CN114917686B - 长纤维复合滤芯的制备方法、滤芯及其模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了长纤维复合滤芯的制备方法、滤芯及其模具，制作模具包括中空的模具壳体，模具壳体进料端的开口上可拆卸移动的盖设有穿丝分配板，穿丝分配板的表面设置有至少两种穿丝部，穿丝部内分别排列设置有多个穿丝导孔，不同穿丝部的穿丝导孔的孔径大小、穿丝导孔之间的排列密度均不一致，每一穿丝导孔内均嵌设有陶瓷导丝器，所述模具壳体的出料端开口处的两侧设置有用于输送固化后的滤芯的牵引装置，所述牵引装置的牵引方向上设置有用于切割滤芯的切断装置，所述模具壳体的外周均匀缠绕设置有加热盘管。本方案实现滤芯形态和滤层结构的灵活性和多样性，滤层结构不易脱落，同时，简化了工艺步骤，加工设备结构简单。

Description

长纤维复合滤芯的制备方法、滤芯及其模具

技术领域

本发明涉及过滤领域，尤其涉及长纤维复合滤芯的制备方法及滤芯。

背景技术

滤芯是用于分离液体或者气体中固体颗粒，或者使不同的物质成分充分接触，加快反应时间，保护设备的正常工作或者空气的洁净的装置，当流体进入置有一定规格滤网的滤芯后，其杂质被阻挡，而清洁的流体通过滤芯流出，滤芯把受到污染的液体或气体过滤到一定的洁净度，使其达到生产、生活所需要的状态。

纤维滤芯因其质量较轻、形态多变、滤材多样化、过滤性能较佳等优点广泛应用于各领域，现有的纤维滤芯的制备方法主要有以下几种：

（一）、将不同过滤精度和过滤性能的滤料纤维放入滤芯容器中制成过滤装置；

该制备方法工艺简单，且由于滤芯容器一般具有骨架结构，滤芯的支撑刚性强，抗压性能较佳，但是由于滤料必须通过滤芯容器成型，滤芯形态单一，难以配合其他过滤装置使用，同时滤芯容器也增加了滤芯整体的重量和制备成本，另外，不同过滤精度和过滤性能的滤料一同放入滤芯容器中，滤料间过渡不明显，不易形成过滤精度渐变结构，并且滤料容易混杂，影响过滤效果。

（二）、将不同过滤精度和过滤材质的滤料纤维熔喷形成熔喷布，并将不同熔喷布按过滤规律卷绕形成滤芯；

该制备方法可以形成过滤精度渐变结构，且不同滤层之间的布置较为灵活，同时，卷绕完成后的滤芯可以作为其它形式的滤芯的一部分，配合其他过滤装置使用，如中国专利申请号为：202021290082 .5，专利名称为《高通量活性炭纤维复合滤芯》的实用新型专利，在中心管上卷绕多层无纺布，以实现过滤精度渐变和过滤性能的增加，同时减少外层脏污堆积导致的通量衰减，但是，该结构中，各滤层之间需通过无纺布裁切、粘合形成一体，工艺复杂，同时各滤层之间的粘合需要用到胶水，一方面胶水会阻隔滤层，影响过滤效果，另一方面胶水不利于环保，不适用于环保要求较高的过滤场景，同时，胶粘的固定方式不够牢固，胶层老化或粘贴不当容易造成滤芯各层脱落，减短滤芯使用寿命；另外该方案中用到中心管等骨架结构，增加了滤芯的重量，同时限定了滤芯的形态，但若不增加骨架结构，卷绕形成的滤芯结构的刚性不够，适用的过滤场景受限。

（三）、通过熔喷纤维丝形成各滤层，熔喷完成后冷却硬化形成滤芯；

该制备方法可以形成过滤精度渐变结构、不同滤层之间的布置较为灵活，同时各滤层之间通过熔喷一体成型，结构紧密牢固，形态多变，可以配合其他形态的过滤装置使用，如中国专利申请号为：201010173846.7，专利名称为《滤芯及其制造方法》的发明专利，先将滤纤维粒料热熔喷丝缠绕成筒状内精滤纤维层，再在内精滤纤维层外表面逐层熔喷形成各滤层，可以根据需要灵活设置各滤层，但是，该制备方法中，不同的滤料需要用到不同的熔喷装置，对设备要求较高且工艺复杂，同时，通过该制备方法制备的滤芯的滤料的分配布置仍然只能在滤芯径向按滤层逐渐变化，滤芯形态依然受限。

发明内容

因此，为解决上述问题，通过简单的制备工艺实现牢固、轻便的滤芯结构，灵活的滤芯形态和多精度、多功能的渐变滤层结构，同时兼顾滤芯支撑性能，提供了长纤维复合滤芯的制备方法及滤芯，上述性能通过本发明均可实现。

