專利名稱：靜電纖維過濾網(wǎng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種已經(jīng)在多個(gè)點(diǎn)處超聲波鞏固化的駐極體無紡過濾網(wǎng)介質(zhì)。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)該無紡過濾介質(zhì)的方法。
美國專利No.4363682提供一種制作更均勻的網(wǎng)的替代方法。為了提供一種更粘結(jié)的網(wǎng)以及耐脫落纖維的網(wǎng)，該專利提出了一種后壓花處理方法。該后壓花處理將外表面纖維焊接在一起，從而提供一種用作面罩的據(jù)稱更粘結(jié)且舒適的網(wǎng)。但是，該處理還將會(huì)導(dǎo)致一種更加密實(shí)的網(wǎng)，該網(wǎng)會(huì)增加在過濾器上的壓力損失。
美國專利No.5143767披露了一種熱點(diǎn)壓花步驟，用來強(qiáng)化由充有靜電并且原纖化的介電纖維形成的無紡網(wǎng)以便獲得沒有自身灰塵的高強(qiáng)度網(wǎng)。在該美國專利中所述的壓花比率為該過濾器的總表面的2-35％。美國專利No.5143767還提及，可以考慮使用超聲波焊接來代替無紡網(wǎng)的熱壓花。但是，根據(jù)美國專利No.5143767，很難并且不可能制作出薄過濾器。還有，該過濾器據(jù)說韌性較差。而且，由于超聲波設(shè)備通常限制在寬度相當(dāng)窄的網(wǎng)，所以在生產(chǎn)尺寸超過通常超聲波設(shè)備寬度的過濾網(wǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)其他問題。
美國專利No.5900305教導(dǎo)了使用超聲波焊接技術(shù)來點(diǎn)層壓多個(gè)由熔融吹制纖維形成的無紡過濾網(wǎng)以形成一種高效過濾器，并且披露了相鄰設(shè)置幾個(gè)超聲波裝置以便能夠在其全部寬度上焊接該層壓件。然后通過單個(gè)控制器向不同的裝置提供能量。顯然，這種裝置不適用于使無紡過濾網(wǎng)鞏固化以便形成一種在其表面上具有均勻性能的過濾器。
美國專利No.5436064披露了進(jìn)行壓花、超聲波焊接和針刺以將由駐極體部分裂解膜形成的網(wǎng)狀絨頭織物網(wǎng)絡(luò)連接在一起，從而改善該駐極體過濾器的尺寸穩(wěn)定性。但是，沒有給出這些方法的任何具體細(xì)節(jié)。
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的在于提供一種制造駐極體無紡過濾介質(zhì)的進(jìn)一步方法，該介質(zhì)在其表面上具有均勻的性能，而且可以以更高的速度并且因此以更低的成本生產(chǎn)出。還需要提供一種駐極體無紡過濾介質(zhì)，它可以很容易用最小的制造工作量轉(zhuǎn)變成褶裥過濾器。該駐極體無紡過濾介質(zhì)優(yōu)選可以在寬范圍的基重上生產(chǎn)出，并且優(yōu)選具有低壓降。優(yōu)選的是，該過濾介質(zhì)的性能在例如過濾介質(zhì)的過濾效率和顆粒負(fù)載能力方面得到了改進(jìn)。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供了一種駐極體無紡過濾介質(zhì)，它包括在該無紡過濾網(wǎng)上分布的多個(gè)點(diǎn)處相互超聲波連接在一起的由帶靜電原纖化纖維形成的無紡過濾網(wǎng)。由這些點(diǎn)所占據(jù)的總表面小于該無紡過濾網(wǎng)的表面的5％，優(yōu)選的是，由這些點(diǎn)所占據(jù)的表面為0.2-2％，更優(yōu)選為0.5-1.5％。這些點(diǎn)的形狀沒有具體限制，但是通常為方形、矩形或圓形。每個(gè)單獨(dú)點(diǎn)的尺寸通常小于10-2cm2，并且優(yōu)選在10-3cm2至10-2cm2的范圍。每cm2的點(diǎn)數(shù)量至少為2個(gè)，通常為2-5個(gè)。每cm2所必需的點(diǎn)數(shù)量通常取決于該無紡過濾網(wǎng)的基重，并且基重越低則需要更多的點(diǎn)，基重越高通常則需要更少的點(diǎn)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的駐極體無紡過濾介質(zhì)在所述網(wǎng)上具有非常均勻的過濾性能，并且可以相對于采用針刺的方法以更高的速度生產(chǎn)，從而減小了制造成本。