專利名稱：一種復(fù)合過濾材料及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合過濾材料及其用途。
背景技術(shù)：
隨著我國工業(yè)進(jìn)程加快，過濾材料的應(yīng)用越來越廣泛，對其要求也越來越高。由于傳統(tǒng)過濾材料在過濾效率、濾層阻力及粉塵粒度等方面都存在不同的難點(diǎn)，這就要求我們創(chuàng)造新的過濾材料。眾所周知，過濾材料的過濾效率與其孔徑大小有直接的關(guān)系，孔徑大小將直接影響過濾效率。
傳統(tǒng)的覆膜過濾材料雖然具有較高的過濾效率，但是薄膜生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，且薄膜微孔表面易受損，或引起薄膜脫落，影響使用效果。在公開號CN2907835Y中，迎塵層由超細(xì)耐高溫合成纖維或玻璃纖維經(jīng)鋪網(wǎng)而成，也是一具有微細(xì)孔隙的薄層，可以使濾料達(dá)到優(yōu)良的表面過濾，但其每平方厘米1200至1500針的針刺密度，對纖維損傷較大。在公開號CN201643872U所述的一種表面用復(fù)合超細(xì)短纖維的濾料,其面層的端面上熔噴和熱壓有玻璃超細(xì)短纖維、聚苯硫醚超細(xì)短纖維及聚四氟乙烯超細(xì)短纖維形成的復(fù)合層，雖然也能使濾料達(dá)到很好的表面過濾，降低過濾阻力、減小能耗、延長濾料使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，但熔噴法所獲得的超細(xì)短纖維的直徑高于靜電紡絲法，從而使落料比表面積低，過濾效率比靜電紡絲法獲得的復(fù)合濾料差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高的捕集效率、低壓損、清灰次數(shù)少、使用壽命長，且100%過濾城市大氣微粒子(PM2.5)的復(fù)合過濾材料及其用途。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明的復(fù)合過濾材料是由迎塵層和基材構(gòu)成，上述迎塵層是由聚苯硫醚纖維直接堆積成網(wǎng)而成；所述基材是由中間織物增強(qiáng)層及其上下分別層疊的耐熱性短纖維網(wǎng)構(gòu)成。聚苯硫醚纖維網(wǎng)層是由聚苯硫醚纖維直接成網(wǎng)而成的，與通過針刺得到的纖維網(wǎng)層相t匕，直接成網(wǎng)而成的纖維網(wǎng)層表面具有較高的比表面積，得到的迎塵層中的微小細(xì)孔不易堵塞，降低壓損，減少清灰次數(shù)，從而延長濾料的使用壽命。在超微粒子所占比例大的環(huán)境下，作為迎塵層的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層可以過濾更細(xì)小的微粒子，特別是能夠100%過濾PM2. 5微粒子。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，優(yōu)選上述聚苯硫醚纖維是采用靜電紡絲法或熔噴法獲得的。采用靜電紡絲法與熔噴紡絲法形成的纖維相比，靜電紡絲法獲得的纖維直徑更加均勻，且可以使纖維的平均直徑變小，得到的迎塵層的纖維網(wǎng)層具有高比表面積，更優(yōu)選靜電紡絲法。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料的基材是由中間織物增強(qiáng)層及其上下分別層疊的耐熱性短纖維網(wǎng)構(gòu)成。其中間織物增強(qiáng)層起保持機(jī)械強(qiáng)度的作用，因此適合使用拉伸強(qiáng)度為500N/5cm以上的織物增強(qiáng)層。為了不影響過濾性能的壓力損失，基布優(yōu)選形成稀疏的織造組織。作為一般的構(gòu)造，有平紋組織、雙層組織、三層組織、斜紋組織、緞紋組織等，優(yōu)選平紋組織，成本低、被廣泛使用，能夠得到滿意的性能?？椢锏慕?jīng)紗密度優(yōu)選為10 60根/2. 54cm,更優(yōu)選20 50根/2. 54cm ;緯紗密度優(yōu)選為10 30根/2. 54cm,更優(yōu)選10 25根 /2. 54cm。層疊于中間織物增強(qiáng)層的上下層耐熱性短纖維網(wǎng)層的纖維平均直徑選用5 200 μ m的耐熱性纖維。當(dāng)短纖維網(wǎng)層的纖維平均直徑小于5 μ m時，造成纖維網(wǎng)致密、通氣度低而且壓力損失過大；當(dāng)平均直徑大于200 μ m時，纖維網(wǎng)稀松，其機(jī)械強(qiáng)度會比較低，優(yōu)選平均直徑為5 100 μ m,更優(yōu)選平均直徑為8 50 μ m。層疊于上述織物增強(qiáng)層的上下層的耐熱性短纖維層所使用的耐熱性纖維可以是間位芳香族聚酰胺纖維、對位芳族聚酰胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚苯并咪唑纖維、聚酰亞胺纖維、三聚氰胺基纖維、玻璃纖維、氟素纖維、碳纖維。其中優(yōu)選PPS纖維，通過使用PPS纖維，能夠得到耐熱性、耐化學(xué)藥品性和耐水解性優(yōu)良的過濾材料。
