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型，最后热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品；水刺缠结采用6个水刺头，水刺压力为80Bar；烘干、热定型的温度为185℃，时间为3min；热压光的压力为0.3MPa，温度为120℃，时间为5s。
对比例1
对比例1没有将聚苯硫醚超细纤维和聚四氟乙烯纤维制成迎尘面，而是直接利用聚苯硫醚超细纤维制作迎尘面，其他工艺和步骤与实施例1一致。其在长时间高温工作时，容易受热气流氧化腐蚀，影响净化效果。
对比例2
(1)将平均直径为300nm的聚苯硫醚超细纤维开松混合，梳理成网，得到迎尘面；迎尘面的克重为109g/m2；
(2)将平均直径为100μm的聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；净气面克重为108g/m2；
(4)按迎尘面层、面密度为100g/m2的聚苯硫醚基布、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为7mm，针刺频率为880次/min；烘干、热定型的温度为180℃，时间为3min；热压光的压力为0.26MPa，温度为108℃，时间为7s。
对比例2没有采用聚苯硫醚超中纤维中间层，而是直接用粗纤维、超细纤维层替换，木IE偶遇形成明显的梯度，对空气净化效果有一定的影响。
上述性能指标的测试：
(1)孔径分布范围：采用孔径分析仪测试并分析制得的空气净化纺织品的孔径分布情况，得到孔径分布范围；
(2)PM2.5过滤效率：采用定压喷吹测试本发明制得的空气净化纺织品对PM2.5的过滤效果，粉尘浓度为5g/m3，风速为120m/h，压力为1000Pa，相对湿度为50％，温度为25℃，测试一次性空气净化效果。然后将粉尘空气温度提升至220℃，热冲击24h，再次测试一次性空气净化效果。如表1所示。
表1：
通过测试分析，本发明得到的空气净化纺织品不但具有良好的PM2.5过滤效果，而且在受高温热冲击后受热氧化腐蚀较少，仍然保持良好的净化性能。而未采用聚四氟乙烯纤维的迎尘层，受热冲击使得纤维面层高温氧化，变形，影响空气净化；另一方面采用不同粗细的纤维叠合形成的梯度面，使迎尘面，与净气面的聚苯硫醚粗纤维一起将内部的纤维层夹持在中间，形成夹心层，起到了保护作用。净化效率较为优异。

Claims (8)

1.一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：
(1)将聚苯硫醚超细纤维和聚四氟乙烯纤维按一定比例进行开松混合，梳理成网，得到迎尘面；
(2)将聚苯硫醚中粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到中间层；
(3)将聚苯硫醚粗纤维进行与步骤(1)同样的开松，梳理成网，得到净气面；
(4)按中间层、聚苯硫醚基布、中间层、净气面的位置顺序进行复合预针刺，利用三角截面棱边带倒钩的刺针对纤网进行反复穿刺，得到预针刺毡；
(5)先将步骤(1)得到的迎尘面和步骤(4)得到的预针刺毡中间层面进行水刺缠结工艺处理，然后经烘干、热定型，最后热压光处理，即得耐高温超细复合纤维空气净化纺织品。
2.根据权利要求1所述一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，其特征在于：所述聚苯硫醚超细纤维的平均直径为200～300nm，所述聚苯硫醚中粗纤维的平均直径为5～30μm，所述聚苯硫醚粗纤维的平均直径为100～300μm，所述聚四氟乙烯纤维的平均直径为200～400nm。
3.根据权利要求1所述一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述各原料配比为，按质量百分数计，聚苯硫醚超细纤维50～60％，聚四氟乙烯纤维40～50％。
4.根据权利要求1所述一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，其特征在于：所述迎尘面的克重为100～120g/m2；所述中间层克重为30～50g/m2；所述净气面克重为150～180g/m2；步骤(4)所述聚苯硫醚基布的面密度为100～150g/m2。
5.根据权利要求1所述一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述预针刺的刺针为三角截面棱边带倒钩，针刺深度为5～10mm，针刺频率为800～1000次/min。
6.根据权利要求1所述一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述水刺缠结采用6～8个水刺头，水刺压力为70～90Bar。
7.根据权利要求1所述一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述烘干、热定型的温度为180-200℃，时间为3-5min；所述热压光的压力为0.2～0.3MPa，温度为100～120℃，时间为5～10s。
8.一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品，其特征是：由上述1-7任一项所述方法制备得到的一种耐高温超细复合纤维空气净化纺织品，所述复合纤维空气净化纺织品由迎尘面、中间层、基布、中间层、净气面复合而成。
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