CN116726606A

CN116726606A - 一种多孔过滤材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN116726606A
Application number: CN202310832536.9A
Authority: CN
Inventors: 黄磊; 刘晓亮; 李清林
Original assignee: Jiangsu Jinyou New Material Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jinyou New Material Co ltd
Priority date: 2023-07-08
Filing date: 2023-07-08
Publication date: 2023-09-12
Anticipated expiration: 2043-07-08
Also published as: CN116726606B

Abstract

本申请涉及一种多孔过滤材料及其制备方法和应用。所述多孔材料的孔由纤维交叉排布形成，为三维网状结构，且在由上向下过滤材料的截面空间上存在孔径骤变，小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径减小10‑1000倍，且小孔径区域的平均孔径为1~30微米。本申请可适用于工业除尘、空气过滤等多个领域。所述多孔过滤材料不仅能够满足超低排放的需求，而且和以往高效除尘产品相比，压损极低，能够大大降低引风机的运行负荷，从而降低能耗，同时在长期运行后性能几乎不会下降，具有低阻、高效、寿命长的特点。

Description

一种多孔过滤材料及其制备方法和应用

技术领域：

本申请涉及一种多孔过滤材料，特别是用于工业除尘和空气过滤领域的过滤材料。

背景技术：

进入21世纪以来，各国对治理大气污染的决心越来越大，对工业企业的排放要求越来越严格，而粉尘颗粒物污染是大气污染的一个重要方面，粉尘排放会直接影响到当地居民的生命健康，使用除尘设备去除工业生产尾气中粉尘、颗粒物是除尘的有效手段，而影响除尘设备性能的核心就是设备使用的过滤材料，过滤材料的优劣不仅决定了企业的粉尘排放是否能够满足环保要求，同时还直接影响除尘过程中除尘设备的能耗高低，也很大程度上影响除尘设备的使用寿命和粉尘排放效率，进而影响运营成本。随着环保审查的趋严，产品价格的竞争加剧，传统滤料在性能和运营成本上逐渐不能满足需要。

有研究者利用聚苯硫醚制成的非织造布来制备过滤材料，这种过滤材料虽然具有低重量、高捕集效率和低压力损失的特点，但经过长时间运行后灰尘侵入过滤材料内部造成堵塞，无法有效清除，运行阻力会逐渐增大直至不能使用，影响使用过程中过滤设备能耗和过滤材料的使用寿命。针对国家碳中和碳达峰，以及工业企业环保运行节能降耗的需求，获得一种能够满足超低排放的需求，和以往高效除尘产品相比，压损极低，能够大大降低引风机的运行负荷，降低能耗，同时在长期运行后其性能几乎不会下降，使用寿命更长的过滤材料是有必要的。

发明内容：

为了满足高的粉尘过滤效率，长的使用寿命，低的运行阻力的过滤材料需求，本申请提供了一种多孔过滤材料及其制备方法及应用。

第一方面，本申请提供一种多孔过滤材料，采用如下的技术方案：

一种多孔过滤材料，材料的孔由纤维交叉排布形成，为三维网状结构，且在由上向下过滤材料的截面空间上存在孔径骤变，小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径减小10-1000倍，且小孔径区域的平均孔径为1-30μm。

上述方案中多孔过滤材料独特之处在于其孔的构造。这些孔是由纤维交叉排布形成的，构成了一种三维网状结构，纤维并不是呈现同向平行或类似平行排布，而是交叉排布，纤维和纤维之间由于交叉排布产生的微孔结构十分牢固，不会在使用的过程中由于风压或者反向喷吹产生破损，粉尘从破损处侵入过滤材料内部，从而过滤材料不会随着使用时间的增加过滤效果下降。且这种结构在过滤材料的截面空间上存在孔径骤变，这里的截面空间上的孔径骤变指的是该过滤材料有至少两层结构组成。其中一层为小孔径区域，小孔径区域为过滤层，负责清除尾气中的颗粒物，另外一层为大孔径区域，大孔径区域为支撑层，负责过滤材料的整体强度以及支撑小孔径区域。小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径减小10-1000倍，且小孔径区域的平均孔径为1-30微米。当小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径直径减小小于10倍时，两个区域的重叠面积过大，会导致透气量减小，运行阻力偏大，无法满足低阻力的要求。当小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径减小大于1000倍时，大孔区域纤维对于小孔区域纤维的支撑点数量过少，大孔径材料无法对小孔径材料提供有效的支撑，使用过程中会产生小孔区域的破裂，导致粉尘入侵，压力迅速升高，过滤效率降低，使用寿命短。当小孔平均孔径小于1微米时，运行阻力会大大提高，无法满足节能需要；当小孔区域的平均孔径大于30微米时，过滤效率就会降低，同时孔径大意味着纤维与节点之间距离过大，纤维强度降低，容易断裂，引起过滤效率降低，导致无法满足超低排放要求。