本发明是通过以下技术方案实现的：

长纤维复合滤芯的制作模具，包括中空的模具壳体，所述模具壳体内部的中空部分形成用于限定滤芯整体形状的腔体，所述模具壳体包括进料端和出料端，所述进料端和出料端分别设置开口，进料端的开口上可拆卸移动地盖设有用于牵引穿入纤维丝的穿丝分配板，所述穿丝分配板的表面沿所述腔体的截面设置有至少两种穿丝部，所述穿丝部内分别排列设置有多个穿丝导孔，不同穿丝部的穿丝导孔的孔径大小、穿丝导孔之间的排列密度均不一致，每一穿丝导孔内均嵌设有陶瓷导丝器，所述模具壳体的出料端开口处设置有用于输送固化后的滤芯的牵引装置，所述牵引装置的牵引方向上设置有用于切割滤芯的切断装置，所述模具壳体的外周均匀缠绕设置有加热盘管。

优选的，还包括中空支撑管，所述中空支撑管自穿丝分配板中部设置的中心孔穿入所述模具壳体内部并贯穿所述腔体，所述中空支撑管穿入所述模具壳体内部的一段内置有加热棒。

优选的，所述模具壳体的内壁和所述中空支撑管的外周均涂布有用于防止纤维粘连的四氟涂层，所述四氟涂层的表面光洁度≤0.8。

长纤维复合滤芯的制备方法，使用如上所述的模具，包括以下步骤：

S1：分配不同种类和粗细的滤料纤维并根据滤层排布位置排布、穿入在穿丝分配板上设置的穿丝导孔内；

S2：将穿入穿丝导孔内的滤料纤维牵引至所述模具壳体出料端的开口处；

S3：对穿入模具壳体内部的滤料纤维进行加热，直至模具壳体内部各滤料纤维粘连一体形成滤芯结构；

S4：利用牵引装置将粘连完成的滤芯结构牵引至所述模具壳体外部在室温下迅速冷却硬化，并牵引穿丝分配板外部的滤料纤维至模具壳体内部；

S5：将硬化成型后滤芯结构牵引至切断装置处进行切割。

优选的，所述陶瓷导丝器为陶瓷导丝圈，所述陶瓷导丝圈根据穿丝导孔的孔径或者不同滤层的位置设置为不同的颜色，在步骤S1中，根据不同颜色的陶瓷导丝圈分辨不同滤层的滤料纤维的穿丝位置。

优选的，在步骤S5中，所述切断装置与所述牵引装置的距离可以根据滤料纤维的硬化速度以及牵引装置的牵引速度进行调整，所述牵引装置的牵引速度可根据滤料纤维的粘连速度进行调整。

优选的，步骤S1中所述的滤料纤维至少包括皮芯型复合纤维、粗滤料纤维、细滤料纤维以及功能性滤料纤维，所述粗滤料纤维穿入穿丝导孔孔径和穿丝导孔间距较大的穿丝部，所述细滤料纤维和功能性滤料纤维穿入穿丝导孔孔径和穿丝导孔间距较小的穿丝部，至少在最外圈的穿丝导孔内穿入皮芯型复合纤维。

优选的，所述穿丝分配板上设置有用于设置中空支撑管的中心孔，所述穿丝导孔沿所述中心孔由内向外共轴排列，靠近所述中心孔的一圈或多圈穿丝导孔内穿入皮芯型复合纤维。

优选的，所述穿丝分配板上设置有用于设置中空支撑管的中心孔，所述穿丝导孔沿所述中心孔由内向外共轴排列，其中所述穿丝导孔的孔径由内向外逐渐变小，所述中空支撑管穿入所述模具壳体内部的一段内置有加热棒。

优选的，在步骤S3中，所述加热盘管和加热棒内外同时加热，加热温度为80℃-300℃，温控精度为±1℃。

长纤维复合滤芯，根据如上所述的长纤维复合滤芯的制备方法制备而成。

本发明技术方案的有益效果主要体现在：

1、利用穿丝分配板根据过滤需求灵活分配滤料纤维，实现滤芯形态和滤层结构的灵活性和多样性，同时，穿入模具壳体内的各类滤料纤维同时加热固化成型，无需按滤层逐步熔喷固化，简化了工艺步骤，加工设备结构简单多变且容易实现，通过该制备方法制备的滤芯各滤层结构连接紧密牢固，不易脱落。

2、穿丝分配板上的穿丝导孔布置可以根据滤层所需特性进行调整孔径和布孔密度，实现不同滤层的过滤精度的梯度变化和渐变结构，也可以用于分配不同粗细的滤料纤维。

3、每一导孔内嵌设有陶瓷导丝器，便于将纤维滤料牵引至模具壳体内部，同时，陶瓷导丝器的颜色可以根据滤层的布置进行调整，以便于在将各类滤料纤维穿入穿丝分配板时直观地表现各类滤料纤维的布置位置，确保滤料纤维的布置精度，简化工艺步骤。

4、利用皮芯型复合纤维制成结构，质地较轻，同时，皮芯型复合纤维的位置布置多样化，可以根据需求增加皮芯型复合纤维的体积，增加滤芯结构的刚性，以适应不同过滤场景的需要，同时，由于滤芯具备支撑结构，且形态多样化，能够单独使用，也可以配合各类形态的过滤设备使用。

