专利名称：一种复合过滤材料及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合过滤材料及其用途。
背景技术：
随着我国工业进程加快，过滤材料的应用越来越广泛，对其要求也越来越高。由于传统过滤材料在过滤效率、滤层阻力及粉尘粒度等方面都存在不同的难点，这就要求我们创造新的过滤材料。众所周知，过滤材料的过滤效率与其孔径大小有直接的关系，孔径大小将直接影响过滤效率。
传统的覆膜过滤材料虽然具有较高的过滤效率，但是薄膜生产工艺较为复杂，且薄膜微孔表面易受损，或引起薄膜脱落，影响使用效果。在公开号CN2907835Y中，迎尘层由超细耐高温合成纤维或玻璃纤维经铺网而成，也是一具有微细孔隙的薄层，可以使滤料达到优良的表面过滤，但其每平方厘米1200至1500针的针刺密度，对纤维损伤较大。在公开号CN201643872U所述的一种表面用复合超细短纤维的滤料,其面层的端面上熔喷和热压有玻璃超细短纤维、聚苯硫醚超细短纤维及聚四氟乙烯超细短纤维形成的复合层，虽然也能使滤料达到很好的表面过滤，降低过滤阻力、减小能耗、延长滤料使用寿命等优点，但熔喷法所获得的超细短纤维的直径高于静电纺丝法，从而使落料比表面积低，过滤效率比静电纺丝法获得的复合滤料差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高的捕集效率、低压损、清灰次数少、使用寿命长，且100%过滤城市大气微粒子(PM2.5)的复合过滤材料及其用途。本发明的技术解决方案是本发明的复合过滤材料是由迎尘层和基材构成，上述迎尘层是由聚苯硫醚纤维直接堆积成网而成；所述基材是由中间织物增强层及其上下分别层叠的耐热性短纤维网构成。聚苯硫醚纤维网层是由聚苯硫醚纤维直接成网而成的，与通过针刺得到的纤维网层相t匕，直接成网而成的纤维网层表面具有较高的比表面积，得到的迎尘层中的微小细孔不易堵塞，降低压损，减少清灰次数，从而延长滤料的使用寿命。在超微粒子所占比例大的环境下，作为迎尘层的聚苯硫醚纤维网层可以过滤更细小的微粒子，特别是能够100%过滤PM2. 5微粒子。本发明的复合过滤材料，优选上述聚苯硫醚纤维是采用静电纺丝法或熔喷法获得的。采用静电纺丝法与熔喷纺丝法形成的纤维相比，静电纺丝法获得的纤维直径更加均匀，且可以使纤维的平均直径变小，得到的迎尘层的纤维网层具有高比表面积，更优选静电纺丝法。本发明的复合过滤材料的基材是由中间织物增强层及其上下分别层叠的耐热性短纤维网构成。其中间织物增强层起保持机械强度的作用，因此适合使用拉伸强度为500N/5cm以上的织物增强层。为了不影响过滤性能的压力损失，基布优选形成稀疏的织造组织。作为一般的构造，有平纹组织、双层组织、三层组织、斜纹组织、缎纹组织等，优选平纹组织，成本低、被广泛使用，能够得到满意的性能。织物的经纱密度优选为10 60根/2. 54cm,更优选20 50根/2. 54cm ;纬纱密度优选为10 30根/2. 54cm,更优选10 25根 /2. 54cm。层叠于中间织物增强层的上下层耐热性短纤维网层的纤维平均直径选用5 200 μ m的耐热性纤维。当短纤维网层的纤维平均直径小于5 μ m时，造成纤维网致密、通气度低而且压力损失过大；当平均直径大于200 μ m时，纤维网稀松，其机械强度会比较低，优选平均直径为5 100 μ m,更优选平均直径为8 50 μ m。层叠于上述织物增强层的上下层的耐热性短纤维层所使用的耐热性纤维可以是间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维、三聚氰胺基纤维、玻璃纤维、氟素纤维、碳纤维。其中优选PPS纤维，通过使用PPS纤维，能够得到耐热性、耐化学药品性和耐水解性优良的过滤材料。
本发明的复合过滤材料，上述聚苯硫醚纤维的平均直径为IOnm 5 μ m。如果聚苯硫醚纤维平均直径小于IOnm的话，则迎尘层可操作性变差，表面易起毛，影响过滤材料的使用寿命；如果聚苯硫醚纤维平均直接大于5 μ m的话，纤维网层的比表面积变小，过滤效
果变差。为了更好的捕集超微粒子，聚苯硫醚纤维的平均直径优选10 lOOOnm。为了更近一步抑制过滤材料的压力损失，本发明的聚苯硫醚纤维的平均直径更优选200 lOOOnm，最优选400 lOOOnm。本发明的复合过滤材料，上述构成迎尘层的聚苯硫醚纤维网层的平均孔径为
