專利名稱：利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法及結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在化學(xué)污染防護(hù)濾材的應(yīng)用領(lǐng)域中，已有許多成熟技術(shù)，其中以纖維網(wǎng)中加載功能性微粒狀物質(zhì)，如活性碳，為技術(shù)的主流。已有許多發(fā)明文獻(xiàn)闡述此類濾材的生產(chǎn)技術(shù)，如US Patent Nos.4,795,668，Krueger etal.4,868,032由Eian et al.所揭示，5,486,410由Groeger et al.所揭示的纖維織物結(jié)構(gòu)含固定不動(dòng)的功能性微粒狀物質(zhì)等相關(guān)的技術(shù)，其主要都是應(yīng)用于吸附濾材的生產(chǎn)制程，以纖維為粘著劑，將功能性微粒狀物質(zhì)粘著于纖維結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而過濾空氣或液體，使通過的有毒污染物質(zhì)被功能性微粒吸附而達(dá)到防護(hù)過濾的目的。
現(xiàn)有技術(shù)中，有利用熔噴法(Melt-Blown)成網(wǎng)者，再將功能性微粒狀物質(zhì)，如活性碳，在制程中加入使之粘著于melt-blown棉網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)。因此種方式產(chǎn)生的濾材阻抗(pressure drop)較高，無法有效應(yīng)用于高微粒含量濾材的生產(chǎn)。且melt-blown纖維細(xì)小，棉網(wǎng)結(jié)構(gòu)的均勻與穩(wěn)定性差，在后續(xù)加工及應(yīng)用時(shí)易造成功能性微粒狀物質(zhì)的位移，甚至脫落損耗。
而由Groeger et al.所發(fā)表的US.5,486,410專利，其中以復(fù)合纖維型成的立體結(jié)構(gòu)為載體，將功能性微粒狀物質(zhì)固定于纖維網(wǎng)的孔洞內(nèi)，再利用后續(xù)一層一層迭合達(dá)到高微粒狀物質(zhì)含量的目的，增加功能性微粒狀物質(zhì)在濾材結(jié)構(gòu)內(nèi)的安定性，不致于后續(xù)加工應(yīng)用中脫落損耗，且可以生產(chǎn)高含量的功能性微粒狀物質(zhì)的濾材，如活性碳于化學(xué)吸附防護(hù)時(shí)，使用時(shí)效無形加長(zhǎng)。
然而以纖維網(wǎng)的立體結(jié)構(gòu)為載體，再將功能性微粒狀物質(zhì)粘著或固定于結(jié)構(gòu)中，雖然可達(dá)到一定的功能性，但因受限于載體既定的型態(tài)，其結(jié)構(gòu)只能以單一固定的型態(tài)呈現(xiàn)。而功能性微粒狀物質(zhì)含量的提高，雖有助于使用壽命的提升，但對(duì)實(shí)質(zhì)的吸附或過濾效率的幫助不大。
另外，先前技術(shù)是以機(jī)械方式將纖維先制成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，再利用纖維間的孔洞空間放置微粒狀物質(zhì)，在此過程中，因功能性微粒狀物質(zhì)的外觀立體形狀不同，大小與纖維間的孔洞大小亦不相同，欲控制結(jié)構(gòu)的密度均勻性更不容易，因此往往會(huì)造成許多孔洞無功能性微粒狀物質(zhì)填充的情況，進(jìn)而導(dǎo)致氣流或液體通過時(shí)因此處的阻力最小，因而造成流道效應(yīng)(channeling effect)。相對(duì)地，造成污染源分子無法被功能性微粒狀物質(zhì)捕捉的現(xiàn)象。因此，結(jié)構(gòu)密度不均勻也是造成效率不佳的因素，尤其是在層與層迭合之際，由于纖維結(jié)構(gòu)無法承受微粒狀物質(zhì)的重量，而使結(jié)構(gòu)崩塌，更是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)密度的缺陷，造成濾材品質(zhì)不佳。
同時(shí)，欲控制纖維粗細(xì)及微粒狀物質(zhì)外觀形狀大小，達(dá)到適當(dāng)?shù)慕M合，且結(jié)構(gòu)密度均勻，是以往各種技術(shù)所達(dá)不到之處。因?yàn)橄纫岳w維立體結(jié)構(gòu)為載體就已限制其結(jié)構(gòu)的型態(tài)，無法在制程中控制其變化性。
