一種駐極體高效過濾材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種駐極體高效過濾材料及其制備方法，該駐極體高效過濾材料包括非織造布層以及經(jīng)駐極處理而帶電的涂層，該涂層位于非織造布層的外表面。該制備方法包括如下步驟：①成型出非織造布層；②在非織造布層的外表面上通過發(fā)泡的方式成型出涂層；③對(duì)涂層進(jìn)行駐極處理以使涂層成為駐極體。本發(fā)明具有過濾精度高、過濾阻力低、過濾效率高、便于清灰以及提高過濾材料使用壽命的作用。
【專利說明】一種駐極體高效過濾材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及過濾材料領(lǐng)域，更具體的說涉及一種駐極體高效過濾材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]因環(huán)境問題不斷惡化，霧霾越來越嚴(yán)重，PM2.5引起了各部門的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年上半年北京PM2.5部分時(shí)間高達(dá)950mg/m3，中國(guó)74個(gè)城市PM2.5為70mg/m3，國(guó)際衛(wèi)生組織要求為25mg/m3，北京等城市產(chǎn)生霧霾情況嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境造成污染嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的生活質(zhì)量。所以對(duì)過濾材料的過濾孔徑及過濾精度提出了更高的要求，一般針刺過濾顆粒粒徑為5-10um，覆膜針刺過濾顆粒粒徑為0.5-2um ;常規(guī)針刺過濾精度為99%，覆膜為99.999%，駐極過濾材料的過濾精度為99.99-99.999%。
[0003]其中，覆膜具有透氣性差、成本高和阻力高的缺點(diǎn)，駐極過濾材料在提高過濾效率和過濾精度前提下，還同時(shí)克服了透氣性差，阻力高等技術(shù)難題，十分適用于靜電小，粉塵細(xì)，多等特殊工況，如:部分循環(huán)硫化床發(fā)電廠和垃圾焚燒廠等。
[0004]常用的纖維過濾材料捕塵主要依靠布朗擴(kuò)散、截留、慣性碰撞和直接攔截等機(jī)械阻擋作用，過濾材料和粒子之間靜電吸附作用甚弱，這樣對(duì)粒徑小于lm以下的粒子過濾效果很差。如果過濾材料在空氣過濾的過程中增強(qiáng)靜電吸附，除原有的機(jī)械阻擋作用外，依靠庫(kù)侖力直接吸引氣相中的帶電微粒并將其捕獲，或誘導(dǎo)中性微粒產(chǎn)生極性再將其捕獲，從而更有效地過濾氣體載體相中的亞微粒子，過濾效率無疑將大大增強(qiáng)，而空氣阻力卻不會(huì)增加。
[0005]駐極體空氣過濾材料除塵的基本原理是利用濾料纖維本身帶電，通過荷電纖維(即駐極體)的庫(kù)侖力實(shí)現(xiàn)對(duì)灰塵的捕獲。在駐極體空氣過濾材料中極化的纖維通常由于靜電的排斥作用使纖維擴(kuò)散成網(wǎng)狀孔洞，間隙尺寸遠(yuǎn)大于粉塵的尺寸，形成了纖維間距比粉塵尺寸大得多的開放式結(jié)構(gòu)。當(dāng)灰塵經(jīng)過過濾材料時(shí)，靜電力不僅能有效地吸引帶電粉塵，而且以靜電感應(yīng)效應(yīng)捕獲感應(yīng)極化的中性粒子。與傳統(tǒng)的機(jī)械型空氣過濾器相比，在相同的功效時(shí)，其阻力僅僅是機(jī)械型過濾器的10-30%，比機(jī)械型空氣過濾器約低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一目的在于提供一種駐極體高效過濾材料，其具有過濾精度高、過濾阻力低、過濾效率高、便于清灰以及有使用壽命長(zhǎng)的功效。
[0007]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0008]一種駐極體高效過濾材料，其中，包括非織造布層以及經(jīng)駐極處理而帶電的涂層，該涂層位于非織造布層的外表面。
[0009]進(jìn)一步，該涂層是由無機(jī)駐極體材料以發(fā)泡的工藝成型在非織造布層上，該無機(jī)駐極體材料選自鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氧化鉭、氧化鋁或氧化鈦。
[0010]進(jìn)一步，該非織造布層由30_70wt%的聚苯硫醚纖維與30_70wt%的聚四氟乙烯纖維經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)和針刺后形成，該聚苯硫醚纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為51-76mm，該聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為48_65mm。
