CN111206292A - 一种聚烯烃骨架过滤材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚烯烃骨架过滤材料的制备方法，包括如下步骤：1）熔融纺丝：采用A组份聚合物和B组份聚合物经熔融纺丝后形成皮芯结构连续型双组份复合长丝，其中皮层或/和芯层组份中含有具有储电作用的功能介质；2）成网：皮芯结构连续型双组份复合长丝经分丝后成网；3）加固成型：采用热风熔融粘合固结；4）高压静电处理：对材料充电。本申请中所述聚烯烃骨架过滤材料，具有物理阻隔和静电吸附双重过滤功能，也达到了较高的机械强力和硬挺度，同时具备了极低的过滤阻力和较高的空气通透性，可用于新风系统过滤、吸尘器过滤、汽车空调过滤、家用空气净化器等领域。

Description

一种聚烯烃骨架过滤材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及无纺布领域，特别是涉及一种聚烯烃骨架过滤材料及其制备方法。
背景技术
在车载空调、新风净化等空气过滤领域，目前国内外市场上的主流技术和产品主要是复合型纺织过滤材料，即根据如新风系统、空气净化器、汽车车载空调等的空气净化等级，选择不同的过滤材料，已达到相应的过滤效率，其主流多为复合材料相关的工艺和产品，尤其涉及中、高效过滤领域，即F级和H级别的过滤材料，其多为熔喷精细过滤材料，通过胶复合或超声波粘合或高温高压复合等工艺，与无纺布骨架增强材料复合而成，从而满足不同等级的过滤标准和要求。
在常规的F、H级别中高效过滤材料中，国内外采用的也是上述熔喷复合骨架材料的产品，且复合过滤材料也是当今国内外研究热点，重点集中在熔喷精细过滤材料的静电驻极技术的开发，熔喷与骨架材料复合工艺的优化提升、多层纤维网复合技术以及复合滤材的高效低阻性能研究等多方面。专利CN105999856A公开了一种增能的聚丙烯/聚酯双组份纺粘滤料及其制备方法，其主要是采用多层不同细度的纺粘长丝纤维网叠加后再加固成型，最后经电晕充电获得滤材，其加工工艺涉及多道加工，过程工艺控制点多而杂，产品过滤阻力较大；专利CN105964059A公开了一种增能的聚乙烯/聚丙烯双组份纺粘滤料及其制备方法，其主要发明内容原理与对应的产品特定同上；专利CN1055586714A公开一种高静电长纤维无纺布及制造方法，其涉及一种皮芯结构的长丝纺粘过滤材料，其主要是将无机物粒子添加到皮层材料中后制成无纺布后再加静电处理，最终获得过滤材料，但存在无机物添加后纺丝工艺和丝束质量较难控制，且静电处理后过滤性能批次不稳定等问题，此外，无机物粒子只能添加到皮层，工艺单一，且微细颗粒与聚合物切片很难混合均匀，存在最终产品质量不稳定的风险隐患。
在众多不同种类的复合过滤材料中，其虽然具有精细过滤和高容尘量等优势特点，但是其多层复合工艺控制相对更加精细和复杂，复合材的制造加工过程分为多步进行，对组份材料的性能指标、成品率等要求很高，且胶覆合工艺为主流的加工工艺，其中胶的种类、气味和环保性均存在对人身健康有安全隐患；复合滤材被加工成过滤器前需要进行机械打折，过程中复合材很容易出现表层材料磨损、起毛、分层等问题，从而导致滤材性能下降，成本和良品率较难控制；此外，复合材料一般是熔喷材料或静电棉材料，通过胶覆合或热轧或超声波覆合的方式进行复合加工，其工艺的特定决定了产品材料的过滤阻力普遍较大，客观的增大了空气净化系统的能源消耗。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种聚烯烃骨架过滤材料及其制备方法，用于替代市场上现有过滤复合材或解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。
本发明提供一种聚烯烃骨架过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
1)熔融纺丝：采用A组份聚合物和B组份聚合物经熔融纺丝后形成皮芯结构连续型双组份复合长丝，其中皮层或/和芯层组份中含有具有储电作用的功能介质；
2)成网：皮芯结构连续型双组份复合长丝经分丝后成网；
3)加固成型：采用热风熔融粘合固结；
4)高压静电处理：对材料充电。
优选地，步骤1)中，具有储电作用的功能介质包括如下原料组分及重量份：
