CN103657257B - 一种驻极体高效过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种驻极体高效过滤材料及其制备方法，该驻极体高效过滤材料包括非织造布层以及经驻极处理而带电的涂层，该涂层位于非织造布层的外表面。该制备方法包括如下步骤：①成型出非织造布层；②在非织造布层的外表面上通过发泡的方式成型出涂层；③对涂层进行驻极处理以使涂层成为驻极体。本发明具有过滤精度高、过滤阻力低、过滤效率高、便于清灰以及提高过滤材料使用寿命的作用。

Description

一种驻极体高效过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及过滤材料领域，更具体的说涉及一种驻极体高效过滤材料及其制备方法。

背景技术

因环境问题不断恶化，雾霾越来越严重，PM2.5引起了各部门的关注。据统计，2013年上半年北京PM2.5部分时间高达950mg/m3，中国74个城市PM2.5为70mg/m3，国际卫生组织要求为25mg/m3，北京等城市产生雾霾情况严重，对环境造成污染严重，已经严重影响了人民的生活质量。所以对过滤材料的过滤孔径及过滤精度提出了更高的要求，一般针刺过滤颗粒粒径为5-10um，覆膜针刺过滤颗粒粒径为0.5-2um；常规针刺过滤精度为99%，覆膜为99.999%，驻极过滤材料的过滤精度为99.99-99.999%。

其中，覆膜具有透气性差、成本高和阻力高的缺点，驻极过滤材料在提高过滤效率和过滤精度前提下，还同时克服了透气性差，阻力高等技术难题，十分适用于静电小，粉尘细，多等特殊工况，如：部分循环硫化床发电厂和垃圾焚烧厂等。

常用的纤维过滤材料捕尘主要依靠布朗扩散、截留、惯性碰撞和直接拦截等机械阻挡作用，过滤材料和粒子之间静电吸附作用甚弱，这样对粒径小于1m以下的粒子过滤效果很差。如果过滤材料在空气过滤的过程中增强静电吸附，除原有的机械阻挡作用外，依靠库仑力直接吸引气相中的带电微粒并将其捕获，或诱导中性微粒产生极性再将其捕获，从而更有效地过滤气体载体相中的亚微粒子，过滤效率无疑将大大增强，而空气阻力却不会增加。

驻极体空气过滤材料除尘的基本原理是利用滤料纤维本身带电，通过荷电纤维(即驻极体)的库仑力实现对灰尘的捕获。在驻极体空气过滤材料中极化的纤维通常由于静电的排斥作用使纤维扩散成网状孔洞，间隙尺寸远大于粉尘的尺寸，形成了纤维间距比粉尘尺寸大得多的开放式结构。当灰尘经过过滤材料时，静电力不仅能有效地吸引带电粉尘，而且以静电感应效应捕获感应极化的中性粒子。与传统的机械型空气过滤器相比，在相同的功效时，其阻力仅仅是机械型过滤器的10-30%，比机械型空气过滤器约低一个数量级。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种驻极体高效过滤材料，其具有过滤精度高、过滤阻力低、过滤效率高、便于清灰以及有使用寿命长的功效。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种驻极体高效过滤材料，其中，包括非织造布层以及经驻极处理而带电的涂层，该涂层位于非织造布层的外表面。

进一步，该涂层是由无机驻极体材料以发泡的工艺成型在非织造布层上，该无机驻极体材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、氧化钽、氧化铝或氧化钛。

进一步，该非织造布层由30-70wt%的聚苯硫醚纤维与30-70wt%的聚四氟乙烯纤维经混合开松、梳理成网、铺网和针刺后形成，该聚苯硫醚纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为51-76mm，该聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。

本发明的第二目的在于提供一种驻极体高效过滤材料的制备方法，其中，包括如下步骤：

①成型出非织造布层；

②在非织造布层的外表面上通过发泡的方式成型出涂层；

③对涂层进行驻极处理以使涂层成为驻极体。

进一步，该步骤①中的非织造布层是以30-70wt%的聚苯硫醚纤维与30-70wt%的聚四氟乙烯纤维经混合开松、梳理成网、铺网和针刺后形成，该聚苯硫醚纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为51-76mm，该聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。