在一个具体的可实施方案中，形成孔的纤维中，占总质量分数99％-99.99％的纤维为微米级纤维，平均纤度为1.0-10.0D，所述微米级纤维组成大孔径区域，剩余占总质量分数0.01％-1％的纤维为纳米级纤维，其平均直径为50-500nm，所述纳米级纤维组成小孔径区域。

上述技术方案中，微米级纤维的质量分数为总质量分数的99％-99.99％，这里的质量分数范围主要是为了同时保证过滤材料的强度、耐用性和过滤效率。在上述范围内，纳米级纤维和微米级纤维的比例可以根据实际应用需求进行调整。当需要提高过滤效率时，可以将纳米级纤维的质量分数调整至1％；当需要提高过滤材料的强度和耐用性时，可以将微米级纤维的质量分数调整至99.99％。当微米级纤维的质量分数低于99％时，意味着纳米级纤维过多，会使整体的透气度逐渐降低，压损逐渐升高；而高于99.99％时，意味着纳米级纤维过少，过滤效率会有所降低。。

在一个具体的可实施方案中，所述纳米级纤维的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其他含氟聚合物中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，纳米级纤维的材质选择对于确保过滤材料的性能和耐用性具有关键性的影响。纳米级纤维的材质优选为聚四氟乙烯(PTFE).聚偏氟乙烯(PVDF)或其他含氟聚合物的一种或几种。这些聚合物都具有优良的耐化学腐蚀、抗热老化和优异的抗摩擦特性，这些特性有助于保护纤维即使长期使用也不受损伤，并保持其结构和性能的稳定性。如果选择其他非含氟聚合物作为材质，可能导致过滤材料在某些严酷的环境条件下，例如高温、高湿或化学腐蚀环境下，性能下降或寿命缩短。这些聚合物可以独立使用，也可以混合使用，以获取更多的物性组合，以满足特定的过滤要求。

在一种具体实施方案中，多孔纳米级纤维结构优选是通过下述一系列精细的处理步骤生成的，其中原料是分子量优选在500万到1100万之间的上述材料的树脂。首先，这种树脂会经过混合熟化和预成型处理，以保证其质量和一致性。然后，通过推压和压延的方式，树脂被进一步塑形和细化。在上述推压和压延这一步中，需要同时进行脱脂处理去除油脂，油脂的去除率优选为≥75％。随后，树脂会经过两次拉伸过程，形成节点和制造孔隙。值得注意的是，这两次拉伸的方向优选是不一致的，以保证形成的多孔结构具有良好的立体性和稳定性。优选的，推压过程通常在速度为0.5-5min/min，压力为2-10MPa的条件下进行。优选的，推压温度设定为30-70℃，压缩比设定在50-120。此外，压延的优选条件包括压延速度为1.0-5.0m/min、温度为40-70℃。优选的，拉伸温度为250-390℃，拉伸速度0.5-10m/min，拉伸倍率5-10倍。这样的条件有助于确保生成的纳米级纤维孔均匀及结点均匀的结构具有最优的性能和应用特性。

在一个具体的可实施方案中，所述微米级纤维的材质为涤纶、玻璃纤维、PTFE纤维、PPS、芳纶、纤维素纤维、丙纶纤维中的一种或多种混纺。

通过采用上述技术方案，微米级纤维可以是涤纶、玻璃纤维、PTFE纤维、PPS(聚苯硫醚)、芳纶这几种材料的一种或几种混纺。材料的结构可以为针刺滤毡、水刺滤毡、无纺布或者织物，但又不局限于以上几种。这些材料均具有优良的机械强度，化学稳定性和耐热性。如果选择其他的材质，可能导致过滤性能下降或在特定的工作条件下，如高温、高湿或化学环境下，寿命缩短。涤纶、玻璃纤维、PTFE.PPS和芳纶这些材料都有各自的特点。例如，涤纶具有良好的耐磨性和弹性，但耐热性较差；玻璃纤维耐热性良好，但易断裂；PTFE和PPS具有极好的耐化学性和耐热性，但成本较高；芳纶具有极高的强度和耐热性，但耐磨性一般，成本较高。因此，可以根据实际需求选择单一材质或者混纺材料，以优化过滤性能和寿命。

