CN213253545U - 一种空气净化滤膜及空气净化器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种空气净化滤膜及空气净化器，包括依次设置的粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层，高效过滤层包括基底层和附着在基底层上的纳米纤维膜层，其中粗过滤容尘层的过滤级别为G1‑G4，高效过滤层的过滤级别为H13‑H14，粗过滤容尘层的过滤孔的孔径大于高效过滤层的过滤孔的孔径，从而防止颗粒堆积堵塞纳米纤维滤膜微孔，延长净化器的使用寿命，第二层过滤材料为高分子纳米纤维滤膜，其对0.3微米颗粒的过滤效率达到99％以上，对2.5微米颗粒的过滤效率达到100％，气流阻力在12Pa以下。
Description
技术领域
本申请涉及空气净化领域，具体而言，涉及一种空气净化滤膜及空气净化器。
背景技术
随着工业革命的飞速发展，特别是20世纪50年代以后，工业、交通迅猛发展，人口益发集中，城市更加扩大，煤炭、石油等化工燃料的消耗量急剧增加、加上生活垃圾的焚烧、自然风尘的释放等，使得空气中的颗粒物含量愈来愈高，颗粒物污染日趋严重。然而，粒径在3.5um以下的颗粒物，能被吸入人的支气管和肺泡中并沉积下来，引起或加重呼吸系统的疾病，包括咳嗽、支气管炎、哮喘、肺癌、心力衰竭等。
目前，市场上常用的空气净化器滤芯一般包括预过滤层、活性炭层和无纺布支撑层，其对PM2.5颗粒的过滤效率低，对0.3微米的颗粒则几乎没有过滤效果。现有的过滤效率较高的空气净化器大部分采用PP熔喷布或玻璃纤维滤纸材质，以达到过滤PM2.5颗粒的功能，但其对更细的0.3微米颗粒的过滤效率也不理想，且容尘量偏低，使用寿命较短。此外，具有高效过滤功能的熔喷布主要靠静电驻极产生的静电吸附来过滤微粒，存在驻电逐渐消失而导致过滤效率不断衰减的问题，玻璃纤维滤纸则存在价格较高，报废后的玻璃纤维处理困难，影响环境等问题。因此开发高容尘量、高过滤效率、高透气性的空气过滤材料是重要的发展方向。容尘量不高的空气净化器随着使用时间的增加，净化器上的灰尘会堆积成污垢，堵塞过滤层的微孔，大大降低了空气净化器的透气性，缩短了净化器的使用寿命。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种空气净化滤膜及空气净化器，该空气净化滤膜具有较高的容尘量，可大大提高对PM2.5颗粒及更小颗粒包括0.3微米颗粒的过滤效率，并提高了净化器的使用寿命。
本申请是采用以下技术方案实现的：
在第一方面，本申请提供了一种空气净化滤膜，包括依次设置的粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层，粗过滤容尘层包括基底层和附着在基底层上的纳米纤维膜层，高效过滤层包括基底层和附着在基底层上的纳米纤维膜层，粗过滤容尘层的纳米纤维膜层与高效过滤层的基底层相接触设置，高效过滤层的纳米纤维膜层与支撑层相接触设置，其中，粗过滤容尘层的过滤级别为G1-G4，高效过滤层的过滤级别为H13-H14，粗过滤容尘层的过滤孔的孔径大于高效过滤层的过滤孔的孔径。
在本申请的实施方式中，通过设置容尘量更高的粗过滤容尘层过滤掉大量的大尘埃粒子，作为首道过滤屏障，粗过滤容尘层的孔径相对来说更大，粗过滤容尘层的过滤级别为G1-G4，可以减轻高效过滤膜的过滤压力，防止颗粒堆积堵塞高效过滤层纳米纤维滤膜微孔，延长净化器的使用寿命。
在本申请的第一方面的实施方式中，粗过滤容尘层的基底层为克重为25-50g/m2，厚度为100-200μm的水刺棉或针刺棉，高效过滤层的基底层为克重为10-25g/m2，厚度为40-100μm的水刺棉或针刺棉。
