一种螺旋结构纤维非织造布及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及非织造布技术领域，特别是涉及一种螺旋结构纤维非织造布及其制备方法和应用。

背景技术

熔喷非织造布由于其工艺流程短、比表面积大、孔隙率高等优良特性，在过滤材料领域有着广泛的应用。

为进一步的提升熔喷非织造布的比表面积和孔隙率，使其更加充分的发挥优势，领域内专家做了很多探索。探索发现螺旋的三维结构纤维可以为非织造布具有更大的孔隙率和表面积，为制备高效低阻空气过滤纤维材料提供了一种很有前途的技术。

申请号为CN201910993204.2的专利公开了一种吸水熔喷无纺布及其制备方法。制备由聚丙烯和亲水剂组成的第一聚合物共混母粒和由表面改性的纳米二氧化硅、聚酯弹性体和聚丙烯组成的第二聚合物共混母粒，然后分别经过螺杆挤出机分段控温反应加热熔融，从螺旋型喷嘴中喷出，通过高温气流高速牵伸后，冷却成网收集得到吸水熔喷无纺布。所述吸水熔喷无纺布呈现出微纳米尺度的螺旋纤维结构，具有较高的孔隙率和比表面积。但是该方法需要借助螺旋型喷嘴辅助螺旋纤维的形成，增加了制造成本和制造工序。

发明内容

本发明的目的是针对现有螺旋结构纤维制备方法工序复杂成本高的缺陷，而提供一种螺旋结构纤维非织造布的制备方法，该方法利用组分间的熔融指数差异，配合适当的制备条件，从而在不额外使用螺旋型喷嘴的基础上，实现了螺旋结构纤维非织造布的制备。

本发明的另一个目的，是提供上述制备方法制备所得的螺旋结构纤维非织造布。

本发明的另一个目的，是提供上述螺旋结构纤维非织造布在过滤材料中的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种双组份螺旋结构纤维非织造布的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将组分A和组分B放入搅拌机中混合均匀，制备共混母粒；所述组分A的熔融指数为1200-1500g/10min；所述组分B的熔融指数为4-20g/10min；

步骤2：将所得共混母粒熔融喷出，通过高温气流高速牵伸后得到双组份螺旋结构纤维；

步骤3：螺旋结构纤维在空气中冷却成网，收集得到双组份螺旋结构纤维非织造布。

在上述技术方案中，所述组分A为聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸中的一种；

所述组分B为聚苯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、聚偏二氟乙烯中的一种。

在上述技术方案中，所述组分A为聚丙烯；所述组分B为聚苯乙烯。

在上述技术方案中，所述组分A和组分B的质量比为(2-8)：100。

在上述技术方案中，步骤2中，单螺杆挤出机各段温度为：螺杆一区170-175℃，螺杆二区190-195℃，螺杆三区250-255℃；

管路温度为235-245℃；计量泵温度为225-235℃；模头温度为235-240℃，气流温度为275-285℃。

在上述技术方案中，单螺杆挤出机的挤出速度为8.5-9.5mL min

在上述技术方案中，步骤3中，网帘速度35-45cm min

本发明的另一方面，应用上述制备方法制备所得的双组份螺旋结构纤维非织造布。

在上述技术方案中，其中的螺旋结构纤维直径为0.3-5.7μm。

本发明的另一方面，上述双组份螺旋结构纤维非织造布在过滤材料中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的螺旋结构纤维非织造布的制备方法，将熔融指数不同的两种不相容聚合物材料进行共混熔喷。这样在纺丝过程中会区分出高粘度熔体区和低粘度熔体区。而粘度的不同导致纤维产生不同程度的收缩，使得纺丝过程中出现了弹性体和刚性聚合物的平行排列，引入纵向应力并导致双组分纤维卷曲形成螺旋结构。该方法为一步式熔喷成型，无需熔融造粒和特殊喷嘴，减少了成本和损耗。

2.本发明提供的螺旋结构纤维非织造布具有较大的孔隙率和表面积，具备更好的过滤性能和透气性能。

3.本发明提供的螺旋结构纤维非织造布应用于过滤材料，对PM2.5的过滤效率比普通PP无纺布高两倍，且保持良好的疏水性，有利于电荷的储存，保持了空气过滤膜稳定性。

附图说明

图1所示为实施例1制备的螺旋结构纤维非织造布的SEM图；

图2所示为实施例2制备的螺旋结构纤维非织造布的SEM图；

图3所示为实施例3制备的螺旋结构纤维非织造布的SEM图；

图4所示为实施例4制备的螺旋结构纤维非织造布的SEM图；

图5所示为实施例1制备的螺旋结构纤维非织造布水接触角；

图6所示为实施例1-4制备的螺旋结构纤维非织造布的对PM2.5的过滤效率。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种螺旋结构纤维非织造布的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量比2:100称取聚丙烯和聚苯乙烯，放入搅拌机中混合均匀，制备共混母粒；所述聚丙烯的熔融指数为1200g/min；聚苯乙烯的熔融指数为5g/min。

