本发明涉及一种基材无纺布，尤其是一种用于涂布制备mbr平板膜的基材无纺布及其制备方法，属湿法无纺布技术领域。
背景技术
现有的膜生物反应器mbr工艺技术在处理生活污水和工业废水已取得明显的功效。其中膜组件是mbr的核心部分，目前工程化应用中主要采用中空纤维膜组件和平板膜组件，平板膜和中空纤维膜有不同特点，适用范围也有区别。由于平板膜材料强度高，制成的膜片强度高，在实际运行使用过程中，平板膜的使用寿命是中空纤维膜的1-2倍，并有清洗周期长，易清洗，易更换等特点。
而平板膜由于具有过滤分离功能的聚合物涂层单体膜强度极低，无法制成膜组件，必须与无纺布结合成一体才能使用，因此这种无纺布便成为mbr膜的关键基础材料。为制得高性能的平板膜，作为平板膜的基材无纺布必须具备优良的纤维成网均匀分布一致性，良好的微孔结构，较高的抗拉强度，适合的透气量，耐酸碱，抗氧化，表面不起毛，变形量小，厚度一致等要求。
由于聚砜涂膜层厚度非常薄（约0.03-0.05mm)，基材无纺布光面涂层后在其后续热水清洗，烘干过程中，所可能形成涂膜层与非涂膜层遇热收缩不一致，而导致涂膜面纵向两侧边向中心卷曲或产生皱条。因此基材无纺布的纵向与横向的拉力比不能大于1.3:1，以防止涂膜固化时，膜纵向两侧向中心卷曲，而涂膜不能进行。
在现有的涂膜技术中，mbr平板膜的基材无纺布一般选用熔喷法生产熔喷无纺布，或纺粘法生产的纺粘无纺布。由于熔喷无纺布，喷丝的纤维直径单一，难以适合涂膜溶液渗入到无纺布内部的1/2或1/3的要求，熔喷无纺布直径单一，不能做到纤维直径粗细搭配，而熔喷无纺布的孔径、孔率、透气量难以控制。孔径过大涂膜时溶液渗入过多，堵塞无纺布通路，影响膜组件出水量，浪费注膜液，增加成本。如孔径过小，涂膜后涂膜层与基材无纺布容易分层、剥离，而熔喷无纺布和纺粘无纺布一般采用聚酯切片pet为原料，经喷丝或纺丝过程形成无纺布。在后续辗压过程中，由于pet纤维软化点至熔点温度范围小，在加热辗压过程中很难控制纤维横截面的变形纤维横截面圆形，在加热加压辗压至扁平型或椭圆形，来调节基材无纺布的孔径和透气量。
在现有的技术中，专利号：cn104888627a(黑龙江省环境研究院）和cn102553456a（天津大学)提出了对涤纶基材无纺布进行亲水改性，提高无纺布的亲水能力，并没有提出基材无纺布的制造方法。也没有提到mbr平板膜对基材无纺布的技术要求和特性，因此采用一般技术的无纺布是难以得到合格的mbr膜片的。
技术实现要素：
为了解决上述背景技术中提出的问题，克服现有的涂层固化后与无纺布结合不牢，发生分层、剥离、卷曲、变形的情况，以及非单层结构的无纺布需复合才能成型的情况，本发明提供了一种用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布，其原料纤维包括主体纤维和热熔粘结纤维；所述主体纤维的材质为pet；所述热熔粘结纤维包括表层和内芯；所述表层的材质为改性copet；所述内芯的材质为pet；所述主体纤维的重量比为总重量的50～70%，所述热熔粘结纤维的重量比为总重量的30～50%。
较佳的，所述热熔粘结纤维的纤维直径为0.5～2dtex，纤维长度为2～5mm；所述主体纤维的纤维直径为0.3～2dtex，纤维长度为2～5mm。
较佳的，所述表层（1）熔点温度为110°c～195°c，内芯（2）熔点温度为250℃；所述主体纤维熔点温度为250℃；所述原料纤维的吸湿率为0.4%，热收缩率为8～12%。
较佳的，该制备方法依次包括以下步骤：
ａ，原料纤维的亲水性预处理：步骤ａ选用亲水高效的表面活性剂，将抄造循环处理液和原料纤维放入打浆机内，通过加入配制好的循环处理水，打浆分散制备成纤维浆料；将纤维浆料投入储浆缸内，并开启储浆缸的搅拌机，将纤维浆料稀释分散至纤维呈单根状且悬浮与水中，制得经亲水处理的抄造纤维浆料；
