專利名稱：一種空氣過濾用濾材及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣過濾用濾材及其用途，具體涉及一種不僅能提高濾材對細粉 塵的捕集效率，又能提高對粉塵的集塵能力，從而延長使用壽命的空氣過濾凈化材料及其 用途。
背景技術(shù)：
隨著社會的日益進步，人們對環(huán)境及環(huán)保的要求越來越高，當然國家的相關(guān)法律 法規(guī)也越來越嚴格。作為與人們關(guān)系密切的空氣過濾領(lǐng)域，也越來越受到人們的關(guān)注。尤 其是家庭空氣凈化器、汽車過濾器。而汽車過濾器是一種專門用于汽車室?guī)麅?nèi)凈化空氣的 過濾材料。采用多層不同過濾性能的非帶電無紡布等進行有序疊層而成，能吸附車內(nèi)的異 味異臭如甲苯、甲醛、二氧化硫、硫氫化合物、氨等污染氣體，尤其對煙霧有顯著的吸附效 果并能過濾塵埃粒子等。對于這些過濾器，要求極其小容積的過濾器，是為了過濾倉室內(nèi)外 的氣體，濾材的壓力損失必須盡可能地低，同時對于顆粒直徑較大的粉塵，一般的過濾器都 有較好的捕集性能；但是，對于顆粒直徑較小的細小粉塵，達到高的捕集性能的話比較難。 而且，對于這些過濾器，在實際使用過程中，受到使用區(qū)域、環(huán)境等差異的影響比較大。比如 說，在城市里，汽車尾氣排放引起的顆粒直徑較小的細小粉塵的比率比較高，而相反，在郊 區(qū)或農(nóng)村，一些大顆粒的花粉、植物種子等顆粒直徑較大的粉塵的比率就比較高。2. 5微米 以下的小粒子，特別是1微米以下的細小粒子，一旦進入人體肺部并且沉降，就很難排出體 外，從而導致肺癌、過敏性疾病等。目前現(xiàn)有技術(shù)方面，比如申請?zhí)枮镃N200410070275. 9專利涉及一種液體燃料用 過濾裝置，內(nèi)外層采用不同孔徑的無紡布，但這些不同孔徑的無紡布為普通無紡布，無論在 捕集效率和其使用壽命方面都不及帶電無紡布。因為普通無紡布對粉塵的捕集是機械捕集 作用，就是通過慣性、攔截、重力、擴散作用來捕集粉塵。但是傳統(tǒng)的機械捕集作用并不等滿 足現(xiàn)階段的要求，而且要增加機械捕集效果，只能通過增加無紡布克重和厚度來達到，這樣 不僅增加了材料的使用量，還無形中增加了阻力(壓損)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種空氣過濾用濾材及其用途，在提高對粉塵的捕集效率的 同時，又可延長其使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下該濾材至少含有兩層帶電無紡布，且最上層帶電無紡布的平均孔徑為50 150微 米(um)，最下層帶電無紡布的平均孔徑為5 50微米。帶電加工的目的是為了提高捕集效 率，降低粉塵堵塞，本發(fā)明的過濾材料，經(jīng)過帶電加工，即賦予纖維半永久性的帶電電荷，從 而使之能吸附空氣中的細小粉塵。與未經(jīng)過帶電加工的過濾材料相比，帶電加工材料在達 到高捕集效率的同時，降低了過濾材料的壓力損失，減少堵塞，延長使用壽命。關(guān)于帶電加 工的方法，可以直接對成網(wǎng)的纖維層進行高壓帶電加工處理，或者紡絲噴絲口出來時，通過
3高電壓使纖維或長絲帶電再成網(wǎng)，也可以通過純水+催化劑處理帶電的方法。而且孔徑的 不同范圍分布，也就是梯度過濾，可以大大提高使用效果(粉塵捕集量)，即可提高使用壽 命。對于孔徑的分布范圍，如果本發(fā)明最上層帶電無紡布的平均孔徑在150微米以上的話， 就起不到過濾效果；而在50微米以下的話，就起不到優(yōu)化結(jié)構(gòu)、分層梯度過濾的作用。同 樣，如果最下層帶電無紡布的平均孔徑在50微米以上的話，就不能捕集微小粉塵；在5微米 以下的話，就會造成壓損很高，影響使用效果。而且對于帶電無紡布的層數(shù)，本發(fā)明選擇至 少2層以上，因為如果只是1層帶電無紡布，在捕集性能和壽命方面無法達到最佳的效果。該過濾材料中最上層帶電無紡布的平均孔徑是最下層帶電無紡布的平均孔徑的 2 10倍。