HK1170781B - 无纺布、其制造方法和由该无纺布形成的过滤器 - Google Patents

Description

无纺布、其制造方法和由该无纺布形成的过滤器

技术领域

本发明涉及一种无纺布及其制造方法和由该无纺布作为制造过滤介质的材料所形成的过滤器，所述无纺布具有优异的硬度、挺度、可模制成型性和抗压强度。

发明背景

无纺布，也称为不织布、非织造布，是一种不需要纺纱织布而形成的织物，它是将纺织短纤维或者长纤维（长丝）进行定向或随机撑列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。简单地说，它不是由一根一根的纱线交织、编结在一起的，而是将纤维直接通过物理的方法粘合在一起的。无纺布突破了传统的纺织原理，并具有工艺流程短、生产速度快，产量高、成本低、用途广、原料来源多等特点。

无纺布具有良好的过滤性、透气性和吸附性，非常适合用作过滤器的过滤元件，例如用在袋式过滤器或筒式过滤器中。但是普通无纺布通常较软，需要借助于支撑框架才可以安装在过滤器中。图1显示了现有技术的一个筒形过滤器，其中包括分别为圆环形的两个端盖12，14以及在两个端盖之间网状支撑框架16，由无纺布制成的过滤元件可以安装在所述网状支撑框架16的内侧、外侧或两侧。这种结构一方面增大了过滤器的材料成本和组装的复杂程度，另一方面也或多或少地降低了无纺布过滤元件的过滤性能，因为网状的支撑框架可能会阻挡无纺布过滤元件与流过的物质的接触，或者可能会积聚灰尘或污物。现有技术中业已提出一些增大无纺布硬度或弯曲刚度的技术。

2010年3月24日公开的第200880017579.5号中国专利申请（公开号为CN101678255A）公开了一种由合成纤维形成的长纤维无纺布及使用所述长纤维无纺布的圆筒状袋式过滤器，所述长纤维无纺布是由热塑性连续单纤维组成的经部分热压接而形成的长纤维无纺布，每单位面积重量的圆弧状弯曲刚度优选为0.050～1.000（（cN/2cm）/（g/m²）），且每单位面积重量的透气量优选为0.010～0.500（（cc/cm²/sec）/（g/m²））。所述长纤维无纺布实质上是一种纺粘型（spunbond）无纺布，其制造方法是，将热塑性聚合物从喷丝头熔融挤出后，将其用吸气装置牵引、拉伸制成热塑性连续单纤维，将所述热塑性连续单纤维带电开纤，使其堆积在移动捕集面上形成纤维网，将此纤维网用平滑辊进行压接处理后，用热压花辊实施部分热压接，由此形成长纤维无纺布。该申请获得的长纤维无纺布具有良好的弯曲刚度，适合用于制造袋式过滤器，使其在进行反洗空气使用时的形态保持性优异。但该专利申请中指出，现有的毛毡等短纤维形成的无纺布用于缺乏片材的刚性，所以不适用。另外，该申请中的长纤维无纺布虽然具有一定的刚度，但其刚度不够大，该长纤维无纺布只能在比较短的尺寸（例如约30厘米）内保持形态，但仍然需要支撑结构，更不要说对于在较长的尺寸（例如1米以上）的过滤器，该无纺布形成的滤袋不能够自支撑。

2008年12月31日公开的第200810138481.7号中国专利申请（公开号为CN101332385A）公开了一种应用于集中通风系统的空气过滤器的材料，它主要包括作为基材的上、下两层无纺布和复合于二者之间的一层或多层复合层，其特点是，复合层是由包裹在两层纤维状胶粘剂之间的颗粒活性炭层构成的，颗粒活性炭层是由一个个独立的活性炭颗粒铺成的；该种滤材既高效低阻又保持了原有活性炭的吸附性能，而且保持了一般通风用过滤材料的硬度和挺度，改变了化学空气过滤器形式单调的局面，使其拥有了一般通风用空气过滤器的形式。该专利申请中虽然没有限定上、下两层无纺布的纤维类型，但该专利实际上是将上、下两层无纺布分别粘附在中间的活性炭层上而构成的，它可以通过调节活性炭层的用量和用胶量来调节所得到的过滤材料的硬度和挺度，以适应过滤材料打褶加工的需要。该专利申请的过滤材料结构复杂，所使用的粘接用的胶本身既不环保，又由于会堵塞活性炭层或无纺布层的一部分孔隙而降低过滤材料的过滤性能。

另外，现有的针刺无纺布(felt)一般质地较软，不能进行打褶处理。所以采用现有的针刺无纺布无法做成褶皱形状的过滤器，以增大过滤面积。而且，现有的针刺无纺布不具有可模制成型性，即不能通过模压操作成各种形状，或者在模压成型后不能够保持该形状。

因此，迄今为止，现有技术中还没有公开一种刚度较高以使其能够自支撑而具有形态保持性和模制成型性，并且能够打褶的针刺无纺布(felt)；也没有发现由针刺无纺布(felt)做成的褶皱形状过滤器，其中针刺无纺布可以自支撑而形成过滤器的过滤介质，不需使用支撑框架。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种无纺布，它具有优异的硬度或刚度或坚挺度，卓越的成型性，并且抗压强度非常高。

本发明的另一个目的是提供上述无纺布的制造方法和由该无纺布形成的过滤器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无纺布，所述无纺布由分别具有低熔点和高熔点的至少两种相同种类或不同种类的短纤维制成，所述无纺布的硬度足以使该无纺布能够自支撑而具有形态保持性，并且所述无纺布具有可模制成型性。