本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，上述聚苯硫醚纖維的平均直徑為IOnm 5 μ m。如果聚苯硫醚纖維平均直徑小于IOnm的話，則迎塵層可操作性變差，表面易起毛，影響過濾材料的使用壽命；如果聚苯硫醚纖維平均直接大于5 μ m的話，纖維網(wǎng)層的比表面積變小，過濾效
果變差。為了更好的捕集超微粒子，聚苯硫醚纖維的平均直徑優(yōu)選10 lOOOnm。為了更近一步抑制過濾材料的壓力損失，本發(fā)明的聚苯硫醚纖維的平均直徑更優(yōu)選200 lOOOnm，最優(yōu)選400 lOOOnm。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，上述構(gòu)成迎塵層的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層的平均孔徑為
0.I 10 μ m。如果聚苯硫醚纖維網(wǎng)層的平均孔徑小于0. I μπι的話，則壓損提高且易堵塞；如果聚苯硫醚纖維網(wǎng)層的平均孔徑大于 ο μπι的話，達(dá)不到優(yōu)異的表面過濾的效果，不利于提聞捕集效率。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，所述構(gòu)成中間織物增強(qiáng)層的纖維為耐熱性纖維。上述耐熱性纖維是間位芳香族聚酰胺纖維、對位芳族聚酰胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚苯并咪唑纖維、聚酰亞胺纖維、三聚氰胺基纖維、玻璃纖維、氟素纖維、碳纖維等纖維中的至少一種。其中優(yōu)選PPS纖維和氟系纖維，從機(jī)械強(qiáng)度高方面考慮，更優(yōu)選PPS纖維，使用PPS纖維能夠得到具有優(yōu)良的耐熱性、耐化學(xué)藥品性和耐水解性的過濾材料。另外，氟系纖維的機(jī)械強(qiáng)度比PPS纖維差，但耐熱性和耐化學(xué)藥品性優(yōu)良，因此在特別苛刻的環(huán)境中使用時，優(yōu)選使用氟系纖維。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，所述構(gòu)成中間織物增強(qiáng)層的耐熱性纖維為短纖維或長絲中的至少一種，優(yōu)選使用短纖維，短纖維紗和纖維網(wǎng)的絡(luò)合性良好，因此使過濾材料的粉塵捕集效率變得更好。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，根據(jù)JIS L 1096標(biāo)準(zhǔn)，在測試壓力為125Pa時，該復(fù)合過濾材料的通氣度為5 50cc/cm2. S。如果通氣度小于5cc/cm2. s的話,壓損大、引起阻力大，這樣就會降低過濾材料的使用壽命；如果通氣度大于50cc/cm2. s的話，容易造成粉塵進(jìn)入過濾材料內(nèi)部，這樣就造成過濾材料的堵塞，降低捕集效率，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。考慮到捕集效率和壓損,優(yōu)選5 25cc/cm2· s,更優(yōu)選6 20cc/cm2· S。
本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，在大氣粉塵粒徑為2 5 μ m之間時，能達(dá)到100%的捕集效率；在粒徑為I. O 2. O μ m之間時，能達(dá)到90%以上的捕集效率。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，根據(jù)JIS L 1096標(biāo)準(zhǔn)，該復(fù)合過濾材料的克重在300 1000g/m2之間。如果克重大于1000g/m2，就增加了成本；如果克重小于300g/m2，起過濾除塵作用的纖維網(wǎng)太薄，就無法滿足高捕集效率的作用，而且機(jī)械強(qiáng)度也無法得到滿足，優(yōu)選克重 450 700g/m2。