[0011]本發(fā)明的第二目的在于提供一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其中，包括如下步驟:
[0012]①成型出非織造布層；
[0013]②在非織造布層的外表面上通過發(fā)泡的方式成型出涂層；
[0014]③對(duì)涂層進(jìn)行駐極處理以使涂層成為駐極體。
[0015]進(jìn)一步，該步驟①中的非織造布層是以30_70wt%的聚苯硫醚纖維與30_70wt%的聚四氟乙烯纖維經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)和針刺后形成，該聚苯硫醚纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為51-76mm，該聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0_1.5D，纖維長(zhǎng)度為48-65mm。
[0016]進(jìn)一步，在混合過程中加入非離子抗靜電劑；在梳理成網(wǎng)過程中采用鈦合金針布，梳理機(jī)速度為600-800r/min ;在鋪網(wǎng)過程中，上小車速度25_40m/min，鋪網(wǎng)小車30_45m/min,下小車速度8-15m/min ;在針刺過程中，采用5臺(tái)針刺機(jī)，后兩臺(tái)為異位對(duì)刺機(jī)，第一道針刺頻率及深度分別為150-200r/min、12-14mm，第二道針刺頻率及深度分別為200_350r/min、7-9mm，第三道針刺頻率及深度分別為300-450r/min、4-6mm，第四道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、4-6mm，第五道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、2-4mm。
[0017]進(jìn)一步，該涂層是將無機(jī)駐極體材料溶解在有機(jī)溶劑中，經(jīng)研磨處理后，在發(fā)泡劑10-20g/ml與增稠劑5-15g/ml的共同作用下，進(jìn)行發(fā)泡處理而得，該無機(jī)駐極體材料為
0.5-5g/mlο
[0018]進(jìn)一步，該有機(jī)溶劑為乙醇。
[0019]進(jìn)一步，該無機(jī)駐極體材料選自鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氧化鉭、氧化鋁或氧化鈦。
[0020]進(jìn)一步，該步驟③是采用電暈放電或熱極化的方式進(jìn)行駐極。
[0021]采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明涉及的一種駐極體高效過濾材料及其制備方法，其通過在非織造布層的外表面上形成有涂層，并對(duì)該涂層進(jìn)行駐極處理而帶電，從而可形成一種全新的駐極體空氣過濾材料，即具有過濾精度高、過濾阻力低和過濾效率高的特點(diǎn)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還至少存在如下有益效果:
[0023]一、由于該涂層所采用的無機(jī)駐極體材料具有耐高溫和高性能的特點(diǎn)，如此可有效提高整個(gè)過濾材料的電荷存儲(chǔ)能力和電荷穩(wěn)定性，增加了駐極體效應(yīng)即靜電效應(yīng)，利用材料的駐極體效應(yīng)，可有效地提聞材料的過濾效率。
[0024]二、該涂層會(huì)通過表面靜電作用，形成超細(xì)過濾粉塵餅，通過粉塵餅的細(xì)空隙及靜電作用可以將粉塵阻擋在過濾氈表面，提高其表面過濾效率。
[0025]三、駐極體材料由于靜電作用，不易結(jié)露，粘粉，易清灰，粉塵不易滲入過濾材料深層處，因此壓力損失不隨使用時(shí)間延長(zhǎng)而增加，由此也可以大大提高整個(gè)過濾材料的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明涉及一種駐極體高效過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖。[0027]圖中:
[0028]非織造布層-1 ;涂層_2。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明涉及的一種駐極體高效過濾材料，其包括非織造布層1以及涂層2，該涂層1位于非織造布層2的外表面，該涂層2經(jīng)駐極處理而呈帶電狀態(tài)。更具體地，該涂層2是由無機(jī)駐極體材料以發(fā)泡的工藝成型在非織造布層1上，該無機(jī)駐極體材料選自鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氧化鉭、氧化鋁或氧化鈦。