因此，針對(duì)功能性濾材，如吸附性濾材而言，在纖維結(jié)構(gòu)體中除了加入功能性微粒狀物質(zhì)外，還須能兼顧到吸附效率及使用的壽命，因此在結(jié)構(gòu)的安定性之外，必須要能夠控制到結(jié)構(gòu)的變化性，如纖維細(xì)度與微粒狀物質(zhì)外觀形狀大小的組合結(jié)構(gòu)堆積密度均勻性及創(chuàng)造非直線的流道，增加污染源在濾材中的滯留時(shí)間進(jìn)而增加與功能性物質(zhì)接觸的機(jī)率，如此才能提升濾材的功能、效率，達(dá)到有效防治化學(xué)污染的目的，且應(yīng)用領(lǐng)域也更廣泛。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的化學(xué)污染防護(hù)濾材及其制造方法存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法及結(jié)構(gòu)，其主要目的是以氣體動(dòng)力為主要的關(guān)鍵，再利用特殊熱處理方式為輔。及以極短纖維(short-cut fiber)為基礎(chǔ)原料與功能性微粒狀物質(zhì)(如活性碳、過錳酸鉀浸漬氧化鋁、化學(xué)吸附高分子等)為基礎(chǔ)原料，利用穩(wěn)定的氣流同時(shí)分散混合、交織、復(fù)合成型，而制得片狀非織物型態(tài)的化學(xué)防護(hù)性濾材的氣體動(dòng)力交織復(fù)合成型技術(shù)。
本發(fā)明達(dá)到的再一目的，則以氣體動(dòng)力為基礎(chǔ)，可同時(shí)將纖維與微粒狀物質(zhì)交織復(fù)合堆積，而非以纖維成型網(wǎng)為前趨體(precursor)物質(zhì)的分散及堆積密度因穩(wěn)定氣流之故，能達(dá)非常均勻的效果，且兩物質(zhì)相互交織固定，因此，結(jié)構(gòu)安定性高，且利用氣流分散混合、傳送，最后堆積成型，控制兩種物質(zhì)的混合比例，且微粒狀物質(zhì)既使由低含量變化至高含量，均于同一時(shí)間復(fù)合成型，不需利用分層迭合方式來達(dá)成，且堆積密度均勻性依然非常良好，不會(huì)造成任何結(jié)構(gòu)缺陷。
本發(fā)明達(dá)到的又一目的，是以氣流動(dòng)力成型時(shí)，由于氣流通過阻力的變化，可使單一濾材同時(shí)形成的三層結(jié)構(gòu)，由疏而密，且可同時(shí)控制三層結(jié)構(gòu)相互的比例，以達(dá)最佳的氣流阻力及化學(xué)吸附效率。纖維細(xì)度的變化選擇與適當(dāng)微粒狀物質(zhì)的大小相互配合，利用氣流動(dòng)力成型也同時(shí)可控制氣流阻力與停滯(Residence Time)時(shí)間，相對(duì)地增加效率，因此對(duì)結(jié)構(gòu)變化因素的掌控性相當(dāng)高，品質(zhì)的控制性亦佳。
本發(fā)明達(dá)到的另一目的，是利用氣流動(dòng)力交織復(fù)合成型后的濾材，堆積結(jié)構(gòu)均勻，對(duì)成型氣流通過阻力均一，即通過纖維表面與功能性微粒狀物質(zhì)表面的機(jī)率均勻。但針對(duì)吸附性濾材，如活性碳濾材而言，當(dāng)污染源氣流通過時(shí)，如果越靠近吸附物質(zhì)(活性碳)表面過時(shí)，則化學(xué)污染分子被捕捉吸附的機(jī)率相對(duì)地提高，基于此本發(fā)明的成型后，利用特殊熱處理技術(shù)將成型后的濾材加以熱處理，可使纖維表面熔融與功能性微粒狀物質(zhì)表面粘著，纖維集合體表面之間亦相互粘著，因此熱處理后的濾材結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)提高結(jié)構(gòu)安定性亦提高。另一方面纖維在熱熔時(shí)亦收縮，無形中纖維集合體介面孔洞因收縮而致密變小，而纖維集合體與微粒狀物質(zhì)接口，因微粒狀物質(zhì)間立體障礙所致，無法移動(dòng)收縮導(dǎo)致孔隙擴(kuò)大，而形成污染氣流的特定流道，且因?yàn)V材結(jié)構(gòu)乃三度空間立體結(jié)構(gòu)所形成的流道為非直線不規(guī)則路線，如此一來，不但使化學(xué)污染分子主要均由功能性微粒狀物質(zhì)表面通過，接觸機(jī)率增加，且于濾材結(jié)構(gòu)中的滯留時(shí)間增長(zhǎng)，因而增加捕捉吸附時(shí)間，使整體的效率大幅提升。
本發(fā)明利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法所采用的技術(shù)方案是一種利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其特征在于，其步驟如下(a)分別利用氣流將短纖維及功能性微粒物質(zhì)送至一復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置，且微粒物質(zhì)的喂入氣流是設(shè)于復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置中間，并使二者的喂入氣流同時(shí)進(jìn)入擴(kuò)散混合傳送區(qū)，使混合喂入氣流帶動(dòng)短纖維及微粒物質(zhì)由上而下擴(kuò)散，并流經(jīng)一導(dǎo)流裝置，使氣流穩(wěn)定傳送至下方的多層復(fù)合成型區(qū)；(b)利用設(shè)于多層復(fù)合成型區(qū)下方的吸氣裝置，將短纖維及微粒物質(zhì)依序吸附堆積在一運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)上，且依需求調(diào)整吸氣裝置的吸氣量，使其與混合喂入氣流達(dá)到平衡，能夠在運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)上形成多層由疏而密漸層結(jié)構(gòu)的濾材；(c)將前述成型的濾材送入熱處理定型區(qū)，以熱源加熱，并將加熱溫度控制在120℃～180℃之間；