0.I 10 μ m。如果聚苯硫醚纤维网层的平均孔径小于0. I μπι的话，则压损提高且易堵塞；如果聚苯硫醚纤维网层的平均孔径大于 ο μπι的话，达不到优异的表面过滤的效果，不利于提闻捕集效率。本发明的复合过滤材料，所述构成中间织物增强层的纤维为耐热性纤维。上述耐热性纤维是间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚酰亚胺纤维、三聚氰胺基纤维、玻璃纤维、氟素纤维、碳纤维等纤维中的至少一种。其中优选PPS纤维和氟系纤维，从机械强度高方面考虑，更优选PPS纤维，使用PPS纤维能够得到具有优良的耐热性、耐化学药品性和耐水解性的过滤材料。另外，氟系纤维的机械强度比PPS纤维差，但耐热性和耐化学药品性优良，因此在特别苛刻的环境中使用时，优选使用氟系纤维。本发明的复合过滤材料，所述构成中间织物增强层的耐热性纤维为短纤维或长丝中的至少一种，优选使用短纤维，短纤维纱和纤维网的络合性良好，因此使过滤材料的粉尘捕集效率变得更好。本发明的复合过滤材料，根据JIS L 1096标准，在测试压力为125Pa时，该复合过滤材料的通气度为5 50cc/cm2. S。如果通气度小于5cc/cm2. s的话,压损大、引起阻力大，这样就会降低过滤材料的使用寿命；如果通气度大于50cc/cm2. s的话，容易造成粉尘进入过滤材料内部，这样就造成过滤材料的堵塞，降低捕集效率，达不到排放标准。考虑到捕集效率和压损,优选5 25cc/cm2· s,更优选6 20cc/cm2· S。
本发明的复合过滤材料，在大气粉尘粒径为2 5 μ m之间时，能达到100%的捕集效率；在粒径为I. O 2. O μ m之间时，能达到90%以上的捕集效率。本发明的复合过滤材料，根据JIS L 1096标准，该复合过滤材料的克重在300 1000g/m2之间。如果克重大于1000g/m2，就增加了成本；如果克重小于300g/m2，起过滤除尘作用的纤维网太薄，就无法满足高捕集效率的作用，而且机械强度也无法得到满足，优选克重 450 700g/m2。根据JIS L 1096标准，本发明的复合过滤材料的拉伸强度在500N/5cm以上。本发明的复合过滤材料是用于高温烟气除尘的过滤材料，高温烟气的环境具有温度高、强的化学腐蚀性，同时烟气中的粉尘浓度高等特点，因此过滤材料必须要有一定的强度来满足高温烟气的环境。另外过滤材料在使用过程中必须克服自身的重力和附载粉尘的重力，以及清灰时压缩空气对过滤材料的冲击力。因此过滤材料的拉伸强度在500N/5cm以上，更优选900N/5cm以上。 本发明的复合过滤材料，上述迎尘层与基材可以通过热粘合的方式，也可以通过水刺固结的方式，但水刺固结法对采用静电纺丝法获得的聚苯硫醚纤维网层会有破损，优选热粘合的方式。采取热粘合的方式可以使聚苯硫醚纤维网层与基材能很好地粘结在一起，但温度不宜过高，以防发生胶粘。热压的温度和压力由当时被热压的材料的性质决定，所以温度和压力没有规定值。本发明的复合过滤材料应用于制备过滤袋中，特别应用于高温烟气除尘的过滤材料。本发明的复合过滤材料具有高的捕集效率、低压损、清灰次数少、使用寿命长，且100%过滤城市大气微粒子(PM2. 5)的特点。
具体实施例方式下面通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例的限制。复合过滤材料各物性的测定方法如下。单位面积重量将过滤材料切成200 X 200mm的正方形，从重量计算出过滤材料的单位面积重量。厚度使用厚度千分表(挤压力0. 000245Pa)测定过滤材料的厚度。随机选择6点进行测定，求出平均值。通气度基于JISL 1096规定的弗雷泽型织物透气性测试法测定过滤材料的通气度，测定部位是随机选择6点进行测定。VDI3926捕集效率基于VDI3926的标准测定过滤材料的性能，实验样品的尺寸是Φ 150mm,喂入的粉尘浓度在5g/m3,过滤风速为2m/min。实验的顺序是,初期30回+稳定化5000回+最后30回。这里的初期30回和最后30回的方法是，随着运行时间的延长，过滤材料两面的压差会渐渐升高，当到达IOOOPa时，脉冲空气对过滤材料表面的粉尘进行清灰，然后进行下一个过程，该过程总共进行30回，在实验的过程中记录压力和时间的变化，同时检测没有被过滤材料捕集的粉尘的浓度。