5、在模具壳体的出料端的两侧设置牵引装置，利用各滤料纤维长纤维的特质持续将纤维牵引至模具壳体，并将加热粘接后的滤芯结构拉出模具壳体，实现加工的持续性和自动化。

6、切断装置的设置位置和切割频率可根据需要进行调整，可以灵活调整滤芯的长度，同时，切断装置与牵引装置的最短距离根据纤维冷却硬化时间进行调整，确保滤芯固化成型后进行切割。

7、长纤维复合滤芯的制作模具中，模具壳体形状可以根据需要进行调整，以实现滤芯外部形状的多样化，同时，模具壳体内可选择地设置有中空支撑管，因此，滤芯既可以实现中空的形态，也可以实现实心的结构，当模具壳体内设置有中空支撑管时，中空支撑管内设置有加热棒，可以进一步加快滤料纤维的粘接效率，使内支撑层的皮芯型复合纤维能够更好地粘结。

8、长纤维复合滤芯的制作模具中，模具壳体的内壁和中空支撑管的外周涂布有防止粘连的四氟涂层，同时该四氟涂层表面具有一定光洁度，可以防止滤料纤维在加热过程中粘黏在模具内部。

附图说明

图1：是本发明实施例1中，模具的工作状态示意图；

图2：是本发明实施例1中，模具的工作状态下的仰视角度示意图；

图3：是本发明实施例1-3以及实施例5中牵引装置和切断装置的工作状态示意图；

图4：是本发明实施例1中长纤维复合滤芯的结构示意图；

图5：是本发明实施例3中，模具的工作状态示意图；

图6：是本发明实施例3中，穿丝分配板的立体图；

图7：是本发明实施例4中，模具的工作状态示意图；

图8：是本发明实施例4中牵引装置和切断装置的工作状态示意图；

图9：是本发明实施例5中长纤维复合滤芯的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特点能够更加清楚、详细地展示，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。该实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

同时声明，在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本方案中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示对重要性的排序，或者隐含指明所示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明中，“多个”的含义是两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明揭示了长纤维复合滤芯的制备方法及滤芯，其中，如图1-图3以及图5-图8所示，长纤维复合滤芯的制作模具包括中空的模具壳体9，所述模具壳体9内部的中空部分形成用于限定滤芯整体形状的腔体，具体地，所述模具壳体9的形状以及所述腔体的形状可以根据需要进行调整，在本方案中，如图1、图2、图7所示所述模具壳体9的形状可以是圆管型也可以是方管型，所述腔体的形状根据模具壳体9形状的变化可以为圆柱形也可以为长方体形，所述模具壳体9包括进料端和出料端，所述进料端和出料端分别设置开口，进料端的开口上可拆卸的盖设有用于牵引穿入纤维丝的穿丝分配板8，如图6所示，所述穿丝分配板8的表面沿所述腔体的截面设置有至少两种穿丝部，所述穿丝部内分别排列设置有多个穿丝导孔，具体地，所述穿丝分配板8在腔体截面相对应的部分分布穿丝部，当所述腔体为圆柱形时，其截面为圆形，所述穿丝分配板8上的穿丝导孔整体排布成圆形，当所述腔体为长方体形时，其截面为矩形，所述穿丝分配板8上的穿丝导孔整体排布成矩形。

具体地，所述穿丝分配板8可以采用刚性较好、易打孔的合金铝或者耐热的PP、PE板等材质制成，厚度为2 mm～10mm，所述穿丝分配板8上穿丝导孔的数量为30～5000个甚至更多不等，由于所述穿丝分配板8与模具壳体9为可拆卸的结构，可以根据滤芯的滤层结构分类需要设置具有不同穿丝导孔以及不同穿丝导孔的排布方式的穿丝分配板8，当需要制备某一种结构的滤芯时，替换相应的穿丝分配板8即可。

具体地，在滤芯的制备过程中，根据穿丝分配板8上的不同穿丝部划分不同区域，在相对应的穿丝部上穿设不同过滤精度和/或不同类型的滤料纤维，从而形成不同的过滤层，更具体地，不同穿丝部的穿丝导孔的孔径大小、穿丝导孔之间的排列方式、排列密度均不一致，当其中一个穿丝部的穿丝导孔的孔径较大时，该穿丝部的穿丝导孔可容纳较粗的滤料纤维，且当该穿丝部的穿丝导孔排列密度较小，穿丝导孔较为分散时，该穿丝部内的滤料纤维之间的间隔距离增大，滤芯粘接后该滤层的孔隙较大，过滤精度不高；相反，当其中一个穿丝部的穿丝导孔较小，排列密度大，穿丝导孔聚集时，该穿丝部内的滤料纤维较细，该穿丝部所形成的滤层孔隙较小，过滤精度高。

具体地，同一穿丝部内相邻穿丝导孔的间隔距离和孔径也可根据过滤精度要求进行调整，例如，当要求滤芯的过滤精度由内向外逐渐提高时，同一穿丝部内，设置在内圈的穿丝导孔的间隔距离和孔径较大，设置在外圈的穿丝导孔的间隔距离和孔径较小。