粗过滤容尘层的纳米纤维膜层克重为0.2-1.0g/m2，厚度为1-5μm，纤维直径为100-500nm，高效过滤层的纳米纤维膜层克重为1.0-3.0g/m2，厚度为5-15μm，纤维直径为100-500nm。
粗过滤容尘层的克重为25.2-51g/m2，厚度为101-205μm，高效过滤层的克重为11-28g/m2，厚度为45-115μm。
采用容尘量较高的水刺棉为初级过滤层，过滤掉大量的大尘埃粒子，水刺棉上制备了一层厚度较薄，孔径较大的纳米纤维膜，初步过滤掉一部分微粒，减轻高效过滤层的过滤压力，进一步防止颗粒堆积堵塞高效过滤层的纳米纤维滤膜微孔，延长了净化器的使用寿命。
粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层之间通过超声波等间距点压复合，构成具有高容尘量的空气净化滤膜，空气净化滤膜上分布有点压复合造成的圆点，圆点直径为1～2mm，保持低气阻的同时也保护了纳米纤维滤膜不受损坏。其中，圆点沿横向、纵向等间距设置，圆点的间距为30-50mm。
在第二方面，本申请还提供了一种空气净化器，包括：
框架，所述框架的内侧设置有固定部件；
滤膜，滤膜设置在框架的内部，通过固定部固定，该滤膜的横截面呈波浪形；
该滤膜为如上文所述的空气净化滤膜，粗过滤容尘层位于空气流动方向上游，按空气流动方向依次设置粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层。
在本申请的实施方式中，将滤膜折叠成波浪状结构，增大了过滤面积，提高了整体过滤效率，降低了气流阻力，与市场上的净化器产品对比，其过滤效率更高，且气流阻力更低，容尘量更大。
在本申请的第二方面的实施方式中，框架的内侧还设置有密封组件，用于密封框架与滤膜之间的缝隙。
与现有技术相比，本申请的较佳实施例提供的一种空气净化滤膜及空气净化器的有益效果包括：
本申请提供的一种空气净化滤膜及空气净化器，通过设置容尘量更高的粗过滤容尘层过滤掉大量的大尘埃粒子，作为首道过滤屏障，粗过滤容尘层的孔径相对来说更大，可以减轻高效过滤膜的过滤压力，防止颗粒堆积堵塞高效过滤层的纳米纤维滤膜微孔，延长净化器的使用寿命，第二层过滤材料为高分子纳米纤维滤膜，且纳米纤维层的基底水刺棉可进一步提高空气滤膜的容尘量，通过超声点压复合而成的空气净化滤膜对0.3微米颗粒的过滤效率达到99％以上，对2.5微米颗粒的过滤效率达到100％，气流阻力在12Pa以下，过滤性能优越。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。
图1为本实用新型中的粗过滤容尘层纳米纤维滤膜的扫描电子显微镜图；
图2为本实用新型中的高效过滤层纳米纤维滤膜的扫描电子显微镜图；
图3为本实用新型中的空气净化滤膜结构示意图；
图4为本实用新型实施例1所制备的空气净化滤膜的截面结构图；
图5为本实用新型中的空气净化器的立体结构示意图；
图6为本实用新型中的空气净化器局部截面结构放大示意图。
图标：10-粗过滤容尘层；20-高效过滤层；30-支撑层；11-水刺棉基底；12-纳米纤维膜；21-水刺棉基底；22-纳米纤维膜；1-滤膜；2-框架。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
本申请实施例示例中空气净化滤膜包括：依次设置的粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层，其中，粗过滤容尘层的过滤级别为G1-G4，高效过滤层的过滤级别为H13-H14，粗过滤容尘层的过滤孔的孔径大于高效过滤层的过滤孔的孔径。
在本申请的实施方式中，通过设置容尘量更高的粗过滤容尘层过滤掉大量的大尘埃粒子，粗过滤容尘层包括基底层和附着在基底层上的纳米纤维膜层，作为首道过滤屏障，其孔径相对来说较大，其过滤级别为G1-G4，可以减轻高效过滤膜的过滤压力，防止颗粒堆积堵塞纳米纤维滤膜微孔，延长净化器的使用寿命。
