本发明涉及一种驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网及其制备方法，属于熔喷非织造。
背景技术：
1、随着城市化发展和工业化推进，空气污染已成为与噪声污染、水污染并列的世界三大环境污染问题之一。气溶胶作为污染空气的主要成分以及细菌和病毒的载体，长期吸入会引发呼吸道感染、肺炎和癌症等疾病，严重威胁人体生命健康，甚至导致死亡。空气过滤材料是降低空气污染带来危害的重要手段，其易于气流通过的同时可有效捕获气溶胶颗粒。由于目前熔喷技术制备的空气过滤材料纤维表面光滑，导致电晕驻极或水驻极后纤维网表面电荷量低；同时熔喷纤维结晶度小，导致储存电荷量少。空气过滤材料驻极易失效、使用寿命短等问题，无法满足实际过滤应用要求。
2、因此，本领域亟需一种高效低阻、长效稳定的空气过滤材料，以解决现有熔喷技术制备的空气过滤材料存在的过滤效率低、阻力压降大、使用寿命短等问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为解决现有技术中熔喷技术制备的空气过滤材料存在的过滤效率低、阻力压降大、使用寿命短的问题。
2、为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种驻极熔喷核壳粗糙结构纤维基空气滤网及其制备方法。
3、本发明的第一方面，提供了一种驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，包括驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网及驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网。
4、优选地，所述的驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网包括以下组分：
5、
6、
7、其中，核、壳层刚性聚合物为聚烯烃类或聚酯类聚合物；壳层柔韧性聚合物包括聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚氨酯或聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯，各份数按质量份数计算。
8、优选地，所述的聚烯烃类聚合物为聚丙烯、聚乙烯，聚酯类聚合物为聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯或聚丙烯酸甲酯。
9、优选地，所述的驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网包括以下组分：
10、
11、其中，核、壳层刚性聚合物为聚烯烃类或聚酯类聚合物；壳层柔韧性聚合物包括聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚氨酯或聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯，各份数按质量份数计算。
12、优选地，所述的聚烯烃类聚合物为聚丙烯、聚乙烯，聚酯类聚合物为聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯或聚丙烯酸甲酯。
13、本发明的第二方面，提供了上述驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网的制备方法，包括驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网的制备方法及驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网的制备方法；
14、其中，所述的驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网的制备方法包括以下步骤：
15、步骤1、将核层刚性聚合物、壳层刚性聚合物、壳层柔韧性聚合物、成核剂与驻极添加剂分别置于鼓风干燥箱中在80℃条件下干燥6-10h；
16、步骤2、将干燥后的核层刚性聚合物、成核剂与驻极添加剂放入造粒机中混合均匀、加热挤出成型；壳层刚性及柔韧性聚合物放入造粒机中混合均匀、加热挤出成型；
17、步骤3、将步骤2中得到的核、壳层混合熔体，再冷却后经过切粒机切粒，分别得到核、壳层熔喷母粒；
18、步骤4、将步骤3中得到的熔喷母粒分别加入到双组分熔喷设备中进行熔喷纺丝，在热风高速高压的作用下，壳层中的刚性聚合物熔体变厚，柔韧性聚合物熔体变薄，形成垂直轴面剪切纹理的褶皱结构纤维，纤维进一步堆砌，最终得到得到褶皱结构纤维基网。其中，控制熔喷温度为180～290℃，其中核层熔喷系统一区至五区的温度比壳层熔喷系统一区至五区的温度低10℃，且核层熔体掺杂成核剂与驻极添加剂，促进核层快速结晶固化，从而对壳层熔体起支撑作用，使壳层熔体易于气流拉伸剪切，形成褶皱；
19、步骤5、将步骤4中得到的熔喷褶皱结构纤维网进行电晕驻极或水驻极，获得驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网；
