專利名稱：能打褶的無紡材料及其制造方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種能打褶的無紡材料及其制造方法和設備，所述無紡材 料包括支承的、^使形狀穩定的較粗的纖維和決定過濾效果的較細的纖維。
背景技術：
DE 103 10 435 B3公開了這種類型的無紡材料。在這種已知的過濾器 元件中設有透氣的支承材料，該支承材料在兩側涂覆有包括納米纖維和微 纖維的纖維層，其中涂層厚度從流入側向流出側增加從而形成漸進的過濾 器元件。與當時已知的過濾材料相比，這種實施形式已經可以大大改善過 濾性能。
在這種通常打褶的并以這種形狀在機動車輛中用作空氣過濾器的過濾 材料中，在空氣穿過時產生盡可能低的壓降是很重要的，因為低的壓降與 小尺寸的鼓風機馬W目對應，因此能量消耗相應低和噪音產生少。
這種對具有低壓差的過濾系統的要求與要求的分離性能和所需的使用 壽命相對立。
這兩種要求主要通過不同粗度/直徑——通常約20nm以及約4nm—— 的纖維來實現。
纖維密度的這種累進的實施形式這樣實現，即在一種制造方法中，例 如由DE 41 23 122 Al已知，在裝入過濾器時將纖維網的一側一一纖維網 在制造過程中被鋪設在這一側 一 一 用作流出側。
為了進一步改進過濾器特性，人們致力于將直徑越來越細的纖維用于 過濾器制造。
所謂的熔吹方法是目前最普遍的制造細纖維的技術。由于結構的設計，這種方法限于尺寸大于2jim的纖維。其中，使用低粘性的介質，其在試圖 獲得較小的纖維粗度時被撕裂。
為了提高過濾器的分離性能同時使與此相關的壓力損失的增加最小， 非常細的纖維是很重要的，因為由此增大了內表面，能分離出越來越細小 的顆粒并延長了使用壽命。
從小于約500nm的纖維尺寸起，發生所謂的滑流效應(Slip-Flow-Effekt),與較粗的纖維不同，該滑流效應使在非常細的纖維(納米纖維) 表面上的流速不會減少至零，并使空氣流中包含的小顆粒更容易地擴散、 -故捕集和抑留。
根據現有技術，這種納米纖維由溶液通過所謂的電子紡絲工藝制成， 如例如在DE 103 10 435 B3中描述的那樣。其中，通過溶媒溶解聚合物， 并通過施加高壓制造最小直徑達50nm的纖維。
這種電子紡絲工藝的重要的缺點是使用大量的溶媒。由于在該工藝中 產生的蒸汽和同時施加的高壓，存在較大的爆炸危險。另外，蒸汽對環境 有害并且因此對操作人員的健康帶來危險。另一重要缺點是過濾材料的涂 敷在一特另'j/單獨的步驟中進行，使得納米纖維實際上僅位于涂層的表面。 這種多層性使得無紡材料很難打褶。據此，材料的可折疊性通常僅通過點-連接實現。
還已知纖維粗度低于ljim的玻璃纖維媒介。由于這種脆材料在承受機
械載荷時會斷裂并由此釋放顆粒，所以該材料被歸為致癌物質。此外，玻 璃纖維媒介相對于分離性能具有非常高的壓差。
DE 10 2004 036 440 Al公開了在支承架內分布有納米纖維的過濾材
料。電子紡絲是可能的制造方法。WO 2006/049664 Al也描述了類似的過
濾材料。
JP 02-264057 A公開了一種由熔吹工藝制造的無紡材料，其中不同的 材料被從不同的紡絲噴嘴中擠壓出。第一組紡絲噴嘴的直徑大約為8jim, 另一組紡絲噴嘴的直徑小于等于8jtm。
DE 693 22 572 T2描述了 一種紡絲噴嘴彼此成角度布置的實施形式。200780010878.1
說明書第3/6頁
