获专利金奖的滤料与空气净化器的肺专

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分享IP智慧传播最IN科技小赢说：又到了空气净化器大展身手的季节，净化器中过滤粉尘的滤料真的在起作用吗？滤料作为净化器的肺，它面对粉尘会不会有喘不上气的无力感？小赢今天就来介绍一只能做深呼吸且青春常驻的“肺”。本文涉及第二十一届中国专利金奖项目专利号：ZL.3专利名称：一种高透气量非织造布覆膜滤料、其制备方法及其所用的覆膜装置专利权人：中材科技股份有限公司对于空气净化器来说，滤料就好比它的肺，“肺”好不好直接关系到净化器的除尘效果。这只“肺”能呼吸顺畅且长生不老，是每一个使用者都盼望的。今天小赢要介绍的获金奖专利，就是净化器里一只能做深呼吸且青春常驻的“肺”。了解这只新“肺”前，先看看传统的“肺”传统滤料主要包括：机织布滤料、，非机织滤料无纺布、针刺毡等。崭新的传统滤料并非是过滤效果最好的。初期，滤料靠其中的纤维阻挡粉尘，随着被阻挡的粉尘留在滤料之中纤维间隙减小，滤料表面形成了一层粉尘层，此时（大约传统滤材寿命的10%），凭借粉尘之间的碰撞、拦截等作用，形成了比初期过滤效果更好的“深层过滤”。也就是说：传统滤料需要一个成熟期，使用者需要花不短的时间等待滤料达到它的最佳状态。同时，这种最佳状态能够保持的时间并不长久。随着滤料内部拦截的粉尘量增加，滤料的运行阻力增大，这只“肺”开始出现喘不上气的无力感。为了能让其恢复呼吸顺畅，需要定期对滤料进行清灰，且清灰时还需要尽量做到不破坏“一次粉尘层”。综上，传统滤料只是在一段时间内效率比较高，且维护困难。新“肺”的发展史美国GORE公司的BobGore发现聚四氟乙烯（PTFE,俗称“塑料王”）可经拉伸而成为一种强力的多孔材料，即“GORE-TEX膨体聚四氟乙烯”，采用特殊加工方法，使其延展成及其强韧、柔韧的一种连续、孔隙率很高的微细多孔结构的膜，并将其与传统过滤材料复合，形成了一系列覆膜滤料。与传统滤料建立在“深层过滤”理论上不同的是，覆膜滤料是建立在“表面过滤”理论上的。基于粉尘层形成有利于过滤的理论，覆膜滤料相当于人为地在传统滤料表面覆上一层有微孔的薄膜（又称为人造粉尘层）以提高除尘效果。由于覆膜的存在，一开始除尘效率就很高。从图1中可以看出，使用覆膜滤料进行过滤，粉尘几乎不钻进纤维中，实现“表面过滤”，过滤机理主要为筛分、吸附及静电、扩散、架桥。表面过滤可以过滤更加细小的粉尘，有极佳的过滤效果和清灰性能。行业内通过调整覆膜的微孔孔径控制对不同粒子的捕集效率，例如，过滤普通粉尘时，微孔孔径通常小于2μm，过滤细菌时，微孔孔径通常小于0.3μm，过滤病毒时，微孔孔径通常小于0.05μm。图1表面过滤特性示意图覆膜“肺”真的抗打吗覆膜滤料以其表面过滤的特性具有过滤效率高、运行阻力低、清灰容易和清灰次数少、处理风量大，使用寿命长的优点。看上去完美无缺的覆膜滤料是不是真的所向披靡呢？先来介绍下制备覆膜滤料的覆膜工艺。行业内通常的覆膜工艺有两种：一是粘结剂法，二是高温热压法。前者因粘结剂的耐温性差和粘结剂老化问题逐渐被淘汰，后者是被更广泛采用的工艺。无论是粘结剂覆膜还是高温热压覆膜，PTFE微孔膜几乎与基材的平面完全粘合，PTFE微孔膜整个膜面受到高温和压力的损伤，造成膜的强力、透气量的降低；如果基材是化纤机织布，还有可能因熔化化纤或碾压粘结剂点而堵塞PTFE微孔，造成透气率降低；同样，基材也被热压得很密实，从而影响了覆膜滤料的处理风量和使用寿命。尤其是在环境温度较低和折叠过重的时候，覆膜滤料膜面或折痕会出现膜裂的现象，这严重影响了过滤效率和滤料的使用寿命。可见，覆膜技术虽然使净化器的肺强大了不少，但这只肺并不是所向披靡的，。常规覆膜工艺的制约仍然会让它存在呼吸不畅、年华易老的痛处。获专利金奖的“肺”中材科技股份有限公司的研发团队研发了一种高透气量非织造布覆膜滤料（获奖专利ZL.3），图2为该覆膜滤料的结构示意图。研发团队意识到PTFE微孔膜与基材的粘合或热压接触会导致微孔膜受到损伤，从而影响覆膜滤料的处理风量和使用寿命的基础上，在非织造布基材上设置凸点，将起凸的面与PTFE微孔膜间隙高温热压复合。经上述覆膜工艺制得的覆膜滤料，PTFE微孔膜与基材凸点因温度、压力的作用牢固的粘合为一体，没有凸点的地方则保持不粘结状态，且没有受到高温、压力的损坏。这种覆膜工艺大大减少了PTFE微孔膜与基材热压接触导致微孔膜受到损伤的面积，在保证膜与凸点粘合牢度足够高的情况下，膜被损害的程度最小。图2高透气量非织造布覆膜滤料结构示意图研发团队经研究，采用锥形三角压膜针和叉形针交叉排布的方式对非织造布基材进行起凸，调整两种针的布针比例和针长度、锥形三角压膜针的三角高度、叉形针的叉口深度、起凸时针刺密度和针刺深度，从而保证针刺密度和植针密度差值在合适范围，避免造成凸点断裂为毛锥，破坏覆膜滤料的性能。同时，在覆膜时使基材的平面张力远远大于PTFE微孔膜的平面张力，可实现覆膜后凸点间的膜略松，可以抵抗因温度、折叠等引起的膜裂。相较于未对非织造布基材进行起凸工艺的滤料，该滤料大幅度提高了过滤效率、加大了处理风量，延长了使用寿命；同时大幅度减少了PTFE微孔膜在制备过程中的损伤。基材上的小小凸点，轻松解决了，展现了研发团队四两拨千斤的智慧。结语目前，根据专利金奖技术生产研发的新“肺”，已经批量用于空气净化器中，较为完美地解决了覆膜滤料的痛点，可以说开启了空气净化的全新时代。特别是在供暖季到来的今天，这样能改善人居环境的专利技术，值得我们为之点赞。本文作者：审协北京中心材料部葛晨本文为作者授权原创首发，文中观点仅代表作者个人观点，未注明图片均来自网络搜索引擎。文中ZL……为中国专利号，转载请进入