湿膜、加湿器及空气处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及材料技术领域，尤其涉及一种湿膜、加湿器及空气处理装置。


背景技术：

2.当前市场上常见的加湿膜材料主要为pet/粘胶纤维混纺的水刺非织造布，应用于下吸式湿膜加湿器，利用材料的吸水性能进行布水。其中，粘胶纤维作为吸水组分，pet纤维作为支撑组分。
3.然而，当前的这种湿膜水分分布不均匀，湿膜上部不能吸收到水分，加湿性能较依赖于加湿膜材料的吸水性能，吸水高度低、吸水速度慢，从而导致加湿性能较差。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种湿膜，旨在解决现有技术中湿膜加湿性能较差的问题。
5.为解决上述问题，本实用新型提出一种湿膜，包括：
6.非织造布；
7.pan纳米纤维层，设置在所述非织造布的一侧表面上；
8.sio2纳米颗粒层，设置于所述pan纳米纤维层的表面上；
9.其中，所述pan纳米纤维层位于所述非织造布与所述sio2纳米颗粒层之间。
10.在一实施例中，所述非织造布由pet纤维和粘胶纤维混纺制备而成。
11.在一实施例中，所述pan纳米纤维层通过静电纺丝工艺成型于所述非织造布的表面上。
12.在一实施例中，所述sio2纳米颗粒层通过静电喷雾工艺成型于所述pan 纳米纤维层的表面上。
13.在一实施例中，pan纳米纤维层与sio2纳米颗粒层的负载量比为：1/3.5 ≤pan/sio2≤1/1。
14.在一实施例中，pan纳米纤维直径范围为0.1μm～0.7μm。
15.在一实施例中，sio2微球粒径范围为μm1.0～30μm。
16.在一实施例中，所述湿膜的厚度为0.02mm～0.12mm。
17.在一实施例中，所述湿膜呈锯齿形设置。
18.在一实施例中，所述湿膜的齿高为20mm～40mm。
19.在一实施例中，所述湿膜的齿间间距为3mm～8mm。
20.本技术还提供一种加湿器，包括支架和的湿膜，所述湿膜包括非织造布、 pan纳米纤维层和sio2纳米颗粒层，所述pan纳米纤维层设置在所述非织造布的一侧表面上；所述sio2纳米颗粒层设置于所述pan纳米纤维层的表面上；其中，所述pan纳米纤维层位于所述非织造布与所述sio2纳米颗粒层之间；所述湿膜安装于所述支架上。
21.本技术还提供一种空气处理装置，包括加湿器，所述加湿器包括支架和的湿膜，所述湿膜包括非织造布、pan纳米纤维层和sio2纳米颗粒层，所述 pan纳米纤维层设置在所述
非织造布的一侧表面上；所述sio2纳米颗粒层设置于所述pan纳米纤维层的表面上；其中，所述pan纳米纤维层位于所述非织造布与所述sio2纳米颗粒层之间；所述湿膜安装于所述支架上。
22.本实用新型的技术方案通过采用非织造布造布材料作为加湿膜材料的基材与pan纳米纤维层进行复合。基于pan纳米纤维具有较好的亲水性能，将 pan纳米纤维沉积在基材表面，然后将亲水纳米sio2颗粒负载在pan纳米纤维膜表面，以此来构筑不同粗糙度梯度，进一步提高材料本身的亲水性能。从而使得本实用新型的复合型湿膜具有较高的吸水性能和加湿量。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本实用新型复合型湿膜的结构示意图；
25.图2为加湿滤网加湿示意图；
26.图3为图2中湿膜的俯视图，其中湿膜为锯齿型加湿滤芯；
27.图4为ca纳米纤维的sem电镜图，其中ca在聚酯/粘胶混纺的水刺非织造基材上形成直径均匀的纤维，直径在0.5～0.6μm。
28.附图标号说明：
29.标号名称标号名称100湿膜101非织造布102pan纤维层103sio2纳米颗粒层20加湿器200外壳210进风口220出风口300水槽21齿间间距
30.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型的实施例中的附图，对本实用新型的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一
