专利名称：针水刺非织造布多层复合过滤材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于汽车用非织造纺织品，特别涉及一种汽车发动机滤清器用高效环保过 滤材料针水刺非织 造布多层复合过滤材料及其制备方法。
背景技术：
进入21世纪以来，世界汽车工业发生了翻天覆地的变化，其发展异常迅速。汽车 工业的快速发展带动了汽车用纺织品的应用。其中非织造布占据了越来越大的比重，在整 个汽车结构中，纺织品可占汽车总重量的3%，平均起来1吨的汽车，将使用30公斤的纺织 品，而其中有2/3是非织造布；中国是世界上汽车工业发展最为迅猛的国家，近年来汽车产 量逐年上升，2007年销量达到800万辆。而2007年世界汽车销售达到7600万辆以上，该行 业将消耗180万吨以上的非织造布。可见，非织造布在汽车领域具有广阔的市场前景。与汽车工业的快速发展相比，我国目前车用非织造材料的发展现状却不容乐观， 其中最突出的表现是目前我国高性能化纤原料、汽车用复合材料、高档次车用非织造材料 大部份都以进口为主，国内企业的新产品开发能力较弱；再者车用非织造材料对面料功能 性要求高，要有纤维强度指标、吸湿性、透气性、色牢度、耐日照性、耐清洁性、阻燃性、防静 电、防倒毛、可回收、可抗菌等十几种功效，生产难度大。汽车发动机滤清器用过滤材料属于汽车用非织造纺织品的一种。汽车在使用过程 中，进入发动机的空气中含有有机尾气、油份、金属微粒以及大量不同粒径的粉尘等物质， 因此要求使用在汽车发动机空气滤清器上的过滤材料能很好的过滤掉这些物质，特别是有 机油份和金属微粒，否则这些物质将严重影响发动机的工作性能、使用寿命，甚至造成进一 步污染。但目前过滤材料的过滤效果显然不够理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车发动机滤清器用高效环保过滤材料针水刺非织 造布多层复合过滤材料及其制备方法，对进入发动机的物质特别是有机油份和金属微粒可 以起到很好的过滤作用。本发明采用的技术方案如下针水刺非织造布多层复合过滤材料，所述的过滤材料由五层纤维层针刺复合、 浸胶而成，从空气进入的方向由外至内分别为A、B、C、D、E层；A层为3. 33dtex*51mm与 6. 66dteX*51mm两种涤纶纤维混配针刺加工得到的针刺层；B层为0. 8D 1. 4D涤纶纤维水 刺层；C层为天然棉纤维水刺层；D、E两层为0. 8D 1. 4D涤纶纤维水刺层。3. 33dtex*51mm与6. 66dtex*51mm涤纶纤维的混配比例无严格要求。本发明的过滤材料由五种不同的纤维层经针刺复合而成，包括四层水刺层和一层 针刺层。其设计重点体现了环保及功能性要求，采用分层过滤的原理对混杂在空气中的各 成分杂质进行分层过滤，每个过滤层对过滤特定的成分杂质有特殊的作用。通过五层不同 原料的织物结构，可以分别有效地过滤掉不同粒径的粉尘，特别是采用天然棉纤维，可以有效过滤空气中的油份及其他的有机尾气、金属粒子等，有效提高发动机的性能，延长发动机 的使用寿命。A层由3. 33dteX*51mm与6. 66dteX*51mm两种粗旦涤纶纤维经针刺而成，其纤 维组织结构较松散，有利于空气的顺利通过并过滤掉粒径较大的粉尘；C两层为天然纤维 (COTTON)经水刺加工而成，其纤维结构较密实，可进一步过滤粒径较小的粉尘颗粒，特别是 由于COTTON纤维固有的特殊表面结构，可有效过滤空气中的有机油份及微金属颗粒，且吸 附量大；B、D、E层为涤纶纤维水刺层，其纤维密度更为紧密，可有效地对空气中的粉尘颗粒 进行最后一级过滤，并且由于涤纶的耐磨性，可有效地提高过滤材料的使用寿命。材料的选择由于采用天然纤维(棉)、不同细度、不同表面状态和不同截面形态的 纤维，并通过复合，取长补短，极大的改善了过滤性能，使高效得以实现；其次采用天然纤维 等可降解的纤维，使该产品更加环保。