一種複合過濾材料及其生產方法和用途
2023-10-04 10:20:29 1
一種複合過濾材料及其生產方法和用途
【專利摘要】本發明公開一種複合過濾材料及其生產方法和用途，該複合過濾材料是由迎塵層和基布層構成，所述迎塵層是由直徑為10nm～5μm耐熱纖維所形成的耐熱纖維網層，所述基布層是由覆蓋係數為2600以上的機織物所形成。本發明的複合過濾材料具有捕集效率高、拉伸強力高，且能100%過濾城市大氣微粒子的特點，而且該生產方法的工藝流程短、生產效率高，可應用於煙氣過濾袋的製備。
【專利說明】一種複合過濾材料及其生產方法和用途
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種複合過濾材料及其生產方法和用途。
【背景技術】
[0002]現階段用於高溫煙氣的過濾材料大部分採用針刺氈，其生產流程繁長，包括開棉、梳理、鋪網、針刺等主要工藝流程。另外，用於除塵機的過濾材料主要體現在其過濾面，過濾面起到捕集粉塵的作用，構成過濾面的纖維需要有較細的直徑。傳統的過濾材料其過濾面大多採用超細短纖維鋪網而成，雖可以使濾料達到優良的表面過濾，但超細纖維在經過梳理時常伴隨斷絲、棉結現象的產生，同時在經過針刺時，纖維受損傷較多。
[0003]如中國公開專利CN102490417A公開了一種聚苯硫醚紡粘有基針刺非織造布的製備方法，該發明的過濾面是採用紡粘法製得的非織造纖維網，該纖維網是由直徑在30微米左右的纖維構成的，纖維較粗，過濾材料的捕集效率變差，從而影響過濾材料的過濾性能。另外，採用紡粘法生產非織造布纖維網過程中，紡絲溫度難於控制。
[0004]又如中國公開專利CN102527158A公開了一種耐高溫過濾材料，該過濾材料是由靜電紡絲法製得的纖維網作為迎塵層，由針刺法製得的纖維網作為支撐材，作為支撐材的補強材料無法滿足高溫濾料對其強力的要求，而且支撐材的生產流程複雜。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種捕集效率高、拉伸強力高，且能100%過濾城市大氣微粒子的複合過濾材料。
[0006]本發明的另一目的在於提供一種工藝流程短、生產效率高的複合過濾材料的生產方法。
[0007]本發明的複合過濾材料是由迎塵層和基布層構成，所述迎塵層是由直徑為IOnm?5μπι耐熱纖維所形成的耐熱纖維網層，所述基布層是由覆蓋係數為2600以上的機織物所形成。如果耐熱纖維的直徑小於IOnm的話，製得的纖維網層表面易起毛，作為迎塵層可操作性變差，影響過濾材料的捕集效率，從而影響過濾材料的使用壽命；如果耐熱纖維的直徑大於5 μ m的話，纖維網層的比表面積變小，微小細孔容易被堵塞，清灰次數增加，從而縮短過濾材料的使用壽命，過濾效果變差。上述基布層是由覆蓋係數為2600以上的機織物所形成的，覆蓋係數反應的是織物中經緯向的緊密程度，直觀的反應過濾材料的通氣度，如果覆蓋係數低於2600的話，製得的過濾材料的通氣度變高，影響捕集效率。另外，作為支撐材的機織物能滿足高溫濾料對其強力的要求。
[0008]上述耐熱纖維為聚苯硫醚纖維或聚四氟乙烯纖維，由於聚苯硫醚纖維和聚四氟乙烯纖維具有優良的化學穩定性以及熱穩定性，從機械強度方面考慮，優選聚苯硫醚纖維，採用聚苯硫醚纖維能夠得到具有優良的耐熱性、耐化學藥品性和耐水解性的過濾材料。另外，雖然聚四氟乙烯纖維的機械強度比聚苯硫醚纖維差，但耐熱性和耐化學藥品性優良，因此用於特別苛刻的環境中時，優選採用聚四氟乙烯纖維。[0009]構成本發明迎塵層的耐熱纖維網層的平均孔徑為0.1?10 μ m。如果耐熱纖維網層的平均孔徑小於0.1 μ m的話，纖維網層中微小細孔容易被堵塞，壓損提高、清灰次數增力口，從而縮短過濾材料的使用壽命；如果耐熱纖維網層的平均孔徑大於10 μ m的話，孔徑越粗，表面的過濾效果越差，從而導致過濾材料的捕集效率越低。
[0010]上述機織物是由纖度為200?1500dtex的耐熱短纖維紗所構成的。如果耐熱短纖維紗的纖度低於200dtex的話，作為支撐材的機織物無法滿足高溫濾料對其強力的要求，而且製得的機織物表面過於平整，不利於與耐熱纖維網層結合；如果耐熱短纖維紗的纖度大於1500dteX的話，製得的機織物表面很不平整，也不利於與耐熱纖維網層結合。上述耐熱短纖維紗為聚苯硫醚短纖維紗或聚四氟乙烯短纖維紗，優選聚苯硫醚短纖維紗。
