专利名称：复合纤维无纺布的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合纤维无纺布，尤其是和那种具有优良的刚性、抗拉强度和褶裥加工性能的、能适于做过滤材料的辅助过滤材料(衬垫材料)的复合纤维无纺布、和有关把这种复合纤维无纺布用作辅助过滤层的过滤材料。
近年来纷纷把捕集效率高的永久极化地电介质化的无纺布用作大楼空调机用的过滤器、空气清净机用的过滤器、吸尘器用的过滤装置、空气调节器用的过滤装置、汽车车厢内用的过滤器等的过滤材料，或者正在考虑利用到别处。这种永久极化地电介质化无纺布是将无纺布加以永久极化地电介质化处理而制成，或者把永久极化地电介质化处理过的纤维等集合、成形后制成。虽然这种永久极化地电介质化无纺布在单独存在时、初期的捕集效率较高，但由于受捕集的尘埃的影响，在短时间内会使捕集效率很快下降，捕集寿命短，而且刚性和抗拉强度等机械强度较低、尺寸稳定性较差，因而，难以单独地满足用途要求地加以使用。另外，为了增加过滤材料与被过滤空气的接触面积、提高捕集效率，通常都采用褶裥加工，但由于刚性等机械强度低，因而还有褶裥加工时的尺寸稳定性等会下降的缺点。
因此，至今还在尝试着把辅助过滤材料(衬热材料)层叠在这种永久极化地电介质化无纺布上、以增强刚性等机械强度，同时用衬热材料预先把粗大的尘埃捕捉住、借此提高由永久极化地电介质化无纺布构成的主过滤材料的捕集效率和捕集寿命。把聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维浸渍氯乙烯树脂或者用乙烯-醋酸乙烯共聚体树脂构成的粘胶纤维并用干式无纺布制造工序制得的无纺布用作这种衬垫材料。
对这些过滤器用的衬垫材料有这些要求，即①由于要不影响过滤材料的通气性，因而压力损失要尺可能小；②对风压有足够的强度；在进行褶裥等形状加工场合下，有能够抑制为了保持加工的形状而因溢浆等变形形成的压力损失的增大；③有优良的褶裥等成形加工时的加工性。
但上述现有的衬垫材料，由于为了提高刚性而添加的树脂或粘胶把无纺布内的空隙埋没，使室隙率减小，因而有压力损失增高的缺点。另外，由于刚性、抗拉强度和褶裥加工性能还不充分，因而还会有因弯曲加工等成形而引起压力损失增加或使捕集性能降低等问题。一般在每单位面积的重量一定情况下，若用直径大的纤维就能得到压力损失低的无纺布。但是当使纤维直径增大时，就会使刚性降低，使褶裥加工性能不充分。另一方面，当使纤维直径减小，就会使刚性增高，使褶裥加工性能良好，但由于使压力损失增高，因而这种方法不能实际应用。
本发明的第1个目的是提供刚性、抗拉强度和褶裥加工性能都很优良，能适于做过滤材料的衬垫材料的复合纤维无纺布。
本发明的第2个目的是提供一种低压力损失，刚性、抗拉强度和褶裥加工性能都很优良的过滤器用的衬垫材料。
而本发明的第3个目的是提供一种把上述复合纤维无纺布用作衬垫材料的、低压力损失、有优良的初期捕集效率而且有长的捕集寿命、并且刚性、抗拉强度和褶裥加工性能都很优良的过滤材料。
为了解决上述的问题，本发明提供的复合纤维无纺布是含有混纺比例[(A)/(B)]为30/70～70/30(重量比)的直径为10～25μm的小直径纤维(A)和直径为30～50μm的大直径纤维(B)的混纺纤维无纺布；小直径纤维(A)和大直径纤维(B)分别具有高熔点树脂部分，而且小直径纤维(A)和大直径纤维(B)中至少有一方还含有低熔点树脂部分。
本发明的第1种实施例提供的是上述小直径纤维(A)具有低熔点树脂部分和高熔点树脂部分的复合纤维无纺布。
本发明的第2种实施例提供的是上述小直径纤维(A)和大直径纤维(B)都有低熔点树脂部和高熔点树脂部的复合纤维无纺布。
