本发明涉及过滤材料技术领域，尤其是一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料。
背景技术：
随着国内空气环境污染的日益严峻，国家工业烟气排放浓度标准也逐步提高。此外，《环境空气质量标准》新标准中的PM2.5的监测拟于2016年在京津冀、长三角、珠三角等地全面实施。于是，这些排放标准对各行各业工厂所用的过滤材料的性能要求就更加严格。
环境问题已经成为我国经济发展的瓶颈之一，伴随经济发展而来的环境污染物排放量超过了环境的承载能力，长期积累的环境问题尚未很好地解决。生态环境正面临着巨大的挑战，环保已经成为我国社会经济发展的制约因素。滤袋是袋式除尘环保装备的核心单元。而且滤袋是易损部件，更换频繁，因此，滤袋的市场潜力巨大，尤其在高温滤袋方面。但我国的国产滤袋几乎都是中低档产品，不仅无法与国际先进的滤袋抗衡，也无法适应各不同工况条件的环保达标要求。实践证明，滤袋材料的结构优化，不仅能够提高滤袋的过滤效果，而且能够提高除尘环保系统的整体性能。
高温过滤材料中最常用的为玻璃纤维，将其短纤针刺或水刺成无纺布和长丝织成织物，并加工成袋式除尘器使用，玻璃纤维可在260℃温度下长期使用，但玻璃纤维的耐折性差，在频繁的清灰过程中，强度损失大，使用寿命低。
现在有采用芳纶纤维进行水刺制造非织造布的工艺，但是都是采用原先制造涤纶或丙纶非织造布的制造工艺，最后制造出来的芳纶非织造布的机械强力不够，易变形，透气性能不好。
对于常规PPS纤维过滤材料，烟气除尘时对PM2.5颗粒的过滤效率低，达不到高过滤效率要求；而对这些过滤材料进行PTFE乳液浸渍或者PTFE覆膜的后整理方式在提高过滤效率的同时却又降低了透气率、增大了过滤阻力、缩短了清灰周期，减小了使用寿命。
但是在气固分离领域，特别是火力发电厂袋式除尘器上大量使用的PPS纤维针刺毡，随着国家环保排放标准的提高，单纯的PPS纤维针刺毡排放浓度不达标，且抗氧化性一般，使用效果和寿命一般。因此，有必要对现有的PPS除尘滤料进行改进，以改善其除尘精度并提高其抗氧化性。
P84纤维也是一种阻燃的、耐温稳定的纤维滤料，在240℃温度的条件下，P84聚酰亚胺纤维的机械性能不会发生变化，最高耐温可达260℃。此外，由于P84纤维是异型(叶子型)断面结构，具有很大的过滤表面积，有优异的过滤性能，所以P84纤维也经常被植入滤料表层(迎尘面侧以改善滤料的过滤性能)，能够适用于排放浓度要求较高的工艺中。
综上可知，现在缺乏一种能够兼顾上述各种纤维优点的过滤材料，且能提供多梯度的过滤效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料，能够兼顾上高性能纤维的优点，能够提高过滤的精度以及使用寿命。
本发明的另一目的是提供一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料的生产工艺，能够缩短上述过滤材料的生产流程。
为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：
本发明所涉及的一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料，其特征在于，依次包括第一纤维层、第二纤维层、第三纤维层、第四纤维层和第五纤维层经由针刺加固而成；所述的第一纤维层为PPS/PET海岛型超细纤维；所述的第二纤维层为PBO纤维长丝与P84纤维长丝交织而成；所述的第三纤维层为芳纶1313与芳纶1414的混合纤维层；所述的第四纤维层为PBO纤维和玄武岩纤维经由梳理、针刺加固制成；所述的第五纤维层为经纬纱均为玻璃纤维长丝交织而成；所述的第一纤维层、第二纤维层、第三纤维层、第四纤维层和第五纤维层复合后，经过PTEF溶液浸渍后烘干得到。
