CN111729403B - 一种空气过滤材料及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空气过滤材料及其用途，该空气过滤材料是由纺粘无纺布构成的，该过滤材料在压力5bar、60毫秒喷吹5000回后的孔径保持率为85%以上。本发明的过滤材料具有捕集效率高、透气性高的特点，可应用于吸尘过滤领域。

Description

一种空气过滤材料及其用途
技术领域
本发明涉及一种空气过滤材料及其用途。
背景技术
目前市场上使用由聚四氟乙烯薄膜等材料和纺粘无纺布支撑层构成的过滤材料作为过滤器，该过滤器被应用于空气过滤环境中，如科研领域的实验室，电子、通信设备的防尘等，从而过滤掉空气中的颗粒物。然而，上述过滤材料在长时间使用下，表面聚四氟乙烯膜在经过反复喷吹后容易破裂，空气中的颗粒物会从破裂处渗透，从而就会降低该过滤材料的过滤性能，进一步增加更换滤芯的频率，增加滤芯成本及人力成本。
如中国公开专利CN101498080A公开了一种粗旦涤纶纺粘长丝无纺布及其制造方法，该专利是通过提高涤纶纤维纤度，使得无纺布具有良好的透气性材料，然而，由于过粗的纤维纤度，导致所得无纺布的孔径变大，从而降低了过滤材料的捕集效率。
又如中国公开专利CN102380258A公开了一种覆膜纺粘非织造滤布，它包括高分子微孔膜和纺粘非织造滤布层。构成该过滤材料的高分子微孔膜，虽然提高了过滤材料的过滤效率，但是由于经过反复喷吹后，高分子微孔膜就会破裂，从而导致灰尘穿透过滤材料，使得过滤材料的捕集效率下降、阻力上升、使用寿命缩短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长时间喷吹后仍能保持高捕集效率、低阻力的空气过滤材料。
本发明的技术解决方案如下：本发明的空气过滤材料是由纺粘无纺布构成的，该过滤材料在压力5bar、60毫秒喷吹5000回后的孔径保持率为85%以上。
构成上述纺粘无纺布的纤维直径优选为12～17μm。
本发明过滤材料的孔径优选为5.00～20.00μm。
上述纺粘无纺布优选是由聚酯长丝无纺布构成的。
本发明过滤材料的克重优选为100～300g/m2。
本发明过滤材料的厚度优选为0.40～0.60mm。
在压力125Pa下，本发明过滤材料的透气度优选为40～60cm3/cm2/s。
本发明的有益效果：本发明解决了以往过滤材料需要贴膜才具有高捕集效率的问题，而本发明采用单一纺粘无纺布作为过滤材料，在长时间喷吹后仍能保持高捕集效率、低阻力的特点。本发明的空气过滤材料可应用于吸尘过滤领域中。
具体实施方式
本发明的空气过滤材料是由纺粘无纺布构成的，该过滤材料在压力5bar、60毫秒喷吹5000回后的孔径保持率为85%以上。考虑到过滤材料在除尘器中因长时间喷吹而发生较大的变形，要求过滤材料本身具有一定程度的刚性，与针刺无纺布、水刺无纺布、熔喷无纺布和机织布相比，由于纺粘无纺布具有更高的刚软度，因此可作为本发明的过滤材料。如果采用其他材质的无纺布的话，如熔喷无纺布、化学粘合无纺布，一方面由于构成熔喷无纺布的纤维直径较细，纤维与纤维之间排列紧密，因此纤维与纤维之间的空隙就较小，使得透气度下降，制得的过滤材料在使用过程中阻力很高，使用时间短，达不到使用的标准；另一方面由于构成熔喷无纺布的纤维直径小，所得无纺布的刚软度就低，从而导致最终过滤材料的刚软度低，制得的成品稳定性差，在使用过程中容易导致受力不均，降低过滤材料的使用寿命。如果采用化学粘合无纺布，势必会使用粘合剂，采用粘合剂的化学粘合无纺布的话，由于实际使用的过程中化学粘合剂可能会发生变质、脱落等现象，从而就会影响整体过滤材料的捕集效率和使用寿命。
本发明的空气过滤材料在压力5bar、60毫秒下、喷吹5000回后的孔径保持率为85%以上。该孔径保持率是实际使用中，过滤材料在经过反复喷吹后纤维与纤维间孔径变化情况的表示。本发明的过滤材料由于使用在过滤领域，必须满足高捕集效率，如果空气过滤材料的孔径保持率小于85%的话，说明该过滤材料在经过反复喷吹后，纤维与纤维间的孔径变大，孔径变大后，大的粉尘粒子很容易穿过过滤材料，势必使得过滤材料的捕集效率降低，阻力变大，使用寿命变短。考虑到过滤材料的捕集效率高以及阻力低，本发明的空气过滤材料在压力5bar、60毫秒喷吹5000回后的孔径保持率优选为90%以上。
构成上述纺粘无纺布的纤维直径优选为12～17μm。如果纺粘无纺布中纤维直径过小的话，所得过滤材料的纤维过细，导致大粒径的粒子被截留，小粒子进入纤维层内部，进而会慢慢堵塞纤维层的孔径，导致过滤材料的阻力逐渐升高；如果纺粘无纺布中纤维直径过大的话，所得过滤材料纤维直径过粗，导致纤维与纤维之间孔径变大，大部分大粒径和小粒径的粒子通过大孔径透过，导致过滤材料的捕集效率下降。考虑到过滤材料的捕集效率高、阻力低、使用寿命长，构成上述纺粘无纺布的纤维直径更优选为14～16μm。