高效过滤层包括基底层和附着在基底层上的纳米纤维膜层，其纳米纤维膜层具有微小孔隙和高的孔隙率，使得高效过滤层同时有高过滤效率和高透气性的优点，纳米纤维膜可以通过多种方式附着在基底层上，例如但不限于，可以通过沉积、粘附、压合等方式制备得到。
作为一个示例，纳米纤维膜可以通过将静电纺丝法制备的纤维喷在基底层上得到，其中，纳米纤维材料为聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯中的一种或几种，优选为聚偏氟乙烯。
作为一个示例，粗过滤容尘层和高效过滤层的纳米纤维膜层的厚度和孔隙均可通过控制纺丝速度调节。
支撑层可以是任意材料，只要能实现对于高效过滤层的支撑即可。作为一个示例，支撑层的基材选自无纺布或硬纸，优选的，支撑层的基材为PET无纺布，其克重为60～120g。
对于空气净化滤膜的复合，可以通过本领域常见的各种膜复合方式进行复合，例如但不限于，热压、真空压合或热熔胶膜压合等。作为一个示例，本申请的实施方式采用超声波点压的方式进行复合。得到的空气净化滤膜上有用于点压复合的圆点，圆点直径为1～2mm，圆点沿横向、纵向等间距设置，圆点的间距为30-50mm。
粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层之间通过超声波等间距点压复合，在保持低气阻的同时也保护了纳米纤维滤膜不受损坏。
以下就示例中所给出的空气净化滤膜进行更详细的描述，请参阅图3，空气净化滤膜由依次设置的粗过滤容尘层10、高效过滤层20和支撑层30组成，其中，粗过滤容尘层10由水刺棉基底11和附着在水刺棉上的纳米纤维膜12组成，高效过滤层20为复合膜，由水刺棉基底21和附着在水刺棉上的纳米纤维膜22组成。
对于粗过滤容尘层10的水刺棉基底11、纳米纤维膜12与高效过滤层20的水刺棉基底21、纳米纤维膜22之间的叠放顺序，可以按照任意方式进行层叠，只要能满足滤膜具有较高的容尘量和较高的PM2.5颗粒的过滤效率即可。
作为一个优选的示例，请参照图4，按照空气流动方向依次设置水刺棉基底11、纳米纤维膜12、水刺棉基底21和纳米纤维膜22以及支撑层30。
采用容尘能力较高的水刺棉为粗过滤容尘层的基底，可过滤掉并容纳大量的大尘埃粒子，水刺棉上制备了一层厚度较薄的纳米纤维膜，初步过滤掉一部分微粒，减轻高效过滤膜的过滤压力，高效过滤层的水刺棉基底，可容纳通过粗过滤容尘层的微粒，进一步防止颗粒堆积堵塞高效过滤层的纳米纤维膜微孔，延长了净化器的使用寿命。
其他的方式还可以为，按照空气流动方向以纤维膜-水刺棉基底-水刺棉-纤维层-支撑层的顺序设置，或者以水刺棉基底-纤维膜-纤维层-水刺棉-支撑层的顺序设置，或者以纤维膜-水刺棉基底-纤维层-水刺棉-支撑层的顺序设置。
本申请的实施方式还提供了一种空气净化器，包括框架和滤膜。框架作为支撑滤膜的结构，可以包括多种形状，例如但不限于，矩形、圆柱形、正方形等。框架内部可以设置固定滤膜的固定部件，也可以设置密封组件，密封滤膜和框架之间的间隙。
作为一个示例，请参照图5和图6，包括滤膜1和围绕在滤膜1周围设置的框架2，框架2的内侧设置有固定部件，滤膜1设置在框架2的内部，通过固定部件固定，该滤膜的横截面呈波浪形，该滤膜1为如上文空气净化滤膜，粗过滤容尘层10位于空气流动方向上游，按空气流动方向依次设置粗过滤容尘层10、高效过滤层20和支撑层30。
在本申请的实施方式中，将滤膜1折叠成波浪状结构，增大了过滤面积，提高了整体过滤效率，降低了气流阻力，与市场上的净化器产品对比，其过滤效率更高，且气流阻力更低，容尘量更高。框架2的内侧还设置有密封组件，用于密封框架2与滤膜1之间的缝隙。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