ｂ，抄造成纤维网：将步骤ａ制备的抄造纤维浆料，用液泵输入高位压水箱内，保持水位高度不变和水压稳定，经流量控制器控制工艺流量，所述网前水箱内设置水流分配器和水流喷射管；纤维浆料经网前箱流至倾斜抄造网进行脱水成纤维湿网；
ｃ，烘干处理：通过水平网将步骤ｂ制备的纤维湿网导入平网带上，连续进入烘箱烘干处理，烘箱温度控制在原料纤维熔点温度以下；用加热金属棍在上，传动棍在下的第一热轧机将纤维网和传输平网一同进行热压，纤维网初步粘结，脱网后可继续输送至第二热轧机实施；
ｄ，热熔辗压：将经第一热轧机初步粘结的纤维网导入第二热轧机实施热熔辗压而制得产生强度的所述基材无纺布，且两个轧辊中的上辊为导热油加热的金属镜面辊，其辊面温度高于纤维熔点温度，下辊以复合辊作为传动棍；
ｅ，热辗压厚度控制：将经步骤ｄ所制得的基材无纺布连续导入第三轧机实施无纺布的厚度轧制，调节轧辊压力，制得符合厚度要求的基材无纺布；所述第三热轧机上辊为导热油加热的金属镜面辊，辊面温度低于纤维熔点温度，下辊以复合棍作为传动辊；
ｆ，质量检测与收卷：将步骤ｅ制得的基材无纺布制成品导入缺陷和厚度检测系统，自动检测记录数据，由收卷计米器计数收卷；
较佳的，步骤ａ所述纤维上网的流量为40～60m³每小时；所述抄造循环处理液中水：活性剂的比例为1000:4～6；所述纤维浆料中纤维原料打浆比为1000:30～40；所述储浆缸内的水和纤维比重为1000:0.5～0.9。
较佳的，步骤ｂ抄造纤维网脱水是用真空泵抽吸脱水的，其纤维直径用粗纤维、中纤维、较细纤维和超细纤维，四种不同直径的纤维组成的纤维网。
较佳的，所述步骤ｃ烘干处理的烘箱温度为50～80°c，纤维网通过烘箱的时间为1.5～2min，第一轧机带网轧制，金属辊表面温度为130～160°c，线压力为轧辊自重。
较佳的，所述步骤ｄ热熔辗压金属辊表面温度210～232°c，轧辊线压力为70～90kg/cm，复合辊表面温度为110～120°c，硬度为70～90度。
较佳的，所述步骤ｅ热辗压厚度控制：金属镜面辊表面温度160～190°c，复合棍表面温度为100～120°c，轧辊线压力为60～100kg/cm间调节无纺布厚度。
较佳的，所述步骤ａ原料亲水预处理，步骤ｂ抄网造成纤维网，步骤ｃ烘干处理，步骤ｄ热熔辗压，步骤ｅ热辗压厚度控制，步骤ｆ质量检测与收卷6个步骤是连续同步进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.将上述步骤a配制好的，按基材无纺布孔径、透气量的要求设计的粗、中、细、超细纤维混合浆料，经水泵输入高位水箱，水箱内水位高度不变，以保证水压恒定。经输水管道流量控制器，控制水流量至所需要工艺流量。在此工艺过程中步骤a原料纤维的配比充分利用湿法抄造的特性，可以用不同的材质的纤维、不同直径、不同长度、不同特性的功能纤维，按工艺要求混合配比。所制得的无纺布相同的面积平均重量，可得到不同的孔径、孔率和透气量，按无纺布的技术要求，调整纤维的粗、中、细、超细的配方，操作可控性较简易，而一般的无纺布工艺技术是无法实现的。
2.根据步骤b抄造成纤维网，纤维浆料经流量控制器、流量分配器分配到管喷射至上网水箱内壁上，水中所含有的纤维与水一起流动，由于管道内的流速快，水中含有的纤维在运行中与管道内壁摩擦，管道内水中运动的纤维长度方向与水流前进方向是相同的。本发明在网前箱段设置水流分配器和水流喷射管，网前箱内是充满水的，在喷射压力作用下，水箱下部的水产生翻滚，水中所含有的纤维改变了单一方向排列分布，形成多方向杂乱分布，水流由网前箱下部上升至上部溢水口流向水平缓冲板，此时流速减慢水流中的纤维仍保持呈纵横交错状。水流至抄网斜网滤水，成型成无纺布纤维网，符合基材无纺布技术要求。本发明步骤a所制得的基材无纺布经后续湿法抄造热轧后，基材无纺布的均匀度、孔径、孔率有利于满足涂膜液渗透至无纺布厚度的1/2处，涂层和无纺布的结合锚固强度好，不易分层剥离。本发明步骤b所制得的无纺布经后续烘干热辗压后，由湿网纤维的杂乱比为1.2:1或1.3:1，热辗压后无纺布的纵横向拉力比为1.2:1或1.3:1，由此解决了基材无纺布在涂膜过程中，因基材无纺布纵横向拉力比过大，而引起膜片的两侧向中心收缩卷曲，涂膜工艺不能正常进行的缺陷。