具体地，每一穿丝导孔内均嵌设有陶瓷导丝器，所述陶瓷导丝器为现有技术，用于将穿丝分配板8外的滤料纤维从穿丝导孔牵引至模具壳体9的腔体内，现有技术中能够起到定位牵引作用的导丝器均可适用于本方案中，在其他方案中，也可以采用其他具有牵引功能的工具进行替代，在此不做赘述；本方案中，所述陶瓷牵引器优选为带颜色的陶瓷导丝圈，具体地，不同滤料类型可以根据不同颜色陶瓷导丝圈进行划分，在所述穿丝分配板8的外部可以清楚分辨陶瓷导丝圈的颜色，在规划好滤芯各滤层的布置位置后，根据滤层的位置布置不同穿丝导孔内陶瓷导丝圈的颜色，当分配好滤料纤维后，可以根据陶瓷导丝圈的颜色穿丝，既可以明确穿丝位置，确保穿丝精确度，也可以提高穿丝效率。

具体地，如图3、图8所示，所述模具壳体9的出料端的开口处的两侧设置有用于输送固化后的滤芯12的牵引装置13，在本方案中，所述牵引装置13为两个可转动的辊轮，两个辊轮的转动方向相反，其中，一个辊轮逆时针旋转，另一个辊轮顺时针旋转，带动两个辊轮之间的滤芯12自所述模具壳体9的出料端的开口处远离所述模具壳体9，具体地，所述辊轮外周的中部设置有与滤芯外周面相匹配的凹陷处，在本方案的优选实施例中，所述滤芯12的外部形状为筒状，所述辊轮与滤芯12的接触面为弧面，因此，所述辊轮中部在与所述滤芯12外周的接触面上设置有凹陷弧度，进一步地，所述凹陷弧度的最低点设置在所述凹陷弧度的中点处，所述凹陷弧度的最高点设置在所述凹陷弧度的两端，用于增加辊轮与滤芯接触面的匹配性，从而在牵引过程中对滤芯12施加的握持力，具体地，两个辊轮之间的间隔距离与滤芯的外径一致，使辊轮能够接触到滤芯12的外表面，且确保滤芯12能够随两侧辊轮的转动而移动，所述牵引装置13的牵引方向上设置有用于切割滤芯12的切断装置14，所述切断装置14与牵引装置13之间的间隔距离可调，所述切断装置14可以选用任意具有裁切功能的裁切工具，该工具为现有技术，在此不做赘述。

具体地，所述模具壳体9的外周均匀缠绕设置有加热盘管10，用于加热模具壳体9内部的滤料纤维，使其受热粘接形成一体。

具体地，当滤芯的中部需要设置通孔时，所述长纤维复合滤芯的制作模具还可选择地设置有中空支撑管7，所述穿丝分配板8上设置有用于穿设中空支撑管7的中心孔，所述穿丝导孔沿所述中心孔由内向外共轴排列，其中所述穿丝导孔的孔径由内向外逐渐变小，所述中空支撑管7自穿丝分配板8中部设置的中心孔穿入所述模具壳体9内部并贯穿所述腔体，所述中空支撑管7穿入所述模具壳体9内部的一段内置有加热棒11，在加热过程中，所述中空支撑管7内的加热棒11和所述模具壳体9外周的加热盘管10内外同时加热，提高模具壳体9内的滤料纤维的粘接效率。

具体的，所述模具壳体9的内壁和所述中空支撑管7的外周均涂布有用于防止纤维粘连的四氟涂层，所述四氟涂层的表面光洁度≤0.8，可以防止滤料纤维与模具粘连，同时方便粘接完成后的滤芯移出模具，具体地，所述中空支撑管7和模具壳体9均采用耐高温的硬质材料制成，例如合金材料、陶瓷材料等。

长纤维复合滤芯的制备方法，使用如上所述的模具，包括以下步骤：

S1：分配不同种类和粗细的滤料纤维并根据滤层排布位置排布、穿入在穿丝分配板8上设置的穿丝导孔内；

具体地，本步骤中所述的滤料纤维至少包括皮芯型复合纤维、粗滤料纤维、细滤料纤维以及功能性滤料纤维，上述各类滤料纤维均为各种长丝或者短纤纱丝束等长纤维，其中，各纤维的材料类型如下所示：

所述皮芯型复合纤维为皮芯型复合卷曲长丝，本方案中，每一束皮芯型复合纤维的粗细规格从70旦尼尔到1500旦尼尔，每一束内含的单丝数量从24～1200根不等，其中，该复合纤维中的皮层纤维和芯层纤维的比例可以根据需要进行调整，所述皮层材料为低熔点涤纶、尼龙、丙纶等；