另外，不必使用稀松布層來保持均勻的過濾性能，并且該駐極體無紡過濾介質(zhì)可以方便地用來通過將結(jié)網(wǎng)超聲波焊接在該過濾介質(zhì)上來制造褶裥過濾器，所述結(jié)網(wǎng)將為該介質(zhì)提供必要的剛性以便能夠使該過濾介質(zhì)打褶。還發(fā)現(xiàn)該駐極體無紡過濾介質(zhì)具有良好的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，從而使得它適用于多種過濾用途。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于基重至少為50g/m2的網(wǎng)而言，進(jìn)行超聲波焊接就足以獲得一種尺寸穩(wěn)定的網(wǎng)，而無須添加任何支撐層例如結(jié)網(wǎng)或稀松布，從而導(dǎo)致壓降降低。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種生產(chǎn)如上所述的過濾介質(zhì)的方法。根據(jù)用于生產(chǎn)該過濾介質(zhì)的本發(fā)明方法，生產(chǎn)出充有靜電的介電原纖化纖維。這可以很容易地通過在美國再公告專利No.30782(VanTurnhout等人)和美國再公告專利No.31285(Van Turnhout等人)中所披露的方法來實(shí)現(xiàn)。在這些專利中所披露的方法包括輸送由高分子量非極性物質(zhì)形成的薄膜；拉伸該薄膜；通過電暈放電元件將該拉伸薄膜充上同極性電荷；并且使該拉伸充電薄膜原纖化。合適的成膜材料包括聚烯烴例如聚丙烯、線性低密度聚乙烯、聚-1-丁烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯；或聚氯乙烯；芳香族聚芳烴，例如聚苯乙烯；聚碳酸酯；聚酯；以及其共聚物和摻合物。優(yōu)選的是沒有支化的烷基基團(tuán)的聚烯烴和其共聚物。特別優(yōu)選的是聚丙烯和聚丙烯共聚物。該領(lǐng)域已知的各種功能性添加劑可以與介電聚合物或共聚物混合，例如US4874399所教導(dǎo)的聚(4-甲基-1-戊烯)，如US4789504所公開的脂肪酸金屬鹽，或如US4456648所述的微粒。
可以采用任何已知的方法對該薄膜充電。例如，可以通過裝載在薄膜每一側(cè)上但是具有相反電勢的電暈放電元件來對該薄膜進(jìn)行局部雙面充電。由此，對該薄膜充上的電荷幾乎是在一個(gè)相同電暈放電電壓下通過單面充電方法所充上的電荷的兩倍?？梢圆捎脦追N方法對該充電的聚合物薄膜材料進(jìn)行原纖化。例如，可以使用具有壓靠在薄膜上運(yùn)行的金屬針的針輥。之后，可以將連續(xù)的纖維切割成所需的長度。
然后可以通過梳理或氣流成網(wǎng)或任意其他成網(wǎng)工藝將所獲得的充有靜電的纖維形成為無紡網(wǎng)層。為了增加無紡過濾網(wǎng)的基重，還可以對它進(jìn)行無規(guī)化操化或交叉鋪網(wǎng)操作。
為了使該無紡過濾網(wǎng)鞏固化，在多個(gè)點(diǎn)(每cm2至少2個(gè))處將這些纖維相互超聲波連接，這些點(diǎn)占據(jù)了該無紡過濾網(wǎng)的至少5％的表面。為了進(jìn)行該鞏固化，通常將該無紡過濾網(wǎng)輸送穿過在超聲波震動(dòng)裝置和超聲波裝置配套工具之間的間隙。在使無紡過濾網(wǎng)鞏固化時(shí)，該間隙即在震動(dòng)裝置和該超聲波裝置配套工具之間的距離通常保持恒定?！昂愣ā痹谶@里表示該間隙應(yīng)該不偏離所要求數(shù)值的20％以上，優(yōu)選不大于10％。如果該無紡過濾網(wǎng)尺寸超過30cm-50cm，則優(yōu)選的是，沿著該網(wǎng)與其輸送方向垂直的方向設(shè)置幾個(gè)相互平行的超聲波裝置。雖然目前可以得到其寬度大約為60cm的砧角，但是這些砧角不能提供所要求的均勻性。為了在兩個(gè)或多個(gè)砧角平行放置時(shí)生產(chǎn)出均勻的網(wǎng)，優(yōu)選單獨(dú)地控制每個(gè)單獨(dú)超聲波裝置(砧角-砧座結(jié)構(gòu))中的間隙。也就是說，與另一個(gè)超聲波裝置中的間隙無關(guān)地控制在每個(gè)超聲波裝置中的間隙。