EP 0 674 035 A2公開了 一種從側面提供空氣的紡絲箱體。
發明內容
在此基礎上，本發明的目的是創造一種能打褶的無紡材料，該無紡材 料一方面具有特別好的過濾特性，特別是在具有高分離性能的同時具有低 的壓差，另一方面，該無紡材料可以環保地并以高的通過能力/生產能力、 因而經濟地制造。
根據本發明，該目的這樣得以實現，即，將較細的纖維沿無紡材料的 表面的方向基本上均勻地并入較粗的纖維中，并且使得較細纖維的分布密 度-梯度沿垂直于無紡材料表面的方向這樣產生，即較細纖維的集中度在中 心區域內或者兩個外側之一處最高，其中較粗纖維和較細纖維從熔融狀態 通過凝固粘結在一起并且包括相同的材料。
在此優選規定，較粗纖維的直徑大于2jim，而較細纖維的直徑小于 1000nm。特別是，較粗纖維的直徑應當在2pm到200fim之間，而較細纖 維的直徑應當在50nm到1000nm之間。這種十分細的納米纖維能夠實現 特別好的過濾效果。
纖維可以優選由聚酰胺、聚丙烯、聚酯或者其共混物組成。 本發明還涉及一種用于制造能打褶的纖維網/無紡材料的方法，其中聚 合物被熔化并且被擠壓通過紡絲箱體的紡絲噴嘴，由此形成的聚合物線被 鋪放在輸送帶上以便形成纖維網層，其中根據本發明規定，使用不同直徑 的紡絲噴嘴并由此在單一的工藝步驟中制造和鋪放較粗和較細的聚合物 線，其中使用不同直徑的紡絲噴嘴并同時在單一 的工藝步驟中制造和鋪放 較粗和較細的聚合物線，其中紡絲噴嘴的直徑小于0.2111111，優選0.15mm, 對于較粗的纖維，直徑大于0.2mm，優選0.3-0.4111111，并且使用熔融流動 指數"mfi，，明顯低于500的高粘性聚合物熔融物。
由此實現期望的、較細纖維在由較粗纖維形成的支承架中的均勻分布。 優選地，設置有至少兩個彼此以一定角度布置的紡絲箱體，其中由每 個紡絲箱體的紡絲噴嘴中出來的聚合物線在與撞到基底上之前，但最遲在撞到基底上時相混合并相互纏結。
特別地，可以使用兩個紡絲箱體，其中第一紡絲箱體包括直徑較大的 噴嘴，而第二紡絲箱體包括直徑較小的噴嘴。
為了得到直徑非常細的長纖維，使用熔融流動指數"mfi"明顯低于 500的高粘性聚合物熔融物是很重要的。
另一個重要的方面在于，引至紡絲箱體的空氣具有數量級為500mbar 的較小的過壓。
本發明還涉及一種用于實施上述方法的設備，該設備包括具有多個彼 此依次布置的紡絲噴嘴的紡絲箱體以及用于鋪放從紡絲噴嘴出來的聚合物 線的輸送帶，所述設備的突出之處在于，設有至少兩個紡絲箱體，所述紡 絲箱體相對彼此布置成，使得出來的聚合物線在撞到輸送帶上之前，但最 遲在撞到輸送帶上之后相互混合，其中第一紡絲箱體具有直徑較大的紡絲 噴嘴，而第二紡絲箱體具有直徑較小的紡絲噴嘴，直徑較小的紡絲噴嘴的 直徑小于0.2mm，優選約0.15mm，直徑較大的紡絲噴嘴的直徑大于 0.2mm,優選03.-0.4mm。
特別是規定，所述紡絲箱體彼此成角度布置，使得出來的較細的纖維 和較粗的纖維彼此混合并相互纏結。
特別地，第一紡絲箱體包括直徑較大的紡絲噴嘴，而第二紡絲箱體包 括直徑較小的紡絲噴嘴。
最后，可以在紡絲噴嘴的出口區域內設置鼓風機，用于產生數量級為 500mbar的空氣流。
紡絲噴嘴特別有利地通過激光來生產，并具有小于0.20mm的直徑。 這使得能夠以經濟的方式制造高密度的小直徑紡絲噴嘴。
具體實施例方式
下面參照用掃描電子顯微鏡拍攝的照片和附圖對本發明進行更加詳細 的說明。