Figure BDA0001873907790000021
所述具有储电作用的功能介质为将各原料组分共混造粒后获得。
优选地，所述聚烯烃切片为80～90重量份。
具有储电作用的功能介质，主要采用电负性强的聚烯烃为基体，添加介电性能突出的非极性材料捕捉电荷，同时使用活性组分提高整体抓电活性，并在稳定剂调节下，通过成核剂成分增大纤维的结晶度，从而达到更多更稳定的储存被捕捉的电荷量。
可选地，所述聚烯烃切片包括聚乙烯或聚丙烯。优选地，聚烯烃切片的熔融指数为(12～40)g/10min。
优选地，所述受阻胺光稳定剂的受阻胺光稳定剂944。
所述具有储电作用的功能介质的添加量为所述皮层原料组分质量的0.5～4wt％。所述具有储电作用的功能介质的添加量为所述芯层原料组分质量的0.5～5wt％。
优选地，步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物分别经螺杆挤出机熔融推挤后进入复合纺丝箱体，然后经熔体流道精确分配与纺丝组件系统进行纺丝后，形成皮芯结构连续型双组份复合长丝。
更优选地，A组份聚合物经螺杆挤压机进行熔融挤出的温度为200～265℃。更优选地，挤出温度为205～240℃。更优选地，A组份聚合物经单螺杆挤出机挤出。
更优选地，步骤1)中，A组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤。更优选地，过滤前压力为4～12MPa，过滤后压力为6～10MPa。
更优选地，步骤1)中，过滤后A组份聚合物熔体经计量泵计量，计量泵转速为8-30rpm。
优选地，B组份聚合物经螺杆挤出机进行熔融挤出的温度设定为200～295℃。更优选地，挤出温度为230～280℃。更优选地，所述B组份聚合物经双螺杆挤出机挤出。
更优选地，B组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤。更优选地，过滤前压力为4～12MPa；过滤后压力为6～10MPa。更优选地，B组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经增加泵升压至5～12MPa。
更优选地，步骤1)中，过滤后B组份聚合物熔体经计量泵计量，计量泵转速为8-30rpm。
优选地，在复合纺丝箱体中，两种熔体按照定量设计经过纺丝板熔体分配系统进行复合后，最终分配好的复合熔体由喷丝板喷出，形成皮芯结构连续型双组份复合长丝。优选地，复合纺丝箱体中温度为200～265℃。
更优选地，形成的皮芯结构连续型双组份复合长丝还经过后处理，所述后处理包括抽吸净化、冷风冷却和牵伸。优选地，在复合纺丝箱体的喷丝板下方两侧设有单体抽吸净化系统，两侧抽吸风量为650～1000rpm。更优选地，所述冷风冷却中风温为10～30℃；相对湿度为55～80％，风量为900～1350rpm。优选地，牵伸采用正压气流牵伸系统。更优选地，牵伸风压为0.08～0.35MPa。
优选地，步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物是两种熔点温度不同的可成纤聚合物，A组分聚合物为皮层结构，B组分聚合物为芯层结构，且B组分聚合物的熔点比A组分聚合物的熔点高20～100℃。
优选地，步骤1)中，皮芯结构连续型双组份复合长丝中熔点较低的组份为皮层，熔点较高的组份为芯层。
更优选地，步骤1)中，皮芯结构连续型双组份复合长丝中皮芯结构为同心圆结构。
更优选地，步骤1)中，A组份聚合物为选自聚乙烯、低熔点聚丙烯中的一种。
更优选地，步骤1)中，B组份聚合物为聚丙烯。
优选地，步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物的比例为3:7～5:5。
优选地，步骤1)中，所述皮芯结构连续型双组份复合长丝的细度为5-10旦尼尔。
优选地，步骤2)中，经分丝器进行分丝导丝。采用成网机进行成网。更优选地，成网速度为5～120m/min。
优选地，步骤3)中，双组份复合长丝纤维网经网帘传送至圆网烘箱或平网烘箱，通过高温热风穿透纤维网，使得皮层低熔点组份材料熔融，而芯层高熔点组份材料不熔融，双组份长丝纤维网产生熔融粘合，最后再经一对光面金属圆辊轻轧成型。其中，热风温度为90～220℃，车速5-120m/min，金属辊表面温度为50-100℃，辊间压力1～7MPa。