特別適用于用在本發(fā)明中的超聲波裝置在WO96/14202中有披露并且可以從德國的Herrmann Ultraschalltechnik公司買到。這種超聲波裝置包括剛性安裝的震動(dòng)裝置和優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)鼓輪的配套工具。在震動(dòng)裝置(焊接砧角)和配套工具(砧座)之間保持有間隙，并且該間隙可以在超聲波焊接操作之前和期間通過也是剛性安裝的調(diào)節(jié)裝置來進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過一個(gè)控制裝置來使配套工具和震動(dòng)裝置之間的間隙保持恒定，所述控制裝置響應(yīng)于表示變化間隙的測量值來操縱調(diào)節(jié)裝置。例如，可以通過安裝在旋轉(zhuǎn)的砧座鼓輪上的感應(yīng)工作的傳感器來控制該間隙。來自該傳感器的信號(hào)被無線地傳送給控制裝置，該控制裝置檢測相對于目標(biāo)值的差異并且通過調(diào)節(jié)裝置來補(bǔ)償任何變化?；蛘撸梢詫⒘鞲衅餮b在該震動(dòng)裝置中，用來以規(guī)律的間隔測量焊接力，例如砧座鼓輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈測量一次。然后該控制裝置可以將所測量的力與目標(biāo)值進(jìn)行比較，并且必要時(shí)通過調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)該間隙。該方法可以被稱為間隙的力控制。在該力控制方法中，因?yàn)楹附恿⑷Q于網(wǎng)的厚度以及砧角和砧座之間的距離，所以該間隙會(huì)波動(dòng)。由于網(wǎng)的厚度變化，使得該間隙會(huì)波動(dòng)以保持目標(biāo)焊接力。力控制在本發(fā)明中是優(yōu)選的方法。電壓控制是可以用來保持該間隙恒定的另一種方法。在該方法中，震動(dòng)裝置和配套工具是低壓電路的一部分。在震動(dòng)裝置將接觸砧座鼓輪之前不久，該電路將關(guān)閉并且控制裝置將接收信號(hào)以通過調(diào)節(jié)裝置使震動(dòng)裝置回縮到程序控制的位置。然后，該震動(dòng)裝置自動(dòng)地再次逐步下降直到必須進(jìn)行下一次回縮。該循環(huán)確保了在砧角和砧座之間保持精確的小間隙。
如上所述，配套工具即超聲波裝置的砧座優(yōu)選為旋轉(zhuǎn)鼓輪。使該旋轉(zhuǎn)鼓輪的表面形成圖案以在無紡過濾網(wǎng)中形成所要求的點(diǎn)圖案，在這些點(diǎn)處使該網(wǎng)的纖維鞏固化。該圖案可以是不規(guī)則圖案，由此使這些點(diǎn)在該網(wǎng)上不規(guī)則分布。該圖案也可以是規(guī)則的或重復(fù)的不規(guī)則圖案。在下面的附圖中顯示出可使用圖案的實(shí)施例。
在需要稀松布層的情況下可以在稀松布層上將該無紡過濾網(wǎng)輸送穿過震動(dòng)裝置和該超聲波裝置配套工具之間的間隙。該稀松布材料通常包括熱塑性材料，從而可以在這些點(diǎn)處將稀松布層超聲波粘結(jié)在無紡過濾網(wǎng)上，同時(shí)在這些點(diǎn)處使該無紡過濾網(wǎng)鞏固化。該稀松布層材料可以是任意公知的加強(qiáng)稀松布、紡織的或無紡的。無紡稀松布通常在成本和開口度方面是優(yōu)選的。該稀松布材料還優(yōu)選為聚合物，并且為了可循環(huán)使用的目的，優(yōu)選由可以與駐極體無紡網(wǎng)的材料超聲粘接在一起的聚合物形成。無紡材料稀松布通常經(jīng)過處理以提高拉伸性能，例如經(jīng)過熱壓花、砑光(calandaring)、聲波粘接、粘接纖維等處理。典型的稀松布材料可以是一種紡粘聚丙烯無紡網(wǎng)。在美國專利No.5800769中披露可用在本發(fā)明中的替代稀松布層。在該后面的專利中所披露的稀松布具有橫斷面積均勻的單獨(dú)開口區(qū)域，其面積從過濾介質(zhì)的平面看至少為0.25mm2，通常在0.25mm2至10mm2之間。該稀松布的重量通常為0.1g/m2-0.4g/m2。在美國專利No.5800769中所披露的優(yōu)選用在本發(fā)明中的稀松布是一種由聚乙烯纖維形成的交叉層壓網(wǎng)，它可以很容易地超聲粘接在本發(fā)明的過濾介質(zhì)上。當(dāng)該無紡過濾網(wǎng)在稀松布層上輸送時(shí)，后者通常位于過濾網(wǎng)下面。但是，在兩層或多層無紡網(wǎng)層之間還可以設(shè)置一稀松布層，從而可以使這些無紡網(wǎng)層鞏固化并且粘接在超聲波裝置中的稀松布層上。
或者，該無紡過濾也可以在不受超聲波焊接操作影響的紙網(wǎng)上輸送。該紙網(wǎng)可以在超聲波焊接操作之后重新回收，從而留下沒有稀松布層的超聲波鞏固化過濾網(wǎng)。