本发明过滤材料的孔径优选为5.00～20.00μm。如果过滤材料的孔径过小的话，虽然提高过滤材料的捕集效率，但是过滤材料在使用过程中，在一定的风速下，阻力上升快；如果过滤材料的孔径过大的话，大部分粉尘粒子很容易穿过，势必使得过滤材料的捕集效率降低，长时间使用后，孔径内渐渐的被堵塞，随之阻力变高，使用寿命变短。考虑到过滤材料的捕集效率高、阻力低以及使用寿命长，本发明过滤材料的孔径更优选10.00～15.00μm。
上述纺粘无纺布优选是由聚酯长丝无纺布构成的。由于聚酯具有良好的力学性能，耐折性好，而且聚酯具有耐油、耐脂肪、耐酸碱等特性，使得气体和水蒸气渗透率低，另外聚酯还具有优良的耐高低温性，采用聚酯长丝制得的纺粘无纺布可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且无论在高温下还是低温下对其机械性能影响很小。聚酯可以采取皮芯结构，皮成分的聚合物熔点较低，这样的话，当构成纺粘无纺布的纤维与纤维结合时，结合处结合面积增加，结合力增强，即使经过喷吹老化5000回，其孔径保持率也可以保持较高水平。
本发明过滤材料的克重优选为100～300g/m2。由于本发明过滤材料用于空气过滤领域，必须满足可以打折加工以及一定的柔软性，并结合成本问题考虑，过滤材料的克重在300g/m2以下；另外考虑到过滤材料使用的环境以及最终滤材的使用稳定性，过滤材料的克重需要大于100g/m2。因此，过滤材料的克重更优选为100～250g/m2，进一步优选为150～200g/m2。
本发明过滤材料的厚度优选为0.40～0.60mm。在同样克重条件下，如果过滤材料的厚度过大的话，所得的过滤材料捕集效率低，存在过滤性能不良，长时间使用后过滤材料容易堵塞，导致能耗增加；如果过滤材料的厚度过小的话，其过滤材料的捕集效率提高，但是透气度降低、阻力上升。考虑到过滤材料的透气度、捕集效率以及阻力，该过滤材料的厚度更优选为0.45～0.55mm。
在压力125Pa下，本发明过滤材料的透气度优选为40～60cm3/cm2/s。如果过滤材料的透气度过低的话，这样虽然可以提高过滤材料的捕集效率，但是过滤材料在过滤器中，在一定的风速下，阻力上升很快；如果过滤材料的透气度过高的话，虽然降低了过滤材料的阻力，但是这样势必会使过滤材料的捕集效率降低。考虑到压损及捕集效率，过滤材料的透气度更优选45～55cm3/cm2/s。
本发明过滤材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)将聚酯等原料经过纺丝工艺制得聚酯等长丝；
(2)上述聚酯等长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合得到纺粘无纺布，得到的纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过，加热带状条的温度为180～230℃下，制得本发明的过滤材料；
上述步骤(2)中所述得到的纺粘无纺布厚度均匀性高，从而其透气度均匀性高，如果采用普通加工方法得到的纺粘无纺布作为过滤材料，其受置于加工方法的限制，得到的厚度不均匀，导致透气度不均匀，从而制得的过滤材料的捕集效率以及压损差别大，那么过滤材料的孔径保持率就低。
下面通过实施例更加详细地说明本发明，但本发明的保护范围不受这些实施例的限制，本发明过滤材料各性能的测定方法如下。
【纤维直径】
采用电子扫描显微镜纺粘无纺布进行拍摄。纺粘无纺布拍摄倍率为600倍，取5个样品，每个样品均匀取10个纤维直径点，然后分别计算50个纤维直径点的平均值以及分布情况。
【孔径保持率】
采用孔径测试仪，测定过滤材料的孔径，得到喷吹前的孔径大小，该过滤材料基于VDI3926的标准，在喷吹压力5bar、60毫秒喷吹5000回后，再次测定该过滤材料的孔径，得到喷吹后的孔径大小，该过滤材料孔径保持率的计算公式如下：
孔径保持率=喷吹前孔径大小/喷吹后孔径大小×100%。
【克重】
基于GB/T 4669-2008标准，将过滤材料切成200mm×200mm的正方形，总计3块，分别称重，然后通过计算得到过滤材料的克重，取3次计算的平均值。
【厚度】
基于GB/T 3820-1997标准，使用厚度千分表（挤压力0.000245Pa）测定过滤材料的厚度，随机选择10点进行测定，求出平均值。
【捕集效率】
基于JIS B 9908规定的捕集效率测试法测定过滤材料的捕集效率。
【阻力】
基于JIS B 9908规定的阻力测试法测定过滤材料的阻力。
【VDI3926】
基于VDI3926的标准测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是直径为150mm。以喷吹压力5bar，60毫秒,喷吹5000回。
【透气度】
基于JIS L 1913规定的透气性测试法测定过滤材料的透气量，测定部位随机选择10点进行测定。
实施例1
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为220℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.42mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.77μm，该过滤材料的孔径保持率为88%。本发明过滤材料各物性参见表1。