[0031]本發(fā)明還提供一種駐極體高效過濾材料的制備方法，包括如下步驟:
[0032]①成型出非織造布層；具體地，該非織造布層是以30_70wt%的聚苯硫醚纖維與30-70被％的聚四氟乙烯纖維經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)和針刺后形成。
[0033]其中，該聚苯硫醚纖維(PPS)的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為51_76mm，該聚四氟乙烯纖維(PTFE)的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為48-65mm。即該聚苯硫醚纖維和聚四氟乙烯纖維均采用超細(xì)纖維，如此能大大改善集塵效率，其平均效率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)駐極體纖維從95%上升到99.9% (精細(xì)纖維)，改善可能源于纖維間自由空間隨機(jī)分布率的上升，導(dǎo)致容塵場(chǎng)所和過濾機(jī)構(gòu)更加完善；另外，精細(xì)駐極體纖維所形成的新結(jié)構(gòu)空氣過濾器性能的改善，是因?yàn)闉V材空間結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出較大的容塵空間和較強(qiáng)的電場(chǎng)散度。由于聚四氟乙烯纖維靜電效果大，故在混合過程中加入非離子抗靜電劑。
[0034]在梳理成網(wǎng)工序中，因?yàn)榫鬯姆蚁├w維密度大，單根纖維強(qiáng)力差，卷曲小，所以在梳理過程采用鈦合金針布，梳理機(jī)速度為600-800r/min。
[0035]在鋪網(wǎng)過程中，由于纖維抱合力小，各小車之間牽伸小，該上小車速度25_40m/min,鋪網(wǎng)小車30_45m/min,下小車速度8_15m/min。
[0036]在針刺過程中，采用5臺(tái)針刺機(jī)，后兩臺(tái)為異位對(duì)刺機(jī)，第一道針刺頻率及深度分別為150-200r/min、12-14mm，第二道針刺頻率及深度分別為200-350r/min、7-9mm，第三道針刺頻率及深度分別為300-450r/min、4-6mm，第四道針刺頻率及深度分別為250_400r/min、4-6mm,第五道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、2-4mm。
[0037]優(yōu)選地，上述形成的非織造布層還進(jìn)行如下功能性處理:
[0038]1.壓光:上輥溫度為200-220，下輥溫度為230-250，壓力為0.4Mpa，速度為
7.5-8.5m/min。通過壓光工序，控制針刺過濾氈的厚度，提高其密度，有助于過濾效率提高和物性指標(biāo)改善。
[0039]2.燒毛:采用天然氣燒毛處理，通過控制火焰的火力7-7.5bar和針刺氈燒毛的速度35-40m/min來控制燒毛的工序，以保證布面效果。通過燒掉表面毛羽，使纖維表面保持一定光滑度，這可降低粉塵吸附濾袋表面，同時(shí)可提高清灰效率。
[0040]3.浸潰:采用軟質(zhì)橡膠輥，表面平整，減小粘連，有效控制浸膠量。壓輥為0.5MPa,克重為20-30g/m2，車速為5m/min，該聚四氟乙烯纖維浸潰處理，提高耐溫，抗腐蝕性，賦予纖維表面光滑結(jié)構(gòu)。
[0041]②在非織造布層的外表面上通過發(fā)泡的方式成型出涂層；具體地，該涂層是將無機(jī)駐極體材料溶解在有機(jī)溶劑中，經(jīng)研磨處理后，在發(fā)泡劑10-20g/ml與增稠劑5-15g/ml的共同作用下，進(jìn)行發(fā)泡處理而得，該無機(jī)駐極體材料為0.5-5g/ml。該有機(jī)溶劑優(yōu)選為乙醇，該乙醇一方面起到溶劑的作用以溶解無機(jī)材料，另一方面在進(jìn)烘箱過程中，揮發(fā)吸熱，有助于布面干燥。
[0042]優(yōu)選地，該無機(jī)駐極體材料選自鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氧化鉭、氧化鋁或氧化鈦。對(duì)于無機(jī)駐極體材料的比例，其根據(jù)纖維原料及針刺氈厚度、處理方式有較大影響作用，若比例過高，通過電暈放電或熱極化作用，積累過多電荷，導(dǎo)致纖維粉塵餅過厚，阻力增大，甚至積累過大，會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷針刺氈。而比例過低，不利于電荷積累，無法形成一定厚度粉塵餅，影響過濾精度；且利用無機(jī)材料形成的表面不易因水分等原因產(chǎn)生粘連，便于清灰。
[0043]③對(duì)涂層進(jìn)行駐極處理以使涂層成為駐極體；優(yōu)選是采用電暈放電或熱極化的方式進(jìn)行駐極。