作为上述方案的进一步说明，所述的第一纤维层外侧还复合有膨体PTFE微孔膜，孔径为0.3～0.8μm。
作为上述方案的进一步说明，所述第一纤维层的面密度为20-30克每平方米，第二纤维层的面密度为50-60克每平方米，第三纤维层的面密度为15-20克每平方米，第四纤维层的面密度为30-40克第平方米，第五纤维层的面密度为100-120克每平方米。
作为上述方案的进一步说明，所述的PPS/PET海岛型超细纤维的细度为2.2dtex。
作为上述方案的进一步说明，所述的膨体PTFE微孔膜的厚度为0.16mm。
作为上述方案的进一步说明，第二纤维层中PBO纤维长丝的细度为200-400D，P84纤维长丝的细度150-300D；为第四纤维层中采用2.2dtex的PBO纤维和直径为7μm的玄武岩纤维。
本发明所涉及的一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、将PPS/PET海岛复合纤维进行开松、混合，并经过梳理机梳理、交叉铺网，形成PPS/PET海岛复合纤维网；
（2）、将步骤（1）所制得的PPS/PET海岛复合纤维网覆在PBO纤维长丝与P84纤维长丝交织而成第二纤维层上，并经过预针刺加固，得到预针刺毡；对预针刺毡进行高温碱溶液开纤、酸洗、水洗、烘干和磨毛处理，得到第一纤维层含有PPS超细纤维，再进行水刺固处理，使得第一纤维层和第二纤维层得到结合；
（3）、选取的芳纶1313纤维和芳纶1414纤维，经过预开松、精开松、混合、预喂料、梳理、铺网、牵伸工艺处理后进入水刺设备进行水刺加固，将水刺好的芳纶纤维进入烘燥设备进行烘干得到面密度为15-20克的芳纶水刺非织造材料；其中，芳纶1313纤维所占的两种纤维的质量百分比为10%-80%；芳纶1313纤维的长度为45～60mm，细度为2～3dtex；细纤维的长度为20～35mm，细度为1dtex～1.5dtex；
（4）、选取PBO纤维和玄武岩纤维，进行预开松，再进行开松，然后再将混合的复合纤维梳理后进行交叉铺网，得到PBO纤维重量比例为10-15％的纤维网；将覆在玻璃长丝交织而成的第五纤维层上，经过预针刺加固；
（5）、将步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）所制得的纤维集合体，在针刺设备上进行加固，得到面密度为200-260克每平方米、厚度为1.5-2mm的复合材料，再将上述复合材料在PTFE溶液中浸渍，并烘干、成卷。
作为上述方案的进一步说明，还包括步骤（6），将步骤（5）所得到的浸渍后的复合材料，在和第一纤维层的外侧与膨体PTFE微孔膜复合。
作为上述方案的进一步说明，所述的PTFE溶液为PTFE乳液与水混合而成，其中，PTFE乳液含固量为60％，在PTFE沉沦中PTFE重量百分比为10-15％。
作为上述方案的进一步说明，步骤（5）中，所述的针刺加固采用两次针刺加固，将步骤（2）和步骤（3）所制得的纤维集合体在第一针刺机上进行加固；将第一针刺机上得到的复合针刺材料与步骤（4）所制得的纤维集合体在第二针刺机上进行针刺加固；第一针刺机和第二针刺机的针密分别为40-50针每平方厘米与50-60针每平方厘米；第一针刺机与第二针刺机的针深分别为6.5±0.5mm与9.5±0.5mm；第一针刺机和第二针刺机的牵伸率分别为6±3％、10±3％。