本发明的第3种实施例提供的是上述小直径纤维(A)和大直径纤维(B)中的至少一方具有高熔点树脂部和低熔点树脂部，是用熔点在150℃以上的高熔点树脂构成纤维的芯部、用熔点在90～130℃的低熔点树脂构成皮部的有皮芯型结构的复合纤维无纺布。
本发明的第4种实施例提供的是上述小直径纤维(A)和大直径纤维(B)中至少有一方具有并列型结构的复合纤维无纺布。
本发明还提供一种由复合纤维无纺布构成的过滤器用衬垫材料。
本发明还提供一种具有由复合纤维无纺布构成的辅助过滤层和主过滤层的过滤材料，其中的主过滤层是由层叠在上述复合纤维无纺布上的永久极化地电介质化无纺布构成的。
下面，详细地说明本发明的复合纤维无纺布(在下面说明中把它称为″本发明的无纺布″)。
本发明的无纺布是含有纤维直径不同的小直径纤维(A)和大直径纤维(B)的混纺纤维无纺布。因此，本发明是通过把小直径纤维(A)和大直径纤维(B)混纺后构成无纺布来解决上述问题的。
在本发明的无纺布中，为了能得到压力损失低而且均匀性优良、局部厚度和每单位面积的重量偏差小，能适于做过滤器用的衬垫材料的无纺布，小直径纤维(A)是用直径为10～25μm的纤维。
为了能得到压力损失小而且刚性高、褶裥加工性能优良的适于做过滤器用的衬垫材料的无纺布大直径纤维(B)是用直径为30～50μm的纤维。
虽然构成本发明无纺布的纤维的长度没有特别地限制，但可以根据制造方法选择合适的范围。例如，在利用梳理机的干式方法中，通常把小直径纤维(A)的长度取在30～100mm左右，最好是45～75mm。通常把大直径纤维(B)的长度取在30～100mm左右，最好是45～75mm。
在本发明的无纺布中，为了能得到压力损失小、刚性和抗拉强度高而且褶裥加工性能优良的能适于做过滤器用衬垫材料的无纺布，小直径纤维(A)和大直径纤维(B)的含有比例、即混纺比(A)/(B)是30/70～70/30重量比，而考虑到压力损失、成形后的无纺布的刚性、抗拉强度和粉尘保持量的平衡，最好是40/60～60/40。
另外，在本发明的无纺布中，可使小直径纤维(A)和大直径纤维(B)以相同的混纺比沿无纺布整体均匀地分布，也可使小直径纤维(A)和大直径纤维(B)以不同的混纺比分布。例如，沿无纺布的厚度方向、渐渐地改变混纺比(A)/(B)的分布。
在本发明的无纺布中，上述的小直径纤维(A)和大直径纤维(B)都分别共有低熔点树脂部分和高熔点树脂部分。这低熔点树脂部和高熔点树脂部只要是共存于一个纤维中的结构，无论以任何形态含有都可以。例如，这低熔点树脂部和高熔点树脂部可以具有皮芯型结构、并列型结构等任何一种结构。在本发明中，所谓皮芯型结构是指由低熔点树指构成的皮部围着由高熔点树脂构成的芯部，具有以芯部为轴心、呈偏心或不偏心状态的皮部包围芯部的断面形状的结构。而所谓并列型结构是指把高熔点树脂和低熔点树脂都挤压成具有高熔点树脂部和低熔点树脂共存的纤维断面，而且高熔点树脂部和低熔点树脂部双方分别形成部分纤维外周面的结构。
在本发明中的上述小直径纤维(A)或大直径纤维(B)具有皮芯型结构的场合下，为了能得到具有充分刚性和抗拉强度的无纺布，可把皮芯型结构中的芯部/皮部的断面积比取成20/80～80/20，最好是40/60～60/40。
而在小直径纤维(A)或大直径纤维(B)具有并列型结构的场合下，为了得到具有充分的刚性和抗拉强度的无纺布，并列型结构中的高熔点树脂/低熔点树脂的断面积比可取成20/80～80/20，最好是40/60～60/40。
在本发明的无纺布中，小直径纤维(A)和大直径纤维(B)以抱合的状态形成无纺布，小直径纤维(A)和大直径纤维(B)的各个高熔点树脂部具有形状保持材料的功能，而各个低熔点树脂部具有粘接材料的功能。也就是说，在本发明的无纺布中，小直径纤维(A)和大直径纤维(B)在各个低熔点树脂部的抱合部分上相互热熔接地被结合、粘接着。