如果需要可打褶的駐極體無紡過濾介質(zhì)的話，則可以將結(jié)網(wǎng)層壓到無紡過濾介質(zhì)上以提供必要的剛度，從而使得它能夠進(jìn)行打褶。本發(fā)明所述術(shù)語結(jié)網(wǎng)指的是一種由相當(dāng)厚纖維形成的高度開口的網(wǎng)絡(luò)。一般來說，結(jié)網(wǎng)的纖維厚度為0.5-1.5mm，在它們之間形成有其平均橫斷面積為1mm2-20mm2的形狀大體上規(guī)則的開口區(qū)域。本發(fā)明制造方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，這種結(jié)網(wǎng)可以在該網(wǎng)進(jìn)行超聲波鞏固化的同時(shí)層壓在無紡過濾介質(zhì)上。具體地說，該結(jié)網(wǎng)通常包括熱塑性材料，并且該結(jié)網(wǎng)可以與無紡過濾網(wǎng)一起輸送穿過這些超聲波裝置的間隙，在那里該網(wǎng)的纖維可以在多個(gè)點(diǎn)處相互超聲連接在一起。同時(shí)，該熱塑性結(jié)網(wǎng)將在這些點(diǎn)處超聲粘接在該無紡過濾網(wǎng)上。這樣獲得的駐極體無紡過濾介質(zhì)可以通過任何已知的打褶技術(shù)進(jìn)行打褶，因此適用于制造褶裥過濾器。因此，可以以一種普通且節(jié)約成本的方式生產(chǎn)出具有均勻性能的可打褶駐極體無紡過濾介質(zhì)。具體地說，本發(fā)明的方法比現(xiàn)有技術(shù)更加方便且節(jié)約成本，而現(xiàn)有技術(shù)中該結(jié)網(wǎng)材料必須在單獨(dú)的層壓步驟中膠粘或以其它方式層壓在過濾網(wǎng)上。
本發(fā)明的駐極體無紡過濾介質(zhì)還可以層壓在其它過濾層上。例如，該駐極體無紡過濾介質(zhì)可以與由熔融吹制微纖維(BMF層)形成的無紡過濾層層壓在一起。這種層壓件的優(yōu)點(diǎn)在于，該駐極體無紡過濾介質(zhì)可用作用于由熔融吹制微纖維形成的無紡過濾層的預(yù)過濾器，否則該過濾層容易變得堵塞。因此，本發(fā)明的駐極體無紡過濾介質(zhì)通常為一種更加打開的結(jié)構(gòu)，然后BMF層將收集所要過濾的流體中的大顆粒，并且BMF將過濾掉以其它方式通過本發(fā)明的駐極體無紡過濾介質(zhì)的顆粒。本發(fā)明的方法能夠方便地、成本節(jié)約地并且可靠地生產(chǎn)出這種層壓件，因?yàn)锽MF層可以超聲焊接在無紡過濾網(wǎng)上同時(shí)使后者進(jìn)行超聲鞏固化。另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的過濾網(wǎng)效率得到提高，因此生成一種更有效的預(yù)過濾器，從而導(dǎo)致包括這種預(yù)過濾器在內(nèi)的過濾器裝置的使用壽命更長。
圖4為包括圖3中所示旋轉(zhuǎn)鼓輪的超聲波裝置的第二實(shí)施方案的放大部分示意圖；圖5為通過使用包括

圖1和2旋轉(zhuǎn)鼓輪結(jié)構(gòu)的超聲波裝置而獲得的超聲波連接的無紡駐極體過濾介質(zhì)的平面圖；圖6為通過使用包括圖3和4旋轉(zhuǎn)鼓輪結(jié)構(gòu)的超聲波裝置而獲得的超聲波連接的無紡駐極體過濾介質(zhì)的平面圖；圖7為用于對圖1中的無紡駐極體過濾介質(zhì)進(jìn)行超聲連接的設(shè)備的側(cè)視圖；圖8為用于將無紡駐極體過濾介質(zhì)和熱塑結(jié)網(wǎng)超聲波連接在一起的第二實(shí)施方案的側(cè)視圖；圖9為用于將無紡駐極體過濾介質(zhì)和熱塑結(jié)網(wǎng)超聲波連接在一起的第三實(shí)施方案的側(cè)視圖；圖10為在圖1中的超聲波裝置的側(cè)視圖，它包括幾個(gè)并排布置的超聲波震動(dòng)裝置；圖11顯示出圖10中超聲波裝置之一的側(cè)視圖，顯示出間隙控制的一種方法；圖12顯示出本發(fā)明的無紡過濾介質(zhì)與針刺過濾介質(zhì)相比的效率隨灰塵顆粒尺寸變化的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明圖1表示用于超聲波連接駐極體無紡過濾介質(zhì)12的裝置10。該裝置的基本部件是由驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)的焊接砧角形式的振動(dòng)單元14、16。通常，幾個(gè)焊接砧角14、16彼此相鄰設(shè)置，從而對較寬的駐極體無紡過濾介質(zhì)12進(jìn)行超聲波連接。