本发明的有益效果是：本发明所涉及一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料，依次所使用了不同细度的纤维，可提供多梯度的过滤效果，且外层复合有膨体PTFE微孔膜，最小能够过滤直径为0.3μm的颗粒，而且还具有两层机织物能够起到骨架作用，增加了过滤材料的强力和使用次数。所使用的纤维均为高性能纤维，具有耐高温和耐腐蚀，提供了过滤材料的使用环境。
附图说明
图1是过滤材料的结构示意图；
图2是过滤材料的生产工艺流程示意图。
图中标记说明如下：1-第一纤维层；2-第二纤维层；3-第三纤维层；4-第四纤维层；5-第五纤维层；6-膨体PTFE微孔膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
实施例一
结合图1对本实施例作详细说明。本实施例所涉及的一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料，依次包括第一纤维层1、第二纤维层2、第三纤维层3、第四纤维层4和第五纤维层5经由针刺加固而成。
第一纤维层1所使用的原料PPS/PET海岛型超细纤维，PPS/PET海岛型超细纤维的细度为2.2dtex。
第二纤维层2为PBO纤维长丝与P84纤维长丝交织而成，第二纤维层2中PBO纤维长丝的细度为200-400D，优选为250D；P84纤维长丝的细度150-300D，优选为200D。
第三纤维层3为芳纶1313与芳纶1414的混合纤维层。芳纶1313纤维的长度为45～60mm，细度为2～3dtex；细纤维的长度为20～35mm，细度为1dtex～1.5dtex。
第四纤维层4为PBO纤维和玄武岩纤维经由梳理、针刺加固制成，采用2.2dtex的PBO纤维和直径为7μm的玄武岩纤维。
第五纤维层5为经纬纱均为玻璃纤维长丝交织而成。
第一纤维层1、第二纤维层2、第三纤维层3、第四纤维层4和第五纤维层5经过针刺加固复合后，再在PTEF溶液浸渍、烘干。
作为优选，第一纤维层1外侧还复合有膨体PTFE微孔膜6，孔径为0.3～0.8μm，所选择的膨体PTFE微孔膜6的厚度为0.16mm。
在本实施例中，第一纤维层1的面密度为20-30克每平方米，优选为25克每平方米；第二纤维层2的面密度为50-60克每平方米，优选为55克每平方米；第三纤维层3的面密度为15-20克每平方米，优选为20克每平方米；第四纤维层4的面密度为30-40克第平方米，优选为35克每平方米；第五纤维层5的面密度为100-120克每平方米，优选为110克每平方米。
本实施例还涉及一种梯度过滤多层水刺针刺复合材料的生产工艺，包括如下步骤：
（1）、将PPS/PET海岛复合纤维进行开松、混合，并经过梳理机梳理、交叉铺网，形成PPS/PET海岛复合纤维网。
（2）、将步骤（1）所制得的PPS/PET海岛复合纤维网覆在PBO纤维长丝与P84纤维长丝交织而成第二纤维层2上，并经过预针刺加固，得到预针刺毡；对预针刺毡进行高温碱溶液开纤、酸洗、水洗、烘干和磨毛处理，得到第一纤维层1含有PPS超细纤维，再进行水刺固处理，使得第一纤维层1和第二纤维层2得到结合。
在本步骤中，高温碱溶液开纤、酸洗、水洗、烘干和磨毛处理是将预针刺毡浸渍到25-35g/L的NaOH溶液中，在100-120℃下加热恒温50-70min，用4-6g/L的HAc溶液洗1-5次，用清水冲洗 3-6次后并在95℃-105℃下烘焙0.5-1h，最后用磨毛机对烘干的针刺毡PPS超细纤维一面进行磨毛处理。水刺加固处理工艺的水针压力为水刺头1：双排针板50-60MPa，水刺头2：单排针板 80-90MPa，水刺头3：双排针板150-160MPa，水刺头4：单排针板160-170MPa，水刺头5：单排针板110-120MPa。具体的工艺参数可根据实际情况进行调整。
