一种针刺静电滤棉及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种针刺静电滤棉，包括针刺无纺层,在所述针刺无纺层的上表面、下表面中的任一面或两面上设一层纺粘无纺布。针刺静电滤棉的制备方法为：制作针刺棉→烘燥→与纺粘层复合→静电施加→卷装成品。本发明对针刺棉进行复合，增强针刺棉的抗风压能力，直到支撑作用；本发明在针刺棉上施加高密度静电荷，不但大大提高了过滤效率，使过滤效率能提高至98%以上，而且极大地降低了过滤阻力，使过滤阻力能降至7Pa以下。经此处理后的针刺静电滤棉，具有过滤效率高、过滤阻力超低和寿命长的突出特点，并且经纬向强力和耐磨等物理性能优异，大大优异于目前常用的熔喷静电滤棉。
【专利说明】一种针刺静电滤棉及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属空气净化领域，所涉及的是一种针刺静电滤棉，具体说一种针刺静电过滤材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]人的一生至少有80%以上的时间是在室内度过的。随着人们生活水平的提高与科技快速发展，人们对室内空气质量提出了更高的要求，空气净化器、吸尘器、口罩和空调等室内和局部净化产品成为了家庭日常必需品。滤料作为以上产品的核心部件，它要具备高过滤效率、低阻力和较高的容尘量。
[0003]聚丙烯纤维由于具有吸湿性小、不霉不蛀、良好的耐磨性能和优异的耐腐蚀性能，以及低廉的成本，受到家用过虑行业的青睐，业已成为常用的主流过滤材料。熔喷过滤布凭借极细的纤维细度(可达I μ m)、三维微孔结构，成为亚高效及以上级别的主打滤料，而经过电晕驻极使熔喷过滤材料中的超细纤维带上静电荷，使熔喷过滤材料超细纤维过滤再叠加静电吸附过滤，成为高效过滤材料的核心。但熔喷过滤材料有两个无法解决的缺陷:一是过滤阻力很大；二是其强度很低，基本无强力。由于熔喷过滤材料凭借其超细纤维捕捉尘粒，过滤阻力随着过滤效率增大而增大，因此，要保证较高的过滤效率，则其过滤阻力一定偏大。而在强度改善上:专利CN101432334A介绍了一种在聚酯原料中添加一定比例的环族或芳族粒子来提高熔喷材料的强度；中国专利CN202202113U、CN102847374A采用熔喷布与纺粘无纺布复合的形式，以改善熔喷材料强度的不足问题。
[0004]普通蓬松针刺滤料具有较大的孔隙、较高的孔隙率、内部结构呈三维立体形状、过滤阻力极小等优点，但其过滤效率较差，只能应用于初效过滤上而不能应用于中高效过滤器中。本发明选用特殊的纤维原料，采用针刺工艺制作出针刺无纺基布，利用非均匀电场引起空气局部击穿，瞬时高压电晕放电所产生的离子束会轰击电介质并使它带上电荷，含尘气流中的尘粒通过滤料时会被带上一定的电荷，由于异性电荷相吸而被捕捉到滤料的纤维上。
【发明内容】
[0005]为了解决熔喷过滤材料高效却不低阻、普通针刺滤料低阻却不高效的难题，，本发明的目的在于提供一种过滤效率高，阻力却极小，并具有一定强度的针刺静电滤棉。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为:
[0007]—种针刺静电滤棉，包括针刺无纺层，在所述针刺无纺层的上表面、下表面中的任一面或两面上设一层纺粘无纺布。
[0008]进一步地，在所述针刺无纺层为静电针刺无纺纤维层。
[0009]进一步地，所述静电针刺无纺纤维层中的纤维的细度范围为1.0-3.5dtex，单根纤维直径在9-18 μ m,纤维长度30_60mm。
[0010]进一步地，所述纤维截面形状为扁平状结构。这种结构一方面有利于提高纤维的表面积，提高纤维表面电荷，有利于储存电荷保持长久稳定，相应地也增加静电吸附效率；
[0011]另一方面增加灰尘与纤维的接触面积，提高物理拦截效率和增强重力沉降作用。
[0012]上述针刺静电滤棉的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0013]I)针刺无纺层的制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网，制成较为蓬松的聚丙纶纤网，然后再经多道针刺加固成针刺无纺层，所述针刺无纺层的克重为30-300g/m2 ；
[0014]2)烘燥工艺:将步骤I)得到的针刺无纺层先进行预烘，然后再进行烘焙，即得到针刺滤棉；
[0015]3)静电施加工艺:将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个或几个连续的高压电晕放电电场，电压在30-80KV，放电时间保持在1-10S ；
[0016]4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪，卷绕成针刺滤棉卷；