另外，高熔点树脂部是由熔点150℃以上的、最好是由熔点200℃以上的高熔点热塑性树脂构成的。可作为这种高熔点热塑性树脂的有，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、尼龙等聚胺树脂、聚4-甲基-1-戌烯树脂、聚丙烯树脂、聚苯撑硫化物(PPs)、环烯烃共聚物、聚四氟乙烯、乙四氟乙烯共聚物等氟树脂等。另外还有如由丙烯酸纤维、维尼纶纤维、乙酸酯纤维等构成的。在本发明中，高熔点树脂部可由单独一种高熔点热塑性树脂或2种以上构成。即使在这些树脂中，也是以具有120℃～200℃间的结晶温度的热塑性树脂为好，例如聚对苯二甲酸乙二醇树脂等。
构成本发明无纺布的小直径纤维(A)和大直径纤维(B)的低熔点树脂部是熔点为90℃～13℃的低熔点热塑性树脂，最好是由熔点为100℃～120℃的低熔点热塑性树脂构成的。在本发明中，对于不能明确地测定熔点的低熔点热塑性树脂、是把软化温度或者在形成单位面积的重量为50g/m2无纺布场合下、使抗拉强度成为3kg/5cm的最低加热温度作为熔点。熔点不满90℃的树脂，在用热的轧纹辊或者热的轧光辊等进行成形加工时，会附着在热的轧纹辊、热的轧光辊上而引起成形性能恶化；熔点超过130℃的树脂会有不能得到有充分的抗拉强度的问题。在本发明中，熔点是根据用指示误差扫描型量热器测定的吸热曲线上的峰值测定的温度。可作为这种低熔点热塑性树脂的有如，聚乙烯、PET共聚物、聚烯烃共聚物等。在本发明中的低熔点树脂部可由单独1种低熔点热塑性树脂形成，也可用2种以上形成。
为了能得到具有充分的刚性、有良好褶裥加工性能和抗拉强度、压力损失低的无纺布，通常把本发明的每单位面积的重量取为50～150g/m2左右，最好是70～130g/m2。而厚度通常是0.5-1.5mm左右。
本发明无纺布的制造没有特别的限定，例如可按照非织造法、干式法、湿式法等任何一种方法进行。例如，在采用非织造法制造时，是分别用挤压机把高熔点热塑性树脂和低熔点热塑树脂熔融后、从同一个模子、并列地成芯皮结构(偏心或者同心)状态挤压出，各自同时地形成小直径纤维(A)和大直径纤维(B)，汇集在筛网皮带上而形成无纺布的。另外的一种方法是把预先制成的小直径纤维和大直径纤维按规定的比例供到梳理机后，形成纤维网，通过对这纤维网的热的轧纹加工处理、热的轧光加工处理等工序，使低熔点树脂部相互热融接而形成的薄片状。接着地多层薄片叠层后，用热轧辊、热风等使它们热融接成一体地连接的方法。这些方法中的任何一种方法，为了能得到具有充分的刚性、有良好的褶裥加工性能和抗拉强度的无纺布，都必需用热处理，把低熔点树脂部作为媒介地使其热融接，将小直径纤维(A)和大直径纤维(B)连接成一体。例如，用热的轧纹辊、热的轧光辊等热的轧辊的方法，为了得到具有充分的刚性和良好的加工性的无纺布，可用一种把轧辊的不发粘的表面部分的温度取成120～200℃左右的热轧辊，最好是用130～180℃左右的热轧辊。
另外，本发明的无纺布除了有上述的小直径纤维(A)和大直径纤维(B)以外，还可根据需要使其具有阻燃性、抗菌性、防霉性、除臭性等所要求的特性。为此可根据需要使其含有阻燃剂、抗菌剂、防霉剂、除臭剂等。为了使其具有这些特性，例如在使其含有阻燃剂的场合下，可用预先混入到小直径纤维(A)或大直径纤维(B)中的方法，或者把阻燃剂喷涂在无纺布纤维上、浸渍到无纺布纤维上或涂敷等方法中任何一种方法来进行。