在一个具体的可实施方案中，所述纳米级纤维相互交叉形成节点，并融合形成整体结构，所述节点中80％以上的节点直径在1-15μm之间，且每30μm×30μm的面积里，节点的平均数量在5-30个。

通过采用上述技术方案，上述的纳米级纤维互相交叉会形成节点，并融合形成整体结构，所有结点中有80％以上的节点直径位于1-15微米之间。如果有过多的结点直径大于15微米，材料的孔隙分布均匀性降低，大的结点形成堵塞，从而降低透气量，运行阻力较高；当有过多的小于1微米的结点时，节点就无法为纳米级纤维提供有效的支撑，在使用过程中会使导致纳米纤维相对容易断裂，从而影响材料的整体过滤效率，影响使用寿命。多孔材料在每30μm×30μm的面积里，上述纳米级纤维形成的节点的平均数量在5-30个。在过滤材料中，节点承担着连接纤维和形成孔的重要作用。如果每30μm×30μm的面积里节点的平均数量少于5个，纤维之间的连接会逐渐减弱，从而降低了过滤材料的整体强度和稳定性，在使用过程中会使纳米纤维断裂，造成粉尘逐渐的侵入，压力略升高，寿命略降低。相反，如果节点的平均数量超过30个，可能会增加材料的密实程度，导致透气性能下降。使得初期压力有所升高，导致运行成本有所升高，上述设计进一步提高了过滤效率，并降低了阻力。

在一个具体的可实施方案中，所述纳米级纤维相互交叉的区域形成微孔，其中孔径大小在1-30μm之间的占所有孔的90％以上。

通过采用上述技术方案，上述的纳米级纤维互相交叉的区域形成微孔中，孔径大小在1-30微米之间的占所有孔的90％以上。比例低于90％，说明有较多大孔存在或者孔的分布均匀性差。当大孔较多存在时，粉尘会优先通过大孔，大孔受到的压力会逐渐增加，从而使过滤效率有所降低，压力逐渐上升，可能会导致过滤阻力偏大或者过滤效率偏低，无法完全适用目前超低排放下节能减排的需求。另外，该小孔径区域的孔隙率优选为≥85％，如果孔隙率低于85％，可能导致过滤阻力略增加，影响透气性，同时也会导致过滤效率略微降低。

在一个具体的可实施方案中，多孔过滤材料的透气量为6-12m³/m²*min@200Pa，基于VDI3926基准测试结束时的阻力不超过250Pa，过滤效率大于等于99.99％。

上述方案中，透气量并不一定和过滤效率成正比，但是透气量小于6m³/m²*min@200Pa时，说明在过滤材料结构上，可能存在过多的大的结点，或者单位面积内结点数量过多，或者小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径的差异小于10倍等，可能会导致过滤材料整体的压损偏高。当透气量大于12m³/m²*min@200Pa时，可能小孔平均孔径偏大，或者所有孔中孔径大小在1-30μm之间的占所有孔的90％以下等，可能会导致过滤效率的下降。基于VDI3926基准测试结束时的阻力不超过250Pa是由该过滤材料的结构所决定的，当结点数过多，结点密度过大不在优选范围内，或者小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径的差异小于10倍等情况发生时，就会导致阻力超过250Pa。过滤效率大于等于99.99％也和本案的结构相关，当材料的孔由纤维平行排布形成，会导致运行过程中受到喷吹压力的影响导致微孔胀大，过滤效果无法满足要求。当材料小孔径区域的平均孔径大于30微米时，也无法达到要求。当结点的直径在1微米以内，或每30μm×30μm的面积里，节点的平均数在5个以内时，会导致运行过程中微孔破损，容易使过滤效率下降。