进一步，A层针刺层克重为95士5g/m2 ；所述的B、D、E层涤纶纤维水刺层克重为 30 士 3g/m2、C层天然棉纤维水刺层克重为35 士 3g/m2。选择这些克重的针刺布和水刺布，既能有效地分级过滤空气中粉尘颗粒和油迹， 又能满足空气的流量要求。本发明还提供了一种所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，步骤 如下分别制备A、B、C、D、E层，然后将五层纤维层针刺复合获得针刺坯布，之后浸胶，得到 所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料。 针刺坯布的制备采用两次复合针刺，第一次复合针刺A层针刺层在1#及2#针 刺机进行针刺成型，B层涤纶纤维水刺层在3#针刺机与A层进行复合，C层天然棉纤维水 刺层在第5#针刺与A、B复合层进行复合，此过程中，A层针刺层在第3#、5#针刺机复合过 程中也加强了针刺；第二次复合针刺D层涤纶纤维水刺层在3#针刺机与A、B、C复合层 复合，E层涤纶纤维水刺层在5#针刺机与A、B、C、D复合层进行复合；第一次复合针刺1#、 2#、3#、5# 针刺机的针密分别控制为 50-60N/cm2、40-50N/cm2、40-50N/cm2、45-55N/cm2，总 针密为 180-220N/cm2 ；1#、2#、3#、5# 针刺机对应的针深分别为 9. 5士0. 5mm、6. 5士0. 5_、
7.5 士 0. 5mm、6. 5 士 0. 5mm ；第二次复合针刺3#、5#针刺机的针密分别控制为40-50N/ cm2、60-70N/cm2，总针密为100_120N/cm2 ；3#、5#针刺机对应的针深分别为6. 6士0. 5讓、
8.1 + 0. 5mm。针刺时对针深针密的控制可以保证各功能层形态完整、界面清晰，在具有一定的 剥离强力同时又保证各功能层之间有一定的结合力，保证综合的过滤效果。针深、针密太大 容易导致水刺布组织结构被破坏而影响产品过滤效果，针深、针密不足产品剥离强度等方 面达不到要求，下游厂家无法进行压模生产。进一步，1#、2#、3#、5#针刺机的牵伸率分别为45士5 %、10士3 %、6士3
10士3%，B、C、D、E水刺层的退卷张力用自制的重锤式张力架控制，退卷张力一般控制在 60士10N。针刺坯布的制备中，锡林速度为1000士50m/min，上、下道夫的速度分别控制为 35士2m/min、36士2m/min，道夫与凝聚的速比一般控制为1. 6-2. 0/1，上、下凝聚的速度优选 分别控制为19士2m/min，针刺机台间坯布张力在无意外牵伸，保持轻度悬垂的最小张力状 态下控制。对梳理及针刺的各个主要工艺参数，如锡林速度、道夫与凝聚辊的速比、针密、针深、牵伸等进行合理调节，另外对针刺坯布生产过程中张力进行控制，尽量减少张力，防止 意外牵伸的产生，以保证产品物性指标符合要求。张力小了布易产生皱折和扭曲，张力大了 易破坏水刺布的物性，工艺上要克服复合过程中的折皱，并且复合后各层间要保持界面清 晰；进一步，由于四层水刺布克重低，复合时极易产生皱折而造成不良品，复合过程要控制 好用于复合的各层水刺布的退卷张力。其中，A-E各层的制备方法优选按照如下步骤进行 A层针刺层的制备方法如下将3. 33dtex*51mm与6. 66dtex*51mm两种涤纶纤维 混配经纤维喂入、粗开松、纤维混合、精开松、纤维梳理成网、交叉铺网、针刺制得；C层天然 棉纤维水刺层的制备方法如下将天然棉纤维除杂、脱脂、烘干，然后喂入、粗开松、纤维混 合、精开松、纤维梳理成网、交叉铺网、水刺、水刺布烘干，得到所述的C层天然棉纤维水刺 层；B、D、E层涤纶纤维水刺层的制备方法如下纤维喂入、粗开松、纤维混合、精开松、纤维 梳理成网、交叉铺网、水刺布烘干，得到所述的B、D、E层涤纶纤维层水刺层。