根據(jù)JIS L 1096標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明的復(fù)合過濾材料的拉伸強(qiáng)度在500N/5cm以上。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料是用于高溫?zé)煔獬龎m的過濾材料，高溫?zé)煔獾沫h(huán)境具有溫度高、強(qiáng)的化學(xué)腐蝕性，同時煙氣中的粉塵濃度高等特點(diǎn)，因此過濾材料必須要有一定的強(qiáng)度來滿足高溫?zé)煔獾沫h(huán)境。另外過濾材料在使用過程中必須克服自身的重力和附載粉塵的重力，以及清灰時壓縮空氣對過濾材料的沖擊力。因此過濾材料的拉伸強(qiáng)度在500N/5cm以上，更優(yōu)選900N/5cm以上。 本發(fā)明的復(fù)合過濾材料，上述迎塵層與基材可以通過熱粘合的方式，也可以通過水刺固結(jié)的方式，但水刺固結(jié)法對采用靜電紡絲法獲得的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層會有破損，優(yōu)選熱粘合的方式。采取熱粘合的方式可以使聚苯硫醚纖維網(wǎng)層與基材能很好地粘結(jié)在一起，但溫度不宜過高，以防發(fā)生膠粘。熱壓的溫度和壓力由當(dāng)時被熱壓的材料的性質(zhì)決定，所以溫度和壓力沒有規(guī)定值。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料應(yīng)用于制備過濾袋中，特別應(yīng)用于高溫?zé)煔獬龎m的過濾材料。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料具有高的捕集效率、低壓損、清灰次數(shù)少、使用壽命長，且100%過濾城市大氣微粒子(PM2. 5)的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。復(fù)合過濾材料各物性的測定方法如下。單位面積重量將過濾材料切成200 X 200mm的正方形，從重量計(jì)算出過濾材料的單位面積重量。厚度使用厚度千分表(擠壓力0. 000245Pa)測定過濾材料的厚度。隨機(jī)選擇6點(diǎn)進(jìn)行測定，求出平均值。通氣度基于JISL 1096規(guī)定的弗雷澤型織物透氣性測試法測定過濾材料的通氣度，測定部位是隨機(jī)選擇6點(diǎn)進(jìn)行測定。VDI3926捕集效率基于VDI3926的標(biāo)準(zhǔn)測定過濾材料的性能，實(shí)驗(yàn)樣品的尺寸是Φ 150mm,喂入的粉塵濃度在5g/m3,過濾風(fēng)速為2m/min。實(shí)驗(yàn)的順序是,初期30回+穩(wěn)定化5000回+最后30回。這里的初期30回和最后30回的方法是，隨著運(yùn)行時間的延長，過濾材料兩面的壓差會漸漸升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)IOOOPa時，脈沖空氣對過濾材料表面的粉塵進(jìn)行清灰，然后進(jìn)行下一個過程，該過程總共進(jìn)行30回，在實(shí)驗(yàn)的過程中記錄壓力和時間的變化，同時檢測沒有被過濾材料捕集的粉塵的濃度。穩(wěn)定化過程是指在運(yùn)行的過程中，以5s為時間間隔對過濾材料進(jìn)行清灰，共進(jìn)行5000回。在這里所指的清灰的壓力是5bar。殘余壓力損失VDI3926的測定試驗(yàn)后，得到過濾材料的殘余壓力損失。捕集效率按照大氣粉塵計(jì)數(shù)法測定過濾材料的粉塵捕集效率。實(shí)驗(yàn)樣品的尺寸是Φ 170mm,過濾風(fēng)速為lmm/min，通氣5分鐘后使用RION公司制顆拉計(jì)數(shù)器(上游)測定過濾材料的上游側(cè)的大氣粉塵(粒徑0.3 5μπι)的個數(shù)Α，同時使 用該公司制顆粒計(jì)數(shù)器(下游)測定過濾材料的下游側(cè)的大氣粉塵(粒徑0. 3 5 μ m)個數(shù)B。測定試樣η等于3。從得到的測定結(jié)果，按照下式求出捕集效率(％ )。(I 一(B/A)) XlOO式中，A :上游側(cè)大氣粉塵個數(shù)B:下游側(cè)大氣粉塵個數(shù)實(shí)施例I采用靜電紡絲法將聚苯硫醚紡絲液噴至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纖維的平均直徑為400nm，然后使其堆積成平均孔徑為3 μ m迎塵層。構(gòu)成本發(fā)明復(fù)合過濾材料的基材的制作方法如下采用纖度2. 