所述无纺布可以是由所述低熔点短纤维和高熔点短纤维均匀混合形成的单层纤维层，或者所述无纺布包括交替叠置的低熔点短纤维层与高熔点短纤维层。

所述低熔点短纤维是在被加热熔化为为熔融状态而缠结着高熔点纤维，之后再快速冷却固化而形成，藉此可增大低熔点纤维与高熔点纤维之间的连结。

在本发明的一个优选实施例中，所述无纺布包括两个高熔点短纤维层以及夹在该两个高熔点短纤维层之间的一个低熔点短纤维层。

所述高熔点短纤维的熔点在180℃-230℃范围内，所述低熔点短纤维的熔点在115℃-130℃范围内。

所述低熔点短纤维和高熔点短纤维可以选自聚酯、涤纶、丙纶、尼龙、亚克力、锦纶、粘胶纤维、腈纶、乙纶和氯纶。

本发明的无纺布的邵氏A硬度可以高达50-80度。

所述无纺布是可以打褶的。

低熔点短纤维的含量决定无纺布的硬度。以重量百分比来说，所述低熔点短纤维为无纺布材料整体的20%-50%，所述高熔点短纤维为无纺布材料整体的50%-80%。优选地，所述低熔点纤维为无纺布材料整体的30%-40%，所述高熔点短纤维为无纺布材料整体的60%-70%。

优选地，所述无纺布按照以下方式得到：在所述低熔点和高熔点纤维形成坯布后，将所述坯布在低于所述高熔点纤维的熔点、但高于所述低熔点纤维的熔点的温度下进行热处理使低熔点纤维层熔化为熔融状态而缠结着高熔点纤维、然后经过快速冷却而形成。

所述无纺布的克重在150-2000g/m²范围内。

所述无纺布可以是通过针刺或水刺定型获得的无纺布。

本发明的无纺布适合用作气－固和液－固分离过滤器的过滤介质。因此，本发明还提供了一种过滤器，采用本发明的无纺布作为制造该过滤器的过滤介质的材料，所述过滤介质是自支撑的，无需使用任何支撑结构。

在本发明一实施例中，所述过滤器是筒式过滤器，所述无纺布形成圆筒状过滤筒体，所述过滤筒体是自支撑的，无需任何支撑结构。较佳地，所述过滤筒体做成褶皱形状。所述过滤器还可以包括由本发明的无纺布制成的端盖，所述端盖的表面轮廓模制成与所述褶皱形状的过滤筒体的横截面形状相对应。

在本发明另一实施例中，所述过滤器是袋式过滤器，所述无纺布被模制成所述袋式过滤器的过滤袋，或者所述无纺布在打褶后被弯卷成所述袋式过滤器的过滤袋并以本领域所知的方式密封相对的两边缘，例如采用密封胶或缝制。所述滤袋是自支撑的。

在本发明再一实施例中，所述过滤器是CGR嵌入板式过滤器，包括第一过滤元件、与所述第一过滤元件相对的第二过滤元件以及夹在二者之间的具有中心通孔的嵌入式支承板，其中所述第一和第二过滤元件由所述无纺布模压而成。

所述第一和第二过滤元件各包括过滤元件本体、在过滤元件本体的中心形成的筒状芯和在过滤元件本体的周缘形成的凸缘，所述筒状芯和所述凸缘在所述过滤元件本体的同一侧向外突出，并且所述过滤元件本体、筒状芯和凸缘由所述无纺布一体模压制成；所述第一过滤元件的筒状芯的形状和尺寸做成该筒状芯刚好延伸穿过所述嵌入式支承板的中心通孔，所述第二过滤元件的筒状芯的形状和尺寸做成该筒状芯刚好能够延伸穿过所述第一过滤元件的筒状芯并互相啮合在一起；所述第一和第二过滤元件的凸缘的形状和尺寸做成刚好嵌接在沿所述嵌入式支承板周缘形成的凹槽。

在本发明又一实施例中，所述过滤器是由多个扇形过滤元件彼此相连而形成的转盘过滤器，所述扇形过滤元件各包括由所述无纺布制成的第一过滤壁和由所述无纺布制成并与所述第一过滤壁相对的第二过滤壁，所述第一和第二过滤壁之间形成滤液室以容纳流过所述第一和第二过滤壁的滤液。较佳地，所述扇形过滤元件还包括容纳在所述滤液室内的支撑板，所述支撑板由所述无纺布模压形成，其外形沿支撑板的径向形成多个凹槽以引导滤液经所述凹槽流向滤液出口。

根据本发明，所述第一和第二过滤壁的形状可以做成它们互相接合形成封闭的袋状腔室。

本发明还涉及一种转盘过过滤器，所述转盘过滤器多个彼此相连的扇形支撑元件和用于封装所述扇形支撑元件的滤袋，其中所述扇形支撑元件由本发明的无纺布模压形成。较佳地，所述支撑板的外形沿支撑板的径向形成多个凹槽以引导滤液经所述凹槽流向滤液出口。

本发明还提供了一种无纺布制造方法，包括下列步骤：

1）将棉花状的高熔点短纤维和低熔点短纤维按要求的比例放入混棉箱中使高熔点短纤维和低熔点短纤维混合均匀以制成单层纤维，或者将棉花状的高熔点短纤维和低熔点短纤维按要求的比例交替放入混棉箱中使高熔点短纤维和低熔点短纤维分别混合均匀以制成多层纤维；

2）将混合后的纤维输送到梳理机中梳平；

3）将梳平之后的纤维再送到铺网机中使其铺呈成网状平面；

4）将网状平面的纤维送入成型机中进行定型处理，制成坯布；

5）在高于低熔点短纤维的熔点但低于高熔点短纤维的熔点的温度下对所述坯布进行热处理，使所述低熔点短纤维熔化，但所述高熔点纤维保持未熔融状态；

6）冷却所述热处理后的坯布，使所述熔化的低熔点短纤维固化，得到所述无纺布。

其中在热处理过程中，所述低熔点短纤维熔化，变成熔融状态而缠结着高熔点纤维，而所述高熔点短纤维不会熔化，由此所述坯布的结构变成熔化的低熔点短纤维夹在未熔化的高熔点短纤维之间。

