CN104208950B

CN104208950B - 一种海岛型复合纤维滤料及其制备方法

Info

Publication number: CN104208950B
Application number: CN201410446462.6A
Authority: CN
Inventors: 张孝南; 贾佳; 李淑莉; 方虹天
Original assignee: JIANGNAN BRANCH OF CHINA TEXTILE ACADEMY
Current assignee: China Textile Academy (Zhejiang) Technology Research Institute Co. Ltd.
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: CN104208950A

Abstract

本发明公开了一种海岛型复合纤维滤料及其制备方法，涉及非织造过滤材料技术领域，其特征在于：海岛型复合纤维滤料的上层与下层均为海岛型复合纤维网，在上下两层海岛型复合纤维网的中间，设置有普通涤纶纤维网和三层涤纶基布。本发明通过对海岛型复合纤维滤料结构的改进，同时优化复合超细纤维的海岛组分及与普通纤维的混合铺网比例、预针刺、开纤、水刺加固工艺，制备的滤料表面光滑，过滤拦截效率高。

Description

一种海岛型复合纤维滤料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种非织造过滤材料，尤其是涉及一种海岛型复合纤维滤料及其制备方法，该过滤材料用于粒径在2.5微米以下的细颗粒物粉尘过滤。

背景技术：

PM2.5主要来源于日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/20大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。因此，如何去除这些含尘气体已成为一个迫切的问题。

非织造过滤材料因其加工流程短、成本低已被广泛用于空气过滤行业，因其过滤过程属于深层过滤，故滤料难清灰，使用寿命短。而且，由于常规纤维制成的滤料孔径相对那些细小微粒来说还是偏大，微尘颗粒还是很容易进入滤料中，这样就导致滤料的喷吹周期缩短，而且时间长了滤料的透气性能和过滤效率也随之降低。因而常规纤维滤料很难达到PM2.5指标要求，或者需要与其他更加昂贵的高性能纤维或者薄膜复合加工才能提高其过滤性能。

目前，常规海岛型复合纤维经针刺或水刺制成非织造布成品，然后通过烧碱减量开纤可获得超细纤维滤料，过滤精度提高，但是由于成品布结构已经固定，减量开纤后纤维散乱程度较小，形成的过滤孔径相对来说PM2.5颗粒还是偏大，微尘颗粒还是很容易进入过滤材料中，这样就导致过滤材料的喷吹周期缩短，而且时间长了过滤材料的透气性能和过滤效率也随之降低。单纯为了提高表面过滤效果还需要将纤维磨毛以增加纤维混乱程度，实际操作难以保证纤维充分缠结，过滤效果不佳，而且形成粗糙的表面，积灰难以清除。如果在纤维上覆膜，过滤面阻较大，能耗高，针对覆膜工艺优化成本也较高。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一方面是提供一种能够有效地过滤PM2.5颗粒的海岛型复合纤维滤料。

本发明采取的技术方案如下：

一种海岛型复合纤维滤料，其特征在于：海岛型复合纤维滤料的上层与下层均为海岛型复合纤维网，在上下两层海岛型复合纤维网的中间，设置有普通涤纶纤维网和三层涤纶基布。

进一步地：

所述的海岛型复合纤维网在整体纤维网中所占重量百分比为10%-30%，所述的整体纤维网是指上下两层海岛型复合纤维网、以及中间的普通涤纶纤维网和三层涤纶基布铺网而成。

所述海岛型复合纤维网采用COPET/PA30/70海岛型复合纤维。

所述的涤纶基布均为0.5×0.5cm的网格布。

本发明提供的一种海岛型复合纤维滤料，首先将海岛型复合纤维网和普通涤纶纤维网按照一定比例均匀铺网，其中，上下两层均为海岛复合纤维网，经减量可以形成过滤面。考虑到常规工艺纤维网经后道预针刺，加固程度不够，碱减量后布的上下层容易发生结构滑移，尺寸稳定性较差，因此，在海岛型复合纤维网和普通涤纶纤维网的中间加入三层涤纶基布，为了保证过滤中的透气量，经多次实验，将涤纶基布均设计成0.5×0.5cm的网格布效果最好，再采用上刺、下刺、组合刺的方式进行预针刺，结合特殊的预针刺工艺参数，制成结构稳定、强力适中的预针刺毡，再经烧碱优先工艺减量开纤，然后平幅充分水洗洗去烧碱，上下两面施加一定压力使超纤内部初步缠结，最后再经水刺加固，制成海岛型复合纤维滤料。