[0017]5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料，克重在10-50g/m2 ;采用常规方法制成纺粘无纺布卷；亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布，以增强静电滤棉表面花纹；
[0018]6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷，然后按3_20m/min速度将针刺滤棉和纺粘无纺布并合，同时保证纺粘无纺布在针刺滤棉的下面。
[0019]在步骤I)中制作针刺无纺层时，工作温度控制在22-26°C，湿度控制在50_60%RH。
[0020]在步骤2)中，预烘温度为30-50°C，焙烘温度为40-80°C，烘燥时间为l_5min。
[0021]在步骤2)中，针刺密度决定着产品的强度，针刺密度的选择要与克重、强力要求、表面效果相一致。针刺密度在150-750刺/cm2较为适合。
[0022]步骤3)为本发明的另一重要工艺，它是直接对制成的针刺滤棉进行施加静电工序。主要有三个参数:
[0023]1、电场电压:若电压小，则电势就小，处于电场中纤维表面上面的自由电荷就不会向纤维的另一端移动，即在纤维上形成的微电场也较弱；反之，电压过大，则容易击穿纤维电场，造成纤维无法带上电荷。本发明中电场应有至多三个，每个电场电压应在30-80KV。
[0024]2、放电时间:如放电时间短，则达不到预定的带电效果；如放电时间过长，则影响生产效率，造成生产能力浪费。本发明中所用的放电时间应保持在1-10S。
[0025]3、滤棉与电场的距离:滤棉是以一定速度通过高压电场，如果滤棉离电场距离近，则在生产中容易碰到电极；若太远则施加静电效果较弱。本发明中滤棉与电场的距离控制在3-30cm范围内。
[0026]与现有产品相比的优势:
[0027]现有市场上的滤棉，以熔喷滤棉和针刺滤棉居多，而此两类滤棉各自存有性能弱点。熔喷过滤棉是依靠其单位面积内纤维根数多来拦截尘埃，滤棉本身由细度1-3 μ m的超细纤维组成，因此其过滤效率较高，但过滤阻力更大，容尘量也有限，强度较差。针刺滤棉是靠针刺来固结，由于存在三维立体结构，单位容尘量较大，强度和伸长性也较好，但由于滤棉上存在刺针眼大，造成滤棉孔隙大、孔隙率高，这固然使阻力较小，但其过滤效率也较差，一般用于初效过滤场合。
[0028]本发明静电滤棉与熔喷过滤棉相比，过滤阻力远远小于熔喷过滤棉，并且强度和伸长性远高于熔喷过滤棉；与针刺滤棉相比,本发明静电滤棉上每根纤维均带有静电荷,通过静电吸附尘埃作用，其过滤效率也远高于针刺滤棉。
[0029]与现有生产技术相比的优势:
[0030]本发明采用针刺工艺与电晕放电的工序，创造性地开发出针刺静电滤棉。本发明工艺创造性地在针刺工艺之后施加电晕放电工艺，使针刺无纺滤棉上带上静电，克服了由于针刺刺针针眼过大而造成的过滤效率低的问题，同时保留了针刺滤棉过滤阻力极小、容尘量较大、强度与伸长较好的优点。
[0031]一般而言，过滤效率与过滤阻力是一对矛盾体，过滤效率高则过滤阻力就会大，过滤阻力小，其过滤效率就会小。本发明针刺静电滤棉实现了高过滤效率、低过滤阻力、大容
尘量等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明针刺静电滤棉单层纺粘无纺布复合的结构示意图。
[0033]图2为本发明针刺静电滤棉双层纺粘无纺布复合的结构示意图。
[0034]图3为本发明静电无纺层的纤维带电效果示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
[0036]如图1至图3所示，一种针刺静电滤棉，包括针刺无纺层1，在所述针刺无纺层I的上表面、下表面中的任一面或两面上设一层纺粘无纺布2。
[0037]其中，所述针刺无纺层I为静电针刺无纺纤维层；所述静电针刺无纺纤维层中的纤维的细度范围为1.0-3.5dtex，单根纤维直径在9-18μπι，纤维长度30_60mm ;所述纤维截面形状为扁平状结构。
[0038]下面通过实施例具体阐述本发明。
[0039]实施例1:一种针刺静电滤棉的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0040]I)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网，制成较为蓬松的聚丙纶纤网，聚丙纶纤网的克重为35g/m2，纵向纤维取向度在87，纵横向强度比在2.9 ;然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工，针刺密度155刺/cm2，加固成针刺无纺层，制作车间的工作温度控制在22-26°C，湿度控制在50-60%RH。
