TW202316002A - 空氣濾材 - Google Patents

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Abstract

本發明是對於由複數層所形成的空氣濾材,其課題在於抑制用以使濾材層彼此一體化的接著劑造成捕集效率降低的問題。 本發明之空氣濾材(1)是含有作為通氣性之合成樹脂纖維層的第1濾材層(10)與將第1濾材層(10)夾層之通氣性的第2濾材層(20)。 第1濾材層(10)與第2濾材層(20)是夾介接著劑層(30)而成一體化,該接著劑層是由以形成通氣性間隙的方式所分布之複數條的纖維狀熱熔膠所構成。

Description

空氣濾材
本發明,是關於具有夾層構造的空氣濾材。
使用奈米纖維等之細徑纖維的薄片狀集合體作為空氣濾材是眾所周知的。又,習知有藉由以通氣性薄片將該薄片狀集合體予以三明治夾層,而具有使薄片狀集合體的兩表面受到被覆保護之夾層構造的空氣濾材。
例如,在專利文獻1所記載的多層纖維構造體中,上層是由300nm~500nm之超極細纖維所構成的不織布,中間層是由直徑10nm~200nm之超極細纖維所構成的不織布,下層是由直徑0.80μm~100μm之纖維所構成的不織布,此3層是由壓光(calender)加工所進行的熱壓接而接著。作為濾材發揮功能的中間層,是由形成上層及下層的不織布所被覆而保護著。 [先前技術文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-89226號公報
[發明所欲解決的問題]
於專利文獻1所記載的多層纖維構造體,由於是將上層、中間層、下層由壓光加工所進行的熱壓接而接著,所以在以超極細纖維所形成的上層或是中間層中,至少會在由壓光輥所加熱、加壓後的部位上以及其周邊的廣大範圍中,各層在平面方向上還有厚度方向中也會由於被壓縮、熔接而導致通氣性的透孔減少,並恐因如此而造成各層中之原本的過濾捕集性能降低、或是通氣抵抗上昇。
在此,在本發明中,其課題在於提供一種空氣濾材,其對於多層構造,也就是對於具有複數層的空氣濾材,即使將各層相互地接合也能夠極其抑制作為空氣濾材之通氣性的降低。 [解決問題的技術手段]
為了解決上述課題,作為本發明之標的為一種空氣濾材,其含有作為通氣性之合成樹脂纖維層的第1濾材層與通氣性的第2濾材層。
於該空氣濾材中,作為本發明之特徵如下。亦即,上述第1濾材層是被上述第2濾材層所夾層,上述第1濾材層與上述第2濾材層是夾介接著劑層而成一體化,該接著劑層是由以形成通氣性間隙的方式所分布之複數條的纖維狀熱熔膠所構成,且形成上述第1濾材層的纖維為連續纖維。
於本發明的實施樣態之一中,上述第2濾材層,其形成上述第2濾材層之材料的熱傳導率是比形成上述第1濾材層之材料的熱傳導率還高,且各別形成上述第1濾材層及上述第2濾材層之材料的熔融溫度是比上述纖維狀熱熔膠的熔融溫度還高。
於本發明的實施樣態的其他之一中,各別形成上述第1濾材層及上述第2濾材層之材料與上述熱熔膠接著劑,在熔融溫度之差至少為40℃。
於本發明的實施樣態的其他之一中,上述第2濾材層為金屬網目。
於本發明的實施樣態的其他之一中,上述第1濾材層與上述接著劑層之各別的基重是在3 g/m 2~30g/m 2與5 g/m 2~30g/m 2的範圍內,上述金屬網目的網目號數是在60~625的範圍內。
於本發明的實施樣態的其他之一中,上述第1濾材層,是由纖維直徑0.8μm~20μm的細徑纖維所形成,上述細徑纖維其在與長度方向正交之方向上的斷面形狀為扁平者。 [發明效果]
