CN110711431A - 一种无纺金属纤维过滤毡、其制备方法以及过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无纺金属纤维过滤毡、其制备方法以及过滤器，涉及过滤技术领域。该过滤毡的制备方法为：对不锈钢纤维开松处理后，喂入梳理机，制得不锈钢纤维毛网。对不锈钢纤维毛网进行酸处理后，喷涂混合金属溶液，经H2热处理和退火处理得到改性不锈钢纤维毛网。具有LDHs层无纺毡经过植酸、壳聚糖和Cu离子改性得到改性无纺毡。将一层或多层改性不锈钢纤维毛网叠铺在改性无纺毡上，得到毡网。采用单面针刺工艺将不锈钢纤维刺入无纺毡中，得到无纺金属毛毡。再经过高温热轧，得到无纺金属纤维过滤毡。以改性无纺毡为基底，在无纺毡上通过针刺工艺复合不锈钢金属纤维，得到的过滤毡表面具有良好的导电性能，耐磨性能，且具有较佳的柔韧性。

Description

一种无纺金属纤维过滤毡、其制备方法以及过滤器
技术领域
本发明涉及过滤技术领域，且特别涉及一种无纺金属纤维过滤毡、其制备方法以及过滤器。
背景技术
目前，在工业气固分离和气液分离领域，主要的过滤材料为聚合物纤维，例如PET、PP等材料制成的无纺过滤毡。无纺过滤毡对于各种废气、废水均具有较优良的过滤效果。但是，应用于面粉尘、化工性粉尘、煤粉尘等遇静电有爆炸可能领域的行业时。现有的无纺过滤材料中，通过是采用在无纺过滤材料中加入上量的导电纤维进行混纺，从而达到一定的抗静电作用。
本申请的发明人研究发现，现有技术中加入导电纤维进行混纺时，无纺毡制备工艺的限制导致难以加入大量的导电纤维进行混纺，导电性能差。且通过加入导电纤维进行混纺，产品的耐磨性能较差，使用寿命短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无纺金属纤维过滤毡，此过滤毡过滤精度高且抗静电能力强。
本发明的另一目的在于提供一种无纺金属纤维过滤毡的制备方法，各项参数容易控制，适用于大规模工业化生产。
本发明的第三个目的在于提供一种过滤器，采用无纺金属纤维过滤毡为滤材，对气固和气液均具有较好的分离效果。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种无纺金属纤维过滤毡的制备方法，包括以下步骤：
S1，对不锈钢纤维进行开松处理，得到蓬松状的不锈钢纤维物；
S2，将经过开松的不锈钢纤维喂入梳理机，制得不锈钢纤维毛网，单层所述不锈钢纤维毛网的克重为60～120g/m2，梳理机的频率为300～600rpm/min，线速度为0.7～1.6m/min；
S3，对所述不锈钢纤维毛网进行酸处理后，喷涂混合金属溶液，烘干后，在350～450℃的条件下通H2处理1～2h，然后在180～240℃条件下退火10～30min，得到改性不锈钢纤维毛网，其中所述混合金属溶液为氯化铜和氯化镍的混合溶液；
S4，将无纺毡在低温等离子装置中处理得到等离子体处理物，然后置于含有二价金属盐、三价金属盐和沉淀剂的溶液中，在120～180℃条件下水热反应5～7h，得到具有LDHs层的无纺毡；
S5，将具有LDHs层的所述无纺毡浸入含有植酸水溶液中搅拌吸附20～40min后，加入二水氯化铜溶液和壳聚糖溶液，在80～100℃条件下反应1～2h后，洗涤干燥得到改性无纺毡；
S6，将一层或多层所述改性不锈钢纤维毛网叠铺在所述改性无纺毡上，得到毡网；
S7，采用单面针刺工艺使不锈钢纤维刺入所述改性无纺毡中，得到无纺金属毛毡；
S8，将所述无纺金属毛毡经过高温热轧，得到无纺金属纤维过滤毡。
本发明还提供一种无纺金属纤维过滤毡，由上述的制备方法制得。
本发明还提供一种过滤器，包括上端盖、下端盖以及连接在所述上端盖和所述下端盖的两端面之间的筒身，所述筒身包括内护网、外护网和如上述的无纺金属纤维过滤毡，所述无纺金属纤维过滤毡位于所述内护网和所述外护网之间。
本发明实施例的无纺金属纤维过滤毡、其制备方法以及过滤器的有益效果是：