所述高熔点短纤维的熔点在180℃-230℃，所述低熔点短纤维的熔点在115℃-130℃，所述热处理的温度为140℃-150℃，所述冷却的温度为10-18℃。

在所述热处理过程中，采用热风以垂直方向吹向坯布的上下表面，使热风直接穿透坯布，使内部的低熔点纤维层获得更好的加热效果。

在所述冷却过程中，将例如200kg重的冷却辊以自重形式或者通过油压方式向下压在坯布上，对所述坯布进行快速冷却。

所述无纺布可以作打褶处理，形成褶皱状的无纺布。

在上述方法的步骤4)中，所述定型处理包括采用选自针刺、水刺、热合、热粘合、浆粕气流成网、湿法或缝编的工艺步骤来形成坯布。

附图说明

图1是现有技术的筒形过滤器的示意图。

图2是本发明一个实施例的具有三层结构的无纺布的立体剖视图。

图3是图2所示的无纺布形成折皱结构的立体剖视图。

图4是由本发明的无纺布形成的一种筒式过滤器的立体示意图。

图5是由本发明的无纺布形成的另一种筒式过滤器的立体示意图。

图6是由本发明的无纺布形成的一种袋式过滤器的立体示意图。

图7是由本发明的无纺布形成的另一种袋式过滤器的立体示意图。

图8是由本发明的无纺布一体形成的CGR板式过滤器的嵌入式支承板的正视图。

图9是由本发明的无纺布一体形成的CGR板式过滤器的过滤元件的正视图。

图10是图9所示的嵌入式支承板和图9所示的过滤元件在准备安装之前的状态示意图。

图11是图10所示的嵌入式支承板和过滤元件在安装成为CGR板式过滤器的侧视图。

图12是由本发明的无纺布一体形成的用于转盘过滤器的支撑板的正视图。

图13是由本发明的无纺布形成的过滤壁互相接合形成封闭的腔室的侧视图,其中图12所示的支撑板容纳在该腔室内。

具体实施方式

本发明主要涉及由短纤维通过例如针刺法等方法制成的无纺布，它具有优异的硬度或坚挺度；它还表现出非常好的模制成型性，在被模压成任何形状或构造之后，能够保持该形状或构造。用针刺法制成的无纺布称为针刺呢（Needle punched felt），而呢或毡（Felt）通常是用例如羊毛或毛绒纤维紧密结合而成的片状结构物。

无纺布的成分材料可分为长纤维和短纤维，通俗地说，长纤维像蚕茧的茧丝，短纤维像羊毛（俗称人造羊毛）或棉花。长纤维是指连续的单纤维，由长纤维制成的无纺布的克重一般约为200-300g/m²（克/平方米）。克重为每平方米材料重量的克数，它是纺织领域的一个重要的技术指标，通常用于衡量织物的厚薄和密度。

短纤维又称切段纤维(通常为35～74mm)，是指化学长纤维束被切断或拉断成相当于各种天然纤维长度的纤维，也可用天然纤维如晶须及石棉形成。本发明使用的短纤维的长度为35～150mm，短纤维的粗细度（纤度）一般为1.5-8D（denier，丹尼尔）。按天然纤维的规格可分为棉型、毛型、地毯型和中长型等短纤维。它们可以纯纺，也可和不同比例的天然纤维或其他纤维混纺制成纱条、织物和毡。根据本发明的方法制成的针刺无纺布的克重约为150-2000g/m²。

图2是根据本发明一个实施例的具有优异硬度的短纤维无纺布的结构示意图。

需要注意的是，图1和图4是根据现有技术和本发明的过滤器的照片按比例绘出的；而图2和图3的本发明的无纺布的剖视图，它们是示意图，不是按比例画出的。在图2所示的三层结构的无纺布中，虽然可以清晰看出剖面具有三个层，但三个层之间的界面可以不是很清楚，也就是说在两层界面处因为针刺处理和低熔点纤维在热处理时熔融而使高熔点和低熔点纤维相互交错连结和互相渗透。另外为了清楚起见，在图2和图3中，无纺布的厚度相对于无纺布表面很大，但实际的无纺布产品的厚度可能只有1-5毫米，而无纺布的表面可以长达1-2米。

根据本发明，无纺布可以由单层纤维构成，其中该纤维层由低熔点短纤维和高熔点短纤维均匀混合形成。具体地说，将一定比例的高熔点短纤维和低熔点短纤维放入混棉箱混合均匀，将混合后的纤维输送到梳理机中梳平；接着进入辅网机使纤维原料呈网状平面；然后再由成型机对纤维原料进行预刺、主倒刺、正刺，形成针刺坯布并将其卷取。以上步骤完成无纺坯布的制作。接下来进入坯布的固化步骤，也就是使坯布在高于低熔点短纤维的熔点但低于高熔点短纤维的熔点的温度下(例如140-150℃)进行热处理，以使所述低熔点短纤维熔化，但所述高熔点纤维保持未熔融状态；最后立即进行急速冷却处理，例如在5-15秒内使该坯布快速冷却至10-18℃，同时施加约200kg重的冷却辊以自重形式或者通过油压方式向下压在坯布上，使坯在固化成为针刺无纺布。

本发明的无纺布也可以包括两层以上交替放置的由不同熔点的短纤维形成的纤维层，例如由三层纤维构成，其中低熔点短纤维层夹在上下两层高熔点短纤维层之间。当然，本发明的无纺布也可以包括更多层纤维，其中每层纤维由具有不同熔点的短纤维形成，每层纤维中的纤维数量依赖于最终产品中该纤维层的厚度，这取决于具体的应用要求。

制作多层结构的无纺布的步骤与上述制作单层结构的无纺布基本相同。下文将作详细描述。

图2所示的无纺布包括分别由短纤维构成的三层纤维层1、2、3。其中，位于上下两侧的纤维层1和3是高熔点纤维层，例如熔点在约180℃以上，例如在190℃-230℃，优选地在215℃-230℃，或者更高。而中间的纤维层2是低熔点纤维层，例如熔点在约115℃-130℃，或者更低。

所述纤维层1、2、3可以由相同种类的短纤维或不同种类的短纤维形成，例如可以分别选用熔点在130℃和230℃的涤纶，或分别选用熔点在130℃的涤纶和熔点190℃的聚丙烯（PP）。

所述纤维层1、2、3的种类也可以由使用所述无纺布的过滤器所决定，可以使用任何种类的短纤维，例如是聚酯、涤纶、丙纶（PP）、尼龙和亚克力，此外，还有锦纶（PA）、粘胶纤维、腈纶、乙纶（HDPE）、氯纶（PVC）等。