进一步，在混合过程中加入非离子抗静电剂；在梳理成网过程中采用钛合金针布，梳理机速度为600-800r/min；在铺网过程中，上小车速度25-40m/min,铺网小车30-45m/min,下小车速度8-15m/min；在针刺过程中，采用5台针刺机，后两台为异位对刺机，第一道针刺频率及深度分别为150-200r/min、12-14mm，第二道针刺频率及深度分别为200-350r/min、7-9mm，第三道针刺频率及深度分别为300-450r/min、4-6mm，第四道针刺频率及深度分别为250-400r/min、4-6mm，第五道针刺频率及深度分别为250-400r/min、2-4mm。

进一步，该涂层是将无机驻极体材料溶解在有机溶剂中，经研磨处理后，在发泡剂10-20g/ml与增稠剂5-15g/ml的共同作用下，进行发泡处理而得，该无机驻极体材料为0.5-5g/ml。

进一步，该有机溶剂为乙醇。

进一步，该无机驻极体材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、氧化钽、氧化铝或氧化钛。

进一步，该步骤③是采用电晕放电或热极化的方式进行驻极。

采用上述结构后，本发明涉及的一种驻极体高效过滤材料及其制备方法，其通过在非织造布层的外表面上形成有涂层，并对该涂层进行驻极处理而带电，从而可形成一种全新的驻极体空气过滤材料，即具有过滤精度高、过滤阻力低和过滤效率高的特点。

与现有技术相比，本发明还至少存在如下有益效果：

一、由于该涂层所采用的无机驻极体材料具有耐高温和高性能的特点，如此可有效提高整个过滤材料的电荷存储能力和电荷稳定性，增加了驻极体效应即静电效应，利用材料的驻极体效应，可有效地提高材料的过滤效率。

二、该涂层会通过表面静电作用，形成超细过滤粉尘饼，通过粉尘饼的细空隙及静电作用可以将粉尘阻挡在过滤毡表面，提高其表面过滤效率。

三、驻极体材料由于静电作用，不易结露，粘粉，易清灰，粉尘不易渗入过滤材料深层处，因此压力损失不随使用时间延长而增加，由此也可以大大提高整个过滤材料的使用寿命。

附图说明

图1为本发明涉及一种驻极体高效过滤材料的结构示意图。

图中：

非织造布层-1；涂层-2。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1所示，本发明涉及的一种驻极体高效过滤材料，其包括非织造布层1以及涂层2，该涂层1位于非织造布层2的外表面，该涂层2经驻极处理而呈带电状态。更具体地，该涂层2是由无机驻极体材料以发泡的工艺成型在非织造布层1上，该无机驻极体材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、氧化钽、氧化铝或氧化钛。

本发明还提供一种驻极体高效过滤材料的制备方法，包括如下步骤：

①成型出非织造布层；具体地，该非织造布层是以30-70wt%的聚苯硫醚纤维与30-70wt%的聚四氟乙烯纤维经混合开松、梳理成网、铺网和针刺后形成。

其中，该聚苯硫醚纤维（PPS）的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为51-76mm，该聚四氟乙烯纤维（PTFE）的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。即该聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维均采用超细纤维，如此能大大改善集尘效率，其平均效率比传统结构驻极体纤维从95％上升到99.9％(精细纤维)，改善可能源于纤维间自由空间随机分布率的上升，导致容尘场所和过滤机构更加完善；另外，精细驻极体纤维所形成的新结构空气过滤器性能的改善，是因为滤材空间结构上表现出较大的容尘空间和较强的电场散度。由于聚四氟乙烯纤维静电效果大，故在混合过程中加入非离子抗静电剂。

在梳理成网工序中，因为聚四氟乙烯纤维密度大，单根纤维强力差，卷曲小，所以在梳理过程采用钛合金针布，梳理机速度为600-800r/min。

在铺网过程中，由于纤维抱合力小，各小车之间牵伸小，该上小车速度25-40m/min，铺网小车30-45m/min，下小车速度8-15m/min。

在针刺过程中，采用5台针刺机，后两台为异位对刺机，第一道针刺频率及深度分别为150-200r/min、12-14mm，第二道针刺频率及深度分别为200-350r/min、7-9mm，第三道针刺频率及深度分别为300-450r/min、4-6mm，第四道针刺频率及深度分别为250-400r/min、4-6mm，第五道针刺频率及深度分别为250-400r/min、2-4mm。

优选地，上述形成的非织造布层还进行如下功能性处理：

1.压光：上辊温度为200-220，下辊温度为230-250，压力为0.4Mpa，速度为7.5-8.5m/min。通过压光工序，控制针刺过滤毡的厚度，提高其密度，有助于过滤效率提高和物性指标改善。

