CN116494725A - 一种空调过滤器用折叠滤芯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空调过滤器用折叠滤芯及其制造方法，该折叠滤芯包括骨架支撑层(1)，以及与骨架支撑层两面焊合的表面层；所述的骨架支撑层打折处设有便于模压打折的热压槽(2)，相邻热压槽(2)之间设有沿热压槽(2)均匀分布的通孔；所述的通孔与通孔两侧的表面层构成的腔体内装填有吸附材料。与现有技术相比，本发明在制备过程中借助折山模具模压可轻易形成所需滤芯结构，该方法制成滤芯的折山均一，折山相关尺寸易准确控制，且过程中熔喷布不会出现起毛或破损现象。此外，利用炭粉与粘结液先混合，待炭粉吸液饱和后再进行灌炭操作后，以避免无纺布层叠时会导致炭粉由于静电作用到处沾连、难以控制。
Description
技术领域
本发明涉及空调过滤器技术领域，具体涉及一种空调过滤器用折叠滤芯及其制造方法。
背景技术
空调过滤器是安装在汽车空调系统内的一种装置，主要用于阻止固态和气态污染物进入车内空气循环系统中。过滤器可以有效过滤空气中的有害物质，保持车内空气清洁健康，为驾乘者提供一个更舒适的车内环境。
为了同时过滤、处理固态和气态污染物，现有空调过滤器通常采用双效夹炭布材料作为其核心材料，经过打折等后加工后制成过滤器成品。夹炭布材料因为其炭层具有一定的厚度，通常只能采用热熔胶来实现炭粉间、炭粉与无纺布之间的粘结。但材料间存在的热熔胶会带来以下弊端：
(1)胶堵住部分原有气流通道，材料整体阻力的升高，造成透气量下降，汽车能耗升高；
(2)胶对炭粒表面及孔道的覆盖作用导致材料不能维持原有炭层对气态污染物脱除性能，材料对气态污染物的处理性能整体下降；
(3)热熔-固化的工艺过程导致过滤器成品气味性不好，评级不佳。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种不使用任何胶、炭层分布均匀和气味性标准高的空调过滤器用折叠滤芯及其制造方法。该制备方法中借助折山模具模压可轻易形成所需滤芯结构，该方法制成滤芯的折山均一，折山相关尺寸易准确控制，且过程中熔喷布不会出现起毛或破损现象。此外，利用炭粉与粘结液先混合，待炭粉吸液饱和后再进行灌炭操作后，以避免无纺布层叠时会导致炭粉由于静电作用到处沾连、难以控制。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明目的之一在于一种空调过滤器用折叠滤芯，该折叠滤芯包括骨架支撑层，以及与骨架支撑层两面焊合的表面层；所述的骨架支撑层打折处设有便于模压打折的热压槽，相邻热压槽之间设有沿热压槽均匀分布的通孔；所述的通孔与通孔两侧的表面层构成的腔体内装填有吸附材料。优先地，通孔为方形孔。
进一步地，所述的骨架支撑层的材质为PP、PE、PS或PVC中的一种，优选PP；所述的骨架支撑层的厚度为0.6～0.9mm，优选0.8mm。
进一步地，所述的表面层的材质为克重为10～35g/m2的无纺布。具体来说，焊接在骨架支撑层两侧的表面层分为第一表面层和第二表面层，第一表面层和第二表面层的材质可以为同一种无纺布，也可以为不同种类的无纺布。若第一表面层和第二表面层选用同一种无纺布，优选克重为25～35g/m2的可水洗熔喷无纺布，该无纺布经过6次水洗，其过滤效率不发生下降；若第一表面层和第二表面层选用不同种类的无纺布，第一表面层选用克重在15～30g/m2的PP纺粘无纺布；第二表面层选用克重为25～35g/m2的可水洗熔喷无纺布，该无纺布经过6次水洗，其过滤效率不发生下降。
进一步地，所述的吸附材料为粒径在0.25～0.6mm的活性炭，优选地，活性炭的粒径为0.3～0.5mm；所述的活性炭的堆密度为450-550g/L，优选地，活性炭的堆密度为500g/L。