所述粗滤料纤维为单丝直径较粗的卷曲长丝，本方案中，单丝粗细规格为3～30旦尼尔，其基础材料可以是涤纶、尼龙、丙纶等；

所述细滤料纤维为单丝直径较细的卷曲长丝，本方案中，单丝粗细规格为0.3～3旦尼尔，基础材料可以是涤纶、尼龙、丙纶等；

所述功能性滤料纤维，可以选择具备抗菌、多孔吸附、对某些化学污染物起特定作用的改性涤纶、尼龙、丙纶、植物纤维等；

具体地，所述粗滤料纤维穿入穿丝导孔孔径和穿丝导孔间距较大的穿丝部，所述细滤料纤维和功能性滤料纤维穿入穿丝导孔孔径和穿丝导孔间距较小的穿丝部，至少在最外圈的一圈或多圈穿丝导孔内穿入皮芯型复合纤维，当滤芯中部设置通孔时，所述穿丝分配板8上设置有用于穿设中空支撑管7的中心孔，所述穿丝导孔沿所述中心孔由内向外共轴排列，靠近所述中心孔的一圈或多圈穿丝导孔内穿入皮芯型复合纤维，使滤芯的外部形状和通孔形状通过皮芯型复合纤维层实现支撑，不易变形，若过滤场景对滤芯的刚性要求进一步提升，则可适当增加皮芯型复合纤维的分配体积设计更具有支撑性的结构。

具体地，在本步骤中，所述滤料纤维通过陶瓷导丝器穿入在穿丝分配板8上设置的穿丝导孔内，在本方案中所述陶瓷导丝器为陶瓷导丝圈，所述陶瓷导丝圈根据穿丝导孔的孔径或者不同滤层的位置设置为不同的颜色，在本步骤中，先根据滤料类型和滤料粗细分配好滤料，再根据不同颜色的陶瓷导丝圈分辨不同滤层的滤料纤维的穿丝位置，根据不同滤料纤维类型逐一进行穿丝。

S2：将穿入穿丝导孔内的滤料纤维牵引至所述模具壳体9出料端的开口处；

具体地，在滤料纤维初次穿入模具壳体9内时，应当确保滤料纤维牵引至所述模具壳体9出料端的开口处，使穿过穿丝分配板8的滤料纤维完全设置在具备加热功能的模具壳体9内，同时便于后续牵引装置13与滤芯接触。

S3：对穿入模具壳体9内部的滤料纤维进行加热，直至模具壳体9内部各滤料纤维粘连一体形成滤芯结构；

具体地，在本步骤中，当滤芯中部无需设置通孔时，所述穿丝分配板8上不设置中心孔，也无需设置中空支撑管7，仅在模具壳体9外部设置加热盘管10；当滤芯中部需要设置通孔时，所述穿丝分配板8上设置中心孔，且中空支撑管7通过中心孔穿设至模具壳体9内部，在模具壳体9外部设置加热盘管10，并在中空支撑管7穿入模具壳体9内的一段内部设置加热棒11，所述加热盘管10和加热棒11内外同时加热；所述加热盘管10和加热棒11加热温度均为80℃-300℃，温控精度为±1℃。

S4：利用牵引装置13将粘连完成的滤芯结构牵引至所述模具壳体9外部在室温下迅速冷却硬化，并牵引穿丝分配板8外部的滤料纤维至模具壳体9内部；

具体地，在本步骤中，滤料纤维初次穿入模具壳体9内加热粘接完成后，可以先通过其他方式将粘接完成后的滤芯结构牵引至牵引装置13内，之后的加工过程中，便可通过牵引装置13的牵引实现滤芯进料和出料的连续性和自动化，具体地，牵引装置13拉动粘接完成的滤芯结构移出模具壳体9，而滤芯结构粘接后的部分拉动通过长纤维相连的未粘接的滤料纤维进入到模具壳体9内，从而实现持续加工。

S5：将硬化成型后滤芯结构牵引至切断装置14处进行切割。

具体地，在本步骤中，所述切断装置14与所述牵引装置13的距离可以根据滤料纤维的硬化速度以及牵引装置13的牵引速度进行调整，所述牵引装置13的牵引速度可根据滤料纤维的粘连速度进行调整，具体地，应当确保滤芯结构到达切断装置14所在位置时已经完成硬化，防止熔融的滤料粘黏在切断装置14上，难以完成切割并影响滤芯形状。

长纤维复合滤芯1，根据如上所述的长纤维复合滤芯的制备方法制备而成。

具体地，根据所需要制备的滤芯的形状和滤层结构分配的差异，长纤维复合滤芯1模具的具体结构和长纤维复合滤芯的制备方法至少可以分为以下几种实施例：

实施例1：

如图4所示，本实施例制备一种圆管状有通孔的长纤维复合滤芯1，其中，滤芯内部滤层的过滤精度低于滤芯外部滤层的过滤精度，具体地，所述滤芯由内向外依次设置有内支撑层3、低精度过滤层4、高精度过滤层5、功能性滤层6以及外支撑层2，所述内支撑层3和外支撑层2由皮芯型复合纤维制成，所述低精度过滤层4和高精度过滤层5由相同材质不同粗细和卷曲率的卷曲长纤维制成，所述功能性滤层6由功能性滤料纤维制成。

如图1-图3所示，本实施例中长纤维复合滤芯的制作模具的模具壳体9为圆筒形管体，所述模具壳体9内的腔体的形状为圆柱形，所述模具壳体9包括进料端和出料端，所述进料端和出料端分别设置开口，进料端的开口上可拆卸的盖设有与模具壳体9进料端相匹配的圆形穿丝分配板8，所述穿丝分配板8上排列设置有多个穿丝导孔，所述穿丝分配板8上的穿丝导孔整体排布成圆形。