[0044]實(shí)施例1:
[0045]1.開松:該非織造布層以70%的聚苯硫醚纖維PPS與30%的聚四氟乙烯纖維PTFE為原料，經(jīng)混合開松，梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)以及5道針刺后形成非織造氈。該聚苯硫醚纖維的線密度為1.5D，纖維長(zhǎng)度為60mm，聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0D,纖維長(zhǎng)度為51mm。因PTFE纖維靜電效果大，在混合過程中加入非離子抗靜電劑。
[0046]2.梳理:因PTFE纖維密度大，單根纖維強(qiáng)力差，卷曲小，所以梳理過程采用鈦合金針布，降低梳理機(jī)速度為750r/min。
[0047]3.鋪網(wǎng):纖維抱合力小,各小車之間牽伸小。上小車速度33m/min,鋪網(wǎng)小車40m/min,下小車速度12m/min.[0048]4.針刺:采用5臺(tái)針刺機(jī)，后兩臺(tái)為異位對(duì)刺機(jī)。第一道針刺頻率及深度分別為150r/min、14mm,第二道針刺頻率及深度分別為280r/min、8mm。第三道針刺頻率及深度分別為300r/min、6mm。第四道針刺頻率及深度分別為400r/min、4mm。第五道針刺頻率及深度分別為 400r/min、2mm。
[0049]功能性處理
[0050]1.壓光:上輥溫度為210，下輥溫度為230.壓力為0.4MPa。速度為8m/min。
[0051]2.燒毛:采用天然氣燒毛處理,通過控制火焰的火力7bar.和針刺租燒毛的速度35m/min來控制燒毛的工序，以保證布面效果。
[0052]3.浸潰:采用軟質(zhì)橡膠輥，表面平整，減小粘連，有效控制浸膠量。壓輥為0.5MPa,克重為20-30g/m2，車速為5m/min
[0053]4.發(fā)泡涂層:采用發(fā)泡涂層處理，可以在表面有效形成一層駐極材料，提高功能性處理效果。發(fā)泡量及發(fā)泡效果:控制發(fā)泡量為20-30g/m2，因該駐極材料為無機(jī)材料，所以對(duì)發(fā)泡量及成泡的質(zhì)量要求較高。通過控制發(fā)泡劑及增稠劑的比例來達(dá)到均勻涂膠及控制量的目的。通過溶解在有機(jī)溶劑乙醇，進(jìn)行研磨處理。在發(fā)泡劑12g/m2與增稠劑8g/m2共同作用下，進(jìn)行發(fā)泡涂層處理。無機(jī)駐極體材料1.5g/m2。因PPS纖維比例大，針刺氈蓬松且PPS纖維粘附力優(yōu)于PTFE纖維。
[0054]5.電暈放電或熱極化進(jìn)行駐極。
[0055]實(shí)施例2
[0056]1.開松:該非織造布層以50%的聚苯硫醚纖維PPS與50%的聚四氟乙烯纖維PTFE為原料，經(jīng)混合開松，梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)以及5道針刺后形成非織造氈。該聚苯硫醚纖維的線密度為1.0D，纖維長(zhǎng)度為51，聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0，纖維長(zhǎng)度為51mm。因PTFE纖維靜電效果大，在混合過程中加入非離子抗靜電劑。
[0057]2.梳理:因PTFE纖維密度大，單根纖維強(qiáng)力差，卷曲小，所以梳理過程采用鈦合金針布，降低梳理機(jī)速度為700r/min。
[0058]3.鋪網(wǎng):纖維抱合力小,各小車之間牽伸小。上小車速度30m/min,鋪網(wǎng)小車34m/min,下小車速度10m/min.[0059]4.針刺:采用5臺(tái)針刺機(jī)，后兩臺(tái)為異位對(duì)刺機(jī)。第一道針刺頻率及深度分別為170r/min、13mm,第二道針刺頻率及深度分別為300r/min、9mm。第三道針刺頻率及深度分別為320r/min、6mm。第四道針刺頻率及深度分別為400r/min、4mm。第五道針刺頻率及深度分別為 400r/min、2mm。
[0060]功能性處理
[0061]1.壓光:上輥溫度為220，下輥溫度為240.壓力為0.4MPa。速度為7.5m/min。
[0062]2.燒毛:采用天然氣燒毛處理,通過控制火焰的火力7bar.和針刺租燒毛的速度35m/min來控制燒毛的工序，以保證布面效果。
[0063]3.浸潰:采用軟質(zhì)橡膠輥，表面平整，減小粘連，有效控制浸膠量。壓輥為0.5MPa,克重為20-30g/m2，車速為5m/min
[0064]4.發(fā)泡涂層:采用發(fā)泡涂層處理，可以在表面有效形成一層駐極材料，提高功能性處理效果。發(fā)泡量及發(fā)泡效果:控制發(fā)泡量為20-30g/m2，因該駐極材料為無機(jī)材料，所以對(duì)發(fā)泡量及成泡的質(zhì)量要求較高。通過控制發(fā)泡劑及增稠劑的比例來達(dá)到均勻涂膠及控制量的目的。通過溶解在有機(jī)溶劑乙醇，進(jìn)行研磨處理。在發(fā)泡劑15g/m2與增稠劑10g/m2共同作用下，進(jìn)行發(fā)泡涂層處理。無機(jī)駐極體材料lg/m2。