[0041]2)烘燥工艺:将步骤I)得到的针刺无纺层先进行预烘，然后再进行烘焙，即得到针刺滤棉；其中预烘温度为30°C，焙烘温度为40°C，烘燥时间为lmin。
[0042]3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场，电压在35KV，放电时间保持在1S，通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在3.5cm范围内；
[0043]4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪，卷绕成针刺滤棉卷；
[0044]5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料，克重在IOg/m2 ;制成纺粘无纺布卷；亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布，以增强静电滤棉表面花纹；市场上有售。
[0045]6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷，按19.5m/min
速度并合。
[0046]利用本实例制得的针刺静电滤棉，过滤效率为42%，过滤阻力为0.5Pa，容尘量为135g/m2。
[0047]实施例2:
[0048]I)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网，制成较为蓬松的聚丙纶纤网，制成的聚丙纶纤网克重为85，纵向纤维取向度在76，纵横向强度比在
2.5。然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工，针刺密度206刺/cm2，加固成针刺无纺层，制作车间的工作温度控制在22-26°C，湿度控制在50-60%RH。
[0049]2)烘燥工艺:将步骤I)得到的针刺无纺层先进行预烘，然后再进行烘焙，即得到针刺滤棉；其中预烘温度为40°C，焙烘温度为50°C，烘燥时间为2min。
[0050]3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场，电压在46KV，放电时间保持在3S，通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在7cm ；
[0051]4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪，卷绕成针刺滤棉卷；
[0052]5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料，克重在15g/m2 ;制成纺粘无纺布卷；亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布，以增强静电滤棉表面花纹；市场上有售。
[0053]6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷，按14m/min速
度并合。
[0054]利用本实例制得的针刺静电滤棉，过滤效率为74%，过滤阻力为IPa，容尘量为362g/m2。
[0055]实施例3:
[0056]I)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网，制成较为蓬松的聚丙纶纤网，制成的聚丙纶纤网克重为180，纵向纤维取向度在45，纵横向强度比在
1.6。然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工，针刺密度438刺/cm2，加固成针刺无纺层，制作车间的工作温度控制在22-26°C，湿度控制在50-60%RH。
[0057]2)烘燥工艺:将步骤I)得到的针刺无纺层先进行预烘，然后再进行烘焙，即得到针刺滤棉；其中预烘温度为50°C，焙烘温度为65°C，烘燥时间为3min。
[0058]3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场，电压在60KV，放电时间保持在7S，通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在20cm ；
[0059]4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪，卷绕成针刺滤棉卷；
[0060]5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料，克重在15g/m2 ;制成纺粘无纺布卷；亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布，以增强静电滤棉表面花纹；市场上有售。
