CN113069809B - 一种酚醛树脂纤维滤芯及其生产工艺 - Google Patents
一种酚醛树脂纤维滤芯及其生产工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及滤芯的技术领域，具体公开了一种酚醛树脂纤维滤芯及其生产工艺。酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺包括以下步骤，S1:将纤维布通过卷绕机卷绕在卷制模具轴上，一次成型卷制成内紧外松结构的滤芯卷，并绑好固定；S2:将滤芯卷放入填充有浸渍液的浸胶机中进行浸渍、脱胶；S3:脱胶后进行干燥、高温烧结；S4:烧结后脱离卷制模具轴、开槽得到滤芯。本申请的酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺可用于滤芯生产，其具有生产效率高、过滤效果好、使用寿命长的优点。
Description
技术领域
本申请涉及滤芯的技术领域，更具体地说，它涉及一种酚醛树脂纤维滤芯及其生产工艺。
背景技术
滤芯是带有一定硬度能够实现水体净化的过滤装置，滤芯通常带有一定规格的过滤孔径，可实现滤液与杂质的分离，当过滤液体由滤芯外侧径向流入滤芯内侧后，杂质被阻挡在滤芯的外侧，而过滤后的清液从滤芯内部的空腔流出。
酚醛树脂纤维滤芯是特种纤维和树脂结合而成，有通量大、阻力低、纳污能力强、使用寿命强、过滤精度高、机械强度高、自支撑性好、耐腐蚀性好、无纤维脱落等特点，具备耐化学腐蚀性强等多种优点，尤其适合温度高、强度高、粘度高的液体。
除了过滤精度外，不同工艺做出的酚醛树脂纤维滤芯其耐高温性、纳污能力和纤维脱毛情况均不相同，本申请中的滤芯通过特殊的原料和生产工艺，可以制造出耐高温性好、纳污能力强且纤维不易脱毛的高强度滤芯。
目前，相关的滤芯的生产工艺包括以下步骤：
S1:先将酚醛树脂胶等浸胶材料放入搅拌设备中搅拌均匀，制得混合原料；
S2:浸渍涤纶无纺布的制备：将涤纶无纺布浸渍于混合原料，或者通过不同喷头将混合原料均匀喷涂在涤纶无纺布上；
S3:将涤纶无纺布进行卷制，制得内过滤层，再将筛干的浸渍涤纶无纺布等滤料螺旋缠绕在内过滤层外得到滤芯的内外两层过滤结构，之后进行烘干、热固化成型、脱模，得到滤芯。
针对上述中的相关技术，发明人认为滤芯在生产过程中，将涤纶无纺布先浸渍后再卷制成滤芯的内过滤层，然后将浸渍后筛干的滤料缠绕在内过滤层外侧制得滤芯的双层结构，相关技术中滤芯的生产方式需要经过两步才能获得内外两层过滤层的结构，生产过程较为繁琐且生产效率不佳，期待能够获取更好的滤芯的生产方式。
发明内容
为了获得生产效率高且过滤效果好、品质稳定、耐高温性、纳污能力更强的滤芯，本申请提供一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺。
第一方面，本申请提供一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，采用如下的技术方案：一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，包括以下步骤，
S1:将纤维布通过卷绕机卷绕在卷制模具轴上，一次成型卷制成内紧外松结构的滤芯卷，并绑好固定；
S2:将滤芯卷放入填充有浸渍液的浸胶机中进行浸渍、脱胶；
S3:脱胶后进行干燥、高温烧结；
S4:烧结后脱离卷制模具轴、开槽得到滤芯。
通过采用上述技术方案，在滤芯制备过程中，先将纤维布卷绕在卷制模具上，卷制时通过控制卷绕的松紧度使卷好的滤芯卷为内紧外松的结构，再将滤芯卷进行浸胶，然后进行高温烧结得到一定硬度的滤芯，这种方式制备出的滤芯具有内紧外松的结构，过滤液体进入滤芯时能够实现分级过滤，越靠近滤芯中心的位置，过滤精度越高，使滤芯的过滤效果更好，保证滤芯生产效率的同时提高滤芯的过滤效果。
滤芯烧结固化后脱模，在滤芯表面进行开槽，提高滤芯的过滤面积和纳污能力，提高滤芯的过滤效果。
优选的，S2中滤芯卷多次放入浸胶机中进行浸胶离心。
通过采用上述技术方案，为保证纤维布滤芯卷的内部能被浸渍液有效的进行浸渍，多次将滤芯卷放入浸胶机中浸渍，使滤芯在烧结后的固化强度更好，提高滤芯过滤效果。
优选的，所述浸胶机中加入的浸渍液中包括30wt％-60wt％的热固性酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，纤维布滤芯卷浸泡过酚醛树脂后，热固性酚醛树脂会留在滤芯卷内，热固性酚醛树脂在高温下会固化，使滤芯卷带有一定的强度和硬度，保证滤芯的过滤效果。