制得的针刺坯布的规格为95士5g/m2，密度非常低，只有0.05g/cm3，与传统的基布 密度(密度0. 18g/cm3)差距较大，生产难度大，过程中要严格控制梳理、铺网及针刺等各环 节的工艺，防止产生密度不勻、铺网折皱、表面不平整等问题。制得针刺复合坯布后，经倒卷机倒卷、在浸渍生产线退绕、饱和浸胶，然后经过四 辊烘筒预烘、高温焙烘，卷绕，在分切机上进行分切及检查即得到所述的针水刺非织造布多 层复合过滤材料。所述的饱和浸胶所用的胶液通过下法得到按照以下重量百分比将19-25%的 AT-330 (日本昭和高分子株式会社生产)、0. 16-0. 20%的LC-10 (日本昭和高分子株式会社 生产)、1.6-2.0%的SM-300(日本昭和高分子株式会社生产)、0. -0.2%的色膏(日本 昭和高分子株式会社生产)，依次加入72. 70-79. 04%的水中，然后搅拌均勻制得。浸渍用的胶液为水溶性乳液，无化学溶剂，无污染物产生，符合环保要求及职业健 康安全要求。合理调整配方中各成分的比例关系，确保化学粘合的效果，确保产品具有一定 的硬挺性；也确保乳液的化学稳定性和生产过程交联的充分连续性；而浆料助剂的加料顺 序也保证了浆液在生产过程的稳定性。为了达到对材料表观质量的高要求，调制好的浆液 最好在使用之前进行过滤。在浸渍过程中，饱和浸胶两个挤辊之间压力为0. 40士0. OlMPa，胶液的附着量控制 在25-40g/m2 ；预烘的温度为130士 10°C ；高温焙烘过程依次进入1_5区，1-5区的温度依次 控制在 200士 15、205士 15、205士 15、205士 15、200士 15°C ；车速为 6. 0士0. 5m/min。对饱和浸胶挤辊隔距、四辊烘筒预烘干温度、烘箱温度、生产车速进行调整，以保 证胶乳颗粒在针刺坯布中呈点状均勻分布，保证产品均勻硬挺的手感，以及达到所要求的 浸胶量并完全烘干固化无异味。选用所述的浸胶以及后整理工艺对五层复合材料既进行了化学粘合加固又保证 了透气率，利于空气的顺利通过；纤维与浆料呈点状结合，不破坏坯布的组织结构同时也赋 于产品所要求的物理性能及良好的硬挺度。复合用的第三层C层天然棉纤维水刺层所采用的是低定量(35g/m2)脱脂棉水刺 布，由于产品物性特点，在水刺生产中难度极大。脱脂棉在高速梳理中，若工艺设置不当时 易轧坏针布，严重时会产生火灾。我们通过采用调整梳理机隔距、传动速比等特殊的工艺，防止纤维梳理过程中产生的粘结、梳理不充分、设备卡死及静电等问题。其次40g/m2以下产品不宜采用交叉铺网方法进行生产，这给水刺生产带来更大的难度。本发明中未详述的部分可参照本领域常规技术与方法进行，此处不再赘述。本发明相对于现有技术，有以下优点由于采用针刺和多层水刺复合，大幅度的减少了纤维的用量，得到的过滤材料的 厚度大幅下降，且最终产品从原来350g/m2下降到220g/m2，降低了生产成本；但最重要的三 项指标，如通气度、清净效率即过滤效果、使用寿命却大幅提升，达到国际先进水平，可有效 的提高发动机的使用性能，使汽油充分燃烧，减少有机尾气的排放；另外能源消耗可比传统 纺织节约30% -50%。