进一步地，所述的热压槽的深度为0.45～0.7mm，优选地，热压槽的深度为0.65mm。
本发明目的之二在于一种如上所述的空调过滤器用折叠滤芯的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
将骨架支撑层一侧与表面层焊合，通过骨架支撑层的另一侧灌炭，再用表面层与骨架支撑层另一侧焊接；干燥后，通过折山模具沿骨架支撑层两面设置的热压槽进行模压成型，得到空调过滤器滤芯。
进一步地，所述的灌炭操作中的活性炭为吸收粘结液至饱和，再沥干的活性炭团。
进一步地，所述的粘结液为去离子水或无水乙醇。
进一步地，所述的焊合方式为超声波点焊。
进一步地，所述的干燥温度为50～80℃。
具体来说：
S1：选取粒径在0.25～0.6mm的活性炭颗粒作为气态污染物吸附剂；
S2：选取光滑、厚度均一的PP材质塑料板作为关键骨架材料；
S3：将上述骨架材料利用激光切割割除一定数量的正方形PP片加工成PP网；具体来说，PP网的正方形网孔大小在15mm*15mm～25mm*25mm；所述的正方形网孔边与其相邻的正方形网孔边的最短距离、正方形网孔边与PP边缘的最短距离、正方形网孔边与图1中加粗虚实线的最短距离均控制在3～3.5mm。
S4：将上述PP网A面朝上平铺，按照俯视图中加粗实线位置进行类预分切热轧，再将PP网翻转至B面朝上平铺，按照俯视图中加粗虚线位置进行类预分切热轧，在A、B两面形成热轧槽，见图1。具体来说，热轧刀刀片厚度在0.2～0.3mm。
S5：裁剪与上述PP网同样尺寸的第一表面层，将第一表面层叠在上述PP网表面并对齐，利用超声波焊接机对层叠的两层材料进行焊接。具体来说，第一表面层可以托载活性炭颗粒致使炭颗粒不会漏出，所述超声波焊接相邻焊接点之间的距离控制在1.0～1.8mm，所述焊接点布置在所有正方形网孔外圈，距离网孔边的垂直最短距离控制在1.4～1.6mm。
S6：将上述表面层与PP网复合好的材料翻转，第一表面层朝下，PP网朝上平铺，对每一个正方形网格槽中进行等体积灌炭操作。具体来说，所述灌炭操作为：先将活性炭与粘结液混合至所有活性炭颗粒吸液饱和，将吸液饱和的活性炭颗粒利用致密的滤网沥液至下方滤出液呈逐滴滴下的状态，将沥液后的炭颗粒转移至灌炭设备中，待灌炭嘴对准PP网格槽中心进行等体积灌炭。所述灌炭设备灌炭嘴为圆柱形，内径为10～12mm，利用圆柱形活塞进行推送含液炭粒以下料至每个正方形网格槽中。所述等体积具体为灌炭嘴下料的炭和粘结液混合物与PP网上每一个正方形网格槽等体积。
S7：将上述灌炭完的材料转移至振动床上进行振动操作。具体来说，振动操作振幅为0.09～0.12mm，振动时间为1～3min。
S8：利用硅胶刮板刮除PP网网格槽外茎条上多余的炭粒。具体来说，硅胶刮板与PP网抵接，沿与热轧线水平的方向进行刮除，即与图4中焊接移动方向一致。
S9：裁剪与上述PP网同样尺寸的第二表面层，将第二表面层叠在上述PP网表面并对齐，利用超声波焊接机对层叠的两层材料进行焊接形成过滤器用滤材。
S10：将上述滤材进行干燥。所述干燥温度为50～80℃，干燥至材料恒重为止，得到过滤器用滤材。
S11：利用折山模具将上述滤材沿着热轧槽打开的方向进行模压成型，并包边密封，制成空调过滤器用折叠滤芯。其中，折山模具为上下一对。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的空调过滤器用折叠滤芯，其制备过程中不使用任何胶，无需通过复杂的打折工序，利用折山模具进行模压即可一步成型。相比传统“喷胶丝+撒炭粉+喷胶丝”或“撒胶粉炭粉混合物”工艺制造的夹炭布滤芯，本发明还具有如下优势：1)本发明中骨架支撑材料为PP网，其硬挺度高，可以保证同样含炭量的基础上得到厚度更薄、分布更均匀的炭层，故加工成滤芯的阻力更低；2)炭粉间、炭粉与无纺布间无胶，气流通过炭层阻力低，透气性好，且不存在胶对炭表面及孔道的覆盖，滤芯成品对气态污染物的处理性能好。与传统夹炭布滤芯相比，本发明中气态污染物脱除性能所需的炭量更少，节约成本；3)本发明中制得滤芯没有使用任何胶，其气味性标准高、评级高。