优选的，所述热固性酚醛树脂为经过硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，经过腰果酚和硼酸改性后的酚醛树脂的耐热性和韧性均有效提高；硼酸与酚醛树脂中的酚羟基反应生成新的交联键--硼氧键，增强了硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂的交联程度，从而提高耐热性能，使滤芯的耐热性提高，从而提高滤芯的使用寿命；
其中腰果酚还具有长链烷基结构，改性后酚醛树脂的韧性增强，烧结后滤芯具有更好的耐冲击性能。同时对现有滤芯而言，亲水性的杂质极有可能会粘附滤芯的纤维表面上，对此现有技术中需要滤芯进行反冲洗清洁。本申请中滤芯中采用腰果酚的改性引入，使滤芯纤维整体的疏水性能提高，亲水性杂质在纤维上附着力远小于现有的滤芯纤维，故而本申请滤芯在反冲洗时，杂质更易滤芯上脱离，减少反冲洗后滤芯内残留杂质，延长反冲洗的周期，并且滤芯上在反复反冲洗下无法去除的顽固污渍杂质更少，延长滤芯的使用寿命。
优选的，所述经过硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂，其制备方法为，将热固性酚醛树脂溶液升温至80-85℃，再加入腰果酚、硼酸在碱性条件下，加热减压脱水，真空干燥得到硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂。
通过采用上述技术方案，热固性酚醛树脂在高温条件下能实现固化，且固化后的产物具有耐高温、强度高且带有脆性的特点，热固性酚醛树脂在高温固化反应之前先进行改性，腰果酚和硼酸的引入进一步提升酚醛树脂的耐热性和韧性，制备出的滤芯能够过滤高温液体且抗冲击性能良好，有助于延长滤芯的使用寿命；且腰果酚的长链烷基使改性后的酚醛树脂具有抗湿性，使制备出的滤芯具有疏水性，便于对滤芯的反冲洗清洁，减少更换滤芯的周期，提高滤芯的使用寿命。
优选的，所述浸渍液中还包括40wt％-60wt％的醇类溶剂，所述改性后的热固性酚醛树脂溶于醇类溶剂后加入浸胶机中。
通过采用上述技术方案，由于酚醛树脂为固体粉末，为保证酚醛树脂能够浸润进入滤芯卷中，酚醛树脂溶于醇类溶剂中后可有效提高酚醛树脂的分散性能，且经过浸胶机离心后，溶剂从浸胶机中离心甩出，并通过高温干燥将溶剂蒸出，保证滤芯在高温固化时，不会有溶剂从滤芯中挥发出来，保证滤芯本体烧结时的致密性，提高滤芯的过滤效果。
优选的，所述浸渍液中还包括0.2wt％-0.8wt％的硬脂酸锌。
通过采用上述技术方案，加入硬脂酸锌作为脱模剂，酚醛树脂受热发生交联后会容易粘结在卷制模具上，加入硬质酸锌使滤芯能够更好的脱模，减少滤芯在脱模时造成损坏，影响滤芯的过滤效果。
第二方面，本申请提供一种酚醛树脂纤维滤芯，采用如下的技术方案：
一种酚醛树脂纤维滤芯，由上述所述的滤芯的生产工艺制备获得。
通过采用上述技术方案，先将纤维布进行卷制，再浸胶烧结使滤芯的强度提高，且滤芯的内紧外松结构使过滤效果更好，过滤液体进入滤芯时，较大的颗粒被外层拦截，越往滤芯内部流动，过滤精度越高，滤芯过滤时不易堵塞，有助于延长滤芯的使用寿命；
改性后酚醛树脂具有更好的耐热性和韧性，热固性酚醛树脂在滤芯内固化后有助于提高滤芯的抗冲击性能，且能够对高温液体进行有效过滤，同时滤芯还具有一定的抗疏水性，有助于滤芯的反冲洗清洁，延长滤芯的使用寿命。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用纤维布作为滤芯的过滤材料，将纤维布浸渍于酚醛树脂的浸渍液中，再进行烧结固化，热固性酚醛树脂高温固化后具有一定的强度和硬度，使滤芯具有一定的硬度和强度，保证了滤芯的过滤效果，因此获得了过滤效果好的滤芯；
2、本申请中优选采用硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂，由于经过腰果酚和硼酸改性后的酚醛树脂的耐热性和韧性均有效提高，腰果酚还具有长链烷基结构，改性后酚醛树脂的韧性增强，烧结后滤芯具有更好的耐冲击性能，滤芯中采用腰果酚的改性引入，使滤芯纤维整体的疏水性能提高，便于对滤芯的反冲洗清洁，减少更换滤芯的周期，获得了延长滤芯使用寿命效果；