2.烧毛：采用天然气烧毛处理，通过控制火焰的火力7-7.5bar和针刺毡烧毛的速度35-40m/min来控制烧毛的工序，以保证布面效果。通过烧掉表面毛羽，使纤维表面保持一定光滑度，这可降低粉尘吸附滤袋表面，同时可提高清灰效率。

3.浸渍：采用软质橡胶辊，表面平整，减小粘连，有效控制浸胶量。压辊为0.5MPa,克重为20-30g/m2，车速为5m/min，该聚四氟乙烯纤维浸渍处理，提高耐温，抗腐蚀性，赋予纤维表面光滑结构。

②在非织造布层的外表面上通过发泡的方式成型出涂层；具体地，该涂层是将无机驻极体材料溶解在有机溶剂中，经研磨处理后，在发泡剂10-20g/ml与增稠剂5-15g/ml的共同作用下，进行发泡处理而得，该无机驻极体材料为0.5-5g/ml。该有机溶剂优选为乙醇，该乙醇一方面起到溶剂的作用以溶解无机材料，另一方面在进烘箱过程中，挥发吸热，有助于布面干燥。

优选地，该无机驻极体材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、氧化钽、氧化铝或氧化钛。对于无机驻极体材料的比例，其根据纤维原料及针刺毡厚度、处理方式有较大影响作用，若比例过高，通过电晕放电或热极化作用，积累过多电荷，导致纤维粉尘饼过厚，阻力增大，甚至积累过大，会导致损伤针刺毡。而比例过低，不利于电荷积累，无法形成一定厚度粉尘饼，影响过滤精度；且利用无机材料形成的表面不易因水分等原因产生粘连，便于清灰。

③对涂层进行驻极处理以使涂层成为驻极体；优选是采用电晕放电或热极化的方式进行驻极。

实施例1：

1.开松：该非织造布层以70%的聚苯硫醚纤维PPS与30%的聚四氟乙烯纤维PTFE为原料，经混合开松，梳理成网、铺网以及5道针刺后形成非织造毡。该聚苯硫醚纤维的线密度为1.5D，纤维长度为60mm，聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0D，纤维长度为51mm。因PTFE纤维静电效果大，在混合过程中加入非离子抗静电剂。

2.梳理：因PTFE纤维密度大，单根纤维强力差，卷曲小，所以梳理过程采用钛合金针布，降低梳理机速度为750r/min。

3.铺网：纤维抱合力小，各小车之间牵伸小。上小车速度33m/min,铺网小车40m/min,下小车速度12m/min.

4.针刺：采用5台针刺机，后两台为异位对刺机。第一道针刺频率及深度分别为150r/min、14mm，第二道针刺频率及深度分别为280r/min、8mm。第三道针刺频率及深度分别为300r/min、6mm。第四道针刺频率及深度分别为400r/min、4mm。第五道针刺频率及深度分别为400r/min、2mm。

功能性处理

1.压光：上辊温度为210，下辊温度为230.压力为0.4MPa。速度为8m/min。

2.烧毛：采用天然气烧毛处理，通过控制火焰的火力7bar.和针刺毡烧毛的速度35m/min来控制烧毛的工序，以保证布面效果。

3.浸渍：采用软质橡胶辊，表面平整，减小粘连，有效控制浸胶量。压辊为0.5MPa,克重为20-30g/m2，车速为5m/min

4.发泡涂层：采用发泡涂层处理，可以在表面有效形成一层驻极材料，提高功能性处理效果。发泡量及发泡效果：控制发泡量为20-30g/m2，因该驻极材料为无机材料，所以对发泡量及成泡的质量要求较高。通过控制发泡剂及增稠剂的比例来达到均匀涂胶及控制量的目的。通过溶解在有机溶剂乙醇，进行研磨处理。在发泡剂12g/m2与增稠剂8g/m2共同作用下，进行发泡涂层处理。无机驻极体材料1.5g/m2。因PPS纤维比例大，针刺毡蓬松且PPS纤维粘附力优于PTFE纤维。

5.电晕放电或热极化进行驻极。

实施例2

1.开松：该非织造布层以50%的聚苯硫醚纤维PPS与50%的聚四氟乙烯纤维PTFE为原料，经混合开松，梳理成网、铺网以及5道针刺后形成非织造毡。该聚苯硫醚纤维的线密度为1.0D，纤维长度为51，聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0，纤维长度为51mm。因PTFE纤维静电效果大，在混合过程中加入非离子抗静电剂。

2.梳理：因PTFE纤维密度大，单根纤维强力差，卷曲小，所以梳理过程采用钛合金针布，降低梳理机速度为700r/min。

3.铺网：纤维抱合力小，各小车之间牵伸小。上小车速度30m/min,铺网小车34m/min,下小车速度10m/min.