本發明之空氣濾材,是第1濾材層被第2濾材層所夾層的空氣濾材,第1濾材層與第2濾材層,由於是夾介有由纖維狀的熱熔膠所構成的接著劑層而成一體化者,因此成為只有在與該纖維狀的熱熔膠有接觸的部位中,才會造成通氣性降低、或是失去通氣性,而於其他的部位中,則能夠發揮空氣濾材原本的通氣性。
參照附圖,詳細說明本發明的空氣濾材如下。
第1、2圖,是顯示本發明的空氣濾材之一例的圓盤狀的空氣濾材1的立體圖、以及於該立體圖中之A-A線剖斷面的放大圖。於圖示例中,空氣濾材1,係具有:厚度方向Y、及位在該厚度方向Y之上方的上表面5、以及位在厚度方向之下方的下表面6。不過,在圖示例的空氣濾材1是可以不必區分上表面5與下表面6來使用。該空氣濾材1,如第2圖所示,是包含:形成中間層之一層的第1濾材層10、及分別形成空氣濾材1的上下表面5、6各個之兩層的第2濾材層20、以及分別將第1濾材層10與第2濾材層20的各個予以一體化的接著劑層30。
於第2圖所示的斷面構造中,基於說明方便上,對於與第1濾材層10的上表面相向的第2濾材層20是使用標示符號21,對於與第1濾材層10的下表面相向的第2濾材層20是使用標示符號22。又,對於接著劑層30,如圖所示,對於位在上下方向Y之上方的接著層30是使用標示符號31,對於位在上下方向Y之下方的接著劑層30是使用標示符號32。
第1濾材層10,是由合成樹脂所形成的纖維集合體,也就是在本發明中的合成樹脂纖維層。本發明並無特定該合成樹脂的種類或是纖維的形狀。不過,空氣濾材1,例如,在以對大氣粉塵要發揮較高的捕集性能為目的之情形時,作為合成樹脂纖維層中的纖維,可以使用纖維直徑為10nm~1000nm的極細纖維、或是使用纖維直徑為10nm~3000nm的極細纖維、或是使用纖維直徑為0.5μm~20μm的細徑纖維。又,作為合成樹脂者,可以因應空氣濾材1被使用時的溫度條件,來選用具有適當熔融溫度或是耐熱溫度者。例如,空氣濾材1要被使用在室溫的空氣中之情形時,可以使用聚乙烯或聚丙烯、尼龍、聚酯等之具有遠比室溫還高之熔融溫度的熱可塑性合成樹脂。又,空氣濾材1具有接觸100℃以上之空氣的可能性之情形時,例如,則可以使用由具有250℃以上之軟化溫度的聚醯胺樹脂所構成的纖維或是金屬纖維等。
第2濾材層20,其相對於第1濾材層10是具有作為通氣性的被覆保護層的功能、以及捕集較大粒子的功能。此第2濾材層20,是具有比第1濾材層10還高的通氣度,且由耐熱溫度比形成第1濾材層10之合成樹脂纖維的耐熱溫度還高的金屬或是合成樹脂所形成為佳。第2濾材層20在由金屬所形成時的例子為金屬網目。於本發明所使用的金屬網目,是以在60~625網目之範圍內者為佳。不過,亦可依據空氣濾材1的用途來進一步限定其網目數目。
接著劑層30,是事先準備用以使第1濾材層10與第2濾材層20成為一體化者,且由熱熔膠接著劑所形成。在此所謂熱熔膠接著劑,是意指在空氣濾材1被使用的溫度條件下雖為固體,不過在製造空氣濾材1的製程中,當加熱至所需溫度時便會熔融的接著劑。該熱熔膠接著劑,是使用具有比形成第1濾材層10之合成樹脂纖維所使用的合成樹脂材料以及形成第2濾材層20之材料的熔融溫度還低的熔融溫度,較佳是使用具有40℃以上之低熔融溫度者,且在進行塗佈時,以使該等上述材料不會受到被加熱並處於熔融狀態的熱熔膠接著劑之影響而導致變形、或是變質者為理想。其中,若是用以形成第1濾材層10及/或是第2濾材層20之材料並非具有明確的熔融溫度之情形時,則比較該材料的耐熱溫度與熱熔膠接著劑的熔融溫度。該熱熔膠接著劑也可以依據空氣濾材1被使用的溫度條件來選定。