个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
34.常规湿膜一般是采用pet/粘胶纤维混纺的水刺非织造布，这种非织造布水分分布不均匀，当这种湿膜用在加湿装置上时(湿膜竖直放置，湿膜下端浸泡于水槽中)，湿膜上部吸收到的水分较少，或者吸收水分需要的时间极长，其吸水速率也较慢，从而导致加湿效果受到影响。当空气处理装置开启加湿模式湿，由于湿膜吸收到的水分较少，空气穿过湿膜时，能够带走的水分也较少；另外，湿膜上的水分被空气带走后，湿膜自身吸水时间较长，带走的水分又不能及时被湿膜从水槽中吸取，从而严重阻碍加湿效果。
35.请参阅图1，本技术涉及一种复合型湿膜100，包括非织造布101、pan 纳米纤维层102(pan：含有银纳米微粒的聚丙烯腈)及sio2纳米颗粒层103，所述pan纳米纤维层102，设置在所述非织造布101的一侧表面上；所述sio2纳米颗粒层103设置于所述pan纳米纤维层102的表面上。其中，所述pan 纳米纤维层102位于所述非织造布101与所述sio2纳米颗粒层103之间。
36.在此，非织造布101是指不需要纺纱织布而形成的织物，只是将纺织短纤维或者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。它直接利用高聚物切片、短纤维或长丝通过各种纤网成形方法和固结技术形成的具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品。简单而言，非织造布101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。
37.上述复合型湿膜100采用三层材料(非织造布101、pan纳米纤维层102、 sio2纳米颗粒层103)，三层材料之间的连接关系不受限制，例如，非织造布 101与pan纳米纤维层102之间采用粘接剂粘接，或者缝合、或者热压成型在一起；pan纳米纤维层102与sio2纳米颗粒层103也可以采用粘接剂粘接，或者缝合、或者热压成型在一起。
38.该复合型湿膜100的主体材料为非织造布以及pan纳米纤维和sio2纳米颗粒，均为工艺成熟的原材料体系，不涉及高成本、高设备要求。
39.复合型湿膜100以pan纳米纤维和sio2纳米颗粒，形成一层具有超亲水性能的微球层/纳米纤维膜，显著提高吸水速度。另外，借助超亲水性能的微球层/纳米纤维膜的吸水能力，有效改善pet/粘胶非织造布101的吸水性能。
40.本实用新型的技术方案通过采用非织造布101造布材料作为加湿膜100 材料的基材与pan纳米纤维层102进行复合。基于pan纳米纤维具有较好的亲水性能，将pan纳米纤维沉积在基材表面，然后将亲水纳米sio2颗粒负载在pan纳米纤维膜表面，以此来构筑不同粗糙度梯度，进一步提高材料本身的亲水性能。从而使得本实用新型的复合型湿膜100具有较高的吸水性能和加湿量。
41.非织造布101的种类有很多，例如水刺无纺布、针刺无纺布、热合无纺布、仿粘熔喷无纺布、缝编无纺布等。考虑到吸水性能以及透气性能，本实施例中，采用水刺无纺布，具体采用pet纤维和粘胶纤维混纺制备而成。
42.上述实施例中提及到了pan纳米纤维层102与非织造布101的连接关系有多种，在
本实施例中，为了pan纳米纤维层102与非织造布101之间的连接更牢靠，且不影响二者自身的性能，所述pan纳米纤维层102通过静电纺丝工艺成型于所述非织造布101的表面上。
43.需要说明的是，电纺即静电纺丝，主要是借助于高压静电场使聚合物溶液或熔体带电并产生形变，在喷头末端处形成悬垂的锥状液滴。当液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，液滴包面就会高速喷射出聚合物微小液滴流，简称“射流”；这些射流在一个较短的距离内经过电场的高速拉伸、溶剂挥发与固化，最终沉积在接收器上。