通过对不锈钢纤维毛网的改性处理，在不锈钢毛网表面形成金属涂层，有效提高表面过滤精度和耐腐蚀性。无纺毡经过改性处理后，形成LDHs层，然后在LDHs层上通过植酸和铜离子以及壳聚糖的螯合作用，形成复合膜层，一方面形成增粗效应，进一步提高过滤精度，另一方面能够在无纺毡表面形成亲水结构，提高过滤效率和自净能力。
在无纺毡上直接设置金属纤维层，产品表面的导电性高。且通过针刺将金属纤维层牢固固定在无纺毡上，产品具有良好的耐磨性能和抗拉性能，在工业除尘和污水净化领域具有广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例的过滤器的筒身的结构示意图；
图2是本发明实施例的过滤器在第一视角下的结构示意图；
图3是本发明实施例的过滤器的剖切结构示意图；
图4是本发明实施例的过滤器在第二视角下的结构示意图；
图5是本发明其他实施例的过滤器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的无纺金属纤维过滤毡、其制备方法以及过滤器进行具体说明。
本发明实施例提供的一种无纺金属纤维过滤毡的制备方法包括以下步骤：
S1，对不锈钢纤维进行开松处理，得到蓬松状的不锈钢纤维物。
在较佳的实施例中，不锈钢纤维为316L不锈钢纤维，长度为34～42mm，直径为6～12μm。不锈钢纤维的导电性好、耐摩擦、耐高温、耐腐蚀，且具有良好的过滤性能。不锈钢纤维的长度为34～42mm，直径为6～12μm，该条件的不锈钢纤维长度适中，单根纤维丝的断裂强度大于16CN，断裂伸长率大于1.4％，纤维束分散性能更佳。
进一步地，该步骤中，开松线速度为1～2m/min。该速度下，能够保证得到足够蓬松的不锈钢纤维物，便于后续操作的进行。
S2，将经过开松的不锈钢纤维物喂入梳理机，制得不锈钢纤维毛网，单层不锈钢纤维毛网的克重为60～120g/m2，梳理机的频率为300～600rpm/min，线速度为0.7～1.6m/min。
对不锈钢纤维进行梳理，得到伸直取向的不锈钢纤维毛网。单层不锈钢纤维毛网保持一定的克重，克重过小，则过滤精度会过低，不利于过滤微小杂质，克重过大，则会导致过滤效率低。
S3，对不锈钢纤维毛网进行酸处理后，喷涂混合金属溶液，烘干后，在350～450℃的条件下通H2处理1～2h，然后在180～240℃条件下退火10～30min，得到改性不锈钢纤维毛网，其中混合金属溶液为氯化铜和氯化镍的混合溶液。在H2条件下热处理，在不锈钢纤维毛网上形成致密的金属膜层，有效提高过滤精度。并通过退火处理，进一步增强金属膜层和不锈钢纤维的结合强度。
在优选的实施例中，该步骤中，酸处理步骤为：将不锈钢纤维毛网置于质量分数为5～10％的草酸中，加热煮沸10～30min后取出，洗涤后干燥。经过酸处理，能够对不锈钢纤维毛网进行活化，更重要的是，有利于在不锈钢纤维毛网的表面形成凹凸不平的粗糙面，改善对金属溶液的附着效果。
进一步地，混合金属溶液中，氯化铜和氯化镍的质量分数均为10～20％。
S4，将无纺毡在低温等离子装置中处理得到等离子体处理物，然后置于含有二价金属盐、三价金属盐和沉淀剂的溶液中，在120～180℃条件下水热反应5～7h，得到具有LDHs层的无纺毡。
该步骤中，无纺毡的材质优选为涤纶或丙纶，即无纺毡为涤纶纤维或丙纶纤维经过无纺工艺制得无纺布材料。
进一步地，该步骤中，低温等离子处理的参数：以CF4为反应气体，反应压力为5～20Pa，反应功率为100～200W，反应时间5～10min。通过等离子体处理，改变无纺毡的表面性能，在表面生成化学活性高的自由基，便于提高的LDHs膜的界面结合力。
进一步地，该步骤中，含有二价金属盐、三价金属盐和沉淀剂的溶液中，二价金属盐为氯化镍，三价金属为氯化铁，沉淀剂为尿素。
S5，将具有LDHs层的无纺毡浸入含有植酸水溶液中搅拌吸附20～40min后，加入二水氯化铜溶液和壳聚糖溶液，在80～100℃条件下反应1～2h后，洗涤干燥得到改性无纺毡。