3.由步骤b制备的纤维湿网，通过水平网将纤维湿网导入平网带上，连续进入烘箱烘干处理。并采用了第一热轧机对传输平网和纤维网同时进行热压，金属辊表面温度为130-160°c，该温度在copet/pet纤维的初熔温度范围内，使纤维网表面纤维产生热粘结，形成一定拉力强度，同时传输平网底层传动辊为常温，纤维网底层不会与传输平网产生粘结，由此纤维网可以顺利的脱离传输平网进入第二热轧机，从而解决了涤纶纤维无纺布湿法抄造后热熔粘结的技术难题。
4.有本发明步骤c所制得的具有初步粘结强度的纤维网连续导入第二热轧机，进行热辗压，第二热轧机上辊为加热金属镜面辊，下辊为非加热硬质橡胶辊，金属镜面辊表面温度为228-235°c。接近或超过copet/pet纤维的熔点温度，轧辊加压的线压力为60-90kg/cm，在此加热加压工艺工程中，基材无纺布由于基材无纺布中所含有的copet/pet纤维表皮层已接近或超过热熔温度与其它纤维发生粘结。基材无纺布强度有较大的提高，厚度下降，孔径缩小。为了制得基材无纺布涂膜对孔径的最佳孔径、孔率和透气量。在原料纤维的直径采用粗、中、细、超细纤维按不同的比列配比，形成基本符合涂膜工艺对基材无纺布的孔径透气量要求。同时在此加热加压工艺过程中，调节加热辊的温度和压力，使纤维的横断面变形，由原来的圆型压到扁平型或椭圆型，纤维的变形进一步挤压缩小孔径的面积。调节加热辊的压力、温度就能精准控制基材无纺布的孔径和透气量，满足涂膜工艺对基材无纺布的不同孔径、透气量的要求。
附图说明
图1是本发明制成品所述低熔点热熔涤纶复合纤维copet/pet的结构示意图。
图2为本发明较佳实施例与对比例的参数对照表。
如图：1.表层，2.内芯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布，其原料纤维包括主体纤维和热熔粘结纤维；所述主体纤维的材质为pet；所述热熔粘结纤维包括表层和内芯；所述表层的材质为改性copet；所述内芯的材质为pet；所述主体纤维的重量比为总重量的60%，所述热熔粘结纤维的重量比为总重量的40%。所述热熔粘结纤维的纤维直径为2dtex，纤维长度为5mm；所述主体纤维的纤维直径为2dtex，纤维长度为5mm。所述热熔粘结纤维表层熔点温度为150°c，内芯熔点温度为250℃；所述主体纤维熔点温度为250℃；所述原料纤维的吸湿率为0.4%，热收缩率为12%。
实施例2：
用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布的制备方法依次包括以下步骤：
ａ，原料纤维的亲水性预处理：步骤ａ选用亲水高效的表面活性剂，将水：活性剂的比例按1000:5配制抄造循环处理液，将低熔点热熔涤纶复合纤维copet/pet为30～50%（比重占35~45%配比较好，比重占38~42%配比最佳），涤纶纤维pet2为50～70%（比重占55~65%配比较好，比重占58~62%比重最佳）的比例配成原料的纤维放入打浆机内。所述基材无纺布纤维长度为2~5mm，在2.5~4mm最佳，通过加入配制好的循环处理水，打浆分散制备成纤维浆料；将纤维原料打浆比为1000:40制备好的纤维浆料投入储浆缸内，并开启储浆缸的搅拌机，使水中的纤维得以分散呈单根状，纤维在水中不下沉，也不浮到水面上，呈单根状均匀的悬浮在水中，储浆缸内的水和纤维比重为1000:0.8，将纤维浆料稀释分散至纤维呈单根状且悬浮与水中，制得经亲水处理的抄造纤维浆料；
