一种复合过滤材料及其生产方法和用途
【专利摘要】本发明公开一种复合过滤材料及其生产方法和用途，该复合过滤材料是由迎尘层和基布层构成，所述迎尘层是由直径为10nm～5μm耐热纤维所形成的耐热纤维网层，所述基布层是由覆盖系数为2600以上的机织物所形成。本发明的复合过滤材料具有捕集效率高、拉伸强力高，且能100%过滤城市大气微粒子的特点，而且该生产方法的工艺流程短、生产效率高，可应用于烟气过滤袋的制备。
【专利说明】一种复合过滤材料及其生产方法和用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合过滤材料及其生产方法和用途。
【背景技术】
[0002]现阶段用于高温烟气的过滤材料大部分采用针刺毡，其生产流程繁长，包括开棉、梳理、铺网、针刺等主要工艺流程。另外，用于除尘机的过滤材料主要体现在其过滤面，过滤面起到捕集粉尘的作用，构成过滤面的纤维需要有较细的直径。传统的过滤材料其过滤面大多采用超细短纤维铺网而成，虽可以使滤料达到优良的表面过滤，但超细纤维在经过梳理时常伴随断丝、棉结现象的产生，同时在经过针刺时，纤维受损伤较多。
[0003]如中国公开专利CN102490417A公开了一种聚苯硫醚纺粘有基针刺非织造布的制备方法，该发明的过滤面是采用纺粘法制得的非织造纤维网，该纤维网是由直径在30微米左右的纤维构成的，纤维较粗，过滤材料的捕集效率变差，从而影响过滤材料的过滤性能。另外，采用纺粘法生产非织造布纤维网过程中，纺丝温度难于控制。
[0004]又如中国公开专利CN102527158A公开了一种耐高温过滤材料，该过滤材料是由静电纺丝法制得的纤维网作为迎尘层，由针刺法制得的纤维网作为支撑材，作为支撑材的补强材料无法满足高温滤料对其强力的要求，而且支撑材的生产流程复杂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种捕集效率高、拉伸强力高，且能100%过滤城市大气微粒子的复合过滤材料。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种工艺流程短、生产效率高的复合过滤材料的生产方法。
[0007]本发明的复合过滤材料是由迎尘层和基布层构成，所述迎尘层是由直径为IOnm?5μπι耐热纤维所形成的耐热纤维网层，所述基布层是由覆盖系数为2600以上的机织物所形成。如果耐热纤维的直径小于IOnm的话，制得的纤维网层表面易起毛，作为迎尘层可操作性变差，影响过滤材料的捕集效率，从而影响过滤材料的使用寿命；如果耐热纤维的直径大于5 μ m的话，纤维网层的比表面积变小，微小细孔容易被堵塞，清灰次数增加，从而缩短过滤材料的使用寿命，过滤效果变差。上述基布层是由覆盖系数为2600以上的机织物所形成的，覆盖系数反应的是织物中经纬向的紧密程度，直观的反应过滤材料的通气度，如果覆盖系数低于2600的话，制得的过滤材料的通气度变高，影响捕集效率。另外，作为支撑材的机织物能满足高温滤料对其强力的要求。
[0008]上述耐热纤维为聚苯硫醚纤维或聚四氟乙烯纤维，由于聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维具有优良的化学稳定性以及热稳定性，从机械强度方面考虑，优选聚苯硫醚纤维，采用聚苯硫醚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，虽然聚四氟乙烯纤维的机械强度比聚苯硫醚纤维差，但耐热性和耐化学药品性优良，因此用于特别苛刻的环境中时，优选采用聚四氟乙烯纤维。[0009]构成本发明迎尘层的耐热纤维网层的平均孔径为0.1?10 μ m。如果耐热纤维网层的平均孔径小于0.1 μ m的话，纤维网层中微小细孔容易被堵塞，压损提高、清灰次数增力口，从而缩短过滤材料的使用寿命；如果耐热纤维网层的平均孔径大于10 μ m的话，孔径越粗，表面的过滤效果越差，从而导致过滤材料的捕集效率越低。
[0010]上述机织物是由纤度为200?1500dtex的耐热短纤维纱所构成的。如果耐热短纤维纱的纤度低于200dtex的话，作为支撑材的机织物无法满足高温滤料对其强力的要求，而且制得的机织物表面过于平整，不利于与耐热纤维网层结合；如果耐热短纤维纱的纤度大于1500dteX的话，制得的机织物表面很不平整，也不利于与耐热纤维网层结合。上述耐热短纤维纱为聚苯硫醚短纤维纱或聚四氟乙烯短纤维纱，优选聚苯硫醚短纤维纱。
