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一种静电棉材料及其制备方法和用途

2021-03-07 08:54:51

一种静电棉材料及其制备方法和用途

  技术领域

  本发明涉及一种无纺布材料,特别是涉及一种静电棉材料。

  背景技术

  随着国家对空气污染治理的深度推进和居民对更高品质生活的向往追求,家居及乘用车等终端应用领域对空气质量维护愈发重视。楼宇新风系统是建筑科技发展的必然选择,建筑节能离不开新风系统,居民健康离不开新风系统,参差不齐的新风市场在深度洗牌后必将迎来更大的发展。乘用汽车的市场保有量逐年攀升,受其消费驱动,汽车空调滤芯市场需求始终处于高位状态。新风及汽车空滤的旺盛需求,催生相关滤芯所需滤材的技术快速更新。现有新风或车用空滤滤材多由骨架支撑材料搭配柱状/颗粒活性炭和熔喷无纺布或短纤静电棉复合而成;为提高滤芯的使用寿命,提高滤材的容尘量便成为最有效的解决途径,更蓬松的静电棉较熔喷无纺布更受青睐。

  前述复合滤材中的短纤静电棉虽已有非常成熟完备的制造技术和极高的市场认知度,

  但存在以下长期无法解决的缺陷和痛点:

  1、短纤静电棉多由聚酯短纤、静电功能短纤混纺后针刺加固而成,布面针痕、孔洞明显,拉低静电棉的过滤效率;

  2、短纤静电棉的带静电属性主要来自静电功能短纤,其制造工序冗长且高温环境静电衰减明显,不能适应后道的滤材复合和滤材打褶等工序的高温加工工况;

  3、短纤静电棉纤维排列取向杂乱,成型后其外观色泽较暗地,针刺固结极易出现起毛等不稳定的外观,织物风格美感度较差;

  短纤静电棉若满足乘用车车厢内饰材的阻燃要求,须涂覆或浸渍气味浓烈的阻燃功能助剂,随后再进行拉幅烘干的工艺,制程较为困难且易变色、耐久性较差,更为关键的是该生产工艺在加工过程中气味浓烈、需要匹配专门的废气回收处理系统,产品制成后也不能满足汽车内饰材的气味测试VDA270标准中的3级以内期望值。

  发明内容

  鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种静电棉材料及其制备方法和用途,其生产过程完全环保、使用时高温环境过滤效率衰减小、拥有亮光长丝美感布面风格、低气味儿且具有阻燃效果,以用于楼宇新风系统或车用空气过滤应用领域的高容尘材料,用于解决现有技术中的问题。

  为实现上述目的及其他相关目的,本发明是通过以下技术方案获得的。

  本发明提供一种静电棉材料,所述静电棉材料由双组份复合长丝构成,双组份在复合长丝中呈并列结构,其中,A组份材料的熔融指数为34g/10min~42g/10min;B组份材料的特性粘度为0.60dl/g~0.69dl/g,且氧指数超过28.0%。

  本申请中的熔融指数采用GBT3682,在230℃和2.16kg下测试获得。

  本申请中的特性粘度采用GBT14190,在25℃下测试获得。

  优选地,以双组份复合长丝的总质量为基准计,所述A组份占40wt%~60wt%。

  优选地,A组份材料的熔点为158℃~168℃。

  优选地,B组份材料的熔点为235℃~255℃。

  更优选地,所述A组份材料选自均聚烯烃中的一种或多种。更优选地,所述均聚烯烃是采用均聚聚丙烯。

  更优选地,以A组份材料的总质量为基准计,A组份材料中含有1wt%~3wt%驻极母粒。

  更优选地,以A组份材料中驻极母粒的总质量为基准计,驻极母粒中含有5~10wt%纳米硅藻土和8~15wt%纳米滑石粉,其余为均聚聚丙烯。

  更优选地,所述B组份材料选自阻燃改性聚酯中的一种或多种。更优选地,所述聚酯为PET。

  更优选地,以B组份材料的总质量为基准计,B组份材料中含有20~50wt%阻燃剂。

  更优选地,所述阻燃剂选自磷系阻燃剂中的一种或多种。即所述B组份材料是有磷系阻燃剂共混改性的聚酯。

  本发明还公开了如上述所述的静电棉材料的制备方法,包括如下步骤:

  1)将A组份原材料搅拌后加入单螺杆挤出机、B组份原材料加入另一单螺杆挤出机熔融挤出后进入复合纺丝组件形成连续的并列结构复合长丝纤维;

  2)经侧吹风冷却,并经牵伸风的正压牵伸后成网;

  3)成网后的无纺布面进圆网热风风箱熔融固结;

  4)经圆网热风固结的无纺布过电晕驻极机高压放电驻极。

  优选地,A组份原材料的拌料在进入单螺杆挤出机熔融前无需干燥处理。

  优选地,B组份原材料在进入单螺杆挤出机熔融前进行干燥处理,使其水分含量不超过800ppm。更优选地,干燥处理的温度不超过165℃。

  优选地,所述A组份经过的单螺杆挤出机的各区温度依次为:190~200℃、200~210℃、225~235℃、225~235℃、225~235℃、225~235℃、225~235℃、220~230℃。

  优选地,经A组份原材料经单螺杆挤出机后所述A组份原料形成熔体,熔体经过增压泵后进入过滤器过滤,然后进入计量泵计量,定量的熔体进入复合纺丝组件。更优选地,过滤器过滤前的压力为8~15MPa,过滤后的压力为5~8MPa。

  优选地,B组份原材料经过的单螺杆挤出机的各区温度依次为275~280℃、280~283℃、283~287℃、283~287℃、283~287℃、280~288℃。

  优选地,经单螺杆挤出机后所述B组份原料形成熔体,熔体进入过滤器过滤,然后进入计量泵计量,定量的熔体进入复合纺丝组件。更优选地,过滤器过滤前的压力为8~15MPa,过滤后的压力为5~8MPa。

  优选地,步骤2)中,侧吹风的温度为9~20℃。

  优选地,步骤2)中,牵伸风的压力为0.10~0.24MPa。

  优选地,步骤2)中,牵伸高度为0.7~1.6m。

  优选地,步骤3)中,热风风温为155~175℃。

  步骤3)中经热风处理后并列结构的复合长丝的A组份熔融,相互粘合固结。

  优选地,步骤4)中,电晕驻极电压35~50kv。

  优选地,步骤4)中,电晕驻极距离6~12cm。

  步骤4)中经电晕驻极处理,纳米级硅藻土与纳米级滑石粉驻留电荷,形成静电吸附库仑力。

  本发明还公开了如上述所述的静电棉材料作为颗粒污染物的容尘材料在空气过滤领域的用途。

  本发明技术方案与现有技术先比,具有如下优点:

  1.本发明产品的带静电属性由无机驻极体材料——纳米级硅藻土和纳米级滑石粉提供,电晕驻极后电荷驻留能力强,高温环境下静电衰减少,可适应后道复合、打褶等高温工况;

  2.本发明产品由完全由环保的高分子聚合物和无毒无机物生产而成,材料自身不含也不会释放任何有毒物质;

  3.本发明产品因为长丝纤维的自身属性,后道打褶加工后易回弹,应用在车用空调滤芯上后拆装滤芯将不会产生较大的不良形变;

  4.本发明产品为蜷曲的自带亮光长丝纤维一步法成布,无需针刺固结、无针痕,使用热风粘合固结、制成过程中不易出现起毛等外观不良,布面风格美观、卖相较好;

  5.本发明产品的阻燃属性由环保的改性高分子材料提供,其生产、使用、回收处理的产品全生命周期均不会产生有毒害物质,完全满足环保要求,在汽车内饰材气味评价中明显优于同类短纤制品。

  6.本发明产品用做车用或新风系统滤芯的高容尘材料时,具有弱气味、高透气量、高滤效低滤阻、阻燃、高温滤效衰减小等属性,且该材料无针刺刺痕、拥有自带亮光的双组份复合连续长丝织物美感。

