一种高匀度玻璃纤维液体过滤材料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种高匀度玻璃纤维液体过滤材料及其制备方法。高匀度玻璃纤维液体过滤材料，其原料组分包括：火焰喷吹微纤维玻璃棉40～95份，离心旋转微纤维玻璃棉1～30份，玻璃纤维短切丝1～20份和水溶性丙烯酸类粘结剂3～10份，所述份数为质量份数。本发明高匀度玻璃纤维液体过滤材料通过火焰喷吹微纤维玻璃棉、离心旋转微纤维玻璃棉搭和玻璃纤维短切丝搭配作为原材料，使原材料中的微纤维直径比较稳定，经分散后得到的浆料更加均匀，提高了过滤材料的成形匀度，保证了过滤材料孔径分布相对均匀集中，生产过程能力控制Cpk>1.67，节约了生产成本，适应了小体积发动机对滤材性能高均匀性的要求，提高了滤器的使用寿命。

权利要求书
1.  一种高匀度玻璃纤维液体过滤材料，其特征在于：其原料组分包括：火焰喷吹微纤维玻璃棉40～95份，离心旋转微纤维玻璃棉1～30份，玻璃纤维短切丝1～20份和水溶性丙烯酸类粘结剂3～10份，所述份数为质量份数。

2.  如权利要求1所述的高匀度玻璃纤维液体过滤材料，其特征在于：火焰喷吹微纤维玻璃棉的叩解度为10～80°SR，离心旋转微纤维玻璃棉的叩解度为5～30°SR。

3.  如权利要求1或2所述的高匀度玻璃纤维液体过滤材料，其特征在于：玻璃纤维短切丝长度为3～15mm，纤维直径为3～20μm。

4.  如权利要求1或2所述的高匀度玻璃纤维液体过滤材料，其特征在于：水溶性丙烯酸类粘结剂的浓度为1～10wt％。

5.  权利要求1-4任意一项所述的高匀度玻璃纤维液体过滤材料的制备方法，其特征在于：包括顺序相接的如下步骤：
(1)将火焰喷吹微纤维玻璃棉、离心旋转微纤维玻璃棉和玻璃纤维短切丝混合，并加入水和无机酸分散，得到均匀的悬浮液；
(2)将步骤(1)所得的悬浮液经除渣、稀释后送至长网机，形成厚度均匀的湿纸页；
(3)将水溶性丙烯酸类粘结剂均匀地喷洒或溢流施加于步骤(2)所得的湿纸页上；
(4)将步骤(3)所得物料烘干，即得。

6.  如权利要求5所述的方法，其特征在于：还包括步骤(5)在步骤(4)所得高匀度玻璃纤维液体过滤材料的单面或双面复合保护层。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤(5)中的保护层为合成纤维层或天然纤维层，克重为15-150g/cm2。

