一種海島型復合纖維濾料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海島型復合纖維濾料及其制備方法，涉及非織造過濾材料【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于：海島型復合纖維濾料的上層與下層均為海島型復合纖維網(wǎng)，在上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)的中間，設置有普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布。本發(fā)明通過對海島型復合纖維濾料結(jié)構(gòu)的改進，同時優(yōu)化復合超細纖維的海島組分及與普通纖維的混合鋪網(wǎng)比例、預針刺、開纖、水刺加固工藝，制備的濾料表面光滑，過濾攔截效率高。
【專利說明】一種海島型復合纖維濾料及其制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種非織造過濾材料，尤其是涉及一種海島型復合纖維濾料及其制備方法，該過濾材料用于粒徑在2.5微米以下的細顆粒物粉塵過濾。
[0002]【背景技術(shù)】:
PM2.5主要來源于日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物，大多含有重金屬等有毒物質(zhì)。氣象專家和醫(yī)學專家認為，由細顆粒物造成的灰霾天氣對人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。粒徑10微米以上的顆粒物，會被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5微米至10微米之間的顆粒物，能夠進入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對人體健康危害相對較??；而粒徑在2.5微米以下的細顆粒物，直徑相當于人類頭發(fā)的1/20大小，不易被阻擋。被吸入人體后會直接進入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。因此，如何去除這些含塵氣體已成為一個迫切的問題。
[0003]非織造過濾材料因其加工流程短、成本低已被廣泛用于空氣過濾行業(yè)，因其過濾過程屬于深層過濾，故濾料難清灰，使用壽命短。而且，由于常規(guī)纖維制成的濾料孔徑相對那些細小微粒來說還是偏大，微塵顆粒還是很容易進入濾料中，這樣就導致濾料的噴吹周期縮短，而且時間長了濾料的透氣性能和過濾效率也隨之降低。因而常規(guī)纖維濾料很難達到PM2.5指標要求，或者需要與其他更加昂貴的高性能纖維或者薄膜復合加工才能提高其過濾性能。
[0004]目前，常規(guī)海島型復合纖維經(jīng)針刺或水刺制成非織造布成品，然后通過燒堿減量開纖可獲得超細纖維濾料，過濾精度提高，但是由于成品布結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，減量開纖后纖維散亂程度較小，形成的過濾孔徑相對來說PM2.5顆粒還是偏大，微塵顆粒還是很容易進入過濾材料中，這樣就導致過濾材料的噴吹周期縮短，而且時間長了過濾材料的透氣性能和過濾效率也隨之降低。單純?yōu)榱颂岣弑砻孢^濾效果還需要將纖維磨毛以增加纖維混亂程度，實際操作難以保證纖維充分纏結(jié)，過濾效果不佳，而且形成粗糙的表面，積灰難以清除。如果在纖維上覆膜，過濾面阻較大，能耗高，針對覆膜工藝優(yōu)化成本也較高。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明的第一方面是提供一種能夠有效地過濾PM2.5顆粒的海島型復合纖維濾料。
[0007]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
一種海島型復合纖維濾料，其特征在于:海島型復合纖維濾料的上層與下層均為海島型復合纖維網(wǎng)，在上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)的中間，設置有普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布。
[0008]進一步地:
所述的海島型復合纖維網(wǎng)在整體纖維網(wǎng)中所占重量百分比為10%-30%，所述的整體纖維網(wǎng)是指上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)、以及中間的普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布鋪網(wǎng)而成。
[0009]所述海島型復合纖維網(wǎng)采用C0PET/PA 30/70海島型復合纖維。
[0010]所述的滌綸基布均為0.5X0.5cm的網(wǎng)格布。