实施例2
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.13μm，该过滤材料的孔径保持率为92%。本发明过滤材料各物性参见表1。
实施例3
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为180℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.58mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.13μm，该过滤材料的孔径保持率为92%。本发明过滤材料各物性参见表1。
实施例4
采用直径为13μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为13.54μm，该过滤材料的孔径保持率为96%。本发明过滤材料各物性参见表1。
实施例5
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为220℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为6.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为6.82μm，该过滤材料的孔径保持率为88%。本发明过滤材料各物性参见表1。
实施例6
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为200g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.44μm，该过滤材料的孔径保持率为90%。本发明过滤材料各物性参见表1。
实施例7
采用直径为15μm的皮芯结构聚酯长丝，芯成分熔点250℃的聚酯，皮成分熔点220℃的聚酯，通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为18.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为19.35μm，该过滤材料的孔径保持率为93%。本发明过滤材料各物性参见表1。
实施例8
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为180℃，制得克重为200g/m2、厚度为0.58mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.44μm，该过滤材料的孔径保持率为90%。本发明过滤材料各物性参见表2。
实施例9
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为220℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为25.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为29.41μm，该过滤材料的孔径保持率为85%。本发明过滤材料各物性参见表2。
实施例10
采用直径为20μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为15.12μm，该过滤材料的孔径保持率为86%。本发明过滤材料各物性参见表2。
实施例11
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为50g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为15.29μm，测得该过滤材料的孔径保持率85%。本发明过滤材料各物性参见表2。
实施例12
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.30mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.61μm，测得该过滤材料的孔径保持率89%。本发明过滤材料各物性参见表2。
实施例13
采用直径为15μm的聚丙烯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚丙烯纺粘无纺布，然后将制得的聚丙烯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚丙烯纺粘无纺布。将制得的聚丙烯纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.94μm，该过滤材料的孔径保持率为87%。本发明过滤材料各物性参见表2。
实施例14