优选地，步骤4)中，高压静电为交变直流电场电晕充电，正、反两面充电，其电压为10KV-120KV，释放电荷的金属针或金属丝与材料的垂直距离2cm-15cm，充电时间为2s-20s。
本发明还公开了一种聚烯烃骨架过滤材料，采用如上述所述方法制备获得。
优选地，所述聚烯烃骨架过滤材料的克重为70～150g/m2。
优选地，所述聚烯烃骨架过滤材料的幅宽为1.6～3.2m。
本发明还公开了如上述所述的聚烯烃骨架过滤材料在空气过滤领域中的用途。
所述聚烯烃骨架过滤材料，具有物理阻隔和静电吸附双重过滤功能，也达到了较高的机械强力和硬挺度，同时具备了极低的过滤阻力和较高的空气通透性，可用于新风系统过滤、吸尘器过滤、汽车空调过滤、家用空气净化器等领域。
本发明与现有技术相比，有如下优点：
1.本发明的聚烯烃骨架过滤材料，通过组份聚合物的热性能优化搭配，利用不同熔融性质聚合物的复合纺丝成网和热熔粘合加固成型工艺，最终经过高压静电处理后获得驻极过滤产品，达到了较高的机械强力和硬挺度，在实际生产中可以根据具体的新风净化环境条件，制造不同长丝直径的静电驻极过滤材料，整个工艺流程为一体化一步法在线直接成网成型和电晕充电，制造工艺较同等过滤等级的离线复合滤材制造工艺大大简化，同时利于后道材料直接打折，无需再与其他材料复合，易于操作，产品性能稳定可靠。
2.本发明的聚烯烃骨架过滤材料，可以在汽车车载空调、新风系统以及空气净化器等领域替代常规熔喷+骨架的复合材料，制造成本低廉，性价比高，且彻底杜绝了有安全隐患的胶成分，实现了真正的100％无胶的过滤材料。
3.本发明的聚烯烃骨架过滤材料，其织物外观风格与目前市场上常见的短纤骨架+熔喷过滤产品的风格实现了差异化和可辨识性，具有独特的长丝美感。
4.本发明采用热风穿透熔融粘合加固的工艺技术和电晕双面充电技术，皮芯结构连续型双组份复合长丝之间可以有效的依靠熔融点或熔融面进行固结，既保证了过滤无纺布介质的蓬松性也兼顾了材料的强度，同时经过高压电晕充电后，使得材料具备了物理阻隔和静电吸附双重过滤功能，更突出的是，最终产品具有了极低的过滤阻力和较高的空气通透性，对产品的终端应用节能降耗效果显著。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
A组份聚合物为PE母粒，熔点130～135℃，同时在A组份PE母粒中混入1％质量比例的PE储电母粒(具有储电作用的功能介质)；B组份聚合物为PP母粒，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝40％：60％。
本实施例中，具有储电作用的功能介质包括如下原料组分及重量份：
Figure BDA0001873907790000051
Figure BDA0001873907790000061
所述具有储电作用的功能介质为将各原料组分共混造粒后获得。
上述聚合物均为烯烃类聚合物，无需去水分处理。两种聚合物分别经过各自的螺杆挤出机进行熔融推挤。
A组份混合聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：210℃、220℃、235℃、235℃、235℃、230℃，熔体温度229℃，A组份熔体经过滤器过滤，滤前压力5.45MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速12rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
B组份聚合物经过双螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：240℃、250℃、270℃、275℃、275℃、275℃、275℃、270℃，熔体温度275.5℃，B组份熔体经过增压泵升压后进入过滤器过滤，滤前压力10.0MPa，滤后压力6.5MPa，然后熔体进入计量泵计量，计量泵转速18rpm，定量的熔体进入复合纺丝箱体。