具体地，所述穿丝分配板8的表面沿中心孔由内向外径向设置有至少两个呈环形的穿丝部，靠近中心孔的位置的穿设部内的穿丝导孔的孔径大于远离中心孔的位置的穿设部内的穿丝导孔的孔径，同时，靠近中心孔的位置的第一穿设部内的穿丝导孔的排列位置较为分散，远离中心孔的位置的第二穿设部内的穿丝导孔的排列位置较为集中。

具体地，每一穿丝导孔内均设置有陶瓷导丝圈，不同滤层所在的穿丝导孔内设置的陶瓷导丝圈的颜色不一致。

具体地，所述长纤维复合滤芯的制作模具还包括通过所述中心孔穿入模具壳体9的中空支撑管7，所述中空支撑管7穿入所述模具壳体9内部的一段内置有加热棒11，所述模具壳体9的外周缠绕设置有加热盘管10，所述加热盘管10和加热棒11内外同时加热，所述加热盘管10和加热棒11加热温度均为80℃-300℃，温控精度为±1℃，所述模具壳体9的内壁和所述中空支撑管7的外周涂布有四氟涂层，所述四氟涂层的表面光洁度≤0.8。

具体地，所述模具壳体9的出料端开口处的两侧设置有两个辊轮，两个辊轮的转动方向相反，其中，一个辊轮逆时针旋转，另一个辊轮顺时针旋转，带动两个辊轮之间的滤芯自所述模具壳体9的出料端的开口处远离所述模具壳体9，两个辊轮之间的间隔距离与滤芯的外径一致，使辊轮能够接触到滤芯的外表面，且确保滤芯能够随两侧辊轮的转动而移动，所述牵引装置13的牵引方向上设置有用于切割滤芯的切断装置14。

如图1-图2所示，本实施例中，长纤维复合滤芯的制备方法包括以下步骤：

S1：配备不同粗细和类型的滤料纤维，根据滤层排布位置将各类长纤维排布、穿入在穿丝分配板8上设置的穿丝导孔内，其中，制备内支撑层3的皮芯型复合纤维和制备低精度过滤层4的长纤维由内向外穿入内穿丝部81的穿丝导孔内，制备高精度过滤层5的长纤维、制备功能性滤层6的功能性滤料纤维以及制备外支撑层2的皮芯型复合纤维由内向外穿入外穿丝部82的穿丝孔内；

S2：将穿入穿丝导孔内的滤料纤维牵引至所述模具壳体9出料端的开口处；

S3：同时开启加热盘管10和加热棒11，对穿入模具壳体9内部的滤料纤维进行加热，直至模具壳体9内部各滤料纤维粘连一体形成滤芯结构；

S4：将粘连一体的滤芯结构拉至牵引装置13内，利用牵引装置13将粘连完成的滤芯结构牵引至所述模具壳体9外部在室温下迅速冷却硬化，并牵引穿丝分配板8外部的滤料纤维至模具壳体9内部；

S5：根据滤芯长度要求调整切断装置14的位置，并将硬化成型后滤芯结构牵引至切断装置14处进行切割。

实施例2：

本实施例制备一种圆柱形无通孔的长纤维复合滤棒，除无通孔外，本实施例中的滤棒的其余部分与实施例1的滤棒一致。

本实施例的长纤维复合滤棒的制作模具不包括中空支撑管7，穿丝分配板8的表面不设置中心孔，其余结构与实施例1中长纤维复合滤棒的制作模具的结构一致。

本实施例中，长纤维复合滤棒的制备方法包括以下步骤：

S1：配备不同粗细和类型的滤料纤维，根据滤层排布位置将各类长纤维排布、穿入在穿丝分配板8上设置的穿丝导孔内，其中，制备内支撑层3的皮芯型复合纤维和制备低精度过滤层4的长纤维由内向外穿入内穿丝部81的穿丝导孔内，制备高精度过滤层5的长纤维、制备功能性滤层6的功能性滤料纤维以及制备外支撑层2的皮芯型复合纤维由内向外穿入外穿丝部82的穿丝孔内；

S2：将穿入穿丝导孔内的滤料纤维牵引至所述模具壳体9出料端的开口处；

S3：开启加热盘管10，对穿入模具壳体9内部的滤料纤维进行加热，直至模具壳体9内部各滤料纤维粘连一体形成滤棒结构；

S4：将粘连一体的滤棒结构拉至牵引装置13内，利用牵引装置13将粘连完成的滤棒结构牵引至所述模具壳体9外部在室温下迅速冷却硬化，并牵引穿丝分配板8外部的滤料纤维至模具壳体9内部；

S5：根据滤棒长度要求调整切断装置14的位置，并将硬化成型后滤棒结构牵引至切断装置14处进行切割。

实施例3：

本实施例制备一种圆柱形无通孔的长纤维复合滤棒，其中，滤棒内部滤层的过滤精度高于滤棒外部滤层的过滤精度，具体地，所述滤棒由内向外依次设置有内支撑层3、功能性滤层6、高精度过滤层5、低精度过滤层4以及外支撑层2，除所述滤棒的滤层位置排布与实施例2中滤棒的滤层位置排布相反之外，滤棒的形状、所选择的滤料纤维等均与实施例2相同。

