CN211302355U - 一种空气滤网、口罩及空气净化器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种空气滤网以及包括所述空气滤网的口罩和空气净化器。所述空气滤网包括：无纺布层；纳米纤维层，所述纳米纤维层包括直径为50‑300nm的纳米纤维，所述纳米纤维通过高压静电纺丝附接至所述无纺布层，并从所述无纺布层的表面背离所述无纺布层沿无规则路径延伸，所述纳米纤维的延伸路径在所述无纺布层上的投影具有随机网格图案，所述随机网格图案包括直径为1‑10μm之间的开口；以及骨架基层，所述骨架基层与所述纳米纤维层附接并支承所述纳米纤维层和所述无纺布层。
Description
技术领域
本申请涉及空气净化领域，更具体地，涉及一种空气滤网、口罩及空气净化器。
背景技术
当今，空气污染问题日渐引起人们关注，市场对于空气净化和防护设备的需求也日渐旺盛。
对于空气净化和防护设备而言，空气滤网尤为关键。空气滤网作为核心的过滤元件，承担着颗粒阻拦和吸附的功能。现有的空气滤网多采用多层结构，其中过滤层大多使用500-7000nm纤维直径的适于熔喷的材料通过熔喷工艺制成，其平均有效孔径多为3-15μm。对于诸如花粉等大颗粒可通过物理拦截进行过滤，而对于小颗粒粉尘主要依靠经静电驻极处理的过滤层来实现吸附过滤。
实用新型内容
本申请旨在提供一种改善的空气滤网以及包含该空气滤网的口罩和空气净化器。
本申请的第一方面提供了一种空气滤网。所述空气滤网包括：无纺布层；纳米纤维层，所述纳米纤维层包括直径为50-300nm的纳米纤维，所述纳米纤维通过高压静电纺丝附接至所述无纺布层，并从所述无纺布层的表面背离所述无纺布层沿无规则路径延伸，所述纳米纤维的延伸路径在所述无纺布层上的投影具有随机网格图案，所述随机网格图案包括直径为1-10μm之间的开口；以及骨架基层，所述骨架基层与所述纳米纤维层附接并支承所述纳米纤维层和所述无纺布层。
根据本申请实施方式，所述纳米纤维层的克重为5-35g/m2。
根据本申请实施方式，所述骨架基层与所述纳米纤维层通过粘合剂彼此附接。
根据本申请实施方式，所述骨架基层与所述纳米纤维层通过超声焊接彼此附接。
根据本申请实施方式，所述无纺布层由聚酯材料形成。
根据本申请实施方式，所述纳米纤维由聚乙烯醇制成。
根据本申请实施方式，所述纳米纤维层复合有抗菌剂。
根据本申请实施方式，所述高压静电纺丝采用的电压为10000伏特以上。
本申请的第二方面提供了一种口罩，所述口罩包括上述空气滤网。
本申请的第三方面提供了一种空气净化器，所述空气净化器包括上述空气滤网。
本申请提供的空气滤网、口罩和空气净化器采用无纺布层、纳米纤维层和骨架基层的顺序附接结构，并且通过由无规则3D延伸的纳米纤维构成的过滤层实现直接物理拦截。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是示出了根据本申请实施方式的空气滤网的示意性结构图；
图2是示出了根据本申请实施方式通过高压静电纺丝获取的纳米纤维的示意图；以及
图3是示出了根据本申请实施方式的空气滤网对颗粒物的过滤示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面作出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标记指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个项目的任何或全部组合。
应注意，在本说明书中，“上”、“下”等表述仅用于描述各个特征之间的相对位置关系，而不表示对特征的任何限制。另外，在本说明书中，诸如“第一”、“第二”等序数词仅用于区分不同的部件，而与重要性、顺序等无关。例如，说明书中所陈述的“第一方向”和“第二方向”仅表示不同的方向。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了各层的厚度、尺寸和形状。即，附图仅为示例图而并非严格按比例绘制。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时，表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一项”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整个列表的所有特征，而不是修饰列表中的个别元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。