本发明涉及非织造布技术领域，具体说是一种水过滤用双组分梯度结构非织造布及其制备方法和应用。
背景技术：
涤纶非织造布是由涤纶长丝纤维热熔粘合制成，在粘合过程中依靠自身熔粘合和缠结，形成空间内随机杂乱排列的三维微孔结构，主要用作过滤材料，该过滤材料主要通过纤维间孔径和单纤维与颗粒之间的作用，即液体经过时，较大颗粒会被纤维间的孔径阻挡沉积，较小颗粒随液体遇到纤维发生流向转变，颗粒在自身重力和液体流向改变的作用下，被纤维捕捉进而粘附在纤维材料的表面起到过滤作用。
目前的非织造布多选用涤纶圆形长丝纤维，在过滤时，大部分颗粒被拦截在滤层的表面，而表面空隙很容易被填满而其内部空隙却没有得到有效利用，在过滤过程中的压强迅速上升，使得滤材不能充分发挥作用，并且使用寿命短。此外，圆形的纤维结构决定了过滤效率和压强降不可兼得，具体表现在：第一，单位体积内越多的纤维排列，会使得纤维间的空隙越小，过滤效率越高，但过滤过程中的压强降不可避免的会快速上升，降低材料的使用寿命；第二，压强降上升的越慢，表明材料内部的孔隙越大，使用寿命越长，但单位面积内排列组成的纤维也就越少，过滤效率越低。并且目前非织造滤材多为带有轧点的涤纶无纺布，轧点内的纤维熔融能起到粘结纤维的作用，但熔融后的纤维将孔道完全堵塞，减少了非织造布滤材的过滤面积。因此，单一的涤纶圆形长丝纤维过滤效果和使用寿命有限，常常用于过滤要求较低的过滤环境中。
技术实现要素：
为解决现有涤纶圆形长丝非织造滤材结构单一、使用寿命短、压强降大、过滤精度低的不足，本发明提供了一种水过滤用双组分梯度结构非织造布及其制备方法和应用。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，其特征在于：由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网和第二层纤网均由不同细度的三叶形PET长丝纤维和圆形COPET长丝纤维组成；三叶形PET长丝纤维的线密度为2~6D，占各层纤网的质量比为70~95%，圆形COPET长丝纤维的线密度为1~4D。
优选的，孔径为10~200μm，克重为70~200g/m2，厚度为0.3~1.6mm。
优选的，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为40~80%。
优选的，第一层纤网中三叶形PET长丝纤维的线密度大于第二层纤网中三叶形PET长丝纤维的线密度，第二层纤网中圆形COPET长丝纤维的线密度大于等于第二层纤网中圆形COPET长丝纤维的线密度。
进一步优选的，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为3D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.8D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的86%；第二层纤网由线密度为2.5D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.5D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的83%，孔径范围为10~200μm，克重范围为140g/m2，厚度为0.55mm，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为75%。
本发明还包括水过滤用双组分梯度结构非织造布的制备方法，包括以下步骤：
①将PET和COPET预结晶，切片后干燥，得到PET切片和COPET切片；
②将步骤①所得PET切片和COPET切片通过第一组纺丝组件进行熔融积压、纺丝、冷却、牵引和分丝铺网，得到第一层纤网；
③将步骤①所得PET切片和COPET切片通过第二组纺丝组件进行熔融积压、纺丝、冷却、牵引和分丝铺网，得到第二层纤网；
④将步骤③所得第二层纤网铺放在步骤②所得第一层纤网上，叠加得到复合纤网，然后将复合纤网经热风粘合后得到水过滤用双组分梯度结构非织造布；其中热风温度在COPET和PET的熔点之间。
优选的，PET切片的熔点为260~265℃，COPET切片的熔点为160~240℃。
优选的，热风粘合的温度为160~255℃。
本发明还公开了水过滤用双组分梯度结构非织造布的应用，经过压印、胶合热定型后制成筒状或平板式液体过滤器滤芯。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明的非织造布采用细度不同的PET和COPET制成，梯度多、厚度大；该非织造布依据纤维的特性，将多个结构和孔径不同的纤维层进行组合，较粗且蓬松的纤维能在滤材表面形成较大的孔径，以吸附部分大颗粒，而小颗粒会进入滤材内部，在滤材内部，较细的纤维在堆积过程中形成的孔径都较小，可以有效过滤微小颗粒；而材料的较大厚度使得滤材内部的纤维能充分对颗粒进行捕捉，这样多梯度结构的设计可以充分发挥滤材内部不同细度过滤的优势，确保过滤效率，有效延长使用寿命，并将压强降控制在合理范围内；因此本发明的非织造布具有非轧点、透气量大、过滤精度高，压强降小，使用寿命长的优点；
本发明的非织造布采用三叶形纤维和圆形纤维进行混纺，充分利用三叶形纤维的异形结构，增大了纤维间的接触面积，较传统圆形纤维创造了更多的空隙，提高了双组分非织造的孔隙率，增加了纤维和微粒之间碰撞的几率，从而提高了非织造布的过滤能力；
本发明优选的非织造布，将第一层纤网和第二层纤网的孔径进行了限定，第一层纤网为粗纤维、大孔径，第二层纤维为细纤维、小孔经，使用时采用第一层纤网为进水面，第二层纤网为出水面，从而形成了不同梯度结构的非织造布，其中第一层纤网的粗纤维起到良好的结构支撑作用，其较大的孔径在提供较小阻力的同时捕集粒径较大的微粒；而第二层纤网的孔径较小，对流入非织造布的粒径较小的微粒进行二次拦截，使得整个非织造布的浊度去除率超过95%；
