專利名稱：一種夾心式納米/亞微米電紡絲基過濾材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米/亞微米電紡絲基過濾材料的制造方法，尤指該法是采用靜電紡絲技術制備的纖維絲，附著于習用的過濾材料上作為“夾心”層，通過熱壓將玻璃纖維或無紡布與“夾心”層牢固的熱壓成夾層結構。
背景技術：
過濾材料主要起著固液相分離的作用，當液體中固體物質顆粒尺寸大于過濾材料的孔徑時，就只能允許液體通過，而固體顆粒則被吸附在過濾材料表面上，使固液分離，形成濾餅。眾所周知，過濾材料的過濾效果與過濾材料的孔徑大小關系極大，孔徑大小將直接影響過濾效率。
目前從聚合物、礦物到金屬均可制成以纖維、紗線、顆粒或薄膜形態存在的過濾材料。纖維以其比表面積大、體積蓬松、價格低廉、容易加工成形等特點自始至終占據了過濾材料的絕大部分市場，而其中的非織造纖維材料以其成型工藝短，可省去紡紗、整經、織造等多個程序，成本低且過濾性能好，成為過濾材料的主導產品。合成纖維常制成非織造結構，并通過熱、機械、化學或自粘方法賦予其強度。纖維狀材料具有比表面積大的優點，因而就具有較低的壓降和較高的過濾效率(FE)。紗線制成的機織物或針織物具有較高的強度，因此常常用于像袋式過濾集塵器一類的可通過脈沖氣流或振動作用進行清潔的過濾系統。顆粒材料像金屬、陶瓷通過燒結制成多孔濾材，用于耐高溫的場合，如發動機廢氣的過濾。多孔聚四氟乙烯(ePTFE)是一種具有原纖結構的薄膜濾材，該材料在中等壓降下就可產生高的過濾效率。聚四氟乙烯(PTFE)是一種高強材料，具有耐高溫、耐化學腐蝕等特性。
1993年世界纖維材料型過濾系統與過濾器件的市場總額已這20億美元，而預計2003年總額將超過40億美元，其中過濾介質，也就是纖維材料制成的過濾系統要占銷售額的3/4以上，而且隨著時間推移其比重在上升。我國的非織造過濾材料起步于60年代末70年代初，采用的是濕法和化學粘合法加工技術，針刺法、紡粘法、熔噴法等加工技術則出現較晚。我國工業化進程的加快，過濾材料的應用將越來越廣泛，過濾材料的用量預計也將以每年兩位數的速度遞增。用量增加是一重要方面，而對過濾材料的要求也越來越高，要求獲得更好的過濾效率。由于傳統過濾材料在過濾效率，濾層阻力及粉塵粒度等方面都存在不同的難點，這就要求我們創制新的過濾材料。
隨著20世紀80年代納米材料的發展，特別是納米材料的表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量隧道效應等性能，使其在許多方面都具有其他材料無法比擬的優點，而納米纖維也成為當前研究的熱點。納米纖維的制備方法很多，其中較為可靠有效的方法是利用高壓靜電紡絲技術制備鈉米纖維。它是將高分子溶液或熔融液通過靜電紡絲裝置可以制備納米/亞微米級的纖維絲(見，肖長發著。電子紡絲成形及纖維形態結構研究--高科技纖維與應用，2003，28(1)10～14)。為我們創制新的過濾材料準備了技術基礎，該技術已是成熟的習用技術，本專利申請將利用這一習用技術創制新的過濾材料。
發明內容
根據背景技術所述，本發明的目的在于提供一種采用靜電紡絲技術制備的纖維絲構成的夾心層，通過熱壓將玻璃纖維或無紡布作為面材與夾心層牢固的熱壓成夾層結構式的納米/亞微米電紡絲基過濾材料。
為了實現上述目的，本發明是通過以下技術方案來實現的一種夾心式納米/亞微米電紡絲基過濾材料的制備方法，包括采用高分子溶液或高分子的熔融液通過靜電紡絲裝置制出纖維絲，并將纖維絲紡制于習用的過濾材料上構成夾心層，選用玻璃纖維或無紡布為面材，通過熱壓將面材與夾心牢固的熱壓在一起組成夾層結構。
由于采用了上述技術方案，本發明具有如下優點和效果1、本發明是由靜電紡絲附著于習用的過濾材料上得到的夾心層，在使用中主要是夾心層起作用，而習用的過濾材料的纖維尺寸在幾個微米到幾十個微米之間，形成的孔徑很大，但是電紡絲直徑在幾個納米至幾百個納米之間，其孔徑要小得多，本發明的夾心式新型高效過濾材料，能對習用過濾材料無法濾除的1μm的顆粒過濾，效率達到近100％，可以起到過濾氣體、液體及油等微小顆粒的目的，同時過濾阻力增加值小于10％。
2、本發明通過一種“夾心技術”制成夾層結構式的新型高效過濾材料，結構強度及韌性好，解決了纖維絲不能長時間附著于習用過濾材料上的難題。
3、本發明工藝過程簡單，制造成本低，質量可靠。
圖1為本發明夾心技術工藝過程框2為本發明實施例性能測試數據表圖3A為習用濾布平面構造示意3B為本發明新型高效過濾材料平面構造示意中1-習用濾布纖維，2-電紡絲纖維，3-面材纖維具體實施方式
由圖1示出，一種夾心式納米/亞微米電紡絲基過濾材料的制備方法，包括采用高分子溶液或高分子的熔融液通過靜電紡絲裝置制出纖維絲，并將纖維絲紡制于習用的過濾材料上構成夾心層，選用玻璃纖維或無紡布為面材，通過熱壓將面材與夾心牢固的熱壓在一起組成夾層結構。
另知，熱壓過程的目的主要是使面材無紡布或玻璃纖維布與夾心層很好粘接在一起。溫度不宜過高，防止發生焦粘，結構也不要發生變形。在它們之間不放粘和劑。熱壓過程的溫度和壓力視當時被熱壓的材料性質而定，溫度、壓力無固定值。