另外，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有术语(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本文中明确如此限定，否则例如在常用词典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的含义进行解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
图1是示出了根据本申请实施方式的空气滤网100的示意性结构图。
空气滤网100包括依次堆叠的无纺布层101、纳米纤维层102和骨架基层103。纳米纤维层102由纳米纤维构成。纳米纤维通过高压静电纺丝技术附接至无纺布层101并且具有50-300nm的纤维直径。纳米纤维从无纺布层101的表面背离无纺布层101沿无规则路径延伸从而形成3D结构。纳米纤维的这种无规则的延伸路径在无纺布层101上的投影具有不规则的随机网格图案。然而，该随机网格图案具有多个直径为1-10μm之间的开口。骨架基层103与纳米纤维层102附接并支承纳米纤维层102和无纺布层101。
无纺布层101可由聚酯材料制成。无纺布层101由定向的或随机的纤维而构成。无纺布层101一方面用作供纳米纤维高压静电纺丝的基材从而供纳米纤维附着成型，另一方面可以对肉眼可见的颗粒、毛发等进行拦截以避免降低纳米纤维层102的过滤效果。
纳米纤维层102是主要的过滤层。如上所述，纳米纤维层102由高压静电纺丝技术成型在无纺布层101上并且具有大约4μm的厚度。具体而言，可以将由聚乙烯醇(PVA)和合适的溶剂制备的纺丝料液放置于料液供给设备中。可以在无纺布层101侧布置负极接收装置，并且在其对侧布置正极发射装置。料液供给设备向正极发射装置处提供料液。然后在正极发射装置与负极接收装置之间施加高压静电场。
根据本申请实施方式，高压静电场两侧电极的电压差可在10000伏特以上。在此电压下纺织出的纳米纤维层具有更强的材料稳定性。
电场力与料液的表面张力方向相反，大的电场力将料液从球形变形为泰勒锥。随着电场力的增强，电场力与料液的表面张力之间的平衡被打破，料液从正极发射装置朝向负极接收装置发射形成放射状鞭动射流，并在电场中被快速极化和拉伸。在拉伸过程中，料液中的溶剂由于迅速增加的比表面积(面积/体积)而迅速挥发。最终，料液中的PVA材料形成沿无规则的路径延伸的纳米纤维。通过该工艺形成的纳米纤维具有50-300nm的纤维直径。本申请提供的空气滤网100的纳米纤维层可具有5-35g/m2的克重。
图2是示出了根据本申请实施方式通过高压静电纺丝获取的纳米纤维的示意图。图3是示出了根据本申请实施方式的空气滤网对颗粒物的过滤示意图。如图3所示，空气夹杂着颗粒物301在如图所示的气流方向上传播。仅小于纳米纤维层102的孔隙302的颗粒物301在经过空气滤网100时能透过孔隙302，而其余的颗粒物则被拦截/吸附。
通过上述高压静电纺丝技术形成的纳米纤维在空间上沿各个方向延伸从而形成3D结构。如果将该3D结构投影到无纺布层101上，则可形成随机网格图案。本申请所采用的术语“随机网格图案”表示具有不规则的形状和排布规律的、具有孔隙(或，开口)的图案。这些随机网格图案的孔隙的平均直径为1-10μm之间。
值得注意的是，目前市场上常见的空气滤网的过滤层多采用物理拦截-静电吸附的组合过滤方式。这需要对过滤层做静电驻极处理。然而，静电驻极处理后的过滤层容易受温度和湿度的影响。在高温高湿的环境下，静电驻极处理后的过滤层的使用寿命会明显缩短而且容易失效。此外，市场上常见的空气滤网的过滤层多采用熔喷工艺在240-300℃的高温下熔喷而成。由于加工工艺的高温特性容易使其它复合材料失效，所以熔喷工艺形成的过滤层很难再复合其它功能。
然而，本申请提供的空气滤网100通过高压静电纺丝工艺形成。一方面，高压静电纺丝工艺所特有的从泰勒锥发射鞭动射流并且快速极化拉伸的特性，易于形成高密度、小孔隙的过滤结构，因此可以在不采用静电驻极处理的情况下，仅依靠物理的拦截和吸附即实现对小颗粒的过滤。另一方面，高压静电纺丝工艺只需要在常温下进行，因此作为过滤层的纳米纤维层具有良好的功能扩展性。