本发明的特征在于，所述低熔点纤维层是固化的材料，尤其是具有在被加热熔融之后可以固化的性质，以致于由此形成的无纺布能够自支撑而具有形态保持性。本发明无纺布的另一个特点是具有优异的可模制成型性，即按照实际应用需要，将所述无纺布模压成各种形状后能够稳定地保持该形状。

所述低熔点纤维层2的熔融、固化过程可以按照以下方式进行。在所述纤维层1、2、3经过针刺等工艺转变为坯布织物后，将所述无纺布在给定的温度中使低熔点的纤维层2熔融成为熔融状态而缠结着高熔点纤维、然后经过快速冷却所形成的，所述给定的温度低于所述高熔点纤维层的熔点、但高于所述低熔点纤维层的熔点，使得所述低熔点的纤维层2熔融然后再冷却，纤维层2的一部分会渗入所述纤维层1和3中，纤维层2经冷却后会固化成为较硬的材料。通过A型邵氏硬度计来测量，本发明的无纺布的邵氏A硬度可高达50-80度，硬度是物质受压变形程度或抗刺穿能力的一种物理度量方式。

在无纺布具有相同密度的情况下，本发明的无纺布的硬度取决于无纺布中低熔点纤维的比例。低熔点纤维的比例越高，所得到的无纺布的硬度越大。一般以重量百分比来说，低熔点纤维为无纺布材料整体的20%-50%，高熔点纤维为无纺布材料整体的50%-80%。优选地，低熔点纤维为无纺布材料整体的30%-40%，高熔点纤维为无纺布材料整体的60%-70%。

本发明的无纺布具有较高的硬度，因此它可以是自支撑的，即所述无纺布不需任何支撑物就可以自己竖立，或放置在两个支点上而不会有明显的弯曲。尤其是，本发明的无纺布制造长达2米的过滤器筒体时，其硬度仍然足以保持筒体的形态，在竖立放置或平放时无需任何支架。在本发明的无纺布被安装到过滤器中时，过滤器中可以省去支撑框架。如图4所示，在使用本发明的无纺布的过滤器中，不需要安装任何支撑构件，其中无纺布20可以支撑自身的重量以及端部的重量。在现有技术中，尚未发现由短纤维制作的无纺布可以支撑自身的重量，这是因为现有的短纤维制作的无纺布都是柔软的，硬度不足够大。

由于本发明的无纺布具有优异的硬度，例如用邵氏A硬度计测量为50-80度，所以是可打褶的。这是本发明针刺无纺布(felt)的一个重要特征，是现有针刺无纺布所无法实现的。图3所示为本发明的针刺无纺布制造成皱褶形状，可用于皱褶形状的过滤器以增大过滤面积，同样不需任何支撑框架。

在本实施例的无纺布中，低熔点纤维层由于是在熔融后被固化而形成的，它起到支撑层的作用；而高熔点纤维层在无纺布的加工过程中不会被熔化，仍然保留无纺布的基本特性，例如其过滤性、透气性和吸附性不会有改变，因此，所述高熔点的纤维层可以用作过滤器的过滤介质。

本发明针刺无纺布的另一个重要特征是，该无纺布在模压成任何形状或构造之后，能够很好地保持该模压的形状或构造。由于具有非常好的成型性，本发明的针刺无纺布在许多领域都获得广泛的应用，例如在过滤设备的应用上，所述无纺布可以根据需要模制成各种不同形状的过滤器部件。下文将作详细描述。

本发明针刺无纺布的再一个重要特征是，该无纺布的抗压强度非常高，即使在该无纺布上形成褶皱，这些褶皱也有很高的抗压强度。本发明曾经做过测试，将打褶后的针刺无纺布浸没在水中24小时，取出后放在平面上用200吨以上的汽车来回碾过该打褶后的无纺布。结果发现，无纺布上的褶皱仍然能够保持其形态，没有发生坍塌现象。这表明，本发明的针刺无纺布即使做成褶皱状也具有很高的抗冲击和抗压能力，能够长期经受脉冲气流或液体的反复喷打和冲刷以及来自清洁气体或液体的冲击，作为过滤介质的材料有利于保持过滤介质的尺寸稳定性。

本发明的无纺布的克重一般在150-2000g/m²范围内。例如，要制作克重约为500g/m²的无纺布，可以采用克重分别为170g/m²两层高熔点短纤维1、3将克重为160g/m²低熔点短纤维层2夹在中间而成。在制成产品后，两侧的高熔点纤维层1、3相对柔软，吸尘能力强；中间的低熔点纤维层2相对较硬，起支撑作用，该三层坯布可以通过例如针刺、水刺等工艺互相连结起来。如本领域技术人员所公知，相同克重的无纺布可按照实际应用的需要制成不同密度的织物。

另外，在本发明的无纺布中可以加入晶核剂、消光剂、颜料、抗菌剂、阻燃剂、亲水剂等添加剂，以进一步增强性能或满足特定的用途。还可以利用如压花辊等装置，在本发明的无纺布产品上印上图案。

下面描述本发明的无纺布的制造方法。一般来说，本发明的无纺布的制造方法包括制作坯布的前处理步骤和处理坯布的后处理步骤。

所述前处理步骤包括以下步骤。首先，将棉花状的短纤维材料放入梳理机中梳理，之后在铺网机铺呈成网状平面层，所述纤维层可以是只含有均匀混合的高熔点短纤维和低熔点短纤维的单层，也可以是交替铺设的高熔点短纤维层和低熔点短纤维层，例如两层、三层或更多层。然后将网状平面的纤维层经过例如针刺等工艺处理。针刺之后的纤维原料已成型为无纺坯布，然后将其成卷备用。

所述后处理步骤包括以下步骤：将坯布放入烘箱，以高于低熔点短纤维层的熔点、且低于高熔点短纤维层的熔点的温度对所述坯布进行热处理，使所述低熔点短纤维层熔化。在热处理后，低熔点纤维会熔化，变成熔融状态而缠结着高熔点纤维，而高熔点纤维不会熔化，这样所述坯布的结构变成熔化的低熔点纤维夹在未熔化的高熔点纤维之间。之后将热处理后的坯布进行冷却处理，将所述熔化的低熔点短纤维层固化，从而得到本发明的无纺布。