  具体实施方式

  以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

  在进一步描述本发明具体实施方式之前,应理解,本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案;还应当理解,本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案,而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或者按照各制造商所建议的条件。

  当实施例给出数值范围时,应理解,除非本发明另有说明,每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义,本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外,根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载,还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

  实施例1

  本发明实施例的生产主要包含以下步骤:

  A组份聚合物为均聚聚丙烯,熔点158~168℃;

  B组份聚合物为经磷系阻燃改性处理的聚酯切片,熔点235~255℃,氧指数大于28%。

  并列双组份搭配比例A:B=45:55(质量比)

  上述两种聚合物分别为聚烯烃和聚酯类聚合物,前者无需烘料经单螺杆挤出机直接进行熔融推挤,而后者则需要经155℃、9小时的烘料处理后经单螺杆挤出机进行熔融推挤。

  A组份原材料(含1.5wt%驻极母粒)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:195℃、205℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃,熔体温度225℃,螺杆管路温度230℃;A组份熔体经过滤器过滤,滤前压力12.5MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速20rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  B组份聚合物(阻燃)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:280℃、282℃、285℃、285℃、285℃、282℃,熔体温度284℃,螺杆管路温度285℃,B组份熔体经过滤器过滤,滤前压力11.5MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速15rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  复合纺丝组件内熔体分配的密闭箱体的温度保持在285℃;喷丝孔挤出长丝的两侧对吹的冷却风温度11℃,相对湿度60%,风量1050rpm;气流牵伸风压为0.14MPa、牵伸高度1.2m;成网速度27.0m/min;成网机主抽吸风量1000rpm,辅助抽吸风量500rpm;无需预压辊轧压;圆网热风烘室的热风设定为:鼓风频率40Hz、风温166℃。圆网热风设备出布后直接进入高压电晕驻极机,驻极电压50kv、驻极距离10cm;经电晕驻极后的无纺布经收卷机卷绕成卷,布卷再经分切机分切,分切的最大幅宽为1.6m,产品克重为85g/m2。

  实施例2

  本发明实施例的生产主要包含以下步骤:

  A组份聚合物为均聚聚丙烯,熔点158~168℃;

  B组份聚合物为经磷系阻燃改性处理的聚酯切片,熔点235~255℃,氧指数大于28%。

  并列双组份搭配比例A:B=41:59(质量比)

  上述两种聚合物分别为聚烯烃和聚酯类聚合物,前者无需烘料经单螺杆挤出机直接进行熔融推挤,而后者则需要经155℃、9小时的烘料处理后经单螺杆挤出机进行熔融推挤。

  A组份原材料(含1.5%驻极母粒)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:195℃、205℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃,熔体温度225℃,螺杆管路温度230℃;A组份熔体经滤器过滤,滤前压力11.5MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速18rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  B组份聚合物(阻燃)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:280℃、282℃、285℃、285℃、285℃、282℃,熔体温度284℃,螺杆管路温度285℃,B组份熔体经过滤器过滤,滤前压力12.0MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速16rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  复合纺丝组件内熔体分配的密闭箱体的温度保持在285℃;喷丝孔挤出长丝的两侧对吹的冷却风温度11℃,相对湿度60%,风量1050rpm;气流牵伸风压为0.14MPa、牵伸高度1.1m;成网速度26.8m/min;成网机主抽吸风量1000rpm,辅助抽吸风量500rpm;无需预压辊轧压;圆网热风烘室的热风设定为:鼓风频率40Hz、风温166℃。圆网热风设备出布后直接进入高压电晕驻极机,驻极电压50kv、驻极距离10cm;经电晕驻极后的无纺布经收卷机卷绕成卷,布卷再经分切机分切,分切的最大幅宽为1.6m,产品克重为85g/m2。

  实施例3

  本发明实施例的生产主要包含以下步骤:

  A组份聚合物为均聚聚丙烯,熔点158~168℃;

  B组份聚合物为经磷系阻燃改性处理的聚酯切片,熔点235~255℃,氧指数大于28%。

  并列双组份搭配比例A:B=48:52(质量比)

