一種針刺靜電濾棉及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針刺靜電濾棉，包括針刺無紡層,在所述針刺無紡層的上表面、下表面中的任一面或兩面上設(shè)一層紡粘無紡布。針刺靜電濾棉的制備方法為：制作針刺棉→烘燥→與紡粘層復(fù)合→靜電施加→卷裝成品。本發(fā)明對針刺棉進(jìn)行復(fù)合，增強(qiáng)針刺棉的抗風(fēng)壓能力，直到支撐作用；本發(fā)明在針刺棉上施加高密度靜電荷，不但大大提高了過濾效率，使過濾效率能提高至98%以上，而且極大地降低了過濾阻力，使過濾阻力能降至7Pa以下。經(jīng)此處理后的針刺靜電濾棉，具有過濾效率高、過濾阻力超低和壽命長的突出特點(diǎn)，并且經(jīng)緯向強(qiáng)力和耐磨等物理性能優(yōu)異，大大優(yōu)異于目前常用的熔噴靜電濾棉。
【專利說明】一種針刺靜電濾棉及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬空氣凈化領(lǐng)域，所涉及的是一種針刺靜電濾棉，具體說一種針刺靜電過濾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人的一生至少有80%以上的時(shí)間是在室內(nèi)度過的。隨著人們生活水平的提高與科技快速發(fā)展，人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量提出了更高的要求，空氣凈化器、吸塵器、口罩和空調(diào)等室內(nèi)和局部凈化產(chǎn)品成為了家庭日常必需品。濾料作為以上產(chǎn)品的核心部件，它要具備高過濾效率、低阻力和較高的容塵量。
[0003]聚丙烯纖維由于具有吸濕性小、不霉不蛀、良好的耐磨性能和優(yōu)異的耐腐蝕性能，以及低廉的成本，受到家用過慮行業(yè)的青睞，業(yè)已成為常用的主流過濾材料。熔噴過濾布憑借極細(xì)的纖維細(xì)度(可達(dá)I μ m)、三維微孔結(jié)構(gòu)，成為亞高效及以上級(jí)別的主打?yàn)V料，而經(jīng)過電暈駐極使熔噴過濾材料中的超細(xì)纖維帶上靜電荷，使熔噴過濾材料超細(xì)纖維過濾再疊加靜電吸附過濾，成為高效過濾材料的核心。但熔噴過濾材料有兩個(gè)無法解決的缺陷:一是過濾阻力很大；二是其強(qiáng)度很低，基本無強(qiáng)力。由于熔噴過濾材料憑借其超細(xì)纖維捕捉塵粒，過濾阻力隨著過濾效率增大而增大，因此，要保證較高的過濾效率，則其過濾阻力一定偏大。而在強(qiáng)度改善上:專利CN101432334A介紹了一種在聚酯原料中添加一定比例的環(huán)族或芳族粒子來提高熔噴材料的強(qiáng)度；中國專利CN202202113U、CN102847374A采用熔噴布與紡粘無紡布復(fù)合的形式，以改善熔噴材料強(qiáng)度的不足問題。
[0004]普通蓬松針刺濾料具有較大的孔隙、較高的孔隙率、內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈三維立體形狀、過濾阻力極小等優(yōu)點(diǎn)，但其過濾效率較差，只能應(yīng)用于初效過濾上而不能應(yīng)用于中高效過濾器中。本發(fā)明選用特殊的纖維原料，采用針刺工藝制作出針刺無紡基布，利用非均勻電場引起空氣局部擊穿，瞬時(shí)高壓電暈放電所產(chǎn)生的離子束會(huì)轟擊電介質(zhì)并使它帶上電荷，含塵氣流中的塵粒通過濾料時(shí)會(huì)被帶上一定的電荷，由于異性電荷相吸而被捕捉到濾料的纖維上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決熔噴過濾材料高效卻不低阻、普通針刺濾料低阻卻不高效的難題，，本發(fā)明的目的在于提供一種過濾效率高，阻力卻極小，并具有一定強(qiáng)度的針刺靜電濾棉。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種針刺靜電濾棉，包括針刺無紡層，在所述針刺無紡層的上表面、下表面中的任一面或兩面上設(shè)一層紡粘無紡布。
[0008]進(jìn)一步地，在所述針刺無紡層為靜電針刺無紡纖維層。
