CN1562441A

CN1562441A - 一种夹心式纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法

Info

Publication number: CN1562441A
Application number: CN 200410029988
Authority: CN
Inventors: 刘太奇; 张淑敏
Original assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Current assignee: Beijing Institute of Petrochemical Technology
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2005-01-12

Abstract

一种夹心式纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括采用静电纺丝装置制出纤维丝，并将纤维丝纺制于习用的过滤材料上构成夹心层，选用玻璃纤维或无纺布作为夹心层的外层，通过热压设备将面材与夹心牢固的热压在一起组成夹层结构。本发明能滤除1μm的颗粒，过滤效率达到近100％，可以过滤气体、液体和油等微小颗粒，工艺过程简单，成本低廉，质量可靠。

Description

一种夹心式纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制造方法，尤指该法是采用静电纺丝技术制备的纤维丝，附着于习用的过滤材料上作为“夹心”层，通过热压将玻璃纤维或无纺布与“夹心”层牢固的热压成夹层结构。

背景技术

过滤材料主要起着固液相分离的作用，当液体中固体物质颗粒尺寸大于过滤材料的孔径时，就只能允许液体通过，而固体颗粒则被吸附在过滤材料表面上，使固液分离，形成滤饼。众所周知，过滤材料的过滤效果与过滤材料的孔径大小关系极大，孔径大小将直接影响过滤效率。

目前从聚合物、矿物到金属均可制成以纤维、纱线、颗粒或薄膜形态存在的过滤材料。纤维以其比表面积大、体积蓬松、价格低廉、容易加工成形等特点自始至终占据了过滤材料的绝大部分市场，而其中的非织造纤维材料以其成型工艺短，可省去纺纱、整经、织造等多个程序，成本低且过滤性能好，成为过滤材料的主导产品。合成纤维常制成非织造结构，并通过热、机械、化学或自粘方法赋予其强度。纤维状材料具有比表面积大的优点，因而就具有较低的压降和较高的过滤效率(FE)。纱线制成的机织物或针织物具有较高的强度，因此常常用于像袋式过滤集尘器一类的可通过脉冲气流或振动作用进行清洁的过滤系统。颗粒材料像金属、陶瓷通过烧结制成多孔滤材，用于耐高温的场合，如发动机废气的过滤。多孔聚四氟乙烯(ePTFE)是一种具有原纤结构的薄膜滤材，该材料在中等压降下就可产生高的过滤效率。聚四氟乙烯(PTFE)是一种高强材料，具有耐高温、耐化学腐蚀等特性。

1993年世界纤维材料型过滤系统与过滤器件的市场总额已这20亿美元，而预计2003年总额将超过40亿美元，其中过滤介质，也就是纤维材料制成的过滤系统要占销售额的3/4以上，而且随着时间推移其比重在上升。我国的非织造过滤材料起步于60年代末70年代初，采用的是湿法和化学粘合法加工技术，针刺法、纺粘法、熔喷法等加工技术则出现较晚。我国工业化进程的加快，过滤材料的应用将越来越广泛，过滤材料的用量预计也将以每年两位数的速度递增。用量增加是一重要方面，而对过滤材料的要求也越来越高，要求获得更好的过滤效率。由于传统过滤材料在过滤效率，滤层阻力及粉尘粒度等方面都存在不同的难点，这就要求我们创制新的过滤材料。

随着20世纪80年代纳米材料的发展，特别是纳米材料的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量隧道效应等性能，使其在许多方面都具有其他材料无法比拟的优点，而纳米纤维也成为当前研究的热点。纳米纤维的制备方法很多，其中较为可靠有效的方法是利用高压静电纺丝技术制备钠米纤维。它是将高分子溶液或熔融液通过静电纺丝装置可以制备纳米/亚微米级的纤维丝(见，肖长发著。电子纺丝成形及纤维形态结构研究--高科技纤维与应用，2003，28(1)：10～14)。为我们创制新的过滤材料准备了技术基础，该技术已是成熟的习用技术，本专利申请将利用这一习用技术创制新的过滤材料。

发明内容

根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种采用静电纺丝技术制备的纤维丝构成的夹心层，通过热压将玻璃纤维或无纺布作为面材与夹心层牢固的热压成夹层结构式的纳米/亚微米电纺丝基过滤材料。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种夹心式纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括采用高分子溶液或高分子的熔融液通过静电纺丝装置制出纤维丝，并将纤维丝纺制于习用的过滤材料上构成夹心层，选用玻璃纤维或无纺布为面材，通过热压将面材与夹心牢固的热压在一起组成夹层结构。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：

1、本发明是由静电纺丝附着于习用的过滤材料上得到的夹心层，在使用中主要是夹心层起作用，而习用的过滤材料的纤维尺寸在几个微米到几十个微米之间，形成的孔径很大，但是电纺丝直径在几个纳米至几百个纳米之间，其孔径要小得多，本发明的夹心式新型高效过滤材料，能对习用过滤材料无法滤除的1μm的颗粒过滤，效率达到近100％，可以起到过滤气体、液体及油等微小颗粒的目的，同时过滤阻力增加值小于10％。