0dtex(纖維平均直徑13. 8 μ m)、匹長51mm的PPS短纖維制得經(jīng)向密度36根/2. 54cm、緯向密度15根/2. 54cm的平紋織物作為中間織物增強(qiáng)層，然后在其上下層分別層疊以190g/m2單位面積重量的短纖維網(wǎng)層，該上下兩層短纖維網(wǎng)層都是由100wt%纖度2. 2dtex(纖維平均直徑14. 5 μ m)、匹長51mm的PPS短纖維進(jìn)行開棉、梳棉處理后，以50根/cm2刺針密度進(jìn)行針刺而得到的，再通過針刺加工使中間織物增強(qiáng)層和上述的上、下兩層短纖維網(wǎng)層進(jìn)行交織，得到單位面積重量522g/m2、總針刺密度300根/cm2的基材。將上述制得的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層和上述制得的基材通過熱粘合的方式進(jìn)行粘合構(gòu)成本發(fā)明的復(fù)合過濾材料。該復(fù)合過濾材料的各物性參見表I。實(shí)施例2采用靜電紡絲法將聚苯硫醚紡絲液噴至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纖維的平均直徑為600nm，然后使其堆積成平均孔徑為4. 2 μ m的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層，制得的纖維網(wǎng)層作為本發(fā)明復(fù)合過濾材料的迎塵層。構(gòu)成本發(fā)明復(fù)合過濾材料的基材的制作方法與實(shí)施例I的不同之處是基材的上下兩層短纖維網(wǎng)層都是由IOOwt %纖度3. Odtex (纖維平均直徑16. 9 μ m)、匹長51mm的PPS短纖維進(jìn)行開棉、梳棉處理后，以50根/cm2刺針密度進(jìn)行針刺而得到的，再通過針刺加工使中間織物增強(qiáng)層和上述的上、下兩層短纖維網(wǎng)層進(jìn)行交織，得到單位面積重量530g/m2、總針刺密度300根/cm2的基材。其余采用和實(shí)施例I相同的方法得到本發(fā)明的復(fù)合過濾材料。該復(fù)合過濾材料的各物性參見表I。實(shí)施例3采用靜電紡絲法將聚苯硫醚紡絲液噴至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纖維的平均直徑為800nm，然后使其堆積成平均孔徑為6. 5 μ m的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層，制得的纖維網(wǎng)層作為本發(fā)明復(fù)合過濾材料的迎塵層。
構(gòu)成本發(fā)明復(fù)合過濾材料的基材的制作方法與實(shí)施例I的不同之處是基材的上下兩層短纖維網(wǎng)層都是由IOOwt %纖度7. 8dtex (纖維平均直徑為27. 2 μ m)、匹長76mm的PPS短纖維進(jìn)行開棉、梳棉處理后，以50根/cm2刺針密度進(jìn)行針刺而得到的，再通過針刺加工使中間織物增強(qiáng)層和上述的上、下兩層短纖維網(wǎng)層進(jìn)行交織，得到單位面積重量528g/m2、總針刺密度300根/cm2的基材。其余采用和實(shí)施例I相同的方法得到本發(fā)明的復(fù)合過濾材料。該復(fù)合過濾材料的各物性參見表I。實(shí)施例4采用熔噴法法將聚苯硫醚紡絲液噴至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纖維的平均直徑為5 μ m，然后使其堆積成平均孔徑為9. 7μπι的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層，制得的纖維網(wǎng)層作為本發(fā)明復(fù)合過濾材料的迎塵層。
構(gòu)成本發(fā)明復(fù)合過濾材料的基材的制作方法與實(shí)施例I的不同之處是基材的上下兩層短纖維網(wǎng)層都是由IOOwt %纖度7. 8dtex (纖維平均直徑為27. 2 μ m)、匹長76mm的PPS短纖維進(jìn)行開棉、梳棉處理后，以50根/cm2刺針密度進(jìn)行針刺而得到的，再通過針刺加工使中間織物增強(qiáng)層和上述的上、下兩層短纖維網(wǎng)層進(jìn)行交織，得到單位面積重量540g/m2、總針刺密度300根/cm2的基材。其余采用和實(shí)施例I相同的方法得到本發(fā)明的復(fù)合過濾材料。該復(fù)合過濾材料的各物性參見表I。比較例I中間織物增強(qiáng)層的制作同實(shí)施例1，在其上層層疊以196g/m2單位面積重量的短纖維網(wǎng)層，該短纖維網(wǎng)層是由將纖度I. Odtex (纖維平均直徑9. 