在一个具体的可实施方案中，纳米级纤维交叉排布形成表面，其水接触角为100°-150°，基于VDI3926基准测试技术后，粉尘在表面上附着的重量≤0.25g。

上述纳米级纤维交叉排布形成的表面具有拒水特性，其水接触角优选为100°-150°。这个水接触角范围说明表面对水的排斥性强、表面能低，意味着过滤材料的表面光滑且不易被液体湿润。水接触角低于100°，意味着表面的光滑度降低，相对起来较容易粘附微小颗粒和液滴，导致运行过程中过滤材料清除表面灰尘的效果略差，导致运行过程中运行阻力逐渐攀升，相对缩短了滤袋使用寿命。当水接触角高于150°，表面光滑度可进一步提高，但由于需要引入新的表面处理剂，会造成成本提升，且对于过滤效果的提高程度较小，因此100°-150°接触角己经满足目前所有运行场景的需求。更优选水接触角为120°-140°。此外，由于纳米级纤维表面的光滑和低摩擦特性，灰尘不易附着在其表面。在基于VDI3926基准测试技术后，粉尘在样品上附着的重量≤0.25g，影响附着重量的除了表面的特性以外，还和纳米纤维的交叉排布，节点的大小，节点的密度，纤维的粗细以及孔径的大小相关。当孔径过大或者纤维过粗时，粉尘则比较容易的侵入到过滤材料的内部，粉尘沉积在过滤材料内部过多时，附着重量则容易超过0.25g，同时压力也容易上升至250Pa以上。纳米纤维平行排布或者节点过小或者节点密度过小，则表示使用过程中纳米纤维层容易破裂，粉尘较易从破裂处入侵过滤材料内部，附着重量也容易超过0.25g，同时压力也容易上升至250Pa以上。附着重量小于等于0.25g，这意味着过滤材料在实际应用中可以有效防止灰尘的堆积，同时在清灰的过程中更容易将粉尘清除，保持优良的过滤效率和透气性。

第二方面，本申请提供了一种多孔过滤材料的制备方法，将纳米级纤维通过静电纺丝、热压贴合、熔喷等一种或几种方式沉积在微米级纤维形成的平面上。

上述技术方案中，纳米级纤维可以优先通过静电纺丝、热压贴合、熔喷等方式沉积在微米级纤维形成的平面上。这些方法对于生成优化的多孔过滤材料至关重要，因为它们能有效地控制纳米级纤维在微米级纤维形成的平面上的分布和形态，进而影响多孔过滤材料的微观结构和性能。静电纺丝能产生平均直径在50-200纳米级别的细长纤维，这些纤维能形成复杂的三维网络结构，从而极大地提高过滤材料的过滤效率和透气性。热压贴合可以加强纤维间的结合力，增强材料的机械稳定性和耐用性，而熔喷方式是一种速度快且能够大量生成纳米级纤维的方法，它能在较短的时间内制备出大量纳米级纤维，有助于快速生产和大规模应用。如果采用其他方法，如湿法纺丝，可能会出现纤维直径和形态的不均一性，以及纤维分布的不均匀性，从而影响过滤材料的整体性能。

第三方面，本申请提供一种多孔过滤材料的应用，所述的多孔过滤材料可以应用在工业除尘、空气过滤领域，该材料制成的滤袋、滤筒、打折滤料等一种或多种应用产品。

通过将该高的粉尘过滤效率，长的使用寿命，低的运行阻力的过滤材料用于工业除尘、空气过滤领域，提升相应领域的过滤效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1.由于本申请采用纤维交叉排布构成三维网状结构，且在过滤材料的截面空间上存在孔径骤变，即该过滤材料有至少两层结构组成，其中一层为小孔径区域用于过滤，一层为大孔径区域用于支撑。兼顾了节能高效和长寿。

2.本申请中对上层和下层结构的微孔大小比例和纤维交织的节点数量等作合理的控制，实现过滤材料使用过程中不易破损且压损小。

3.由于本申请将纳米级纤维可以优先通过静电纺丝、热压贴合、熔喷等方式沉积在微米级纤维形成的平面上，有效地控制了纳米级纤维在微米级纤维形成的平面上的分布和形态，进而影响多孔过滤材料的微观结构和性能，使得纳米级纤维能够均匀分布在微米级纤维上，从而提高了过滤效率。

4.本申请的材料不仅能够满足超低排放要求的过滤材料，而且该过滤材料拥有极低的运行阻力、长的使用寿命，可以有效节约工业企业环保达标的运行成本，提高行业竞争力，同时能耗降低意味着企业碳排放减少，响应国家碳中和、碳达峰的政策方针。

具体实施方式：

以下实施例对本申请作进一步详细说明。

本发明多孔过滤材料的各性能的测量方法如下。但是并不局限于以下方法

【平均孔径、1-30μm孔径占比】

使用PMI(气体渗透法孔径分析仪)设备进行测试，将需要测试的样料切割成该设备所规定的直径的圆形或其它形状，注意，测试样料内部不能割破，将样料在PMI设备测试所要求的表面活性剂里面浸透30分钟以后，将样料的迎尘面向上放入仪器的测试槽中，再拧紧槽口的盖子，就可以进行测试，测试结果是由设备直接读取并换算出该过滤材料的各孔径(μm)所占整个材料比例(％)的分布情况(包括平均孔径、最大孔径μm、最小孔径μm、孔径分布)、平均测量5次，最终结果取该5次的平均值。

