一种过滤海绵及其制备、过滤装置、激光投影设备的制作方法

本发明涉及环境科学技术领域，特别涉及一种过滤海绵及其制备、过滤装置、激光投影设备。

背景技术：

对于环境科学来说，粒径小于100μm的颗粒称为总悬浮物颗粒，它们是空气污染的一个主要来源。当中直径等于或小于10微米的悬浮粒子，被定义为可吸入悬浮粒子，又称为PM10，它们能够进入人的呼吸系统危害人类健康。直径小于或等于2.5微米的颗粒物，被定义为可入肺颗粒物，又称PM2.5，它们可以直接进入肺泡，对人体危害最大。由于悬浮粒子的普遍存在，需要过滤装置进一步净化空气。目前过滤装置中主要是通过空气过滤网或过滤海绵来过滤。

空气过滤网以聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)等材质为主，应用于过滤微小悬浮粒子，但是空气过滤网会对空气形成阻力，随着过滤网积尘的增加，过滤网阻力将随着增大。由于空气过滤网不可清洗，当过滤网积尘太多，会引起通风孔堵塞，进一步使过滤网通过风量降低，或者过滤网局部被穿透，过滤网将报废。

过滤海绵也称网状海绵，多为聚氨酯材料，过滤海绵的弹性好、拉力强、滤尘速度快、气流阻力低、通风性能好、化学稳定性好，并且具有较强的机械强度，可反复水洗，水洗后效果不劣化。一般来说，因过滤海绵孔径过大，使得聚氨酯材料制备的海绵材料过滤效果低于空气过滤网。

综上，目前过滤装置中的过滤网一般可以分为两种：纤维过滤网和过滤海绵。但这两类过滤网各自的缺点分别为：静电纤维纺织方法制备的过滤网不可水洗，容尘量低，纤维容易老化或受外力拉扯脱落；过滤海绵通风孔径较大，过滤效果差。

技术实现要素：

本发明提供了一种过滤海绵及其制备、过滤装置、激光投影设备，用以使得过滤海绵可反复水洗、容尘量高，对微小悬浮粒子有较好的过滤效果。

本发明提供以下技术方案：

本发明实施例提供了一种过滤海绵，所述过滤海绵中包括有纤维，其中：

海绵孔径为0.5-1.5mm；

纤维长度为1-5mm。

较佳地，所述纤维是具有静电吸附作用的纤维。

较佳地，所述纤维是以下材料之一或者其组合制成的纤维：PP、PE、PET、麻纤维、棉纤维。

较佳地，所述纤维为PP时，直径为0.5-9μm，表面电阻为2×10¹⁵Ω-2×10¹⁶Ω；

所述纤维为PE时，直径为5-10μm，表面电阻为3×10¹⁶Ω-3×10¹⁷Ω；

所述纤维为PET时，直径为0.1-3μm，表面电阻为2.5×10¹⁷Ω-2.5×10¹⁸Ω；

所述纤维为苎麻时，细度为30-40μm，长度为20-250mm；

所述纤维为亚麻时，细度为12-17μm，长度为17-25mm；

所述纤维为黄麻时，细度为15-18μm，长度为1.5-5mm；

所述纤维为红麻时，细度为18-27μm，长度为2-6mm；

所述纤维为大麻时，细度为15-17μm，长度为15-25mm；

所述纤维为罗布麻时，细度为17-23μm，长度为20-25mm；

所述纤维为剑麻时，细度为20-23μm，长度为2.7-4.4mm；

所述纤维为细绒棉时，细度为15-20μm，长度为25-35mm；

所述纤维为长绒棉时，细度为18-23μm，长度为＞33mm。

本发明实施例提供了一种如上所述的海绵的制备方法，包括：

将纤维切断成长度为1-5mm的纤维；

将切断的纤维加入聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物中；

通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵。

较佳地，在聚氨酯海绵制备工艺中采用的PU发泡过程为块泡法或模塑法。

较佳地，在PU发泡过程为块泡法时，聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物包括：水、二氯甲烷、三亚乙基二胺、硅油、聚醚多元醇。