经高压静电纺丝制备好的纳米纤维层附着在无纺布层101上，其另一侧附接至起支承作用的骨架基层103上。骨架基层103可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料形成并且也具有无纺结构。骨架基层103和纳米纤维层102可通过粘合剂彼此附接。例如，骨架基层103和纳米纤维层102可通过喷胶彼此附接。此外，骨架基层103和纳米纤维层102可通过超声焊接彼此连接。
如上所述，由于本申请提供的空气滤网100采用高压静电纺丝工艺，因此，制备工艺只需要在常温下进行。基于此，根据本申请实施方式，纳米纤维层102还可复合有抗菌剂。即使抗菌剂具有高温失效的特性，也可复合在本申请实施方式的空气滤网100的纳米纤维层102中。
本申请的还提供了一种口罩，所述口罩包括上述空气滤网。口罩的外形和整体结构可采用现有技术中常见的配置。例如，口罩可包括口罩主体和设置在口罩主体两侧的紧固带。口罩主体可包括纺织外层、空气滤网和纺织内层。空气滤网可采用本申请以上所述的结构。
本申请的还提供了一种空气净化器，所述空气净化器包括上述空气滤网。空气净化器可包括外壳、设置在外壳内部的空气滤网固定部、夹持在空气滤网固定部上的空气滤网、风扇以及电源。空气滤网可采用本申请以上所述的结构。
以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种空气滤网，其特征在于，所述空气滤网包括：
无纺布层；
纳米纤维层，所述纳米纤维层包括直径为50-300nm的纳米纤维，所述纳米纤维通过高压静电纺丝附接至所述无纺布层，并从所述无纺布层的表面背离所述无纺布层沿无规则路径延伸，所述纳米纤维的延伸路径在所述无纺布层上的投影具有随机网格图案，所述随机网格图案包括直径为1-10μm之间的开口；以及
骨架基层，所述骨架基层与所述纳米纤维层附接并支承所述纳米纤维层和所述无纺布层。
2.根据权利要求1所述的空气滤网，其特征在于，所述纳米纤维层的克重为5-35g/m2。
3.根据权利要求1所述的空气滤网，其特征在于，所述骨架基层与所述纳米纤维层通过粘合剂彼此附接。
4.根据权利要求1所述的空气滤网，其特征在于，所述骨架基层与所述纳米纤维层通过超声焊接彼此附接。
5.根据权利要求1所述的空气滤网，其特征在于，所述无纺布层由聚酯材料形成。
6.根据权利要求1所述的空气滤网，其特征在于，所述纳米纤维由聚乙烯醇制成。
7.根据权利要求1所述的空气滤网，其特征在于，所述纳米纤维层复合有抗菌剂。
8.根据权利要求1所述的空气滤网，其特征在于，所述高压静电纺丝采用的电压为10000伏特以上。
9.一种口罩，其特征在于，所述口罩包括根据权利要求1-8中任一项所述的空气滤网。
10.一种空气净化器，其特征在于，所述空气净化器包括根据权利要求1-8中任一项所述的空气滤网。
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| CN201921021649.6U CN211302355U (zh) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | 一种空气滤网、口罩及空气净化器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114159889A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-03-11 | 山东黄河三角洲纺织科技研究院有限公司 | 一种纳米纤维空气过滤材料及其制备方法 |
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2019
- 2019-07-03 CN CN201921021649.6U patent/CN211302355U/zh active Active
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| CN114159889B (zh) * | 2021-11-24 | 2023-10-20 | 山东黄河三角洲纺织科技研究院有限公司 | 一种纳米纤维空气过滤材料及其制备方法 |
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