具体实施例方式以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此实施例1针水刺非织造布多层复合过滤材料，所述的过滤材料由五层纤维层针刺复 合而成，从空气进入的方向由外至内分别为A、B、C、D、E层；A层为两种粗旦涤纶纤维 3. 33dtex*51mm与6. 66dtex*51mm混配针刺加工得到的针刺层；B层为涤纶纤维水刺层；C 层为天然棉纤维水刺层；D、E两层为涤纶纤维水刺层。A层针刺层克重为95g/m2 ；所述的B、 D、E层涤纶纤维水刺层克重为30g/m2、C层天然棉纤维水刺层克重为35g/m2。其制备方法步骤如下1)分别制备A、B、C、D、E层A层针刺层的制备方法如下将两种粗旦 3. 33dtex*51mm与6. 66dtex*51mm混配涤纶纤维经纤维喂入、粗开松、纤维混合、精开松、 纤维梳理成网、交叉铺网、针刺制得；C天然纤维水刺层的制备方法如下将天然纤维除杂、 脱脂、烘干，然后喂入、粗开松、纤维混合、精开松、纤维梳理成网、交叉铺网、水刺、水刺布烘 干；B、D、E层涤纶纤维水刺层的制备方法如下纤维喂入、粗开松、纤维混合、精开松、纤维 梳理成网、交叉铺网、水刺布烘干。2)将五层纤维层针刺复合获得针刺坯布针刺坯布的制备采用两次复合针刺，第 一次复合针刺A层针刺层在1#及2#针刺机进行针刺成型，在第3#、5#针刺机复合过程中 再加强针刺，B层涤纶纤维水刺层在3#针刺机与A层进行复合，C层天然棉纤维水刺层在第 5#针刺与A、B复合层进行复合。第二次复合针刺D层0. 8D 1. 4D涤纶纤维水刺层在3# 针刺机与A、B、C复合层复合，E层0. 8D 1. 4D涤纶纤维水刺层5#针刺机与A、B、C、D复 合层进行复合；第一次复合针刺1#、2#、3#、5#针刺机的针密分别控制为55N/cm2、45N/cm2、 45N/cm2、50N/cm2 ； 1#、2#、3#、5# 针刺机对应的针深分别为 9. 5mm、6. 5mm,7. 5mm、6. 5mm。第 二次复合针刺3#、5#针刺机的针密分别控制为45N/cm2、65N/cm2 ;3#、5#针刺机对应的针深 分别为6. 6mm、8. 1mm。锡林速度为1000m/min，上、下道夫的速度分别控制为35m/min、36m/ min，上、下凝聚的速度都控制为19m/min，针刺机台间坯布张力在无意外牵伸，保持轻度悬 垂的最小张力状态下控制。1#、2#、3#、5#针刺机的牵伸率分别为45%、10%、6%、10%，B、 C、D、E水刺层的退卷张力用自制的重锤式张力架控制，退卷张力控制在60N。3)将制得的针刺复合坯布在倒卷机上进行倒卷。4)饱和浸胶所用的胶液通过下法得到将AT-330 19份、LC-100. 16份、SM-3001.6份、色膏0.2份依次加入79. 04份(全部为重量份，下同)水中，然后搅拌均勻制得。饱 和浸胶两个挤辊之间压力为0. 40MPa，胶液的附着量控制在35g/m2。5)经过预烘、高温焙烘，卷绕得到所述的车发动机滤清器用高效环保过滤材料； 预烘干的温度为130°C、高温烘焙过程烘箱1-5区的温度控制在200°C、205°C、205°C、 205 °C >200 °C ；车速为 6. Om/min。表1为本发明制得的过滤材料规格表。其中的传统材料为四层复合层，A层为105士8g/m2的PETlOO %针刺层；B层为 105士8g/m2的PETlOO %针刺层；C层为60士3g/m2的100%棉水刺层；D层为60士3g/m2的 100% PET水刺层。表 1 实施例2针水刺非织造布多层复合过滤材料，所述的过滤材料结构同实施例1。A层针刺层密度为100g/m2 ；所述的B、D、E涤纶纤维水刺层密度为31g/m2、C天然 纤维水刺层密度为36g/m2。其制备方法步骤如下1)分别制备A、B、C、D、E层过程同实施例1。2)将五层纤维层针刺复合获得针刺坯布同实施例1。3)将制得的针刺复合坯布在倒卷机上进行倒卷。4)饱和浸胶所用的胶液通过下法得到将AT-330 22份、LC-100. 18份、SM-300 1. 8份、色膏0. 1份依次加入75. 92份水中，然后搅拌均勻制得。饱和浸胶两个挤辊之间压力为0. 40MPa，胶液的附着量控制在28g/m2。