[0011]本發(fā)明提供的一種海島型復合纖維濾料，首先將海島型復合纖維網(wǎng)和普通滌綸纖維網(wǎng)按照一定比例均勻鋪網(wǎng)，其中，上下兩層均為海島復合纖維網(wǎng)，經(jīng)減量可以形成過濾面?？紤]到常規(guī)工藝纖維網(wǎng)經(jīng)后道預針刺，加固程度不夠，堿減量后布的上下層容易發(fā)生結(jié)構(gòu)滑移，尺寸穩(wěn)定性較差，因此，在海島型復合纖維網(wǎng)和普通滌綸纖維網(wǎng)的中間加入三層滌綸基布，為了保證過濾中的透氣量，經(jīng)多次實驗，將滌綸基布均設計成0.5X0.5cm的網(wǎng)格布效果最好，再采用上刺、下刺、組合刺的方式進行預針刺，結(jié)合特殊的預針刺工藝參數(shù)，制成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強力適中的預針刺氈，再經(jīng)燒堿優(yōu)先工藝減量開纖，然后平幅充分水洗洗去燒堿，上下兩面施加一定壓力使超纖內(nèi)部初步纏結(jié)，最后再經(jīng)水刺加固，制成海島型復合纖維濾料。
[0012]本發(fā)明的第二方面目的是提供一種海島型復合纖維濾料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(I)、海島型復合纖維與普通滌綸纖維均勻鋪網(wǎng):
將海島型復合纖維與普通滌綸纖維均勻鋪網(wǎng)，其中:上層與下層均為海島型復合纖維網(wǎng)，在上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)的中間，設置有普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布；
所述海島復合纖維網(wǎng)優(yōu)選采用C0PET/PA 30/70海島型復合纖維，該海島型復合纖維由低熔點聚酯COPET構(gòu)成的海和耐堿型組分構(gòu)成的島復合，比例為30/70，其中耐堿性組分為PA、PPS、PET中的任意一種；
所述的三層滌綸基布均采用0.5X0.5cm的網(wǎng)格布；
為了使減量效果穩(wěn)定(濾料強力和開纖后纖維分布程度)，經(jīng)優(yōu)選，海島型復合纖維在整體纖維網(wǎng)中所占重量百分比為10%-30%。
[0013]所述的整體纖維網(wǎng)是指上層與下層為海島型復合纖維網(wǎng)，以及設置于上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)中間的普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布組成。
[0014](2)、針刺:
由于后道開纖工藝是將針刺氈浸入高溫堿溶液的減量機中，在開纖時減量對針刺氈有一定損傷，要保證針刺氈開纖的順利進行，這就對針刺氈的強度有一定要求，所以在針刺工序中，對纖維網(wǎng)加固時應該使得針刺氈結(jié)構(gòu)盡量穩(wěn)定，經(jīng)優(yōu)選，采用以下針刺工藝參數(shù):
針刺設備|1|2|3、4|5、6
-針刺方式工下刺 -上刺、下刺上刺、下刺針刺深度(mm)_ 10-12 8-103-5__
針刺頻率(次/min)750-800 950-1000 650-700 650-700
植針密度:丨4500 丨6000丨8000丨8000
上述工藝中，針刺方式、植針密度為固定，針刺深度、針刺頻率為優(yōu)選范圍，考慮到后道開纖，需要在表面形成超細纖維散亂分布的狀態(tài)，所以上表中，后四道針刺深度和頻率都降低，并且接近，以使得開纖順利進行，否則針刺過于密集，將影響開纖散亂分布的狀態(tài)。在此范圍內(nèi)可以滿足使針刺氈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并保有較高強力；
(3)、開纖: 本發(fā)明海島型復合纖維濾料由COPET、耐堿性組分、普通PET纖維網(wǎng)和滌綸基布組成，其中COPET含量為3%-9% (重量百分比)，C0PET作為海組分更易減量，同時為了盡量避免普通PET減量，所以工藝最大程度地滿足COPET減量而不減量普通PET，基于上述考慮，優(yōu)選開纖工藝參數(shù)如下:燒堿用量為5-10g/L，工藝溫度100°C，保溫時間為30min，減量開纖效果由失重率來評定。
[0015]減量率=失重率=(G0-G1)/G0XlOO % ；
式中A為開纖前針刺租的干重而為開纖后針刺租的干重。
[0016]通過針對海組分制定特殊的減量工藝，保證開纖充分的同時避免普通滌綸減量，最終獲得分布散亂的超細纖維，形成致密的過濾孔徑，確保成品過濾效果。
[0017](4)、水洗、初加壓:
采用平幅水洗保證充分洗去燒堿，在上下兩面施加50MPa的平面壓力，超細纖維初步形成纏結(jié)；
(5)、水刺加固:
水刺是將開纖之后結(jié)構(gòu)散亂的針刺氈表面加固結(jié)實，形成均勻致密表面光滑的超細纖維過濾材料，由于開纖后的纖維較為松散，所以初道壓力不能太大，而且相比常規(guī)工藝纖維更易纏結(jié)，考慮到纖維強力的影響，水刺道數(shù)不宜太多，初道水刺之后只需兩道水刺加固即可，因此，確定水刺加固工藝參數(shù)如下:采用三道水刺，初道水刺壓力為60-75MPa，第二道水刺壓力為80-90MPa，第三道水刺壓力140_150MPa。
[0018]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)優(yōu)選了復合超細纖維的海島組分及與普通纖維的混合鋪網(wǎng)比例、預針刺參數(shù)，為后道開纖的順利進行打下基礎(chǔ)。
[0019](2)在制備工藝中，采用先預針刺，使織物結(jié)構(gòu)在緊張和松弛之間保持一定程度，既滿足開纖加工所需骨架穩(wěn)定性，又能使纖維網(wǎng)獲得一定的疏松度。