20、优选地，所述的步骤1中，壳层刚性聚合物与壳层柔韧性聚合物的比例为：(0.1～4)：1。
21、优选地，所述的步骤4中，熔喷过程中，计量泵频率5～30hz，输网帘频率1～10hz，热风温度为220～290℃，热风压力为0.20～0.28mpa，接收距离15～30cm，形成的褶皱波长为130～960nm、振幅为20～80nm的褶皱结构纤维。
22、优选地，所述的步骤5中，电驻极过程为：经过电压为25～40kv的高压静电作用下，空气被局部击穿，中性分子电离产生大量正电离子在电场作用下堆积在熔喷核/壳粗糙结构纤维基网，获得电晕驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基滤网；水驻极处理的过程为：经过净化的电阻率为18.2mω·cm的纯水在高压水泵作用下从扇形喷嘴喷出，含熔喷核/壳粗糙结构纤维网在频率为1～3hz的输网帘带动下穿过上下两侧压力为2～4mpa的扇形高压水雾进行驻极，随后在温度为45～55℃的热风烘干系统中进行烘干，干燥后得到水驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基滤网。
23、所述的驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网的制备方法包括以下步骤：
24、步骤a、将刚性聚合物、有机或无机类成核剂分别置于鼓风干燥箱中在80℃条件下干燥6-10h；
25、步骤b、将干燥后的核层刚性聚合物、无机或有机类成核剂与驻极添加剂放入造粒机中混合均匀、加热挤出成型；壳层刚性聚合物、无机类成核剂与驻极添加剂放入造粒机中混合均匀、加热挤出成型，分别得到核、壳层混合熔体；
26、步骤c、将步骤b中得到的核、壳层混合熔体，再冷却后经过切粒机切粒，分别得到核、壳层熔喷母粒。
27、步骤d、将步骤c中得到的熔喷母粒分别加入到双组分熔喷设备中进行熔喷纺丝，在热风高速高压的作用下，壳层刚性熔体的厚度变薄与粘度浓度稀化，使得无机类成核剂或驻极添加剂垂直低粘度浓度且厚度变薄的壳层熔体界面方向进行扩散，使壳层熔体表面凸起，获得纳米凸起结构纤维，纤维进一步堆砌，最终得到熔喷纳米凸起结构纤维网。其中，控制熔喷温度为180～290℃，且核层熔喷母粒的熔融温度比壳层熔喷母粒的熔融温度低10℃；
28、步骤e、将步骤d中得到的熔喷纳米凸起结构纤维网进行电晕驻极或水驻极，得到驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网。
29、优选地，所述的步骤c中，壳层混合熔体的分子量为：30～350。
30、优选地，所述的步骤d中，热风温度为220～290℃，热风压力为0.20～0.28mpa，熔喷过程中接收距离为15～30cm，输网帘频率为1～12hz。
31、优选地，所述的步骤e中，电驻极过程为：经过电压为25～40kv的高压静电作用下，空气被局部击穿，中性分子电离产生大量正电离子在电场作用下堆积在熔喷核/壳粗糙结构纤维基网，获得电晕驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基滤网；水驻极处理的过程为：经过净化的电阻率为18.2mω·cm的纯水在高压水泵作用下从扇形喷嘴喷出，含熔喷核/壳粗糙结构纤维网在频率为1～3hz的输网帘带动下穿过上下两侧压力为2～4mpa的扇形高压水雾进行驻极，随后在温度为45～55℃的热风烘干系统中进行烘干，干燥后得到水驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基滤网。
32、本发明的第三方面，提供了一种通过上述方法制备得到的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，包括电晕驻极及水驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网、电晕驻极及水驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网。
33、在制备方法的技术方案中，技术原理如下：熔喷核/壳粗糙结构纤维基网的成型过程中，纤维的核/壳结构成型，高温高速气流使混合熔体与气流传质传热，气流热量以保证核、壳层混合熔体的分子量、动态粘度、结晶行为等两层的差异化因素，壳层熔体包覆在核层熔体外，根据菲克扩散定律，在单位时间内核层熔体通过垂直于壳层熔体扩散方向进行单位截面积的扩散物质流量。随后核层熔体向壳层熔体内界面扩散，随后两层界面处产生热粘合，从而获得稳定的核/壳结构。然而熔喷核/壳粗糙结构纤维基网中的熔喷褶皱结构、凸起结构的形成机理并不一样。
34、在褶皱结构的成型中，由于上述核壳结构成型的两层熔体差异化特性的影响，使得核层熔体比壳层熔体先结晶固化，并起支撑固定作用。首先，在气流高速高压的作用下，壳层混合熔体界面厚度产生变化(刚性聚合物熔体变厚，柔韧性聚合物熔体变薄)，进一步原位成褶，气流对混合熔体产生强烈剪切；在壳层混合熔体中，熔体外侧界面受气流垂直拉伸，形成垂直纹理的张裂隙，张裂隙内侧受压缩，形成轴面剪切纹理。最后，随着核/壳层混合熔体的垂直下降(接近熔喷接收场)，熔喷气流场的热量逐渐下降，气流使壳层混合熔体由液相向固相转变，壳层熔体界面的褶皱结构固定型，形成褶皱结构。