  上述两种聚合物分别为聚烯烃和聚酯类聚合物,前者无需烘料经单螺杆挤出机直接进行熔融推挤,而后者则需要经155℃、9小时的烘料处理后经单螺杆挤出机进行熔融推挤。

  A组份原材料(含1.5%驻极母粒)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:195℃、205℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃,熔体温度225℃,螺杆管路温度230℃;A组份熔体经滤器过滤,滤前压力13.0MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速21rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  B组份聚合物(阻燃)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:280℃、282℃、285℃、285℃、285℃、282℃,熔体温度284℃,螺杆管路温度285℃,B组份熔体经过滤器过滤,滤前压力11.0MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速14rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  复合纺丝组件内熔体分配的密闭箱体的温度保持在285℃;喷丝孔挤出长丝的两侧对吹的冷却风温度10℃,相对湿度60%,风量1050rpm;气流牵伸风压为0.14MPa、牵伸高度1.4m;成网速度26.6m/min;成网机主抽吸风量1000rpm,辅助抽吸风量500rpm;无需预压辊轧压;圆网热风烘室的热风设定为:鼓风频率40Hz、风温166℃。圆网热风设备出布后直接进入高压电晕驻极机,驻极电压50kv、驻极距离10cm;经电晕驻极后的无纺布经收卷机卷绕成卷,布卷再经分切机分切,分切的最大幅宽为1.6m,产品克重为85g/m2。

  实施例4

  本发明实施例的生产主要包含以下步骤:

  A组份聚合物为均聚聚丙烯,熔点158~168℃;

  B组份聚合物为经磷系阻燃改性处理的聚酯切片,熔点235~255℃,氧指数大于28%。

  并列双组份搭配比例A:B=48:52(质量比)

  上述两种聚合物分别为聚烯烃和聚酯类聚合物,前者无需烘料经单螺杆挤出机直接进行熔融推挤,而后者则需要经155℃、9小时的烘料处理后经单螺杆挤出机进行熔融推挤。

  A组份原材料(含1.5%驻极母粒)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:195℃、205℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃,熔体温度225℃,螺杆管路温度230℃;A组份熔体经滤器过滤,滤前压力13.0MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速21rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  B组份聚合物(阻燃)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:280℃、282℃、285℃、285℃、285℃、282℃,熔体温度284℃,螺杆管路温度285℃,B组份熔体经过滤器过滤,滤前压力11.0MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速14rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  复合纺丝组件内熔体分配的密闭箱体的温度保持在285℃;喷丝孔挤出长丝的两侧对吹的冷却风温度10℃,相对湿度60%,风量1050rpm;气流牵伸风压为0.14MPa、牵伸高度1.4m;成网速度34.8m/min;成网机主抽吸风量1000rpm,辅助抽吸风量500rpm;无需预压辊轧压;圆网热风烘室的热风设定为:鼓风频率40Hz、风温166℃。圆网热风设备出布后直接进入高压电晕驻极机,驻极电压50kv、驻极距离10cm;经电晕驻极后的无纺布经收卷机卷绕成卷,布卷再经分切机分切,分切的最大幅宽为1.6m,产品克重为65g/m2。

  实施例5

  本发明实施例的生产主要包含以下步骤:

  A组份聚合物为均聚聚丙烯,熔点158~168℃;

  B组份聚合物为经磷系阻燃改性处理的聚酯切片,熔点235~255℃,氧指数大于28%。

  并列双组份搭配比例A:B=48:52(质量比)

