过滤结构以及过滤元件的制作方法

本实用新型属于过滤结构技术领域。

背景技术：

中国发明专利CN104959611A公开了一种多孔薄膜及多孔薄膜的制备方法，制备方法主要包括步骤：以金属或不锈钢材质的编织网为基底，采用冷喷涂的方式，将原料粉料与PVB溶液混合得到的浆料通过喷枪喷涂至基体表面，然后依次经过烘干、制备生坯和真空烧结工艺，即制备得到多孔薄膜产品。所得多孔薄膜在实际应用于过滤中时存在以下问题，1)由于金属或不锈钢编织网材质的基底的孔隙度较低，因此所得多孔薄膜的透气度低，过滤阻力较大；2)由于金属或不锈钢编制网材质的基底的表面光滑，因此所得多孔薄膜中基底与过滤层的结合力较弱，耐弯折性能较差，使用寿命较短；3)由于金属或不锈钢编制网材质的基底的孔径通常较大，在保证过滤层不易脱落的情况下不能制备较厚的过滤层，因此所得多孔薄膜的孔径较大，过滤精度较低。

技术实现要素：

基于上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新的过滤结构，该过滤结构的孔径小、孔隙度高、使用寿命长。本实用新型还要提供应用该过滤结构的过滤元件。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为，过滤结构，包括多孔材料基材和过滤层，所述多孔材料基材包括多孔结构主体及多孔结构主体表面的纤维发散层，所述过滤层包括附着于多孔结构主体的孔隙表面的第一过滤层、与纤维发散层结合形成连接层的第二过滤层及位于连接层表面的第三过滤层。由于多孔材料基材表面的纤维发散层含有大量无序发散分布的具有超高比表面积的纤维，可在很大程度上提升了多孔材料基材的表面粗糙度，且含有很多与多孔结构主体表面呈一定夹角的纤维，因此显著扩大了过滤层与多孔材料基材表面的接触面积，使得过滤层与多孔材料基材的结合力显著增强，过滤层不易脱落，过滤结构的使用寿命显著延长。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述多孔材料基材包括由纤维经无纺铺制形成的多孔结构主体以及由所述多孔结构主体表面呈无序状堆叠排列的纤维构成的纤维发散层。所述无纺铺制是指使纤维呈无序状堆叠排列，采用无纺铺制得到的多孔结构主体表面容易形成无序发散分布的纤维，而金属编织网或不锈钢编织网是由纤维有序编织而成，因此编织网的表面是光滑平整的。由纤维无纺铺制形成的多孔结构主体的孔隙度高，孔径小，可显著提升最终过滤结构的透气度和过滤精度。进一步，所述多孔结构主体的孔径呈梯度分布，所述梯度分布方向是指沿垂直于多孔结构主体表面的方向，此时，该多孔结构主体与第一过滤层的结合力更强，进一步防止过滤层脱落。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述多孔材料基材的孔隙度为75-95％。传统的金属或不锈钢材质的编织网的孔隙度通常在60％以下，所得的过滤结构的孔隙度只能更低，因此，本实用新型的多孔材料基材具有明显的优势。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述多孔材料基材的材质为金属单质或合金。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述过滤层由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料构成。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述固溶体为Ni-Cr固溶体、Ag-Au固溶体、Ti-Zr固溶体、Fe-Cr固溶体、Ni-Cu固溶体、Cu-Al固溶体、Cu-Zn固溶体、Ni-Al固溶体、Ni-Cr-Fe固溶体或Fe-Ce-Al固溶体。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述过滤结构的厚度为0.1-1mm；所述过滤结构的孔隙度为70-90％；所述过滤结构的气通量为2500-5500m³/m²·h·kpa；所述过滤结构的平均孔径为0.05-50μm。当采用本实用新型的多孔材料基材为代替金属或不锈钢编织网时，与CN104959611A中公开的多孔薄膜相比，即使在孔径相同的前提下，本实用新型的过滤结构的孔隙度约为该多孔薄膜孔隙度的1.5-2倍，本实用新型的过滤结构的气通量约为该多孔薄膜气通量的2-5倍。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述第三过滤层的厚度为0.02-0.3mm。由于连接层的存在使得过滤结构中多孔材料基材与过滤层的结合力强，因此第三过滤层不易脱落，其厚度的选择性增强，具有上述厚度的第三过滤层的过滤结构的强度高，过滤精度高。

