一种抑菌铜纤维空气过滤材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种抑菌铜纤维空气过滤材料及其制备方法，包括下列步骤：(1)熔炼铸造，获得铜银合金圆锭；按重量百分比计，含有铜99.99～99.97%，银0.01～0.03%；(2)纤维切削加工：采用机床进行直接切削加工，获得金属短纤维；(3)无纺铺散：将纤维均匀地铺散在基板上，纤维的单位重量为680～980克/平方米；(4)高温烧结；(5)精整成型，获得抑菌铜纤维空气过滤材料。本发明具有自然抑菌及过滤性能，不产生二次污染，不带来对人体的额外损害；采用切削加工方法，可增加比表面积30～40%，风阻可降低10%左右；不需要改变现有的空调或空气净化器等装置的任何结构，直接替换使用。
【专利说明】一种抑菌铜纤维空气过滤材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空气过滤网，具体涉及一种具有抑菌特性的空气过滤材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前家商用空气净化器，空调，及HVAC系统中所用的空气过滤净化材料在使用过程中；是通过化学方法如喷洒杀菌剂；物理方法如活性碳吸附；以及紫外光，等离子等方法。这些方法一方面容易造成各种细菌属的吸附集结，从而又大量的繁殖生长造成二次污染。另一方面，长期使用紫外光，等离子也对人体产生潜在的伤害。
[0003]金属铜与微生物表面接触反应，可以破坏细胞膜结构，进入细胞体内与相应的酶集合，导致酶的催化作用消失，同时通过光催化反应，产生自由基，氧化损伤细胞最终导致微生物死亡。为利用铜的抑菌特性，在纺织领域通过特定方法制备了含铜纤维。例如，《纺织学报》2011年7月第13至16页的“海藻酸铜纤维的抗菌及抑菌性能”一文中，使用了海藻酸铜纤维，海藻酸铜纤维是以海藻酸钠为原料，通过一系列离子交换，经湿法纺丝制成的一种新型海藻酸盐纤维。该文公开了这类纤维是一种可溶出性纤维，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都具有明显的抑菌效果。但是，这类纤维耐热耐酸碱性较差，制备工艺复杂，成本高，同时，其溶出特性也导致其抑菌寿命受到影响，不适合在空调等系统中作为过滤材料使用。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的是提供一种抑菌铜纤维空气过滤材料，以适应各类空气调节场合使用，同时具有自然抑菌特性及过滤性能；本发明的另一个目的是提供这种材料的制备方法。
[0005]为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种抑菌铜纤维空气过滤材料的制备方法，包括下列步骤:
(1)熔炼铸造:将铜加入熔炼电炉，控制炉内的铜液温度在1160?1175°C，加入银粒，1160°C保温10分钟，1145°C浇铸到温度为450?500°C的铁模中；自然冷却，获得铜银合金圆锭；按重量百分比计，含有铜99.99?99.97%，银0.01?0.03% ；
(2)纤维切削加工:采用机床进行直接切削加工，机床转速为160?455RPM，横向进给量为0.00008?0.00018 mm /工件每转；获得直径为22?60um，长度为2?10 mm的金属短纤维；
(3)无纺铺散:将纤维均匀地铺散在基板上；铺散后的纤维成无纺的网状结构，纤维的单位重量控制为680?980克/平方米；
(4)高温烧结:将铺散好的纤维连同基板一起置入高温烧结炉膛内，在保护气氛下烧结，烧结温度为870?930°C，烧结时间为40?50分钟，保护气体为氮气，获得烧结好的抑菌铜纤维毡； (5)精整成型:将烧结好的抑菌铜纤维毡进行平整操作，并成型获得抑菌铜纤维空气过滤材料。
[0006]上述技术方案中，步骤(I)中，所述铜为高纯阴极铜，所述铜银合金圆锭尺寸为:Φ145X400mm。
[0007]步骤(2)中，获得的金属短纤维横截面呈近三角形，纤维的周边类似枝刺状，相比传统的圆细丝切断而成的金属短纤维，可增加比表面积30?40% ;同时烧结后形成微空隙，利于过滤。
[0008]步骤(3)中，所述基板为防止高温粘结的基板。可以采用能防止高温粘结的材料制备基板，也可以在基板上设置防粘结层。
[0009]步骤(4)中，可以采用纤维无纺铺散的方式，将纤维均匀地铺散在基板上；铺散后的纤维成无纺的网状结构，纤维的单位重量控制为680?980克/平方米。
[0010]步骤(5)中，可以将烧结好的抑菌铜纤维毡，通过精整机平整到符合要求的尺寸，如设定的厚度及长度；将精整好的抑菌铜纤维毡，按照技术要求加工成预定的外型尺寸，如平面板状，百叶状等。
[0011]优选的技术方案，步骤⑵中，横向进给量为0.00008mm /工件每转。步骤⑷中，烧结时间为45分钟。
[0012]本发明同时公开了采用上述制备方法制备获得的抑菌铜纤维空气过滤材料。
[0013]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明采用以铜为主体的铜银合金材料制备获得空气过滤材料，具有自然抑菌的作用以及过滤性能，不产生二次污染，不带来对人体的额外损害；
2.本发明制备的金属短纤维，采用切削加工方法，获得的金属短纤维横截面呈近三角形，纤维的周边类似枝刺状，相比传统的圆细丝切断而成的金属短纤维，可增加比表面积30?40% ;同时烧结后能形成微空隙，利于过滤，相比采用圆细丝切断的金属短纤维制备，风阻可降低10%左右；
