專利名稱:一種耐高溫過濾材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種過濾材料,具體涉及一種耐高溫的過濾材料。
背景技術(shù):
隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快,大氣污染已成為中國(guó)乃至全世界的一個(gè)日益嚴(yán)峻的問題。與此同時(shí),如半導(dǎo)體工業(yè)和生物工業(yè)等行業(yè)對(duì)空氣潔凈程度的要求也越來越高。各國(guó)的環(huán)境法規(guī)對(duì)空氣潔凈程度的標(biāo)準(zhǔn)也逐漸提高。為滿足上述要求,許多由于優(yōu)異性能的材料被研制成過濾介質(zhì)。其中,聚四氟乙烯(PTFE)和聚苯硫醚(PPQ是其中的佼佼者。聚四氟乙烯具有使用溫度范圍廣(-250 2600C )、化學(xué)穩(wěn)定性好、介電性能優(yōu)良、自潤(rùn)滑性及防粘性等一系列獨(dú)持的性能,其應(yīng)用范圍極廣。以聚四氟乙烯制成的PTFE纖維,主要優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)特的耐化學(xué)性,包括所有已知的酸、 堿、鹵素及氧化劑等。它的耐化學(xué)性在所有商業(yè)有機(jī)纖維中是最高的,即使在高溫情況下也是如此。目前,僅發(fā)現(xiàn)某些全氟化有機(jī)溶劑可以溶解聚四氟乙烯纖維,但溫度要達(dá)到300°C 以上。PPS是一種綜合性能優(yōu)異的結(jié)晶性聚合物,其具有優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕、耐輻射、 阻燃、均衡的物理機(jī)械性能和極好的尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)良的電性能等特點(diǎn)。而用聚苯硫醚制成的PPS纖維具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和阻燃性,氧指數(shù)值34 35,200°C時(shí)強(qiáng)度保持率為 60%,斷裂伸長(zhǎng)無變化;耐化學(xué)性僅次于聚四氟乙烯纖維;有較好的紡織加工性能。目前, 以PTFE或PPS纖維制成的空氣濾袋已被廣泛地用于高溫?zé)煹罋夂吞厥鉄峤橘|(zhì)的過濾。然而,隨著對(duì)空氣潔凈程度的要求的增高,尤其對(duì)可入肺顆粒物(PM2. 5)危害的關(guān)注,采用普通的PTFE或PPS纖維制成的空氣濾袋已經(jīng)很難滿足人們對(duì)空氣潔凈程度的要求。為了應(yīng)對(duì)這一需求,目前在耐高溫氣體過濾領(lǐng)域普遍的解決方案是e-PTFE覆膜濾袋一即在普通耐熱性纖維制成的空氣濾袋的外層覆蓋一層e-PTFE膜。但是這種e-PTFE 膜在增加對(duì)可入肺顆粒物(PM2.5)捕集效率的同時(shí),也大大增加過濾時(shí)的壓力損失,增加了能耗。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問題,本發(fā)明提供了一種耐高溫過濾材料,它不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可入肺顆粒物(PM2. 5)的有效過濾,同時(shí)其過濾壓力損失較現(xiàn)行的e-PTFE覆膜濾袋也大大降低。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下—種耐高溫空氣過濾材料,包括基布層,基布層的至少一面附著有超細(xì)纖維無紡布層;其中,所述超細(xì)纖維無紡布層為聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層,該無紡布層的孔徑為0. 1 μ m 10 μ m,厚度為20 80 μ m,構(gòu)成超細(xì)纖維無紡布層的超細(xì)纖維的平均直徑為0. 1 μ m 5 μ m ;基布層選自于對(duì)位芳香族聚酰胺纖維、間位芳香族聚酰胺纖維、 聚四氟乙烯纖維、聚苯硫醚纖維、聚酰亞胺纖維、氟素纖維、碳纖維或玻璃纖維中的一種或幾種。