5)经过预烘、高温焙烘，卷绕得到所述的车发动机滤清器用高效环保过滤材料； 预烘干的温度为125°C、高温烘焙过程烘箱1-5区的温度控制在210°C、215°C、21(TC、 220 °C >210 °C ；车速为 6. 5m/min。表2为本发明制得的过滤材料规格表。其中所述的的传统材料同表1。表 2 实施例3针水刺非织造布多层复合过滤材料，结构同实施例1。A层针刺层密度为90g/m2 ；所述的B、D、E涤纶纤维水刺层密度为28g/m2、C天然纤 维水刺层密度为33g/m2。其制备方法步骤如下1)分别制备A、B、C、D、E层过程同实施例1。2)将五层纤维层针刺复合获得针刺坯布同实施例1。3)将制得的针刺复合坯布在倒卷机上进行倒卷。4)饱和浸胶所用的胶液通过下法得到将AT-330 25份、LC-100. 2份、SM-300 2. O份、色膏0. 1份依次加入72. 70份水中，然后搅拌均勻制得。饱和浸胶两个挤辊之间压 力为0. 35MPa，胶液的附着量控制在40g/m2。5)经过预烘、高温焙烘，卷绕得到所述的车发动机滤清器用高效环保过滤材料； 预烘干的温度为140°C、高温烘焙过程烘箱1-5区的温度控制在195°C、200°C、20(TC、 205 °C >210 °C ；车速为 5. 8m/min。
表3为本发明制得的过滤材料规格表。其中所述的的传统材料同表1。表 3
权利要求
针水刺非织造布多层复合过滤材料，其特征在于，所述的过滤材料由五层纤维层针刺复合、浸胶而成，从空气进入的方向由外至内分别为A、B、C、D、E层；A层为3.33dtex*51mm与6.66dtex*51mm两种涤纶纤维混配针刺加工得到的针刺层；B、D、E层为0.8D～1.4D涤纶纤维水刺层；C层为天然棉纤维水刺层。
2.如权利要求1所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料，其特征在于，A层针刺层克 重为95 士 5g/m2 ；所述的B层涤纶纤维水刺层克重为30 士 3g/m2、C层天然棉纤维水刺层克重 为35 士 3g/m2，D、E两层涤纶纤维水刺层克重为30 士 3g/m2。
3.权利要求1所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征在于，步 骤如下分别制备A、B、C、D、E层，然后将五层纤维层针刺复合获得针刺坯布，之后浸胶，得 到所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料。
4.如权利要求3所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征在于， 针刺坯布的制备采用两次复合针刺，第一次复合针刺A层针刺层在1#及2#针刺机进行针 刺成型，B层涤纶纤维水刺层在3#针刺机与A层进行复合，C层天然棉纤维水刺层在第5#针 刺与A、B复合层进行复合；第二次复合针刺D层涤纶纤维水刺层在3#针刺机与A、B、C复 合层复合，E层涤纶纤维水刺层在5#针刺机与A、B、C、D复合层进行复合；第一次复合针刺 1 #、2#、3#、5# 针刺机的针密分别控制为 50-60N/cm2、40-50N/cm2、40-50N/cm2、45_55N/cm2， 总针密为180-220N/cm2 ；1#、2#、3#、5#针刺机对应的针深分别为9. 5士0. 5mm、6. 5士0. 5_、7.5 士 0. 5mm、6. 5 士 0. 5mm ；第二次复合针刺3#、5#针刺机的针密分别控制为40-50N/ cm2、60-70N/cm2，总针密为100_120N/cm2 ；3#、5#针刺机对应的针深分别为6. 6士0. 5讓、8.1 + 0. 5mm。