在空氣濾材1中的熱熔膠接著劑,是可以對第1濾材層10或是對第2濾材層20塗佈成點狀或Ω(omega)狀等的平面形狀,也可以塗佈成有如形成連續纖維的線狀。在塗佈成線狀之情形時,藉由塗佈機的選擇,可以以畫成螺旋狀的線之方式進行塗佈、或是以畫成相互並行的複數條線之方式進行塗佈。並行的複數條線,可以是直線,也可以如正弦曲線狀地反覆起伏。又,也可以使用熔噴紡絲(melt blown)裝置以形成複數條連續纖維之方式進行塗佈。再者,在使用熔噴紡絲裝置的情形時,以使複數條的連續纖維一邊相互交叉並一面畫成不規則的弧形之方式進行塗佈為佳。如此方式所取得之連續纖維狀的熱熔膠接著劑,若使其在第1濾材層10的表面部分以跨越地延伸在不規則分布的複數條極細纖維或是細徑纖維時,則可以達到:可以維持在第1濾材層10中之該等纖維相互的位置關係,而使極細纖維或是細徑纖維的分布狀態安定化的效果。同樣的效果,亦可在以下兩種樣態中取得:使畫螺旋並朝向一方向延伸之熱熔膠接著劑的線彼此局部地相互重疊在與該一方向交叉之方向上的樣態;以及使一面反覆起伏並一面朝向一方向延伸之熱熔膠接著劑的線局部地相互重疊在與該一方向交叉的方向上的樣態。以使熱熔膠接著劑能夠達到如此之效果的方式來進行分布的樣態,在本發明中尤為理想。
第3圖,是將本發明之一實施形態中的第1濾材層10的表面狀態放大180倍來顯示的圖面(照片)。圖面中的第1濾材層10,是處於:位在第2圖的空氣濾材1所示的第2濾材層20中之上方的第2濾材層21與接著劑層31尚未重疊在第1濾材層10的狀態。由顯示處於如此狀態下之第1濾材層10的第3圖中,可以觀察到用以形成第1濾材10的多數連續纖維11。連續纖維11是使用聚醯胺(玻璃轉化溫度260℃)作為合成樹脂,並藉由靜電紡絲(electrospinning)法對該樹脂紡絲而取得者,基重在9.6 g/m 2~12.6 g/m 2的範圍內。連續纖維11是藉由相互交叉製作多數不規則形狀的通氣孔而形成第1濾材層10。
第4圖為第3圖的局部放大圖,是將第1濾材層10的一部分放大3000倍。圖中的連續纖維11,其形狀雖沒有一定,但成為帶狀者多,作為與該等連續纖維11的長度方向交叉之方向的寬度方向的斷面形狀為扁平狀。在圖中的纖維12,是觀察到該扁平纖維的寬度方向。又,該寬度之一例,係如圖中所示的5.30μm。又,在圖中的纖維13,是觀察到該纖維的厚度方向,其厚度係如圖中所示的829nm。
第5圖的照片,是顯示將從處在第3圖之狀態下的空氣濾材1去除掉第1濾材層10而取得之第2濾材層20予以放大60倍。於該第5圖,可觀察到:作為第2濾材層20中之一部分的第2濾材層21(請參照第2圖)、以及纖維狀的熱熔膠接著劑,其形成作為接著劑層30中之一部分的接著劑層31。於圖中的第2濾材層21,是由複數條縱向金屬線23與複數條橫向金屬線24所形成的金屬網目,且相互交叉的縱向金屬線23與橫向金屬線24形成多數的通氣孔25。於本發明中,形成第2濾材層20之金屬網目的網目數以在60~625網目的範圍內為佳。又,以形成如圖所示之不規則形網眼狀態的方式所塗佈之由纖維狀的熱熔膠接著劑所構成的接著劑層31,其形成1根纖維狀接著劑的寬度是以不會超過金屬網目的網目尺寸,且其基重在5 g/m 2~30g/m 2的範圍內為佳。
第6圖,是顯示將實物之空氣濾材1的斷面的一部分予以放大150倍的圖面(照片)。在表示相當於第2圖之斷面的該斷面圖中,可以觀察到由金屬網目所形成之第2濾材層21、22的各個,以及中介在此等第2濾材層21與22之間的第1濾材層10。在第1濾材層10與第2濾材層21之間,以及在第1濾材層10與第2濾材層22之間,存在有由熱熔膠接著劑所形成的接著劑層31和32,不過在不甚鮮明的該第6圖中,要確認該等接著劑層31、32的存在有些困難。