较佳地，水为2.5-4份、二氯甲烷为2-9份、三亚乙基二胺为0.4-0.6份、硅油为2-3份、聚醚多元醇为60-100份。

较佳地，所述通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵，包括：

将混合物混合均匀；

加入异氰酸酯搅拌混合；

自然熟化。

较佳地，混合物混合均匀是在温度为23-27℃下进行的；

加入的异氰酸酯为30-40份，搅拌速度为900-1000r/min，搅拌时间为10-15s；

自然熟化的时间为72h。

较佳地，在PU发泡过程为模塑法时，聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物包括：水、三亚乙基二胺、硅油、聚醚多元醇。

较佳地，水为2.5-4份、三亚乙基二胺为0.4-0.6份、硅油为2-3份、聚醚多元醇为60-100份。

较佳地，所述通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵，包括：

将混合物混合均匀；

加入异氰酸酯搅拌混合；

将混合物注入到高压釜内并密封，用少量不与原料反应的惰性气体吹洗后升温；

注入惰性气体，恒温恒压下饱和；

卸压至常压。

较佳地，混合物混合均匀是在温度为23-27℃下进行的；

加入的异氰酸酯为30-40份，搅拌速度为900-1000r/min，搅拌时间为10-15s；

用惰性气体吹洗的时间为2-3min，升温到40-50℃；

注入惰性气体到20MPa，恒温恒压下饱和时间为48h。

较佳地，所述聚醚多元醇为聚醚三醇、四氢呋喃醚二醇、THF-均聚醚二醇中的任一种或几种的混合物，分子量为2800-3300，羟值为：54～57mgKOH/g。

较佳地，所述纤维为5-10份。

本发明实施例提供了一种海绵的使用方法，所述海绵是如上所述的海绵，所述方法包括：

按需要的形状将所述海绵制成过滤海绵；

使用所述过滤海绵过滤粉尘。

较佳地，使用所述过滤海绵在激光投影设备入风口处过滤粉尘。

本发明实施例提供了一种过滤装置，在过滤装置中包括过滤海绵，其中，所述过滤海绵是上述的过滤海绵，或是上述的方法制备获得的过滤海绵。

本发明实施例提供了一种激光投影设备，包括：如上所述的海绵，其中：

所述海绵位于激光投影设备入风口处。

本发明有益效果如下：

在本发明实施例提供的技术方案中，先将纤维切断成长度为1-5mm的纤维；然后将切断的纤维加入聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物中后，再通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵。在过滤海绵发泡过程中加入具有静电吸附作用的短纤维，由于有短纤维的加入，使得制备的具有静电吸附作用的过滤海绵可反复水洗、容尘量高，对微小悬浮粒子有较好的过滤效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中海绵制成的过滤网结构示意图；

图2为本发明实施例中海绵的制备方法实施流程示意图；

图3为本发明实施例中海绵的使用方法实施流程示意图；

图4为本发明实施例中激光投影设备过滤网应用位置示意图。

具体实施方式

发明人注意到，由于悬浮粒子的普遍存在，需要过滤装置进一步净化空气。而目前过滤装置中主要是通过空气过滤网或过滤海绵来过滤，使之能够起到过滤粉尘作用的主要是扩散效应、拦截效应、惯性效应、筛效应和静电效应五种过滤机理协同作用，其中，静电效应可以明显改善PM2.5、PM10的过滤效果。

发明人还注意到，目前过滤装置中过滤网采用的纤维过滤网和过滤海绵，分别有静电纤维纺织方法制备的过滤网不可水洗，容尘量低，纤维容易老化或受外力拉扯脱落；过滤海绵通风孔径较大，过滤效果差的不足。

基于此，本发明实施例中提供了一种具有静电吸附作用的过滤海绵的制备、使用方案，制备的海绵可反复水洗，容尘量高，且对微小悬浮粒子(特别是PM2.5-PM10)有较好的过滤效果。

具体的，在制备过滤海绵时，在聚氨酯过滤海绵制备过程中加入具有静电吸附作用的短纤维。所用纤维可以是PP、PE、PET等具有静电吸附作用的纤维。

制备方案使得过滤海绵孔径在0.5-1.5mm，短纤维长度在1-5mm。

方案中的过滤海绵是通过在上述提到的过滤海绵发泡过程中加入具有静电吸附作用的短纤维，通过这种方法制备的具有静电吸附作用的过滤海绵可反复水洗、容尘量高，对微小悬浮粒子(特别是PM2.5、PM10)有较好的过滤效果，这种效果的改善主要原因是短纤维的加入。应用在激光投影设备入风口处则可起到防尘作用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