复合纺丝箱体的熔体分配密闭空间温度保持在245℃；单体抽吸风量为750rpm；两侧对吹的冷风温度12℃，相对湿度60％，风量950rpm；气流牵伸风压为0.18MPa；成网速度13.4m/min,；成网机主抽吸风量1250rpm，辅助抽吸风量1050rpm；圆网热风烘箱温度设定为134.5℃；圆网热风设备出布后的金属圆辊温度为80℃，圆辊间压力1.5MPa；材料电晕充电电压为30KV，释放电荷的金属丝与材料的垂直距离5cm，充电时间为3.50s；经高压静电处理过后的无纺布经收卷机卷绕成卷，最终布卷再经分切机分切产品克重为110g/m2。
采用TSI8130A滤料综合性能测试平台测试所得的静电骨架过滤材料，测试条件：流速32L/min，氯化钠气溶胶中值直径0.3微米，过滤效率42％，过滤阻力2.1Pa；实测纤维细度7.8D。
对比例1
本对比例实施过程中，不添加任何储电母粒，其他各制造要素，如原料规格型号、配方、生产制造工艺以及产品的测试条件均与实施例1相同。实测的过滤效率为4.39％，过滤阻力为2.0Pa；实测纤维细度7.5D。
实施例2
A组份聚合物为PE母粒，熔点130～135℃；B组份聚合物为PP母粒，同时在B组份聚合PP母粒中混入1％质量比例的PP储电母粒(具有储电作用的功能介质)，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝40％：60％。生产制造工艺同实施例1。
本实施例中，具有储电作用的功能介质包括如下原料组分及重量份：
Figure BDA0001873907790000071
所述具有储电作用的功能介质为将各原料组分共混造粒后获得。
110克重的该规格产品，采用TSI8130A滤料综合性能测试平台测试所得的静电骨架过滤材料，测试条件：流速32L/min，氯化钠气溶胶中值直径0.3微米，过滤效率51％，过滤阻力1.9Pa；实测纤维细度8.2D。
对比例2
本对比例实施过程中，不添加任何储电母粒，其他各制造要素，如原料规格型号、配方、生产制造工艺以及产品的测试条件均与实施例2相同。实测的过滤效率为4.52％，过滤阻力为2.0Pa；实测纤维细度8.1D。
实施例3
A组份聚合物为PE母粒，同时在A组份聚合PE母粒中混入1％质量比例的PE储电母粒(具有储电作用的功能介质)熔点130～135℃；B组份聚合物为PP母粒，同时在B组份聚合PP母粒中混入1％质量比例的PP储电母粒(具有储电作用的功能介质)，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝40％：60％。生产制造工艺同实施例1。
本实施例中，PE储电母粒(具有储电作用的功能介质)包括如下原料组分及重量份：
Figure BDA0001873907790000072
本实施例中，PP储电母粒(具有储电作用的功能介质)包括如下原料组分及重量份：
Figure BDA0001873907790000081
110克重的该规格产品，采用TSI8130A滤料综合性能测试平台测试所得的静电骨架过滤材料，测试条件：流速32L/min，氯化钠气溶胶中值直径0.3微米，过滤效率56％，过滤阻力2.5Pa；实测纤维细度7.0D。
对比例3
本对比例实施过程中，不添加任何储电母粒，其他各制造要素，如原料规格型号、配方、生产制造工艺以及产品的测试条件均与实施例3相同。实测的过滤效率为5.67％，过滤阻力为2.6Pa；实测纤维细度6.5D。
实施例4
A组份聚合物为低熔点PP母粒，熔点102～108℃；B组份聚合物为PP母粒，同时在B组份聚合PP母粒中混入1％质量比例的PP储电母粒(具有储电作用的功能介质)，熔点162～165℃。组份复合比例A：B＝40％：60％。生产制造工艺：A组份混合聚合物经过单螺杆挤出机进行熔融，其温区设置为：180℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃，熔体温度196℃；圆网热风温度设定110℃，其他各项工艺参数如同实施例1。
本实施例中，PP储电母粒(具有储电作用的功能介质)包括如下原料组分及重量份：
Figure BDA0001873907790000082
110克重的该规格产品，采用TSI8130A滤料综合性能测试平台测试所得的静电骨架过滤材料，测试条件：流速32L/min，氯化钠气溶胶中值直径0.3微米，过滤效率59％，过滤阻力2.2Pa；实测纤维细度6.8D。