(d)將前述加熱定型的濾材送入冷卻區(qū)。
前述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其中功能性微粒物質(zhì)可為活性碳、過錳酸鉀浸漬氧化鋁或化學(xué)吸附高分子等物質(zhì)。
前述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其中擴(kuò)散混合傳送區(qū)為開口朝下的混合箱體，其內(nèi)所設(shè)的導(dǎo)流裝置是由數(shù)片調(diào)節(jié)式導(dǎo)流板構(gòu)成。
前述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其中熱處理定型區(qū)在濾材下方以一吸氣裝置持續(xù)加以吸氣。
前述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其中冷卻區(qū)在濾材下方在冷卻時(shí)以一吸氣裝置持續(xù)往下吸氣。
本發(fā)明利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型結(jié)構(gòu)是一種利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由短纖維及功能性微粒物質(zhì)交織復(fù)合而成的多層結(jié)構(gòu)濾材，其包含有一防護(hù)層，是位于成型濾材的最底層，以短纖維為主要構(gòu)成物，且呈現(xiàn)較密集堆積狀態(tài)；一吸附層，是位于前述防護(hù)層上方，以功能性微粒物質(zhì)為主要構(gòu)成物，并與短纖維相互均勻交織堆積成立體結(jié)構(gòu)，其中，功能性微粒物質(zhì)的堆積密度較疏，另，加熱定型后的短纖維集合體的孔隙密度呈現(xiàn)較致密狀態(tài)，使短纖維與功能性微粒物質(zhì)表面間的接口形成非直線氣流信道；一均流層，是位于前述吸附層上方，以短纖維為主要構(gòu)成物，且呈現(xiàn)較疏松堆積的狀態(tài)。
前述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型結(jié)構(gòu)，其中濾材上、下表面設(shè)有成型網(wǎng)。
由此可得知，利用本發(fā)明的技術(shù)，對(duì)功能性濾材微細(xì)結(jié)構(gòu)(microstructure)的控制性相當(dāng)好，且變化性可符合更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域、品質(zhì)、性能、效率更優(yōu)于一般的產(chǎn)品，且此技術(shù)已達(dá)到批量生產(chǎn)的階段，并且本發(fā)明技術(shù)能為日趨嚴(yán)重的環(huán)境化學(xué)污染，在防治工作上作出貢獻(xiàn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施步驟的流程方塊圖。
圖2是本發(fā)明的制程示意圖。
圖3是本發(fā)明的濾材交織復(fù)合成型的示意圖。
圖4是本發(fā)明濾材的吸附層熱處理前的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明濾材的吸附層熱處理后的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖4所示結(jié)構(gòu)的放大示意圖。
圖7是圖5所示結(jié)構(gòu)的放大示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明實(shí)施的步驟是包含有(a)分別利用氣流將短纖維(1)及功能性微粒物質(zhì)(2)送至一復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置(3)，且微粒物質(zhì)(2)的喂入氣流是設(shè)于復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置(3)中間，此處的噴風(fēng)裝置(3)其功能猶如噴風(fēng)裝置，但其形狀非限于圓形，其較佳實(shí)施例是呈一長(zhǎng)方型體，使噴風(fēng)口成狹長(zhǎng)狀態(tài)，可使二者的喂入氣流同時(shí)進(jìn)入擴(kuò)散混合傳送區(qū)(4)，使混合喂入氣流(41)帶動(dòng)短纖維及微粒物質(zhì)由上而下擴(kuò)散，并流經(jīng)一導(dǎo)流裝置(42)，使氣流穩(wěn)定傳送至下