如图5-图6所示，本实施例的长纤维复合滤棒的制作模具中，除穿丝分配板8的表面的穿丝部位置以及各穿丝部的穿丝导孔根据孔径大小和穿丝导孔的间距所设置的排布方式与实施例2相反之外，其余结构与实施例2中长纤维复合滤棒的制作模具的结构一致。

本实施例中，长纤维复合滤棒的制备方法包括以下步骤：

S1：配备不同粗细和类型的滤料纤维，根据滤层排布位置将各类长纤维排布、穿入在穿丝分配板8上设置的穿丝导孔内，其中，制备内支撑层3的皮芯型复合纤维和制备高精度过滤层5的长纤维由内向外穿入内穿丝部81的穿丝导孔内，制备低精度过滤层4的长纤维、制备功能性滤层6的功能性滤料纤维以及制备外支撑层2的皮芯型复合纤维由内向外穿入外穿丝部82的穿丝孔内，此时，制备内支撑层3的皮芯型复合纤维比制备外支撑层2的皮芯型复合纤维更细；

S2：将穿入穿丝导孔内的滤料纤维牵引至所述模具壳体9出料端的开口处；

S3：开启加热盘管10，对穿入模具壳体9内部的滤料纤维进行加热，直至模具壳体9内部各滤料纤维粘连一体形成滤棒结构；

S4：将粘连一体的滤棒结构拉至牵引装置13内，利用牵引装置13将粘连完成的滤棒结构牵引至所述模具壳体9外部在室温下迅速冷却硬化，并牵引穿丝分配板8外部的滤料纤维至模具壳体9内部；

S5：根据滤棒长度要求调整切断装置14的位置，并将硬化成型后滤棒结构牵引至切断装置14处进行切割。

实施例4：

本实施例制备一种长方体无通孔的长纤维复合滤棒，其中，除滤棒形状为长方体外，其余结构均与实施例2所制备的滤棒的结构相同。

如图7-图8所示，本实施例中，长纤维复合滤棒的制作模具的模具壳体9为方管形，所述模具壳体9内的腔体的形状为长方体，所述穿丝分配板8为矩形盖体，穿丝分配板8上的穿丝导孔整体排列为与腔体截面相匹配的矩形，其余结构均与实施例2中的长纤维复合滤棒的制作模具的结构相同，本实施例的制备方法与实施例2中的制备方法相同。

实施例5：

如图9所示，本实施例制备一种具有更高刚性的、圆管状有通孔的长纤维复合滤芯1，其中，滤芯内部滤层的过滤精度低于滤芯外部滤层的过滤精度，具体地，所述滤芯由内向外依次设置有内支撑层3、低精度过滤层4、高精度过滤层5、功能性滤层6以及外支撑层2，另外，为增加滤芯结构的刚性，所述滤芯内还设置有穿设于各滤层之间的放射状的支撑结构15，所述放射状的支撑结构15穿设在各滤层之间，将各滤层分隔形成扇形环结构，所述内支撑层3和外支撑层2以及放射状的支撑结构15由皮芯型复合纤维制成，所述低精度过滤层4和高精度过滤层5由相同材质不同粗细和卷曲率的卷曲长纤维制成，所述功能性滤层6由功能性滤料纤维制成。

本实施例中长纤维复合滤芯的制作模具的穿丝分配板8上排列设置有多个穿丝导孔，所述穿丝分配板8上的穿丝导孔整体排布成圆形，所述穿丝分配板8上根据各滤层的位置划分为支撑部穿丝部、低精度穿丝部、高精度穿丝部以及功能层穿丝部，其中，所述支撑部穿丝部包括设置在中心孔外周以及设置在穿丝导孔外圈的内、外环形穿丝部，以及呈放射状穿设在各穿丝部之间的放射状穿丝部，所述低精度穿丝部、高精度穿丝部以及功能层穿丝部由内向外地设置在内、外环形穿丝部之间，每一穿丝导孔内均设置有陶瓷导丝圈，所述支撑部穿丝部、低精度穿丝部、高精度穿丝部以及功能层穿丝部所在的穿丝导孔内设置的陶瓷导丝圈的颜色各不相同，所述低精度穿丝部的穿丝导孔的孔径和穿丝导孔间距大于高精度穿丝部和功能层穿丝部的穿丝导孔的孔径和穿丝导孔间距。

本实施例中，长纤维复合滤芯的制备方法包括以下步骤：

S1：配备不同粗细和类型的滤料纤维，根据滤层排布位置将各类长纤维根据不同陶瓷导丝圈的颜色排布、穿入在穿丝分配板8上设置的穿丝导孔内，其中，皮芯型复合纤维穿入支撑部穿丝部，低精度过滤层4的长纤维穿入低精度穿丝部的穿丝导孔内，制备高精度过滤层5的长纤维穿入高精度穿丝部的穿丝导孔内，制备功能性滤层6的功能性滤料纤维穿入功能层穿丝部的穿丝孔内；