进一步地，在优选的实施方式中，植酸水溶液中植酸的浓度为10～15g/L。二水氯化铜溶液的浓度为10～15g/L，壳聚糖的溶液的浓度为3～6g/L。二水氯化铜溶液和壳聚糖溶液的体积比为1:1。通过植酸的螯合作用，在LDHs膜层上进一步形成壳聚糖-Cu离子-植酸的包覆结构。利用该结构的亲水作用，提高了过滤效率，降低传递阻力。此外，该结构对多种有害物质均具有良好的吸附和催化作用，能够极大提高过滤毡的过滤效果。
S6，将一层或所述改性不锈钢纤维毛网叠铺在改性无纺毡上，得到毡网。
进一步地，该步骤中，叠铺的改性不锈钢纤维毛网为多层，在毡网中，多层不锈钢纤维毛网的总克重为120～900g/m2。调控的改性不锈钢纤维毛网的克重和改性无纺毡的克重，保证无纺毡能够为不锈钢纤维毛网提供足够的支撑。
进一步地，改性无纺毡的克重为1000～1400g/m2，改性不锈钢纤维毛网共有3层，总克重为270～450g/m2。进一步地，三层改性不锈钢纤维毛网的克重依次减小，靠近改性无纺毡的改性不锈钢纤维毛网的克重最小。例如，三层的克重依次为140g/m2、110g/m2和80g/m2。通过采用不同克重的不锈钢纤维网，头层的克重大，过滤精度高，克重逐渐减少，能够降低流体在过滤毡内的阻力，提高过滤精度。
进一步地，该步骤中，叠网速度为1.8～2.5m/min。
S7，采用单面针刺工艺使不锈钢纤维刺入改性无纺毡中，得到无纺金属毛毡。
优选地，该步骤中，针刺深度为6～12mm，针刺频率为250～1000rpm/min。该操作条件下，保证不锈钢纤维和无纺毡的牢固结合。
S8，将无纺金属毛毡经过高温热轧，得到无纺金属纤维过滤毡。
优选地，该步骤中，热轧温度为220～280℃，热轧压力为0.4～0.7MPa。进一步地，先在280℃、0.4MPa条件下热轧3～6s，然后在220℃、0.7MPa条件下热轧10～20s。采用分段工艺进行热轧处理，在较高的温度下热轧后，再在较低的温度下压实，能够使得表面的过滤精度更高，且内部的传递阻力更小。
本发明实施例提供一种无纺金属纤维过滤毡12，根据上述的制备方法制得。无纺金属纤维过滤毡12包括位于上层的金属纤维层12a和位于下层的无纺毡层12b。
参照图1和图2所示，本发明实施例还提供一种过滤器，包括上端盖、上端盖20、下端盖30以及连接在上端盖20和下端盖30的两端面之间的筒身40。筒身40包括内护网11、无纺金属纤维过滤毡12和外护网13，无纺金属纤维过滤毡12位于内护网和所述外护网13之间。
进一地，在较佳的实施例中，内护网11和外护网13的材质相同，均为不锈钢网，不锈钢网的网孔直径为0.2～0.5mm。使用不锈钢网将无纺金属纤维过滤毡12夹设在中间，免受水流的过度冲击，且不锈钢网预先对体积较大的杂质进行拦截，避免滤料堵塞。
参照图3-4所示，进一步地，在较佳的实施例中，上端盖20和下端盖30均为环状端盖，上端盖20中空设置，下端盖30的底部设有用于封闭过滤器100底部的底板，上端盖20、筒身40和下端盖30的内壁围成过滤器的内容腔。环形中空的上端盖20形成流体介质的进出通道，通过筒身的金属纤维过滤毡实现过滤。
进一步地，在较佳的实施例中，上端盖20和下端盖30均为金属端盖，保证过滤器的结构结构稳定性。
需要说明的是，筒身40的两端通过焊接与上端盖20、下端盖30固定。内护网11和外护网13分别与上端盖20、下端盖30的内外端面大致齐平。
进一步地，在较佳的实施例中，上端盖20周设有向外延伸的凸缘部21。凸缘部21周设在上端盖20的上端面的外缘，与上端盖20一体成型。凸缘部21能够为过滤器提供支撑位点，且便于使过滤器整体重心降低。
进一步地，在较佳的实施例中，过滤器100的内壁上设有多根间隔设置的杆状筋条101，多根杆状筋条101周设于过滤器100的内壁。优选地，杆状筋条101向两端延伸至过滤器100的上下两端的边缘处。杆状筋条101的两端焊接分别焊接在上端盖20、下端盖30的内壁上。
优选地，杆状筋条101的直径为3～8mm，过滤器100的内壁周向布设有8～12根杆状筋条101。
进一步地，在较佳的实施例中，过滤器100的内壁上还设有多根沿竖向间隔设置的环形筋条102，环形筋条102连接于多根杆状筋条101靠近内腔的一侧。