优选地，所述高熔点纤维的熔点在约180℃以上，例如在190℃-230℃之间，优选地在215℃-230℃之间，或者更高。而所述低熔点纤维的熔点在约115℃-130℃之间，或者更低，这时所述热处理温度可以为约140℃-150℃，所述冷却温度可以为约10-15℃。

进行热处理时，优选地采用热风垂直地吹向坯布的上下表面，使热风可以直接穿透坯布，对内部的低熔点纤维层进行加热。冷却处理所述坯布最好要快速，例如在冷却所述坯布时，可以将例如200kg重的冷却辊以自重方式向下压在坯布上，或者当无纺布的克重较大时可采用油压方式将冷却辊向下压在坯布上，以使冷却的速度更快，例如在约5-15秒的时间内就可以使所述无纺布从约150℃冷却到约15℃，使所制得的无纺布更致密。

之后根据需要，例如如果期望形成皱褶过滤器的过滤元件，可以将本发明的无纺布进行打褶处理，形成波纹状的无纺布，如图3所示。

通过A型邵氏硬度计来测量，根据上述制造方法获得的本发明无纺布的邵氏A硬度可以高达50-80度，足以支撑自身的重量或者进行打褶等处理。

除了针刺工艺之外，所述前处理步骤还可以采用水刺、热粘合、气流成网、湿法或缝编等工艺步骤来形成坯布。

水刺工艺是将高压微细水流喷射到一层或多层纤维网上，使纤维相互缠结在一起，从而使纤网得以加固而具备一定强力。

热粘合无纺布是指在纤网中加入纤维状或粉状热熔粘合加固材料，纤网再经过加热熔融冷却加固成布。

气流成网无纺布又可称做无尘纸、干法造纸无纺布。它是采用气流成网技术将木浆纤维板开松成单纤维状态，然后用气流方法使纤维凝集在成网帘上，纤网再加固成布。

湿法无纺布是将置于水介质中的纤维原料开松成单纤维，同时使不同纤维原料混合，制成纤维悬浮浆，悬浮浆输送到成网机构，纤维在湿态下成网再加固成布。

针刺无纺布是干法无纺布的一种，针刺无纺布是利用刺针的穿刺作用，将蓬松的纤网加固成布。

缝编无纺布是干法无纺布的一种，缝编工艺是利用经编线圈结构对纤网、纱线层、非纺织材料（例如塑料薄片、塑料薄金属箔等）或它们的组合体进行加固，以制成无纺布。

这些用于形成坯布的工艺步骤本身是已知的，这里不再赘述。

由于本发明的针刺无纺布具有良好的过滤性、透气性、吸附性、硬度、成型性、重量轻、能够经受来自清洁气体或液体的反复喷打和冲刷以及能够作打褶处理等特点，所以特别适合用来制作过滤介质。

图4所示为使用本发明的针刺无纺布作为过滤介质的筒式过滤器100。具体地，在完成本发明的无纺布的上述制造过程之后，可以将本发明的无纺布20作打褶处理，形成褶皱22后弯成具有两端开口的圆筒状，再安装在过滤器的两个端盖24，26之间，使由高熔点纤维所形成的纤维层面向待过滤的气流或流体，从而形成图4所示的过滤器。在本实施例中，端盖24，26由金属如不锈钢制成，呈环形。由于本发明的无纺布的硬度较高，因此在图4的过滤器中不需任何用于无纺布20的支撑框架，这一方面节约了过滤器的材料成本和更换过滤器的操作成本，另一方面也使无纺布与过滤器端蓋之间的安装过程更简单。使用本发明无纺布的筒式过滤器与现有过滤器相比可以节省大量的成本。与由纺粘型无纺布形成的褶皱不同，本发明无纺布的褶皱不容易塌陷，因此能够维持筒式过滤器的过滤面积，若褶皱之间的跨距足够大，也能够减少了粉尘架桥，易于冲洗清洁。

图5所示是对图4所示的筒式过滤器的进一步改进。具体地，图5示出的过滤器200与图4示出的筒式过滤器100的不同之处在于，两个端盖34，36由本发明的针刺无纺布模压而成，并且所述端盖的表面轮廓模制成与所述褶皱形状的过滤筒体的横截面形状相对应，使得端盖外形形成的隆起33和凹穴35与过滤筒体中每个褶皱的拱起与相邻褶皱之间形成的凹槽齐平。这样做的好处是附着于过滤筒体的粉尘会沿着过滤筒体的凹槽和端盖的凹穴滑落，不会积聚在端盖上，因而减少了清洁端盖和过滤筒体的操作成本。

作为一种选择，可以在本发明的针刺无纺布表面上施加PTFE膜(聚四氟乙烯膜)或者丙烯酸涂层，以增大无纺布的光滑度。这样有利于附着在过滤筒体上的粉尘脱落和清洁。

图6和图7所示为两种不同的袋式过滤器。常规袋式过滤器一般包括柔性滤袋和在滤袋内部做成篮状的支承结构，以防止滤袋由于从袋外向袋内流动的气体而造成坍塌。安装常规袋式过滤器时，需要先将滤袋固定在适当位置，然后将与该滤袋的尺寸相适应的篮状支承结构放入滤袋中。因此，常规袋式过滤器的安装和更换需要极大的劳动强度。

图6示出的是采用本发明的无纺布制作过滤介质的一种袋式过滤器300，如图所示，该袋式过滤器300包括由本发明针刺无纺布制成的滤袋42。滤袋42经打褶后形成褶皱44再弯成圆筒状，或者利用本发明针刺无纺布的成型性，模压形成一条一条褶皱后再弯成圆筒状。滤袋的底端密封，顶端为压扣带式开口端46以固定滤袋及供过滤后的干净气体流出。由于本发明的无纺布的硬度较高并且模压成型后能保持形态，因此袋式过滤器300省去了常规袋式过滤器所必需的篮状支承结构。这样，不但节约了支承结构的材料成本和更换、维修过滤器的操作成本，而且过滤器的安装和更换大大简化，降低了劳动强度。