方的多層復(fù)合成型區(qū)(5)；(b)利用設(shè)于多層復(fù)合成型區(qū)(5)下方的吸氣裝置(51)，將短纖維(1)及微粒物質(zhì)(2)依序吸附堆積在一運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)(52)上，且依需求調(diào)整吸氣裝置(51)的吸氣量，使其與混合喂入氣流(41)達(dá)到平衡，能夠在運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)(52)上形成三層由疏而密漸層結(jié)構(gòu)的濾材(8)；(c)將前述成型的濾材(8)送入熱處理定型區(qū)(6)，以熱源(61)由上方加熱，并將加熱溫度控制在120℃～180℃之間；此時(shí)可在濾材(8)下方以一吸氣裝置(62)持續(xù)加以吸氣；(d)將前述加熱定型的濾材(8)送入冷卻區(qū)(7)時(shí)，可于冷卻時(shí)以一吸氣裝置(71)持續(xù)往下吸氣。
又，前述的功能性微粒物質(zhì)(2)可為活性碳、過錳酸鉀浸漬氧化鋁或化學(xué)吸附高分子等物質(zhì)。
再者，前述的擴(kuò)散混合傳送區(qū)(4)為開口朝下的箱型容器(43)，其內(nèi)所設(shè)的導(dǎo)流裝置(42)是由數(shù)片導(dǎo)流板構(gòu)成。
借助上述技術(shù)手段，短纖維(1)的喂入氣流(11)經(jīng)過復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置(3)，在此處與功能性微粒物質(zhì)(2)的喂入氣流(21)匯流，而功能性微粒物質(zhì)(2)可利用一定量喂入系統(tǒng)，定量喂入后，利用喂入氣流(21)進(jìn)入復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置(3)，進(jìn)而使兩種物質(zhì)的混合喂入氣流(41)同時(shí)進(jìn)入擴(kuò)散混合傳送區(qū)(4)。由于氣流離開噴風(fēng)裝置的同時(shí)流體面積增加，在此處造成紊流(turbulence)，進(jìn)而使短纖維(1)與功能性微粒物質(zhì)(2)相互擴(kuò)散混合，隨之在區(qū)域下半部利用特殊導(dǎo)流裝置(42)，使氣流(41)穩(wěn)定傳送至多層復(fù)合成型區(qū)(5)。
而在擴(kuò)散混合傳送區(qū)(4)，由于復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置(3)的因素，可以造成三個(gè)明顯區(qū)分的氣流區(qū)域，如圖3所示，左、右兩邊(A1)、(A3)主要為纖維區(qū)域，而中間(A2)則為纖維與活性碳混合涵蓋的區(qū)域，此現(xiàn)象于隨后的成型時(shí)，即造成明顯的分屬結(jié)構(gòu)，此復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置(3)的出口設(shè)計(jì)為可調(diào)整，因此可以同時(shí)控制三個(gè)區(qū)域面積(A1)、(A2)、(A3)間相互比例，進(jìn)而改變?yōu)V材的斷面結(jié)構(gòu)，將來可視需求調(diào)整噴風(fēng)裝置達(dá)到符合所需的濾材結(jié)構(gòu)。
當(dāng)混合氣流經(jīng)過導(dǎo)流裝置(42)之后即進(jìn)行成型制程，在此階段主要是利用吸氣裝置(51)將短纖維(1)與微粒物質(zhì)(2)堆積在一運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)(52)上，而成型網(wǎng)(52)是利用輸送裝置(53)使其向前移動(dòng)，而吸氣裝置(51)可調(diào)整吸氣量與喂入氣流(41)達(dá)到平衡，即在成型面兩側(cè)不會(huì)造成氣流速差，如吸氣量不足，則喂入氣流(41)反而會(huì)將短纖維(1)與功能性微粒物質(zhì)(2)吹散而無法成型，如吸氣量過大，則會(huì)影響擴(kuò)散混合傳送區(qū)(4)內(nèi)的傳送速度，易使兩種物質(zhì)尚未混合交織均勻快速成型，破壞濾材的結(jié)構(gòu)均勻性，因此于成型時(shí)，吸氣裝置(51)的調(diào)整是絕對(duì)必要的。在成型時(shí)由于擴(kuò)散混合時(shí)形成的三個(gè)氣流區(qū)(A1)、(A2)、(A3)，于此同時(shí)成型網(wǎng)(52)上成型時(shí)，則可形成三個(gè)階段成型，如圖3所示，階段(I)為底層纖維集合成堆積，由于成型網(wǎng)(52)為連續(xù)性運(yùn)動(dòng)，因此隨的進(jìn)入階段(II)，為短纖維(1)與微粒物質(zhì)(2)交織堆積，最后階段(III)的纖維集合體再堆積于其上，初步形成三層結(jié)構(gòu)的功能性濾材。