优选地，环形筋条102的直径为3～8mm，沿杆状筋条101的长度方向，间隔设有多个环形筋条102，间距为3～5cm。环形筋条102与杆状筋条101焊接。
通过设置杆状筋条101和环形筋条102，使得过滤器的稳固性更好，特别是对筒身的内壁形成防护和支撑，且杆状筋条101和环形筋条102形成的网格结构，能够进一步在护网之前形成拦截层。
进一步地，在其他实施例中，过滤器100的上端盖的内腔设有提杆300，提杆300两端延伸至上端盖的内壁。提杆300横设在上端盖的内腔，且设置于上端盖靠近顶部的边缘处。
提杆300为圆柱状金属杆体，与上端盖焊接固定。通过设置提杆300，便于过滤器100的取放。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种无纺金属纤维过滤毡，其根据以下步骤制得：
(1)对不锈钢纤维进行开松处理，得到蓬松状的不锈钢纤维物。开松线速将度为1.5m/min。
(2)经过开松的不锈钢纤维喂入梳理机，制得不锈钢纤维毛网，梳理机的频率为450rpm/min，线速度为1.2m/min。
(3)将不锈钢纤维毛网置于质量分数为8％的草酸溶液中，加热煮沸20min后取出，洗涤后干燥。
(4)在步骤(3)得到的产物上喷涂氯化铜和氯化镍的混合溶液，然后在420℃的条件下通H2处理1h，然后在220℃条件下退火20min，得到改性不锈钢纤维毛网。
(5)将无纺毡(涤纶无纺毡)置于低温等离子装置中，以CF4为反应气体，反应压力为12Pa，反应功率为140W，反应时间6min得到等离子体处理物。
(6)将等离子体处理物置于含有氯化镍、氯化铁和尿素的溶液中，在160℃条件下水热反应6h，得到具有LDHs层的无纺毡。
(7)步骤(6)得到的无纺毡浸入12g/L的植酸溶液，搅拌吸附30min后，加入体积比为1:1的二水氯化铜溶液(浓度为12g/L)和壳聚糖溶液(浓度为4g/L)，在85℃条件下反应1.5h后，洗涤干燥得到改性无纺毡。
(8)将在改性无纺毡(克重为1200g/m2)上依次叠铺克重为80g/m2、110g/m2和140g/m2的改性不锈钢纤维毛网。叠网速度为2.2m/min。
(9)采用单面针刺工艺使不锈钢纤维刺入改性无纺毡中，得到无纺金属毛毡。针刺深度为8m，针刺频率为550rpm/min。
(10)将无纺金属毛毡在260℃、0.5MPa条件下高温热轧20s，得到无纺金属纤维过滤毡。
制得的样品过滤精度达到3μm。
实施例2
本实施例提供的一种无纺金属纤维过滤毡，与实施例1的区别之处在于，步骤(10)中，将无纺金属毛毡在280℃、0.4MPa条件下热轧5s，然后在220℃、0.7MPa条件下热轧15s。
制得的样品过滤精度达到2μm。
实施例3
本实施例提供的一种无纺金属纤维过滤毡，与实施例1的区别之处在于，步骤(8)中，将在改性无纺毡(克重为1200g/m2)上依次叠铺克重为110g/m2、110g/m2和110g/m2的改性不锈钢纤维毛网。叠网速度为2.2m/min。
制得的样品过滤精度达到5μm。
对比例1
本实施例提供的一种无纺金属纤维过滤毡，其根据以下步骤制得：
(1)对不锈钢纤维进行开松处理，得到蓬松状的不锈钢纤维物。开松线速将度为1.5m/min。
(2)经过开松的不锈钢纤维喂入梳理机，制得不锈钢纤维毛网，梳理机的频率为450rpm/min，线速度为1.2m/min。
(3)将在无纺毡(克重为1200g/m2)上依次叠铺克重为110g/m2、110g/m2和110g/m2的不锈钢纤维毛网。叠网速度为2.2m/min。
(4)采用单面针刺工艺使不锈钢纤维刺入改性无纺毡中，得到无纺金属毛毡。针刺深度为8m，针刺频率为550rpm/min。
(5)将无纺金属毛毡在260℃、0.5MPa条件下高温热轧20s，得到无纺金属纤维过滤毡。
制得的样品过滤精度为8μm。
对比例2
本对比例提供的一种无纺金属纤维过滤毡，其与对比例1的区别之处在于：无纺毡经过以下改性处理：
(a)将无纺毡(涤纶无纺毡)置于低温等离子装置中，以CF4为反应气体，反应压力为12Pa，反应功率为140W，反应时间6min得到等离子体处理物。