本发明的第二方面目的是提供一种海岛型复合纤维滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、海岛型复合纤维与普通涤纶纤维均匀铺网：

将海岛型复合纤维与普通涤纶纤维均匀铺网，其中：上层与下层均为海岛型复合纤维网，在上下两层海岛型复合纤维网的中间，设置有普通涤纶纤维网和三层涤纶基布；

所述海岛复合纤维网优选采用COPET/PA30/70海岛型复合纤维，该海岛型复合纤维由低熔点聚酯COPET构成的海和耐碱型组分构成的岛复合，比例为30/70,其中耐碱性组分为PA、PPS、PET中的任意一种；

所述的三层涤纶基布均采用0.5×0.5cm的网格布；

为了使减量效果稳定（滤料强力和开纤后纤维分布程度），经优选，海岛型复合纤维在整体纤维网中所占重量百分比为10%-30%。

所述的整体纤维网是指上层与下层为海岛型复合纤维网，以及设置于上下两层海岛型复合纤维网中间的普通涤纶纤维网和三层涤纶基布组成。

（2）、针刺：

由于后道开纤工艺是将针刺毡浸入高温碱溶液的减量机中，在开纤时减量对针刺毡有一定损伤，要保证针刺毡开纤的顺利进行，这就对针刺毡的强度有一定要求，所以在针刺工序中，对纤维网加固时应该使得针刺毡结构尽量稳定，经优选，采用以下针刺工艺参数：

针刺设备	1	2	3、4	5、6
					针刺方式	上刺	下刺	上刺、下刺	上刺、下刺
针刺深度（mm）	10-12	8-10	3-5	4-7
					针刺频率（次/min）	750-800	950-1000	650-700	650-700
植针密度：	4500	6000	8000	8000

上述工艺中，针刺方式、植针密度为固定，针刺深度、针刺频率为优选范围，考虑到后道开纤，需要在表面形成超细纤维散乱分布的状态，所以上表中，后四道针刺深度和频率都降低，并且接近，以使得开纤顺利进行，否则针刺过于密集，将影响开纤散乱分布的状态。在此范围内可以满足使针刺毡结构稳定，并保有较高强力；

（3）、开纤：

本发明海岛型复合纤维滤料由COPET、耐碱性组分、普通PET纤维网和涤纶基布组成，其中COPET含量为3%-9%（重量百分比），COPET作为海组分更易减量，同时为了尽量避免普通PET减量，所以工艺最大程度地满足COPET减量而不减量普通PET，基于上述考虑，优选开纤工艺参数如下：烧碱用量为5-10g/L，工艺温度100℃，保温时间为30min，减量开纤效果由失重率来评定。

减量率=失重率=（G₀-G₁）/G₀×100%；

式中：G₀为开纤前针刺毡的干重；G₁为开纤后针刺毡的干重。

通过针对海组分制定特殊的减量工艺，保证开纤充分的同时避免普通涤纶减量，最终获得分布散乱的超细纤维，形成致密的过滤孔径，确保成品过滤效果。

（4）、水洗、初加压：

采用平幅水洗保证充分洗去烧碱，在上下两面施加50MPa的平面压力，超细纤维初步形成缠结；

（5）、水刺加固：

水刺是将开纤之后结构散乱的针刺毡表面加固结实，形成均匀致密表面光滑的超细纤维过滤材料，由于开纤后的纤维较为松散，所以初道压力不能太大，而且相比常规工艺纤维更易缠结，考虑到纤维强力的影响，水刺道数不宜太多，初道水刺之后只需两道水刺加固即可，因此，确定水刺加固工艺参数如下：采用三道水刺，初道水刺压力为60-75MPa，第二道水刺压力为80-90MPa，第三道水刺压力140-150MPa。