(2)本发明制备的空调过滤器用折叠滤芯，采用类预分切热轧工艺对骨架PP网进行处理，焊接底层纺粘布和面层熔喷布后借助折山模具模压可轻易形成所需滤芯结构，该方法制成滤芯的折山均一，折山相关尺寸易准确控制，且过程中熔喷布不会出现起毛或破损现象。而传统的夹炭布材料需要借助打折机通过带温打折加工工艺形成滤芯结构，过程中熔喷布会经过带温折板反复摩擦、推压，易出现起毛或破损或爆炭现象，造成材料报废。
(3)本发明的空调过滤器用折叠滤芯制造过程中，利用炭粉与粘结液先混合，待炭粉吸液饱和后再进行灌炭操作后，再进行低温烘干彻底消除炭粉间的粘结液。由于干燥炭粉颗粒较轻，在灌炭过程中难免摩擦带电，加之熔喷无纺布本身经过驻极处理带电以提高过滤效率，熔喷无纺布层叠时会导致炭粉由于静电作用到处沾连、难以控制。而利用粘结液的粘结作用，含液炭粒可相对稳定的粘结在一起，且质量加重，下炭易于控制，避免了炭粉因质量较轻、静电影响到处沾连，从而影响熔喷无纺布的超声波焊接效果。
附图说明
图1是实施例1中骨架支撑层的俯视图；
图2是实施例1中骨架支撑层的主视图；
图3是图2中骨架支撑层的模压打折效果图；
图4是实施例1中骨架支撑层与表面层之间的焊接效果图。
图5是实施例1提及的折山模具的模压示意图；
图中标号所示：1-骨架支撑层；11-A面；12-B面；2-热压槽；3-第一折山模具；4-第二折山模具；5-滤材。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种空调过滤器用折叠滤芯，该滤芯不使用任何热熔胶、无需通过打折、可借助折山模具模压一步成型制成，通过以下步骤进行制造：
S1：选取粒径在0.3～0.5mm、堆密度为500g/L的活性炭颗粒作为气态污染物吸附剂；
S2：选取光滑、厚度均一，长度为1740mm、宽度为133mm、厚度为0.8mm的PP材质的塑料板，下称PP板，作为骨架支撑材料1
S3：将S2中的PP板利用激光切割割除一定数量的正方形PP片加工成PP网，效果参见图1，网孔大小为23mm*23mm，正方形网孔边与与其相邻的正方形网孔边的最短距离、正方形网孔边与PP边缘的最短距离、正方形网孔边与图1中加粗虚或实线的最短距离均控制在3mm，也就是说，PP网的茎条宽度为3mm。理由如下，茎条宽度太小会导致材料挺度不够，最终滤芯成品结构阻力升高；茎条宽度太大一方面会导致装炭量有限，滤芯成品气体脱除性能下降，另一方面会导致材料初始阻力升高，从而滤芯成品阻力升高。
S4：将上述PP网A面11朝上平铺，见图2，按照图1俯视图中加粗实线位置进行类预分切热轧，再将PP网翻转至B面12朝上平铺，见图2，按照图1俯视图中加粗虚线位置进行类预分切热轧，在PP网的A、B两面形成热轧槽2。热轧刀刀片厚度在0.25mm，热轧槽2深度在0.65mm。热轧深度控制目的是类预分切，既要保证滤材成品沿着热轧槽2打开的方向易于弯折，又要保证热轧后的热轧槽2不易断裂，热轧槽2相连的两边材料保持连接，做成滤芯后连接处不漏风。
S5：裁剪与上述PP网同样尺寸的第一表面层，其材质为克重在25g/m2的PP纺粘无纺布。将第一表面层叠在上述PP网表面并对齐，利用超声波焊接机对层叠的两层材料进行焊接。所述超声波焊接点布置在所有正方形网孔外圈，参见图4，沿着焊接移动方向依次进行，相邻焊接点之间的距离控制在1.2mm，焊点距离网孔边的垂直最短距离控制在1.5mm。焊接点的布置和焊接点间距离的控制，也就是焊接点密度控制，其标准是在保证灌炭后滤芯成品不漏炭的情况下降低焊接点密度，降低能耗。