对比例4
本对比例实施过程中，不添加任何储电母粒，其他各制造要素，如原料规格型号、配方、生产制造工艺以及产品的测试条件均与实施例4相同。实测的过滤效率为5.87％，过滤阻力为2.4Pa；实测纤维细度6.9D。
本发明的制造方法有益特点还体现在：工艺调整灵活，尤其涉及长丝纤维细度可通过调节喷丝板孔径和正压牵伸气流气压来控制细度大小；皮芯组份配比可通过调节熔体计量泵转速等变换；过滤性能指标也可根据原材料聚合物种类更换、储电母粒种类与添加比例大小、调节克重大小、细度大小、厚度大小等参数来实现过滤数据的调整，上述实施例只是其中代表性的工艺实例，按照当前车载空调、新风系统领域对中效滤材的需求，可参照下表的数据，但不限于下表的规格：
表1适合车载空调和新风系统领域的中效滤材常规品种
Figure BDA0001873907790000091
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种聚烯烃骨架过滤材料的制备方法，包括如下步骤：
1)熔融纺丝：采用A组份聚合物和B组份聚合物经熔融纺丝后形成皮芯结构连续型双组份复合长丝，其中皮层或/和芯层组份中含有具有储电作用的功能介质；
2)成网：皮芯结构连续型双组份复合长丝经分丝后成网；
3)加固成型：采用热风熔融粘合固结；
4)高压静电处理：对材料充电。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具有储电作用的功能介质包括如下原料组分及重量份：
Figure FDA0001873907780000011
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下特征中的一种或多种：
所述具有储电作用的功能介质的添加量为所述皮层原料组分质量的0.5～4wt％；
所述具有储电作用的功能介质的添加量为所述芯层原料组分质量的0.5～5wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物是两种熔点温度不同的可成纤聚合物，A组分聚合物为皮层结构，B组分聚合物为芯层结构，且B组分聚合物的熔点比A组分聚合物的熔点高20～100℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下特征中的一种或多种：
皮芯结构连续型双组份复合长丝中皮芯结构为同心圆结构；
A组份聚合物为选自聚乙烯、低熔点聚丙烯中的一种；
B组份聚合物为聚丙烯；
A组份聚合物和B组份聚合物的比例为3:7～5:5。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下特征中的一种或多种：
步骤1)中，A组份聚合物和B组份聚合物分别经螺杆挤出机熔融推挤后进入复合纺丝箱体，然后经熔体流道精确分配与纺丝组件系统进行纺丝后，形成皮芯结构连续型双组份复合长丝；
A组份聚合物经螺杆挤压机进行熔融挤出的温度为200～265℃；
A组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤；
过滤后A组份聚合物熔体经计量泵计量。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下特征中的一种或多种：
B组份聚合物经螺杆挤出机进行熔融挤出的温度设定为200～295℃；
B组份聚合物熔融挤出后形成的熔体经过滤器过滤；
过滤后B组份聚合物熔体经计量泵计量。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中包括如下特征中的一种或多种：
高压静电为交变直流电场电晕充电；
材料正、反两面充电；
充电电压为10KV-120KV；
充电时释放电荷的金属针或金属丝与材料的垂直距离2cm-15cm；
充电时间为2s-20s。
9.一种采用如权利要求1～8任一项方法制备获得的聚烯烃骨架过滤材料。
10.如权利要求9所述的聚烯烃骨架过滤材料在空气过滤领域中的用途。
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