本发明的非织造布的制备方法，在热风粘合过程中将粘合温度设定在COPET和PET的熔点之间，该温度条件的选择使得低熔点COPET材料熔融呈粘流状态起到粘结作用，而熔点较高的PET纤维不发生状态改变，在保证纤维结构和结晶度完整性的同时，起到骨架作用；而COPET纤维均匀的分布在粗纤维的内部，不仅起到粘合作用，还能将原有较大的孔隙细分成更微小的孔隙，从而提高了非织造布的过滤精度；并且本发明的非织造布的制备方法能形成均匀分布的三维空间网络结构，该结构有利于液体、气体的通过，保持了较好的压差特性，从而提高了其使用寿命。
具体实施方式
本发明的目的是提供，通过以下技术方案实现：
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，其特征在于：由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网和第二层纤网均由不同细度的三叶形PET长丝纤维和圆形COPET长丝纤维组成；三叶形PET长丝纤维的线密度为2~6D，占各层纤网的质量比为70~95%，圆形COPET长丝纤维的线密度为1~4D。
优选的，孔径为10~200μm，克重为70~200g/m2，厚度为0.3~1.6mm。
优选的，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为40~80%。
优选的，第一层纤网中三叶形PET长丝纤维的线密度大于第二层纤网中三叶形PET长丝纤维的线密度，第二层纤网中圆形COPET长丝纤维的线密度大于等于第二层纤网中圆形COPET长丝纤维的线密度。
进一步优选的，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为3D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.8D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的86%；第二层纤网由线密度为2.5D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.5D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的83%，孔径范围为10~200μm，克重范围为140g/m2，厚度为0.55mm，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为75%。
本发明还包括水过滤用双组分梯度结构非织造布的制备方法，包括以下步骤：
①将PET和COPET预结晶，切片后干燥，得到PET切片和COPET切片；
②将步骤①所得PET切片和COPET切片通过第一组纺丝组件进行熔融积压、纺丝、冷却、牵引和分丝铺网，得到第一层纤网；
③将步骤①所得PET切片和COPET切片通过第二组纺丝组件进行熔融积压、纺丝、冷却、牵引和分丝铺网，得到第二层纤网；
④将步骤③所得第二层纤网铺放在步骤②所得第一层纤网上，叠加得到复合纤网，然后将复合纤网经热风粘合后得到水过滤用双组分梯度结构非织造布；其中热风温度在COPET和PET的熔点之间。
优选的，PET切片的熔点为260~265℃，COPET切片的熔点为160~240℃。
优选的，热风粘合的温度为160~255℃。
本发明还公开了水过滤用双组分梯度结构非织造布的应用，经过压印、胶合热定型后制成筒状或平板式液体过滤器滤芯。
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为6D的三叶形PET长丝纤维和线密度为4D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的70%；第二层纤网由线密度为2D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的70%。
实施例2
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为6D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的95%；第二层纤网由线密度为6D的三叶形PET长丝纤维和线密度为4D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的95%。
实施例3
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为4D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的95%；第二层纤网由线密度为5D的三叶形PET长丝纤维和线密度为3D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的80%。
实施例4
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为6D的三叶形PET长丝纤维和线密度为4D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的70%；第二层纤网由线密度为2D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的70%。
实施例5
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为6D的三叶形PET长丝纤维和线密度为4D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的70%；第二层纤网由线密度为2D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的70%，孔径范围为10~200μm，克重范围为70g/m2，厚度为0.3mm，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为40%。
实施例6