3、本申请的方法，通过先将纤维布卷制成合适直径的滤芯卷，且滤芯卷的结构为内紧外松的结构，纤维布先卷制后再进行浸渍离心，使浸渍液中的酚醛树脂留在滤芯卷内，干燥后脱出溶剂，再将滤芯卷放入压紧模具中压紧、烧结、开槽制得一体成型的滤芯，因此获得的滤芯具有生产效率高、过滤效果好、使用寿命长的效果。
具体实施方式
原料来源：
实施例1
一种酚醛树脂纤维滤芯，包括以下质量的原料制备获得：
纤维布50kg，
浸渍液25kg。
其中纤维布采用的是玻璃纤维棉，克重为390g/m2，
浸渍液中包括硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂44.3wt％、醇类溶剂55.3wt％和硬脂酸锌0.4wt％；硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂，其制备方法为，将热固性酚醛树脂溶液49kg升温至85℃之后，再加入腰果酚19kg和硼酸0.2kg，加入氢氧化钠0.7kg，加热至105℃，在真空度为0.03MPa下减压脱水反应1h，在80℃下真空干燥3小时后，得到硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂。
其中醇类溶剂为正丁醇、异丙醇、乙二醇中的一种或多种；
以上酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，包括以下步骤：
S1:将过滤棉通过卷绕机卷绕在卷制模具轴上，一次成型卷制成内紧外松结构的滤芯卷，滤芯卷的直径为75mm，并绑好固定；
S2:将滤芯卷5次放入填充有浸渍液的浸胶机中进行浸渍，单次浸胶时间15分钟；
S3:浸渍、脱胶后进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为4小时；
S4:干燥后进行高温烧结，烧结温度为280℃；
S5:烧结后脱离卷制模具轴、开槽得到滤芯。
实施例2-5
一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，基于实施例1的基础上，其区别在于原料用量不同。
实施例1-实施例5原料用量如下表所示。
表一，实施例1～实施例5的原料用量
对比例1
一种酚醛树脂纤维滤芯，基于实施例1的基础上，其区别在于采用的是市场上某进口滤芯产品。
对实施例1-5和对比例1的滤芯进行测试。
测试包括：
1.滤芯的耐久性能测试
将制备出的初始滤芯样品长度为0.4m，外径为70mm，内径为20mm的滤芯浸泡在90℃的水中120小时，测试其强度留存率，强度留存率的计算方式为浸泡后的滤芯强度与刚制成的滤芯强度的百分比。
测试结果如下表。
表二.实施例1-5和对比例1的酚醛树脂纤维滤芯测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | |
| 抗折强度/Mpa | 8.8 | 8.5 | 8.6 | 8.6 | 8.3 | 7.5 |
| 强度留存率/％ | 92 | 90 | 91 | 91 | 90 | 85 |
实施例1-5的酚醛树脂纤维滤芯的抗折强度、强度留存率均优于对比例1，故本申请中酚醛树脂纤维滤芯具有良好的抗冲击强度，使用寿命更长，品质稳定、耐高温性和纳污能力更强。
实施例6
一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，基于实施例1的基础上，其区别在于S2中的滤芯卷放入浸胶机中浸胶次数不同。
对实施例6的滤芯的抗折强度进行测试，将滤芯放入浸胶机中进行浸渍离心，每次浸渍10分钟，分别测试其抗折强度。
测试结果如下表。
表三.实施例6滤芯测试结果
结合实施例1和实施例6并结合表二、三可以看出，实施例1的滤芯抗折强度优于实施例6，本申请中为保证纤维布滤芯卷的内部能被浸渍液有效的进行浸渍，5次将滤芯卷放入浸胶机中浸渍，使滤芯在烧结后的固化强度更好，提高滤芯过滤效果。
实施例7
一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，基于实施例1的基础上，其区别在于酚醛树脂未经过硼酸和腰果酚进行改性。
实施例8
一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，基于实施例1的基础上，其区别在于以等质量的水替代醇类溶剂进行浸渍。
实施例9
