技术摘要：
本发明公开了一种纳米/微米级纤维互锁结构的熔喷过滤介质，至少包括：纳米纤维集，纤维直径小于1um，其包括直径呈梯度变化的多级纳米纤维组合，单级纳米纤维组合内的纤维或各级纳米纤维组合之间的纤维相互交织；微米纤维集，纤维直径大于1um，其包括直径呈梯度变化的多  全部
背景技术：
非织造材料以其优异的过滤性能、高产量、加工工艺简单等优点，成为一种越来越 重要的过滤材料。熔喷法是非织造布一步成型的重要方法之一，由于其具有纤维细度可调、 三维结构杂乱蓬松、过滤效率好、生产效率高等优点，在食品化工、医疗卫生、环境保护、微 电子工业等领域发挥着非常大的作用。 近些年来，随着半导体工业的迅速发展，对抛光技术提出了更高的要求，化学机械 抛光技术(CMP)是目前唯一可以在整个硅圆晶片上实现全面平坦化的工艺技术。然而，CMP 技术中抛光液的研磨颗粒的尺寸等级或洁净度直接决定半导体晶片的表面质量。目前降低 由于浆液颗粒尺寸过大或者污染物引起表面质量缺陷的方法是对浆液进行过滤。然而，传 统的过滤材料对这种纳米级浆液颗粒的过滤效果十分有限，因此，为了达到较高的过滤效 率，满足半导体制造清洗过程中效果与效率，提高过滤材料的过滤精度显得尤为重要。最常 用的方法就是降低滤材的纤维直径，使纤维变得更加紧密，但是这会导致滤材的过滤阻力 急剧上升，截留的微粒堵塞滤材，影响过滤器的使用寿命。因此制备一种兼具过滤高效性和 低阻性的过滤材料具有很大的现实意义。 美国专利US  20080023888A1公开了一种制备纳米级熔喷无纺布的方法，其通过设 计一种特殊结构的喷丝板，一方面，喷丝孔的长径比较大，可高达1000:1；另一方面，聚合物 在喷丝板中的流动速率很慢，低于0.01ghm，随后在热风的牵引下制备的纤维直径可达到 0.5μm以下。虽然与通过静电纺丝制备的纳米纤维相比较，该发明的生产效率有所提高，但 是还远远低于熔喷法生产无纺布的效率。 日本专利JP2016053241A公开了一种由极细纤维构成的无纺布，其纤维直径可达 到1μm以下，分布指数1.3以下，虽然这种结构的无纺布具有纳米级过滤精度，但是其纳污能 力有限，截留的微粒容易堵塞滤材，降低过滤器的使用寿命。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种纳米/微米级纤维互锁结构的熔喷过 滤介质及其制备方法。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纳米/微米级纤维互锁结构的 熔喷过滤介质，其特征在于至少包括： 纳米纤维集，纤维直径小于1um，其包括直径呈梯度变化的多级纳米纤维组合，单 级纳米纤维组合内的纤维或各级纳米纤维组合之间的纤维相互交织； 微米纤维集，纤维直径大于1um，其包括直径呈梯度变化的多个微米纤维组合，单 5 CN 111607900 A 说　明　书 2/34 页 个微米纤维组合内的纤维或各个微米纤维组合之间的纤维相互交织； 所述纳米纤维集和微米纤维集由混合物熔喷形成，该混合物由至少两种熔融指数 的相同或者不同聚合物组成。 作为优选，所述纳米纤维集和微米纤维集由一种聚合物组成的混合物熔喷形成， 该混合物由至少两种熔融指数的所述聚合物组成。 作为优选，所述纳米纤维集的质量比例为30-70％，所述微米纤维集的质量比例为 30-70％。 作为优选，所述纳米纤维集的纤维直径为100-900nm，微米纤维集的纤维直径为1- 50um。 作为优选，所述纳米纤维集的纤维直径为100-500nm，微米纤维集的纤维直径为1- 20um。 微米纤维集的纤维直径优选为1-5um。 作为优选，所述纳米纤维集的平均直径为0.4um-0.8um，所述微米纤维集的平均直 径为1.2um-1.9um。更优选的，所述纳米纤维集的平均直径为0.5um-0.7um，所述微米纤维集 的平均直径为1.3um-1.6um。 作为优选，所述纳米纤维集的纤维直径标准差为0.1um-0.38um，微米纤维集的纤 维直径标准差为0.2um-1 .5um。更优选的，所述纳米纤维集的纤维直径标准差为0.12um- 0.2um，微米纤维集的纤维直径标准差为0.35um-0.9um。 