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为6D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的95%；第二层纤网由线密度为6D的三叶形PET长丝纤维和线密度为4D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的95%，孔径范围为10~200μm，克重范围为200g/m2，厚度为1.6mm，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为80%。
实施例7
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为3.5D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.6D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的82%；第二层纤网由线密度为2.8D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.2D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的75%，孔径范围为10~200μm，克重范围为180g/m2，厚度为0.75mm，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为75%。
实施例8
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为3.5D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.5D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的80%；第二层纤网由线密度为2.2D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.2D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的85%，孔径范围为10~200μm，克重范围为100g/m2，厚度为0.23mm，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为75%。
实施例9
一种水过滤用双组分梯度结构非织造布，
由粘合在一起的第一层纤网和第二层纤网组成，其中第一层纤网由线密度为3D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.8D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第一层纤网质量的86%；第二层纤网由线密度为2.5D的三叶形PET长丝纤维和线密度为1.5D的圆形COPET长丝纤维组成，并且三叶形PET长丝纤维占第二层纤网质量的83%，孔径范围为10~200μm，克重范围为140g/m2，厚度为0.55mm，第一层纤网占水过滤用双组分梯度结构非织造布的重量比为75%。
实施例10
实施例1的水过滤用双组分梯度结构非织造布的制备方法，包括以下步骤：
①将PET和COPET预结晶，切片后干燥，得到PET切片和COPET切片；
②将步骤①所得PET切片和COPET切片通过第一组纺丝组件进行熔融积压、纺丝、冷却、牵引和分丝铺网，得到第一层纤网；
③将步骤①所得PET切片和COPET切片通过第二组纺丝组件进行熔融积压、纺丝、冷却、牵引和分丝铺网，得到第二层纤网；
④将步骤③所得第二层纤网铺放在步骤②所得第一层纤网上，叠加得到复合纤网，然后将复合纤网经热风粘合后得到水过滤用双组分梯度结构非织造布；其中热风温度为160℃。
实施例2~9的水过滤用双组分梯度结构非织造布的制备方法参考实施例10，热风温度在COPET和PET的熔点之间即可。
对比例1
将经过预结晶的PET切片充分干燥；然后，通过纺丝组件的熔融积压、纺丝、冷却、牵伸和分丝铺网，最后经花辊热轧机在温度220℃/205℃，线压力80N条件下热压制得。纤维均为PET圆形长丝纤维，其线密度为2D。所制成单组份非织造布的克重为140g/m2，厚度为0.47mm。将单组分非织造布分切、折叠和定型制成水过滤滤芯。
对实施例1~9的水过滤用双组分梯度结构非织造布进行检测，具体测试标准为厚度测试采用GB/T3820-1997标准；透气性测试采用ASTM D737标准；断裂强力和断裂伸长采用ASTMD 4595测试标准；滤芯过滤性能测试，参考GB/T18853-2002，载体为水；孔径测试采用泡压法，各项性能指标如表1所示。
表1 实施例1~9的非织造布的检测结果
由表1的测试结果可以看出，实施例9和对比例1相比，在同样克重为140g/m2条件下，本发明的双组分梯度结构非织造布比传统PET圆形长丝轧点非织造布的断裂强力和断裂伸长有了很大提高，并且透气率是传统方法非织造布的两倍，厚度是传统方法非织造布的近一倍，这意味着相同工作条件下，本发明的双组分梯度结构非织造布在保证大透水量的同时，增加了水载体流量和接触面积，也就是在同样的工作环境下压强降更小，过滤效果也更好，因此同等条件下的浊度去除率较对比例1提高了30%。
泡压法孔径测试表明，实施例9中所制备140g双组份非织造布滤材的最小孔径为19μm，且孔径尺寸分布在19-101μm，且最可几孔径为58μm，呈梯度结构分布，用于水滤滤芯可实现对多种尺寸微粒的多级过滤，可实现高过滤效率、多级过滤的目的。对比例1所制备PET圆形长丝轧点非织造布的最小孔径为26μm，较实施例1中产品大，且孔径尺寸集中分布在26μm左右，最大孔径仅为51μm，孔径尺寸跨度远小于实施例1所制备双组份多梯度非织造布，这种传统的单一结构过滤材料在过滤过程中会使得大部分颗粒物被拦截在滤层的表面，因而表层孔隙很容易被填满而其内部空隙，过滤过程中的压强降迅速上升，使得滤材无法充分发挥效用进而降低了滤材的使用寿命。
压强降结果表明，实施例9达到同样的压强降所需时间为对比例时间的三倍多，我们可以推断出实施例9所制备双组份非织造滤材的使用寿命是对比例1中传统圆形长丝非织造滤材的3倍，本申请的水过滤用双组分梯度结构非织造布具有更长的使用寿命。