图7所示是袋式过滤器的另一种变型。如图所示，该袋式过滤器400，包括筒体、一密封端和一开口端，所述筒体和密封端是由本发明的针刺无纺布一体地模压形成的。由于本发明的无纺布在模压成型后能够保持其形状或构造，并且具有较高的硬度，由此形成的袋式过滤器400能抵抗较高的冲击力而具有尺寸稳定性。

图8至图11示出的是采用本发明针刺无纺布制成的CGR板式过滤器。常规CGR(Caulked,Gasketed,Recessed)板式过滤器包括嵌入式支承板和固定于该支承板两侧的滤布。其中支承板的周边形成环状凹槽，中心位置设有通孔；滤布的边缘缝入密封圈，固定滤布时需要将滤布从支承板一侧穿过中心通孔再展开紧贴于支承板表面，然后将缝有密封圈的边缘用力嵌入(例如采用锤子敲入)支承板的周边环状凹槽中，这是为了有效地阻止毛细渗漏现象。常规CGR板式过滤器的制作、安装和更换涉及缝制滤布边缘、缝入密封圈并将密封圈嵌入凹槽、将滤布穿过支承板的中心通孔再展开等等，这些操作涉及庞大的人力和时间，不但繁琐耗时，劳动强度大，而且大大增加了成本及生产周期。此外，在将滤布安装到嵌入式支承板时容易令滤布破损而不能再用。

图8至图11所示为采用本发明针刺无纺布制成的CGR板式过滤器500，包括第一过滤元件52、第二过滤元件54以及夹在二者之间的具有中心通孔57的嵌入式支承板56，其中所述第一和第二过滤元件52、54和嵌入式支承板56都由本发明的针刺无纺布分别一体模压而成。嵌入式支承板56的结构与常规CGR板式过滤器的支承板大致相同。第一过滤元件52和第二过滤元件54各包括过滤元件本体51、在过滤元件本体的中心形成的中空筒状芯53和在过滤元件本体的周缘形成的半圆形凸缘55，其中所述筒状芯53和所述凸缘55在所述过滤元件本体的同一侧向外突出。但第二过滤元件的中空筒状芯的直径稍微比第一过滤元件的中空筒状芯的直径小，以便于第二过滤元件的中空筒状芯刚好插入并嵌接固定在第一过滤元件的中空筒状芯内。在本实施例中所述过滤元件本体51、筒状芯53和圆形凸缘55由本发明的针刺无纺布一体模压制成。

第一过滤元件52的筒状芯的形状和尺寸做成该筒状芯刚好延伸穿过所述嵌入式支承板56的中心通孔57，所述第二过滤元件54的筒状芯的形状和尺寸做成该筒状芯刚好能够延伸穿过所述第一过滤元件的筒状芯并互相啮合在一起。第一和第二过滤元件52、54的半圆形凸缘的形状和尺寸做成刚好嵌接在沿所述嵌入式支承板周缘形成的凹槽58内并保持固定在一起。

如上所述，由于本发明的无纺布具有优异的硬度和成型性，所以模压成型的第一过滤元件52、第二过滤元件54和嵌入式支承板56都能够稳定地保持各自的形态。安装CGR板式过滤器500时，只需要将第一过滤元件52的筒状芯从支承板56一侧穿过中心通孔57，然后将半圆形凸缘55稍稍用力就可以压入支承板56的环状凹槽58内。接着，将第二过滤元件54的筒状芯从支承板56的另一侧穿过中心通孔57和第一过滤元件52的筒状芯，使得第二过滤元件54的筒状芯刚好啮合在第一过滤元件52的筒状芯内，然后将第二过滤元件54的圆形凸缘55稍稍用力就可以压入支承板56另一侧的环状凹槽58内。安装过程可参阅图10和11所示。

由此可见，本发明的CGR板式过滤器500省去了常规CGR板式过滤器所必需的缝制滤布边缘、缝入密封圈并用锤子嵌入凹槽、将滤布穿过支承板的中心通孔再展开等等操件，大大降低了劳动强度和减少了操作、安装和更换过滤器的成本。而且两侧过滤元件的安装是独立的，所以可随意更换或处理任一侧的过滤元件。

图12和图13示出的是采用本发明针刺无纺布制成的组成转盘过滤器的扇形过滤单元。如本领域人员所公知，转盘过滤器一般应用在重工业如铁矿业、煤矿业等等行业处理液-固分离操作，由多个扇形过滤元件相互连接成圆盘状。每个扇形过滤元件包括滤袋和放置在滤袋内用于支撑滤袋的支撑板，所述支撑板具有多个引导滤液流向过滤器出口的凹槽。现有技术中的支撑板通常由金属制成，非常笨重，导致安装、维修、搬迁和更换扇形过滤元件极其费力。

由于本发明的针刺无纺布具有重量轻、硬度高、强度高、易于成型和形态保持性等特点，所以用本发明的无纺布模压成型为支撑板，可以显著地减轻支撑板的重量但其硬度又足以支持滤袋，并且能够保持其模制形状，提供足够的抗压能力。同样地，所述支撑板的外形可以沿其纵向模压形成多个凹槽以引导滤液经所述凹槽流向滤液出口，如图12所示。一般地，由本发明的针刺无纺布制成的支撑板的重量相对于常规金属支撑板轻了大约1/3至1/4，这有利于减轻操作支撑板的劳动强度。

根据本发明另一个变型，由本发明的针刺无纺布制成第一过滤壁62和与所述第一过滤壁相对的第二过滤壁64，所述第一和第二过滤壁62，64之间形成滤液室66以容纳流过所述第一和第二过滤壁的滤液，如图13所示。在该实施例中，容纳在所述滤液室内的支撑板61如图12所示，也是由本发明的针刺无纺布模压形成，其外形沿支撑板61的径向形成多个凹槽63以引导滤液经所述凹槽流向滤液出口65。

所述第一和第二过滤壁62，64的形状做成它们互相接合形成封闭的腔室。参见图13，图中示出了第一和第二过滤壁62，64互相嵌接形成闭合腔室的一个例子。如图所示，第一和第二过滤壁62，64各具有垂直表面67、沿该垂直表面67上、下端分别向同一侧水平地延伸的上侧面68和下侧面69。其中，第一和第二过滤壁62，64的上、下侧面68，69的尺寸和形状做成刚好紧密地卡接在一起，不会松脱。安装上述扇形过滤元件时，只要把第一和第二过滤壁夹在支撑板两侧，然后稍为用力就可以将第一和第二过滤壁的上、下侧面卡接固定在一起，形成过滤腔室。