為了延長濾材的使用壽命，本發(fā)明通過從厚度方向上進行孔徑調(diào)節(jié)。所謂孔徑 調(diào)節(jié)濾材，就是從上流側(cè)(氣體流入側(cè))到下流側(cè)(氣體流出側(cè))纖維層(或無紡布層) 的平均孔徑由大到小增加。也就是上流層的孔徑大，可以捕集粉塵中直徑大的顆粒。下流 層的孔徑小，保證細小粉塵的捕集，從而能使過濾器將大粉塵到細小粉塵絕大多數(shù)地進行 捕集，保護人體健康，而且盡量降低粉塵的堵塞，延長使用壽命。為了達到最佳的過濾性能 以及較長的壽命，上流層盡量增大孔徑，過濾大顆粒的同時降低壓力損失，下流層的孔徑盡 量小，用于捕集小顆粒。該濾材還含有一層支撐材，且支撐材設置在最上層帶電無紡布的上面。在口罩等 領(lǐng)域為了舒適性，一般不使用支撐材；而對于需要打褶的材料，則必須使用支撐材，對于空 氣過濾用濾材，為了打褶加工成型的穩(wěn)定性，一般在帶電無紡布的上層側(cè)，也就是最上層帶 電無紡布的上面再層疊一層支撐材，也就是支撐層/大孔徑帶電無紡布/小孔徑帶電無紡 布，這樣的話濾材的強度、剛性、打褶的穩(wěn)定性可以得到大幅提升。而且對于支撐材，為了保 持其剛性同時提高其初期捕集效率，如果使用不同纖度和/或不同材料的纖維效果更佳。 作為最上層的支撐材，可以先將顆粒粒徑比較大的粉塵先過濾掉，粒徑比較小的粉塵則由 下面的帶電無紡布過濾，這樣可以大大提高濾材對粉塵的過濾效果。支撐材的平均孔徑是 最上層帶電無紡布的平均孔徑的0. 6 1. 5倍，考慮到梯度過濾以及延長壽命，優(yōu)選1. 0 1.5 倍。該濾材中至少有一層由不同纖度的熱可塑性樹脂纖維構(gòu)成。如帶電無紡布由不同 纖度的熱可塑性樹脂纖維構(gòu)成，則可以達到粗細混的效果，提高捕集效率；而支撐材由不同 纖度的同種熱可塑性樹脂纖維構(gòu)成的話，可提高其捕集效率，另外如果由不同材料不同纖 度的的熱可塑性樹脂纖維構(gòu)成的話，在提高其捕集效率的同時，還可以增加其剛性，從而便 于后續(xù)打褶加工和使用。該濾材中含有機能性吸附粒子。對于吸附粒子，主要是為了吸附區(qū)域內(nèi)的異味異 臭如甲苯、甲醛等有害氣體，通過在帶電無紡布層與相鄰層之間添加機能性吸附粒子層來 吸附有害氣體。關(guān)于機能性吸附粒子，可以是脫臭劑、芳香劑、抗菌劑等，最好使用活性炭、 離子交換樹脂、多孔無機粒子、催化劑。該濾材中至少50%以上的機能性吸附粒子粒徑范圍在100 300微米之間。如果 50%以上的粒子粒徑在100微米以下的話，有可能從支撐材或帶電無紡布層中間漏出來， 造成二次污染。當然，如果粒子粒徑大多數(shù)在300微米以上的話，由于顆粒較大，后續(xù)打褶 加工時，由于受力作用，粒子會頂破無紡布層，特別是帶電無紡布層。對于各層之間的貼合方法，不是簡單的層疊成濾材，更重要的是要貼合成接近一體化的結(jié)構(gòu)。一體化的層疊方法，最好采用熱貼合法。比如，將熱熔融樹脂組成的粉末狀聚 合物或低熔點纖維均勻地灑到各層的一個表面后，在其表面再鋪上另一層，通過熱風、紅外 線加熱、電加熱等使熱熔融樹脂熔融從而使兩層層疊；或者在一層的一面噴灑熱熔融樹脂 再鋪上另一層后加壓層疊；或者通過超聲波振動熔融使兩層粘合。在性能方面，在過濾粒子平均尺寸為0. 3微米且面風速是6. 5m/min的條件下測 試，該濾材的捕集效率在40%以上。本發(fā)明的過濾材料在汽車過濾器領(lǐng)域中的應用。
具體實施例方式本發(fā)明中各物性的測試方法如下(1)平均孔徑[μπι]使用多孔材料自動孔徑測定裝置Perm-Porometer (PMI公司制)，通過冒泡法 (ASTM-316-86)算出平均孔徑。測定樣品的直徑為25mm。關(guān)于測定溶液，當測試孔徑在 ISOum以下的材料時，使用felwick，而如果孔徑超過ISOum的話，則用純水測試。通過以上測定裝置得到的結(jié)果作為平均孔徑(Mean Flow PoreDiameter)。在測定 樣品中的任意5個地方取樣并且測定，得到平均值。