在成型時(shí)，三個(gè)階段均于同一時(shí)間進(jìn)行，喂入氣流(41)將短纖維與微粒物質(zhì)(2)混合輸送到成型網(wǎng)(52)上，再利用吸氣裝置(51)將喂入氣流(41)排除，整個(gè)過程氣流均在一穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)作，氣流穩(wěn)定通過成型的結(jié)構(gòu)體。而以氣體動(dòng)力成型主要關(guān)鍵即于此階段控制，成型后初步的濾材(8)，其斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示，濾材(8)呈現(xiàn)明顯的三層立體結(jié)構(gòu)，其包含有一防護(hù)層(81)，是位于成型濾材的最底層，以短纖維(1)為主要構(gòu)成物，且呈現(xiàn)較密集堆積狀態(tài)；一吸附層(82)，是位于前述防護(hù)層上方，以功能性微粒物質(zhì)(2)為主要構(gòu)成，并與短纖維相互均勻交織堆積成立體結(jié)構(gòu)，其中，功能性微粒物質(zhì)的堆積密度較疏，另，加熱定型后的短纖維集合體的孔隙密度呈現(xiàn)較致密狀態(tài)，使短纖維與功能性微粒物質(zhì)表面間的接口形成非直線氣流信道(84)；一均流層(83)，是位于前述吸附層(82)上方，以短纖維(1)為主要構(gòu)成物，且呈現(xiàn)較疏松堆積的狀態(tài)。
此分層結(jié)構(gòu)在上述說明中所提及，是因短纖維(1)與微粒物質(zhì)(2)在擴(kuò)散混合傳送區(qū)(4)形成三個(gè)分流區(qū)(A1)、(A2)、(A3)所造成，當(dāng)短纖維(1)與微粒物質(zhì)(2)的混合喂入氣流(41)同時(shí)堆積成型時(shí)，左邊的纖維區(qū)(I)會(huì)先堆積成型于成型網(wǎng)(52)上，接著在其上在成型網(wǎng)(52)中間區(qū)域(II)短纖維與微粒物質(zhì)(2)交織堆積于其上，因底部已成型的纖維網(wǎng)集合體可防止微粒物質(zhì)(2)在此時(shí)被氣流帶走而脫落，因此短纖維(1)與微粒物質(zhì)(2)交織混合集合體可以均勻堆積成型，最后輸送至右邊成型區(qū)域(III)，纖維再堆積成型于濾材的上部，在此完成氣流成型階段。
在此階段，本發(fā)明主要利用氣體動(dòng)力成型，不但可達(dá)到短纖維(1)及微粒物質(zhì)(2)同時(shí)堆積交織成型的目的，且造成濾材(8)具有三層的立體結(jié)構(gòu)，而此三層結(jié)構(gòu)的堆積密度也產(chǎn)生由疏而密的漸層效果，如圖3所示，在成型階段(I)時(shí)，喂入氣流(41)在分流區(qū)(A1)內(nèi)只存在分散的極短纖維(1)，且最先堆積成型在成型網(wǎng)(52)上，堆積厚度薄，因此氣流在此區(qū)域的通過流速相對(duì)高，可使短纖維堆積密度高，結(jié)構(gòu)致密，且短纖維間的孔洞相對(duì)小，另外，短纖維集合體的立體結(jié)構(gòu)也因氣流的穩(wěn)定而均勻，在濾材底部形成防護(hù)層(81)結(jié)構(gòu)。隨著短纖維與微粒物質(zhì)交織堆積于防護(hù)層(81)之上時(shí)，由于堆積厚度逐漸增加、氣流流速在此結(jié)構(gòu)內(nèi)相對(duì)降低，且短纖維(1)同時(shí)與微粒物質(zhì)(2)相互均勻交織堆積，因兩物質(zhì)的外觀立體形狀差異，因此造成復(fù)合結(jié)構(gòu)密度比防護(hù)層(81)的純纖維集合體結(jié)構(gòu)密度來得疏，而形成濾材(8)中間主要吸附功能區(qū)域，即吸附層(82)。而氣體動(dòng)力成型會(huì)使短纖維與微粒物質(zhì)同時(shí)交織堆積，彼此相互流填，使結(jié)構(gòu)密度均勻，且兩者分散密度亦均勻，不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷孔洞的情況。此時(shí)，整體濾材的外觀厚度逐漸增加，因此對(duì)氣流的阻力也相對(duì)增加，最后于成型區(qū)的右邊(III)短纖維喂入氣流(41)在分流區(qū)(A3)將短纖維輸送成型堆積于吸附屬(82)之上，由于氣流流速于此成型區(qū)所受的阻力大，因此流速通過結(jié)構(gòu)體的速度也最低，造成纖維堆積密度疏且均勻，形成濾材的均流層(83)，此結(jié)構(gòu)纖維間的孔洞相對(duì)較大，但均勻性高。
如前述功能性微粒物質(zhì)以「活性碳」為濾材而言，當(dāng)濾材結(jié)構(gòu)具有由疏而密的分層結(jié)構(gòu)時(shí)，其吸附效率將比單一濾材結(jié)構(gòu)的效率優(yōu)越。當(dāng)一污染源氣流通過濾材時(shí)，其氣流方向如圖4所示，由均流層(83)進(jìn)入，防護(hù)層(81)流出時(shí)，均流層(81)的立體結(jié)構(gòu)較疏，氣流通過纖維(1)集合體時(shí)，將被均勻分散，因此增加污染源分別通過活性碳吸附層(82)的面積，使污染源氣流均均擴(kuò)散進(jìn)入活性碳纖維交織層，當(dāng)通過濾材的厚度增加時(shí)，氣流流速也因擴(kuò)散及阻力而降低，使污染分子滯留時(shí)間增加，同時(shí)被活性碳(2)吸附，而濾材(8)的防護(hù)層(81)其短纖維(1)集合體的堆積結(jié)構(gòu)較致密，對(duì)氣流產(chǎn)生的阻力最大，因此可以相對(duì)控制污染氣流在吸附層(82)的滯留時(shí)間。