以上以优选实施例介绍了本发明的具有较高硬度的无纺布及其制造方法，以及使用本发明无纺布的过滤器。本领域技术人员可以按照说明书中的教导对本发明进行各种改进和/修改，这些改进和/或修改都应当被包括在本发明权利要求书的范围中。

Claims (46)

1.一种无纺布，其特征在于，所述无纺布由相同种类或不同种类的至少一种低熔点短纤维和至少一种高熔点短纤维制成，所述无纺布是针刺无纺布，所述无纺布的硬度足以使该无纺布能够自支撑而具有形态保持性，并且所述无纺布具有可模制成型性，即所述无纺布能够被模压成所需的形状，且在模压成所需的形状后在使用中能够在外部压力下稳定地保持所述形状的形态，所述无纺布的克重在500-2000g/m²范围内，所述无纺布是由所述低熔点短纤维和高熔点短纤维均匀混合形成的单层纤维层。

2.根据权利要求1的无纺布，特征在于所述低熔点短纤维是在被加热熔化为熔融状态而缠结着高熔点纤维，之后再快速冷却固化而形成。

3.根据权利要求1的无纺布，特征在于所述高熔点短纤维的熔点在180℃-230℃范围内，所述低熔点短纤维的熔点在115℃-130℃范围内。

4.根据权利要求1的无纺布，特征在于所述低熔点短纤维或高熔点短纤维选自聚酯、丙纶、亚克力、锦纶、粘胶纤维、腈纶、乙纶和氯纶。

5.根据权利要求4的无纺布，特征在于所述聚酯是涤纶。

6.根据权利要求1的无纺布，特征在于所述无纺布的邵氏A硬度高达50-80度。

7.根据权利要求1的无纺布，特征在于所述无纺布能够打褶的。

8.根据权利要求1的无纺布，特征在于以重量百分比来说，所述低熔点短纤维为无纺布材料整体的20％-50％，所述高熔点短纤维为无纺布材料整体的50％-80％。

9.根据权利要求8的无纺布，特征在于以重量百分比来说，所述低熔点纤维为无纺布材料整体的30％-40％，所述高熔点短纤维为无纺布材料整体的60％-70％。

10.根据权利要求1的无纺布，特征在于所述无纺布按照以下方式得到：在所述低熔点和高熔点纤维形成坯布后，将所述坯布在低于所述高熔点纤维的熔点、但高于所述低熔点纤维的熔点的温度下进行热处理使低熔点纤维熔化为熔融状态而缠结着高熔点纤维、然后经过快速冷却所形成的。

11.一种无纺布，其特征在于，所述无纺布由相同种类或不同种类的至少一种低熔点短纤维和至少一种高熔点短纤维制成，所述无纺布是针刺无纺布，所述无纺布的硬度足以使该无纺布能够自支撑而具有形态保持性，并且所述无纺布具有可模制成型性，即所述无纺布能够被模压成所需的形状，且在模压成所需的形状后在使用中能够在外部压力下稳定地保持所述形状的形态，所述无纺布的克重在500-2000g/m²范围内，所述无纺布包括至少两个高熔点短纤维层以及夹在每两个高熔点短纤维层之间的一个低熔点短纤维层。

12.根据权利要求11的无纺布，特征在于所述低熔点短纤维是在被加热熔化为熔融状态而缠结着高熔点纤维，之后再快速冷却固化而形成。

13.根据权利要求11的无纺布，特征在于所述高熔点短纤维的熔点在180℃-230℃范围内，所述低熔点短纤维的熔点在115℃-130℃范围内。

14.根据权利要求11的无纺布，特征在于所述低熔点短纤维或高熔点短纤维选自聚酯、丙纶、亚克力、锦纶、粘胶纤维、腈纶、乙纶和氯纶。

15.根据权利要求14的无纺布，特征在于所述聚酯是涤纶。

16.根据权利要求11的无纺布，特征在于所述无纺布的邵氏A硬度高达50-80度。

17.根据权利要求11的无纺布，特征在于所述无纺布能够打褶的。

18.根据权利要求11的无纺布，特征在于以重量百分比来说，所述低熔点短纤维为无纺布材料整体的20％-50％，所述高熔点短纤维为无纺布材料整体的50％-80％。

19.根据权利要求18的无纺布，特征在于以重量百分比来说，所述低熔点纤维为无纺布材料整体的30％-40％，所述高熔点短纤维为无纺布材料整体的60％-70％。

20.根据权利要求11的无纺布，特征在于所述无纺布按照以下方式得到：在所述低熔点和高熔点纤维形成坯布后，将所述坯布在低于所述高熔点纤维的熔点、但高于所述低熔点纤维的熔点的温度下进行热处理使低熔点纤维熔化为熔融状态而缠结着高熔点纤维、然后经过快速冷却所形成的。

21.一种过滤器，特征在于，采用根据权利要求1-20之一的无纺布作为制造所述过滤器的过滤介质的材料。

22.根据权利要求21的过滤器，所述过滤器是筒式过滤器，特征在于，所述无纺布形成圆筒状过滤筒体，所述过滤筒体是自支撑的。

23.根据权利要求22的过滤器，特征在于，所述过滤筒体做成褶皱形状。

24.根据权利要求23的过滤器，特征在于，所述过滤器还包括根据权利要求1-20之一的无纺布制成的端盖，所述端盖的表面轮廓模制成与所述褶皱形状的过滤筒体的横截面形状相对应。