可以用该方法分别测试出小孔区域平均孔径以及大孔区域平均孔径，再计算出小孔区域和大孔区域相比减小倍率。

【纳米纤维层纤维的平均直径】

使用扫描电子显微镜(SEM)对纳米纤维层的表面进行测试，取样时在幅宽方向均一等间隔距离的抽取15个样料进行制样测试，每个取样测试时的放大倍率为4000倍，随机标示出样品中的构造纤维直径，每个点标示出20根纤维的直径。共标示出300根显微的直径，取其平均值。

【纳米纤维层中直径1-15μm结点占比】

使用扫描电子显微镜(SEM)对纳米纤维层的表面进行测试，取样时在幅宽方向均一等间隔距离的抽取15个样料进行制样测试，每个取样测试时的放大倍率为3000倍，标示出照片中样品中的所有的结点直径，计算出15个样料结点总和，再统计15个样料直径1-15μm的结点数量总和，再算出1-15μm的结点的占比。

【30μm*30μm结点数】

使用扫描电子显微镜(SEM)对纳米纤维层的表面进行测试，取样时在幅宽方向均一等间隔距离的抽取15个样料进行制样测试，每个取样测试时的放大倍率为3000倍，截取图中30μm*30μm的大小的部分，并数出截取图中所有结点的数量，计算出15个样料的数量平均值。

【水接触角】

采用基于ASTM D7334-08标准的接触角测定仪，沿着材料表面幅宽方向均匀选择15个测定点，每个测定点进行一次测定，在每次测试的过程中，向材料表面滴注约6μL的蒸馏水，然后立刻使用测试仪器进行角度测试。共计测试15次，取平均值作为材料的水接触角。

【透气性】

基于GB/T5453-1997标准，对过滤材料的透气性进行测试，测试点为面积100cm²的圆形，压力为200Pa，单位取m³/m²*min，幅宽方向等间距测试点10个点，取平均值。

【VDI性能(过滤效率、测试结束时的压损、测试后样品增重)】

基于VDI3926的标准测试该多孔过滤材料的性能，样料的尺寸是直径为15cm的圆。粉尘的种类为，PURAL-NF，喂入的粉尘浓度在5.0土0.5g/m³，过滤风速为2m/min(风量1.85m³/h)。实验顺序是初期30回+形成粉饼层及加速老化5000回+最后30回。

初期30回和最后30回的方法为：随着运行时间，多孔过滤材料两面的压差会渐渐升高，当压差达到1000Pa时，脉冲空气由背面对表面的方向对粉尘进行清灰，然后相同的方法进行下一个过程，该过程重复进行30回，在实验的过程中记录实验时间(s)和压力的变化，同时30回结束以后称量透过过滤材料的粉尘重量(g)。稳定化过程是指在运行的过程中，以5s为时间间隔对过滤材料进行清灰，清灰压力为5kg，清灰次数为5000回。而过滤效率、测试结束时的压损、以及测试后样品增重都是指的最后30回。

出口粉尘浓度＝透过过滤材料粉尘的重量/(1.85×时间t/3600)，出口粉尘浓度的单位为mg/m³。

过滤效率＝(1-出口粉尘浓度C/5)×100％.

压损为最后30回的最后一回喷吹后设备自动记录的压损。

测试后样品增重＝VDI试验最后30回结束后样品的重量-VDI试验前样品的重量。

当VDI过滤效率大于等于99.999％、同时阻力小于等于220Pa、同时粉尘附着的重量(测试后样品增重)小于等于0.15g时，对于产品的评价为，极其优秀☆。

当VDI过滤效率大于等于99.999％、阻力小于等于220Pa、粉尘附着的重量(测试后样品增重)小于等于0.15的三项里满足1-2项，且其它2-1项满足权力说明书中对VDI的要求时，对于产品的评价为，VDI优秀。

当VDI过滤效率满足权力说明书中对YDI的要求时，对于产品的评价为，一般△。

只要由一项不满足权力说明书中对VDI的要求时，对于产品的评价为较差×。

实施例

实施例1:

小孔区域纳米纤维层采用PTFE纳米纤维，其外观形态为PTFE膜，其中该层的平均孔径为7μm、克重为1.25g/m²、PTFE纳米纤维的平均直径为200nm，通过SEM电镜的观察直径1-15μm的结点占所有结点总数的98％,30μm*30μm区域里节点数为18个，通过PMI设备的测试1-30μm的孔径占比达到96％。