7 μ m)、匹長5Imm的PPS短纖維與2. 2dtex (纖維平均直徑14. 5 μ m)、匹長51mm的PPS短纖維按重量比50 50進(jìn)行混棉，將得到的混紡短纖維進(jìn)行開棉、梳棉處理后，以50根/cm2刺針密度進(jìn)行針刺而得到的；在中間織物增強(qiáng)層的下層層疊以196g/m2單位面積重量的短纖維網(wǎng)層，該短纖維網(wǎng)層是由IOOwt %的纖度2. 2dtex(纖維平均直徑為14. 5 μ m)、匹長51mm的PPS短纖維進(jìn)行開棉、梳棉處理后，以50根/cm2刺針密度進(jìn)行針刺而得到的。再通過針刺加工使中間織物增強(qiáng)層和上述的上、下兩層短纖維網(wǎng)層進(jìn)行交織，得到單位面積重量550g/m2、總針刺密度300根/cm2的過濾材料。該過濾材料的各物性參見表I。比較例2中間織物增強(qiáng)層的制作同實(shí)施例1，然后在其上下層分別層疊以196g/m2單位面積重量的短纖維網(wǎng)層，該上下兩層短纖維網(wǎng)層都是由100wt%纖度2. 2dtex(纖維平均直徑
14.5 μ m)、匹長51mm的PPS短纖維進(jìn)行開棉、梳棉處理后，以50根/cm2刺針密度進(jìn)行針刺而得到的，再通過針刺加工使中間織物增強(qiáng)層和上述的上、下兩層短纖維網(wǎng)層進(jìn)行交織，得到單位面積重量565g/m2、總針刺密度300根/cm2的過濾材料。該過濾材料的各物性參見表I。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合過濾材料，其特征是該復(fù)合過濾材料是由迎塵層和基材構(gòu)成，所述迎塵層是由聚苯硫醚纖維直接堆積成網(wǎng)而成；所述基材是由中間織物增強(qiáng)層及其上下分別層疊的耐熱性短纖維網(wǎng)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合過濾材料，其特征是所述聚苯硫醚纖維是采用靜電紡絲法或熔噴法獲得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合過濾材料，其特征是所述聚苯硫醚纖維的平均直徑為IOnm 5 μ m0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合過濾材料，其特征是所述聚苯硫醚纖維的平均直徑為10 lOOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合過濾材料，其特征是所述構(gòu)成迎塵層的聚苯硫醚纖維網(wǎng)層的平均孔徑為O. I 10 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合過濾材料，其特征是所述構(gòu)成中間織物增強(qiáng)層的纖維為耐熱性纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合過濾材料，其特征是所述構(gòu)成中間織物增強(qiáng)層的耐熱性纖維為短纖維或長絲中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合過濾材料，其特征是根據(jù)JISL 1096標(biāo)準(zhǔn)，在測試壓力為125Pa時,該復(fù)合過濾材料的通氣度為5 50cc/cm2· S。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合過濾材料，其特征是所述迎塵層與基材是通過熱粘合的方式結(jié)合。
10.一種如權(quán)利要求I所述的復(fù)合過濾材料在制備過濾袋中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合過濾材料及其用途，該復(fù)合過濾材料是由迎塵層和基材構(gòu)成，所述迎塵層是由聚苯硫醚纖維直接堆積成網(wǎng)而成；所述基材是由中間織物增強(qiáng)層及其上下分別層疊的耐熱性短纖維網(wǎng)構(gòu)成。本發(fā)明的復(fù)合過濾材料具有高的捕集效率、低壓損、使用壽命長，且100％過濾城市大氣微粒子(PM2.5)的特點(diǎn)。
文檔編號B01D46/02GK102949890SQ20111025004
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者席群, 紀(jì)舜卿, 顧立霞 申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司