（3）、选取的芳纶1313纤维和芳纶1414纤维，经过预开松、精开松、混合、预喂料、梳理、铺网、牵伸工艺处理后进入水刺设备进行水刺加固，将水刺好的芳纶纤维进入烘燥设备进行烘干得到面密度为15-20克的芳纶水刺非织造材料；其中，芳纶1313纤维所占的两种纤维的质量百分比为10%-80%；芳纶1313纤维的长度为45～60mm，细度为2～3dtex；细纤维的长度为20～35mm，细度为1dtex～1.5dtex。
在本步骤中，水刺加固工艺中采用五道水刺，第一道水刺头的压力为100-110bar，第二道水刺头的压力为70-80ar，第三道水刺头的压力为100-110bar，第四道水刺头的压力为50-60bar，第五道水刺头的压力为80-90bar。在进行水刺的过程中，进行五道水刺过程，水刺压力采用大小间隔的方式进行，一般的水刺工艺采用的水刺压力都是逐渐增大的方式，由于芳纶纤维的刚性较大，如果采用的水刺压力过大反而使纤维的位移反弹过大，不利于纤维的缠结，所以有通过降低整体的压力来进行水刺的方法，即力争使用较小的压力达到比较理想的水刺缠结效果，但是采用较小的压力进行水刺，缠结出来的无纺布较为松散，机械强度通常并不令人满意，本发明采用一大一小的水刺压力进行水刺缠结加固，这样当一个较大的水刺压力加到纤维上使纤维缠结，再施加一个较小的水刺压力将一些位移反弹过大的纤维能够回到较为理想的位置，使纤维的缠结更加牢固。
（4）、选取PBO纤维和玄武岩纤维，进行预开松，再进行开松，然后将混合后的复合纤维梳理后进行交叉铺网，得到PBO纤维重量比例为10-15％的纤维网；将覆在玻璃长丝交织而成的第五纤维层5上，经过预针刺加固。
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。
（5）、将步骤（2）、步骤（3）和步骤（4）所制得的纤维集合体，在针刺设备上进行加固，得到面密度为200-260克每平方米、厚度为1.5-2mm的复合材料，再将上述复合材料在PTFE溶液中浸渍，并烘干、成卷。所使用的PTFE溶液为PTFE乳液与水混合而成，其中，PTFE乳液含固量为60％，在PTFE沉沦中PTFE重量百分比为10-15％。
步骤（5）中，所述的针刺加固采用两次针刺加固，将步骤（2）和步骤（3）所制得的纤维集合体在第一针刺机上进行加固；将第一针刺机上得到的复合针刺材料与步骤（4）所制得的纤维集合体在第二针刺机上进行针刺加固；第一针刺机和第二针刺机的针密分别为40-50针每平方厘米与50-60针每平方厘米；第一针刺机与第二针刺机的针深分别为6.5±0.5mm与9.5±0.5mm；第一针刺机和第二针刺机的牵伸率分别为6±3％、10±3％。
进一步的，还包括步骤（6），将步骤（5）所得到的浸渍后的复合材料，在和第一纤维层1的外侧与膨体PTFE微孔膜6复合。膨体PTFE微孔膜6进行拉伸再与步骤（5）所制得的复合材料进行复合。因为膨体PTFE微孔膜6的孔径是需要调整使之能够与非织造布相配合，所以在复合的时候对膨体PTFE微孔膜6进行拉伸能够随时根据需要调整孔径。膨体PTFE微孔膜6通过热压覆膜在玻纤PPS水刺毡中PPS附着面上，即可得到玻纤PPS复合水刺毡覆膜滤料；而热压覆膜是将膨体PTFE微孔膜6平铺在超细纤维PPS一侧，膨体PTFE微孔膜6的两边比基材宽出10-15cm，膨体PTFE微孔膜6和基材以5-15m/min通过热熔覆合辊，在热熔复合辊上施加0.01-0.5MPa的压力，热熔覆合辊的表面温度在200-300℃之间。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。