大孔区域，采用了涤纶纺粘无纺布，克重为250g/m²，该层的平均孔径为105μm。

小孔径区域比大孔径区域减小15倍，通过热压贴合的方式将小孔区域压合至大孔区域之上得到了一种多孔过滤材料。

上述多孔过滤材料测试其纳米纤维层面的水接触角为125°，测试其透气性为10.3m³/m²*min。VDI测试，其过滤效率达到99.9998％,阻力为166,测试后测试样品增重0.08g。对于产品的VDI评价为极其优秀。

实施例2:

和实施例1相比，实施例2的小孔区域纳米纤维平均孔径为1.2μm、通过PMI设备的测试1-30μm的孔径占比为75％。

小孔径区域比大孔径区域孔径减小倍率为87.5倍，其它所有的条件都和实施例1相同。

结果实施例2所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为132°，测试其透气性为6.7m³/m²*min。VDI测试，其过滤效率达到99.9999％，阻力为225Pa，测试后测试样品增重0.07g。对于产品的VDI评价为优秀。

实施例2和实施例1相比，孔径变小，因此透气性降低，阻力增加。

实施例3:

和实施例1相比，实施例3的小孔区域纳米纤维平均孔径为26μm、通过PMI设备的测试1-30μm的孔径占比为75％。

小孔径区域比大孔径区域孔径减小倍率为12.5倍，其它所有的条件都和实施例1相同。

结果实施例3所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为121°，测试其透气性为11.9m³/m²*min。VDI测试，其过滤效率达到99.9989％,阻力为202Pa,测试后测试样品增重0.18g。对于产品的VDI评价为优秀。

实施例3和实施例1相比，孔径变大，因此粉尘渗透增加，过滤效率降低，阻力增加，测试后测试样品增重增加。

实施例4:

和实施例1相比，实施例4的小孔区域所有条件都和实施例1相同。

大孔区域，采用了涤纶纺粘无纺布，克重为85g/m²，该层的平均孔径为380μm。

结果实施例4所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为125°，测试其透气性为11.5m³/m²*min,VDI测试，其过滤效率达到99.9996％，阻力为150Pa.，测试后测试样品增重0.08g。对于产品的VDI评价为极其优秀。

实施例4和实施例1相比，仅仅是大孔区域克重以及孔径变化。VDI阻力降低，VDI其它性能几乎没有差异。

实施例5-6:

和实施例1相比，实施例5,6的小孔区域纳米纤维平均纤维直径发生了变化，实施例5为600nm，实施例6为40nm。其它所有的条件都和实施例1相同。

结果实施例5所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为98°，测试其透气性为10.0m³/m²*min。由于纤维较粗导致粉尘少量入侵及渗透，VDI测试，其过滤效率达到99.9970％，阻力为230Pa,测试后测试样品增重0.21g。对于产品的VDI评价为一般。

结果实施例6所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为160°，测试其透气性为9.7m³/m²*min。由于纤维太细导致，清灰5000回时小孔区域产生局部破裂，导致粉尘少量入侵及渗透，VDl测试其过滤效率达到99.9970％，阻力为230Pa,测试后测试样品增重0.22g。对于产品的VDl评价为一般。

实施例7:

和实施例1相比，实施例7,1-15μm的结点占所有结点总数的75％。剩余的25％中24％以上都是超过15μm的大结点，其它所有的条件都和实施例1相同。

结果实施例7所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为125°，测试其透气性为7.1m³/m²*min。由于纤维较粗导致粉尘少量入侵及渗透，VDI测试，其过滤效率达到99.9990％，阻力为237Pa，测试后测试样品增重0.10g。对于产品的VDI评价为优秀。大结点过多导致了透气度下降以及阻力升高。

另外，如果剩余的25％中大部分都是小于1μm的结点，清灰5000回时较容易导致纳米纤维层面的局部破损，导致过滤效率降低。

实施例8-9:

和实施例1相比，实施例8,9的30μm*30μm区域里结点数发生了变化，实施例8为4个，实施例9为40个。其它所有的条件都和实施例1相同。

结果实施例8所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为125°，测试其透气性为12.6m³/m²*min。由于单位面积的结点数少，清灰5000回时小孔区域产生局部破裂，导致粉尘少量入侵及渗透，其过滤效率为99.9967％，阻力为235Pa,测试后测试样品增重0.23g。对于产品的VDI评价为一般。

结果实施例9所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为125°，测试其透气性为7.8m³/m²*min。由于单位面积结点过多，导致透气度降低，VDI测试，其过滤效率达到99.9990％，阻力为232Pa,测试后测试样品增重0.10g。对于产品的VDI评价为优秀。

实施例10:

和实施例1相比，实施例10,1-30μm的孔径占比为80％，其它所有的条件都和实施例1相同。

结果实施例10所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为125°，测试其透气性为12.3m³/m²*min。由于纤维较粗导致粉尘少量入侵及渗透，VDI测试，其过滤效率达到99.9988％，阻力为200Pa,测试后测试样品增重0.18g。对于产品的VDI评价为优秀。虽然平均孔径不变，但是由于大孔径比例增加，导致了过滤效率下降以及粉尘入侵阻力升高、增重增加。

实施例11-13:

和实施例2相比，实施例11-13微米纤维层纤维发生了变化，实施例11为PET针刺滤毡，克重为500g/m^2，，小孔区域占总质量比为0.25％；实施例12为PTFE针刺滤毡，克重为580g/m²，小孔区域占总质量比为0.22％，实施例13为PPS针刺滤毡，克重为550g/m²，小孔区域占总质量比为0.23％。其它所有的条件都和实施例2相同。

实施例11所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为132°，测试其透气性为6.1m³/m²*min。由于透气性和实施例2相比减少，导致阻力增加为228Pa，其它性能和实施例2一致。对于产品的VDI评价为优秀。

实施例12所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为132°，测试其透气性为5.2m³/m²*min。由于透气性和实施例2相比减少，导致阻力增加为240Pa，其它性能和实施例2一致。对于产品的VDI评价为优秀。

实施例13叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为132°，测试其透气性为5.9m³/m²*min。由于透气性和实施例2相比减少，导致阻力增加为230，其它性能和实施例2一致。对于产品的VDI评价为优秀。

实施例14:

和实施例1相比，实施例14微米纤维层纤维发生了变化，实施例14为玻纤织物，克重为600g/m²，小孔区域占总质量比为0.21％，平均孔径为350μm，其它所有的条件都和实施例1相同。

实施例14所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为125°，测试其透气性为11.5m³/m²*min。由于透气性和实施例1相比增加，使得阻力减少至155Pa，其它性能和实施例1一致。对于产品的VDI评价为极其优秀。

实施例15：

小孔区域纳米纤维层采用PVDF纳米纤维，其中该层的平均孔径为7μm、克重为1.25g/m²、PVDF纳米纤维的平均直径为200nm，通过SEM电镜的观察直径1-15μm的结点占所有结点总数的98％,30μm*30μm区域里结点数为18个，由于PVDF是通过静电纺的方法直接复合至大孔区域层的，因此无法单独用PMI法测试其微孔分布，只能采用SEM电镜法测量其微孔孔径以及分布。

小孔径区域比大孔径区域减小15倍，通过静电纺的方式直接将PVDF纳米纤维复合至大孔区域之上得到了一种多孔过滤材料。

上述多孔过滤材料测试其纳米纤维层面的水接触角为105°，测试其透气性为12.6m³/m²*min。VDI测试，PVDF层在5000回时发送了局部破损，其过滤效率达到99.9975％,阻力为240Pa,测试后测试样品增重0.20g。对于产品的VDI评价为一般。

实施例16：

小孔区域纳米纤维层采用PET熔喷层，其中该层的平均孔径为7μm、克重为80g/m².PET纤维的平均直径为2000nm,PMI法测试其1-30μm孔径占比为96％。

小孔径区域比大孔径区域减小15倍，通过熔喷的方式直接将PET纤维复合至大孔区域之上得到了一种多孔过滤材料。

上述多孔过滤材料水滴立刻吸收无法测试其水接触角，测试其透气性为8.3m³/m²*min,VDI测试，由于小孔区域纤维较粗，其过滤效率达到99.9980％，阻力为250Pa,测试后测试样品增重0.25g。对于产品的VDI评价为一般。

比较例1：

和实施例2相比，比较例1微米纤维层纤维发生了变化，比较例I大孔区域为PTFE针刺滤毡，克重为650g/m²，平均孔径为9.6μm，小孔径区域比大孔径区域孔径减小倍率为8倍。其它条件和实施例2一致。

上述多孔过滤材料测试其纳米纤维层面的水接触角为132°，测试其透气性为3.1m³/m²*min。VDI测试，其过滤效率达到99.9999％，但是由于透气度过小，导致阻力为330Pa,测试后测试样品增重0.15g。对于产品的VDI评价为较差。

比较例2:

和实施例2相比，比较例2微米纤维层纤维发生了变化，比较例2大孔区域为玻纤织物，克重为400g/m²，平均孔径为1320μm，小孔径区域比大孔径区域孔径减小倍率为1100倍。其它条件和实施例2一致。