8.  如权利要求5-7任意一项所述的方法，其特征在于：步骤(1)所得悬浮液的浓度为0.9～1.2wt％，pH值为2～4。

9.  如权利要求5-7任意一项所述的方法，其特征在于：步骤(2)中悬浮液经除渣、稀释后的浓度0.02～0.2wt％。

10.  如权利要求5-7任意一项所述的方法，其特征在于：步骤(4)中的烘干温度为100～200℃，烘干时间为10～60min。

说明书一种高匀度玻璃纤维液体过滤材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高匀度玻璃纤维液体过滤材料及其制备方法，属于过滤材料领域。
背景技术
汽车滤清器—空气滤清器、机油滤清器、燃油滤清器，是确保汽车发动机安全、可靠工作的重要组成部分。其中燃油滤清器的功能是阻隔燃油炼制加工中造成的污染物颗粒进入发动机燃烧室，减少由于颗粒磨损导致的内部泄露，从而引起喷油量的降低，保护发动机喷油系统的部件不受磨损，确保发动机的正常运转，延长其他零部件的使用寿命，同时实现降低汽车油耗，减少汽车的炭黑排放污染，增强行车的安全性。
随着汽车工业的不断发展，近年来对发动机的要求提高，欧Ⅲ、欧Ⅳ排放法规的逐步实施，推动发动机采取了增压、增压中冷、电控喷射燃油、高压共轨等新的技术措施，以实现发动机的高功率、小体积、低排放。配合发动机小体积的发展要求，与之配套的滤清器相应也提出了更新的技术要求，同样希望滤清器结构紧凑，单个滤清器的滤材用量减少，作为滤清器主要组成部分的滤材，其性能直接影响滤清器产品性能，这就对滤材的均匀性提出了更高的要求。由于微纤维玻璃棉有较细的纤维直径及良好的耐温性能，较易实现滤材越来越高的过滤精度的要求，成为生产过滤材料的主要原材料。
微纤维玻璃棉主要有离心旋转和火焰喷吹两种生产方法。离心旋转玻璃微纤维玻璃棉的生产过程是将融化好的玻璃经料道末端的漏板流出，进入离心器，在高速旋转的离心机带动下，离心器侧壁甩出的近万股玻璃细流，在燃烧室产生的高温高速火焰作用下玻璃细流被进一步牵伸成纤维，在集棉网带的负压风作用下，棉纤维沉积在运行的网带上，形成均匀的棉毡。该方法形成的微纤维玻璃棉直径在2μm至8μm之间，纤维直径离散度小。
火焰喷吹微纤维玻璃棉的生产过程是将融化的玻璃液经过漏板孔流下来，形成一次丝，在胶辊的牵引下送到燃烧室喷出的火焰中，形成玻璃微纤维棉进入集棉室，沉积在网带上形成棉毡由收棉辊收集。该方法生产的微纤维玻璃棉直径一般在0.1到5μm之间，纤维长径比高达2500-4000，可以满足过滤材料不同过滤精度的要求，且具有较高的抗拉强度，但是纤维直径离散度较大。
传统玻璃纤维液体过滤材料主要以火焰喷吹微纤维玻璃棉作为原材料，但是该纤维长度较长，在水中容易缠结絮聚，不易分散，所以得到的过滤材料均匀性差，平均孔径大小不一，直接影响到滤器的过滤精度及使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术中过滤材料均匀性差、孔径大小不一等缺陷，本发明提供一种高匀度玻璃纤维液体过滤材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高匀度玻璃纤维液体过滤材料，其原料组分包括：火焰喷吹微纤维玻璃棉40～95份，离心旋转微纤维玻璃棉1～30份，玻璃纤维短切丝1～20份和水溶性丙烯酸类粘结剂3～10份，所述份数为质量份数。
本发明高匀度玻璃纤维液体过滤材料以火焰喷吹微纤维玻璃棉、离心旋转微纤维玻璃棉和玻璃纤维短切丝搭配作为原材料，经过湿法造纸工艺制成过滤材料，所得过滤材料孔径均匀，Cpk>1.67，提高了生产过程能力控制，节约生产成本；使滤器的容尘量提高，延长了使用寿命；主要用于汽车滤清器的油液过滤、高级航空油过滤、船舶及重型机械液压传动伺服系统的液压油过滤、油/水中固体杂质的过滤等。
玻璃纤维液体过滤材料其过滤方式主要为表面过滤和深层过滤。其孔径的分布及孔率的多少直接影响过滤精度值和容尘量，而过滤材料的过滤精度及其容尘量决定了滤芯及滤清器的过滤精度及使用寿命。申请人经研究发现，将离心旋转微纤维玻璃棉、火焰喷吹微纤维玻璃棉及玻璃纤维短切丝搭配使用，使原材料中的微纤维直径比较稳定，经分散后得到的浆料更加均匀，有利于均匀湿纸页的形成，保证滤材孔径分布相对均匀集中，避免影响过滤精度的大孔及影响容尘量的小孔出现。
