本发明涉及一种过滤材料及其制造方法和用途。
背景技术：
目前市场上使用由聚四氟乙烯薄膜和纺粘无纺布支撑层构成的过滤材料作为过滤器，该过滤器被应用于空气过滤环境中，如科研领域的实验室，电子、通信设备的防尘等，从而过滤掉空气中的颗粒物。目前，常见的过滤器中用的过滤材料存在自身对空气产生的阻力较大、空气捕集效率不佳、透气度小等缺陷。
因此，为了解决该问题，目前市场上有通过对聚四氟乙烯薄膜进行改性处理加工，控制其透气度，进而调节过滤材料的运行阻力，通过这种方法虽然能够达到降低运行阻力和增大过滤材料的透气度的目的，但与此同时由于透气度的增大，导致过滤材料的捕集效率却明显降低。
如中国公开专利cn102946968a中公开了一种具备捕集效率较高，压力损失较低，且保尘量较大的多孔膜的滤材，该专利是通过对聚四氟乙烯薄膜进行改性处理，降低空气过滤网的压力损失。该专利采用这种方法虽然可以达到降低运行压力损失的目的，可是由于将改性聚四氟乙烯多孔膜的孔隙率过高，却降低了过滤材料的捕集效率。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种捕集效率高、透气度高、压损低的过滤材料及其制造方法。
本发明的过滤材料包括纺粘无纺布支撑材层、聚四氟乙烯多孔膜层，所述聚四氟乙烯多孔膜层为空气流入面层，该过滤材料的厚度偏差值在±25%以内，且过滤材料的平均密度为0.20～0.50g/cm3。
上述纺粘无纺布支撑材层优选是由聚酯长丝无纺布构成。
上述聚四氟乙烯多孔膜的厚度为5～15μm。
在压力200pa下，本发明过滤材料的透气度优选50.0～100.0l/cm2/min。
本发明过滤材料的捕集效率优选99.9000%以上。
本发明的有益效果是：本发明解决了以往过滤材料透气度高和捕集效率高不能同时存在的问题，而本发明采用纺粘无纺布作为过滤材料的支撑层、空气流入面采用聚四氟乙烯膜层作为过滤材料的过滤层，通过控制过滤材料的厚度以及密度在一定的范围内，制得的过滤材料具有透气度高、捕集效率高、压损低的特点。本发明的过滤材料可应用于空气过滤领域中。
具体实施方式
本发明的过滤材料包括纺粘无纺布支撑材层、聚四氟乙烯多孔膜层，所述聚四氟乙烯多孔膜层为空气流入面层，该过滤材料的厚度偏差值在±25%以内，且过滤材料的平均密度为0.20～0.50g/cm3。考虑到过滤材料在除尘器中不因风速的变化而发生较大的变形，要求过滤材料本身具有一定程度的刚性，与针刺无纺布、水刺无纺布、熔喷无纺布和机织布相比，由于纺粘无纺布具有更高的刚软度，因此可作为本发明过滤材料的支撑层。如果采用其他材质的无纺布作为支撑材层的话，如熔喷无纺布、化学粘合无纺布，由于构成熔喷无纺布的纤维较细，纤维与纤维之间排列紧密，纤维与纤维之间空隙较小，达不到所要求的透气度，这样在与聚四氟乙烯多空膜贴合后的过滤材料的透气度低，而达不到使用要求；另一方面熔喷无纺布的纤维直径小，得到的无纺布刚软度低，从而导致最终过滤材料的刚软度低。如果采用化学粘合无纺布，势必会使用粘合剂，采用粘合剂的化学粘合无纺布作为支撑材后，由于实际使用的过程中化学粘合剂可能会发生变质、脱落等现象，影响整体过滤材料的捕集效率和使用寿命。
由于聚四氟乙烯多孔薄膜具有超薄质轻、膜孔结构均匀稳定、孔隙率高、阻力小、捕集效率高等优点，并且聚四氟乙烯具有抗氧化性强、热稳定性高、疏水性好及难燃性优等特点。而且聚四氟乙烯多孔膜是一种性能优良的气体分离膜材料，因此将聚四氟乙烯多孔膜层作为空气过滤面层，可提高过滤材料的过滤性能。
本发明过滤材料的平均厚度为0.30～0.60mm。如果在同样克重条件下，如果过滤材料的平均厚度大于0.6mm的话，所得的过滤材料捕集效率低，存在过滤性能不良，长时间使用后过滤材料容易堵塞，导致能耗增加；过滤材料的平均厚度小于0.3mm的话，其聚四氟乙烯多孔膜和支撑层压的太死，虽然使得过滤材料的捕集效率提高透气度降低、阻力上升。考虑到过滤材料的透气度、捕集效率以及阻力，该过滤材料的平均厚度优选为0.40～0.50mm。
本发明过滤材料的厚度偏差值在±25%以内，如果在同样克重条件下，如果过滤材料的厚度偏差值大于±25%的话，被捕集物容易从薄处通过，所得的过滤材料捕集效率低，存在过滤性能不良，且成型时树脂容易渗透上述的过滤材料，造成最终的成品率低，成本上升；如果过滤材料的厚度偏差值小于25%的话，所得的过滤材料捕集效率、透气度、阻力更稳定，考虑到过滤材料的捕集效率、透气度以及阻力，该过滤材料的厚度偏差值优选在±15%以内。