25.根据权利要求21至24中任一项的过滤器，特征在于，所述无纺布的表面施加PTFE膜或丙烯酸涂层。

26.根据权利要求21的过滤器，所述过滤器是袋式过滤器，特征在于，所述无纺布被模制成所述袋式过滤器的滤袋，所述滤袋是自支撑的。

27.根据权利要求21的过滤器，所述过滤器是袋式过滤器，特征在于，所述无纺布在打褶后被弯卷成所述袋式过滤器的过滤袋，所述滤袋是自支撑的。

28.根据权利要求21的过滤器，所述过滤器是CGR嵌入板式过滤器，包括第一过滤元件、与所述第一过滤元件相对的第二过滤元件以及夹在二者之间的具有中心通孔的嵌入式支承板，特征在于，所述第一和第二过滤元件由所述无纺布模压而成。

29.根据权利要求28的过滤器，特征在于，所述第一和第二过滤元件各包括过滤元件本体、在过滤元件本体的中心形成的筒状芯和在过滤元件本体的周缘形成的凸缘，所述筒状芯和所述凸缘在所述过滤元件本体的同一侧向外突出，并且所述过滤元件本体、筒状芯和凸缘由所述无纺布一体模压制成；

所述第一过滤元件的筒状芯的形状和尺寸做成该筒状芯刚好延伸穿过所述嵌入式支承板的中心通孔，所述第二过滤元件的筒状芯的形状和尺寸做成该筒状芯刚好能够延伸穿过所述第一过滤元件的筒状芯并互相啮合在一起；

所述第一和第二过滤元件的凸缘的形状和尺寸做成刚好嵌接在沿所述嵌入式支承板周缘形成的凹槽内。

30.根据权利要求21的过滤器，所述过滤器是由多个扇形过滤元件彼此相连而形成的转盘过滤器，特征在于，所述扇形过滤元件各包括由所述无纺布制成的第一过滤壁和由所述无纺布制成并与所述第一过滤壁相对的第二过滤壁，所述第一和第二过滤壁之间形成滤液室以容纳流过所述第一和第二过滤壁的滤液。

31.根据权利要求30的过滤器，所述扇形过滤元件还包括容纳在所述滤液室内的支撑板，特征在于，所述支撑板由所述无纺布模压形成，其外形沿所述支撑板的径向形成多个凹槽以引导滤液经所述凹槽流向滤液出口。

32.根据权利要求30或31的过滤器，特征在于，所述第一和第二过滤壁的形状做成它们互相接合形成封闭的腔室。

33.一种转盘过滤器，所述转盘过滤器包括多个彼此相连的支撑板和用于封装所述支撑板的滤袋，特征在于，所述支撑板由根据权利要求1-20之一的无纺布模压形成。

34.根据权利要求33的过滤器，特征在于，所述支撑板的外形沿其径向形成多个凹槽以引导滤液经所述凹槽流向滤液出口。

35.一种制造权利要求1-10之一的无纺布的方法，包括下列步骤：

1)将棉花状的高熔点短纤维和低熔点短纤维按要求的比例放入混棉箱中使高熔点短纤维和低熔点短纤维混合均匀以制成单层纤维；

2)将混合后的纤维输送到梳理机中梳平；

3)将梳平之后的纤维再送到铺网机中使其铺呈成网状平面；

4)将网状平面的纤维送入成型机中进行定型处理，制成坯布；

其特征在于还包括以下步骤：

5)在高于低熔点短纤维的熔点但低于高熔点短纤维的熔点的温度下对所述坯布进行热处理，使所述低熔点短纤维熔化，但所述高熔点纤维保持未熔融状态；

6)冷却所述热处理后的坯布，使所述熔化的低熔点短纤维固化，得到所述无纺布。

36.根据权利要求35的制造方法，特征在于在热处理过程中，所述低熔点短纤维熔化，变成熔融状态而缠结着高熔点纤维，而所述高熔点短纤维不会熔化。

37.根据权利要求35或36的制造方法，特征在于，所述高熔点短纤维的熔点在180℃-230℃，所述低熔点短纤维的熔点在115℃-130℃，所述热处理的温度为140℃-150℃，所述冷却的温度为10℃-18℃。

38.根据权利要求35或36的制造方法，特征在于热风以垂直方向吹向坯布的上下表面，使热风直接穿透坯布，对内部的低熔点纤维进行加热。

39.根据权利要求35或36的制造方法，特征在于采用冷却辊以自重形式或者通过油压方式将冷却辊向下压在坯布上，对所述坯布进行快速冷却。

40.根据权利要求35或36的制造方法，特征在于将所述无纺布进行打褶处理，形成褶皺状的无纺布。

41.一种制造权利要求11-20之一的无纺布的方法，包括下列步骤：

1)将棉花状的高熔点短纤维和低熔点短纤维按要求的比例交替放入混棉箱中使高熔点短纤维和低熔点短纤维分别混合均匀以制成多层纤维；

2)将混合后的纤维输送到梳理机中梳平；

3)将梳平之后的纤维再送到铺网机中使其铺呈成网状平面；

4)将网状平面的纤维送入成型机中进行定型处理，制成坯布；

其特征在于还包括以下步骤：

5)在高于低熔点短纤维的熔点但低于高熔点短纤维的熔点的温度下对所述坯布进行热处理，使所述低熔点短纤维熔化，但所述高熔点纤维保持未熔融状态；

6)冷却所述热处理后的坯布，使所述熔化的低熔点短纤维固化，得到所述无纺布。

42.根据权利要求41的制造方法，特征在于在热处理过程中，所述低熔点短纤维熔化，变成熔融状态而缠结着高熔点纤维，而所述高熔点短纤维不会熔化，由此所述坯布的结构变成熔化的低熔点短纤维层夹在未熔化的高熔点短纤维层之间。

43.根据权利要求41或42的制造方法，特征在于，所述高熔点短纤维的熔点在180℃-230℃，所述低熔点短纤维的熔点在115℃-130℃，所述热处理的温度为140℃-150℃，所述冷却的温度为10℃-18℃。

44.根据权利要求41或42的制造方法，特征在于热风以垂直方向吹向坯布的上下表面，使热风直接穿透坯布，对内部的低熔点纤维层进行加热。

45.根据权利要求41或42的制造方法，特征在于采用冷却辊以自重形式或者通过油压方式将冷却辊向下压在坯布上，对所述坯布进行快速冷却。

46.根据权利要求41或42的制造方法，特征在于将所述无纺布进行打褶处理，形成褶皺状的无纺布。