上述基布層上通過熱壓復(fù)合的方式或化學(xué)粘合的方式覆蓋上述聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層。考慮到在高溫時(shí)的復(fù)合牢度,優(yōu)選為熱壓復(fù)合的方式;即在基布上以熱壓復(fù)合的方式覆蓋上一層通過靜電紡絲的方法制備的聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層。熱壓溫度180°C 350°C,熱壓壓力3ΜΙ^ 5MPa。本發(fā)明的基布層提供了較好的強(qiáng)度,而聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層可大大增加對(duì)可入肺顆粒物 (PM2. 5)的捕集效率。構(gòu)成基布層的纖維,只要是具有耐熱性的纖維即可??紤]到基布層和聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層的材料相同時(shí),可以充分發(fā)揮材料的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性并得到較好的復(fù)合牢度,優(yōu)選為聚四氟乙烯纖維或聚苯硫醚纖維。聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層由通過靜電紡絲制備的聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維組成,其結(jié)構(gòu)均勻,具有網(wǎng)絡(luò)狀的微孔結(jié)構(gòu),孔隙率高,阻力小,過濾效率高。另外,聚四氟乙烯和聚苯硫醚都具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。上述聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層由靜電紡絲制備,其中,靜電紡絲是由易于靜電紡絲的基質(zhì)聚合物溶液攜帶聚四氟乙烯或聚苯硫醚微粒通過靜電紡絲成型, 再除去基質(zhì)聚合物制成聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布。具體的制備步驟將聚苯硫醚微粒或聚四氟乙烯微粒分散在基質(zhì)聚合物溶液中得到分散液型紡絲液中,其中基質(zhì)聚合物溶液優(yōu)選為聚乙烯醇水溶液,分散液型紡絲液的固含量質(zhì)量百分比為10 50% ;將上述分散液型紡絲液通過靜電紡絲制備前體,電紡時(shí)電壓為5kv 40kv,接收距離(噴頭至接收端距離)為5cm 25cm,而后將前體在250 400°C 下熱處理30s-10min除去基質(zhì)聚合物得到聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布。而后在基布層表面,通過高溫?zé)彷佭M(jìn)行熱壓覆合,覆蓋上一層通過靜電紡絲的方法制備的聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布。聚苯硫醚微粒或聚四氟乙烯微粒的直徑優(yōu)選為10-500nm。本發(fā)明的這種耐高溫空氣過濾材料由于具有以上優(yōu)異的性能,在高溫?zé)煹罋夂吞厥鈿怏w熱介質(zhì)的過濾上具有廣泛的應(yīng)用前景。
圖1為本發(fā)明涉及的耐高溫空氣過濾材料的結(jié)構(gòu)示意圖;其中,1為超細(xì)纖維無紡布層,2為基布層。
具體實(shí)施例方式通過以下實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明,但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例中聚苯硫醚微粒及針刺氈為東麗株式會(huì)社自產(chǎn),其余藥品購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。實(shí)施例中超細(xì)纖維平均直徑和超細(xì)纖維無紡布的孔徑通過掃描電鏡(JSM-6700F, JEOL,Japan)觀測(cè),具體的方法是觀測(cè)50個(gè)數(shù)據(jù)取其平均值。聚苯硫醚微粒的粒徑通過粒度分布儀(MT3300,NIKKISO,Japan)測(cè)定。針對(duì)1 2 μ m大氣塵的過濾效率及壓力損失由自制的大氣塵實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試,即以 3. Om/min的測(cè)試風(fēng)速將空氣及1 2 μ m大氣塵通過過濾材料,計(jì)量過濾前后的壓力變化及大氣塵在測(cè)試前后的變化。實(shí)施例1