步骤2：将所得共混母粒经单螺杆挤出机分段控温熔融，经模头喷丝口中喷出，通过高温气流高速牵伸后得到双组份螺旋结构纤维。

其中，单螺杆挤出机中螺杆一区温度为172℃、螺杆二区温度为193℃、螺杆三区温度为252℃；管路温度为240℃；计量泵温度为230℃；模头温度为237℃；气流温度为280℃。单螺杆挤出机的挤出速度为9.1mL min

步骤3：螺旋结构纤维在空气中冷却成网，使用网帘收集得到双组份螺旋结构纤维非织造布。网帘速度为40cm min

制备所得的双组份螺旋结构纤维非织造布的SEM图如图1所示。螺旋结构纤维直径为5.28μm。

实施例2

一种螺旋结构纤维非织造布的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量比4:100称取聚丙烯和聚苯乙烯，放入搅拌机中混合均匀，制备共混母粒；所述聚丙烯的熔融指数为1200g/min；聚苯乙烯的熔融指数为5g/min。

步骤2：将所得共混母粒经单螺杆挤出机分段控温熔融，经模头喷丝口中喷出，通过高温气流高速牵伸后得到双组份螺旋结构纤维。

其中，单螺杆挤出机中螺杆一区温度为172℃、螺杆二区温度为193℃、螺杆三区温度为252℃；管路温度为240℃；计量泵温度为230℃；模头温度为237℃；气流温度为280℃。单螺杆挤出机的挤出速度为9.1mL min

步骤3：螺旋结构纤维在空气中冷却成网，使用网帘收集得到双组份螺旋结构纤维非织造布。网帘速度40cm min

制备所得的双组份螺旋结构纤维非织造布的SEM图如图2所示。螺旋结构纤维直径为1.53μm。

实施例3

一种螺旋结构纤维非织造布的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量比6:100称取聚丙烯和聚苯乙烯，放入搅拌机中混合均匀，制备共混母粒；所述聚丙烯的熔融指数为1200g/min；聚苯乙烯的熔融指数为5g/min。

步骤2：将所得共混母粒经单螺杆挤出机分段控温熔融，经模头喷丝口中喷出，通过高温气流高速牵伸后得到双组份螺旋结构纤维。

其中，单螺杆挤出机中螺杆一区温度为172℃、螺杆二区温度为193℃、螺杆三区温度为252℃；管路温度为240℃；计量泵温度为230℃；模头温度为237℃；气流温度为280℃。单螺杆挤出机的挤出速度为9.1mL min

步骤3：螺旋结构纤维在空气中冷却成网，使用网帘收集得到双组份螺旋结构纤维非织造布。网帘速度40cm min

制备所得的双组份螺旋结构纤维非织造布的SEM图如图3所示。螺旋结构纤维直径为2.06μm。

图5所示为双组份螺旋结构纤维非织造布(左)和聚丙烯熔喷布(右)的水接触角测试结果，双组份螺旋结构纤维非织造布的水接触角为127°聚丙烯熔喷布的水接触角为124°，说明双组份螺旋结构纤维非织造布依然保持良好的疏水性，有利于电荷的储存，保持了稳定性。

实施例4

一种螺旋结构纤维非织造布的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量比8:100称取聚丙烯和聚苯乙烯，放入搅拌机中混合均匀，制备共混母粒；所述聚丙烯的熔融指数为1200g/min；聚苯乙烯的熔融指数为5g/min。

步骤2：将所得共混母粒经单螺杆挤出机分段控温熔融，经模头喷丝口中喷出，通过高温气流高速牵伸后得到双组份螺旋结构纤维。

其中，单螺杆挤出机中螺杆一区温度为172℃、螺杆二区温度为193℃、螺杆三区温度为252℃；管路温度为240℃；计量泵温度为230℃；模头温度为237℃；气流温度为280℃。单螺杆挤出机的挤出速度为9.1mL min

步骤3：螺旋结构纤维在空气中冷却成网，使用网帘收集得到双组份螺旋结构纤维非织造布。网帘速度40cm min

制备所得的双组份螺旋结构纤维非织造布的SEM图如图4所示。螺旋结构纤维直径为4.89μm。

实施例1-4制备的双组份螺旋结构纤维非织造布，作为空气过滤膜，对PM2.5的过滤效率如图6所示，最高可达88.1％。

实施例1-4制备的双组份螺旋结构纤维非织造布，在过滤效率实验中，压降分别为49、62.3、68.5、72.8，表明其透气性良好，具备优异的穿着舒适性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。