一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，基于实施例1的基础上，其区别在于浸渍液中硬脂酸锌的用量为0。
对实施例7-9的滤芯进行测试。
测试结果如下表。
表四.实施例7-9测试结果。
| 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | |
| 抗折强度/Mpa | 7.3 | * | 8.0 |
| 强度留存率/％ | 80 | * | 85 |
(*表示无法做出带有抗折强度的滤芯)
结合实施例1和实施例7并结合表二、四可以看出，实施例1的抗折强度、强度留存率均优于实施例7，故本申请中经过腰果酚和硼酸改性后的酚醛树脂的耐热性和韧性均有效提高；硼酸与酚醛树脂中的酚羟基反应生成新的交联键--硼氧键，增强了硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂的交联程度，从而提高耐热性能，使滤芯的耐热性提高，从而提高滤芯的使用寿命。
结合实施例1和实施例8并结合表二、四可以看出，实施例1的抗折强度优于实施例8，故本申请中由于热固性酚醛树脂为固体粉末，为保证酚醛树脂能够浸润进入滤芯卷中，热固性酚醛树脂溶于醇类溶剂中后可有效提高酚醛树脂的分散性能，且经过浸胶机离心后，溶剂从浸胶机中离心甩出，并通过高温干燥将溶剂蒸出，保证滤芯在高温固化时，不会有溶剂从滤芯中挥发出来，保证滤芯本体烧结时的致密性，提高滤芯的过滤效果。
结合实施例1和实施例9并结合表二、四可以看出，实施例1的抗折强度优于实施例9，故本申请中加入硬脂酸锌作为脱模剂，热固性酚醛树脂受热发生交联后会容易粘结在卷制模具上，加入硬质酸锌使滤芯能够更好的脱模，减少滤芯在脱模时造成损坏，影响滤芯的过滤效果。
将实施例1与实施例7的滤芯进行反冲洗测试。
反冲洗测试：
将滤芯进行过滤工作，过滤液为氢氧化铁浑浊液，氢氧化铁浑浊液中氢氧化铁质量占比为8％，过滤液流量为20L/min，单次过滤时间为4h，单次过滤结束之后以50L/min的纯净水反冲洗12min，再进行下次过滤。总过滤时间72h后取下滤芯，滤芯内部随机取样检测样品内部铁含量。
实施例1与实施例7的反冲洗测试结果如下表。
| 实施例1 | 实施例7 | |
| 样品铁含量/wt％ | 0.12 | 2.71 |
结合实施例1和实施例7并结合上表可知，在反冲洗试验测试过程中，实施例7的滤芯在多次反冲洗后其上的杂质明显多于实施例1，故而实施例1的反冲洗效果优于实施例7，验证了本申请中滤芯中采用腰果酚的改性引入，使滤芯纤维整体的疏水性能提高，亲水性杂质在纤维上附着力远小于现有的滤芯纤维，本申请滤芯在反冲洗时，杂质更易滤芯上脱离，减少反冲洗后滤芯内残留杂质，延长反冲洗的周期，并且滤芯上在反复反冲洗下无法去除的顽固污渍杂质更少，延长滤芯的使用寿命。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (3)
1.一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤，
S1:将纤维布通过卷绕机卷绕在卷制模具轴上，一次成型卷制成内紧外松结构的滤芯卷，并绑好固定；
S2:将滤芯卷放入填充有浸渍液的浸胶机中进行浸渍、脱胶；
S3:脱胶后进行干燥、高温烧结；
S4:烧结后脱离卷制模具轴、开槽得到滤芯；
所述浸胶机中加入的浸渍液中包括30wt%-60wt%的改性后的热固性酚醛树脂；
所述改性后的热固性酚醛树脂为经过硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂；
所述经过硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂，其制备方法为，将热固性酚醛树脂溶液升温至80-85℃，再加入腰果酚、硼酸在碱性条件下，加热减压脱水，真空干燥得到硼酸和腰果酚改性后的酚醛树脂；
所述浸渍液中还包括40wt%-60wt%的醇类溶剂，所述改性后的热固性酚醛树脂溶于醇类溶剂后加入浸胶机中；
所述浸渍液中还包括0.2wt%-0.8wt%的硬脂酸锌。
2.根据权利要求1所述的一种酚醛树脂纤维滤芯的生产工艺，其特征在于：S2中滤芯卷多次放入浸胶机中进行浸胶。
3.一种酚醛树脂纤维滤芯，其特征在于：由上述权利要求1-2任意一项所述的滤芯的生产工艺制备获得。
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