[0011]上述耐熱短纖維紗的毛羽長度在2mm以上。耐熱性短纖維紗的毛羽可以提高機織物與迎塵層的結合力，如果毛羽長度低於2_的話，機織物與迎塵層的結合牢度降低，容易引起分層的現象，影響過濾材料的使用壽命。
[0012]本發明的複合過濾材料的拉伸強力在1000N/5cm以上，過濾材料長期在高溫情況下使用，同時還要受到壓縮空氣的衝擊，因此要求過濾材料要有一定的強度。
[0013]本發明的複合過濾材料的克重為200?500g / m2,如果克重大於500g/m2,就會增加成本；如果克重小於200 g/m2，則補強織物的強度達不到要求，機械強度也無法得到滿足，影響過濾材料的使用壽命。
[0014]本發明的複合過濾材料的生產方法，包括以下步驟:(I)採用耐熱短纖維製得纖度為200?1500dtex的耐熱短纖維紗，再將製得的耐熱短纖維紗在溫度為80?100°C、溼度為80?95%、時間為5?40min下進行熱定型加工,然後進行織造,最後製得覆蓋係數為2600以上的機織物；
(2)將耐熱材料微粒分散在可溶解的溶液中形成分散型紡絲液，再將製成的分散型紡絲液在室溫下採用靜電紡絲製備前體，然後再將前體在200?400°C的條件下處理30s?IOmin後除去聚乙烯醇基質,最後製得直徑為IOnm?5 μ m耐熱纖維,堆積形成耐熱纖維網層；
(3)將上述耐熱纖維網層與機織物進行熱粘合，熱粘合溫度控制在耐熱纖維的熔點以下、壓力為IOMPa以下，最後製得複合過濾材料。
[0015]上述步驟(I)中的熱定型處理可以加速紗線內的緩彈性變形的鬆弛過程，消除紗線內部應力，使纖維分子達到平衡狀態，有利於紗線的穩定，消減紗線間的扭縮纏繞，提高織造效率。如果熱定型溫度小於80°C，時間短於5min的話，對紗線起不到熱定型效果的作用；如果熱定型溫度高於100°C，時間長於40min的話，雖會消除紗線的扭縮現象，但使得紗線強力下降，製得的機織物的強力就會下降，最終就會影響過濾材料使用壽命。如果溼度小於80%的話，則熱定型溫度及時間比較低，對紗線起不到熱定型效果的作用；如果溼度高於95%的話，則需要提高定型溫度，延長定型時間，對紗線強力不利。
[0016]上述步驟(2)中的可溶解的溶液為聚乙烯醇水溶液，製成的分散型紡絲液在室溫下採用靜電紡絲製備前體，然後再將前體在200?400°C的條件下處理30s?IOmin後除去聚乙烯醇基質，得到上述耐熱纖維網層。這裡的溫度和時間根據耐熱材料的熔點來進行控制，溫度需要高於耐熱材料的熔點，使纖維之間發生黏黏，且在此溫度下可以除去基質聚合物。採用靜電紡絲法製得的纖維直徑更加均勻，且可以使纖維的平均直徑變小，從而得到的纖維網層具有更高的比表面積，使得微小細孔不易堵塞，降低壓損，減少清灰次數，從而延長濾料的使用壽命。在超微粒子所佔比例大的環境下，作為迎塵層的耐熱纖維網層可以過濾更細小的微粒子，特別是能夠100%過濾PM2.5微粒子。
[0017]上述步驟(3)中的熱粘合的溫度由當時被熱壓的材料的性質決定，一般控制在材料的熔點以下(PPS纖維的熔點在285°C，PTFE熔點在327°C )，如果熱粘合溫度高於上述熔點時，纖維網層易與壓輥發生膠粘現象，從而容易損壞纖維網層。當壓力大於IOMPa時，剝離時也容易發生黏黏現象，也會發生損壞纖維網層的現象。
[0018]本法明的複合過濾材料具有捕集效率高、拉伸強力高，且能100%過濾城市大氣微粒子的特點，而且該生產方法的工藝流程短、生產效率高，可應用於煙氣過濾袋的製備。
【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例更詳細地說明本發明，但本發明不受這些實施例的限制。本發明的複合過濾材料各物性的測定方法如下。
[0020]【拉伸強力】