[0011]上述耐热短纤维纱的毛羽长度在2mm以上。耐热性短纤维纱的毛羽可以提高机织物与迎尘层的结合力，如果毛羽长度低于2_的话，机织物与迎尘层的结合牢度降低，容易引起分层的现象，影响过滤材料的使用寿命。
[0012]本发明的复合过滤材料的拉伸强力在1000N/5cm以上，过滤材料长期在高温情况下使用，同时还要受到压缩空气的冲击，因此要求过滤材料要有一定的强度。
[0013]本发明的复合过滤材料的克重为200?500g / m2,如果克重大于500g/m2,就会增加成本；如果克重小于200 g/m2，则补强织物的强度达不到要求，机械强度也无法得到满足，影响过滤材料的使用寿命。
[0014]本发明的复合过滤材料的生产方法，包括以下步骤:(I)采用耐热短纤维制得纤度为200?1500dtex的耐热短纤维纱，再将制得的耐热短纤维纱在温度为80?100°C、湿度为80?95%、时间为5?40min下进行热定型加工,然后进行织造,最后制得覆盖系数为2600以上的机织物；
(2)将耐热材料微粒分散在可溶解的溶液中形成分散型纺丝液，再将制成的分散型纺丝液在室温下采用静电纺丝制备前体，然后再将前体在200?400°C的条件下处理30s?IOmin后除去聚乙烯醇基质,最后制得直径为IOnm?5 μ m耐热纤维,堆积形成耐热纤维网层；
(3)将上述耐热纤维网层与机织物进行热粘合，热粘合温度控制在耐热纤维的熔点以下、压力为IOMPa以下，最后制得复合过滤材料。
[0015]上述步骤(I)中的热定型处理可以加速纱线内的缓弹性变形的松弛过程，消除纱线内部应力，使纤维分子达到平衡状态，有利于纱线的稳定，消减纱线间的扭缩缠绕，提高织造效率。如果热定型温度小于80°C，时间短于5min的话，对纱线起不到热定型效果的作用；如果热定型温度高于100°C，时间长于40min的话，虽会消除纱线的扭缩现象，但使得纱线强力下降，制得的机织物的强力就会下降，最终就会影响过滤材料使用寿命。如果湿度小于80%的话，则热定型温度及时间比较低，对纱线起不到热定型效果的作用；如果湿度高于95%的话，则需要提高定型温度，延长定型时间，对纱线强力不利。
[0016]上述步骤(2)中的可溶解的溶液为聚乙烯醇水溶液，制成的分散型纺丝液在室温下采用静电纺丝制备前体，然后再将前体在200?400°C的条件下处理30s?IOmin后除去聚乙烯醇基质，得到上述耐热纤维网层。这里的温度和时间根据耐热材料的熔点来进行控制，温度需要高于耐热材料的熔点，使纤维之间发生黏黏，且在此温度下可以除去基质聚合物。采用静电纺丝法制得的纤维直径更加均匀，且可以使纤维的平均直径变小，从而得到的纤维网层具有更高的比表面积，使得微小细孔不易堵塞，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，作为迎尘层的耐热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。
[0017]上述步骤(3)中的热粘合的温度由当时被热压的材料的性质决定，一般控制在材料的熔点以下(PPS纤维的熔点在285°C，PTFE熔点在327°C )，如果热粘合温度高于上述熔点时，纤维网层易与压辊发生胶粘现象，从而容易损坏纤维网层。当压力大于IOMPa时，剥离时也容易发生黏黏现象，也会发生损坏纤维网层的现象。
[0018]本法明的复合过滤材料具有捕集效率高、拉伸强力高，且能100%过滤城市大气微粒子的特点，而且该生产方法的工艺流程短、生产效率高，可应用于烟气过滤袋的制备。
【具体实施方式】
[0019]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。本发明的复合过滤材料各物性的测定方法如下。
[0020]【拉伸强力】
基于JISL 1096规定的布条强度法测定过滤材料的拉伸强力。试样尺寸是200mmX 50mm,以拉伸速度100mm/min、夹头间隔IOOmm进行测定。测定值是试样的经向(与纤维的取向垂直的方向，在包含平纹粗布试样的情况下，与平纹粗布的经向同一方向)和试样的纬向(包含平纹粗布的试样的情况下，与平纹粗布的纬向同一方向)中的强度的值。