本申请所述的水溶性丙烯酸类粘结剂，固含量为10～50％，为了保证所得产品的强度等性能，水溶性丙烯酸类粘结剂进一步优选的浓度为1～10wt％，更进一步优选为上海摩田化学的型号为LD909的产品。
为了实现滤材不同等级的过滤精度，同时提高孔径分布的均匀性，火焰喷吹微纤维玻璃棉的叩解度为10～80°SR，进一步优选为10～40°SR。
为了进一步提高滤材孔径的均匀性和性能的稳定性，离心旋转微纤维玻璃棉的叩解度为5～30°SR，进一步优选为10～28°SR。
为了保证本发明中滤材的后续加工性能及所得产品的性能，玻璃纤维短切丝长度为 3～15mm，纤维直径为3～20μm。玻璃纤维短切丝是作为骨架纤维被加入的，其成分为无碱或者是中碱。
上述高匀度玻璃纤维液体过滤材料的制备方法，包括顺序相接的如下步骤：
(1)将火焰喷吹微纤维玻璃棉、离心旋转微纤维玻璃棉和玻璃纤维短切丝混合，并加人水和无机酸分散，得到均匀的悬浮液；
(2)将步骤(1)所得的悬浮液经除渣、稀释后送至长网机，形成厚度均匀的湿纸页；
(3)将水溶性丙烯酸类粘结剂均匀地喷洒或溢流施加于步骤(2)所得的湿纸页上；
(4)将步骤(3)所得物料烘干，即得。
为了增加过滤材料的机械强度，避免玻璃纤维易于脱落而在使用过程中产生“二次污染”，上述制备方法，还包括步骤(5)在步骤(4)所得高匀度玻璃纤维液体过滤材料的单面或双面复合保护层。
上述的保护层为合成纤维层或天然纤维层，克重为15-150g/cm2。
上述无机酸采用常规无机酸，如硫酸、盐酸等。
为了使玻璃微纤维在水中分散均匀，步骤(1)所得悬浮液的浓度为0.9～1.2wt％，pH值为2～4。
为了保证除渣效果及成型的均匀性，步骤(2)中悬浮液经除渣、稀释后的浓度为0.02～0.2wt％。
为了保证水溶性丙烯酸类粘结剂固化反应的更加充分，从而保证所得产品性能，步骤(4)中的烘干温度为100～200℃，烘干时间为10～60min。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明高匀度玻璃纤维液体过滤材料通过火焰喷吹微纤维玻璃棉、离心旋转微纤维玻璃棉搭和玻璃纤维短切丝搭配作为原材料，使原材料中的微纤维直径比较稳定，经分散后得到的浆料更加均匀，提高了过滤材料的成形匀度，保证了过滤材料孔径分布相对均匀集中，生产过程能力控制Cpk>1.67，节约了生产成本，适应了小体积发动机对滤材性能高均匀性的要求，提高了滤器的使用寿命，可适用于汽车滤清器的油液过滤以及各种大型机车、工程机械设备的液压系统等。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
各实施例中高匀度玻璃纤维液体过滤材料的各性能测试方法如下：
(1)平均流量孔径采用多孔性材料分析仪CFP-1100A(美国PMI公司)测试；
(2)容尘量是滤材使用寿命的直接表现，采用多次通过试验台测试，测试标准ISO16889；
(3)Cpk值是现代企业用于表示制程能力的指标，可通过公式(1)计算：Cpk值越高，产品质量波动越小，均匀性越好。
Cpk＝Cp(1-|Ca|)(1)
其中：Ca＝(X-U)/(T/2)，Cp＝T/6σ；σ为取样数据的标准差，T为规格公差(＝规格上限－规格下限)，U为规格中心值(＝(规格上限+规格下限)/2)，X为所有取样数据的平均值。
(4)孔率，按照JB/T7630.1-2008中孔率的测试方法进行测试。
实施例1
将火焰喷吹微纤维玻璃棉、离心旋转微纤维玻璃棉、玻璃纤维短切丝加水及无机酸搅拌均匀制成纸浆悬浮液，悬浮液的浓度为1.0wt％，pH值为3，所用无机酸为稀盐酸；经除渣、稀释后(稀释后悬浮液浓度为0.18wt％)送至长网机，形成厚度均匀的湿纸页；将水溶性丙烯酸类粘结剂(上海摩田化学，型号LD909)加水稀释至浓度为3wt％，均匀地喷洒或溢流施加于湿纸页上，150℃烘干50min，得到克重为75g/m2的玻璃纤维液体过滤基材，玻璃纤维过滤基材与无纺布(克重为50g/cm2)单面复合，制得液体过滤材料。
上述的玻璃纤维液体过滤材料中各组分的质量百分比见表1。
表1实施例1中玻璃纤维液体过滤材料的原料组分质量百分比