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，共进行5000回。在这里所指的清灰的压力是5bar。残余压力损失VDI3926的测定试验后，得到过滤材料的残余压力损失。捕集效率按照大气粉尘计数法测定过滤材料的粉尘捕集效率。实验样品的尺寸是Φ 170mm,过滤风速为lmm/min，通气5分钟后使用RION公司制颗拉计数器(上游)测定过滤材料的上游侧的大气粉尘(粒径0.3 5μπι)的个数Α，同时使 用该公司制颗粒计数器(下游)测定过滤材料的下游侧的大气粉尘(粒径0. 3 5 μ m)个数B。测定试样η等于3。从得到的测定结果，按照下式求出捕集效率(％ )。(I 一(B/A)) XlOO式中，A :上游侧大气粉尘个数B:下游侧大气粉尘个数实施例I采用静电纺丝法将聚苯硫醚纺丝液喷至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纤维的平均直径为400nm，然后使其堆积成平均孔径为3 μ m迎尘层。构成本发明复合过滤材料的基材的制作方法如下采用纤度2. 0dtex(纤维平均直径13. 8 μ m)、匹长51mm的PPS短纤维制得经向密度36根/2. 54cm、纬向密度15根/2. 54cm的平纹织物作为中间织物增强层，然后在其上下层分别层叠以190g/m2单位面积重量的短纤维网层，该上下两层短纤维网层都是由100wt%纤度2. 2dtex(纤维平均直径14. 5 μ m)、匹长51mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm2刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和上述的上、下两层短纤维网层进行交织，得到单位面积重量522g/m2、总针刺密度300根/cm2的基材。将上述制得的聚苯硫醚纤维网层和上述制得的基材通过热粘合的方式进行粘合构成本发明的复合过滤材料。该复合过滤材料的各物性参见表I。实施例2采用静电纺丝法将聚苯硫醚纺丝液喷至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纤维的平均直径为600nm，然后使其堆积成平均孔径为4. 2 μ m的聚苯硫醚纤维网层，制得的纤维网层作为本发明复合过滤材料的迎尘层。构成本发明复合过滤材料的基材的制作方法与实施例I的不同之处是基材的上下两层短纤维网层都是由IOOwt %纤度3. Odtex (纤维平均直径16. 9 μ m)、匹长51mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm2刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和上述的上、下两层短纤维网层进行交织，得到单位面积重量530g/m2、总针刺密度300根/cm2的基材。其余采用和实施例I相同的方法得到本发明的复合过滤材料。该复合过滤材料的各物性参见表I。实施例3采用静电纺丝法将聚苯硫醚纺丝液喷至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纤维的平均直径为800nm，然后使其堆积成平均孔径为6. 5 μ m的聚苯硫醚纤维网层，制得的纤维网层作为本发明复合过滤材料的迎尘层。
构成本发明复合过滤材料的基材的制作方法与实施例I的不同之处是基材的上下两层短纤维网层都是由IOOwt %纤度7. 8dtex (纤维平均直径为27. 2 μ m)、匹长76mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm2刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和上述的上、下两层短纤维网层进行交织，得到单位面积重量528g/m2、总针刺密度300根/cm2的基材。其余采用和实施例I相同的方法得到本发明的复合过滤材料。该复合过滤材料的各物性参见表I。实施例4采用熔喷法法将聚苯硫醚纺丝液喷至下述基材的上表面，形成聚苯硫醚纤维的平均直径为5 μ m，然后使其堆积成平均孔径为9. 7μπι的聚苯硫醚纤维网层，制得的纤维网层作为本发明复合过滤材料的迎尘层。