说明过程中，将首先对海绵的实施进行说明，然后对海绵的制备实施方案进行说明，其间将会对海绵的使用实施方案进行说明。

图1为海绵制成的过滤网结构示意图，该过滤网仅是用于示意海绵，但显然这并不意味本发明实施例提供的海绵仅能用作过滤网，事实上，凡是需要反复水洗、容尘量高，对微小悬浮粒子有较好的过滤效果的环境，均可根据需要将本发明实施例提供的海绵制作成需要的形状。同时，图中的规则或者不规则的线条是短纤维的示意，但是规则或者不规则的线条及其表示的形状均只用于示意，并不代表产品也不然具有这些规则或者不规则的线条及形状，本领域技术人员应该根据惯常的知识来领会海绵的实际可能的结构。图1中左边为俯视图，右边为侧视图，则如图1所示，海绵中包括有纤维，其中：

海绵孔径为0.5-1.5mm；

纤维长度为1-5mm。

实施中，纤维是具有静电吸附作用的纤维。

具体的，纤维可以是以下材料之一或者其组合制成的纤维：PP、PE、PET、麻纤维、棉纤维。

纤维在具体实施中可以如下：

所述纤维为PP时，直径为0.5-9μm，表面电阻为2×10¹⁵Ω-2×10¹⁶Ω；

所述纤维为PE时，直径为5-10μm，表面电阻为3×10¹⁶Ω-3×10¹⁷Ω；

所述纤维为PET时，直径为0.1-3μm，表面电阻为2.5×10¹⁷Ω-2.5×10¹⁸Ω；

所述纤维为苎麻时，细度为30-40μm，长度为20-250mm；

所述纤维为亚麻时，细度为12-17μm，长度为17-25mm；

所述纤维为黄麻时，细度为15-18μm，长度为1.5-5mm；

所述纤维为红麻时，细度为18-27μm，长度为2-6mm；

所述纤维为大麻时，细度为15-17μm，长度为15-25mm；

所述纤维为罗布麻时，细度为17-23μm，长度为20-25mm；

所述纤维为剑麻时，细度为20-23μm，长度为2.7-4.4mm；

所述纤维为细绒棉时，细度为15-20μm，长度为25-35mm；

所述纤维为长绒棉时，细度为18-23μm，长度为＞33mm。

为使海绵的制备更容易理解，纤维的制备实施也将在海绵的制备方案中进行说明，下面对海绵的制备进行说明。

图2为海绵的制备方法实施流程示意图，如图所示，可以包括：

步骤201、将纤维切断成长度为1-5mm的纤维；

步骤202、将切断的纤维加入聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物中；

步骤203、通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵。

实施中，在聚氨酯海绵制备工艺中采用的PU(polyurethane，聚氨酯)发泡过程可以为块泡法或模塑法。下面也将以这两种方法的实施为例进行说明，以块泡法或模塑法为例是因为这两种方法是最为常见的，也是比较容易实施的，所以以块泡法或模塑法为例；但是，本发明实施例提供的技术方案在于在海绵发泡过程中加入具有静电吸附作用的短纤维，从而使之可反复水洗、容尘量高、对微小悬浮粒子有较好的过滤效果，因此，用其他的海绵制备方案也是可行，只需根据海绵的制备原理在相应的制备环节中加入具有静电吸附作用的短纤维即可，块泡法或模塑法仅用于教导本领域技术人员具体如何实施本发明，但不意味仅能使用块泡法或模塑法，实施过程中可以结合实践需要来确定相应的制备方案。