本发明过滤材料的平均密度为0.20～0.50g/cm3。如果在同样的克重条件下，过滤材料的平均密度大于0.50g/cm3的话，构成过滤材料的支撑层和聚四氟乙烯多孔膜压的太死，虽然使得过滤材料的捕集效率提高但是透气度明显降低、阻力上升；如果过滤材料的平均密度小于0.20g/cm3的话，所得的过滤材料的捕集效率低，存在过滤性能不良，长时间使用后易堵塞，导致能耗增加。考虑到过滤材料的透气度、捕集效率以及阻力，该过滤材料的平均密度优选0.26～0.34g/cm3。
上述聚四氟乙烯多孔膜的孔径在5μm以下、且孔隙率在90%以上，使制得的过滤材料具有透气大，同时过滤性能也更优异。本发明的过滤材料由于使用在过滤领域，必须满足高捕集效率，所以在本发明中使用的聚四氟乙烯多孔膜的孔径大小在5μm以下，如果聚四氟乙烯多孔膜的孔径过大的话，大的粉尘粒子很容易穿过聚四氟乙烯多孔膜，势必使得过滤材料的捕集效率降低。
本发明导电过滤材料中聚四氟乙烯多孔膜的厚度优选5～15μm。如果聚四氟乙烯多孔膜的厚度过薄的话，由于聚四氟乙烯多孔膜本身的特性，膜越薄对聚四氟乙烯多孔膜的贴合加工越困难，容易导致聚四氟乙烯多孔膜破损，除此之外，在使用的过程中，薄的聚四氟乙烯多孔膜在、使用的过程中，越易破损，从而起不到过滤的效果；而如果聚四氟乙烯多孔膜的厚度过厚的话，聚四氟乙烯多孔膜的原纤维之间没有被很好地拉伸，这样的聚四氟乙烯多孔膜空隙较小，节点较多，虽然膜的强度可能会提高，但是聚四氟乙烯多孔膜的透气度降低，导致最终制得的过滤材料的阻力变大，从而增加了除尘器的负荷。考虑到本过滤材料实际使用中透气度的问题以及生产成本问题，所述聚四氟乙烯多孔膜的厚度更优选6～12μm。
本发明的过滤材料中构成纺粘无纺布支撑材层的材质为聚酯长丝无纺布，该聚酯长丝无纺布是由芯鞘聚酯纤维制得，鞘纤维采用低熔点的聚酯纤维，芯纤维采用熔点较高的聚酯纤维，与聚四氟乙烯多孔膜热压复合时，低熔点的聚酯纤维本部分的融掉，从而更好的提高聚四氟乙烯多孔膜的贴合牢度。
由于本发明过滤材料用于空气过滤领域，必须满足可以打折加工以及一定的柔软性，并结合成本问题考虑，所述纺粘无纺布支撑材层的克重在200g/m2以下；另外考虑到过滤材料使用的环境以及最终滤材的使用稳定性，所述纺粘无纺布支撑材层的克重需要大于100g/m2。因此，纺粘无纺布支撑材层的克重优选为100～200g/m2，更优选130～150g/m2。
在压力200pa下，本发明过滤材料的透气度优选50.0～100.0l/cm2/min。如果透气度过低的话，这样虽然可以提高过滤材料的捕集效率，但是过滤材料在过滤器中，在一定的风速下，压损上升很快；如果透气度过高的话，虽然降低了过滤材料的压损，但是这样势必会使过滤材料的捕集效率降低。考虑到压损及捕集效率，过滤材料的透气度更优选60.0～80.0l/cm2/min。
本发明过滤材料的捕集效率为99.9%以上。由捕集效率保持在99.9%以上的过滤材料，可以制成保持hepa水平的捕集效率的空气过滤装置。
本发明过滤材料的制造方法，包括以下步骤：
(1)纤维通过加热板，通过时给予热风使之纤维之间相互粘合得到纺粘无纺布，得到的纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过，控制其厚度在0.30～0.60mm之间；
(2)将纺粘无纺布的其中一面与聚四氟乙烯多孔膜在温度为160～230℃下进行热压复合，最终制得成品。
上述步骤(1)中所述得到的纺粘无纺布厚度均一性高，从而其透气度均一性高，如果采用普通加工方法得到的纺粘无纺布作为支撑层，其受置于加工方法的限制，得到的厚度不均一，导致透气度不均一，从而制得的过滤材料的捕集效率以及压损差别大，性能均一性差。
上述步骤(2)中所述的纺粘无纺布和聚四氟乙烯多孔膜的在温度为160～230℃下进行热压复合，如果热压复合时温度低于160℃，达不到聚四氟乙烯多孔膜复合所需的能量，使得最终的聚四氟乙烯多孔膜的贴合牢度低，导致整体过滤材料的使用寿命减少；如果热压复合时温度高于230℃的话，复合过程中使得形成纺粘无纺布层的芯鞘纤维扁平化，从而导致整体过滤材料的透气度降低，在最后的使用中势必会导致滤材的运行阻力增大，增加过滤成本。
通过以下实施例，对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围并不限于实施例，实施例中的各物性由下面方法测定。
【克重】
将过滤材料切成200×200mm的正方形，从重量计算出过滤材料的克重，平均测量3次，最终结果取该3次的平均值。
【厚度】
使用厚度千分表（挤压力0.000245pa）测定过滤材料的厚度，测定面积大小为1m×1m的过滤材料的延横向测定10点，纵向测定10点，共选择100点进行测定，求出平均值。
【厚度偏差值】
使用厚度千分表（挤压力0.000245pa）测定过滤材料的厚度，测定面积大小为1m×1m的过滤材料的延横向测定10点，纵向测定10点，共选择100点的厚度，通过以下公式计算得出厚度偏差值，