构成本发明复合过滤材料的基材的制作方法与实施例I的不同之处是基材的上下两层短纤维网层都是由IOOwt %纤度7. 8dtex (纤维平均直径为27. 2 μ m)、匹长76mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm2刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和上述的上、下两层短纤维网层进行交织，得到单位面积重量540g/m2、总针刺密度300根/cm2的基材。其余采用和实施例I相同的方法得到本发明的复合过滤材料。该复合过滤材料的各物性参见表I。比较例I中间织物增强层的制作同实施例1，在其上层层叠以196g/m2单位面积重量的短纤维网层，该短纤维网层是由将纤度I. Odtex (纤维平均直径9. 7 μ m)、匹长5Imm的PPS短纤维与2. 2dtex (纤维平均直径14. 5 μ m)、匹长51mm的PPS短纤维按重量比50 50进行混棉，将得到的混纺短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm2刺针密度进行针刺而得到的；在中间织物增强层的下层层叠以196g/m2单位面积重量的短纤维网层，该短纤维网层是由IOOwt %的纤度2. 2dtex(纤维平均直径为14. 5 μ m)、匹长51mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm2刺针密度进行针刺而得到的。再通过针刺加工使中间织物增强层和上述的上、下两层短纤维网层进行交织，得到单位面积重量550g/m2、总针刺密度300根/cm2的过滤材料。该过滤材料的各物性参见表I。比较例2中间织物增强层的制作同实施例1，然后在其上下层分别层叠以196g/m2单位面积重量的短纤维网层，该上下两层短纤维网层都是由100wt%纤度2. 2dtex(纤维平均直径
14.5 μ m)、匹长51mm的PPS短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm2刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使中间织物增强层和上述的上、下两层短纤维网层进行交织，得到单位面积重量565g/m2、总针刺密度300根/cm2的过滤材料。该过滤材料的各物性参见表I。
权利要求
1.一种复合过滤材料，其特征是该复合过滤材料是由迎尘层和基材构成，所述迎尘层是由聚苯硫醚纤维直接堆积成网而成；所述基材是由中间织物增强层及其上下分别层叠的耐热性短纤维网构成。
2.根据权利要求I所述的复合过滤材料，其特征是所述聚苯硫醚纤维是采用静电纺丝法或熔喷法获得的。
3.根据权利要求I所述的复合过滤材料，其特征是所述聚苯硫醚纤维的平均直径为IOnm 5 μ m0
4.根据权利要求3所述的复合过滤材料，其特征是所述聚苯硫醚纤维的平均直径为10 lOOOnm。
5.根据权利要求I所述的复合过滤材料，其特征是所述构成迎尘层的聚苯硫醚纤维网层的平均孔径为O. I 10 μ m。
6.根据权利要求I所述的复合过滤材料，其特征是所述构成中间织物增强层的纤维为耐热性纤维。
7.根据权利要求6所述的复合过滤材料，其特征是所述构成中间织物增强层的耐热性纤维为短纤维或长丝中的至少一种。
8.根据权利要求I所述的复合过滤材料，其特征是根据JISL 1096标准，在测试压力为125Pa时,该复合过滤材料的通气度为5 50cc/cm2· S。
9.根据权利要求I所述的复合过滤材料，其特征是所述迎尘层与基材是通过热粘合的方式结合。
10.一种如权利要求I所述的复合过滤材料在制备过滤袋中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种复合过滤材料及其用途，该复合过滤材料是由迎尘层和基材构成，所述迎尘层是由聚苯硫醚纤维直接堆积成网而成；所述基材是由中间织物增强层及其上下分别层叠的耐热性短纤维网构成。本发明的复合过滤材料具有高的捕集效率、低压损、使用寿命长，且100％过滤城市大气微粒子(PM2.5)的特点。
文档编号B01D46/02GK102949890SQ20111025004
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者席群, 纪舜卿, 顾立霞 申请人:东丽纤维研究所(中国)有限公司