上述多孔过滤材料测试其纳米纤维层面的水接触角为132°，侧试其透气性为8.1m³/m²*min。VDI测试，5000回后纳米纤维层面大面积破损，其过滤效率达到99.9890％,导致阻力为279Pa,测试后测试样品增重1.56g。对于产品的VDI评价为较差。

比较例3：

和实施例1相比，比较例3，通过PMI设备的测试小孔区域纳米纤维平均孔径为0.5μm、1-30μm的孔径占比为40％。

其他所有条件都和实施例1相同。

结果比较例3所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为140°，由于孔径过小，测试其透气性为4.5m³/m²*min。VDI测试，其过滤效率达到99.9998％，阻力升高为375Pa，测试后测试样品增重0.08g。对于产品的VDI评价为较差。

比较例4：

和实施例1相比，比较例4，通过PMI设备的测试小孔区域纳米纤维平均孔径为35μm、1-15μm的孔径占比为36％。

其他所有条件都和实施例1相同。

结果比较例3所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为95°，由于孔径过小，测试其透气性为15.7m³/m²*min。VDI测试，其过滤效率达到99.9920％，阻力升高为290Pa，测试后测试样品增重0.67g。对于产品的VDI评价为较差。

比较例5：

和实施例1相比，比较例5没有小孔区域，仅有大孔区域。

大孔区域的条件都和实施例1相同。

结果比较例5所叙述的过滤材料的透气性为55m³/m²*min。VDI测试，粉尘大量入侵，其过滤效率为97.02％，阻力升高为540Pa，测试后测试样品增重0.77g。对于产品的VDI评价为较差。

比较例6：

和实施例1相比，比较例6小孔区域PTFE纳米纤维的排列呈现水平排列。

其余的条件都和实施例1相同。

结果比较例6所叙述的多孔过滤材料的纳米纤维层面的水接触角为125°，其透气性为10.3m³/m²*min。VDI测试，5000回发生了局部破损，其过滤效率为99.9940％，阻力升高为285Pa，测试后测试样品增重0.40g。对于产品的VDI评价为较差

表1实施例1-实施例9的多孔过滤材料的构成及材料性能

表2实施例10-实施例16的多孔过滤材料的构成及材料性能

表3对比例1-对比例6的多孔过滤材料的构成及材料性能

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种多孔过滤材料，其特征在于:所述多孔过滤材料的孔由纤维交叉排布形成，为三维网状结构，且在由上向下过滤材料的截面空间上存在孔径骤变，小孔径区域和大孔径区域相比平均孔径减小10-1000倍，且小孔径区域的平均孔径为1-30μm。

2.根据权利要求1所述的多孔过滤材料，其特征在于:形成孔的纤维中，占总质量分数99%-99.99%的纤维为微米级纤维，平均纤度为1.0-10.0D，所述微米级纤维组成大孔径区域，剩余占总质量分数0.01%-1%的纤维为纳米级纤维，其平均直径为50-500nm，所述纳米级纤维组成小孔径区域。

3.根据权利要求2所述的多孔过滤材料，其特征在于:所述纳米级纤维的材质为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其他含氟聚合物中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的多孔过滤材料，其特征在于:所述微米级纤维的材质为涤纶、玻璃纤维、PTFE纤维、PPS、芳纶、纤维素纤维、丙纶纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的多孔过滤材料，其特征在于:所述纳米级纤维相互交叉形成节点，并融合形成整体结构，所述节点中80%以上的节点直径在1-15μm之间，且每30μm×30μm的面积里，节点的平均数量在5-30个。

6.根据权利要求2所述的多孔过滤材料，其特征在于:所述纳米级纤维相互交叉的区域形成微孔，其中孔径大小在1-30μm之间的占所有孔的90%以上。

7.根据权利要求1-6任一项所述的多孔过滤材料，其特征在于:多孔过滤材料的透气量为6-12 m³/m²*min@200Pa，基于VDI3926基准测试结束时的阻力不超过250Pa，过滤效率大于等于99.99%。

8.根据权利要求2-6任一项所述的多孔过滤材料，其特征在于:纳米级纤维交叉排布形成表面，其水接触角为100°-150°，基于VDI3926基准测试技术后，粉尘在表面附着的重量≤0.25g。

9.一种权利要求1-6任一项所述的多孔过滤材料的制备方法，其特征在于:将纳米级纤维通过静电纺丝、热压贴合、熔喷等一种或几种方式沉积在微米级纤维形成的平面上。

10.一种权利要求1-6任一项所述的多孔过滤材料的应用，其特征在于:所述多孔过滤材料应用于工业除尘、空气过滤领域。