本发明的有益效果如下：

（1）优选了复合超细纤维的海岛组分及与普通纤维的混合铺网比例、预针刺参数，为后道开纤的顺利进行打下基础。

（2）在制备工艺中，采用先预针刺，使织物结构在紧张和松弛之间保持一定程度，既满足开纤加工所需骨架稳定性，又能使纤维网获得一定的疏松度。

（3）针对海组分制定特殊的减量工艺，保证开纤充分的同时避免普通涤纶减量，最终获得分布散乱的超细纤维，形成致密的过滤孔径，确保成品过滤效果。

经过预刺工艺优化，再通过一定的碱减量工艺开纤，开纤后可使超细纤维充分散乱，通过碱溶和水洗作用形成的超细纤维（2-6微米），在内部充分缠结，最后用水刺的方式加固，做成非织造滤料，其表面能够有效地过滤PM2.5颗粒。

（4）水刺加固形成表面致密光滑的过滤材料，水刺工艺的调整可以使滤料空气面阻较小，过滤拦截效率高。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明：

图1为本发明海岛型复合纤维过滤材料的结构示意图。

图中标号：1为海岛型复合纤维网；2为普通涤纶纤维网；3为涤纶基布。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的海岛型复合纤维滤料，上下两层为海岛型复合纤维网，上下两层海岛型复合纤维网的中间，为普通涤纶纤维网和三层涤纶基布。

本发明的海岛型复合纤维滤料，其整体生产工艺流程为：混合铺网——针刺——开纤（碱减量）——水洗、初加压——水刺加固。

实施例1：

1．混合铺网：

将占整体纤维网重量10%的COPET/PA30/70海岛型复合纤维，与普通涤纶纤维混合铺网，其中：上下两面为海岛型复合纤维网，中间为普通涤纶纤维网和三层涤纶基布（0.5×0.5cm的网格布）。

2.针刺：

针刺参数为：

针刺设备	1	2	3、4	5、6
					针刺方式	上刺	下刺	上刺、下刺	上刺、下刺
针刺深度（mm）	11	8	3	4
					针刺频率（次/min）	750	950	670	670
植针密度：	4500	6000	8000	8000

3.开纤：

本实施例中，采用COPET/PA30/70海岛型复合纤维，由COPET和耐碱性组分组成，其中COPET含量为3%（占整体纤维网重量），所以确定开纤工艺参数如下：烧碱用量为5g/L，工艺温度100℃，保温时间为30min。

4.水洗、初加压：

平幅水洗保证充分洗去烧碱，通过在上下两面施加50MPa的平面压力，使超细纤维初步形成缠结。

5.水刺加固：

由于海岛型复合纤维含量较少，所以水刺压力较小，压力分别为：初道为60MPa，第二道为80MPa，第三道140MPa。

实施例2：

1．混合铺网：

将占整体纤维网重量10%的20%的COPET/PTFE30/70海岛型复合纤维与普通涤纶纤维混合铺网。上下两面为海岛复合纤维网，中间为普通涤纶纤维网和三层涤纶基布（0.5×0.5cm的网格布）。

2.针刺：

针刺参数为：

针刺设备	1	2	3、4	5、6
					针刺方式	上刺	下刺	上刺、下刺	上刺、下刺
针刺深度（mm）	10	9	4	6
					针刺频率（次/min）	770	980	650	650
植针密度：	4500	6000	8000	8000

3.开纤：

本实施例中，海岛型复合纤维由COPET和PTFE组成，其中COPET含量为6%（占整体纤维网重量），所以开纤用烧碱的用量为8g/L，工艺温度100℃，保温时间为30min。