S6：将第一表面层与PP网复合好的材料翻转，第一表面层朝下，PP网朝上平铺，对每一个正方形网格槽中进行等体积灌炭操作。灌炭操作具体为，先将活性炭与粘结液混合至所有活性炭颗粒吸液饱和，将吸液饱和的活性炭颗粒利用致密的滤网沥液至下方滤出液呈逐滴滴下的状态，将沥液后的炭颗粒转移至灌炭设备中，待灌炭嘴对准PP网格槽中心进行等体积灌炭。灌炭设备灌炭嘴为圆柱形，内径为10mm，利用圆柱形活塞进行推送含液炭粒以下料至每个正方形网格槽中。所述等体积具体为灌炭嘴下料的炭和粘结液混合物与PP网上每一个正方形网格槽等体积。其中，粘结液为无水乙醇。
利用炭粉与粘结液先混合，待炭粉吸液饱和后再进行灌炭操作后，再进行低温烘干彻底消除炭粉间的粘结液。由于干燥炭粉颗粒较轻，在灌炭过程中难免摩擦带电，加之熔喷无纺布本身经过驻极处理带电以提高过滤效率，熔喷无纺布层叠时会导致炭粉由于静电作用到处沾连、难以控制。而利用粘结液的粘结作用，含液炭粒可相对稳定的粘结在一起，且质量加重，下炭易于控制，避免了炭粉因质量较轻、静电影响到处沾连，从而影响熔喷无纺布的超声波焊接效果。
S7：将上述灌炭完的材料转移至振动床上进行振动操作，振幅为0.1mm，振动时间为2min。
S8：利用硅胶刮板刮除PP网网格槽外茎条上多余的炭粒。所述刮除具体操作为，硅胶刮板与PP网抵接，沿与热轧线水平的方向进行刮除，即与图4中焊接移动方向一致。清除掉可能振动沾粘到茎条上表面的炭粒，避免影响后续第二表面层与PP网的焊接牢固性。
S9：裁剪与上述PP网同样尺寸的第二表面层，其材质为可水洗熔喷无纺布，将第二表面层叠在上述PP网表面并对齐，利用超声波焊接机对层叠的两层材料进行焊接形成滤材。可水洗熔喷无纺布克重为30g/m2、过滤效率为99％(可水洗6次内效率不下降)、阻力为13Pa。阻力利用TSI8130A进行测试，其中测试风量为32L/min，测试粉尘为粒径为0.3μm的NaCl。
S10：将S9得到的滤材在60℃下干燥至恒重。
将S10得到的滤材利用织物厚度仪测试厚度为1.31mm，阻力利用TSI8130A进行测试，测试风量32L/min，测试粉尘为粒径为0.3μm的NaCl，测试结果罗列在表1中。所述滤材粘结牢固，不存在掉炭现象。
S11：利用折间距为5.9mm的折山模具将S10得到的滤材沿着热轧槽打开的方向进行模压成型，如图5所示，第一折山模具3在上，第二折山模具4在下，对中间的滤材5进行模压，再包边密封，制成空调过滤器用折叠滤芯，其折高为29mm。
参考标准ISO11155-1对滤芯成品进行压损测试，测试风量为250m3/h，结果呈现在表1中。参考标准ISO11155-2对滤芯成品进行甲苯气态污染物吸附效率测试，测试风量为100m3/h，测试浓度为80ppm，结果呈现在表1中。
实施例2
将实施例1中的粘结液换成去离子水，步骤S10改为：将S9得到的滤材进行在70℃下干燥至恒重。其余条件不变。
对比例1
选取与实施例1相同的活性炭作为气态污染物吸附剂，选取与实施例1相同的可水洗熔喷无纺布作为面材，选取70g/m2的PP无纺布作为骨架材料，PP无纺布的阻力与实施例1中的PP纺粘无纺布的阻力相当。利用传统“喷胶撒炭”工艺制备夹炭布材料作为过滤器用双效滤材，夹炭布材料包括骨架材料、活性炭、面材及热熔胶，撒粉克重为280g/m2。上述双效滤材利用织物厚度仪测试厚度为1.37mm，阻力利用TSI8130A进行测试，测试风量32L/min，测试粉尘为粒径为0.3μm的NaCl，测试结果罗列在表1中。
将上述双效滤材，分切成宽度133mm的材料，再通过打折、包边等工艺制成滤芯成品，滤芯成品的折高29mm。
参考标准ISO11155-1对滤芯成品进行压损测试，测试风量为250m3/h，结果呈现在表1中。参考标准ISO11155-2对滤芯成品进行甲苯气态污染物吸附效率测试，测试风量为100m3/h，测试浓度80ppm，结果呈现在表1中。
