本发明属于过滤材料领域，涉及一种天然竹纤维滤芯及其制备方法。
背景技术：
随着空气条件的恶化和消费者对健康的不断追求，过滤材料在汽车、空调、室内净化器等领域受到越来越多的关注。目前，常用来制备过滤滤芯的有玻璃纤维、聚丙烯纤维等。然而这些化学纤维在生产和使用过程中会消耗大量能源，产生废气、废水等污染环境，而且废弃后很难降解或回收再利用，对环境造成较大的负担。
天然竹纤维(也称竹原纤维)资源丰富，且表面具有大量的微小沟槽，以及中空结构，可以有效吸附空气中的微尘，具有良好的过滤性能。同时天然竹纤维的抗菌性可以改善滤材对有害微生物的抑制，降低滤材的更换频率、提高使用寿命。然而，目前天然竹纤维在滤芯领域的研究甚少，其在过滤材料方面的开发和应用受到很大限制。
现有的天然竹纤维过滤材料发明采用针刺工艺将pp无纺布、极化熔喷聚丙烯无纺布、复合竹纤维过滤层和水刺无纺布一次成型。
例如：申请号为201110036652.7的中国专利，公开了一种汽车空调过滤材料及其制备方法，所述过滤材料由pp无纺布过滤层、极化的熔喷聚丙烯无纺布过滤层、复合竹原纤维过滤层和水刺无纺布过滤层四层纤维层用针刺紧密粘合，一次成型；所述过滤材料的复合竹原纤维过滤层选用竹纤维细度要求为3-7旦，且该复合竹纤维过滤层克重要求为300g/m2。
又如：申请号为201120004366.8的中国专利，公开了一种含竹纤维的滤材，该滤材包括位于外层的无纺布层以及位于无纺布层之间的、由竹纤维与无纺布混合而成的竹纤维滤层；申请号为201120424361.0，申请日为2011年10月31日的中国专利，公开了或一种含竹纤维和活性炭的滤材，该滤材包括第一无纺布层、第二无纺布层以及复合在第一无纺布层与第二无纺布层之间的竹纤维滤层和活性炭滤层。
上述二项专利中的滤材结构没有考虑天然竹纤维紫过滤层各组分纤维的性能差异，生产制造中存在各组分纤维转移和分布不匀的问题，导致不能充分利用各组分纤维的过滤性能，所制滤材性能稳定性低。另外，所制成品存在原料价格高、透气性低等问题。
因此，有必要针对天然竹纤维特性和加工特点设计滤材结构，充分开发天然竹纤维的过滤特性，降低生产成本，同时提高滤材过滤性及其稳定性。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种天然竹纤维滤芯，结合天然竹纤维的特性和加工特点，设计滤材结构，将天然竹纤维和聚丙烯纤维薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小呈梯度或者间隔排列，充分开发天然竹纤维的过滤特性，降低生产成本，同时提高滤芯的透气性和过滤效率。
本发明是这样实现上述技术问题之一的：
一种天然竹纤维滤芯，所述滤芯包括至少两层天然竹纤维和聚丙烯纤维薄型针刺毡经针刺、热轧粘合而成，各薄型针刺毡中的天然竹纤维和聚丙烯纤维的质量混比不同，且按所含天然竹纤维的重量百分比的大小呈梯度或者间隔排列。
进一步地，所述天然竹纤维细度为3-5特克斯，长度为30-35毫米；所述聚丙烯纤维细度为3-7旦尼尔，长度为30-40毫米。
进一步地，各所述薄型针刺毡的体积密度为0.1-0.2g/cm3，克重为70-150g/m2。
进一步地，所述滤芯包括两层薄型针刺毡，两层薄型针刺毡中天然竹纤维的重量百分比分别为45％～55％和65％～75％。
进一步地，所述滤芯包括三层薄型针刺毡，各所述薄型针刺毡按所含竹原纤维的重量百分比的大小呈梯度排列，且三层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％-55％、60％-70％以及75％-85％；或各所述薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小间隔排列，且三层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％～55％、75％～85％和45％～55％或为75％～85％、45％～55％和75％～85％。
进一步地，所述滤芯包括四层薄型针刺毡，各所述薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小间隔排列，且四层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％-55％、65％-75％、45％-55％以及65％-75％。
进一步地，所述滤芯包括五层薄型针刺毡，各所述薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小间隔排列，且五层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％-55％、70％-80％、45％-55％、70％-80％和45％-55％，或70％-80％、45％-55％、70％-80％、45％-55％和70％-80％，或65％-75％、40％-50％、65％-75％、40％-50％和65％-75％，或40％-50％、65％-75％、40％-50％、65％-75％和40％-50％，或45％-55％、60％-70％、75％-85％、60％-70％和45％-55％。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种天然竹纤维滤芯制备方法，能够改善各组分纤维在薄型针刺毡中转移和分布的均匀状态，保证各薄型针刺毡的独立过滤性能。