作为优选，所述聚合物掺有用于产生自由基降解分子链的降解剂，所述降解剂的 含量为0.2-5wt％。 作为优选，所述降解剂为非过氧化物型的化合物。 作为优选，所述一种或多种聚合物包含高熔融指数聚合物和低熔融指数聚合物， 高熔融指数聚合物的熔融指数为1000-2500g/10min，低熔融指数聚合物的熔融指数为20- 400g/10min。 作为优选，所述高熔融指数聚合物的含量为65-96.5wt％，低熔融指数聚合物的含 量为3.5-35wt％。 作为优选，所述高熔融指数聚合物和低熔融指数聚合物的质量比为1:0.05-0.2。 作为优选，所述聚合物为热塑性聚合物，其为聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、含 氟聚合物、聚苯乙烯中的至少一种。 作为优选，于同一根纤维上具有直径呈梯度变化的纳米纤维，或具有直径呈梯度 变化的微米纤维，或具有直径呈梯度变化的纳米纤维段和微米纤维段。 作为优选，所述熔喷过滤介质为熔喷无纺布。 作为优选，所述熔喷过滤介质为熔喷滤芯。 作为优选，所述熔喷滤芯的外层纤维的平均直径大于内层纤维的平均直径。 作为优选，所述熔喷滤芯的各层均包含微米纤维集，其中，至少内层纤维包含纳米 纤维集。 本发明还公开了一种纳米/微米级纤维互锁结构熔喷过滤介质的制备方法，包括 以下步骤： 1)原料混合，将具有至少两种熔融指数的一种或多种聚合物共混； 6 CN 111607900 A 说　明　书 3/34 页 2)熔融纺丝，将步骤1)中得到的共混体于挤出机中熔融挤出后经计量泵和风刀牵 引，并通过喷丝板熔喷，形成纤维直径小于1um的纳米纤维集和纤维直径大于1um的微米纤 维集的交织结构，其中纳米纤维集包括直径呈梯度变化的多级纳米纤维组合，微米纤维集 包括直径呈梯度变化的多个微米纤维组合； 3)接收成型，将步骤2)中的纳米纤维集和微米纤维集经过冷却装置冷却成型。 进一步的，所述原料包括具有两种熔融指数的一种聚合物，两种熔融指数为高熔 融指数和低熔融指数，其中高熔融指数为1000-2500g/10min，低熔融指数为20-400g/ 10min。 进一步的，所述原料内还掺有用于产生自由基降解分子链的降解剂，所述降解剂 的含量为0.2-5wt％，聚合物高熔融指数部分的含量为65-96.5wt％，低熔融指数部分的含 量为3.5-35wt％。 进一步的，所述降解剂为非过氧化物型的化合物。 进一步的，所述挤出机的加热温度为170-330℃，喷丝板的温度为190-330℃，熔融 的共混体在喷丝板的流动速率为0.05-0.5ghm。 进一步的，所述风刀间隙为0.5-1 .0mm，接收高度为50-200mm，风刀产生的热风温 度为200-320℃，热风风压为25-200kPa。 进一步的，所述喷丝板具有多个孔径相同的喷孔，所述喷丝板上单个喷孔的产率 为0.05-0.5g/min。 喷丝板上单个喷孔的产率优选为0.08-0.3g/min。 进一步的，所述喷丝板的长度为1000-1400mm，喷孔的数量为2500-3200个，喷孔的 孔径为0.1-0 .5mm，孔间距为0.3-1 .0mm，喷孔的长径比为15-30；风刀的热风风量为18- 25m3/min；计量泵的流量为250-350ml/min。 进一步的，所述冷却装置为恒温喷雾系统，其恒定温度为15-30℃，喷雾流量为80- 500ml/min，喷雾压力为0.2-0.5MPa，喷头和喷丝板的中心距为30-40cm。 其中冷却装置的恒定温度优选19-20℃。 进一步的，步骤2)包括，喷丝板为1个；步骤3)还包括，于卷绕网帘上交织粘合形成 熔喷无纺布。 进一步的，还包括用于防止纤维反弹干扰恒温喷雾系统的吸风步骤，设于卷绕网 帘下表面的吸风装置将靠近恒温喷雾系统一侧的纤维向下吸附于卷绕网帘上表面。 进一步的，还包括步骤4)无纺布表面的飞花去除，于卷绕网帘的下游采用吸尘装 置将无纺布表面吸附的游离飞花去除。 进一步的，步骤2)包括，喷丝板为多个；步骤3)包括，于带有旋转的中心杆的卷绕 设备上交织粘合形成熔喷滤芯。 