夾心層的外層面材厚度不宜過厚，因為本發明過濾效率的提高，主要不是依靠增加厚度而達到 ，而是依靠夾心層的結構。
下面結合實施例對本發明作進一步說明實施例1配制尼龍-6/甲酸溶液。常溫下完全溶解。通過靜電紡絲裝置，我們得到納米/亞微米纖維，同時將纖維直接附著于一號濾布上。我們再選用適量的玻璃纖維，用電加熱裝置調節其溫度后將玻璃纖維熱壓到紡過絲的濾布上。然后對一號濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的一號濾布對粒度為0.85μm以上的粉塵其過濾效率可達到99.2％，而濾層阻力增加為8％。
實施例2同實施例1中的溶液配制及紡絲過程，選用二號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的二號濾布對粒度為0.9μm以上的粉塵其過濾效率可達到99.1％，而濾層阻力增加為7.5％。
實施例3同實施例1中的溶液配制及紡絲過程，選用三號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的三號濾布對粒度為0.9μm以上的粉塵其過濾效率可達到99％，而濾層阻力增加為6％。
實施例4同實施例1中的溶液配制及紡絲過程，選用四號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的四號濾布對粒度為1.0μm以上的粉塵其過濾效率可達到98.9％，而濾層阻力增加為4％。
實施例5同實施例1中的溶液配制及紡絲過程，選用五號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的五號濾布對粒度為1.1μm以上的粉塵其過濾效率可達到98.5％，而濾層阻力增加為3％。
選用同樣的粉塵作為介質，得到的過濾效率為98.5％，濾后粉塵的平均粒度為1.1μm左右。
實施例6配制聚乙烯醇/水溶液。水浴加熱80～90℃、大約2h以后完全溶解。通過靜電紡絲裝置，我們得到納米/亞微米纖維，同時將纖維直接附著于一號濾布上。我們再選用適量的玻璃纖維，用電加熱裝置調節其溫度后將玻璃纖維熱壓到紡過絲的濾布上。然后對一號濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的一號濾布對粒度為0.71μm以上的粉塵其過濾效率可達到99.2％，而濾層阻力增加為8.5％。
實施例7同實施例6中的溶液配制及紡絲過程，選用二號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的二號濾布對粒度為0.81μm以上的粉塵其過濾效率可達到99.5％，而濾層阻力增加為7％。
實施例8同實施例6中的溶液配制及紡絲過程，選用三號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的三號濾布對粒度為1.05μm以上的粉塵其過濾效率可達到98.8％，而濾層阻力增加為5％。
實施例9同實施例6中的溶液配制及紡絲過程，選用四號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的四號濾布對粒度為1.2μm以上的粉塵其過濾效率可達到98.5％，而濾層阻力增加為4％。
實施例10同實施例6中的溶液配制及紡絲過程，選用五號濾布作為接收材料，也是將玻璃纖維熱壓其上。在熱壓過后同樣對濾布進行簡單的性能測試，測試后得到我們這種新型的五號濾布對粒度為1.3μm以上的粉塵其過濾效率可達到98％，而濾層阻力增加為3％。
圖2示出以上實施例利用靜電紡絲裝置，紡制出高分子納米/亞微米級纖維，將其分別排號為一至五號濾布，并用不同的高聚物作為紡絲液。以尼龍6和聚乙稀醇溶液紡絲得到的一系列的測試結果數據。
圖3A、圖3B示出，習用濾布平面的構造和本發明過濾材料的平面構造。
權利要求
1.一種夾心式納米/亞微米電紡絲基過濾材料的制備方法，包括采用高分子溶液或高分子的熔融液通過靜電紡絲裝置制出纖維絲，并將纖維絲紡制于習用的過濾材料上構成夾心層，選用玻璃纖維或無紡布為面材，通過熱壓將面材與夾心牢固的熱壓在一起組成夾層結構。
全文摘要
一種夾心式納米/亞微米電紡絲基過濾材料的制備方法，包括采用靜電紡絲裝置制出纖維絲，并將纖維絲紡制于習用的過濾材料上構成夾心層，選用玻璃纖維或無紡布作為夾心層的外層，通過熱壓設備將面材與夾心牢固的熱壓在一起組成夾層結構。本發明能濾除1μm的顆粒，過濾效率達到近100％，可以過濾氣體、液體和油等微小顆粒，工藝過程簡單，成本低廉，質量可靠。
文檔編號B01D39/02GK1562441SQ200410029988
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月9日 優先權日2004年4月9日
發明者劉太奇, 張淑敏 申請人:北京石油化工學院