正偏差值=(最大值-平均值)÷平均值，
负偏差值=(最小值-平均值)÷平均值。
【密度】
使用秤量仪称量单位面积的过滤材料的重量，使用厚度千分表（挤压力0.000245pa）测定单位面积的过滤材料的厚度，通过以下公式计算得出密度，密度=重量÷（面积×厚度）。
【透气度】
基于jisl1913规定的透气性测试法测定过滤材料的透气量，测定部位随机选择10点进行测定。
【捕集效率】
基于jisb9908规定的捕集效率测试法测定过滤材料的捕集效率。
【阻力】
基于jisb9908规定的阻力测试法测定过滤材料的阻力。
实施例1
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.31mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm的聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.31mm、厚度偏差值在±20%、克重为130g/m2、密度为0.42g/cm3、透气度为70.5l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例2
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm的聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.45mm、厚度偏差值在±20%、克重为132g/m2、密度为0.29g/cm3、透气度为88.1l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例3
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.48mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为121.5l/cm2/min，厚度为6μm的聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.48mm、厚度偏差值在±20%、克重为135g/m2、密度为0.28g/cm3、透气度为65.1l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例4
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.56mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为112.7l/cm2/min，厚度为14μm聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为210℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.56mm、厚度偏差值在±20%、克重为141g/m2、密度为0.25g/cm3、透气度为52.6l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例5
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为150g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.45mm、厚度偏差值在±20%、克重为154g/m2、密度为0.34g/cm3、透气度为87.4l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例6
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为150g/m2，厚度为0.56mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.56mm、厚度偏差值在±20%、克重为158g/m2、密度为0.28g/cm3、透气度为54.2l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例7
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为99.4l/cm2/min，厚度为20μm的聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.45mm、厚度偏差值在±20%、克重为133g/m2、密度为0.30g/cm3、透气度为10.2l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例8