如无特殊说明，本申请中所涉及的操作和处理方法属于本领域常规方法。
如无特殊说明，本申请中所采用的仪器为本领域常规仪器。
制备例
作为一种较佳的实施方式，粗过滤容尘层和高效过滤层的制备方法可以采用如下步骤：
称取60g聚偏氟乙烯粉末，加入300mL二甲基甲酰胺溶剂中，在磁力搅拌水浴锅中搅拌均匀，配制成浓度为20％的聚偏氟乙烯纺丝溶液。将所得纺丝溶液装入纺丝机供液罐中，设置纺丝机内部温度为25℃，湿度为15％，在80kV的电压下进行静电纺丝，以水刺棉为接收基底，其中电极间距为180mm，基底运行速度为200-1000mm/min。
实施例1
按照制备例的方法在克重为30g/m2的水刺棉基底上进行静电纺丝，基底运行速度为800mm/min，制备得粗过滤容尘层，如图1所示，显示了粗过滤容尘层的纳米纤维滤膜的扫描电子显微镜照片，从图中可以看出，纳米纤维的直径为100～500nm，纤维分布均匀，纤维之间存在众多孔隙。经测量，该纳米纤维滤膜克重为0.4g/m2，厚度为2μm。
按照制备例的方法在克重为15g/m2水刺棉基底上进行静电纺丝，基底运行速度为300mm/min，制备得高效过滤层，即得粗过滤容尘层，如图2所示，显示了高效过滤层的纳米纤维滤膜的扫描电子显微镜照片，从图中可以看出，纳米纤维的直径为100～500nm，纤维分布均匀，纤维之间存在众多孔隙，其孔隙尺寸小于粗过滤容尘层的孔隙。经测量，该纳米纤维滤膜克重为2.5g/m2，厚度为12.5μm。
根据图3和图4所示的结构示意图，将粗过滤容尘层10、高效过滤层20和支撑层30按图示顺序叠放，传送放入超声波点压机中进行点压复合。粗过滤容尘层和高效过滤层按30g水刺棉基底11-纳米纤维膜12-15g水刺棉基底21-纳米纤维膜22的顺序叠放，参照图3。调节超声波功率为5kW，材料传送速率为1m/s，复合后的高容尘量纳米纤维复合滤膜上有超声波压痕，压痕为等间距间断圆点，圆点直径为1～2mm，圆点间距为30～50mm，点压后纳米纤维滤膜完好不受破坏。
根据图5和6所示的结构示意图，将所制备的高容尘量纳米纤维复合滤膜折叠成波浪状且用PET无纺布贴于两边以固定形状，再装载于铝合金框架中，并用玻璃胶密封，制得纳米纤维空气净化器。
本实例所制备的空气净化器具有容尘量高，过滤效率高，气流阻力低，使用寿命长的优点。经过滤效率测试仪检测，其对0.3μm颗粒的过滤效率可达99.99％，气流阻力仅为12±1Pa。
实施例2
按实施例1的制备方法制备空气净化器，粗过滤容尘层10和高效过滤层20按纳米纤维膜-30g水刺棉基底-15g水刺棉-纳米纤维膜的顺序叠放。
经过滤效率测试仪检测，本实例所制备的空气净化器对0.3μm颗粒的过滤效率可达99.95％，气流阻力为20±1Pa。
实施例3
按实施例1的制备方法制备空气净化器，粗过滤容尘层10和高效过滤层20按30g水刺棉基底-纳米纤维膜-纳米纤维膜-15g水刺棉的顺序叠放。
经过滤效率测试仪检测，本实例所制备的空气净化器对0.3μm颗粒的过滤效率可达99.90％，气流阻力为30±1Pa。
实施例4
按实施例1的制备方法制备空气净化器，粗过滤容尘层10和高效过滤层20按纳米纤维膜-30g水刺棉基底-纳米纤维膜-15g水刺棉的顺序叠放。
经过滤效率测试仪检测，本实例所制备的空气净化器对0.3μm颗粒的过滤效率可达99.90％，气流阻力为24±1Pa。
对比实施实例1-4可看出，当粗过滤容尘层和高效过滤层按30g水刺棉-纳米纤维膜-15g水刺棉-纳米纤维膜的顺序叠放时，所制备的高容尘量纳米纤维复合滤膜和空气净化器的过滤性能最优，其对0.3μm颗粒的过滤效率可达99.99％，气流阻力仅为12±1Pa。
