CN1490069A - 一种摩擦带电的空气过滤材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摩擦带电的空气过滤材料，其包含一聚烯烃纤维与三聚氰胺纤维所组成的搀合物。本发明的过滤材料所带静电有效地吸附气胶悬浮的粒子，具有优异的整体过滤品质，而且不增加原材料的空气阻抗。

Description

一种摩擦带电的空气过滤材料

技术领域

本发明是一种空气过滤材料(air filter media)，特别是涉及一种包含一由(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维所组成的搀合物(blend)的空气过滤材料，其可通过摩擦产生静电，有效地吸附在自然情况下也带有静电或中性的尘粒。

背景技术

已知的空气过滤材料对粒子的过滤效能(filtration efficiency，简称FE)，是由机械的(mechanical)或静电的(electrostatic)机制所控制。其中，通过静电机制来进行过滤的方式是令纤维带静电，进而利用其与粒子间所产生的静电吸引力形成吸附，所以可在不增加空气阻抗(air resistance)的情形下，获得较利用机械机制的滤材令人满意的结果。有关使纤维材质通过静电加覆形成静电过滤材料，来提升空气过滤效能的讨论内容，可参照Peter P.Tsai etal.于Particulate Science and Technology，(12)323-332，1994。

静电过滤材料的过滤效能与其本身的一些特性有关，譬如静电的电荷的总量、静电场的强度、静电场的持久性等。理想地，一种有效的静电过滤材料必须具有产生密集静电场的高量电荷，且该静电场的持久性必须至少等于该过滤材质的寿命。而上述特性主要取决于产生静电荷的方式以及过滤材料种类的选择。

目前已知用来使纤维材质带静电的方式有下列几种：

(1)静电纺丝(Electrostatic Spinning)，主要用于制造超细纤维。

(2)电晕带电(Corona Charging)，是在一预定的电极组态下，利用高压放电游离空气分子，产生带正、负电的离子与电子，通过带电的电极与离子或电子间的静电吸引力，使电荷积聚至置于电极上的纤维，使纤维带静电(如美国第5,401,446号专利；及Peter P.Tsai，et al.的论文TAPPI JOURNAL，Vol.81，No.1，January 1998.)。

(3)摩擦生电(Triboelectrification Charging)，是利用至少二种以上具有不同电负特性(electronegative Property)的纤维间的摩擦来产生静电，可产生较高的电荷密度，使纤维所构成的过滤材料具有极佳的过滤效能；但是在纤维制造上只能通过梳棉(carding)过程来达成(如Smith，P.A.etal.所着的论文：Journal of Electrostatics，1988，Vol.21，81-98.)。

有关利用不同纤维的搀合物来制造过滤材料，已见于多件专利文献，譬如，英国第2,190,689号专利中揭露一摩擦带电过滤材料，其包含一由(1)聚烯烃(polyolefin)纤维与(2)另一包含经卤素取代的具有烃官能基聚合物的纤维所组成的搀合物；

美国第4,798,850号专利所揭示的过滤材料包含由聚烯烃纤维与另一包含一或更多卤素取代的烃聚合物纤维组成的搀合物；

美国第5,368,734号专利用含有拉伸多孔的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)与三聚氰胺(polyamide)纤维的搀合物来制造过滤材料；

美国第5,470,485号专利揭露一种摩擦带电过滤材料，其包含一由(I)聚丙烯/聚乙烯双组份纤维与(II)不合卤素的聚丙烯腈(polyacrylonitrile)纤维所组成的搀合物。上述专利在此并入本案做为参考资料。

虽然市面上已有用各种不同纤维搀合物做成的摩擦带电过滤材料，但是受限于原料价格偏高或取得不易，且产品价格偏高等问题，开发不同材质种类所构成、具有优异过滤效能且空气阻抗不大的价格低廉的过滤材料，仍有强烈需求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种摩擦带电的空气过滤材料，其包含聚烯烃纤维与三聚氰胺纤维所组成的搀合物，达到具有优异过滤效能且空气阻抗不大的价格低廉的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：它包含有(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维所组成的搀合物。

该聚烯烃是择自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或其组合。该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比是介于10∶90至90∶10之间。或是20∶80至80∶20之间；该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比为25∶75；或为50∶50；或为75∶25。

下面结合较佳实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

本发明所应用的技术原理是通过二种具有不同电负特性的纤维间的摩擦来产生静电，由于摩擦带电可产生较高的电荷密度，所以可使纤维所组成的过滤材料具有极佳的过滤效能(FE)，同时不增加空气阻抗的优点。

本发明的摩擦带电的空气过滤材料包含一由(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维所组成的搀合物，并且通过梳棉(carding)过程，造成该二具有不同电负特性的纤维间的摩擦，使该搀合物带静电，进而制成适用于各种用途的过滤材料。

本发明所使用的聚烯烃纤维只要和三聚氰胺纤维具有不同电负特性即可，并无特殊限制；具体而言可选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚丁烯纤维及此等纤维的组合，其中以聚丙烯纤维尤其合适。

本发明的较佳实施例中，是使用聚丙烯纤维。

本发明所使用的搀合物的组成以(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维间具有介于10∶90至90∶10之间的重量份数比为宜，而以介于20∶80至80∶20之间的重量份数比为较佳。

在本发明的另一较佳实施例中，该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比为25∶75。

在本发明的再一较佳实施例中，该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比为50∶50。

在本发明的又一较佳实施例中，该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比为75∶25。

此外，本发明中所使用的纤维的细度(直径)、长度(staple length)与截面积(cross-sectional area)并无特别的限制，但是需注意，当该二不同电负特性的纤维的表面积(surface area)差异过大时，摩擦效果较差，会导致所制成的过滤材料的过滤效能降低。