本发明是这样实现上述技术问题之二的：
一种天然竹纤维滤芯的制备方法，所述方法如下：
步骤1、将天然竹纤维和聚丙烯纤维分别进行粗开松；
步骤2、粗开松后的天然竹纤维和聚丙烯纤维经混合后，再进行精开松；
步骤3、按混合纤维质量的3％-5％喷洒质量浓度为2％-3％的油剂，并密闭环境下预处理8-12小时；
步骤4、预处理的混合纤维送入梳理机中进行梳理；
步骤5、将梳理后的混合纤维铺网成型；
步骤6、将铺网成型的混合纤维针刺制成薄型针刺毡，且针刺机速度为300-400次/分钟，植针密度为2000-4000枚/平方米；
步骤7、将薄型针刺毡送入热轧机，调节热轧辊隔距0.4-1.0毫米，上下热轧辊温度为150-170℃；
步骤8、将天然竹纤维和聚丙烯纤维质量混比不同的各薄型针刺毡按要求铺层，形成多层薄型针刺毡；
步骤9、将多层薄型针刺毡送入针刺机，针刺制成复合结构针刺毡，所述针刺机速度300-400次/分钟，植针密度1000-2000枚/平方米；
步骤10、将复合结构针刺毡送入热轧机，调节热轧辊隔距为0.8-2.5mm，上下热轧辊温度为150-170℃，制得天然竹纤维滤芯；
步骤11、将热轧处理的天然竹纤维滤芯送入切边卷机进行切除，卷制成成品天然竹纤维滤芯。
进一步地，所述步骤3中的油剂的配置原料及过程如下：
抗静电剂tdda和梳理剂t1212按质量比例2:8或3:7配制溶质，再稀释配成质量浓度为2％-3％的混合液，恒温40℃下搅拌30分钟制成。
进一步地，所述步骤10制得天然竹纤维滤芯体积密度为0.1-0.2g/cm3，克重为200-300g/m2。
本发明具有如下优点：
选用天然竹纤维和pp纤维为原料，设计中厚型天然竹纤维滤芯，降低了天然竹纤维过滤材料的生产成本；不同质量混比竹/pp薄型针刺毡具有独特的疏松结构，并按“梯度”即按天然竹纤维的质量百分数从高到底或者从低到高依次铺设复合竹/pp薄型针刺毡，或“夹心层”结构即天然竹纤维质量百分数高的铺设在中间，质量百分数低的铺设在两边，或者反过来铺设复合，提高了天然竹纤维滤芯的透气性和过滤效率。
天然竹纤维滤芯制备过程中，性能差异大的天然竹纤维和pp纤维采用“先开松、后混合、再开松”工艺，并使用油剂预处理混合纤维，提高了其梳理加工稳定性，改善了各组分纤维在各薄型针刺毡中转移和分布的均匀状态；多层薄型针刺毡采用低针刺密度针刺复合，保证了各过滤层的独立过滤性能；加工过程中，所用设备要求低，针刺工艺简单，易于实现。
【具体实施方式】
本发明涉及一种天然竹纤维滤芯，所述滤芯包括至少两层天然竹纤维和聚丙烯纤维薄型针刺毡经针刺、热轧粘合而成，各薄型针刺毡中的天然竹纤维和聚丙烯纤维的质量混比不同，且按所含天然竹纤维的重量百分比的大小呈梯度或者间隔排列。
所述天然竹纤维细度为3-5特克斯，长度为30-35毫米；所述聚丙烯纤维细度为3-7旦尼尔，长度为30-40毫米；各所述薄型针刺毡的体积密度为0.1-0.2g/cm3，克重为70-150g/m2。
较优的，所述滤芯包括两层薄型针刺毡，两层薄型针刺毡中天然竹纤维的重量百分比分别为45％～55％和65％～75％。
较优的，所述滤芯包括三层薄型针刺毡，各所述薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小呈梯度排列，且三层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％-55％、60％-70％以及75％-85％；或各所述薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小间隔排列，且三层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％～55％、75％～85％和45％～55％或为75％～85％、45％～55％和75％～85％。
较优的，所述滤芯包括四层薄型针刺毡，各所述薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小间隔排列，且四层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％-55％、65％-75％、45％-55％以及65％-75％。
较优的，所述滤芯包括五层薄型针刺毡，各所述薄型针刺毡按所含天然竹纤维的重量百分比的大小间隔排列，且五层薄型针刺毡从上到下所含天然竹纤维的重量百分比分别为45％-55％、70％-80％、45％-55％、70％-80％和45％-55％，或70％-80％、45％-55％、70％-80％、45％-55％和70％-80％，或65％-75％、40％-50％、65％-75％、40％-50％和65％-75％，或40％-50％、65％-75％、40％-50％、65％-75％和40％-50％，或45％-55％、60％-70％、75％-85％、60％-70％和45％-55％。