基於JISL 1096規定的布條強度法測定過濾材料的拉伸強力。試樣尺寸是200mmX 50mm,以拉伸速度100mm/min、夾頭間隔IOOmm進行測定。測定值是試樣的經向(與纖維的取向垂直的方向，在包含平紋粗布試樣的情況下，與平紋粗布的經向同一方向)和試樣的緯向(包含平紋粗布的試樣的情況下，與平紋粗布的緯向同一方向)中的強度的值。
[0021]【單位面積重量】
將過濾材料切成200 X 200mm的正方形，從重量計算出過濾材料的單位面積重量。
[0022]【通氣度】
基於JISL 1096規定的弗雷澤型織物透氣性測試法測定過濾材料的通氣度，測定部位是隨機選擇5點進行測定。
[0023]【壓力損失】
VDI3926的測定試驗後，得到過濾材料的壓力損失。
[0024]【捕集效率】
按照大氣粉塵計數法測定過濾材料的粉塵捕集效率。實驗樣品的尺寸是Φ 170mm,過濾風速為3mm/min，通氣5分鐘後使用RION公司制顆拉計數器(上遊)測定過濾材料的上遊側的大氣粉塵(粒徑:0.3~5μπι)的個數Α，同時使用該公司制顆粒計數器(下遊)測定過濾材料的下遊側的大氣粉塵(粒徑:0.3~5μπι)個數B。測定試樣η等於3。從得到的測定結果，按照下式求出捕集效率(％): (1-Β/Α) X 100%,
式中A為上遊側大氣粉塵個數，B為下遊側大氣粉塵個數。
[0025]實施例1
(1)採用纖度為2.0dtex、平均直徑13.8 μ m、匹長51mm的聚苯硫醚短纖維製得毛羽為
2.9mm，經紗纖度為440dtex、緯紗纖度為440dtex的聚苯硫醚短纖維紗，再將製得的聚苯硫醚短纖維紗在溫度為85°C、溼度為80%、時間為20min下進行熱定型加工，然後採用平紋組織進行織造，最後製得覆蓋係數為2840的機織物作為基布層；
(2)將聚苯硫醚微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型紡絲液，製成的分散型紡絲液在室溫下採用靜電紡絲製備前體，然後再將前體在345°C的條件下處理5min後除去聚乙烯醇基質，製得直徑為400nm聚苯硫醚纖維，然後使其堆積成平均孔徑為3 μ m的聚苯硫醚纖維網層作為迎塵層；
(3)將上述製得的聚苯硫醚纖維網層與機織物在溫度為270°C、壓力為SMPa下進行熱粘合，最後製得本發明的複合過濾材料，該複合過濾材料的各物性參見表I。
[0026]實施例2
(1)採用纖度為2.0dtex、平均直徑13.8 μ m、匹長51mm的聚苯硫醚短纖維製得毛羽為3.5mm,經紗纖度為880dtex、糹韋紗纖度為843dtex的聚苯硫醚短纖維紗,再將製得的聚苯硫醚短纖維紗在溫度為90°C、溼度為85%、時間為15min下進行熱定型加工，然後採用平紋組織進行織造，最後製得覆蓋係數為3533的機織物作為基布層；
(2)將聚苯硫醚微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型紡絲液，製成的分散型紡絲液在室溫下採用靜電紡絲製備前體，然後再將前體在345°C的條件下處理5min後除去聚乙烯醇基質，製得直徑為600nm聚苯硫醚纖維，然後使其堆積成平均孔徑為4.2 μ m的聚苯硫醚纖維網層作為迎塵層；
(3)將上述製得的聚苯硫醚纖維網層與機織物在溫度為270°C、壓力為SMPa下進行熱粘合，最後製得本發明的複合過濾材料，該複合過濾材料的各物性參見表I。
[0027]實施例3
(1)採用纖度為2.0dtex、平均直徑13.8 μ m、匹長51mm的聚苯硫醚短纖維製得毛羽為
3.2mm，經紗纖度為lOOOdtex、緯紗纖度為843dtex的聚苯硫醚短纖維紗，再將製得的聚苯硫醚短纖維紗在溫度為95°C、溼度為85%、時間為15min下進行熱定型加工，然後採用平紋組織進行織造，最後製得覆蓋係數為4682的機織物作為基布層；
(2)將聚苯硫醚微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型紡絲液，製成的分散型紡絲液在室溫下採用靜電紡絲製備前體，然後再將前體在345°C的條件下處理5min後除去聚乙烯醇基質，製得直徑為800nm聚苯硫醚纖維,然後使其堆積成平均孔徑為6.5 μ m的聚苯硫醚纖維網層作為迎塵層；