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm的聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.45mm、厚度偏差值在±25%、克重为132g/m2、密度为0.29g/cm3、透气度为100.4l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
实施例9
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm的聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.45mm、厚度偏差值在±15%、克重为132g/m2、密度为0.29g/cm3、透气度为89.2l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。本发明过滤材料的各物性参见表1。
比较例1
将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过，最终制得厚度为0.45mm、厚度偏差值在±20%、密度为0.29g/cm3、透气度为681.1l/cm2/min的过滤材料。该过滤材料的各物性参见表2。
比较例2
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备:将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.90mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为200℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.90mm、厚度偏差值在±20%、克重为130g/m2、密度为0.14g/cm3、透气度为104.4l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。该过滤材料的各物性参见表2。
比较例3
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为150g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.15mm、厚度偏差值在±20%、克重为156g/m2、密度为1.04/cm3、透气度为21.1l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。该过滤材料的各物性参见表2。
比较例4
(1)纺粘无纺布支撑材层的制备将聚酯纤维通过加热板，通过时给予热风使聚酯纤维之间相互融着，得到克重为130g/m2，厚度为0.45mm的聚酯纺粘无纺布，然后将上述聚酯纺粘无纺布再在两片加热的带状条之间通过；
(2)过滤材料的制备：将上述步骤(1)中制得的聚酯纺粘无纺布支撑材的一面与透气度为118.2l/cm2/min，厚度为8μm聚四氟乙烯多孔膜复合，再在温度为180℃下进行热压复合使其一体化，最终制得厚度为0.45mm、厚度偏差值在±30%、克重为132g/m2、密度为0.29g/cm3、透气度为63.2l/cm2/min的过滤材料。按照接触空气的顺序，该过滤材料的空气流入面层为聚四氟乙烯多孔膜层、空气流出面层为聚酯纺粘无纺布支撑材层的两层结构。该过滤材料的各物性参见表2，最终制品中的上述过滤材料被树脂渗透。
表1
表2
根据上述表:(1)由实施例1、2可知，同等条件下，过滤材料的厚度在优选范围内的话，所得的过滤材料的透气度、捕集效率比前者高、阻力低。
(2)由实施例2、8、9可知，同等条件下，实施例8中过滤材料的厚度偏差值大，所得的过滤材料的捕集效率低。
(3)由实施例5、6可知，同等条件下，过滤材料的厚度在优选范围内的话，所得的过滤材料的透气度、捕集效率比后者高、阻力低。
(4)由实施例2、7可知，同等条件下，后者的聚四氟乙烯多孔膜厚度过厚的话，所得过滤材料的透气度低、阻力高。
(5)由实施例2和比较例2可知，同等条件下，后者的过滤材料密度过小的话，其捕集效率差。
(6)由实施例5和比较例3可知，同等条件下，前者的过滤材料的厚度在优选范围内的话，所得到的过滤材料的透气度、捕集效率比后者高，阻力低。
(7)由实施例2和比较例4可知，同等条件下，后者过滤材料厚度偏差值过大，其捕集效率差且成型时树脂有渗透现象。