本发明还涉及一种天然竹纤维滤芯的制备方法，所述方法如下：
步骤1、将天然竹纤维和聚丙烯纤维分别进行粗开松；
步骤2、粗开松后的竹纤维和聚丙烯纤维经混合后，再进行精开松；
步骤3、按混合纤维质量的3％-5％喷洒质量浓度为2％-3％的油剂，并密闭环境下预处理8-12小时；
步骤4、预处理的混合纤维送入梳理机中进行梳理；
步骤5、将梳理后的混合纤维铺网成型；
步骤6、将铺网成型的混合纤维针刺制成薄型针刺毡，且针刺机速度为300-400次/分钟，植针密度为2000-4000枚/m2；
步骤7、将薄型针刺毡送入热轧机，调节热轧辊隔距0.4-1.0毫米，上下热轧辊温度为150-170℃；
步骤8、将天然竹纤维和聚丙烯纤维质量混比不同的各薄型针刺毡按要求铺层，形成多层薄型针刺毡；
步骤9、将多层薄型针刺毡送入针刺机，针刺制成复合结构针刺毡，所述针刺机速度300-400次/分钟，植针密度1000-2000枚/m2；
步骤10、将复合结构针刺毡送入热轧机，调节热轧辊隔距为0.8-2.5mm，上下热轧辊温度为150-170℃，制得天然竹纤维滤芯；
步骤11、将热轧处理的天然竹纤维过滤滤芯送入切边卷机进行切除，卷制成成品天然竹纤维滤芯。
较优的，所述步骤3中的油剂的配置原料及过程如下：
抗静电剂tdda和梳理剂t1212按质量比例2:8或3:7配制溶质，再稀释配成质量浓度为2％-3％的混合液，恒温40℃下搅拌30分钟制成。
较优的，所述步骤10制得天然竹纤维滤芯体积密度为0.1-0.2g/cm3，克重为200-300g/m2。
以下结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
设计克重为210g/m2，并为“夹心层”结构的天然竹纤维滤芯，三层薄型针刺毡克重均为70g/m2，其天然竹纤维/pp纤维的质量混比分别为50/50、70/30和50/50。各薄型针刺毡的天然竹纤维和pp纤维按设定的质量百分比投料，分别进行粗开松，经混合、细致开松后，按混合纤维质量4％喷洒质量浓度为2％的油剂，并置于密闭环境下预处理8小时；预处理后的混合纤维经梳理铺网成型，针刺机速度为300-400次/min，植针密度为2000枚/m2，热轧机上下辊温度为170℃，隔距为0.5mm，分别制得克重70g/m2混比为50/50、70/30和50/50薄型天然竹纤维过滤层。将三层薄型天然竹纤维过滤层按天然竹纤维质量百分比“小-大-小”次序复合，进行针刺，针刺机速度300-400次/min，植针密度1000枚/m2针刺，使其平整且均匀地粘合。将针刺刺好的织物送入热轧机，上下辊温度为170℃，隔距为1.5mm，进行热轧处理，即得天然竹纤维滤芯。
上述油剂中抗静电剂tdda和梳理剂t1212按质量比例1:4配成溶剂，再稀释为质量浓度为2％的混合液，恒温40℃搅拌30分钟制成。
所得成品进行检测，过滤效率≥69％，透气量为3698.6l/m2·s。
其中，透气性测试使用yg401-b型织物中低压透气量仪，参照gb/t5453-1997纺织品织物透气性的测定，单位：l/m2·s。
过滤性测试使用sx-l1050型滤料试验台，气流量为32l/min，苯乙烯气溶胶粒径为0.3μm，参照qc/t795-1-2007道路车辆乘驾室用空气滤清器。
实施例2
其它制备工艺与实施例1相同，克重210g/m2的天然竹纤维滤芯由克重均为105g/m2的两层薄型针刺毡复合而成，其天然竹纤维/pp纤维的质量混比分别为50/50和70/30。
所得成品进行检测，过滤效率≥62％，透气量为3571.8l/m2·s。
实施例3
其它制备工艺与实施例1相同，克重300g/m2的天然竹纤维滤芯由克重均为150g/m2的两层薄型针刺毡复合而成，其天然竹纤维/pp纤维的质量混比分别为50/50和70/30。
所得成品进行检测，过滤效率≥74％，透气量为2589.6l/m2·s。
本发明天然竹纤维滤芯结构设计，选用细度为3-5特克斯、长度为30-35毫米天然竹纤维，以及细度为3-7丹尼尔、长度为30-40毫米pp纤维作为滤材原料，降低了对天然竹纤维和pp纤维在生产和使用中的要求，减少了天然竹纤维滤材原料成本。不同质量混比竹/pp薄型针刺毡具有独特的疏松结构，并按“梯度”即按天然竹纤维的质量百分数从高到底或者从低到高依次铺设复合竹/pp薄型针刺毡，或“夹心层”结构即天然竹纤维质量百分数高的铺设在中间，质量百分数低的铺设在两边，或者反过来铺设复合，提高了天然竹纤维滤芯的透气性和过滤效率。
天然竹纤维滤芯制备过程中，性能差异大的天然竹纤维和pp纤维采用“先开松、后混合、再开松”工艺，并使用油剂预处理混合纤维，提高了其梳理加工稳定性，改善了各组分纤维在各薄型针刺毡中转移和分布的均匀状态；多层薄型针刺毡采用低针刺密度针刺复合，保证了各过滤层的独立过滤性能；加工过程中，所用设备要求低，针刺工艺简单，易于实现。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。