本申请实施例提供的一种空气净化滤膜及空气净化器，通过设置容尘量更高的粗过滤容尘层过滤掉大量的大尘埃粒子，作为首道过滤屏障，粗过滤容尘层的孔径相对来说更大，可以减轻高效过滤膜的过滤压力，防止颗粒堆积堵塞高效过滤层的纳米纤维滤膜微孔，延长净化器的使用寿命，第二层过滤材料为具有高容尘能力的水刺棉及附着在水刺棉上的具有高效过滤效率的高分子纳米纤维膜，进一步提高容尘量的同时可以高效过滤细小微粒。粗过滤容尘层、高效过滤层及支撑层复合组成空气净化滤膜，对0.3微米颗粒的过滤效率达到99％以上，对2.5微米颗粒的过滤效率达到100％，气流阻力在12Pa以下。
以上所述仅为本申请的一部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空气净化滤膜，包括依次设置的粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层，其特征在于，所述粗过滤容尘层包括基底层和附着在基底层上的纳米纤维膜层；
所述高效过滤层包括基底层和附着在基底层上的纳米纤维膜层，所述高效过滤层的基底层与所述粗过滤容尘层的纳米纤维膜层相接触设置，所述高效过滤层的纳米纤维膜层与所述支撑层相接触设置；所述高效过滤层的过滤级别为H13-H14；
其中，所述粗过滤容尘层的过滤级别为G1-G4，且所述粗过滤容尘层的过滤孔的孔径大于所述高效过滤层的过滤孔的孔径。
2.根据权利要求1所述的空气净化滤膜，其特征在于，所述粗过滤容尘层的基底层为克重为25-50g/m2，厚度为100-200μm的水刺棉或针刺棉，所述高效过滤层的基底层为克重为10-25g/m2，厚度为40-100μm的水刺棉或针刺棉。
3.根据权利要求1所述的空气净化滤膜，其特征在于，所述粗过滤容尘层的纳米纤维膜层的克重为0.2-1.0g/m2，厚度为1-5μm，纤维直径为100-500μm；
所述高效过滤层的纳米纤维膜层克重为1.0-3.0g/m2，厚度为5-15μm，纤维直径为100-500nm。
4.根据权利要求1所述的空气净化滤膜，其特征在于，所述粗过滤容尘层的克重为25.2-51g/m2，厚度为101-205um。
5.根据权利要求1所述的空气净化滤膜，其特征在于，所述高效过滤层的克重为11-28g/m2，厚度为45-115um。
6.根据权利要求1所述的空气净化滤膜，其特征在于，所述支撑层为克重为60-120g/m2，厚度为80-160um的PET或PP无纺布。
7.根据权利要求1所述的空气净化滤膜，其特征在于，所述空气净化滤膜上分布有点压复合的多个圆点，所述圆点的直径为1～2mm。
8.根据权利要求7所述的空气净化滤膜，其特征在于，多个所述圆点沿横向、纵向等间距设置，相邻两个所述圆点的间距为30-50mm。
9.一种空气净化器，包括：
框架，所述框架的内侧设置有固定部件；
滤膜，所述滤膜设置在所述框架的内部，通过所述固定部件固定，该滤膜的横截面呈波浪形；
其特征在于，所述滤膜为如权利要求1-8任一项所述的空气净化滤膜，所述粗过滤容尘层位于空气流动方向上游，按空气流动方向依次设置粗过滤容尘层、高效过滤层和支撑层。
10.根据权利要求9所述的空气净化器，其特征在于，所述框架的内侧还设置有密封组件，用于密封所述框架与所述滤膜之间的缝隙。
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| CN115006917A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-09-06 | 昆承新材料科技(江苏)有限公司 | 一种蓬松纳米滤材及其制备方法与应用 |
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