本發明涉及一種空氣過濾材料，具體來說，涉及一種低阻抗高效能空氣過濾材料及其制備方法。
背景技術：
空氣過濾材料的作用是通過纖維攔截和捕捉粉塵，以達到氣固分離目的。空氣過濾材料可以攔截空氣中的粉塵。通常來說，為了提高過濾效率，將空氣過濾材料制備的非常致密。雖然致密的空氣過濾材料可以提高過濾效率，但是空氣過濾材料工作時的阻力很大，導致能耗很高。現在應用的空氣過濾材料多是具有高效率、高能耗的性能特征。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種低阻抗高效能空氣過濾材料及其制備方法，在確保過濾效率的同時，降低空氣過濾材料工作時的阻力，減少能耗。
為解決上述技術問題，本發明實施例采用以下技術方案：
一方面，本發明實施例提供一種低阻抗高效能空氣過濾材料，包括基層和薄膜層，薄膜層固定連接在基層表面，所述基層為非織造針刺過濾氈，薄膜層為采用靜電紡絲工藝多次循環往復噴涂在基層表面的納米纖維非織造層。
另一方面，本發明實施例提供一種低阻抗高效能空氣過濾材料的制備方法，該方法包括：
步驟10）將兩種不同熔點的纖維投料進入棉箱，拌合均勻，經梳理機梳理成網；經針刺固結后，形成針刺非織造布；
步驟20）將針刺非織造布置入烘箱中，利用熱風穿透針刺非織造布，并使針刺非織造布處于半熔融狀態；然后在輸送簾的作用下將針刺非織造布傳送至冷軋輥，進行快速冷激定型，形成作為基層的非織造針刺過濾氈；
步驟30）將基層用儲布架進行卷繞，儲布架置于靜電紡絲設備前端50～75 cm處，將基層作為靜電紡絲噴射絲的載體；
步驟40）利用無針頭靜電紡絲設備，采用溶液靜電紡絲工藝，將納米纖維噴射至基層表面，納米纖維沉降至基層表面，經過多次循環往復噴射，在基層表面形成納米纖維非織造層；將含有納米纖維非織造層的基層進行擠壓和快速冷凝，并經熱軋復合，使納米纖維非織造層與基層嵌合，從而制成空氣過濾材料。
作為優選例，所述步驟10）中，兩種不同熔點的纖維是指PET短纖維和PP短纖維。
作為優選例，所述PET短纖維的厚度為1.5D，PP短纖維的厚度為1.35D，且PET短纖維和1.35D的PP短纖維按照質量比1:1進行混合。
作為優選例，所述步驟20）中，將針刺非織造布按照每分鐘3米的速度置入烘箱中；所述熱風的溫度比熔點較低的纖維的熔點溫度低8～12℃。
作為優選例，所述步驟20）中，基層的克重為80～150g/㎡。
作為優選例，所述步驟30）中，將基層用儲布架按速度2.5m/min進行卷繞。
作為優選例，所述步驟40）中，納米纖維非織造層是由納米纖維在基層表面疊加2～4層形成。
作為優選例，所述步驟40）中，采用溶液靜電紡絲工藝中，基層的卷繞速度是2.5m/min。
作為優選例，所述步驟40）中，薄膜層克重為3～12g/㎡，空氣過濾材料克重≤200克/㎡。
與現有技術相比，本發明實施例的空氣過濾材料及其制備方法，在確保過濾效率的同時，降低空氣過濾材料工作時的阻力，減少能耗。
本發明實施例將兩種熔點纖維固結形成的高強度低克重非織造針刺過濾氈與溶液法制備的納米纖維薄膜的復合。作為支撐體的非織造針刺過濾氈孔隙率高，無法作為過濾介質形式存在。但是非織造針刺過濾氈很好的解決了靜電紡絲納米纖維強度低的問題。經過張力輥的擠壓和冷凝輥的急冷卻，可增強納米纖維薄膜層與非織造針刺過濾氈貼合力，進一步避免納米纖維薄膜層脫落。
具體實施方式
下面詳細介紹本發明實施例采用的技術方案。
本發明實施例提供的一種低阻抗高效能空氣過濾材料，包括基層和薄膜層。薄膜層固定連接在基層表面，所述基層為非織造針刺過濾氈，薄膜層為采用靜電紡絲工藝多次循環往復噴涂在基層表面的納米纖維非織造層。
該實施例中，通過基層和薄膜層對空氣中的粉塵進行過濾。基層的克重為80～150g/㎡，薄膜層克重為3～12g/㎡，空氣過濾材料克重≤200克/㎡。這樣，相比較現有的克重大于450g/㎡的除塵過濾針刺氈，本申請的空氣過濾材料為超低克重的材料。因此，本申請空氣過濾材料的過濾效率更高，同時，阻抗更小。