焊接砧角14、16與配套工具或砧座配合操作，其中該配套工具或砧座在本實(shí)施方案中是旋轉(zhuǎn)鼓輪18的形式。在圖1中只顯示了鼓輪18自身以及它的軸20。旋轉(zhuǎn)鼓輪18外部具有基本圓柱形的表面22，該表面設(shè)有多個(gè)突起24。在超聲波連接過程中，駐極體無紡過濾介質(zhì)沿著箭頭26的方向移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)鼓輪沿著箭頭28的方向移動(dòng)。焊接砧角14、16以及旋轉(zhuǎn)鼓輪18的突起24的設(shè)置方式是能夠形成小的間隙(過濾介質(zhì)放置在焊接砧角14、16與旋轉(zhuǎn)鼓輪的突起24之間)，該間隙如此之小，以至于在突起24的點(diǎn)處能量密度足夠高而可以實(shí)現(xiàn)超聲波焊接。
圖2表示旋轉(zhuǎn)鼓輪18的表面22以及突起24的放大視圖。這些突起通過已知的方法與旋轉(zhuǎn)鼓輪18的表面22整體形成，例如通過機(jī)械加工方法、火花焊接方法等。旋轉(zhuǎn)鼓輪長度高達(dá)一米或更大，直徑為幾分米。
圖3和4中顯示了替代實(shí)施方案。從圖3中可以看出，帶有軸20的旋轉(zhuǎn)鼓輪18設(shè)有螺旋溝槽30。通過傳統(tǒng)的已知方法，例如機(jī)械加工或沖壓的方法，單獨(dú)地制造相當(dāng)長度的金屬帶32。通常，給定寬度34的帶從供應(yīng)輥上解繞，并經(jīng)過沖壓設(shè)備。沖壓出如圖3和4所示的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一系列可能具有梯形截面的突起36。圖4與圖1類似地顯示了旋轉(zhuǎn)鼓輪18的具有螺旋纏繞溝槽(未顯示)的一部分，該溝槽內(nèi)插入有帶32。這是按照使突起36其上表面38形成類似于圖2所示圖案的方式來進(jìn)行的，其中在圖2中突起24已經(jīng)在旋轉(zhuǎn)鼓輪18的表面22上產(chǎn)生了。
帶32螺旋狀纏繞在旋轉(zhuǎn)鼓輪18的溝槽內(nèi)，而形成如圖4所示的突起36的交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。其目的是使一排中的兩個(gè)相鄰的突起40、42按照使得下一排突起38設(shè)置在突起40和42之間的方式來設(shè)置，優(yōu)選使得突起38設(shè)置在這兩個(gè)突起的中間。從圖5和6中可以看出得到的濾網(wǎng)上的焊接圖案。圖5表示帶有基本規(guī)則設(shè)置的焊接點(diǎn)46的超聲波連接駐極體無紡過濾介質(zhì)44的平面圖。圖6表示按照略微不規(guī)則但是具有重復(fù)圖案的方式設(shè)置焊接點(diǎn)的相應(yīng)過濾介質(zhì)48。由于帶32的螺旋纏繞，例如焊接點(diǎn)50不會(huì)正好設(shè)置在相鄰排的焊接點(diǎn)52、54之間。因此，利用圖3和4的旋轉(zhuǎn)鼓輪制造的過濾介質(zhì)48的外觀是不同的。對于駐極體過濾介質(zhì)的功能來說，這不太重要。
圖1和2的突起24的尺寸和數(shù)量，以及圖3和4的突起36、38的尺寸和數(shù)量是使得突起所占據(jù)的總表面小于旋轉(zhuǎn)鼓輪的表面的5％，這導(dǎo)致在超聲波連接的無紡過濾介質(zhì)上具有大約相同的百分比。根據(jù)本發(fā)明，在無紡過濾介質(zhì)上的每平方厘米焊接點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)當(dāng)大于2。在圖3和4的情況中，例如，帶32寬度為0.6-1.0mm、優(yōu)選0.8mm。另外，在突起36、38端部的表面可以是圓形的、橢圓形的、方形的、矩形的或其他形狀。在特定實(shí)施方案中，優(yōu)選是與帶的寬度具有相同尺寸的正方形結(jié)構(gòu)，也就是0.6-1.0mm、優(yōu)選0.8mm。兩個(gè)相鄰?fù)黄鹄鐖D4中的突起40和42之間的距離可以是6-10mm的數(shù)量級，優(yōu)選是7mm，相鄰帶之間的距離可以是4-6mm，優(yōu)選是5mm。這就是在圖3所示的螺旋溝槽中兩個(gè)相鄰匝之間的距離。原則上，這同樣適用于圖1和2所示的實(shí)施方案，其中突起是通過機(jī)械加工、火花腐蝕或其他方法產(chǎn)生的。其尺寸基本相同。上述給出的數(shù)據(jù)僅是作為優(yōu)選結(jié)構(gòu)的一種一般指導(dǎo)，但是決定性的特征在于，突起的接觸部分的總表面積小于旋轉(zhuǎn)鼓輪的表面的5％，優(yōu)選是小于2％，并且每平方厘米的點(diǎn)的數(shù)量至少是2。