[0009]進(jìn)一步地，所述靜電針刺無紡纖維層中的纖維的細(xì)度范圍為1.0-3.5dtex，單根纖維直徑在9-18 μ m,纖維長度30_60mm。
[0010]進(jìn)一步地，所述纖維截面形狀為扁平狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一方面有利于提高纖維的表面積，提高纖維表面電荷，有利于儲(chǔ)存電荷保持長久穩(wěn)定，相應(yīng)地也增加靜電吸附效率；
[0011]另一方面增加灰塵與纖維的接觸面積，提高物理攔截效率和增強(qiáng)重力沉降作用。
[0012]上述針刺靜電濾棉的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0013]I)針刺無紡層的制作:將聚丙烯短切纖維依次經(jīng)過開松混合、梳理、鋪網(wǎng)，制成較為蓬松的聚丙綸纖網(wǎng)，然后再經(jīng)多道針刺加固成針刺無紡層，所述針刺無紡層的克重為30-300g/m2 ；
[0014]2)烘燥工藝:將步驟I)得到的針刺無紡層先進(jìn)行預(yù)烘，然后再進(jìn)行烘焙，即得到針刺濾棉；
[0015]3)靜電施加工藝:將經(jīng)過步驟2)處理過的針刺濾棉通過一個(gè)或幾個(gè)連續(xù)的高壓電暈放電電場，電壓在30-80KV，放電時(shí)間保持在1-10S ；
[0016]4)裁剪卷裝:將經(jīng)過步驟3)靜電處理過的針刺濾棉按要求尺寸裁剪，卷繞成針刺濾棉卷；
[0017]5)紡粘無紡布的制作:選用細(xì)度范圍為2-3D的聚丙烯長絲為原料，克重在10-50g/m2 ;采用常規(guī)方法制成紡粘無紡布卷；亦可選用有不同花紋的熱軋紡粘無紡布，以增強(qiáng)靜電濾棉表面花紋；
[0018]6)復(fù)合工藝:由兩個(gè)導(dǎo)布架分別引導(dǎo)紡粘無紡布卷和針刺濾棉卷，然后按3_20m/min速度將針刺濾棉和紡粘無紡布并合，同時(shí)保證紡粘無紡布在針刺濾棉的下面。
[0019]在步驟I)中制作針刺無紡層時(shí)，工作溫度控制在22-26°C，濕度控制在50_60%RH。
[0020]在步驟2)中，預(yù)烘溫度為30-50°C，焙烘溫度為40-80°C，烘燥時(shí)間為l_5min。
[0021]在步驟2)中，針刺密度決定著產(chǎn)品的強(qiáng)度，針刺密度的選擇要與克重、強(qiáng)力要求、表面效果相一致。針刺密度在150-750刺/cm2較為適合。
[0022]步驟3)為本發(fā)明的另一重要工藝，它是直接對制成的針刺濾棉進(jìn)行施加靜電工序。主要有三個(gè)參數(shù):
[0023]1、電場電壓:若電壓小，則電勢就小，處于電場中纖維表面上面的自由電荷就不會(huì)向纖維的另一端移動(dòng)，即在纖維上形成的微電場也較弱；反之，電壓過大，則容易擊穿纖維電場，造成纖維無法帶上電荷。本發(fā)明中電場應(yīng)有至多三個(gè)，每個(gè)電場電壓應(yīng)在30-80KV。
[0024]2、放電時(shí)間:如放電時(shí)間短，則達(dá)不到預(yù)定的帶電效果；如放電時(shí)間過長，則影響生產(chǎn)效率，造成生產(chǎn)能力浪費(fèi)。本發(fā)明中所用的放電時(shí)間應(yīng)保持在1-10S。
[0025]3、濾棉與電場的距離:濾棉是以一定速度通過高壓電場，如果濾棉離電場距離近，則在生產(chǎn)中容易碰到電極；若太遠(yuǎn)則施加靜電效果較弱。本發(fā)明中濾棉與電場的距離控制在3-30cm范圍內(nèi)。
[0026]與現(xiàn)有產(chǎn)品相比的優(yōu)勢:
[0027]現(xiàn)有市場上的濾棉，以熔噴濾棉和針刺濾棉居多，而此兩類濾棉各自存有性能弱點(diǎn)。熔噴過濾棉是依靠其單位面積內(nèi)纖維根數(shù)多來攔截塵埃，濾棉本身由細(xì)度1-3 μ m的超細(xì)纖維組成，因此其過濾效率較高，但過濾阻力更大，容塵量也有限，強(qiáng)度較差。針刺濾棉是靠針刺來固結(jié)，由于存在三維立體結(jié)構(gòu)，單位容塵量較大，強(qiáng)度和伸長性也較好，但由于濾棉上存在刺針眼大，造成濾棉孔隙大、孔隙率高，這固然使阻力較小，但其過濾效率也較差，一般用于初效過濾場合。