[0021]【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。
[0022]【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5点进行测定。
[0023]【压力损失】
VDI3926的测定试验后，得到过滤材料的压力损失。
[0024]【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3mm/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:0.3~5μπι)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(％): (1-Β/Α) X 100%,
式中A为上游侧大气粉尘个数，B为下游侧大气粉尘个数。
[0025]实施例1
(1)采用纤度为2.0dtex、平均直径13.8 μ m、匹长51mm的聚苯硫醚短纤维制得毛羽为
2.9mm，经纱纤度为440dtex、纬纱纤度为440dtex的聚苯硫醚短纤维纱，再将制得的聚苯硫醚短纤维纱在温度为85°C、湿度为80%、时间为20min下进行热定型加工，然后采用平纹组织进行织造，最后制得覆盖系数为2840的机织物作为基布层；
(2)将聚苯硫醚微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型纺丝液，制成的分散型纺丝液在室温下采用静电纺丝制备前体，然后再将前体在345°C的条件下处理5min后除去聚乙烯醇基质，制得直径为400nm聚苯硫醚纤维，然后使其堆积成平均孔径为3 μ m的聚苯硫醚纤维网层作为迎尘层；
(3)将上述制得的聚苯硫醚纤维网层与机织物在温度为270°C、压力为SMPa下进行热粘合，最后制得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。
[0026]实施例2
(1)采用纤度为2.0dtex、平均直径13.8 μ m、匹长51mm的聚苯硫醚短纤维制得毛羽为3.5mm,经纱纤度为880dtex、纟韦纱纤度为843dtex的聚苯硫醚短纤维纱,再将制得的聚苯硫醚短纤维纱在温度为90°C、湿度为85%、时间为15min下进行热定型加工，然后采用平纹组织进行织造，最后制得覆盖系数为3533的机织物作为基布层；
(2)将聚苯硫醚微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型纺丝液，制成的分散型纺丝液在室温下采用静电纺丝制备前体，然后再将前体在345°C的条件下处理5min后除去聚乙烯醇基质，制得直径为600nm聚苯硫醚纤维，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作为迎尘层；
(3)将上述制得的聚苯硫醚纤维网层与机织物在温度为270°C、压力为SMPa下进行热粘合，最后制得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。
[0027]实施例3
(1)采用纤度为2.0dtex、平均直径13.8 μ m、匹长51mm的聚苯硫醚短纤维制得毛羽为
3.2mm，经纱纤度为lOOOdtex、纬纱纤度为843dtex的聚苯硫醚短纤维纱，再将制得的聚苯硫醚短纤维纱在温度为95°C、湿度为85%、时间为15min下进行热定型加工，然后采用平纹组织进行织造，最后制得覆盖系数为4682的机织物作为基布层；
(2)将聚苯硫醚微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型纺丝液，制成的分散型纺丝液在室温下采用静电纺丝制备前体，然后再将前体在345°C的条件下处理5min后除去聚乙烯醇基质，制得直径为800nm聚苯硫醚纤维,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作为迎尘层；