圖7-9表示用于對靜電無紡過濾介質(zhì)的纖維或其他成分進(jìn)行超聲波連接的實(shí)施方案的側(cè)視圖。過濾介質(zhì)12由通常已知的設(shè)備60制成，該設(shè)備生產(chǎn)由充有靜電的原纖化纖維制成的無紡過濾網(wǎng)。這些纖維引導(dǎo)至超聲波設(shè)備10中，如圖1-4所示以及如上所述。焊接砧角14形式的振動(dòng)單元由包括產(chǎn)生超聲波振動(dòng)所必須的所有特征以及控制間隙的部件的單元62驅(qū)動(dòng)。焊接砧角14對應(yīng)于具有旋轉(zhuǎn)鼓輪18形狀的配套工具或砧座，其沿方向28轉(zhuǎn)動(dòng)，如前面所述。經(jīng)超聲波處理的網(wǎng)44由輥64收取。超聲波處理的網(wǎng)44經(jīng)過一對輥66、68，這些輥同時(shí)或者附加具有切割網(wǎng)44的功能，例如在沒有焊接或者無用的兩側(cè)上切割，另外，沿著網(wǎng)44的寬度方向還可以具有另外的切割刀，從而形成較小部分的超聲波處理的網(wǎng)，它們由輥64卷起。
在放大截面A中更詳細(xì)地顯示了未處理的網(wǎng)12進(jìn)入超聲波單元10的入口?？梢钥闯?，焊接砧角14通過其下端70與旋轉(zhuǎn)鼓輪18上的突起24而形成間隙72。另外，可以看出，進(jìn)入的網(wǎng)12明顯比出來的超聲波處理的網(wǎng)44厚。當(dāng)進(jìn)入間隙72中時(shí)，進(jìn)入的網(wǎng)12被壓縮，這從部分74和76即可看出。該壓縮可以是自動(dòng)進(jìn)行的，或者是在另外的引導(dǎo)裝置(未顯示)的幫助下進(jìn)行的。另外，焊接砧角14可以明顯比突起24寬。在焊接砧角14的下表面70上通常沒有任何結(jié)構(gòu)。
在放大部分B中顯示了超聲波處理的網(wǎng)44的截面結(jié)構(gòu)。網(wǎng)44的纖維已經(jīng)在部分78處超聲波連接，在網(wǎng)44的焊接部分和普通部分之間具有平滑的過渡區(qū)80和82。另外，可以看出，因?yàn)槌暡ㄌ幚恚暡ㄌ幚淼木W(wǎng)44的厚度明顯比原始的網(wǎng)12小。也可以看出，焊接部分78在兩側(cè)也就是上側(cè)和下側(cè)具有凹痕，盡管只有突起24是與網(wǎng)12在下側(cè)接觸的，但是產(chǎn)生了總體壓縮，這導(dǎo)致了上部被壓縮，從而在兩側(cè)80和82上觀察到過渡區(qū)。
圖8表示超聲波設(shè)備的替代結(jié)構(gòu)。同樣，原始的網(wǎng)12由單元60獲得，并引導(dǎo)至按相反結(jié)構(gòu)畫出的超聲波10。旋轉(zhuǎn)鼓輪1 8處于上側(cè)，而焊接砧角14和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)單元62處于下側(cè)。除了原始的未處理的網(wǎng)之外，主要的差別是通過使用分配輥86和兩個(gè)引導(dǎo)輥88和90將第二層84引導(dǎo)至超聲波設(shè)備10上。該附加的層84是一個(gè)結(jié)網(wǎng)，所述網(wǎng)可以通過超聲粘接于其上。結(jié)網(wǎng)84和網(wǎng)12相連接，從而形成結(jié)構(gòu)92，它由收取輥64以及引導(dǎo)輥66和68收取。
相對于圖7所示實(shí)施方案的差異可以由放大部分C和D看出。原始網(wǎng)12以及結(jié)網(wǎng)84引導(dǎo)至焊接砧角和鼓18的突起24之間產(chǎn)生的間隙中，以形成層狀體92。同樣，可以在點(diǎn)74和76看見網(wǎng)12的引導(dǎo)和壓縮。壓縮主要發(fā)生在原始網(wǎng)12上，在超聲波焊接過程中，結(jié)網(wǎng)84只發(fā)生輕微的壓縮。放大視圖D表示了與圖7的視圖B類似的結(jié)構(gòu)，也顯示了通過超聲波焊接壓縮的部分78以及過渡區(qū)域80和82。
圖9表示超聲波設(shè)備的第三種結(jié)構(gòu)，其附圖標(biāo)記與前面的圖相同。此處所增加的特征是從輥96提供的第三層94。這是稀松布層。在這種情況下，超聲波設(shè)備10再次設(shè)置成與圖7相同，這主要取決于加工中的可行性。部分E基本上分別與圖7和8的部分A和C相似，部分F顯示了具有三層結(jié)構(gòu)，其中結(jié)網(wǎng)84、濾網(wǎng)12以及稀松布94全結(jié)合在一起而形成層狀體98，它被輥64按照與上述同樣的方式收取。應(yīng)當(dāng)指出，存在三種典型結(jié)構(gòu)，但是可以考慮多種其他變化，例如含有紡粘纖維層或融吹纖維層的多個(gè)層。