(3)將上述製得的聚苯硫醚纖維網層與機織物在溫度為270°C、壓力為SMPa下進行熱粘合，最後製得本發明的複合過濾材料，該複合過濾材料的各物性參見表I。
[0028]實施例4
(1)採用纖度為2.0dtex、平均直徑13.8 μ m、匹長51mm的聚苯硫醚短纖維製得毛羽為
3.4mm,經紗纖度為531dtex、糹韋紗纖度為880dtex的聚苯硫醚短纖維紗,再將製得的聚苯硫醚短纖維紗在溫度為80°C、溼度為80%、時間為20min下進行熱定型加工，然後採用平紋組織進行織造，最後製得覆蓋係數為2840的機織物作為基布層；
(2)將聚四氟乙烯微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型紡絲液，製成的分散型紡絲液在室溫下採用靜電紡絲製備前體，然後再將前體在345°C的條件下處理5min後除去聚乙烯醇基質，製得直徑為5 μ m聚四氟乙烯纖維，然後使其堆積成平均孔徑為9.7 μ m的聚四氟乙烯纖維網層作為迎塵層；
(3)將上述製得的聚四氟乙烯纖維網層與機織物在溫度為300°C、壓力為SMPa下進行熱粘合，最後製得本發明的複合過濾材料，該複合過濾材料的各物性參見表I。
[0029]比較例I
米用纖度2.0dtex、平均直徑13.8 μ m、匹長51mm的聚苯硫醚短纖維製得毛羽為2.5mm,經紗纖度為531dtex、緯紗纖度為843dtex的聚苯硫醚短纖維紗，再進行織造，製得覆蓋係數為1246的平紋織物作為基布層；然後在其上下層分別層疊以190g/m2單位面積重量的短纖維網層，該上下兩層短纖維網層都是由10(^七％纖度2.2dtex、平均直徑14.5 μ m、匹長51mm的聚苯硫醚短纖維進行開棉、梳棉處理後，以50根/cm 2刺針密度進行針刺而得到的，再通過針刺加工使基布層和上述的上、下兩層短纖維網層進行交織，得到單位面積重量522g/m 2、總針刺密度300根/cm 2的複合過濾材料，該複合過濾材料的各物性參見表1。
【權利要求】
1.一種複合過濾材料，其特徵是:該複合過濾材料是由迎塵層和基布層構成，所述迎塵層是由直徑為IOnm?5 μ m耐熱纖維所形成的耐熱纖維網層，所述基布層是由覆蓋係數為2600以上的機織物所形成。
2.根據權利要求1所述的複合過濾材料，其特徵是:所述耐熱纖維為聚苯硫醚纖維或聚四氟乙烯纖維。
3.根據權利要求1所述的複合過濾材料，其特徵是:所述耐熱纖維網層的平均孔徑為0.1 ?10 μ m。
4.根據權利要求1所述的複合過濾材料，其特徵是:所述機織物是由纖度為200?1500dtex的耐熱短纖維紗所構成。
5.根據權利要求4所述的複合過濾材料，其特徵是:所述耐熱短纖維紗的毛羽長度在2mm以上。
6.根據權利要求1所述的複合過濾材料，其特徵是:該複合過濾材料的拉伸強力在1000N/5cm 以上。
7.根據權利要求1所述的複合過濾材料,其特徵是:該複合過濾材料的克重為200?500g / m2。
8.—種權利要求1所述的複合過濾材料的生產方法，其特徵是:包括以下步驟: (1)採用耐熱短纖維製得纖度為200?1500dtex的耐熱短纖維紗，再將製得的耐熱短纖維紗在溫度為80?100°C、溼度為80?95%、時間為5?40min下進行熱定型加工,然後再進行織造，最後製得覆蓋係數為2600以上的機織物； (2)將耐熱材料微粒分散在可溶解的溶液中形成分散型紡絲液，再將製成的分散型紡絲液在室溫下採用靜電紡絲製備前體，然後再將前體在200?400°C的條件下處理30s?IOmin後除去聚乙烯醇基質,最後製得直徑為IOnm?5 μ m耐熱纖維,堆積形成耐熱纖維網層； (3)將所述耐熱纖維網層與機織物進行熱粘合，熱粘合溫度控制在耐熱纖維的熔點以下、壓力為IOMPa以下，最後製得複合過濾材料。
9.一種權利要求1所述的複合過濾材料在製備煙氣過濾袋中的應用。
【文檔編號】B01D46/02GK103990320SQ201310051201
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年2月16日 優先權日:2013年2月16日
【發明者】席群, 蔡文杰, 紀舜卿 申請人:東麗纖維研究所（中國）有限公司