5.如权利要求4所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征在于， 针刺坯布的制备中，锡林速度为1000士50m/min，上、下道夫的速度分别控制为35士2m/ min、36 士 2m/min，上、下凝聚的速度控制为19 士 2m/min。
6.如权利要求4所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征在于， 1#、2#、3#、5# 针刺机的牵伸率分别为 45士5%、10士3%、6士3%、10士3%，B、C、D、E 水刺层 的退卷张力控制在60 士 10N。
7.如权利要求3-6之一所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征 在于，A层针刺层的制备方法如下将3. 33dtex*51mm与6. 66dtex*51mm两种涤纶纤维混配 经纤维喂入、粗开松、纤维混合、精开松、纤维梳理成网、交叉铺网、针刺制得；C层天然棉纤 维水刺层的制备方法如下将天然棉纤维除杂、脱脂、烘干，然后喂入、粗开松、纤维混合、精 开松、纤维梳理成网、交叉铺网、水刺、水刺布烘干，得到所述的C层天然棉纤维水刺层；B、 D、E层涤纶纤维水刺层的制备方法如下纤维喂入、粗开松、纤维混合、精开松、纤维梳理成 网、交叉铺网、水刺布烘干，得到所述的B、D、E层涤纶纤维层水刺层。
8.如权利要求3-6之一所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征 在于，制得针刺复合坯布后，经倒卷、退绕、饱和浸胶，然后经过四辊烘筒预烘、高温焙烘、卷 绕、分切即得到所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料。
9.如权利要求8中所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征在 于，所述的饱和浸胶所用的胶液通过下法得到按照以下重量百分比将19-25%的AT-330、 0. 16-0. 20% 的 LC-10U. 6-2. 0 % ^ SM_300、0. 1% -0. 2% 的色膏依次加入 72. 70-79. 04%的水中，然后搅拌均勻制得。
10.如权利要求8中所述的针水刺非织造布多层复合过滤材料的制备方法，其特征在 于，饱和浸胶两个挤辊之间压力为0. 40 士 0. OlMPa，胶液的附着量控制在25_40g/m2 ；预烘 的温度为130士 10°C ；高温焙烘过程依次进入1-5区，1-5区的温度依次控制在200士 15、 205士 15、205士 15、205士 15、200士 15°C ；车速为 6. 0士0. 5m/min。
全文摘要
本发明属于汽车用非织造纺织品，特别涉及一种汽车发动机滤清器用高效环保过滤材料针水刺非织造布多层复合过滤材料。所述的过滤材料由五层纤维层针刺复合、浸胶而成，从空气进入的方向由外至内分别为A、B、C、D、E层；A层为两种粗旦涤纶纤维针刺加工得到的针刺层；B层为涤纶纤维水刺层；C层为天然棉纤维层；D、E两层为涤纶纤维水刺层。由于采用针刺和多层水刺复合，大幅度的减少了纤维的用量，得到的过滤材料的厚度大幅下降，降低了生产成本；但通气度、清净效率、使用寿命却大幅提升，达到国际先进水平，可有效的提高发动机的使用性能，使汽油充分燃烧，减少有机尾气的排放；另外能源消耗可比传统纺织节约30％-50％。
文档编号B01D39/16GK101844014SQ201010200619
公开日2010年9月29日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者何建勋, 叶长辉, 李 城, 李祖安, 欧为兴, 陈琪, 黄族健 申请人:福建南纺股份有限公司