44.在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的泰勒锥。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会克服液体的表面张力，从泰勒锥中喷出。射流在高电场的作用下发生震荡而不稳，产生频率极高的不规则性螺旋运动。在高速震荡中，喷射流被迅速拉细，溶剂也迅速挥发，最终形成直径在纳米级的纤维，并以随机的方式散落在非织造布101上，形成聚合物纤维。
45.在所述pan纳米纤维层102通过静电纺丝工艺成型于所述非织造布101 的表面之后，所述sio2纳米颗粒层103通过静电喷雾工艺成型于所述pan纳米纤维层102的表面上。
46.在此，sio2的加入使pan/sio2复合纳米纤维的表面形貌发生了明显的变化，纳米纤维表面会出现sio2颗粒，sio2颗粒可以形成一层具有超亲水性能的微球层/纳米纤维膜，从而显著提高吸水速度。
47.关于复合型湿膜100的具体制造工艺方法如下：
48.a、配置pan/dmf静电纺丝原液。
49.b、通过电纺工艺将pan/dmf静电纺丝原液沉积在非织造布101的表面，干燥后得到复合膜。
50.c、配置pan/sio2/dmf纺丝液。
51.d、通过静电喷雾工艺，将所述pan/sio2/dmf纺丝液电喷到所述复合膜的pan纳米纤维层102表面，并进行干燥处理。
52.在步骤a中，静电纺丝原液的配置浓度为5～12wt％(例如5wt％、6wt％、 7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％)，然后将配置好的静电纺丝原液注入静电纺丝设备的针筒中。
53.在步骤b中，调整灌注速度、工作电压、接收距离、滚筒转速、滑台、温度和湿度等参数。电纺不同时间后，取下滚筒上的复合膜，放入真空烘箱烘干。
54.实验中纺丝设备具体参数为：灌注速度0.5～2ml/h，电压15～50kv，接收距离18～36cm，滚筒转速38～63rpm，滑台7～10cm/80；温度25
±
2℃，湿度 45
±
5％。电纺不同时间后，得到pan负载量在0～1.0ml/cm的复合膜，放入真空烘箱80℃烘干3h。在此，pan负载量不宜过大，因为pan负载量过大将会导致pan纤维层102中的纤维直径增大，虽然吸水率可以增大，但是与此同时，风阻也增大了，所以pan的负载量定在0～1.0ml/cm之间。
55.在步骤c中，配置溶液浓度为1～5wt％的pan/sio2/dmf纺丝液(例如2 wt％、3wt％、4wt％)，将纺丝液注入静电纺丝设备的针筒中，将上一步得到的复合膜作为基布。其中，sio2在所述pan/sio2/dmf纺丝液中的占比为 4wt％～8wt％。随着sio2负载量的增加，sio2颗粒的团聚现象越来越严重，sio2粒径随之增大，堵塞了部分毛细芯吸孔道，反而会使
湿膜100吸水速度逐渐降低。
56.在此，之所以要限定sio2在pan/sio2/dmf纺丝液的占比，是因为，如果sio2的占比过小，那么后续的电喷效率将会较低，sio2的附着效果也较差；如果sio2的占比偏高，那么在后续电喷工艺中，sio2负载量上升速度将会较快，难以控制。
57.在步骤d中，实验中电喷设备参数为：灌注速度0.5～2ml/h，电压15～50kv，接收距离18～36cm，滚筒转速38～63rpm，滑台7～10cm/80；温度25
±
2℃，湿度45
±
5％。电纺不同时间后，得到pan负载量在0～1.0ml/cm的复合膜，放入真空烘箱80℃烘干3h。在此，复合膜的sio2负载量限定在0～1.0ml/cm 范围内，也是考虑sio2颗粒的团聚现象。
58.在一实施例中，pan纳米纤维层102与sio2纳米颗粒层103的负载量比为：1/3.5≤pan/sio2≤1/1，具体原因分析将在后续实验数据说明。
59.sio2的加入使pan/sio2复合纳米纤维的表面形貌发生了明显的变化，纳米纤维表面出现了团聚的sio2颗粒，且随着sio2负载量的增加团聚现象越来越严重，sio2粒径随之增大，堵塞了部分毛细芯吸孔道，从而使吸水速度先提高后降低；随着sio2负载量的增加，纤维直径也随之增加，从而提高了复合纤维层的厚度，使吸水率和风阻也随之增大，从而使加湿量也呈先提高后降低的趋势。
60.为了测试该复合型湿膜100的制造工艺与其综合性能的相关性，实验如下：