[0028]本發(fā)明靜電濾棉與熔噴過濾棉相比，過濾阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于熔噴過濾棉，并且強(qiáng)度和伸長性遠(yuǎn)高于熔噴過濾棉；與針刺濾棉相比,本發(fā)明靜電濾棉上每根纖維均帶有靜電荷,通過靜電吸附塵埃作用，其過濾效率也遠(yuǎn)高于針刺濾棉。
[0029]與現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)相比的優(yōu)勢:
[0030]本發(fā)明采用針刺工藝與電暈放電的工序，創(chuàng)造性地開發(fā)出針刺靜電濾棉。本發(fā)明工藝創(chuàng)造性地在針刺工藝之后施加電暈放電工藝，使針刺無紡濾棉上帶上靜電，克服了由于針刺刺針針眼過大而造成的過濾效率低的問題，同時(shí)保留了針刺濾棉過濾阻力極小、容塵量較大、強(qiáng)度與伸長較好的優(yōu)點(diǎn)。
[0031]一般而言，過濾效率與過濾阻力是一對矛盾體，過濾效率高則過濾阻力就會(huì)大，過濾阻力小，其過濾效率就會(huì)小。本發(fā)明針刺靜電濾棉實(shí)現(xiàn)了高過濾效率、低過濾阻力、大容
塵量等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明針刺靜電濾棉單層紡粘無紡布復(fù)合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明針刺靜電濾棉雙層紡粘無紡布復(fù)合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3為本發(fā)明靜電無紡層的纖維帶電效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0036]如圖1至圖3所示，一種針刺靜電濾棉，包括針刺無紡層1，在所述針刺無紡層I的上表面、下表面中的任一面或兩面上設(shè)一層紡粘無紡布2。
[0037]其中，所述針刺無紡層I為靜電針刺無紡纖維層；所述靜電針刺無紡纖維層中的纖維的細(xì)度范圍為1.0-3.5dtex，單根纖維直徑在9-18μπι，纖維長度30_60mm ;所述纖維截面形狀為扁平狀結(jié)構(gòu)。
[0038]下面通過實(shí)施例具體闡述本發(fā)明。
[0039]實(shí)施例1:一種針刺靜電濾棉的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0040]I)針刺無紡層制作:將聚丙烯短切纖維依次經(jīng)過開松混合、梳理、鋪網(wǎng)，制成較為蓬松的聚丙綸纖網(wǎng)，聚丙綸纖網(wǎng)的克重為35g/m2，縱向纖維取向度在87，縱橫向強(qiáng)度比在2.9 ;然后再經(jīng)二道針刺對聚丙綸纖網(wǎng)進(jìn)行正反面加工，針刺密度155刺/cm2，加固成針刺無紡層，制作車間的工作溫度控制在22-26°C，濕度控制在50-60%RH。
[0041]2)烘燥工藝:將步驟I)得到的針刺無紡層先進(jìn)行預(yù)烘，然后再進(jìn)行烘焙，即得到針刺濾棉；其中預(yù)烘溫度為30°C，焙烘溫度為40°C，烘燥時(shí)間為lmin。
[0042]3)將經(jīng)過步驟2)處理過的針刺濾棉通過一個(gè)高壓電暈放電電場，電壓在35KV，放電時(shí)間保持在1S，通過電場的布與電場的高壓線距離要嚴(yán)格控制在3.5cm范圍內(nèi)；
[0043]4)裁剪卷裝:將經(jīng)過步驟3)靜電處理過的針刺濾棉按要求尺寸裁剪，卷繞成針刺濾棉卷；
[0044]5)紡粘無紡布的制作:選用細(xì)度范圍為2-3D的聚丙烯長絲為原料，克重在IOg/m2 ;制成紡粘無紡布卷；亦可選用有不同花紋的熱軋紡粘無紡布，以增強(qiáng)靜電濾棉表面花紋；市場上有售。
[0045]6)復(fù)合工藝:由兩個(gè)導(dǎo)布架分別引導(dǎo)紡粘無紡布卷和針刺濾棉卷，按19.5m/min
速度并合。
[0046]利用本實(shí)例制得的針刺靜電濾棉，過濾效率為42%，過濾阻力為0.5Pa，容塵量為135g/m2。
[0047]實(shí)施例2:
[0048]I)針刺無紡層制作:將聚丙烯短切纖維依次經(jīng)過開松混合、梳理、鋪網(wǎng)，制成較為蓬松的聚丙綸纖網(wǎng)，制成的聚丙綸纖網(wǎng)克重為85，縱向纖維取向度在76，縱橫向強(qiáng)度比在
2.5。然后再經(jīng)二道針刺對聚丙綸纖網(wǎng)進(jìn)行正反面加工，針刺密度206刺/cm2，加固成針刺無紡層，制作車間的工作溫度控制在22-26°C，濕度控制在50-60%RH。
[0049]2)烘燥工藝:將步驟I)得到的針刺無紡層先進(jìn)行預(yù)烘，然后再進(jìn)行烘焙，即得到針刺濾棉；其中預(yù)烘溫度為40°C，焙烘溫度為50°C，烘燥時(shí)間為2min。
[0050]3)將經(jīng)過步驟2)處理過的針刺濾棉通過一個(gè)高壓電暈放電電場，電壓在46KV，放電時(shí)間保持在3S，通過電場的布與電場的高壓線距離要嚴(yán)格控制在7cm ；
[0051]4)裁剪卷裝:將經(jīng)過步驟3)靜電處理過的針刺濾棉按要求尺寸裁剪，卷繞成針刺濾棉卷；
[0052]5)紡粘無紡布的制作:選用細(xì)度范圍為2-3D的聚丙烯長絲為原料，克重在15g/m2 ;制成紡粘無紡布卷；亦可選用有不同花紋的熱軋紡粘無紡布，以增強(qiáng)靜電濾棉表面花紋；市場上有售。
[0053]6)復(fù)合工藝:由兩個(gè)導(dǎo)布架分別引導(dǎo)紡粘無紡布卷和針刺濾棉卷，按14m/min速
度并合。
[0054]利用本實(shí)例制得的針刺靜電濾棉，過濾效率為74%，過濾阻力為IPa，容塵量為362g/m2。
[0055]實(shí)施例3:
[0056]I)針刺無紡層制作:將聚丙烯短切纖維依次經(jīng)過開松混合、梳理、鋪網(wǎng)，制成較為蓬松的聚丙綸纖網(wǎng)，制成的聚丙綸纖網(wǎng)克重為180，縱向纖維取向度在45，縱橫向強(qiáng)度比在
1.6。然后再經(jīng)二道針刺對聚丙綸纖網(wǎng)進(jìn)行正反面加工，針刺密度438刺/cm2，加固成針刺無紡層，制作車間的工作溫度控制在22-26°C，濕度控制在50-60%RH。
[0057]2)烘燥工藝:將步驟I)得到的針刺無紡層先進(jìn)行預(yù)烘，然后再進(jìn)行烘焙，即得到針刺濾棉；其中預(yù)烘溫度為50°C，焙烘溫度為65°C，烘燥時(shí)間為3min。
[0058]3)將經(jīng)過步驟2)處理過的針刺濾棉通過一個(gè)高壓電暈放電電場，電壓在60KV，放電時(shí)間保持在7S，通過電場的布與電場的高壓線距離要嚴(yán)格控制在20cm ；
[0059]4)裁剪卷裝:將經(jīng)過步驟3)靜電處理過的針刺濾棉按要求尺寸裁剪，卷繞成針刺濾棉卷；
[0060]5)紡粘無紡布的制作:選用細(xì)度范圍為2-3D的聚丙烯長絲為原料，克重在15g/m2 ;制成紡粘無紡布卷；亦可選用有不同花紋的熱軋紡粘無紡布，以增強(qiáng)靜電濾棉表面花紋；市場上有售。
[0061]6)復(fù)合工藝:由兩個(gè)導(dǎo)布架分別引導(dǎo)紡粘無紡布卷和針刺濾棉卷,按8m/min速度
TT 口 ο[0062]利用本實(shí)例制得的針刺靜電濾棉，過濾效率為98.3%，過濾阻力為6Pa，容塵量為632g/m2。
[0063]實(shí)施例4:
[0064]I)針刺無紡層制作:將聚丙烯短切纖維依次經(jīng)過開松混合、梳理、鋪網(wǎng)，制成較為蓬松的聚丙綸纖網(wǎng)，制成的聚丙綸纖網(wǎng)克重為298，縱向纖維取向度在12，縱橫向強(qiáng)度比在
0.85。然后再經(jīng)二道針刺對聚丙綸纖網(wǎng)進(jìn)行正反面加工，針刺密度726刺/cm2，加固成針刺無紡層，制作車間的工作溫度控制在22-26°C，濕度控制在50-60%RH。
[0065]2)烘燥工藝:將步驟I)得到的針刺無紡層先進(jìn)行預(yù)烘，然后再進(jìn)行烘焙，即得到針刺濾棉；其中預(yù)烘溫度為50°C，焙烘溫度為80°C，烘燥時(shí)間為5min。
[0066]3)將經(jīng)過步驟2)處理過的針刺濾棉通過一個(gè)高壓電暈放電電場，電壓在80KV，放電時(shí)間保持在10S，通過電場的布與電場的高壓線距離要嚴(yán)格控制在30cm。