而本發(fā)明在復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置(3)的設(shè)計(jì)中，可以調(diào)整氣流分流區(qū)域(A1)、(A2)、(A3)的面積比例，相對(duì)地即可控制成型時(shí)濾材結(jié)構(gòu)分層的堆積厚度比例，依實(shí)際過濾吸附污染源所需的條件，給予適當(dāng)調(diào)整，以最佳使用效率，符合客戶的需求，亦即當(dāng)防護(hù)層(81)的堆積厚度愈高時(shí)，整體濾材(8)的氣流阻力高，污染分子滯留時(shí)間也加長(zhǎng)，吸附效率增加，反之亦然。
此外，濾材結(jié)構(gòu)的均流層(83)與防護(hù)層(81)將吸附層(82)夾于中間，可以防止活性碳顆粒(2)的移動(dòng)或脫落，而吸附層(82)中短纖維與活性碳(2)同時(shí)形成交織的立體結(jié)構(gòu)，亦可防止活性碳顆粒的位移脫離，因此整體濾材(8)于成型后結(jié)構(gòu)安定性高，均勻度也佳。而濾材結(jié)構(gòu)中，短纖維與活性碳的混合比例，也可在制程中予以定量化控制，在本發(fā)明中，活性碳含量可控制于10％～90％的范圍，相對(duì)短纖維含量亦可控制在此范圍內(nèi)，其結(jié)構(gòu)及兩物質(zhì)分散均能保持一定的均勻度，但相對(duì)高或低含量的結(jié)構(gòu)，在一般實(shí)際吸附過濾應(yīng)用上并不多，因此，在試驗(yàn)后活性碳最佳含量在60％～90％之間，濾材(8)的整體性能最佳，相對(duì)纖維含量在15％～40％之間。而濾材整體基重變化，利用此制程可從低重量100g/m2至高重量1,200g/m2均可同時(shí)成型，不需利用層與層迭合來達(dá)到高量或高含量的目的。因此以氣體動(dòng)力復(fù)合成型的技術(shù)，可以同時(shí)控制組成成份的含量比例，及濾材基重的變化，所有條件均可于制程同時(shí)調(diào)整控制一次成型、不需再經(jīng)過后續(xù)多次加工來完成，因此此制程技術(shù)的發(fā)展價(jià)值高。
此外，隨著濾材基重變化，可以選擇不同的纖維支徑(即丹尼數(shù))，與活性碳顆粒大小相互復(fù)合成型，仍可達(dá)到上述均勻的結(jié)構(gòu)，且安定性高，不像其它制程，以成型后的纖維網(wǎng)立體結(jié)構(gòu)再加入活性碳，當(dāng)濾材基重輕或薄時(shí)，如果纖維直徑大，則形成的孔洞也大，如要使活性碳固定于纖維間孔洞內(nèi)則顆粒也必須大，因此活性碳的單位量高，欲達(dá)輕量化基重，則在相等濾材面積中，活性碳顆粒數(shù)必須相對(duì)減少，因而造成活性碳分布疏且不均勻，吸附效率大大降低。如纖維直徑縮小，則單位面積的纖維根數(shù)必須增加，才可形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如此一來，纖維間的孔洞變小，因而造成活性碳顆粒無法均勻完整進(jìn)入纖維間孔洞內(nèi)，使結(jié)構(gòu)安定性差、活性碳損耗亦高，因此濾材吸附功能性差。而本發(fā)明所闡述之，以氣體動(dòng)力同時(shí)將短纖維(1)與活性碳(2)混合，交織一次成型的制程，則無上述缺點(diǎn)，因兩物質(zhì)是同時(shí)交織成型，因此不管纖維直徑大小或活性碳顆粒大小如何變化，只要兩者搭配恰當(dāng)，均可制得均勻度高，結(jié)構(gòu)安定性高的吸附濾材。
當(dāng)濾材成型時(shí)主要吸附性能在短纖維與活性碳混合交織的部分來完成，即吸附層(82)，兩物質(zhì)于氣流中分散，混合后堆積成型，因兩種物質(zhì)的外觀立體形狀不同，在氣流中的傳送流動(dòng)性亦不同，堆積密度亦不同?；钚蕴碱w粒(2)為立體不規(guī)則，于氣流成型堆積過程中，顆粒間因立體障礙而產(chǎn)生阻礙，使活性碳顆粒(2)間的孔隙空間相當(dāng)大，如圖6所示，活性碳(2)間所產(chǎn)生的孔洞空隙，而當(dāng)氣流動(dòng)力通過時(shí)，此孔洞空隙成為氣流主要的流道，因受活性碳顆粒阻礙之故。于此同時(shí)，成型氣流中所攜帶的極短纖維(1)隨氣流的分散流動(dòng)性高，而充填流入活性碳(2)孔隙間，并受活性碳顆粒阻擋的因素，而堆積形成纖維集合體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(1)，進(jìn)而使整體氣流阻力平均，通過氣流流速均一，相對(duì)成型后濾材的吸附層結(jié)構(gòu)安定，且短纖維(1)與活性碳(2)均勻分散交織成堆積密度均勻的立體結(jié)構(gòu)，如圖4所示，其主要是由氣體動(dòng)力成型的因素才可達(dá)到此結(jié)構(gòu)。