ｂ，抄造成纤维网：将步骤ａ制备的抄造纤维浆料，用液泵输入高位压水箱内，保持水位高度不变和水压稳定，所述水箱内设置水流分配器和水流喷射管；经高位水箱底部的输水管道流经流量控制器。控制器流量50m³/h,经输水管道进入网前箱的流量分配器分配，由分配管喷射至上网水箱内壁上。其喷射流速约8-10m/s,水在此箱内底部翻滚。水中含有的纤维呈杂乱无方向性分布，水流由箱内下部向上溢出，经水平缓冲区减慢水流的流速，而后平缓流至斜网上，此工艺过程，水流经过流量分配器的喷射管的断面面积60cm²,水流溢到水平缓冲区的水流断面面积是120×5=600cm²,水流速大为减慢。经真空泵抽吸，吸去纤维网中约80%水份，制备成含有水分的纤维网。此时在水的流量不变，抄造循环水中的含有的纤维浓度不变的前提下，开启抄造网、烘箱平网输送带、第一热轧机、第二热轧机、第三热轧机、收卷机的变频调速电机的同步控制器，使各传动区间线速度同步运行，调节线速约7.5m/min,计算公式：（每分钟流量×纤维浓度）÷（设计每平米重量×纤维网宽度）=线速度/min；
ｃ，烘干处理：通过水平网将步骤ｂ制备的纤维湿网导入平网带上，连续进入烘箱烘干处理，烘箱内温度控制在80°c以下，优选60~70°c温度烘干纤维网中的水分，以温度控制纤维的收缩率，不发生纤维网在输送网带上断裂，或由于纤维收缩而产生纤维网裂缝。用加热金属棍在上，橡胶棍在下的第一热轧机将纤维网和传输平网一同进行热压，纤维网表层发生初熔粘结成型，而纤维网的底层面与输送网带表层，由于通过上下两辊间的接触点线时间非常短（约0.3s），且下辊橡胶辊非加热辊，所以纤维网与输送网带不会发生沾粘，可以顺利的脱离输送网带，脱网后可继续输送至第二热轧机实施；
ｄ，热熔辗压：将经第一热轧机初步粘结的纤维网导入第二热轧机实施热熔辗压而制得产生强度的所述基材无纺布，且两个轧辊中的上辊为导热油加热的金属镜面辊，其辊面温度高于纤维熔点温度，下辊以复合辊作为传动棍；镜面辊表面温度185~200°c，优选190~195°c，复合辊为非加热辊，基材无纺布导入后，对轧辊加压，线压为40~60kg/cm,优选为50kg/cm,此热辗压工艺过程，由于加热镜面辊的表面温度已达到copet纤维表层的熔点温度，copet/pet纤维表层熔化，在压力的作用下与pet纤维粘合产生拉力强度；
ｅ，热辗压厚度控制：将经步骤ｄ所制得的基材无纺布连续导入第三轧机实施无纺布的厚度轧制，调节轧辊压力，制得符合厚度要求的基材无纺布；所述第三热轧机上辊为导热油加热的金属镜面辊，辊面温度低于纤维熔点温度，下辊以复合棍作为传动辊；，加热镜面辊的表面温度为120~140°c，优选125~135°c，复合辊硬度120°，基材无纺布导入轧机后对轧辊施加压力，轧辊线压为60kg/cm~100kg/cm之间调节，使基材无纺布的厚度符合设计厚度要求，同时由于镜面辊表面的工作温度在copet/pet纤维的软化初熔范围内，由于受到压力和弹性硬度的作用，copet/pet纤维的横断面产生变形至扁平型或椭圆型，从而进一步压缩基材无纺布的表面层（光面）的孔径；
ｆ，质量检测与收卷：将步骤ｅ制得的基材无纺布制成品导入缺陷和厚度检测系统，自动检测记录数据，由收卷计米器计数收卷；
最终制得面密度80g/m²基材无纺布，其有关技术性能指标见表1。
实施例3：
一种用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布的制备方法，按下列步骤进行：按热熔粘结纤维copet/pet纤维直径2dtex,长度3mm,占比38%，pet纤维直径1.5dtex，长度4mm,占比25%，pet纤维直径1dtex，长度3mm,占比20%.pet超细纤维直径0.3dtex，长度2mm,占比17%,将纤维称重后投入打浆机内混合打浆，打浆后的纤维浆料输入储浆缸内循环水中分散、搅拌。其步骤与实施例1相同。调整线速度为6.7m/min.制得基材无纺布面密度90g/m²,其有关技术性能指标见表1。