(3)将上述制得的聚苯硫醚纤维网层与机织物在温度为270°C、压力为SMPa下进行热粘合，最后制得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。
[0028]实施例4
(1)采用纤度为2.0dtex、平均直径13.8 μ m、匹长51mm的聚苯硫醚短纤维制得毛羽为
3.4mm,经纱纤度为531dtex、纟韦纱纤度为880dtex的聚苯硫醚短纤维纱,再将制得的聚苯硫醚短纤维纱在温度为80°C、湿度为80%、时间为20min下进行热定型加工，然后采用平纹组织进行织造，最后制得覆盖系数为2840的机织物作为基布层；
(2)将聚四氟乙烯微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散型纺丝液，制成的分散型纺丝液在室温下采用静电纺丝制备前体，然后再将前体在345°C的条件下处理5min后除去聚乙烯醇基质，制得直径为5 μ m聚四氟乙烯纤维，然后使其堆积成平均孔径为9.7 μ m的聚四氟乙烯纤维网层作为迎尘层；
(3)将上述制得的聚四氟乙烯纤维网层与机织物在温度为300°C、压力为SMPa下进行热粘合，最后制得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。
[0029]比较例I
米用纤度2.0dtex、平均直径13.8 μ m、匹长51mm的聚苯硫醚短纤维制得毛羽为2.5mm,经纱纤度为531dtex、纬纱纤度为843dtex的聚苯硫醚短纤维纱，再进行织造，制得覆盖系数为1246的平纹织物作为基布层；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10(^七％纤度2.2dtex、平均直径14.5 μ m、匹长51mm的聚苯硫醚短纤维进行开棉、梳棉处理后，以50根/cm 2刺针密度进行针刺而得到的，再通过针刺加工使基布层和上述的上、下两层短纤维网层进行交织，得到单位面积重量522g/m 2、总针刺密度300根/cm 2的复合过滤材料，该复合过滤材料的各物性参见表1。
【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布层构成，所述迎尘层是由直径为IOnm?5 μ m耐热纤维所形成的耐热纤维网层，所述基布层是由覆盖系数为2600以上的机织物所形成。
2.根据权利要求1所述的复合过滤材料，其特征是:所述耐热纤维为聚苯硫醚纤维或聚四氟乙烯纤维。
3.根据权利要求1所述的复合过滤材料，其特征是:所述耐热纤维网层的平均孔径为0.1 ?10 μ m。
4.根据权利要求1所述的复合过滤材料，其特征是:所述机织物是由纤度为200?1500dtex的耐热短纤维纱所构成。
5.根据权利要求4所述的复合过滤材料，其特征是:所述耐热短纤维纱的毛羽长度在2mm以上。
6.根据权利要求1所述的复合过滤材料，其特征是:该复合过滤材料的拉伸强力在1000N/5cm 以上。
7.根据权利要求1所述的复合过滤材料,其特征是:该复合过滤材料的克重为200?500g / m2。
8.—种权利要求1所述的复合过滤材料的生产方法，其特征是:包括以下步骤: (1)采用耐热短纤维制得纤度为200?1500dtex的耐热短纤维纱，再将制得的耐热短纤维纱在温度为80?100°C、湿度为80?95%、时间为5?40min下进行热定型加工,然后再进行织造，最后制得覆盖系数为2600以上的机织物； (2)将耐热材料微粒分散在可溶解的溶液中形成分散型纺丝液，再将制成的分散型纺丝液在室温下采用静电纺丝制备前体，然后再将前体在200?400°C的条件下处理30s?IOmin后除去聚乙烯醇基质,最后制得直径为IOnm?5 μ m耐热纤维,堆积形成耐热纤维网层； (3)将所述耐热纤维网层与机织物进行热粘合，热粘合温度控制在耐热纤维的熔点以下、压力为IOMPa以下，最后制得复合过滤材料。
9.一种权利要求1所述的复合过滤材料在制备烟气过滤袋中的应用。
【文档编号】B01D46/02GK103990320SQ201310051201
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年2月16日 优先权日:2013年2月16日
【发明者】席群, 蔡文杰, 纪舜卿 申请人:东丽纤维研究所（中国）有限公司