圖10提供了前述圖的超聲波設(shè)備的側(cè)視圖，顯示了旋轉(zhuǎn)鼓輪18，其軸20在下側(cè)上，焊接砧角14以及驅(qū)動(dòng)單元62在上側(cè)上，它們所有都被設(shè)置成使得網(wǎng)12可以穿過其間。超聲設(shè)備包括四個(gè)單獨(dú)的超聲振動(dòng)設(shè)備100、102、104、106，它們彼此獨(dú)立操作。它們中的每一個(gè)裝在驅(qū)動(dòng)單元62中，帶有用于監(jiān)測砧角和砧座之間間隙的傳感器108以及驅(qū)動(dòng)器110。傳感器108和驅(qū)動(dòng)器110通過電線112和114電連接至電氣控制單元116，該單元確保間隙72保持在足夠小的公差范圍內(nèi)，從而確保網(wǎng)44或?qū)訝铙w92、98的部件的超聲波連接，另外防止砧角和砧座彼此接觸。這些控制相對于每個(gè)單獨(dú)的超聲振動(dòng)系統(tǒng)100、102、104、1 06獨(dú)立操作。然后將控制單元116連接至中央電力供應(yīng)單元118。
圖11顯示了單獨(dú)的超聲波振動(dòng)系統(tǒng)，例如圖10中的部件100?？梢圆捎貌煌愋偷目刂?，最優(yōu)選的是所謂的力控制。該設(shè)備的兩個(gè)主要目的是產(chǎn)生用于超聲焊接的振動(dòng)，并確保控制旋轉(zhuǎn)鼓輪18和焊接砧角14之間的間隙72。如圖10所示，驅(qū)動(dòng)單元62包括傳感器108和驅(qū)動(dòng)器110。為了說明對間隙72的控制，圖11中顯示了詳細(xì)的細(xì)節(jié)。驅(qū)動(dòng)器110為焊接砧角14提供振動(dòng)。另外，力傳感器108與驅(qū)動(dòng)器10接觸或直接與焊接砧角14接觸。其目的是為了檢測焊接砧角對待連接材料的驅(qū)動(dòng)力。該傳感器可以是任何類型，例如某些壓電傳感器。該力信號(hào)通過電連接112傳輸至電氣控制單元116。如果電氣控制單元116識(shí)別出所測量的力小于預(yù)設(shè)的閾值，則整個(gè)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器110和傳感器108在內(nèi)通過由電線122電連接至電氣控制單元116的驅(qū)動(dòng)部件120而向下移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器110通過線路系統(tǒng)124連接，其連接方式是使得控制單元116和驅(qū)動(dòng)器110之間可以相對移動(dòng)。焊接砧角14也通過同樣是彈性的線路126電連接至電氣控制單元。旋轉(zhuǎn)鼓輪18在其軸20上通過線路128連接至電氣控制單元116。只要砧角14與突起或旋轉(zhuǎn)鼓輪18的任何其他部分相接觸，就會(huì)產(chǎn)生電短路，并通過線路126、128而得以檢測。然后電氣控制單元116確保恢復(fù)到最小間隙72。
根據(jù)本發(fā)明的方法，要超聲波連接的材料經(jīng)過間隙72(未顯示，參見前圖)，控制機(jī)構(gòu)按照如下方式操作如果傳感器109檢測到力太低，則驅(qū)動(dòng)器110通過驅(qū)動(dòng)部件120向下移動(dòng)，直至達(dá)到該力的閾值。當(dāng)力過高時(shí)，按照相反方向進(jìn)行同樣操作。因此通過使用傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，可以確保對間隙72的連續(xù)控制。另外，對焊接砧角14與旋轉(zhuǎn)鼓輪18之間導(dǎo)電率的附加控制確保保持最小間隙，從而可以避免砧角和砧座彼此接觸。
控制間隙的一種替代方法是通過設(shè)置在旋轉(zhuǎn)鼓輪18內(nèi)的傳感器檢測焊接砧角14以及旋轉(zhuǎn)鼓輪18的表面之間的距離?？刂崎g隙的方法的進(jìn)一步細(xì)節(jié)參見WO96/14202。
在上述試樣過濾器中，進(jìn)行比較測量。
按照測試標(biāo)準(zhǔn)DIN 71 461第一部分對測量其效率。