实施例4：
一种用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布的制备方法，按下列步骤进行：按热熔粘结纤维copet/pet纤维直径1.5dtex,长度5mm,占比42%，pet粗径纤维直径2dtex，长度2.5mm,占比28%，pet超细纤维直径0.3dtex，长度2mm,占比30%,将纤维称重后投入打浆机内混合打浆，打浆后的纤维浆料输入储浆缸内循环水中分散、搅拌。其步骤与实施例1相同。调整线速度为6.2m/min.制得基材无纺布面密度95g/m²,其有关技术性能指标见表1。
实施例5：
一种用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布的制备方法，按下列步骤进行：按热熔粘结纤维copet/pet纤维直径1.2dtex,长度3mm,占比40%，pet粗径纤维直径2dtex，长度4mm,占比30%，pet纤维直径1.5dtex，长度4mm,占比10%.pet细纤维直径0.5dtex，长度2mm,占比20%,将纤维称重后投入打浆机内混合打浆，打浆后的纤维浆料输入储浆缸内循环水中分散、搅拌。其步骤与实施例1相同。调整线速度为8.4m/min.制得基材无纺布面密度75g/m²,其有关技术性能指标见表1。
对比例1：
一种用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布的制备方法，按下列步骤进行：按热熔粘结纤维copet/pet纤维直径2dtex,长度4mm,占比40%，pet粗径纤维直径2dtex，长度3mm,占比50%，pet纤维直径1.2dtex，长度2mm,占比10%.，将纤维称重后投入打浆机内混合打浆，打浆后的纤维浆料输入储浆缸内循环水中分散、搅拌。其步骤与实施例1相同。调整线速度为6.7m/min.调整第三热轧机的线压力100kg/cm。制得基材无纺布面密度90g/m²,其有关技术性能指标见表1。
对比例2：
一种用于水处理的mbr平板膜的湿法基材无纺布的制备方法，按下列步骤进行：按热熔粘结纤维copet/pet纤维直径1dtex,长度3mm,占比42%，pet纤维直径1dtex，长度4mm,占比20%，pet超细纤维直径0.3dtex，长度2mm,占比38%.，将纤维称重后投入打浆机内混合打浆，打浆后的纤维浆料输入储浆缸内循环水中分散、搅拌。其步骤与实施例1相同。调整线速度为8.4m/min.调整第三热轧机的线压力50kg/cm。制得基材无纺布面密度75g/m²,其有关技术性能指标见表1。
表1：实施例与对比例参数对照表
在以上测试表中：实例2-5测试结果符合mbr平板膜对基材无纺布的技术要求。对比例1由于基材无纺布中粗直径纤维含量2dtex为90%，基材无纺布孔径大，透气量大。制备工艺中尽管第3热轧机线压力加大到100kg/cm,纤维变形后，达不到缩小孔径的效果。对比例2.由于基材无纺布中超细纤维含量：0.3dtex为38%，基材无纺布孔径小，透气量较低。在制备工艺中尽管第三热轧机的线压为降至50kg/cm,纤维横断面变形很小，但未达到提高透气量的效果。由此可见，对比例1、对比例2的基材无纺布，纤维直径粗细配比不合理，已超出第3热轧机加压后纤维断面的变形范围。第3热轧机是精准调控基材无纺布的孔径和透气量，调整范围较小。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。