下面的圖像1和2示出各種尺寸的纖維的分布(參照圖像1和圖像2)。粗纖維(直徑大約15pm)大部分表現為復合纖維。在此，粗的單纖 維連接成復合纖維，其中纖維纏結(物)(直至200jim)不僅僅是彼此松 散接觸，而且其表面大部分熔接在一起。
中等直徑的纖維(大約l-2jim)通常表現為單纖維的形式，很少表現 為最多3根纖維的纏結的形式。
在;f既況照片中可清楚地看出，明顯較細的纖維(小于ljim的納米纖維) 的網穿過粗的和中等纖維直徑的纖維結構。最細的纖維僅以單纖維的形式 出現。(參見圖像3)
細纖維的直徑分別為733nm或者857nm。直徑明顯低于ljim的纖維 明確地是指納米纖維。(參見圖像4)
在高放大倍率下，直徑約為lljim的"標準"纖維與周圍的直徑約為 750nm的納米纖維之間的極小區別變得很明顯。(參見圖像5 )
照片以70。的傾角拍攝，以便示出纖維網橫截面內的纖維結構。
在照片的下部可看到粘結的粗纖維的基本結構。在照片的中部示出包 括細纖維和納米纖維的部分。覆蓋層由中等直徑的纖維形成。(參見圖像
6)
納米纖維(測量值:522nm )鄰近直徑約為l-2jim的纖維。(參見圖像
7)
在對過濾媒介施加氯化鈉顆粒后(在顆粒過濾器實驗臺架 (Ronde叩Hifstand)中大約15分鐘)
背景中是粗纖維(直徑大約10-15nm)。非常小的氯化鈉顆粒(明顯 小于0.5jim)部分地沉積在粗纖維的表面上。
盡管最細的纖維的直徑僅約為粗纖維的1/25，但是沉積在前面部分中 的非常細的納米纖維(測量值直徑426nm)上的顆粒的數量與沉積在粗 纖維上的顆粒數量相似。
上述的圖像8示出在施加氯化鈉顆粒后的粗纖維、中等纖維和納米纖 維的概況照片。(參見圖像8)
下面結合
圖1和圖2對按照本發明的設備進行說明下述的圖1示出紡絲箱體l的示意性剖視圖，該紡絲箱體l包括多個
并排布置的紡絲噴嘴2,液體聚合物的錐形體4在(一定)壓力下通過這 些紡絲噴嘴流出，如箭頭3所示。由鼓風機產生的、壓力約為500mbar的 空氣流通過空氣通道5沿著箭頭6的方向被提供。
圖2示出兩個紡絲箱體1的示意圖，這兩個紡絲箱體彼此之間成銳角 P并且相對于與布置在紡絲箱體1下方的輸送帶7垂直的方向成a角。
圖2左側的紡絲箱體1包括直徑較大的紡絲噴嘴2，而圖2右側的紡 絲箱體1包括直徑較小的紡絲噴嘴2，從而直徑較大的聚合物線8與直徑 較小的聚合物線9在區域10中彼此混合并相互纏結，然后被鋪放在輸送帶 7上，以形成無紡過濾材料ll。該方法確保較細的聚合物線9基本上均勻 地分布在較粗的聚合體線8之間。
權利要求
1.一種能打褶的無紡材料，包括支承的、使形狀穩定的較粗的纖維和決定過濾效果的較細的纖維，其特征在于，所述較細的纖維沿無紡材料表面的方向基本上均勻地并入較粗的纖維中，并且沿垂直于無紡材料表面的方向形成較細的纖維的分布密度-梯度，使得較細的纖維的集中度在中心區域內或兩個外側之一上最高，其中較粗的纖維和較細的纖維從熔融狀態通過凝固而相互粘結以及由相同的材料制成。
2. 根據權利要求l所述的能打褶的無紡材料，其特征在于，較粗的 纖維的直徑大于2nm，較細的纖維的直徑小于1000nm。
3. 根據權利要求2所述的能打褶的無紡材料，其特征在于，較粗的 纖維的直徑在2到200jim之間。
4. 根據權利要求2所述的能打褶的無紡材料，其特征在于，較細的 纖維的直徑在50nm到1000nm之間。
5. 根據權利要求l所述的能打褶的無紡材料，其特征在于，所述纖 維包括聚酰胺、聚丙烯、聚酯或者其共混物。