S2：将穿入穿丝导孔内的滤料纤维牵引至所述模具壳体9出料端的开口处；

S3：同时开启加热盘管10和加热棒11，对穿入模具壳体9内部的滤料纤维进行加热，直至模具壳体9内部各滤料纤维粘连一体形成滤芯结构；

S4：将粘连一体的滤芯结构拉至牵引装置13内，利用牵引装置13将粘连完成的滤芯结构牵引至所述模具壳体9外部在室温下迅速冷却硬化，并牵引穿丝分配板8外部的滤料纤维至模具壳体9内部；

S5：根据滤芯长度要求调整切断装置14的位置，并将硬化成型后滤芯结构牵引至切断装置14处进行切割。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.长纤维复合滤芯的制备方法，其特征在于：使用长纤维复合滤芯的制作模具，包括中空的模具壳体，所述模具壳体内部的中空部分形成用于限定滤芯整体形状的腔体，所述模具壳体包括进料端和出料端，所述进料端和出料端分别设置开口，进料端的开口上可拆卸的盖设有用于牵引穿入纤维丝的穿丝分配板，所述穿丝分配板的表面沿所述腔体的截面设置有至少两种穿丝部，所述穿丝部内分别排列设置有多个穿丝导孔，不同穿丝部的穿丝导孔的孔径大小、穿丝导孔之间的排列密度均不一致，每一穿丝导孔内均嵌设有陶瓷导丝器，所述模具壳体的出料端开口处的两侧设置有用于输送固化后的滤芯的牵引装置，所述牵引装置的牵引方向上设置有用于切割滤芯的切断装置，所述模具壳体的外周均匀缠绕设置有加热盘管；还包括中空支撑管，所述中空支撑管自穿丝分配板中部设置的中心孔穿入所述模具壳体内部并贯穿所述腔体，所述中空支撑管穿入所述模具壳体内部的一段内置有加热棒；所述模具壳体的内壁和所述中空支撑管的外周均涂布有用于防止纤维粘连的四氟涂层，所述四氟涂层的表面光洁度≤0.8；

还包括以下步骤：

S1：分配不同种类和粗细的滤料纤维并根据滤层排布位置排布、穿入在穿丝分配板上设置的穿丝导孔内；

S2：将穿入穿丝导孔内的滤料纤维牵引至所述模具壳体出料端的开口处；

S3：对穿入模具壳体内部的滤料纤维进行加热，直至模具壳体内部各滤料纤维粘连一体形成滤芯结构；

S4：利用牵引装置将粘连完成的滤芯结构牵引至所述模具壳体外部在室温下迅速冷却硬化，并牵引穿丝分配板外部的滤料纤维至模具壳体内部；

S5：将硬化成型后滤芯结构牵引至切断装置处进行切割。

2.根据权利要求1所述的长纤维复合滤芯的制备方法，其特征在于：所述陶瓷导丝器为陶瓷导丝圈，所述陶瓷导丝圈根据穿丝导孔的孔径或者不同滤层的位置设置为不同的颜色，在步骤S1中，根据不同颜色的陶瓷导丝圈分辨不同滤层的滤料纤维的穿丝位置。

3.根据权利要求1所述的长纤维复合滤芯的制备方法，其特征在于：在步骤S5中，所述切断装置与所述牵引装置的距离可以根据滤料纤维的硬化速度以及牵引装置的牵引速度进行调整，所述牵引装置的牵引速度可根据滤料纤维的粘连速度进行调整。

4.根据权利要求1所述的长纤维复合滤芯的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的滤料纤维至少包括皮芯型复合纤维、粗滤料纤维、细滤料纤维以及功能性滤料纤维，所述粗滤料纤维穿入穿丝导孔孔径和穿丝导孔间距较大的穿丝部，所述细滤料纤维和功能性滤料纤维穿入穿丝导孔孔径和穿丝导孔间距较小的穿丝部，至少在最外圈的穿丝导孔内穿入皮芯型复合纤维。

5.根据权利要求4所述的长纤维复合滤芯的制备方法，其特征在于：所述穿丝分配板上设置有用于设置中空支撑管的中心孔，所述穿丝导孔沿所述中心孔由内向外共轴排列，靠近所述中心孔的一圈或多圈穿丝导孔内穿入皮芯型复合纤维。

6.根据权利要求1所述的长纤维复合滤芯的制备方法，其特征在于：所述穿丝分配板上设置有用于设置中空支撑管的中心孔，所述穿丝导孔沿所述中心孔由内向外共轴排列，其中所述穿丝导孔的孔径由内向外逐渐变小，所述中空支撑管穿入所述模具壳体内部的一段内置有加热棒。

7.根据权利要求5所述的长纤维复合滤芯的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述加热盘管和加热棒内外同时加热，加热温度为80℃-300℃，温控精度为±1℃。

8.长纤维复合滤芯，其特征在于：根据权利要求1-7任一所述的长纤维复合滤芯的制备方法制备而成。