  上述两种聚合物分别为聚烯烃和聚酯类聚合物,前者无需烘料经单螺杆挤出机直接进行熔融推挤,而后者则需要经155℃、9小时的烘料处理后经单螺杆挤出机进行熔融推挤。

  A组份原材料(含1.5%驻极母粒)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:195℃、205℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃,熔体温度225℃,螺杆管路温度230℃;A组份熔体经滤器过滤,滤前压力13.0MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速21rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  B组份聚合物(阻燃)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:280℃、282℃、285℃、285℃、285℃、282℃,熔体温度284℃,螺杆管路温度285℃,B组份熔体经过滤器过滤,滤前压力11.0MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速14rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  复合纺丝组件内熔体分配的密闭箱体的温度保持在285℃;喷丝孔挤出长丝的两侧对吹的冷却风温度10℃,相对湿度60%,风量1050rpm;气流牵伸风压为0.20MPa、牵伸高度1.4m;成网速度26.6m/min;成网机主抽吸风量1000rpm,辅助抽吸风量500rpm;无需预压辊轧压;圆网热风烘室的热风设定为:鼓风频率40Hz、风温166℃。圆网热风设备出布后直接进入高压电晕驻极机,驻极电压50kv、驻极距离10cm;经电晕驻极后的无纺布经收卷机卷绕成卷,布卷再经分切机分切,分切的最大幅宽为1.6m,产品克重为85g/m2。

  实施例6

  本发明实施例的生产主要包含以下步骤:

  A组份聚合物为均聚聚丙烯,熔点158~168℃;

  B组份聚合物为经磷系阻燃改性处理的聚酯切片,熔点235~255℃,氧指数大于28%。

  并列双组份搭配比例A:B=51:49(质量比)

  上述两种聚合物分别为聚烯烃和聚酯类聚合物,前者无需烘料经单螺杆挤出机直接进行熔融推挤,而后者则需要经155℃、9小时的烘料处理后经单螺杆挤出机进行熔融推挤。

  A组份原材料(含1.5%驻极母粒)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:195℃、205℃、230℃、230℃、230℃、230℃、230℃、225℃,熔体温度225℃,螺杆管路温度230℃;A组份熔体经滤器过滤,滤前压力13.5MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速22rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  B组份聚合物(阻燃)经过单螺杆挤出机进行熔融,其温区设置为:280℃、282℃、285℃、285℃、285℃、282℃,熔体温度284℃,螺杆管路温度285℃,B组份熔体经过滤器过滤,滤前压力10.5MPa,滤后压力6.5MPa,然后熔体进入计量泵计量,计量泵转速13rpm,定量的熔体进入复合纺丝组件。

  复合纺丝组件内熔体分配的密闭箱体的温度保持在285℃;喷丝孔挤出长丝的两侧对吹的冷却风温度10℃,相对湿度60%,风量1050rpm;气流牵伸风压为0.14MPa、牵伸高度1.4m;成网速度26.2m/min;成网机主抽吸风量1000rpm,辅助抽吸风量500rpm;无需预压辊轧压;圆网热风烘室的热风设定为:鼓风频率40Hz、风温166℃。圆网热风设备出布后直接进入高压电晕驻极机,驻极电压50kv、驻极距离10cm;经电晕驻极后的无纺布经收卷机卷绕成卷,布卷再经分切机分切,分切的最大幅宽为1.6m,产品克重为85g/m2。

  本申请中获得的阻燃长丝并列纤维静电棉材料,适合应用于空气过滤领域的滤芯高容尘材料,其应用时的克重一般为30~100g/m2。

  实施例1~6中获得的相应产品的主要性能指标如下表1所示:

  

  实施例3中产品与市场上现有常见的阻燃短纤静电棉相比,经实际测试确认各项性能指标对比如下表2:

  

  

  备注:①上表2所述气味等级的样品处理条件为80℃/2小时,对比确认热处理后的样品气味释放烈度。

  ②上表2所述“高温处理后的过滤效率”项中的高温处理条件为100℃/24H。

  依据上表2所示数据,可以确认本发明的85g/m2产品的容尘量适中,滤阻、高温环境滤效衰减量均明显低于市场常见的同类材料,更为关键的是该发明彻底解决了市场同类材料受浓烈气味掣肘的痛点,同时该发明材料兼具了阻燃、易回弹便于终端客户拆装滤芯、无针痕针孔、拥有自带亮光的长丝美感等优点,可为楼宇新风系统、汽车制造行业提供节能环保、全面优质的空气过滤材料技术解决方案。

  上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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