本发明的过滤材料的制造方法可以使用传统的各种用于制作静电过滤材料的方法来制作，主要步骤如下：

(i)将聚烯烃纤维与三聚氰胺纤维以预定比例均匀搀合；

(ii)通过梳棉过程，使所获得的搀合物产生摩擦，形成带静电纤维搀合物；

(iii)以叠棉、纺纱、针轧、编织等方式将前述带静电纤维制成预定型态的过滤材料。

其中，用于制作静电过滤材料的聚烯烃纤维与三聚氰胺纤维必须是干净的(clean)，也就是说，该等纤维的表面未被任何润滑剂、溶剂或抗静电剂所被覆，任何会产生抗静电的物质必须在混合该等纤维之前，经由水性表面活性剂浴或去离子水的洗涤加以移除。

另外，本发明的摩擦带电的空气过滤材料，可制成各种形式，例如，可在完成梳棉后，通过叠棉程序制成棉网状；或者可再经针轧，使松散的纤维纠缠成毡状(felt)制品，或者将带电纤维纺成纱线，抑或进一步编成织物或针织物。因此，本发明的过滤材料除可呈现不织布(Non-woven)型态外，也可进一步加工制成织物(Woven)或针织物(Knitted Fabric)。举凡上述带静电的(1)聚烯烃与(2)三聚氰胺纤维搀合物所形成的织物、织品等皆涵盖在本发明中。

本发明的摩擦带电的空气过滤材料可应用于各种领域，包含冷气机、车子、空气滤静机的空气过滤材等，但是不限于上述举例。

以下通过实施例进一步说明本发明的应用效果，但是该等实施例只为例示说明之用，而非用于限制本发明。

本发明的物性测试方法与标准如下：

下列各实施例的过滤材料的物性，包括过滤效能(FE)与压降(PressureDrop(ΔP)，空气阻抗大小的指标)，是以TSI公司出产的自动过滤测试机(Automated Filter Testers)8130型进行测量而得。当一过滤材料被测得的FE愈高，且ΔP愈小时，代表其吸附粒子能力愈佳，阻挡空气分子通过的量愈少。由于各过滤材料对气流的阻抗不同，因此，一般是以下式将FE与ΔP换算成品质系数(Quality Factor，Q_f)，通过评断整体的过滤品质；Q_f值愈大，代表过滤品质愈佳。Q_f值用下式表示：

$Q_f=\frac{\mathrm{Ln}(1/1-\mathrm{FE})}{\mathrm{\ΔP}}$

本发明所使用的物性测定方法的细目如下：

(i)气胶(Aerosol)种类：氯化钠

(ii)质量平均直径(Mass Mean Diameter)：0.26微米

(iii)几何标准差(Geometric Standard Deviation)：＜1.83

(iv)流速(Flow Rate)：32升/分(L/min)

本发明使用的纤维品种如下；

聚丙烯(PP)纤维：台湾祖扬(True Young)股份有限公司制，品名P-2N，(2丹尼)×64厘米。

三聚氰胺(Melamine)纤维：德国BASF公司制，品名Basofil，(2.5丹尼)×2英寸，密度1.4克/立方公分，强度(Tenacity)2.0克/丹尼。

实施例1

将经过洗涤、烘干的聚丙烯纤维与三聚氰胺纤维，以25∶75的重量份数比喂入开棉机，将纤维均匀混合，并将该纤维搀合物打成松散状，继而将其送入梳棉机梳理成网，并使的带静电，接着再将单层棉网叠成所需基重的棉网，之后经针轧将松散的纤维搀合物纠缠成过滤材料半产品，最后制成静电不织布型态。

本实施例所制得的过滤材料以TSI 8130型自动过滤测试机所测得的数值，包含FE、ΔP与Q_f列于表1。

实施例2

除聚丙烯纤维与三聚氰胺纤维的重量份数比为50∶50外，以和实施例1相同的条件制作过滤材料。所测得的FE、ΔP，以及Q_f同样列于表1。

实施例3

除聚丙烯纤维与三聚氰胺纤维的重量份数比为75∶25外，以和实施例1相同的条件制作过滤材料。所测得的FE、ΔP，以及Q_f同样列于表1。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3
				纤维(1)∶(2)重量份数比	25∶75	50∶50	75∶25
FE(％)	96.6	94.13	93.88
				ΔP(mmH2O)	0.7	0.7	0.7
Qf(1/mmH2O)	4.83	4.65	3.99

由表1可知，本发明以聚烯烃纤维与三聚氰胺纤维搀合物所制成的摩擦带电的空气过滤材料，具有93％以上的极佳的过滤效能，与非常优异的品质系数(Q_f)，显示有效地利用静电吸附微粒，且不会产生太大的压降，整体过滤品质优异的结果。因此，本发明利用聚烯烃与三聚氰胺纤维的新颖组合，的确可提供业者或消费者在静电空气过滤材料种类上不同的选择。

Claims (8)

1、一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：它包含有(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维所组成的搀合物。

2、根据权利要求1所述的一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：该聚烯烃是择自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或其组合。

3、根据权利要求1所述的一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：该聚烯烃为聚丙烯。

4、根据权利要求1所述的一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比是介于10∶90至90∶10之间。

5、根据权利要求1或4所述的一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比是20∶80至80∶20之间。

6、根据权利要求1或4所述的一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比为25∶75。

7、根据权利要求1或4所述的一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：该(1)聚烯烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比为50∶50。

8、根据权利要求1或4所述的一种摩擦带电的空气过滤材料，其特征是：该(1)聚烯烃烃纤维与(2)三聚氰胺纤维的重量份数比为75∶25。