CN111254753A - 一种高效抗水空气过滤材料及其制备方法 - Google Patents

一种高效抗水空气过滤材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效抗水空气过滤材料及其制备方法，属于过滤材料技术领域。该空气过滤材料包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维60～94.5％、亚微米玻璃纤维5～20％、粘结剂0.5～20％。本发明的空气过滤材料采用湿法抄造工艺一步制备，工艺简单，避免了复杂的生产工艺和昂贵设备的投资，以聚酯纤维为主体，复合以亚微米玻璃纤维材料，使得本发明的过滤材料在具有较高的过滤精度的同时，又具有较低的过滤阻力，配合以粘结剂使其在维持优良的过滤性能的同时，保证了足够的力学强度，从而使其能够适用于脉冲反吹工况，抗水性能好、可水洗，能够广泛应用于发动机、燃气轮机及空气压缩机等设备的进气过滤。

Description

一种高效抗水空气过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及过滤材料技术领域，具体涉及一种高效抗水空气过滤材料及其制备方法。
背景技术
近年来空气过滤产品已逐渐成为生活的必需品，同时市场对高效去除亚微米级颗粒污染物的过滤材料要求也大大提高。过滤材料通常以植物纤维、合成纤维和无机纤维等为原料，添加一定的化学助剂，使用干法或湿法造纸工艺及设备抄造而成。目前市面上主要的过滤材料主要由以下几种：1.驻极静电聚合物干法无纺布过滤材料，其缺点是静电会随着过滤的进行而耗散，从而导致过滤效率逐步衰减。2.湿法抄造全化纤过滤材料和湿法抄造木浆纤维过滤材料，其缺点是难以达到EN779-2012 F9及以上级别的过滤精度。3.表面涂层纳米纤维过滤材料，其是应用湿法抄造的木浆纤维作为底材，再在其过滤面施加纳米纤维涂层，从而达到较高的过滤精度，这类材料的主要缺点在于制备工艺复杂，涂层设备昂贵，且由于木浆纤维层自身易吸水，导致抗水性差。4.表面涂层膜过滤材料，其缺点是制备工艺复杂，膜材料昂贵，制造成本高昂，且材料纳污量和使用寿命低。5.湿法微玻纤高效过滤材料，其缺点是强度较差不适用于反吹工况，且存在玻璃纤维脱落易进去下游发动机及空压机的风险。
因此，研制同时具备高效抗水性能、较高过滤精度并适用于反吹工况的空气过滤材料具有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效抗水空气过滤材料，本发明的过滤材料具有较高的过滤精度、较低的过滤阻力，抗水性能好、可水洗，且具有足够的过滤强度，适用于脉冲反吹工况。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维60～94.5％、亚微米玻璃纤维5～20％、粘结剂0.5～20％。
作为本发明优选的实施方式，所述聚酯纤维的直径为0.5～10detx、长度为1～10mm。
作为本发明优选的实施方式，所述亚微米玻璃纤维的平均直径为0.1～1μm。
作为本发明优选的实施方式，所述粘结剂选自苯乙烯/丙烯酸共聚物乳液、丙烯酸聚合物树脂及其乳液、醋酸乙烯酯乳液、环氧树脂及其乳液、酚醛树脂及其乳液中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，本发明还包括有重量百分数为0～10％的粗玻璃纤维，以优化其过滤性能和生产效率，所述粗玻璃纤维的平均直径大于1μm。
作为本发明优选的实施方式，本发明还包括有重量百分数为0～10％的抗水剂，以优化其抗水性能，所述抗水剂选自硅油化合物及乳液、聚烯烃蜡乳液、氟碳化合物及乳液中的一种。
本发明还提供了一种如上所述的高效抗水空气过滤材料的制备方法，其包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于80～180℃下干燥0.1～600s后，再在100～200℃下固化0.1～180s，即得所述空气过滤材料。
作为本发明优选的实施方式，步骤3)中的粘结剂通过帘式涂布、刮刀涂布或喷涂的方式施胶于过滤材料的两侧上。
作为本发明优选的实施方式，步骤3)中的固化方式为红外加热、热风烘箱或烘缸。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的空气过滤材料采用湿法抄造工艺一步制备，工艺简单，避免了复杂的生产工艺和昂贵设备的投资，以聚酯纤维为主体，复合以亚微米玻璃纤维材料，使得本发明的过滤材料在具有较高的过滤精度的同时，又具有较低的过滤阻力，配合以粘结剂使其在维持优良的过滤性能的同时，保证了足够的力学强度，从而使其能够适用于脉冲反吹工况，抗水性能好、可水洗，能够广泛应用于发动机、燃气轮机及空气压缩机等设备的进气过滤。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(PET纤维)60～94.5％、亚微米玻璃纤维5～20％、粘结剂0.5～20％。
以上配方中，聚酯纤维的直径为0.5～10detx、长度为1～10mm。亚微米玻璃纤维的含量对其过滤效率和阻力有极其重要的影响，当玻璃纤维的平均直径高于1μm时，材料很难达到F9的过滤效率，当亚微米微玻璃纤维的含量高于20％时，则材料的过滤阻力较高，不具有实用性。优选地，亚微米玻璃纤维的平均直径为0.1～1μm。同样地，粘结剂的含量对其过滤性能和力学强度有极其重要影响，当粘结剂含量高于20％时，其阻力过高不具有实用性，而当粘结剂含量较低时则不能保证材料有足够的力学强度适用于脉冲反吹工况。粘结剂选自苯乙烯/丙烯酸共聚物乳液、丙烯酸聚合物树脂及其乳液、醋酸乙烯酯乳液、环氧树脂及其乳液、酚醛树脂及其乳液中的至少一种。
为了进一步优化过滤性能和生产效率，本发明还包括有重量百分数为0～10％的粗玻璃纤维，粗玻璃纤维的平均直径大于1μm。为了进一步优化抗水性能，本发明还包括有重量百分数为0～10％的抗水剂，抗水剂选自硅油化合物及乳液、聚烯烃蜡乳液、氟碳化合物及乳液中的一种。
如上所述的高效抗水空气过滤材料的制备方法包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以帘式涂布、刮刀涂布或喷涂的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于80～180℃下干燥0.1～600s后，再在100～200℃下以红外加热、热风烘箱或烘缸方式固化0.1～180s，即得所述空气过滤材料。