然而，短纖維(1)與活性碳(2)混合成型后，當(dāng)氣流通過時(shí)，因受活性碳(2)立體障礙所致，氣流部分從活性碳表面流過，而大部分則由纖維集合體(1)間通過，因短纖維集合體(1)間的堆積密度是由氣體動(dòng)力來形成，因此密度均勻，對(duì)氣流阻力均一且比活性碳顆粒(2)造成的氣流阻力來得低，故以此濾材結(jié)構(gòu)吸附過濾時(shí)，污染分子將大部分從短纖維(1)間通過，而當(dāng)纖維集合體之間呈貫穿性串聯(lián)時(shí)，易使污染分子直接貫穿濾材(8)，而使活性碳(2)無法發(fā)揮實(shí)質(zhì)功效。
由上所述，形成非直線氣流流道及增加與活性碳表面接觸的結(jié)構(gòu)將成為活性碳吸附濾材功能性主要關(guān)鍵點(diǎn)，而針對(duì)此關(guān)系，現(xiàn)有技術(shù)中并無任何提及如何達(dá)到此結(jié)構(gòu)的相關(guān)制程技術(shù)，在本發(fā)明的氣體動(dòng)力復(fù)合成型技術(shù)中，先以氣體為動(dòng)力，將短纖維(1)與活性碳(2)均勻分散并交織成立體結(jié)構(gòu)，為先決條件，一定要兩者之間具有絕對(duì)高的均勻度，進(jìn)而將成型后的濾材(8)實(shí)施特殊的熱處理，如圖2所示。當(dāng)成型后的濾材(8)，利用成型網(wǎng)(52)送入熱處理定型區(qū)(6)，此時(shí)濾材(8)上方再添設(shè)一層定位用成型網(wǎng)(54)，熱處理溫度控制在120℃～180℃之間，依生產(chǎn)速度及濾材基重而定。熱處理方式并非用單純的幅射照射或熱風(fēng)循環(huán)加熱方式，而是于濾材(8)上方以遠(yuǎn)紅外線為熱源(61)加熱，同時(shí)在濾材(8)下方以吸氣裝置(62)吸氣，此目的是將熱氣流貫穿濾材(8)，使其受熱均勻，且當(dāng)吸氣時(shí)，因由濾材(8)下方吸氣，因此濾材(8)會(huì)因自身立體厚度及對(duì)氣流產(chǎn)生阻力，愈接近吸氣側(cè)吸力大，反之吸力小，因此濾材(8)在受熱的同時(shí)，其結(jié)構(gòu)保持明顯由疏而密的結(jié)構(gòu)，因此種結(jié)構(gòu)性在前述對(duì)吸附功能性有絕對(duì)的效能。當(dāng)熱處理后的濾材離開熱處理室時(shí)，隨即進(jìn)入冷卻區(qū)且在冷卻時(shí)亦持續(xù)以一吸氣裝置(71)持續(xù)向下吸氣，主要是確保結(jié)構(gòu)由成型至熱處理至冷卻卷取過程中，結(jié)構(gòu)的一致性，即由疏而密的立體結(jié)構(gòu)。
另外，當(dāng)短纖維(1)經(jīng)熱處理，當(dāng)達(dá)到其軟化點(diǎn)溫度，纖維表面即開始熔融且纖維開始產(chǎn)生熱收縮的現(xiàn)象，表面熔融時(shí)，造成短纖維(1)與活性碳(2)表面相互粘著，以及短纖維與短纖維之間相互粘著，并同時(shí)收縮，因此經(jīng)熱處理后，濾材(8)因纖維的粘著效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安定性大大提升，而纖維仍保有其柔軟性，因此濾材的可擾曲性佳，相對(duì)地可加工性亦良好，另一方面，對(duì)活性碳(2)而言，熱處理不會(huì)使其表面熔融或收縮，但熱為活性碳脫附再生的主要能量，因此可將活性碳予以脫濕及再活化的效應(yīng)，保有活性碳最佳的吸附性能，且利用此粘著方式，不需使用任何粘著劑來強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，不會(huì)使活性碳(2)表面給粘著劑包覆，有效吸附外表面積大，相對(duì)地濾材的吸附性能高。
當(dāng)熱處理時(shí)，熱使纖維收縮，因此填充于活性碳(2)顆粒間孔隙短的纖維集合體(1)收縮，如圖5、圖7所示，造成纖維與纖維間介面孔隙縮小，纖維集合體(1)整體的結(jié)構(gòu)密度趨于致密，相對(duì)地對(duì)氣流阻力變大，而短纖維(1)與顆粒(2)表面間的介面孔隙變大，是因?yàn)槔w維收縮時(shí)，活性碳顆粒(2)間并不收縮，且因立體障礙因素不會(huì)因纖維收縮而產(chǎn)生大規(guī)模位移，仍保有其孔隙大小，故造成短纖維(1)與活性碳(2)表面之間孔隙增加，此處的結(jié)構(gòu)則趨于疏松。此現(xiàn)象可由圖7濾材的放大示意圖顯示出。因此當(dāng)化學(xué)污染氣流通過活性碳吸附濾材時(shí)，受到活性碳(2)及收縮后的纖維集合體(1)阻力所致，主要以纖維與活性碳表面之間的孔隙為流道(84)通過濾材，相對(duì)地提高氣流中污染分子與活性碳表面接觸的機(jī)率，吸附效率將大幅提升，而優(yōu)于其它活性碳濾材。且因?yàn)V材結(jié)構(gòu)為三度空間立體結(jié)構(gòu)，由此所產(chǎn)生的流道(84)為非直線的繞曲性流道，增加氣流通過濾材的滯留時(shí)間，使活性碳吸附污染分子的時(shí)間增加，也提升濾材的整體功能。