第7圖,是與第6圖相同觀察視角的斷面圖(照片),其是顯示將與第6圖的空氣濾材1相同規格的空氣濾材1以150℃加熱1小時後的狀態,不過第7圖的倍率為180倍。若將第7圖的空氣濾材1與第6圖的空氣濾材1相對比,可發現第1濾材層10的厚度變薄。又,對於接著劑層31與32,在第5圖中如連續纖維般無接縫地延伸的熱熔膠接著劑是在纖維的長度方向上被斷開,並可觀察到接著劑層31、32中之各別的一部分熱熔膠接著劑會各別流出至第2濾材21、22中的外表面側。又,在進行加熱之前,原本受到熱熔膠接著劑局部性被覆之金屬網目的網眼,由於藉由熱熔膠接著劑的斷開與變形而以露出其整體的方式變化,因此被認為對維持及/或提升金屬網目的通氣性有所貢獻。
對於如上所觀察到的空氣濾材1,更進一步地製作了具有後述構成的空氣濾材,其評估後的結果如下。
1.空氣濾材的構成 (1)第1濾材層 以靜電紡絲法處理聚醯胺,來取得第1濾材層10的前驅材料,其是由纖維直徑在0.8μm~20μm的範圍內的連續纖維,且基重在3 g/m 2~30g/m 2的範圍內之合成樹脂製的細徑纖維所構成。
(2)第2濾材層 作為第2濾材層20的前驅材料,是準備了250網目之不鏽鋼製的金屬網目。
(3)纖維狀的熱熔膠接著劑 此熱熔膠接著劑,是藉由熔噴法,使熔點為80℃的聚烯烴系聚合物,吐出在作為第2濾材層20之前驅材料的不鏽鋼製的金屬網目之上,並具有基重6.6 g/m 2~7.9g/m 2,來取得使聚烯烴系聚合物以連續纖維之形態塗佈在金屬網目而呈層狀。
(4)處於已塗佈有熱熔膠接著劑之狀態的不鏽鋼網目,是藉由分別重疊在第1濾材層10之前驅材料的兩面,並接著於第1濾材層10的前驅材料,然後藉由進一步切裁成為直徑100mm之圓盤狀者而取得評估用的空氣濾材1。
2.空氣濾材的評估 (1)評估用的空氣濾材1,是藉由設置在第8圖所示的評估系統,來測量壓力損失與依各種粉塵粒徑的捕集效率。於第8圖雖沒有明示出,不過第8圖的評估系統是以能夠測量上游側粉塵數量與下游側粉塵數量之方式來進行條件設定。又,雖沒有圖示出,不過第8圖的評估系統亦被製作成可以測量壓力損失。
(2)評估系統的運行條件如下。 a.空氣濾材1的有效直徑:70mm b.流量:0.3L/min c.測試機:KC-22B(粉塵數量測量用) d.粉塵:大氣粉塵 e.稀釋器:PALAS VKL10(用以僅將上游側稀釋成10倍者) f.測試機:RION KC-22B(粉塵數量測量用) g.運行時間:將設置有空氣濾材1的評估系統運行1分鐘後,測量依各種粒徑的粉塵數量與捕集效率,接著將空氣濾材1以150℃加熱1小時後再冷卻至室溫,然後再將評估系統運行1分鐘後,再次測量依各種粒徑的粉塵數量與捕集效率。
(3)從運行1分鐘後的粉塵個數所算出之依各種粒徑的捕集效率之N=3的測量結果如第1表,以150℃加熱1小時後再運行1分鐘後之依各種粒徑的粉塵捕集效率的測量結果如第2表。
Figure 02_image001
Figure 02_image003
3.評估結果 (1)空氣濾材1,於150℃、1小時的加熱前後,捕集效率與壓力損失並沒有顯著的變化,其結果是可以容許的程度。對於如此的結果,認為是由於加熱致使纖維狀熱熔膠接著劑的狀態變化所貢獻的。
(2)於150℃、1小時的加熱前後,空氣濾材1的厚度大約從0.41mm變化成大約0.26mm。對於該變化,亦認為是纖維狀熱熔膠接著劑的狀態變化所貢獻的。