35、为了更好地促进纳米凸起结构成型，前提将壳层混合熔体的相对分子量与粘度降低。在纳米凸起结构的成型中，首先在气流高速高压的作用下，壳层混合熔体发生变形和不稳定波动，使得壳层混合熔体的厚度变薄，界面粘度及浓度稀化；随后高浓度固态的无机类成核与驻极添加剂垂直低浓度的壳层熔体界面方向进行扩散，使壳层熔体界面凸起。最后，随着核/壳层混合熔体的垂直下降(接近熔喷接收场)，熔喷气流场的热量逐渐下降，气流使壳层混合熔体由液相向固相转变，壳层熔体界面的凸起结构固定型，形成纳米凸起结构。
36、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
37、(1)在水驻极摩擦过程中，由于核/壳粗糙结构纤维网具有褶皱结构与纳米粗糙结构，纤维基网的粗糙度比光滑表面纤维基网高，有利于产生密度更高的表面电荷；纤维核层能掺杂更多的成核与驻极添加剂，使得纤维核层获得高结晶度，因此在热烘干过程中促进更多电荷进行深阱捕获，使得纤维基网储存更多的电荷；此外，由于赋予粗糙结构的纤维网进行电晕驻极和水驻极后，有利于防止表面电荷逸散。
38、(2)相对于现有通过热后处理拉伸纤维基网产生的粗糙结构，本发明制备的纤维粗糙结构更可控，工艺程序更为简单快捷、节省能耗。
1.一种驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，其特征在于，包括驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网及驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网。
2.如权利要求1所述的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，其特征在于，所述的驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网包括以下组分：
3.如权利要求2所述的的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，其特征在于，所述的聚烯烃类聚合物为聚丙烯、聚乙烯，聚酯类聚合物为聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯或聚丙烯酸甲酯。
4.如权利要求1所述的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，其特征在于，所述的驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网包括以下组分：
5.如权利要求4所述的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，其特征在于，所述的聚烯烃类聚合物为聚丙烯、聚乙烯，聚酯类聚合物为聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯或聚丙烯酸甲酯。
6.一种如权利要求1～5中任一项所述的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网的制备方法，其特征在于，包括驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网的制备方法及驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网的制备方法；
7.如权利要求6所述的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，壳层刚性聚合物与壳层柔韧性聚合物的比例为：(0.1～4)：1。
8.如权利要求6所述的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，熔喷过程中，计量泵频率5～30hz，输网帘频率1～10hz，热风温度为220～290℃，热风压力为0.20～0.28mpa，接收距离15～30cm，形成的褶皱波长为130～960nm、振幅为20～80nm的褶皱结构纤维。
9.如权利要求6所述的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网的制备方法，其特征在于，所述的步骤c中，壳层混合熔体的相对分子量：30～350；所述的步骤d中，热风温度为220～290℃，热风压力为0.20～0.28mpa，熔喷过程中接收距离为15～30cm，输网帘频率为1～12hz。
10.一种通过权利要求6～9中任一方法制备得到的驻极熔喷核/壳粗糙结构纤维基空气滤网，其特征在于，包括电晕驻极及水驻极熔喷核/壳褶皱结构纤维基空气滤网、电晕驻极及水驻极熔喷核/壳纳米凸起结构纤维基空气滤网。