(2)捕集効率[%]把片狀的濾材放到0. Im2開口面積的機器上，固定住，使面風速6. 5m/min的空氣 通過測定濾材，用粒子計數(shù)器(日本RION公司制)測定濾材上下流的空氣粒子數(shù)(粒徑 0. 3 0. 5um)，從而算出該測定濾材的捕集效率，其計算公式如下捕集效率(％ ) = 1_(下流粒子數(shù)/上流粒子數(shù))X 100。在測定樣品中的任意5個地方取樣并且測定，得到平均值。(3)粉塵捕集量[g/m2]把片狀的濾材放到0. Im2開口面積的機器上，固定住，使面風速為6. 5m/min的空 氣通過測定濾材，在空氣流入側(cè)的上方，以70mg/m3的粉塵濃度供給JIS 15種粉塵，用壓差 計測量濾材上下流的壓力損失，當壓力損失上升到150Pa的時候，停止供給粉塵，測量樣品 上積累的粉塵捕集量。換成國際通用粉塵IS0-Fine-A2時，也采取上述同樣的方法測定濾 材上的粉塵捕集量。在測定樣品中的任意5個地方取樣并且測定，得到平均值。通常，通過濾材上的粉塵捕集量來間接地表觀濾材的使用壽命。一般，粉塵捕集量 大的濾材，使用壽命越長。實施例1 —種空氣過濾用濾材，從空氣流入側(cè)到空氣流出側(cè)采用以下結(jié)構(gòu)，支撐層/帶電 無紡布1/帶電無紡布2，其中支撐層為平均孔徑115um的化學粘合無紡布，最上層帶電無 紡布1為平均孔徑104um的熔噴無紡布，最下層帶電無紡布2為平均孔徑21um的熔噴無紡 布，該濾材通過打折(折高25mm)加工再組裝成濾芯。測定該濾材對0. 3 0. 5um的空氣 粒子的捕集效率和壓力損失，以及測定粉塵為JIS 15種和IS0-Fine-A2時的粉塵捕集量， 具體結(jié)果見表1。實施例2 一種空氣過濾用濾材，從空氣流入側(cè)到空氣流出側(cè)采用以下結(jié)構(gòu)，支撐層/帶電
5無紡布1/帶電無紡布2，其中支撐層為平均孔徑158um的化學粘合無紡布，最上層帶電無 紡布1為平均孔徑104um的熔噴無紡布，最下層帶電無紡布2為平均孔徑38um的熔噴無紡 布，該濾材通過打折(折高25mm)加工再組裝成濾芯。測定該濾材對0. 3 0. 5um的空氣 粒子的捕集效率和壓力損失，以及測定粉塵為JIS 15種和IS0-Fine-A2時的粉塵捕集量， 具體結(jié)果見表1。實施例3 一種空氣過濾用濾材，從空氣流入側(cè)到空氣流出側(cè)采用以下結(jié)構(gòu)，支撐層/活性 炭粒子/帶電無紡布1/帶電無紡布2，其中支撐層為平均孔徑115um的化學粘合無紡布，活 性炭粒子的使用量為150g/m2，最上層帶電無紡布1為平均孔徑121um的紡粘無紡布，最下 層帶電無紡布2為平均孔徑21um的熔噴無紡布，該濾材通過打折(折高25mm)加工再組裝 成濾芯。測定該濾材對0. 3 0. 5um的空氣粒子的捕集效率和壓力損失，以及測定粉塵為 JIS 15種和IS0-Fine-A2時的粉塵捕集量，具體結(jié)果見表1。實施例4 一種空氣過濾用濾材，從空氣流入側(cè)到空氣流出側(cè)采用以下結(jié)構(gòu)，支撐層/帶電 無紡布1/無紡布2/帶電無紡布3，其中支撐層為平均孔徑115um的化學粘合無紡布，最上 層帶電無紡布1為平均孔徑88um的紡粘無紡布，無紡布2為平均孔徑38um的熔噴無紡布， 最下層帶電無紡布3為平均孔徑15um的熔噴無紡布，該濾材通過打折(折高25mm)加工再 組裝成濾芯。測定該濾材對0. 3 0. 5um的空氣粒子的捕集效率和壓力損失，以及測定粉 塵為JIS 15種和IS0-Fine-A2時的粉塵捕集量，具體結(jié)果見表1。實施例5 一種空氣過濾用濾材，從空氣流入側(cè)到空氣流出側(cè)采用以下結(jié)構(gòu)，支撐層/帶電 無紡布1/帶電無紡布2，其中支撐層為平均孔徑115um的化學粘合無紡布，最上層帶電無紡 布1為平均孔徑104um的熔噴無紡布，最下層帶電無紡布2為平均孔徑IOum的異纖度混熔 噴無紡布，其中纖維直徑變化范圍在IOOnm 30um之間，該濾材通過打折(折高25mm)加 工再組裝成濾芯。測定該濾材對0. 3 0. 