实施例1：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(1.7dtex，6mm)80％、亚微米玻璃纤维(平均直径0.6μm)15％、丙烯酸乳液5％。
以上高效抗水空气过滤材料是采用湿法抄造工艺制备而成的，具体包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以帘式涂布的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于100℃下干燥120s后，再在150℃下以红外加热方式固化30s，即得所述空气过滤材料。
实施例2：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(1.7dtex，6mm)94.5％、亚微米玻璃纤维(平均直径0.4μm)5％、丙烯酸乳液0.5％。
以上高效抗水空气过滤材料是采用湿法抄造工艺制备而成的，具体包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以刮刀涂布的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于80℃下干燥250s后，再在150℃下以热风烘箱加热方式固化10s，即得所述空气过滤材料。
实施例3：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(1.7dtex，6mm)79.5％、亚微米玻璃纤维(平均直径0.8μm)20％、丙烯酸乳液0.5％。
以上高效抗水空气过滤材料是采用湿法抄造工艺制备而成的，具体包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以喷涂的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于120℃下干燥150s后，再在150℃下以红外加热方式固化10s，即得所述空气过滤材料。
实施例4：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(1.7dtex，6mm)60％、亚微米玻璃纤维(平均直径0.6μm)20％、丙烯酸乳液20％。
以上高效抗水空气过滤材料是采用湿法抄造工艺制备而成的，具体包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以帘式涂布的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于180℃下干燥60s后，再在150℃下以红外加热方式固化180s，即得所述空气过滤材料。
实施例5：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(1.7dtex，6mm)77％、聚酯纤维(0.7dtex，3mm)3％，亚微米玻璃纤维(平均直径0.6μm)15％、丙烯酸乳液5％。
以上高效抗水空气过滤材料是采用湿法抄造工艺制备而成的，具体包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以帘式涂布、刮刀涂布或喷涂的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于180℃下干燥10s后，再在150℃下以红外加热方式固化180s，即得所述空气过滤材料。
实施例6：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(1.7dtex，6mm)75％、亚微米玻璃纤维(平均直径0.6μm)15％、粗玻璃纤维(平均直径5μm)5％、丙烯酸乳液5％。
以上高效抗水空气过滤材料是采用湿法抄造工艺制备而成的，具体包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以帘式涂布的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于180℃下干燥60s后，再在150℃下以红外加热方式固化180s，即得所述空气过滤材料。
实施例7：
一种高效抗水空气过滤材料，其是包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维(1.7dtex，6mm)75％、亚微米玻璃纤维(平均直径0.6μm)15％、粗玻璃纤维(平均直径5μm)5％、丙烯酸乳液4.5％、氟碳乳液0.5％。
以上高效抗水空气过滤材料是采用湿法抄造工艺制备而成的，具体包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂以帘式涂布、刮刀涂布或喷涂的方式施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于180℃下干燥10s后，再在150℃下以红外加热方式固化180s，即得所述空气过滤材料。
对比例1：
一种传统木浆纤维空压机滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：木浆纤维72％，PET合成纤维(1.7dtex，6mm)8％，粘结剂20％，粘结剂为苯乙烯/丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及浸胶工艺制备而成。
对比例2：
一种传统木浆纤维空压机滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：木浆纤维75％，微玻璃纤维(平均直径5μm)5％，粘结剂20％，粘结剂为苯乙烯/丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及浸胶工艺制备而成。
对比例3：
一种纳米纤维涂层木浆纤维基材，其包括以下按重量百分数计的组分：纳米纤维0.5％，木浆纤维70％，PET合成纤维(1.7dtex,6mm)12.5％，粘结剂17％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及浸胶工艺制备而成。
对比例4：
一种聚酯纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)90％，粘结剂10％，粘结剂为聚乙烯/丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及浸胶工艺制备而成。