[0020](3)針對海組分制定特殊的減量工藝，保證開纖充分的同時避免普通滌綸減量，最終獲得分布散亂的超細纖維，形成致密的過濾孔徑，確保成品過濾效果。
[0021]經(jīng)過預刺工藝優(yōu)化，再通過一定的堿減量工藝開纖，開纖后可使超細纖維充分散舌L通過堿溶和水洗作用形成的超細纖維(2-6微米)，在內(nèi)部充分纏結(jié)，最后用水刺的方式加固，做成非織造濾料，其表面能夠有效地過濾PM2.5顆粒。
[0022](4)水刺加固形成表面致密光滑的過濾材料，水刺工藝的調(diào)整可以使濾料空氣面阻較小，過濾攔截效率高。
[0023]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0024]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明海島型復合纖維過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中標號:1為海島型復合纖維網(wǎng)；2為普通滌綸纖維網(wǎng)；3為滌綸基布。
[0026]【具體實施方式】:
如圖1所示，本發(fā)明的海島型復合纖維濾料，上下兩層為海島型復合纖維網(wǎng)，上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)的中間，為普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布。
[0027]本發(fā)明的海島型復合纖維濾料，其整體生產(chǎn)工藝流程為:混合鋪網(wǎng)一針刺一開纖(堿減量)-7K洗、初加壓-水刺加固。
[0028]實施例1:
1.混合鋪網(wǎng):
將占整體纖維網(wǎng)重量10%的C0PET/PA 30/70海島型復合纖維，與普通滌綸纖維混合鋪網(wǎng)，其中:上下兩面為海島型復合纖維網(wǎng)，中間為普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布(0.5X0.5cm的網(wǎng)格布)。
[0029]2.針刺:
針刺參數(shù)為一___
針刺設備P [2 [3^4[δΤθ
針刺方式_胃胃玉1、下刺 --τη~
針刺深度(mm)_11_8_3_4_
?十刺頻率(次/min) ~750 950 670670
ft針密度:|4500|60(X)|8000|8000
3.開纖:
本實施例中，采用C0PET/PA 30/70海島型復合纖維，由COPET和耐堿性組分組成，其中COPET含量為3% (占整體纖維網(wǎng)重量)，所以確定開纖工藝參數(shù)如下:燒堿用量為5g/L，工藝溫度100°C，保溫時間為30min。
[0030]通過針對海組分制定特殊的減量工藝，保證開纖充分的同時避免普通滌綸減量，最終獲得分布散亂的超細纖維，形成致密的過濾孔徑，確保成品過濾效果。
[0031]4.水洗、初加壓:
平幅水洗保證充分洗去燒堿，通過在上下兩面施加50MPa的平面壓力，使超細纖維初步形成纏結(jié)。
[0032]5.水刺加固:
由于海島型復合纖維含量較少，所以水刺壓力較小，壓力分別為:初道為60MPa，第二道為80MPa，第三道140MPa。
[0033]
實施例2:
1.混合鋪網(wǎng):
將占整體纖維網(wǎng)重量10%的20%的C0PET/PTFE 30/70海島型復合纖維與普通滌綸纖維混合鋪網(wǎng)。上下兩面為海島復合纖維網(wǎng)，中間為普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布(0.5X0.5cm的網(wǎng)格布)。
[0034]2.針刺:
針刺參數(shù)為:1BiJ設備|1 |2 |3、4|5、6
針刺方式_?￥Ψ?τ--ι、下刺 urn~
針刺深度(mm)_10 9_4_6_
?十刺頻率(次/min) ~770 980 650650
ft針密度:|4500|60(X)|8000|8000
3.開纖:
本實施例中，海島型復合纖維由COPET和PTFE組成，其中COPET含量為6% (占整體纖維網(wǎng)重量)，所以開纖用燒堿的用量為8g/L，工藝溫度100°C，保溫時間為30min。
[0035]4.水洗、初加壓:
平幅水洗保證充分洗去燒堿，在上下兩面施加50MPa的平面壓力，超細纖維初步形成纏結(jié)。
[0036]5.水刺加固:
水刺加固中壓力分別為:初道為70MPa，第二道為85MPa，第三道145MPa。
[0037]實施例3:
1.混合鋪網(wǎng):
將占整體纖維網(wǎng)重量30%的C0PET/PPS 30/70海島型復合纖維與普通滌綸纖維混合鋪網(wǎng)。上下兩面為海島復合纖維網(wǎng)，中間為普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布(0.5X0.5cm的網(wǎng)格布)。
[0038]2.針刺:
針刺參數(shù)為一___
針刺設備P [2 [3^4[δΤθ
針刺方式_胃胃玉1、下刺 --τη~
針刺深度(mm)_10 9_4_6_
?十刺頻率(次/min) ~800 1000 700700
ft針密度:|4500|60(X)|8000|8000
3.開纖:
本實施例中，海島型復合纖維由COPET和PPS組成，其中COPET含量為9%(占整體纖維網(wǎng)重量)，所以開纖用燒堿的用量為10g/L，工藝溫度100°C，保溫時間為30min。