5um的空氣粒子的捕集效率和壓力損失，以及測 定粉塵為JIS 15種和IS0-Fine-A2時的粉塵捕集量，具體結(jié)果見表1。實施例1 5中的空氣過濾用濾材在汽車過濾器領(lǐng)域中的應用。比較例1 一種空氣過濾用濾材，從空氣流入側(cè)到空氣流出側(cè)采用以下結(jié)構(gòu)，支撐層/帶電 無紡布，其中支撐層為平均孔徑115um的化學粘合無紡布，帶電無紡布為平均孔徑15um的 熔噴無紡布，該濾材通過打折(折高25mm)加工再組裝成濾芯。測定該濾材對0. 3 0. 5um 的空氣粒子的捕集效率和壓力損失，以及測定粉塵為JIS 15種和IS0-Fine-A2時的粉塵捕 集量，具體結(jié)果見表1。比較例2 一種空氣過濾用濾材，從空氣流入側(cè)到空氣流出側(cè)采用以下結(jié)構(gòu)，支撐層/無紡 布1/無紡布2，其中支撐層為平均孔徑115um的化學粘合無紡布，無紡布1為平均孔徑 126um的熔噴無紡布，無紡布2為平均孔徑21um的熔噴無紡布，該濾材通過打折(折高 25mm)加工再組裝成濾芯。測定該濾材對0.3 0. 5um的空氣粒子的捕集效率和壓力損失， 以及測定粉塵為JIS 15種和IS0-Fine-A2時的粉塵捕集量，具體結(jié)果見表1。
權(quán)利要求
1.一種空氣過濾用濾材，其特征在于該濾材至少含有兩層帶電無紡布，且最上層帶 電無紡布的平均孔徑為50 150微米，最下層帶電無紡布的平均孔徑為5 50微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述空氣過濾用濾材，其特征在于所述最上層帶電無紡布的平均 孔徑是最下層帶電無紡布的平均孔徑的2 10倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述空氣過濾用濾材，其特征在于該濾材還含有一層支撐材，且所 述支撐材在最上層帶電無紡布的上面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述空氣過濾用濾材，其特征在于所述支撐材的平均孔徑是最上 層帶電無紡布的平均孔徑的0. 6 1. 5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述空氣過濾用濾材，其特征在于該濾材中至少由一層不同纖度 的熱可塑性樹脂纖維構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述空氣過濾用濾材，其特征在于該濾材中含有機能性吸附 粒子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述空氣過濾用濾材，其特征在于所述機能性吸附粒子中至少 50%以上的粒子粒徑范圍在100 300微米之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述空氣過濾用濾材，其特征在于在過濾粒子尺寸為0.3微米且 面風速是6. 5m/min的條件下測試，該濾材的捕集效率在40%以上。
9.一種如權(quán)利要求1所述空氣過濾用濾材在汽車過濾器領(lǐng)域中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空氣過濾用濾材及其用途，該濾材至少含有兩層帶電無紡布，且最上層帶電無紡布的平均孔徑為50～150微米，最下層帶電無紡布的平均孔徑為5～50微米，其孔徑分布具有成梯度分布的特殊結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的空氣過濾用濾材不僅能對微小的粉塵粒子起到捕集隔離的作用，并且在使用壽命方面，大大得到延長，可應用于汽車過濾器等領(lǐng)域。
文檔編號B01D39/14GK102085437SQ200910259098
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者蔡文杰 申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司