6. —種用于制造能打褶的纖維網的方法，其中聚合物被熔化并被擠 壓通過紡絲箱體的紡絲噴嘴，由此產生的聚合物線被鋪放在輸送帶上從而 形成纖維網層，其特征在于，使用直徑不同的紡絲噴嘴(2)，并且同時在 單一的工藝步驟中制造和鋪放粗度較大和粗度較小的聚合物線(8， 9)， 其中對于細纖維，紡絲噴嘴(2)的直徑小于0,2mm,優選0.15mm，對于 粗度較大的纖維，紡絲噴嘴(2)的直徑大于0.2111111，優選0.3-0.4111111,并 使用熔融流動指數"mfi"明顯低于500的高粘性聚合物熔融物。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，使用至少兩個彼此成 角度布置的紡絲箱體(1)，其中由每個紡絲箱體(1)的紡絲噴嘴(2 )出 來的聚合物線(9)在撞到基底上之前混合并相互纏結。
8. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，使用兩個紡絲箱體(1 )， 其中第一紡絲箱體(1)具有直徑較大的噴嘴，而第二紡絲箱體(1)具有直徑較小的噴嘴。
9. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，使用高粘性的聚合物 溶融物。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，熔融流動指數"mfi" 明顯低于500。
11. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，向紡絲箱體提供壓力 數量級為500mbar的空氣。
12. —種用于實施根據權利要求6至11所述的方法的設備，該設備 包括具有多個并排布置的紡絲噴嘴的紡絲箱體以及用于鋪放從紡絲噴嘴出 來的聚合物線的輸送帶，其特征在于，設有至少兩個紡絲箱體(1)，所述 紡絲箱體相對于彼此布置成，使得出來的聚合物線在鋪放在輸送帶(7)上 之前相混合，其中第一紡絲箱體(1)具有直徑較大的紡絲噴嘴(2)，而 第二紡絲箱體(1)具有直徑較小的紡絲噴嘴(2)，直徑較小的紡絲噴嘴(2)的直徑小于0.2mm，優選約0.15mm,而直徑較大的紡絲噴嘴(2) 的直徑大于0.2111111，優選0.3-0.4111111。
13. 根據權利要求12所述的設備，其特征在于，至少兩個紡絲箱體 (1)彼此成角度(p)布置。
14. 根據權利要求12所述的設備，其特征在于，在紡絲噴嘴(2)的 出口區域內設有鼓風機，用于產生壓力數量級為500mbar的空氣流。
15. 根據權利要求12所述的設備，其特征在于，通過激光鉆孔制造 紡絲噴嘴(2)。
全文摘要
本發明涉及一種能打褶的無紡材料，該無紡材料包括支承的、使形狀穩定的較粗的纖維和決定過濾效果的較細的纖維，其中規定，所述較細的纖維沿無紡材料表面的方向基本上均勻地并入較粗的纖維中，并且沿垂直于無紡材料表面的方向形成較細纖維的分布密度-梯度，使得較細纖維的集中度在中心區域內或兩個外側之一上最高，其中較粗的纖維和較細的纖維從熔融狀態通過凝固而相互粘結以及由相同的材料制成。
文檔編號D04H3/007GK101410162SQ200780010878
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月26日 優先權日2006年3月28日
發明者A·容, A·澤貝格爾 申請人:伊利瑪-過濾裝置有限公司