本发明的无纺布，纵、横方向的抗拉强度是8kg/5cm以上、最好是10kg/5cm以上；横向的硬拉度(刚性)是5kg/cm2以上、最好是6kg/cm2以上；而且在风速为1m/sec中的压力损失为5.0mmAq以下，最好是3.0mmAq以下。本发明的无纺布能很好地用作过滤器的衬垫材料。
本发明还提供一种具有由上述复合纤维无纺布构成的衬垫材料层与由这复合纤维无纺布上层叠的其他无纺布构成的主过滤层的过滤材料。可用作其他无纺布的有例如用非织造方法、干式法、湿式法、熔融吹制法等制造的无纺布。
本发明还提供一种具有由上述复合纤维无纺布构成的衬垫材料层和由永久极化地电介质化无纺布构成的主过滤层的过滤材料。
在本发明的过滤层中，衬垫材料层是被配在所用过滤材料的上游侧，具有在主过滤层之前捕集粗大的尘埃的作用，而且有提高刚性、抗拉强度和褶裥加工性能的作用。
在本发明的过滤材料中，主过滤层可以由1层或2层以上别的无纺布构成。另外，本发明的过滤材料中，除了衬垫材料层和主过滤层以外，还可根据需要有1层以上覆盖材料层。这个覆盖材料层可以设置在衬垫材料层的上游侧，也可设置在主过滤层的下游侧。
另外，在本发明的过滤材料所过滤的粉尘的颗粒直径比较大的场合下，还可把本发明的复合纤维无纺布用作主过滤层。
本发明的用作过滤材料的主过滤层的永久极化地电介质无纺布的制造没有特别地限制，例如可把用熔融吹制法、非织造法、布面跳纱法、分梳法等形成的无纺布，用通常的方法进行永极化地电介质化处理的方法；或者把经过永久极化地电介质处理的薄膜等加以分梳后所得的永久极化地电介质化纤维形成无纺布的方法，还可用其他任何方法进行制造。
本发明的过滤材料的制造还可把上述本发明的复合纤维无纺布和永久极化地电介质化无纺布重叠，并使两者粘接，通过适当的褶裥加工来进行。粘接可用超声波、热轧辊、热风等进行。
本发明的过滤材料除了上述的主过滤层和衬垫材料以外，还可根据需要重叠贴合上含有活性碳的薄片、由活性碳纤维构成的薄片。
本发明的过滤材料的褶裥加工没有特别的限制，可采用通常使用的方法，例如用回转方式、往复移动方式等方法。
下面，例举实施例来对本发明进行更具体地说明，但本发明不局限于这些实施例。
(实施例l～3)在各个实施例中，把纤维直径为20μm(4d)的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂制的芯皮结构纤维(芯部的熔点(下面，都是用指示误差扫描型量热器[Perkin-Elmer公司制造、DSC7B]测定的)251℃、皮部的熔点110℃)和纤维直径为40μm(15d)的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂制的芯皮结构纤维(芯部的熔点251℃、皮部的熔点为110℃)、按表1所示的混纺比进行混纺后，供到梳理机，形成单位面积的重量为10g/m2的纤维网。然后把这纤维网叠层在传送带上后，用10m/min的速度供到轧辊温度为140℃、辊间的间隙被调整成0.1mm的热轧辊上，制成单位面积的重量为80g/m2、厚度为0.7mm的无纺布。
按下述的方法、测定所制得的无纺布的压力损失、熔点、褶裥加工性、刚性和抗拉强度或进行评价，把结果列在表1中。
(压力损失)用
图1表示其概况的测定装置测定压力损失。
先使鼓风机1动作，使腔室2内的空气通过流通路线3后由流量调整阀4调整流量、同时加以吸引。当用流速计5测定的流通速度成一定速度(1.0m/sec)时，用压力计7测定配设在流通路线3上的、在作为测定对象的复合纤维无纺布6(250mm×250mm)的上游侧和下游侧上的压力差，求得压力损失(mmAq)。8是对被导入到腔室2内的空气进行过滤用的过滤器。
(熔点)以ASTM D3418-75为基准，以10℃/分的升温速度把温度升高到290℃，同时测定熔点。