首先对纤维制备的适时进行说明，实施中加入的纤维是具有静电吸附作用的纤维，纤维可以是制备或成品。纤维可以是以下材料之一或者其组合制成的纤维：PP、PE、PET、麻纤维、棉纤维，下面也将主要以之为例进行说明。以这些纤维为例是因为它们较常见，也容易获得、制备，所以这里以之为例；但是，从理论上来说，用其它的纤维或者类似材料、或者采用其他制备方案获得的相同的纤维也是可以的，只要加入的材料具有静电吸附作用，和/或满足实施例中所示的性能即可，举例的纤维仅用于教导本领域技术人员具体如何实施本发明，但不意味仅能使用上述纤维或者例中的制备方案，实施过程中可以结合实践需要来确定相应的材料及相应的制备方案。

a、制备PP纤维

称取18-20g的PP1300熔于42-47g液体石蜡中稀释，采用甘油作油浴，在200～210℃温度下、13000～14000rpm下搅拌1～2min，使聚合物与石蜡混合均匀。将配制好的PPI300稀释液冷却凝固，将凝固物(PPI300与石蜡的混合物)转移至末端带有喷丝头的料管中，将料管放在加热器中加热到225-265℃使凝固物完全熔融，保持熔体温度和电压恒定(15-17.5KV)，推进速度为0.004-0.008mm/s，接收距离为2-6cm下进行熔融静电纺丝，然后将熔融静电纺丝的纤维放入70-80℃恒温箱40-50min，得到PP纤维。

b、制备PE纤维

称取18-20g的PEFI7B熔于42-47g液体石蜡中稀释，采用甘油作油浴，在180～190℃温度下、13000～14000rpm下搅拌1～2min，使聚合物与石蜡混合均匀。将配制好的PEFI7B稀释液冷却凝固，将凝固物(PEFI7B与石蜡的混合物)转移至末端带有喷丝头的料管中，将料管放在加热器中加热到200-245℃使凝固物完全熔融，保持熔体温度和电压恒定(15-17.5KV)，推进速度为0.004-0.008mm/s，接收距离为2-6cm下进行熔融静电纺丝，然后将熔融静电纺丝的纤维放入70-80℃恒温箱40-50min，得到PE纤维。

c、制备PET纤维

称取2-3gPET固体颗粒于锥形瓶中，量取20-30mL混合溶剂(体积比：三氟乙酸：CH₂Cl₂＝9：1)，磁力搅拌24-30h使其充分溶解后静置消泡，得到静电纺丝溶液。把配制好的纺丝混合溶液转移至末端带有喷丝头的料管中，保持纺丝电压(15-18KV)恒定，推进速度为0.001-0.002mm/s，接收距离为13-16cm下进行静电纺丝，然后将静电纺丝的纤维放入40-50℃恒温箱120-160min，得到PET纤维。

d、成品纤维

麻纤维(苎麻、亚麻、黄麻、红麻、大麻、罗布麻、剑麻)、棉纤维(细绒棉、长绒棉)等成品纤维。

制备后获得的纤维的性能可以如下：

成品纤维的性能：

下面对步骤202、203，将切断的纤维加入聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物中，通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵的实施进行说明。如上所述，具体实施将以块泡法和模塑法为例进行说明。也即，实施中，在制备过程中将纤维加入到PU发泡过程制备成具有静电吸附作用的过滤海绵，加入的纤维可以是制备或成品，PU发泡过程可以是块泡或模塑，该过程的目的在于，要在发泡过程中加入静电吸附作用的短纤维，从而制备成短纤维均匀分布在聚氨酯海绵中的过滤棉。

首先，实施中在采用块泡法和模塑法时，成分用量可以如下表所示：

实施中，聚醚多元醇可以为聚醚三醇、四氢呋喃醚二醇、THF-均聚醚二醇中的任一种或几种的混合物，分子量为2800-3300，羟值为：54～57mgKOH/g。

然后对块泡法和模塑法的实施分别说明如下：

1、块泡法

如上表所示，在PU发泡过程为块泡法时，聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物包括：水、二氯甲烷、三亚乙基二胺、硅油、聚醚多元醇。

具体实施中可以如下，水为2.5-4份、二氯甲烷为2-9份、三亚乙基二胺为0.4-0.6份、硅油为2-3份、聚醚多元醇为60-100份。

实施中，在通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵时，可以包括：

将混合物混合均匀；

加入异氰酸酯搅拌混合；

自然熟化。

具体实施中，混合物混合均匀是在温度为23-27℃下进行的；

加入的异氰酸酯为30-40份，搅拌速度为900-1000r/min，搅拌时间为10-15s；

自然熟化的时间为72h。

具体的，将制备的或成品纤维用纤维切断机切断，剪切长度为1-5mm之间。将5-10份切好的纤维加入到2.5-4份水、2-9份二氯甲烷、0.4-0.6份三亚乙基二胺、2-3份硅油、60-100份聚醚多元醇的混合物中，通过静态混合器、动态混合器、搅拌器等设备混合均匀，温度为23-27℃，然后加入30-40份异氰酸酯(TDI)搅拌混合，搅拌速度900-1000r/min，搅拌时间10-15s，72h自然熟化切割即得成品。