(b)将等离子体处理物置于含有氯化镍、氯化铁和尿素的溶液中，在160℃条件下水热反应6h，得到具有LDHs层的无纺毡。
(c)步骤(b)得到的无纺毡浸入12g/L的植酸溶液，搅拌吸附30min后，加入体积比为1:1的二水氯化铜溶液(浓度为12g/L)和壳聚糖溶液(浓度为4g/L)，在85℃条件下反应1.5h后，洗涤干燥得到改性无纺毡。
制得的样品过滤精度为8μm。
试验例
以对比例1制得的样品为对照组，以实施例1～3和对比例2为实验组，相比于对照组，实施例1～3的过滤效率分别提高了17％、22％、14％，对比例2的过滤效率提高了7％。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对不锈钢纤维进行开松处理，得到蓬松状的不锈钢纤维物；
S2，将经过开松的不锈钢纤维喂入梳理机，制得不锈钢纤维毛网，单层所述不锈钢纤维毛网的克重为60～120g/m2，梳理机的频率为300～600rpm/min，线速度为0.7～1.6m/min；
S3，对所述不锈钢纤维毛网进行酸处理后，喷涂混合金属溶液，烘干后，在350～450℃的条件下通H2处理1～2h，然后在180～240℃条件下退火10～30min，得到改性不锈钢纤维毛网，其中所述混合金属溶液为氯化铜和氯化镍的混合溶液；
S4，将无纺毡在低温等离子装置中处理得到等离子体处理物，然后置于含有二价金属盐、三价金属盐和沉淀剂的溶液中，在120～180℃条件下水热反应5～7h，得到具有LDHs层的无纺毡；
S5，将具有LDHs层的所述无纺毡浸入含有植酸水溶液中搅拌吸附20～40min后，加入二水氯化铜溶液和壳聚糖溶液，在80～100℃条件下反应1～2h后，洗涤干燥得到改性无纺毡；
S6，将一层或多层所述改性不锈钢纤维毛网叠铺在所述改性无纺毡上，得到毡网；
S7，采用单面针刺工艺使不锈钢纤维刺入所述改性无纺毡中，得到无纺金属毛毡；
S8，将所述无纺金属毛毡经过高温热轧，得到无纺金属纤维过滤毡。
2.根据权利要求1所述的无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，步骤S6中，叠铺多层所述不锈钢纤维毛网，所述毡网中，多层所述不锈钢纤维毛网的总重为120～900g/m2。
3.根据权利要求1所述的无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，所述不锈钢纤维为316L不锈钢纤维，长度为34～42mm，直径为6～12μm。
4.根据权利要求1所述的无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，步骤S1中，开松线速度为1～2m/min。
5.根据权利要求1所述的无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，所述无纺毡的材质为涤纶或丙纶。
6.根据权利要求1所述的无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，步骤S6中，叠网速度为1.8～2.5m/min。
7.根据权利要求1所述的无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，步骤S7中，针刺深度为6～12mm，针刺频率为250～1000rpm/min。
8.根据权利要求1所述的无纺金属纤维过滤毡的制备方法，其特征在于，步骤S8中，热轧温度为220～280℃，热轧压力为0.4～0.7MPa。
9.一种无纺金属纤维过滤毡，其特征在于，由权利要求1-8任意一项所述的制备方法制得。
10.一种过滤器，其特征在于，包括上端盖、下端盖以及连接在所述上端盖和所述下端盖的两端面之间的筒身，所述筒身包括内护网、外护网和如权利要求9所述的无纺金属纤维过滤毡，所述无纺金属纤维过滤毡位于所述内护网和所述外护网之间。
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