(褶裥加工性能)形成峰高3cm、间距5mm的折痕地把复合纤维无纺布折叠，将两端固定地放置24小时。接着，用下述的基准评价褶裥加工性能。
○……折痕的峰部成锐角、邻接的波峰相互间不接触地保持成锯齿状的褶裥形状。
×……折痕的峰部变在圆弧，能看到邻接的波峰相互间接触上，断面呈弓形状。
(刚性)以JIS L1096为基准，用Handle-O-Metet，以刀片下降8mm，测定幅度为17×140mm、狭缝幅度为10mm的试验片。
(抗拉强度)以JCFA规格为基准，以拉伸速度为200mm/分、夹头间距为100mm，测定幅度为50×200mm的试验片。
(比较例1～2)在各个例中，以表1中所列的混纺比制成纤维网，与实施例相同地制成复合纤维无纺布，测定或评价压力损失、褶裥加工性能、刚性和抗拉强度。结果列在表2中。
(实施例4～7)在各个实施例，除了把小直径纤维和大直径纤维中的一方替换成由没有低熔点树脂部的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂构成的纤维(熔点253℃)，用表2所示的混纺比制成纤维网以外，与实施例1相同地制成复合纤维无纺布。对制得的无纺布，与实施例1相同的测定或评价压力损失、熔点、褶裥加工性能、刚性和抗拉强度。结果列在表1中。
(比较例3)除了把小直径纤维和大直径纤维取成由没有低熔点树脂部的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(熔点253℃)构成的纤维以外，与实施例1相同地试制复合纤维无纺布，但发现纤维之间的接合不充分，不能形成复合纤维无纺布。
(比较例4)除了只用纤维直径为20μm(4d)的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂构成的芯皮结构纤维(芯部的熔点251℃、皮部的熔点110℃)以外，与实施例1相同地制成无纺布。
对制得的无纺布与实施例1相同地进行压力损失、熔点和结晶温度、褶裥加工性能、刚性和抗拉强度的测定或评价。结果列在表2中。
(比较例5)把纤维直径为20μm(4d)的聚对苯二甲酸二乙醇酯树脂构成的芯皮结构纤维(芯部的熔点251℃、皮部的熔点110℃)，和纤维直径为20μm(4d)的含有低熔点树脂部的聚对苯二甲酸二乙醇酯树脂构成的纤维(熔点253℃)，以40/60的混纺比混纺之后，与实施例1相同地制成复合纤维无纺布，然后对这无纺布进行压力损失、褶裥加工性能、刚性和抗拉强度的测定或评价。结果列在表2中。
(比较例6)把纤维直径为10μm(1d)的聚对苯二甲酸二乙醇酯树脂构成的芯皮结构纤维(芯部的熔点251℃、皮部的熔点110℃)和纤维直径为20μm(4d)的含有低熔点树脂部的聚对苯二甲酸二乙醇酯树脂构成的纤维(熔点253℃)，以50/50的混纺比混纺之后，与实施例1相同的制成复合纤维无纺布。
与实施例1相同地对制得的复合纤维无纺布进行压力损失、褶裥加工性能、刚性以及抗拉强度的测定和评价。结果列在表2中。
表1
注(n)不含有低熔点树脂部的纤维表2
注*1不能成形(n)不含有低熔点树脂部的纤维本发明的复合纤维无纺布由于具有优良的刚性、抗拉强度和褶裥加工性能，因而是能较好地适于做过滤材料的衬垫材料的。
本发明的过滤器用的衬垫材料是有效地利用了上述复合纤维无纺布的特性，是有优良的低压力损失、刚性、抗拉强度和褶裥加工性能的。
又由于本发明的过滤材料具有由上述的复合纤维无纺布构成的辅助过滤层，因而具有因较低的压力损失而形成的捕集效率，而且捕集寿命较长、有优良的刚性、褶裥加工性能和抗拉强度。因此，本发明的过滤材料能用作大楼空调机用过滤器、空气洁净机用过滤器、吸尘器用过滤装置、空气调节器用过滤装置、汽车车厢内用的过滤器等的过滤材料。