2、模塑法

如上表所示，在PU发泡过程为模塑法时，聚氨酯海绵制备过程中所使用的混合物包括：水、三亚乙基二胺、硅油、聚醚多元醇。

具体实施中可以如下，水为2.5-4份、三亚乙基二胺为0.4-0.6份、硅油为2-3份、聚醚多元醇为60-100份。

实施中，在通过聚氨酯海绵制备工艺制备成海绵时，可以包括：

将混合物混合均匀；

加入异氰酸酯搅拌混合；

将混合物注入到高压釜内并密封，用少量不与原料反应的惰性气体吹洗后升温；

注入惰性气体，恒温恒压下饱和；

卸压至常压。

具体实施中，混合物混合均匀是在温度为23-27℃下进行的；

加入的异氰酸酯为30-40份，搅拌速度为900-1000r/min，搅拌时间为10-15s；

用惰性气体吹洗的时间为2-3min，升温到40-50℃；

注入惰性气体到20MPa，恒温恒压下饱和时间为48h。

具体的，将制备的或成品纤维用纤维切断机切断，剪切长度为1-5mm之间。将5-10份切好的纤维加入到2.5-4份水、0.4-0.6份三亚乙基二胺、2-3份硅油、60-100份聚醚多元醇的混合物中，通过静态混合器、动态混合器、搅拌器等设备混合均匀，温度为23-27℃，然后加入30-40份异氰酸酯(TDI)搅拌混合，搅拌速度900-1000r/min，搅拌时间10-15s，然后将混合物注入到高压釜内并密封，用少量不与原料反应的惰性气体(如CO₂)、N₂、Ar等)吹洗2-3min，升温到40-50℃，然后注入惰性气体到20MPa，恒温恒压下饱和48h，然后卸压至常压，取出即得成品。

在制备得到过滤海绵后，本发明实施例中还相应的提供了海绵的使用方法以及一种激光投影设备。具体实施方式说明如下：

图3为海绵的使用方法实施流程示意图，其中使用的上述实施例中的海绵，则如图所示，可以包括：

步骤301、按需要的形状将所述海绵制成过滤海绵；

步骤302、使用所述过滤海绵过滤粉尘。

实施中，可以使用所述过滤海绵在激光投影设备入风口处过滤粉尘。

图4为激光投影设备过滤网应用位置示意图，图中左边为立体示意图，右边为对应的侧视图，如图所示，在激光投影设备中，包括：如上所述的海绵；其中：海绵位于激光投影设备入风口处。

进一步的，本发明实施例中还提供了一种过滤装置，在过滤装置中包括上述过滤海绵，如，上述的过滤海绵，或是利用上述的方法制备获得的过滤海绵。具体的，该过滤装置采用这样的过滤海绵，不仅可以用于激光投影设备这种洁净度较高的电子设备，也能用于一些高精密电子设备，另外一些需要使用过滤装置的产品中也可以使用，例如：空调等，都是可以应用该过滤装置的。

综上所述，本发明实施例中提供了具有静电吸附作用的过滤海绵及其制备方法及在激光投影设备中的应用。制备的具有静电吸附作用的过滤海绵是通过在过滤海绵发泡过程中加入具有静电吸附作用的短纤维，由于有短纤维的加入，使其具有静电吸附作用，且可反复水洗、容尘量高，对微小悬浮粒子(特别是PM2.5、PM10)有较好的过滤效果。若应用在激光投影设备入风口处能起到防尘作用，既能够对大的灰尘颗粒进行阻挡，同时利用静电吸附作用对微小的粒子也能进行吸附，从而提高激光投影设备内部的洁净度，防止粉尘颗粒进入设备光路中，造成激光器或光学镜片蒙尘，引发光衰现象，影响激光投影设备的使用寿命。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。