[0061]6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷,按8m/min速度
TT 口 ο[0062]利用本实例制得的针刺静电滤棉，过滤效率为98.3%，过滤阻力为6Pa，容尘量为632g/m2。
[0063]实施例4:
[0064]I)针刺无纺层制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网，制成较为蓬松的聚丙纶纤网，制成的聚丙纶纤网克重为298，纵向纤维取向度在12，纵横向强度比在
0.85。然后再经二道针刺对聚丙纶纤网进行正反面加工，针刺密度726刺/cm2，加固成针刺无纺层，制作车间的工作温度控制在22-26°C，湿度控制在50-60%RH。
[0065]2)烘燥工艺:将步骤I)得到的针刺无纺层先进行预烘，然后再进行烘焙，即得到针刺滤棉；其中预烘温度为50°C，焙烘温度为80°C，烘燥时间为5min。
[0066]3)将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个高压电晕放电电场，电压在80KV，放电时间保持在10S，通过电场的布与电场的高压线距离要严格控制在30cm。
[0067]4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪，卷绕成针刺滤棉卷；
[0068]5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料，克重在30g/m2 ;制成纺粘无纺布卷；亦可选用有不同花纹的热轧纺粘无纺布，以增强静电滤棉表面花纹；市场上有售。
[0069]6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷,按3m/min速度并合。
[0070]利用本实例制得的针刺静电滤棉，过滤效率为99.2%，过滤阻力为llPa，容尘量为852g/m2。
[0071]利用本发明中所述的工艺和制作方法制得的针刺静电滤棉，具有高过滤效率、低过滤阻力、高容尘量三大突出优势。对于市场上通用的针刺滤棉、熔喷滤棉与本发明针刺静电滤棉进行检测对比，其主要性能指标如表1所示。
[0072]表1与现有产品性能指标对比
[0073]
【权利要求】
1.一种针刺静电滤棉，其特征在于:包括针刺无纺层(1)，在所述针刺无纺层(I)的上表面、下表面中的任一面或两面上设一层纺粘无纺布(2)。
2.根据权利要求1所述的一种针刺静电滤棉，其特征在于:在所述针刺无纺层(I)为静电针刺无纺纤维层。
3.根据权利要求2所述的一种针刺静电滤棉，其特征在于:所述静电针刺无纺纤维层中的纤维的细度范围为1.0-3.5dtex，单根纤维直径在9-18Mm，纤维长度30_60_。
4.根据权利要求3所述的一种针刺静电滤棉，其特征在于:所述纤维截面形状为扁平状结构。
5.根据权利要求1所述针刺静电滤棉的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 1)针刺无纺层的制作:将聚丙烯短切纤维依次经过开松混合、梳理、铺网，制成较为蓬松的聚丙纶纤网，然后再经多道针刺加固成针刺无纺层，所述针刺无纺层的克重为30-300g/m2 ； 2)烘燥工艺:将步骤I)得到的针刺无纺层先进行预烘，然后再进行烘焙，即得到针刺滤棉； 3)静电施加工艺:将经过步骤2)处理过的针刺滤棉通过一个或几个连续的高压电晕放电电场，电压在30-80KV，放电时间保持在1-10S ； 4)裁剪卷装:将经过步骤3)静电处理过的针刺滤棉按要求尺寸裁剪，卷绕成针刺滤棉卷; 5)纺粘无纺布的制作:选用细度范围为2-3D的聚丙烯长丝为原料，克重在10-50g/m2；采用常规方法制成纺粘无纺布卷； 6)复合工艺:由两个导布架分别引导纺粘无纺布卷和针刺滤棉卷，然后按3-20m/min速度将针刺滤棉和纺粘无纺布并合，同时保证纺粘无纺布在针刺滤棉的下面。
6.根据权利要求5所述针刺静电滤棉制备方法，其特征在于，在步骤I)中制作针刺无纺层时，工作温度控制在22-26 °C，湿度控制在50-60%RH。
7.根据权利要求5所述针刺静电滤棉制备方法，其特征在于，在步骤I)中，针刺密度在150-750 刺 /cm2。
8.根据权利要求5所述针刺静电滤棉制备方法，其特征在于，在步骤2)中，预烘温度为30-50°C，焙烘温度为40-80°C，烘燥时间为l_5min。
【文档编号】B01D39/14GK103537142SQ201310541285
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】云高杰 申请人:云高杰