2、本发明通过一种“夹心技术”制成夹层结构式的新型高效过滤材料，结构强度及韧性好，解决了纤维丝不能长时间附着于习用过滤材料上的难题。

3、本发明工艺过程简单，制造成本低，质量可靠。

附图说明

图1为本发明夹心技术工艺过程框图

图2为本发明实施例性能测试数据表

图3A为习用滤布平面构造示意图

图3B为本发明新型高效过滤材料平面构造示意图

图中：1-习用滤布纤维，2-电纺丝纤维，3-面材纤维

具体实施方式

由图1示出，一种夹心式纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括采用高分子溶液或高分子的熔融液通过静电纺丝装置制出纤维丝，并将纤维丝纺制于习用的过滤材料上构成夹心层，选用玻璃纤维或无纺布为面材，通过热压将面材与夹心牢固的热压在一起组成夹层结构。

另知，热压过程的目的主要是使面材无纺布或玻璃纤维布与夹心层很好粘接在一起。温度不宜过高，防止发生焦粘，结构也不要发生变形。在它们之间不放粘和剂。热压过程的温度和压力视当时被热压的材料性质而定，温度、压力无固定值。

夹心层的外层面材厚度不宜过厚，因为本发明过滤效率的提高，主要不是依靠增加厚度而达到，而是依靠夹心层的结构。

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1配制尼龙-6/甲酸溶液。常温下完全溶解。通过静电纺丝装置，我们得到纳米/亚微米纤维，同时将纤维直接附着于一号滤布上。我们再选用适量的玻璃纤维，用电加热装置调节其温度后将玻璃纤维热压到纺过丝的滤布上。然后对一号滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的一号滤布对粒度为0.85μm以上的粉尘其过滤效率可达到99.2％，而滤层阻力增加为8％。

实施例2同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，选用二号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的二号滤布对粒度为0.9μm以上的粉尘其过滤效率可达到99.1％，而滤层阻力增加为7.5％。

实施例3同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，选用三号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的三号滤布对粒度为0.9μm以上的粉尘其过滤效率可达到99％，而滤层阻力增加为6％。

实施例4同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，选用四号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的四号滤布对粒度为1.0μm以上的粉尘其过滤效率可达到98.9％，而滤层阻力增加为4％。

实施例5同实施例1中的溶液配制及纺丝过程，选用五号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的五号滤布对粒度为1.1μm以上的粉尘其过滤效率可达到98.5％，而滤层阻力增加为3％。

选用同样的粉尘作为介质，得到的过滤效率为98.5％，滤后粉尘的平均粒度为1.1μm左右。

实施例6配制聚乙烯醇/水溶液。水浴加热80～90℃、大约2h以后完全溶解。通过静电纺丝装置，我们得到纳米/亚微米纤维，同时将纤维直接附着于一号滤布上。我们再选用适量的玻璃纤维，用电加热装置调节其温度后将玻璃纤维热压到纺过丝的滤布上。然后对一号滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的一号滤布对粒度为0.71μm以上的粉尘其过滤效率可达到99.2％，而滤层阻力增加为8.5％。

实施例7同实施例6中的溶液配制及纺丝过程，选用二号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的二号滤布对粒度为0.81μm以上的粉尘其过滤效率可达到99.5％，而滤层阻力增加为7％。

实施例8同实施例6中的溶液配制及纺丝过程，选用三号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的三号滤布对粒度为1.05μm以上的粉尘其过滤效率可达到98.8％，而滤层阻力增加为5％。

实施例9同实施例6中的溶液配制及纺丝过程，选用四号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的四号滤布对粒度为1.2μm以上的粉尘其过滤效率可达到98.5％，而滤层阻力增加为4％。

实施例10同实施例6中的溶液配制及纺丝过程，选用五号滤布作为接收材料，也是将玻璃纤维热压其上。在热压过后同样对滤布进行简单的性能测试，测试后得到：我们这种新型的五号滤布对粒度为1.3μm以上的粉尘其过滤效率可达到98％，而滤层阻力增加为3％。

图2示出以上实施例利用静电纺丝装置，纺制出高分子纳米/亚微米级纤维，将其分别排号为一至五号滤布，并用不同的高聚物作为纺丝液。以尼龙6和聚乙稀醇溶液纺丝得到的一系列的测试结果数据。

图3A、图3B示出，习用滤布平面的构造和本发明过滤材料的平面构造。

Claims

1、一种夹心式纳米/亚微米电纺丝基过滤材料的制备方法，包括采用高分子溶液或高分子的熔融液通过静电纺丝装置制出纤维丝，并将纤维丝纺制于习用的过滤材料上构成夹心层，选用玻璃纤维或无纺布为面材，通过热压将面材与夹心牢固的热压在一起组成夹层结构。