本发明中纳米纤维集和微米纤维集由混合物熔喷形成，由于混合物由至少两种熔 融指数的相同或者不同聚合物组成，混合物熔体相似相容后形成海岛结构，把高熔融指数 聚合物看成海，低熔融指数聚合物看成岛，则随着熔喷过程的进行，混合物熔体向喷丝板的 喷孔方向移动过程中，由熔喷形成的单根纤维对应的原料可能来自高熔融指数聚合物(即 海岛结构中的“海”)，也可能来自低熔融指数聚合物(即海岛结构中的“岛”)。相应的，熔融 指数越大，则粘度越小，对应的纤维就会越细；反之，熔融指数越小，粘度越大，对应的纤维 7 CN 111607900 A 说　明　书 4/34 页 就会越粗，从而形成纳米/微米级纤维互锁结构。其中，熔融指数是指，GB/3682-2000《热塑 性塑料溶体流动速率和熔体体积流动速率的测定》中对应测试方案下检测的熔融指数。 本发明的有益效果是：纳米纤维集和微米纤维集的结合，不仅起到良好的过滤作 用，还提高了纳污量，降低了过滤压阻，使得本发明制备的无纺布兼具高过滤精度和纳污载 体的功能，过滤效果更佳；无纺布在横向和纵向上性能均匀稳定；制备方法简单，生产效率 高，在过滤器用途、卫生材料用途以及电池用隔膜用途上都有很好的应用价值。其中重要的 是，本发明过滤介质中的纳米纤维集和微米纤维集内均具有较大的标准差，即其内部纤维 直径的分布较广，一方面，微米纤维集提高了孔隙率，纳米纤维集提高了过滤精度，从而使 得过滤介质整体的纳污量得以提升，另一方面，有利于对更广粒径污染物的过滤，使用场景 更丰富。 附图说明 图1-1为本发明提供实施例1中的无纺布SEM图一。 图1-2为本发明提供实施例1中的无纺布SEM图二。 图2为本发明提供实施例1中的纤维直径分布条形图。 图3-1为本发明提供实施例2中的无纺布SEM图一。 图3-2为本发明提供实施例2中的无纺布SEM图二。 图4为本发明提供实施例2中的纤维直径分布条形图。 图5-1为本发明提供实施例3中的无纺布SEM图一。 图5-2为本发明提供实施例3中的无纺布SEM图二。 图6为本发明提供实施例3中的纤维直径分布条形图。 图7-1为本发明提供比较例1中的无纺布SEM图一。 图7-2为本发明提供比较例1中的无纺布SEM图二。 图8-1为本发明提供比较例2中的无纺布SEM图一。 图8-2为本发明提供比较例2中的无纺布SEM图二。 图9为本发明提供熔喷无纺布的制备装置的简示图。 图10为本发明提供熔喷无纺布的制备装置的部分简示图。 图11为本发明提供的多个喷雾系统的喷雾区域交叉简示图。 图12为本发明提供实施例11中熔喷滤芯的制备装置的简示图。 图13为本发明提供实施例11中熔喷滤芯外层分别在放大1000倍、300倍和100倍下 的SEM图。 图14为本发明提供实施例11中熔喷滤芯近外层分别在放大1000倍、300倍和100倍 下的SEM图。 图15为本发明提供实施例11中熔喷滤芯近内层分别在放大1000倍、300倍和100倍 下的SEM图。 图16为本发明提供实施例11中熔喷滤芯内层分别在放大1000倍、300倍和100倍下 的SEM图。 图17为本发明提供实施例12中熔喷滤芯的制备装置的简示图。 图18为本发明提供实施例12中熔喷滤芯外层分别在放大2000倍、1000倍和300倍 8 CN 111607900 A 说　明　书 5/34 页 下的SEM图。 图19为本发明提供实施例12中熔喷滤芯内层分别在放大2000倍、1000倍和300倍 倍下的SEM图。 图20为本发明提供实施例13中熔喷滤芯的制备装置的简示图。 图21为本发明对比例3中单层结构分别在放大2000倍、1000倍和300倍下的SEM图。 其中1-卷绕网帘，2-辊筒，3-喷丝板，31-纤维，4-挤出机，41-料筒，5-计量泵，51- 过滤器，6-风力牵引装置，61-空压机，62-热风罐，7-冷却装置，71-供水系统，711-液体控制 阀，72-恒温系统，73-供气系统，731-气量控制阀，74-喷雾系统，741-雾化水汽，742-喷雾系 统调节机构，75-交叉区域，8-吸风装置，81-主吸风机构，82-第一辅吸风机构，83-第二辅吸 风机构，9-吸尘装置，10-滤芯卷绕成型设备，101-中心杆，102-滤芯，103、104、105、106-喷 丝板。