[0065]5.電暈放電或熱極化進(jìn)行駐極。
[0066]上述實(shí)施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種駐極體高效過濾材料，其特征在于，包括非織造布層以及經(jīng)駐極處理而帶電的涂層，該涂層位于非織造布層的外表面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種駐極體高效過濾材料，其特征在于，該涂層是由無機(jī)駐極體材料以發(fā)泡的工藝成型在非織造布層上，該無機(jī)駐極體材料選自鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氧化鉭、氧化招或氧化鈦。
3.如權(quán)利要求1所述的一種駐極體高效過濾材料，其特征在于，該非織造布層由30-70wt%的聚苯硫醚纖維與30-70wt%的聚四氟乙烯纖維經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)和針刺后形成，該聚苯硫醚纖維的線密度為1.0-ι.5D,纖維長(zhǎng)度為51-76mm,該聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為48-65mm。
4.一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:①成型出非織造布層；②在非織造布層的外表面上通過發(fā)泡的方式成型出涂層；③對(duì)涂層進(jìn)行駐極處理以使涂層成為駐極體。
5.如權(quán)利要求4所述的一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其特征在于，該步驟①中的非織造布層是以30-70wt%的聚苯硫醚纖維與30-70wt%的聚四氟乙烯纖維經(jīng)混合開松、梳理成網(wǎng)、鋪網(wǎng)和針刺后形成，該聚苯硫醚纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為51-76mm，該聚四氟乙烯纖維的線密度為1.0-1.5D，纖維長(zhǎng)度為48_65mm。
6.如權(quán)利要求5所述的一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其特征在于，在混合過程中加入非離子抗靜電劑；在梳理成網(wǎng)過程中采用鈦合金針布，梳理機(jī)速度為600-8001./min ;在鋪網(wǎng)過程中，上小車速度25-40m/min，鋪網(wǎng)小車30_45m/min，下小車速度8_15m/min ;在針刺過程中，采用5臺(tái)針刺機(jī)，后兩臺(tái)為異位對(duì)刺機(jī)，第一道針刺頻率及深度分別為150-200r/min、12-14mm，第二道針刺頻率及深度分別為200-350r/min、7-9mm，第三道針刺頻率及深度分別為300-450r/min、4-6mm，第四道針刺頻率及深度分別為250_400r/min、4-6mm，第五道針刺頻率及深度分別為250-400r/min、2-4mm。
7.如權(quán)利要求4所述的一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其特征在于，該涂層是將無機(jī)駐極體材料溶解在有機(jī)溶劑中，經(jīng)研磨處理后，在發(fā)泡劑10-20g/ml與增稠劑5-15g/ml的共同作用下,進(jìn)行發(fā)泡處理而得,該無機(jī)駐極體材料為0.5-5g/mL.
8.如權(quán)利要求7所述的一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其特征在于，該有機(jī)溶劑為乙醇。
9.如權(quán)利要求7所述的一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其特征在于，該無機(jī)駐極體材料選自鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、氧化鋅、氧化鉭、氧化鋁或氧化鈦。
10.如權(quán)利要求4所述的一種駐極體高效過濾材料的制備方法，其特征在于，該步驟③是采用電暈放電或熱極化的方式進(jìn)行駐極。
【文檔編號(hào)】B01D39/14GK103657257SQ201310652550
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】施純秒, 楊澤林, 吳銳 申請(qǐng)人:福建鑫華股份有限公司