权利要求
1.复合纤维无纺布，其特征在于它是含有混纺比例[(A)/(B)]是30/70～70/30(重量比)的直径为10～25μm的小直径纤维(A)和直径为30～50μm的大直径纤维(B)的混纺纤维，小直径纤维(A)和大直径纤维(B)分别具有高熔点树脂部，而且小直径纤维(A)和大直径纤维(B)中至少一方还含有低熔点树脂部。
2.如权利要求1所述的复合纤维无纺布，其特征在于上述小直径纤维(A)含有低熔点树脂部和高熔点树脂部。
3.如权利要求1所述的复合纤维无纺布，其特征在于上述小直径纤维(A)和大直径纤维(B)都含有低熔点树脂部和高熔点树脂部。
4.如权利要求1～3中任意一同所述的复合纤维无纺布，其特征在于纵向和横向的抗拉强度是8kg/5cm以上、横向的刚性是5kg/cm2以上、而且在风速为1m/sec中的压力损失是5mmAq以下。
5.如权利要求3所述的复合纤维无纺布，其特征在于纵向和横向的抗拉强度是10kg/5cm以上、横向的刚性是6kg/cm2以上，而且在风速为1m/sec中的压力损失是3mmAq以下。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的复合纤维无纺布，其特征在于上述的小直径纤维(A)和大直径纤维(B)中至少有一方含有高熔点树脂部和大直径纤维(B)中至少有一方含有高熔点树脂部和低熔点树脂部，纤维具有芯部由熔点为150℃以上的高熔点树脂构成；皮部由熔点为90～130℃的低熔点树脂构成的芯皮结构。
7.如权利要求6所述的复合纤维无纺布，其特征在于上述芯皮结构中的芯部/皮部的断面积比是20/80～80/20。
8.如权利要求1～5中任意一项所述的复合纤维无纺布，其特征在于上述小直径纤维(A)和大直径纤维(B)中至少有一方具有由熔点是150℃以上的高熔点树脂构成的高熔点树脂部和由熔点是90～130℃低熔点树脂构成的低熔点树脂部的并列型结构。
9.如权利要求1～8中任意一项所述的复合纤维无纺布，其特征在于每单位面积的重量是50～150g/m2，厚度是0.5～1.5mm。
10.一种过滤器用衬垫材料，其特征在于它是由上述权利要求1～9中任意一项所述所复合纤维无纺布构成的。
11.如权利要求10所述的过滤器用衬垫材料，其特征在于它是由上述复合纤维无纺布褶裥加工成的。
12.一种过滤材料，其特征在于它是由至少一层用上述权利要求1～9中任意一项所述的复合纤维无纺布构成的叠层体构成。
13.如权利要求12所述的过滤材料，其特征在于它是具有由上述复合纤维无纺布构成的辅助过滤层和主过滤层的，上述主过滤层是由上述复合纤维无纺布上层叠永久极化地电介质化无纺布而构成的。
14.如权利要求13所述的过滤材料，其特征在于它是经褶裥加工而成的。
全文摘要
本发明提供一种具有优良刚性、抗拉强度和褶裥加工性能、并有低的压力损失的复合纤维无纺布、由这复合纤维无纺布构成的过滤器用衬垫材料和过滤材料。它们是含有混纺比为[(A)/(B)]是30/70～70/30的直径是10～25μm的小直径纤维(A)和直径是30～50μm的大直径纤维(B)的混纺纤维无纺布；小直径纤维(A)和大直径纤维(B)分别具有高熔点树脂部，而且小直径纤维(A)和大直径纤维(B)中至少一方还含有低熔点树脂部的复合纤维无纺布、由这复合纤维无纺布构成的过滤器用衬垫材料和过滤材料。
文档编号D04H1/42GK1133365SQ9511716
公开日1996年10月16日 申请日期1995年8月31日 优先权日1994年8月31日
发明者松浦智, 水户正之, 汤浅治夫, 白井博典 申请人:三井石油化学工业株式会社