將直徑為200nm聚苯硫醚微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散液型紡絲液,其中聚苯硫醚微粒和聚乙烯醇的濃度均為12% (wt%)0再將此紡絲液在室溫下通過靜電紡絲制備前體,電紡時(shí)電壓為25KV,接收距離(噴頭至接收端距離)為18cm,而后在350°C下熱處理除去聚乙烯醇得到聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布。而后在聚苯硫醚針刺氈表面,通過高溫?zé)彷佭M(jìn)行熱壓覆合(熱壓溫度^(TC 290°C,熱壓壓力4MPa),覆蓋上一層通過靜電紡絲的方法制備的PPS超細(xì)纖維無紡布層。 PPS超細(xì)纖維無紡布層的孔徑為0. 5 μ m 3 μ m,厚度為30 μ m,構(gòu)成PPS超細(xì)纖維無紡布層的超細(xì)纖維的平均直徑為0.8 μ m。性能見表一。實(shí)施例2將直徑為150nm的聚四氟乙烯微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散液型紡絲液,其中聚乙烯醇的濃度為6% (wt%),聚四氟乙烯的濃度為30% (wt%)0再將此紡絲液在室溫下通過靜電紡絲制備前體,電紡時(shí)電壓為20KV,接收距離(噴頭至接收端距離)為 16cm,而后在350°C下熱處理除去聚乙烯醇得到聚四氟乙烯超細(xì)纖維無紡布。在聚四氟乙烯針刺氈表面,通過高溫?zé)彷佭M(jìn)行熱壓覆合(熱壓溫度290°C 320°C,熱壓壓力5MPa),覆蓋上一層通過靜電紡絲的方法制備的PTFE超細(xì)纖維無紡布層。 PTFE超細(xì)纖維無紡布層的孔徑為0. 3 μ m 1 μ m,厚度為20 μ m,構(gòu)成PTFE超細(xì)纖維無紡布層的超細(xì)纖維的平均直徑為0.6 μ m。性能見表一。實(shí)施例3將直徑為150nm的聚四氟乙烯微粒分散在聚乙烯醇水溶液中形成分散液型紡絲液,其中聚乙烯醇的濃度為6% (wt%),聚四氟乙烯的濃度為30% (wt% )0再將紡絲液在室溫下通過靜電紡絲制備前體,電紡時(shí)電壓為20KV,接收距離(噴頭至接收端距離)為 16cm,而后在350°C下熱處理除去聚乙烯醇得到聚四氟乙烯超細(xì)纖維無紡布。在玻璃纖維針刺氈表面,通過高溫?zé)彷佭M(jìn)行熱壓覆合(熱壓溫度300°C 320°C, 熱壓壓力5MPa),覆蓋上一層通過靜電紡絲的方法制備的PTFE超細(xì)纖維無紡布層。PTFE超細(xì)纖維無紡布層的孔徑為0. 3 μ m 1 μ m,厚度為25 μ m,構(gòu)成PTFE超細(xì)纖維無紡布層的超細(xì)纖維的平均直徑為0.6 μ m。性能見表一。對(duì)比例1在聚苯硫醚針刺氈表面,通過高溫?zé)彷佭M(jìn)行熱壓覆合(熱壓溫度290°C 320°C, 熱壓壓力5MPa),覆蓋上一層e-PTFE膜。e-PTFE膜的孔徑為0. 2 μ m 3 μ m,厚度為25 μ m。 性能見表一。表一
權(quán)利要求
1.一種耐高溫空氣過濾材料,其特征在于包括基布層,基布層的至少一面附著有超細(xì)纖維無紡布層;其中,所述超細(xì)纖維無紡布層為聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層,該無紡布層的孔徑為0. 1 μ m 10 μ m,厚度為20 80 μ m,構(gòu)成超細(xì)纖維無紡布層的超細(xì)纖維的平均直徑為0. 1 μ m 5 μ m ;基布層選自于對(duì)位芳香族聚酰胺纖維、間位芳香族聚酰胺纖維、聚四氟乙烯纖維、聚苯硫醚纖維、聚酰亞胺纖維、氟素纖維、碳纖維或玻璃纖維中的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫空氣過濾材料,其特征在于所述的基布層上通過熱壓復(fù)合的方式覆蓋超細(xì)纖維無紡布層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫空氣過濾材料,其特征在于所述基布層選自于聚四氟乙烯纖維或聚苯硫醚纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫空氣過濾材料,其特征在于所述聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層由靜電紡絲制備;其中,靜電紡絲電壓為5kv 40kv,噴頭至接收端的接收距離為5cm 25cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐高溫空氣過濾材料,它包括基布層,基布層的至少一面附著有超細(xì)纖維無紡布層。其超細(xì)纖維無紡布層為靜電紡絲法制備的聚四氟乙烯或聚苯硫醚超細(xì)纖維無紡布層。這種耐高溫空氣過濾材料具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可入肺顆粒物(PM2.5)的有效過濾,同時(shí)其過濾壓力損失小,在高溫?zé)煹罋夂吞厥鈿怏w熱介質(zhì)的過濾上具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B32B5/26GK102527158SQ2010106243
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者吳剛, 周元元, 朱思君 申請(qǐng)人:東麗纖維研究所(中國(guó))有限公司