对比例5：
一种微玻璃纤维滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：粗玻璃纤维(平均直径3μm)75％，亚微米玻璃纤维(平均直径0.6μm)20％，粘结剂5％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺制备而成。
对比例6：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)80％，微玻璃纤维(平均直径3μm)15％，粘结剂5％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
对比例7：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)80％，微玻璃纤维(平均直径5μm)15％，粘结剂5％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
对比例8：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)80％，微玻璃纤维(平均直径10μm)15％，粘结剂5％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
对比例9：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)80％，微玻璃纤维(平均直径0.6μm)19.9％，粘结剂0.1％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
对比例10：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)60％，微玻璃纤维(平均直径0.6μm)15％，粘结剂25％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
对比例11：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)94％，微玻璃纤维(平均直径0.6μm)15％，粘结剂5％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
对比例12：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)92％，微玻璃纤维(平均直径0.6μm)3％，粘结剂5％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
对比例13：
一种聚酯纤维/微玻璃纤维湿法抄造滤材，其包括以下按重量百分数计的组分：PET合成纤维(1.7dtex,6mm)70％，微玻璃纤维(平均直径0.6μm)25％，粘结剂5％，粘结剂为丙烯酸乳液。该滤材是采用常规的湿法抄造工艺及喷涂工艺并于150℃下固化30s制备而成。
性能验证：
将实施例1～7中所制得的高效抗水空气过滤材料与对比例1～13中的过滤材料进行性能比较试验，分别测定滤纸定量、过滤效率、透气度、耐破度、防水压力以及水洗后的过滤效率和透气度等参数。测试标准及方法如下：过滤效率采用0.3μmNaCl气溶胶测试；透气度按照ISO-9237,取20cm2样品在200Pa压差下测试；水洗方法：将滤纸浸泡在干净的自来水中2h后，再放入100℃烘箱中干燥5min后测试。
结果见下表：
Figure BDA0002414516700000121
由上表可知，本发明实施例1～7中所制得的高效抗水空气过滤材料与对比例1～13相比，在相同的过滤定量下，本发明的空气过滤材料具有较佳的防水压力，透气度和耐破度也优于对比例，且本发明的过滤材料水洗后仍具有较佳的透气度和过滤效率，由此可见本发明的过滤材料在具有较高的过滤精度的同时，又具有较低的过滤阻力，配合以粘结剂使其在维持优良的过滤性能的同时，保证了足够的力学强度，从而使其能够适用于脉冲反吹工况，抗水性能好、可水洗，能够广泛应用于发动机、燃气轮机及空气压缩机等设备的进气过滤。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种高效抗水空气过滤材料，其特征在于：包括以下按重量百分数计的组分：聚酯纤维60～94.5％、亚微米玻璃纤维5～20％、粘结剂0.5～20％。
2.根据权利要求1所述的高效抗水空气过滤材料，其特征在于：所述聚酯纤维的直径为0.5～10detx、长度为1～10mm。
3.根据权利要求1所述的高效抗水空气过滤材料，其特征在于：所述亚微米玻璃纤维的平均直径为0.1～1μm。
4.根据权利要求1所述的高效抗水空气过滤材料，其特征在于：所述粘结剂选自苯乙烯/丙烯酸共聚物乳液、丙烯酸聚合物树脂及其乳液、醋酸乙烯酯乳液、环氧树脂及其乳液、酚醛树脂及其乳液中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高效抗水空气过滤材料，其特征在于：还包括有重量百分数为0～10％的粗玻璃纤维，所述粗玻璃纤维的平均直径大于1μm。
6.根据权利要求1所述的高效抗水空气过滤材料，其特征在于：还包括有重量百分数为0～10％的抗水剂，所述抗水剂选自硅油化合物及乳液、聚烯烃蜡乳液、氟碳化合物及乳液中的一种。
7.一种如权利要求1～6中任一项所述的高效抗水空气过滤材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取配方量的聚酯纤维和亚微米玻璃纤维分散于水中，制成混合悬浮液；
2)将混合悬浮液稀释至浓度为0.15％，除渣后送入成形器制成湿纸页，真空脱水成形后干燥；
3)将配方量的粘结剂施胶于过滤材料的两侧上，将过滤材料置于80～180℃下干燥0.1～600s后，再在100～200℃下固化0.1～180s，即得所述空气过滤材料。
8.根据权利要求7所述的高效抗水空气过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中的粘结剂通过帘式涂布、刮刀涂布或喷涂的方式施胶于过滤材料的两侧上。
9.根据权利要求7所述的高效抗水空气过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中的固化方式为红外加热、热风烘箱或烘缸。
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