綜上所述，本發(fā)明以氣體動(dòng)力交織纖維及功能性微粒狀物質(zhì)(活性碳)成型為三層結(jié)構(gòu)濾材技術(shù)，不但可制得結(jié)構(gòu)均勻安定性高的吸附功能性濾材，且利用特殊熱處理，控制濾材產(chǎn)生關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)，提高吸附效率，且產(chǎn)品的復(fù)合性及變化性更優(yōu)于其它吸附性濾材。
權(quán)利要求
1.一種利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其特征在于，其步驟如下(a)分別利用氣流將短纖維及功能性微粒物質(zhì)送至一復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置，且微粒物質(zhì)的喂入氣流是設(shè)于復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置中間，并使二者的喂入氣流同時(shí)進(jìn)入擴(kuò)散混合傳送區(qū)，使混合喂入氣流帶動(dòng)短纖維及微粒物質(zhì)由上而下擴(kuò)散，并流經(jīng)一導(dǎo)流裝置，使氣流穩(wěn)定傳送至下方的多層復(fù)合成型區(qū)；(b)利用設(shè)于多層復(fù)合成型區(qū)下方的吸氣裝置，將短纖維及微粒物質(zhì)依序吸附堆積在一運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)上，且依需求調(diào)整吸氣裝置的吸氣量，使其與混合喂入氣流達(dá)到平衡，能夠在運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)上形成多層由疏而密漸層結(jié)構(gòu)的濾材；(c)將前述成型的濾材送入熱處理定型區(qū)，以熱源加熱，并將加熱溫度控制在120℃～180℃之間；(d)將前述加熱定型的濾材送入冷卻區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其特征在于所述功能性微粒物質(zhì)可為活性碳、過錳酸鉀浸漬氧化鋁或化學(xué)吸附高分子等物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其特征在于所述擴(kuò)散混合傳送區(qū)為開口朝下的混合箱體，其內(nèi)所設(shè)的導(dǎo)流裝置是由數(shù)片調(diào)節(jié)式導(dǎo)流板構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其特征在于所述熱處理定型區(qū)在濾材下方以一吸氣裝置持續(xù)加以吸氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法，其特征在于所述冷卻區(qū)在濾材下方在冷卻時(shí)以一吸氣裝置持續(xù)往下吸氣。
6.一種利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型結(jié)構(gòu)，其特征在于，是由短纖維及功能性微粒物質(zhì)交織復(fù)合而成的多層結(jié)構(gòu)濾材，其包含有一防護(hù)層，是位于成型濾材的最底層，以短纖維為主要構(gòu)成物，且呈現(xiàn)較密集堆積狀態(tài)；一吸附層，是位于前述防護(hù)層上方，以功能性微粒物質(zhì)為主要構(gòu)成物，并與短纖維相互均勻交織堆積成立體結(jié)構(gòu)，其中，功能性微粒物質(zhì)的堆積密度較疏，另，加熱定型后的短纖維集合體的孔隙密度呈現(xiàn)較致密狀態(tài)，使短纖維與功能性微粒物質(zhì)表面間的接口形成非直線氣流信道；一均流層，是位于前述吸附層上方，以短纖維為主要構(gòu)成物，且呈現(xiàn)較疏松堆積的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型結(jié)構(gòu)，其特征在于所述濾材上、下表面設(shè)有成型網(wǎng)。
全文摘要
一種利用氣體動(dòng)力交織復(fù)合濾材的成型方法及結(jié)構(gòu)，其是分別利用氣流將短纖維及功能性微粒物質(zhì)送至一復(fù)合氣體噴風(fēng)裝置，並使二者的喂入氣流同時(shí)進(jìn)入擴(kuò)散混合傳送區(qū)，使混合喂入氣流由上而下擴(kuò)散，並流經(jīng)一導(dǎo)流裝置，使氣流穩(wěn)定傳送至下方的多層復(fù)合成型區(qū)，利用設(shè)于多層復(fù)合成型區(qū)下方的吸氣裝置，將短纖維及微粒物質(zhì)依序吸附堆積在一運(yùn)動(dòng)的成型網(wǎng)上，形成多層由疏而密漸層結(jié)構(gòu)的濾材，并將濾材加熱定型，以及冷卻成型；借此，使成型的濾材包括有底部的防護(hù)層，中間的吸附層及上方的均流層的多層交織復(fù)合結(jié)構(gòu)體。
文檔編號(hào)D04H1/732GK1603501SQ0314452
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者傅旭正 申請(qǐng)人:傅旭正