61.根据不同的pan/sio2负载量比，本实用新型实施例提供不同厚度的非织造布101/电纺pan-sio2纤维膜复合加湿膜100材料。如图2所示，使用该复合加湿膜100材料折叠制作成锯齿型加湿滤芯，锯齿高度h1为30mm，齿间间距21为5mm，所述锯齿型加湿滤芯垂直放置于水槽300上(放置方式如图 3所示)，加湿滤芯从水槽300吸水，空气从进风口210进入，垂直通过加湿滤芯，加湿滤芯复合膜在迎风面，基材在背风面，水汽通过复合膜和基材后从出风口220吹出。
62.性能测试：
63.对实施例1-6的吸水速度、吸水率、风阻和加湿量进行测试，测试方法如下：
[0064][0065]
吸水速度测试：参照gb/t 21655.1-2008。
[0066]
吸水率测试：参照gb/t 21655.1-2008。
[0067]
风阻：参照gb/t 14295-2008。
[0068]
加湿量测试：参照gb/t 23332-2009。
[0069]
测试结果：
[0070]
结合图4，(a)为pet/粘胶非织造布101的电镜图，从中可以看出该材料是由圆柱形的pet纤维和表面有沟槽的粘胶纤维混纺制备而成。
[0071]
(b)是通过静电纺丝技术在非织造布101基材上沉积的pan纳米纤维的sem电镜图，可以看出pan纳米纤维直径较细且分布均匀，纤维形貌良好，直径为0.4-0.5μm。
[0072]
(c)是通过静电喷雾技术将亲水sio2纳米颗粒电喷到pan纳米纤维膜上，构筑多级纳米sio2颗粒微球层，粒径为16-20μm。
[0073]
(d)是复合加湿膜100的横截面电镜图，我们可以清晰看出复合膜的三层结构，最上层是sio2纳米颗粒，中间是pan纳米纤维层102，最下层为水刺非织造布101；pan/sio2复合膜厚度约为0.08mm。
[0074]
从实施例1至实施例6可以看出，其吸水速度显然高于对比例，吸水率都高于对比例，加适量与也明显高于对比率，但是风阻要比对比例也要高(尤其是实施例5和实施例6)。
[0075]
但是在实施例7中情况发生了变化，当负pan/sio2负载量比为1/4，pan 纤维直径达到0.7～0.8，sio2粒径直径达到31～35μm，复合膜厚度的厚度达到 0.15mm时，虽然吸水
率有所增加，但是吸水速率反而第一次出现下降的情形，并且加湿量大幅下降(相对于实施例6而言)。
[0076]
原因分析：对pan/sio2负载量比、pan纤维直径、sio2粒径直径、复合膜厚度这四个因素，参数变化比较大的是pan/sio2负载量比、sio2粒径直径和复合膜厚度(当然pan纤维直径也有影响，但是其变化不大，影响偏小)，由此，可以初步判定，pan/sio2负载量比不宜低于1/4、pan纤维直径不宜高于0.7μm、sio2粒径直径不宜高于30μm、复合膜厚度不宜高于0.15mm。在实施例1至实施例6中，pan纳米纤维直径范围为0.1μm～0.7μm；sio2微球粒径范围为1.0μm～30μm；湿膜100的厚度为0.02mm～0.12mm；均为较佳实施例。
[0077]
另外，将湿膜100设置为锯齿形，可以扩大其与空气的接触面积，从而可以提高吸水速率和加湿量。湿膜100的齿高不宜过大，也不宜过小，过大会导致湿膜100整体占据过大厚度空间，过小会影响湿膜100的加湿效果。在本实施例中，所述湿膜100的齿高为20mm～40mm。
[0078]
湿膜100的齿间间距21也要做适当限制，该间距如果过大，相当于降低了湿膜100与空气的接触面积，如果该距离过小，将会增加湿膜100的风阻。鉴于此，在本实施例中，湿膜100的齿间间距21为3mm～8mm。
[0079]
除此之外，本实用新型还提供一种加湿器20，该加湿器20包括支架，湿膜100安装在支架上。湿膜100自身可以构造成平板状态、筒状或者弧状，支架可以依据湿膜100的具体形态，可作适应性选择。
[0080]
本实用新型还提供一种空气处理装置，请参阅图3，该空气处理装置中安装有上述加湿器20。在此，空气处理装置可以是空调、加湿装置或者风扇。
[0081]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。