4.针刺：采用5台针刺机，后两台为异位对刺机。第一道针刺频率及深度分别为170r/min、13mm，第二道针刺频率及深度分别为300r/min、9mm。第三道针刺频率及深度分别为320r/min、6mm。第四道针刺频率及深度分别为400r/min、4mm。第五道针刺频率及深度分别为400r/min、2mm。

功能性处理

1.压光：上辊温度为220，下辊温度为240.压力为0.4MPa。速度为7.5m/min。

2.烧毛：采用天然气烧毛处理，通过控制火焰的火力7bar.和针刺毡烧毛的速度35m/min来控制烧毛的工序，以保证布面效果。

3.浸渍：采用软质橡胶辊，表面平整，减小粘连，有效控制浸胶量。压辊为0.5MPa,克重为20-30g/m2，车速为5m/min

4.发泡涂层：采用发泡涂层处理，可以在表面有效形成一层驻极材料，提高功能性处理效果。发泡量及发泡效果：控制发泡量为20-30g/m2，因该驻极材料为无机材料，所以对发泡量及成泡的质量要求较高。通过控制发泡剂及增稠剂的比例来达到均匀涂胶及控制量的目的。通过溶解在有机溶剂乙醇，进行研磨处理。在发泡剂15g/m2与增稠剂10g/m2共同作用下，进行发泡涂层处理。无机驻极体材料1g/m2。

5.电晕放电或热极化进行驻极。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (8)

1.一种驻极体高效过滤材料，其特征在于，包括非织造布层以及经驻极处理而带电的涂层，该涂层位于非织造布层的外表面；

该非织造布层由30-70wt％的聚苯硫醚纤维与30-70wt％的聚四氟乙烯纤维经混合开松、梳理成网、铺网和针刺后形成，该聚苯硫醚纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为51-76mm，该聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。

2.如权利要求1所述的一种驻极体高效过滤材料，其特征在于，该涂层是由无机驻极体材料以发泡的工艺成型在非织造布层上，该无机驻极体材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、氧化钽、氧化铝或氧化钛。

3.一种驻极体高效过滤材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

①成型出非织造布层；

②在非织造布层的外表面上通过发泡的方式成型出涂层；

③对涂层进行驻极处理以使涂层成为驻极体；

该步骤①中的非织造布层是以30-70wt％的聚苯硫醚纤维与30-70wt％的聚四氟乙烯纤维经混合开松、梳理成网、铺网和针刺后形成，该聚苯硫醚纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为51-76mm，该聚四氟乙烯纤维的线密度为1.0-1.5D，纤维长度为48-65mm。

4.如权利要求3所述的一种驻极体高效过滤材料的制备方法，其特征在于，在混合过程中加入非离子抗静电剂；在梳理成网过程中采用钛合金针布，梳理机速度为600-800r/min；在铺网过程中，上小车速度25-40m/min,铺网小车30-45m/min,下小车速度8-15m/min；在针刺过程中，采用5台针刺机，后两台为异位对刺机，第一道针刺频率及深度分别为150-200r/min、12-14mm，第二道针刺频率及深度分别为200-350r/min、7-9mm，第三道针刺频率及深度分别为300-450r/min、4-6mm，第四道针刺频率及深度分别为250-400r/min、4-6mm，第五道针刺频率及深度分别为250-400r/min、2-4mm。

5.如权利要求3所述的一种驻极体高效过滤材料的制备方法，其特征在于，该涂层是将无机驻极体材料溶解在有机溶剂中，经研磨处理后，在发泡剂10-20g/ml与增稠剂5-15g/ml的共同作用下，进行发泡处理而得，该无机驻极体材料为0.5-5g/ml。

6.如权利要求5所述的一种驻极体高效过滤材料的制备方法，其特征在于，该有机溶剂为乙醇。

7.如权利要求5所述的一种驻极体高效过滤材料的制备方法，其特征在于，该无机驻极体材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、氧化钽、氧化铝或氧化钛。

8.如权利要求3所述的一种驻极体高效过滤材料的制备方法，其特征在于，该步骤③是采用电晕放电或热极化的方式进行驻极。