[0039]4.水洗、初加壓:
平幅水洗保證充分洗去燒堿，在上下兩面施加50MPa的平面壓力，超細纖維初步形成纏結(jié)。
[0040]5.水刺加固:
由于海島復合纖維中的PPS剛性強，所以加固時應該采用較高壓力進行纏結(jié)，經(jīng)選擇，壓力分別為:初道為75MPa，第二道為90MPa，第三道150MPa。
[0041]實施例的效果統(tǒng)計:
以實施例1、2、3與常規(guī)水刺加固過濾布(加固后開纖、磨毛)對比過濾性能為例，進行處理效果統(tǒng)計如表I所示。
[0042]表1:
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備注:常規(guī)濾料只比較過濾性能，其他性能略。
[0043]如表I所示:
1、本發(fā)明的三種實施例，所制備的海島型復合纖維濾料，表面都比較光滑，耐酸堿性和耐熱性不同，根據(jù)用途采取不同的復合材料制得。材料的經(jīng)、緯向強力分別大于900N和1200N，都滿足了國家標準中對于過濾材料經(jīng)、緯向強力的性能指標要求，具備工業(yè)實際應用性。
[0044]2、三種實施例的過濾材料排放濃度和過濾效率都相差很小，排放濃度均遠遠低于30mg/m3的國家標準，總體過濾效率均大于99.999%，滿足國家規(guī)定的99.9%的標準要求。而常規(guī)方法加工的濾料排放濃度高于國家標準，過濾效率也差。綜上，過濾性能表現(xiàn)為:實施例2 >實施例3 >實施例1>常規(guī)濾料。
【權(quán)利要求】
1.一種海島型復合纖維濾料，其特征在于:海島型復合纖維濾料的上層與下層均為海島型復合纖維網(wǎng)，在上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)的中間，設置有普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海島型復合纖維濾料，其特征在于:所述的海島型復合纖維網(wǎng)在整體纖維網(wǎng)中所占重量百分比為10%-30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海島型復合纖維濾料，其特征在于:所述海島型復合纖維網(wǎng)采用COPET/PA 30/70海島型復合纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海島型復合纖維濾料，其特征在于:所述的滌綸基布均為0.5X0.5cm的網(wǎng)格布。
5.一種海島型復合纖維濾料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、海島型復合纖維與普通滌綸纖維均勻鋪網(wǎng): 將海島型復合纖維與普通滌綸纖維均勻鋪網(wǎng)，其中:上層與下層均為海島型復合纖維網(wǎng)，在上下兩層海島型復合纖維網(wǎng)的中間，設置有普通滌綸纖維網(wǎng)和三層滌綸基布； (2)、針刺:針刺工藝參數(shù)以下:___ 針刺設備[I[2[3^4[δΤθ方式上刺 -下刺~h刺、下刺上刺、下刺 — 針刺深度(mm)_10-12 8-10__ -針刺頻率(次/min) ~ 750-800 " 950-1000 一 650-700650-700 一 -植針密度:丨4500 丨6000丨8000丨8000一 (3)、開纖: 開纖工藝參數(shù)如下:燒堿用量為5-10g/L，工藝溫度100°C，保溫時間為30min， (4)、水洗、初加壓: 采用平幅水洗保證充分洗去燒堿，在上下兩面施加50MPa的平面壓力，超細纖維初步形成纏結(jié)； (5)、水刺加固: 水刺加固工藝參數(shù)如下:采用三道水刺，初道水刺壓力為60-75MPa，第二道水刺壓力為80-90MPa，第三道水刺壓力140_150MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海島型復合纖維濾料的制備方法，其特征在于:所述海島復合纖維網(wǎng)優(yōu)選采用C0PET/PA 30/70海島型復合纖維，該海島型復合纖維由低熔點聚酯COPET構(gòu)成的海和耐堿型組分構(gòu)成的島復合，比例為30/70，其中耐堿性組分為PA、PPS、PET中的任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海島型復合纖維濾料的制備方法，其特征在于:所述的三層滌綸基布均采用0.5X0.5cm的網(wǎng)格布。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海島型復合纖維濾料的制備方法，其特征在于:海島型復合纖維在整體纖維網(wǎng)中所占重量百分比為10%-30%。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種海島型復合纖維濾料的制備方法，其特征在于:所述開纖工藝中，減量開纖效果由失重率來評定，減量率=失重率=(G0-G1)ZG0XlOO %;式中:Gtl為開纖前針刺租的干重A1為開纖后針刺租的干重。
【文檔編號】B01D39/14GK104208950SQ201410446462
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】張孝南, 賈佳, 李淑莉, 方虹天 申請人:紹興中紡院江南分院有限公司