(3)藉由150℃、1小時的加熱,纖維狀熱熔膠接著劑被熔融,且會有一部分流出至作為第2濾材20的不鏽鋼網目的外側(請參照第7圖)。當利用纖維狀熱熔膠接著劑如此的動作現象時,本發明的空氣濾材1係能夠使空氣濾材1彼此接著而成一體化、或是使空氣濾材1接著在空氣濾材1的安裝具上而成一體化。
上述依據圖示例子所說明之本發明的空氣濾材1,亦可以不同於圖示例,亦即除了在第2濾材20中用以形成上表面5的第2濾材21、以及用以形成下表面6的第2濾材22為相同規格、相同性能者之外,亦能夠以使該等第2濾材21、22為不同之樣態者,例如使用材料為不同的樣態、網目數為不同的樣態等之方式來實施。熱熔膠接著劑層31、32也是除了能夠以相同規格、相同性質之方式來實施之外,纖維狀的樣態或是基重也能夠以不同的樣態來實施。又,於圖示例中,藉由第1濾材層10、第2濾材層20(21、22)以及熱熔膠接著劑層30(31、32)所形成之5層構造的空氣濾材1,也可以將第1濾材層10設成2層以上之多層構造者、或是將第2濾材層21及/或第2濾材層22設成2層以上之多層構造者。在採用此等多層構造之情形時,相互重疊的濾材層,並不限於相同規格者。
1:空氣濾材 5:上表面 6下表面 10:第1濾材層 11:連續纖維 12:連續纖維 13:連續纖維 20:第2濾材層 21:第2濾材層 22:第2濾材層 23:縱向金屬線 24:橫向金屬線 30:接著劑層 31:接著劑層 32:接著劑層 Y:厚度方向
[第1圖]是空氣濾材的立體圖。 [第2圖]是將第1圖之A-A線剖斷面放大顯示的圖面。 [第3圖]是將第1濾材層放大顯示的圖面(照片)。 [第4圖]是將第1濾材層進一步放大顯示的圖面(照片) [第5圖]是顯示第2濾材層與接著劑層的圖面(照片)。 [第6圖]是空氣濾材的斷面圖(照片)。 [第7圖]是與第6圖相同觀察視角之加熱後的空氣濾材的圖面(照片)。 [第8圖]是用以測量空氣濾材的捕集效率與壓力損失之系統的概略圖。
1:空氣濾材
5:上表面
6:下表面
10:第1濾材層
20:第2濾材層
21:第2濾材層
22:第2濾材層
30:接著劑層
31:接著劑層
32:接著劑層
Y:厚度方向

Claims (6)

  1. 一種空氣濾材,是含有作為通氣性之合成樹脂纖維層的第1濾材層與通氣性的第2濾材層之空氣濾材,其特徵為: 上述第1濾材層是被上述第2濾材層所夾層, 上述第1濾材層與上述第2濾材層是夾介接著劑層而成一體化,該接著劑層是由以形成通氣性間隙的方式所分布之複數的纖維狀熱熔膠所構成,且形成上述第1濾材層的纖維為連續纖維。
  2. 如請求項1所述的空氣濾材,其中, 上述第2濾材層,其形成上述第2濾材層之材料的熱傳導率是比形成上述第1濾材層之材料的熱傳導率還高,且各別形成上述第1濾材層及上述第2濾材層之材料的熔融溫度是比上述纖維狀熱熔膠的熔融溫度還高。
  3. 如請求項2所述的空氣濾材,其中, 各別形成上述第1濾材層及上述第2濾材層之材料與上述熱熔膠接著劑,在熔融溫度之差至少為40℃。
  4. 如請求項3所述的空氣濾材,其中, 上述第2濾材層為金屬網目。
  5. 如請求項4所述的空氣濾材,其中, 上述第1濾材層與上述接著劑層之各別的基重是在3 g/m 2~30g/m 2與5 g/m 2~30g/m 2的範圍內,上述金屬網目的網目號數是在60~625的範圍內。
  6. 如請求項1所述的空氣濾材,其中, 上述第1濾材層,是由纖維直徑0.8μm~20μm的細徑纖維所形成,上述細徑纖維其在與長度方向正交之方向上的斷面形狀為扁平者。
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