[0067]4)裁剪卷裝:將經(jīng)過步驟3)靜電處理過的針刺濾棉按要求尺寸裁剪，卷繞成針刺濾棉卷；
[0068]5)紡粘無紡布的制作:選用細(xì)度范圍為2-3D的聚丙烯長絲為原料，克重在30g/m2 ;制成紡粘無紡布卷；亦可選用有不同花紋的熱軋紡粘無紡布，以增強(qiáng)靜電濾棉表面花紋；市場上有售。
[0069]6)復(fù)合工藝:由兩個(gè)導(dǎo)布架分別引導(dǎo)紡粘無紡布卷和針刺濾棉卷,按3m/min速度并合。
[0070]利用本實(shí)例制得的針刺靜電濾棉，過濾效率為99.2%，過濾阻力為llPa，容塵量為852g/m2。
[0071]利用本發(fā)明中所述的工藝和制作方法制得的針刺靜電濾棉，具有高過濾效率、低過濾阻力、高容塵量三大突出優(yōu)勢。對于市場上通用的針刺濾棉、熔噴濾棉與本發(fā)明針刺靜電濾棉進(jìn)行檢測對比，其主要性能指標(biāo)如表1所示。
[0072]表1與現(xiàn)有產(chǎn)品性能指標(biāo)對比
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種針刺靜電濾棉，其特征在于:包括針刺無紡層(1)，在所述針刺無紡層(I)的上表面、下表面中的任一面或兩面上設(shè)一層紡粘無紡布(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針刺靜電濾棉，其特征在于:在所述針刺無紡層(I)為靜電針刺無紡纖維層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針刺靜電濾棉，其特征在于:所述靜電針刺無紡纖維層中的纖維的細(xì)度范圍為1.0-3.5dtex，單根纖維直徑在9-18Mm，纖維長度30_60_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種針刺靜電濾棉，其特征在于:所述纖維截面形狀為扁平狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述針刺靜電濾棉的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)針刺無紡層的制作:將聚丙烯短切纖維依次經(jīng)過開松混合、梳理、鋪網(wǎng)，制成較為蓬松的聚丙綸纖網(wǎng)，然后再經(jīng)多道針刺加固成針刺無紡層，所述針刺無紡層的克重為30-300g/m2 ； 2)烘燥工藝:將步驟I)得到的針刺無紡層先進(jìn)行預(yù)烘，然后再進(jìn)行烘焙，即得到針刺濾棉； 3)靜電施加工藝:將經(jīng)過步驟2)處理過的針刺濾棉通過一個(gè)或幾個(gè)連續(xù)的高壓電暈放電電場，電壓在30-80KV，放電時(shí)間保持在1-10S ； 4)裁剪卷裝:將經(jīng)過步驟3)靜電處理過的針刺濾棉按要求尺寸裁剪，卷繞成針刺濾棉卷; 5)紡粘無紡布的制作:選用細(xì)度范圍為2-3D的聚丙烯長絲為原料，克重在10-50g/m2；采用常規(guī)方法制成紡粘無紡布卷； 6)復(fù)合工藝:由兩個(gè)導(dǎo)布架分別引導(dǎo)紡粘無紡布卷和針刺濾棉卷，然后按3-20m/min速度將針刺濾棉和紡粘無紡布并合，同時(shí)保證紡粘無紡布在針刺濾棉的下面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述針刺靜電濾棉制備方法，其特征在于，在步驟I)中制作針刺無紡層時(shí)，工作溫度控制在22-26 °C，濕度控制在50-60%RH。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述針刺靜電濾棉制備方法，其特征在于，在步驟I)中，針刺密度在150-750 刺 /cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述針刺靜電濾棉制備方法，其特征在于，在步驟2)中，預(yù)烘溫度為30-50°C，焙烘溫度為40-80°C，烘燥時(shí)間為l_5min。
【文檔編號(hào)】B01D39/14GK103537142SQ201310541285
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】云高杰 申請人:云高杰