上述實施例的空氣過濾材料的制備方法，包括：
步驟10）將兩種不同熔點的纖維投料進入棉箱，拌合均勻，經梳理機梳理成網；經針刺固結后，形成針刺非織造布。
其中，步驟10）中，兩種不同熔點的纖維是指PET短纖維和PP短纖維。作為優選，所述PET短纖維的厚度為1.5D，PP短纖維的厚度為1.35D，且PET短纖維和1.35D的PP短纖維按照質量比1:1進行混合。
步驟20）將針刺非織造布置入烘箱中，利用熱風穿透針刺非織造布，并使針刺非織造布處于半熔融狀態；然后在輸送簾的作用下將針刺非織造布傳送至冷軋輥，進行快速冷激定型，形成作為基層的非織造針刺過濾氈。
其中，步驟20）中，作為優選，將針刺非織造布按照每分鐘3米的速度置入烘箱中。所述熱風的溫度比熔點較低的纖維的熔點溫度低8～12℃。當熱風溫度設置與熔點溫度相當或高于熔點溫度時，纖維會發生熔融，所以熱風的溫度比熔點較低的纖維的熔點溫度低8～12℃，針刺非織造布處于半熔融狀態時，形態既沒有改變，纖維間也容易粘合。基層的克重優選為80～150g/㎡。
在輸送簾的作用下將針刺非織造布傳送至冷軋輥，進行快速冷激定型。在此過程中，受到冷凝作用的低熔點纖維會迅速與高熔點纖維形成固結抱合，因熔融粘合而使纖維網固結，形成低克重狀態下能夠實現高強度。而經過冷軋輥急冷卻可使雙組份纖維之間的抱合更加緊密，強度進一步提高，降低了伸長率，使其具備了作為納米纖維薄膜材料的支撐體形式存在。冷軋輥的作用還使針刺非織造布表面更加平滑，為納米纖維在其表面均勻的沉降提供了條件。
步驟30）將基層用儲布架進行卷繞，儲布架置于靜電紡絲設備前端50～75 cm處，將基層作為靜電紡絲噴射絲的載體。
作為優選，步驟30）中，將基層用儲布架按速度2.5m/min進行卷繞。
步驟40）利用無針頭靜電紡絲設備，采用溶液靜電紡絲工藝，將納米纖維噴射至基層表面，納米纖維沉降至基層表面，經過多次循環往復噴射，在基層表面形成納米纖維非織造層；將含有納米纖維非織造層的基層進行擠壓和快速冷凝，并經熱軋復合，使納米纖維非織造層與基層嵌合，從而制成空氣過濾材料。
作為優選，所述步驟40）中，納米纖維非織造層是由納米纖維在基層表面疊加2～4層形成。采用溶液靜電紡絲工藝中，基層的卷繞速度是2.5m/min。薄膜層克重為3～12g/㎡，空氣過濾材料克重≤200克/㎡。
將含有納米纖維非織造層的基層進行擠壓，可以通過張力輥實現。經過擠壓作用，可以增加納米纖維在冷凝前與非織造針刺過濾氈中的纖維充分絡合。然后經過冷凝輥的急冷卻，使納米纖維薄膜牽伸力得到提高。將覆蓋有納米纖維非織造薄膜的過濾材料通過熱軋輥熱軋，使納米纖維非織造薄膜與基層更加牢固的嵌合在一起，避免納米纖維非織造薄膜從基層表面脫落。
上述實施例制備的空氣過濾材料，基層的克重為80～150g/㎡。基層為超低克重高強度針刺氈。該基層作為薄膜層的載體，解決了納米纖維自身的強度問題。
傳統空氣過濾材料是以針刺或水刺法制備的非織造布作為基礎的過濾單元，以增加材料克重和致密度來達到高效率，高克重和較大的致密度導致透氣性下降，阻力大。為了進一步提高過濾效率，在非織造表面薄膜貼合一層以拉延法制備的PTFE微孔薄膜作為進一步保障措施，使阻力進一步提升，而拉延法制備的微孔膜相對于靜電紡絲納米纖維薄膜而言，孔隙不均勻，也使透氣性能下降，阻力大。本發明實施例中薄膜層的過濾效率和阻力可以根據需要調整疊加層數來調節，而無需通過作為支撐單元的針刺非織造布提高致密性和克重來實現。這使空氣過濾材料的過濾層大幅度降低，降低了材料消耗和過濾阻力。
本發明實施例的制備方法中，步驟40）采用多次循環往復噴射，在基層表面形成納米纖維非織造層。通過合理設置納米纖維在基層上的疊加層數，確保空氣過濾材料的過濾效率和降低阻力的要求。步驟40）中，將納米纖維直接噴射沉降在基層表面，在未冷凝前施以機械力壓的工藝，使孔隙的均勻性、通透性和孔目數得以保證。通過快速冷凝以及經熱軋復合，使納米纖維非織造層與基層嵌合，克服了薄膜層容易從基層脫落的難題。