采用直径为15μm的聚苯硫醚长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚苯硫醚纺粘无纺布，然后将制得的聚苯硫醚纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚苯硫醚纺粘无纺布。将制得的聚苯硫醚纺粘无纺布作为本发明的过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为14.77μm，该过滤材料的孔径保持率为88%。本发明过滤材料各物性参见表2。
比较例1
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合，得到聚酯纺粘无纺布，然后将制得的聚酯纺粘无纺布在两个压辊之间通过，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯纺粘无纺布。将制得的聚酯纺粘无纺布作为过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为22.41μm，该过滤材料的孔径保持率为58%。该过滤材料各物性参见表3。
比较例2
采用聚酯树脂经熔融、计量、喷丝、成网、粘合、冷却，制得纤维直径为2μm的聚酯熔喷无纺布，该聚酯熔喷无纺布的克重为150g/m2、厚度为0.30mm。将制得的熔喷无纺布作为过滤材料，测得该过滤材料的孔径为2.15μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为4.57μm，测得该过滤材料的孔径保持率47%。该过滤材料各物性参见表3。
比较例3
采用直径为15μm的聚酯长丝通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合得到无纺布，得到的无纺布通过化学剂的方式粘接得到聚酯化学粘合无纺布，温度为200℃，制得克重为150g/m2、厚度为0.51mm的聚酯化学粘合无纺布。将制得的聚酯化学粘合无纺布作为过滤材料，测得该过滤材料的孔径为13.00μm，在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，其孔径为17.11μm，测得该过滤材料的孔径保持率76%。该过滤材料各物性参见表3。
表1
Figure 110957DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 247540DEST_PATH_IMAGE002
表3
Figure 916419DEST_PATH_IMAGE003
。
根据上表
(1)由实施例2与实施例3可知，同等条件下，实施例2中过滤材料的厚度在更优选范围内，所得的过滤材料的捕集效率比后者略高、阻力略低。
(2)由实施例2与实施例4可知，同等条件下，实施例2中构成该过滤材料的纤维直径在更优选范围内，所得的过滤材料的捕集效率比后者略高、阻力略低。
(3)由实施例5与实施例9可知，同等条件下，实施例5中过滤材料的孔径在优选范围内，所得的过滤材料的捕集效率比后者高、阻力低。
(4)由实施例2与实施例11可知，同等条件下，实施例2中过滤材料的克重在优选范围内，所得的过滤材料的捕集效率比后者高、阻力低。
(5)由实施例2、实施例13以及实施例14可知，同等条件下，实施例2中由聚酯长丝制得的纺粘无纺布作为过滤材料，该过滤材料的捕集效率比后者高、阻力低。
(6)由实施例2与比较例1可知，同等条件下，实施例2中制得的聚酯纺粘无纺布在两片加热的带状条之间通过，所得的过滤材料在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，孔径保持率、捕集效率比后者高、阻力低。
(7)由实施例2与比较例2、3可知，实施例2中采用聚酯长丝纺粘无纺布作为过滤材料，所得的过滤材料在压力5bar、60毫秒喷吹5000回下，孔径保持率高。

Claims (7)

1.一种空气过滤材料，其特征在于：该空气过滤材料是由纺粘无纺布构成的，该过滤材料在压力5bar、60毫秒喷吹5000回后的孔径保持率为85%以上，该过滤材料的孔径为5.00～20.00μm。
2.根据权利要求1所述的空气过滤材料，其特征在于：构成所述纺粘无纺布的纤维直径为12～17μm。
3.根据权利要求1所述的空气过滤材料，其特征在于：所述纺粘无纺布是由聚酯长丝无纺布构成的。
4.根据权利要求1或2所述的空气过滤材料，其特征在于：该过滤材料的克重为100～300g/m2。
5.根据权利要求1或2所述的空气过滤材料，其特征在于：该过滤材料的厚度为0.40～0.60mm。
6.根据权利要求1或2所述的空气过滤材料，其特征在于：在压力125Pa下，该过滤材料的透气度为40～60cm3/cm2/s。
7.一种权利要求1所述的空气过滤材料在吸尘过滤领域中的应用。
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