作为上述过滤结构的进一步改进，所述连接层的厚度为0.01-0.05mm。具有该厚度连接层的过滤结构中多孔材料基材于过滤层的结合力强。

由于本实用新型所采用的多孔材料基材与过滤层的结合力更强，因此过滤结构的可成型性更好、强度更高，因此可以将对应的过滤结构制成各种复杂形状的过滤元件。或根据现有过滤元件的形状，采用对应形状的多孔材料基材。不同孔径的过滤结构可以进一步组成多级过滤元件。该过滤元件应用于气体净化，具有更高的过滤精度、更小的过滤阻力和更长的使用寿命，可以满足室内空气净化质量要求。

附图说明

图1为多孔材料基材的结构示意图。

图2为实施例1的过滤结构的结构示意图。

图3为实施例2的过滤结构的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的多孔材料基材1包括多孔结构主体1及多孔结构主体1表面的纤维发散层2，该多孔材料基材1的厚度为0.2mm，孔隙度为80％。如图2所示的过滤结构，包括上述多孔材料基材1和过滤层2，所述过滤层2包括附着于多孔结构主体11的孔隙表面的第一过滤层21、与纤维发散层12结合形成连接层3的第二过滤层22及位于连接层3表面的第三过滤层23。其中，仅在多孔材料基材1的一个侧面形成连接层3和第三过滤层23。所述连接层的厚度为0.03mm，所述第三过滤层的厚度为0.1mm。

CN104959611A中的实施例7中采用304不锈钢筛网为基体制备的多孔薄膜的厚度为0.3mm，平均孔径为21μm，孔隙率为44％，透气度为650m³/m²·h·kPa，过滤层为Ni-Cu固溶体。采用该实施例的制备方法，以304不锈钢材质的上述多孔材料基材1为基体，制备与上述多孔薄膜的过滤层、厚度和孔径均相同的过滤结构的孔隙度为75％，透气度为3250m³/m²·h·kPa。经验证，除了具有优异的孔隙和透气度之外，本实施例的过滤结构还具有比该多孔薄膜更好的耐弯折性能和抗震性能，使用寿命更长。

实施例2

如图1所示的多孔材料基材1包括多孔结构主体1及多孔结构主体1表面的纤维发散层2，该多孔材料基材1的厚度为0.08mm，孔隙度为86％。如图3所示的过滤结构，包括上述多孔材料基材1和过滤层2，所述过滤层2包括附着于多孔结构主体11的孔隙表面的第一过滤层21、与纤维发散层12结合形成连接层3的第二过滤层22及位于连接层3表面的第三过滤层23。其中，在多孔材料基材1的两个侧面均形成连接层3和第三过滤层23。其中，在多孔材料基材1两侧的连接层的厚度均为0.04mm，第三过滤层厚度均为0.02mm。

CN104959611A中的实施例1中采用紫铜筛网为基体制备的多孔薄膜的厚度为0.12mm，平均孔径为15μm，孔隙率为54％，透气度为1500m³/m²·h·kPa，过滤层为Ni-Cu固溶体。采用该实施例的制备方法，以紫铜材质的上述多孔材料基材1为基体，制备与上述多孔薄膜的过滤层、厚度和孔径均相同的过滤结构的孔隙度为81％，透气度为4500m³/m²·h·kPa。经验证，除了具有优异的孔隙和透气度之外，本实施例的过滤结构还具有比该多孔薄膜更好的耐弯折性能和抗震性能，使用寿命更长。

将实施例1-2所得过滤结构裁剪、折叠为平板型、圆筒型或其他形状的过滤元件，可以但不仅限于采用以下两种方式。一种是将两张不同孔径的过滤结构制成两级过滤元件，平均孔径较大的第一级过滤结构先与待过滤物接触，截留住较大的颗粒物，然后较小的颗粒物被第二级过滤结构截留。另外一种是将两种不同孔径的多孔材料基材叠加轧制为一体，然后再制备过滤层，然后制成过滤元件，平均孔径较大的一侧先与待过滤物接触，截留住较大的颗粒物，然后较小的颗粒物被另一侧截留。