4.水洗、初加压：

平幅水洗保证充分洗去烧碱，在上下两面施加50MPa的平面压力，超细纤维初步形成缠结。

5.水刺加固：

水刺加固中压力分别为：初道为70MPa，第二道为85MPa，第三道145MPa。

实施例3：

1．混合铺网：

将占整体纤维网重量30%的COPET/PPS30/70海岛型复合纤维与普通涤纶纤维混合铺网。上下两面为海岛复合纤维网，中间为普通涤纶纤维网和三层涤纶基布（0.5×0.5cm的网格布）。

2.针刺：

针刺参数为：

针刺设备	1	2	3、4	5、6
					针刺方式	上刺	下刺	上刺、下刺	上刺、下刺
针刺深度（mm）	10	9	4	6
					针刺频率（次/min）	800	1000	700	700
植针密度：	4500	6000	8000	8000

3.开纤：

本实施例中，海岛型复合纤维由COPET和PPS组成，其中COPET含量为9%（占整体纤维网重量），所以开纤用烧碱的用量为10g/L，工艺温度100℃，保温时间为30min。

4.水洗、初加压：

5.水刺加固：

由于海岛复合纤维中的pps刚性强，所以加固时应该采用较高压力进行缠结，经选择，压力分别为：初道为75MPa，第二道为90MPa，第三道150MPa。

实施例的效果统计：

以实施例1、2、3与常规水刺加固过滤布（加固后开纤、磨毛）对比过滤性能为例，进行处理效果统计如表1所示。

表1：

备注：常规滤料只比较过滤性能，其他性能略。

如表1所示：

1、本发明的三种实施例，所制备的海岛型复合纤维滤料，表面都比较光滑，耐酸碱性和耐热性不同，根据用途采取不同的复合材料制得。材料的经、纬向强力分别大于900N和1200N，都满足了国家标准中对于过滤材料经、纬向强力的性能指标要求，具备工业实际应用性。

2、三种实施例的过滤材料排放浓度和过滤效率都相差很小，排放浓度均远远低于30mg/m³的国家标准，总体过滤效率均大于99.999%，满足国家规定的99.9%的标准要求。而常规方法加工的滤料排放浓度高于国家标准，过滤效率也差。综上，过滤性能表现为：实施例2＞实施例3＞实施例1＞常规滤料。

Claims

1.一种海岛型复合纤维滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、海岛型复合纤维与普通涤纶纤维均匀铺网：

（2）、针刺：

针刺工艺参数以下：

针刺设备 1 2 3、4 5、6 针刺方式上刺下刺上刺、下刺上刺、下刺针刺深度（mm） 10-12 8-10 3-5 4-7 针刺频率（次/min） 750-800 950-1000 650-700 650-700 植针密度： 4500 6000 8000 8000

（3）、开纤：

开纤工艺参数如下：烧碱用量为5-10g/L，工艺温度100℃，保温时间为30min，

（4）、水洗、初加压：

（5）、水刺加固：

水刺加固工艺参数如下：采用三道水刺，初道水刺压力为60-75MPa，第二道水刺压力为80-90MPa，第三道水刺压力140-150MPa。

2.根据权利要求1所述的一种海岛型复合纤维滤料的制备方法，其特征在于：所述海岛复合纤维网优选采用COPET/PA30/70海岛型复合纤维，该海岛型复合纤维由低熔点聚酯COPET构成的海和耐碱型组分构成的岛复合，比例为30/70,其中耐碱性组分为PA、PPS、PET中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种海岛型复合纤维滤料的制备方法，其特征在于：所述的三层涤纶基布均采用0.5×0.5cm的网格布。

4.根据权利要求1所述的一种海岛型复合纤维滤料的制备方法，其特征在于：海岛型复合纤维在整体纤维网中所占重量百分比为10%-30%。

5.根据权利要求1所述的一种海岛型复合纤维滤料的制备方法，其特征在于：所述开纤工艺中，减量开纤效果由失重率来评定，减量率=失重率=（G₀-G₁）/G₀×100%；式中：G₀为开纤前针刺毡的干重；G₁为开纤后针刺毡的干重。