从表1中可以看出，对比例1利用传统工艺制备的夹炭布滤材的阻力为20.8Pa，实施例1制得的滤材阻力为20.3Pa，此二者相差不大；但是，比例1制得的滤芯成品的阻力为168Pa，远高于实施例1中制得的滤芯成品阻力，注：滤芯成品阻力通常由原滤材的阻力和滤芯本身的结构阻力两部分构成。这是因为一方面实施例1借助PP板割网技术手段参与制备材料，硬挺度高，且材料在保证同样含炭量的基础上厚度更薄，这会使得材料折后制成的滤芯结构阻力明显更小，从而整个初始压降会更小。此外，可以看出，在相同含炭量的条件下，相比于对比例1，利用实施例1的方法制造的滤芯对甲苯的吸附性能更好，甲苯吸附10min时刻的效率仍可达到91％，明显高于对比例1的效率81％。这是因为实施例1中的滤芯在制备过程中未使用任何胶，炭粉间、炭粉与无纺布间无胶，不存在胶覆盖炭表面或堵塞孔道的现象，而对比例1中的传统夹炭布材料炭粉间、炭粉与无纺布利用胶丝粘结，胶影响炭吸附性能无法避免。
对比例2
与实施例1相比，在灌炭操作时，不采用任何粘结液与炭混合，直接灌炭粉。炭粉因重量轻、静电等原因到处沾粘，茎条上的炭粒无法完全清除干净。所制滤材部分区域粘结不牢固，存在掉炭现象。所制滤芯成品的含炭量为61.7g，相比于实施例1略有降低；10min甲苯吸附效率为87.7％，相对比实施例1略有降低。这主要是因为炭粉的沾粘导致虽灌注同等炭量，但最终成品含炭量会减少。
表1实施例1-4制得的滤材和滤芯的性能测试结果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种空调过滤器用折叠滤芯，其特征在于，该折叠滤芯包括骨架支撑层(1)，以及与骨架支撑层两面焊合的表面层；
所述的骨架支撑层(1)打折处设有便于模压打折的热压槽(2)，相邻的热压槽(2)之间设有沿热压槽(2)均匀分布的通孔；所述的通孔与通孔两侧的表面层构成的腔体内装填有吸附材料。
2.根据权利要求1所述的一种空调过滤器用折叠滤芯，其特征在于，所述的骨架支撑层的材质为PP、PE、PS或PVC中的一种；所述的骨架支撑层的厚度为0.6～0.9mm。
3.根据权利要求1所述的一种空调过滤器用折叠滤芯，其特征在于，所述的表面层的材质为克重为15～35g/m2的无纺布。
4.根据权利要求1所述的一种空调过滤器用折叠滤芯，其特征在于，所述的吸附材料为粒径在0.25～0.6mm的活性炭；所述的活性炭的堆密度为450-550g/L。
5.根据权利要求2所述的一种空调过滤器用折叠滤芯，其特征在于，所述的热压槽的深度为0.45～0.7mm。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的空调过滤器用折叠滤芯的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
将骨架支撑层一侧与表面层焊合，通过骨架支撑层的另一侧灌炭，再用表面层与骨架支撑层的另一侧焊合；干燥后，通过折山模具沿骨架支撑层两面设置的热压槽进行模压成型，得到空调过滤器滤芯。
7.根据权利要求6所述的一种空调过滤器用折叠滤芯的制备方法，其特征在于，所述灌炭操作中的活性炭为吸收粘结液至饱和，再沥干的活性炭团。
8.根据权利要求7所述的一种空调过滤器用折叠滤芯的制备方法，其特征在于，所述的粘结液为去离子水或无水乙醇。
9.根据权利要求6所述的一种空调过滤器用折叠滤芯的制备方法，其特征在于，所述的焊合方式为超声波点焊。
10.根据权利要求6所述的一种空调过滤器用折叠滤芯的制备方法，其特征在于，所述的干燥温度为50～80℃。
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