实施例2
将火焰喷吹微纤维玻璃棉、玻璃纤维短切丝加水及无机酸搅拌均匀制成纸浆悬浮液； 经除渣、稀释后送至长网机，形成厚度均匀的湿纸页；然后再经过施胶、烘干工序，制得克重为75g/m2的玻璃纤维液体过滤材料基材，然后与无纺布单面复合，制得液体过滤材料。实施例2与实施例1的区别在于，原材料中没有添加离心旋转微纤维玻璃棉，玻璃纤维液体过滤材料中各组分的质量百分比见表2，其它参见实施例1。
表2实施例2中玻璃纤维液体过滤材料的原料组分质量百分比

实施例1和实施例2制得的液体过滤材料的性能测试结果见表3。
表3实施例1和实施例2性能测试结果


由上表可明显看出，实施例1所制得的液体过滤材料孔率明显高于实施例2，所以容尘量也高于实施例2，实施例1的平均流量孔径也更加均匀，Cpk值1.77，明显大于实施例2的1.06，说明实施例1所制得的液体过滤材料生产过程控制能力较好，滤材的均匀度提高。
实施例3
将火焰喷吹微纤维玻璃棉、离心旋转微纤维玻璃棉、玻璃纤维短切丝加水及无机酸搅拌均匀制成纸浆悬浮液，悬浮液的浓度为1.1wt％，pH值为3，所用无机酸为稀硫酸；经除渣、稀释后(稀释后悬浮液浓度为0.15wt％)送至长网机，形成厚度均匀的湿纸页；将水溶性丙烯酸类粘结剂(上海摩田化学，型号LD909)加水稀释至浓度为6wt％，均匀地喷洒或溢流施加于湿纸页上，180℃烘干30min，得到克重为75g/m2的玻璃纤维液体过滤基材，玻璃纤维过滤基材与无纺布(克重为35g/cm2)双面复合，制得液体过滤材料。
上述的玻璃纤维液体过滤材料中各组分的质量百分比见表4。
表4实施例3中玻璃纤维液体过滤材料的原料组分质量百分比

实施例4
将火焰喷吹微纤维玻璃棉、玻璃纤维短切丝加水及无机酸搅拌均匀制成纸浆悬浮液；经除渣、稀释后送至长网机，形成厚度均匀的湿纸页；然后再经过施胶、烘干工序，制得克重为75g/m2的玻璃纤维液体过滤材料基材，然后与无纺布双面复合，制得液体过滤材 料。实施例4与实施例3的区别在于，原材料中没有添加火离心旋转微纤维玻璃棉，玻璃纤维液体过滤材料中各组分的质量百分比见表5，其它参见实施例3。
表5实施例4中玻璃纤维液体过滤材料的原料组分质量百分比

实施例3和实施例4制得的液体过滤材料的性能测试结果见表6。
表6实施例3和实施例4性能测试结果


由上可明显看出，实施例3所制得的液体过滤材料孔率较高，所以容尘量也较高146.25g/m2，平均流量孔径比较均匀，Cpk值1.73，大于实施例4的1.16，说明实施例3中添加离心旋转微纤维玻璃棉所制得的液体过滤材料的均匀度提高，生产过程控制能力较好。