3.本发明通过无纺铺散的方式和烧结将金属短纤维加工成抑菌铜纤维毡，可以成型获得与现有空气过滤材料相同的尺寸和形状，不需要改变现有的空调或空气净化器等装置的任何结构，直接替换使用；
4.由于采用合金纤维成型，使用寿命长，可以通过水洗或气吹的方法重复长期使用；
5.本发明制造流程简结、稳定，制造成本有竞争优势、易实现产业化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是实施例一中获得的金属铜纤维；
图2是实施例一中金属铜纤维的显微结构图(放大100倍)；
图3是实施例一中金属铜纤维的显微结构图(放大100倍)；
图4和图5是实施例一获得的空气过滤材料的使用状态示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:一种抑菌铜纤维空气过滤材料的制备方法，工艺流程及要领如下:
(I)抑菌铜原材料配比，按重量百分比:Cu含量99.99~99.97%，Ag含量0.01~
0.03%。
[0016](2)熔炼铸造:将合格的高纯阴极铜加入熔炼电炉，控制炉内的铜液温度在1160~1175°C，加入银粒后，1160°C保温10分钟，1145°C浇铸到温度为450~500°C的铁模中；后自然冷却。圆锭尺寸为:Φ 145 X 400mm。
[0017](3)纤维切削加工:采用机床，转速控制:160~455RPM，横向进给量为
0.00008mm /工件每转；利用刀具直接加工成:直径为22~60um，长度为2~10 mm的金属短纤维。纤维的横截面呈近三角形，纤维的周边类似枝刺状，增加比表面积30~40%相比传统的圆细丝切断而成的金属短纤维；烧结后形成微空隙，利于过滤。获得的金属短纤维参见附图1-3所示。
[0018](3)纤维铺散:通过无纺的方式将纤维均匀地铺散在防止高温粘结的基板上；铺散后的纤维成无纺的网状结构，纤维的单位重量控制为680~980克/平方米。
[0019](4)高温烧结:将铺散好的纤维连同基板一起置入高温烧结炉膛内，烧结温度为870~930°C，烧结时间为:45分钟。保护气体为氮气。
[0020](5)精整:将烧结好的抑菌铜纤维毡，通过精整机，平整到符合要求的尺寸；如厚度及长度览度。
[0021](6)成型:将精整好的抑菌铜纤维毡，按照技术要求加工成预定的外型尺寸，如平面板状，百叶状等。产品使用状态示例参见附图4和附图5所示。
[0022]对本实施专利获得的抑菌铜纤维空气过滤材料的产品进行性能检测如下:
1、抑菌性能检测:
检测方法如下:
(1)人员在房间内活动30分钟后,放置4个无菌培养皿，采集空气中的细菌，然后在培养箱中37°C 48小时进行培养，获得空白细菌数据，为空白组；
(2)将采用本实施例的过滤材料的空气净化器放入实验室内，开启60分钟后关闭，放置4个无菌培养皿，采集空气中的细菌，然后在培养箱中37°C 48小时进行培养，获得空气净化后的数据，为实验组。
[0023]测试结果如下:
【权利要求】
1.一种抑菌铜纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤: (1)熔炼铸造:将电解铜板加入熔炼电炉，控制炉内的铜液温度在1160?1175°C，加入银粒，1160°C保温10分钟，1145°C浇铸到温度为450?500°C的铁模中；自然冷却，获得铜银合金圆锭；按重量百分比计，含有铜99.99?99.97%，银0.01?0.03% ； (2)纤维切削加工:采用机床进行直接切削加工，机床转速为160?455RPM，横向进给量为0.00008?0.00018mm /工件每转；获得直径为22?60um，长度为2?IOmm的金属短纤维； (3)无纺铺散:通过无纺的方式将纤维均匀地铺散在基板上；铺散后的纤维成无纺的网状结构，纤维的单位重量控制为680?980克/平方米； (4)高温烧结:将铺散好的纤维连同基板一起置入高温烧结炉膛内，在保护气氛下烧结，烧结温度为870?930°C，烧结时间为40?50分钟，保护气体为氮气，获得烧结好的抑菌铜纤维毡； (5)精整成型:将烧结好的抑菌铜纤维毡进行平整操作，并成型获得抑菌铜纤维空气过滤材料。
2.根据权利要求1所述的抑菌铜纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于:步骤(1)中，所述铜为高纯阴极铜，所述铜银合金圆锭尺寸为:Φ145X400mm。
3.根据权利要求1所述的抑菌铜纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于:步骤(3)中，所述基板为防止高温粘结的基板。
4.根据权利要求1所述的抑菌铜纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，横向进给量为0.00008_/工件每转。
5.根据权利要求1所述的抑菌铜纤维空气过滤材料的制备方法，其特征在于:步骤(4)中，烧结时间为45分钟。
6.采用权利要求1至5中任一制备方法制备获得的抑菌铜纤维空气过滤材料。
【文档编号】B01D39/20GK103611366SQ201310628219
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月1日 优先权日:2013年12月1日
【发明者】马寒, 范丁香 申请人:苏州百海金属有限公司