本發明實施例的空氣過濾材料，在基層表面設置了薄膜層，相對于不通過膜過濾工藝制備的普通針刺和水刺過濾材料而言，本實施例的空氣過濾材料過濾精度得以保持更高標準。
本發明實施例的制備方法中，通過采用溶液靜電紡絲工藝制備的納米纖維非織造層，相比利用拉延法制備的PTFE薄膜過濾材料而言，孔隙更加均勻，微孔孔目數更多及膜對氣流的通透性也更高。
利用溶液電紡薄膜纖維，尤其對于直徑小于60nm的納米級纖維，對顆粒物有良好的線性滑移效應特征，使過濾壓降降低。
不同于普通的微米以上級纖維對顆粒物的慣性撞擊，本實施例使過濾壓降低，所以綜合阻力明顯低于其他過濾介質。為高效濾塵裝備的低能耗在材料上實現了保障。
本發明實施例，利用兩種熔點纖維經高溫熱熔并固結，將靜電紡絲納米纖維噴射至非織造布表面并做疊加層，通過急冷凝和表面負壓使膜與基層的纖維充分嵌合，避免膜材脫落。而現有技術是將纖維通過梳理、針刺固結制備成高致密高克重≥400g/㎡的非織造布，該非織造布的功能是以過濾為主要目的。為了進一步提高過濾效率將避免覆膜作為進一步的選項，且膜的制備工藝是拉延法制備的，孔隙不均勻。本實施例制備的過濾材料，是運用溶液法制備的納米級纖維的滑溜效應，使氣流通過的阻力低于普通濾料纖維（直徑大于500nm）對氣流的阻力攔截。本發明實施例顛覆了傳統薄膜過濾材料的高效高阻的結構性問題，使濾料的高效能、低阻力成為可能。
本發明實施例的空氣過濾材料可作為工業袋式除塵器的心臟—濾袋使用，可解決工業袋式除塵設備高能耗的通病，使工業袋式濾塵設備在實現超低排放的同時，更能實現低能耗，達到真正節能的目的。本發明實施例也可用于室內新風系統濾塵和暖通空調過濾，還可制備防霧霾紗窗和防霧霾及工業安防口罩和工業濾芯、空氣過濾器用濾材。
下面例舉具體實施例，已驗證本發明具有高強度、低阻力和高過濾性能。
實例1
一種低阻抗高效能空氣過濾材料的制備方法，包括：
步驟10）將兩種不同熔點的纖維投料進入棉箱，拌合均勻，經梳理機梳理成網；經針刺固結后，形成針刺非織造布；所述兩種不同熔點為厚度為1.5D的PET短纖維和厚度為1.35D的PP短纖維，且PET短纖維和1.35D的PP短纖維按照質量比1:1進行混合。
步驟20）將針刺非織造布按照每分鐘3米的速度置入烘箱中，利用熱風穿透針刺非織造布，并使針刺非織造布處于半熔融狀態；然后在輸送簾的作用下將針刺非織造布傳送至冷軋輥，進行快速冷激定型，形成作為基層的非織造針刺過濾氈；所述熱風的溫度比熔點較低的纖維的熔點溫度低8℃。
步驟30）將基層用儲布架按速度2.5m/min進行卷繞，儲布架置于靜電紡絲設備前端50～75 cm處，將基層作為靜電紡絲噴射絲的載體；
步驟40）利用無針頭靜電紡絲設備，采用溶液靜電紡絲工藝，基層的卷繞速度是2.5m/min，將納米纖維噴射至基層表面，納米纖維沉降至基層表面，經過多次循環往復噴射，在基層表面形成4層納米纖維非織造層；將含有納米纖維非織造層的基層進行擠壓和快速冷凝，并經熱軋復合，使納米纖維非織造層與基層嵌合，從而制成空氣過濾材料。
上述實例制成的空氣過濾材料克重為160克/㎡。
對比例1
現有的空氣過濾材料，材料為滌綸微孔覆膜濾料，克重為460克/㎡。
對實例1和對比例1分別進行強度測試、過濾效率測試和阻力測試。其中，強度測試按照國標號GB/T6719-2009的方法進行。過濾效率測試按照國標號GB/T6719-2009的方法進行。阻力測試按照國標號GB/T6719-2009的方法進行。測試結果如表1所示。
表1
從表1可以看出：實例1和對比例1的強度和過濾效果基本相同，但是實例1阻力系數只有對比例1的1/3左右。可見，本實例1的空氣過濾材料的阻力明顯降低。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和優點。本領域的技術人員應該了解，本發明不受上述具體實施例的限制，上述具體實施例和說明書中的描述只是為了進一步說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護的范圍由權利要求書及其等效物界定。