如下進(jìn)行效率的測量按照DIN 71 460的§4.4引入基于DIN ISO5011的試驗(yàn)用粉劑“粗?！?。在穿過所要測試的過濾器進(jìn)入之前和之后用顆粒計(jì)數(shù)器測量該粉劑。這些顆粒計(jì)數(shù)器能夠確定出至少在0.5-15微米的不同顆粒尺寸的顆粒。在該顆粒范圍內(nèi)的比率即為百分比效率。要考慮按照DIN 71 460，§1-4.4.2的所有規(guī)定。尤其重要的是，所要測試的過濾器對于不同實(shí)施例而言在如上所述的尺寸和結(jié)構(gòu)方面是相同的。
可以從圖12中獲得這些結(jié)果。該圖顯示出與對比例相比較的實(shí)施例1、2和4?？梢钥闯?，對于顆粒尺寸在0.1-10微米的測試范圍而言，效率可以提高10個(gè)百分點(diǎn)。
另外，與參考實(shí)施例相比針對所有4個(gè)實(shí)施例確定出所捕獲的灰塵。同樣在此情況下，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)DIN 71 460第一部分進(jìn)行這些試驗(yàn)。
如下進(jìn)行對捕獲灰塵的測試。要考慮與捕獲灰塵的確定相關(guān)的DIN 71 460第一部分的所有規(guī)定，尤其是§6.3。從初始壓降開始進(jìn)行該測量直到該壓降分別增加到25、50、75和100Pa的水平上。在測試之前和之后對這些過濾器進(jìn)行稱重。在該特定情況下，要考慮實(shí)施例1-4和對比例之間的比值，并且確定出捕獲灰塵相對于對比例的增加百分比。對于稱重而言，還需適用DIN ISO 5011。
在表1中列出了這些結(jié)果，該表顯示出與針型對比例相比的額外負(fù)載。不同步驟分別導(dǎo)致20、50、75和100Pa的壓降增加?？梢钥闯觯瑢?shí)施例4獲得了最顯著的改進(jìn)，該實(shí)施例不含稀松布層。
表1

權(quán)利要求
1.一種駐極體無紡過濾介質(zhì)，包括由充有靜電的原纖化纖維形成的無紡過濾網(wǎng)，其中所述的原纖化纖維在所述無紡過濾網(wǎng)上分布的多個(gè)點(diǎn)處相互超聲連接，由所述點(diǎn)占據(jù)的總表面小于所述無紡過濾網(wǎng)表面的5％，并且每平方厘米的點(diǎn)數(shù)至少為2個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的駐極體無紡過濾介質(zhì)，其中每平方厘米的點(diǎn)數(shù)至少為8個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的駐極體無紡過濾介質(zhì)，其中由所述點(diǎn)占據(jù)的總表面為所述無紡過濾網(wǎng)總表面的0.2％-2％。
4.如權(quán)利要求1所述的駐極體無紡過濾介質(zhì)，其中每個(gè)所述點(diǎn)的尺寸不大于10-2cm2。
5.如權(quán)利要求1所述的駐極體無紡過濾介質(zhì)，其中所述過濾介質(zhì)還包括在所述點(diǎn)處超聲粘接在所述無紡過濾網(wǎng)上的稀松布層。
6.如權(quán)利要求1所述的駐極體無紡過濾介質(zhì)，其中所述過濾介質(zhì)還包括在所述點(diǎn)處超聲粘接在所述無紡過濾網(wǎng)上的結(jié)網(wǎng)。
7.如權(quán)利要求1所述的駐極體無紡過濾介質(zhì)，其中所述過濾介質(zhì)還包括由在所述點(diǎn)處超聲粘接在所述無紡過濾網(wǎng)上的無紡熔融吹制纖維形成的層。
8.如權(quán)利要求1所述的駐極體無紡過濾介質(zhì)，其寬度和長度都為30cm或更大。
9.一種制造駐極體無紡過濾介質(zhì)的方法，包括以下步驟(a)對聚合物薄膜充靜電；(b)使所得的充有靜電的薄膜原纖化以形成充有靜電的原纖化纖維；(c)將充有靜電的介電原纖化纖維形成為無紡過濾網(wǎng)；(d)通過在所述無紡過濾網(wǎng)上分布的多個(gè)點(diǎn)處使所述介電原纖化纖維相互超聲波焊接在一起來使所述無紡過濾網(wǎng)鞏固化，從而由所述點(diǎn)占據(jù)的總表面小于所述無紡過濾網(wǎng)的表面的5％，并且每平方厘米點(diǎn)的數(shù)量至少為2。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述方法包括將所述無紡過濾網(wǎng)輸送穿過超聲波焊接站的步驟，所述超聲波焊接站包括沿著與輸送無紡過濾網(wǎng)的方向相垂直的方向相互并排布置的兩個(gè)或多個(gè)超聲波裝置，所述無紡過濾網(wǎng)輸送穿過一超聲波震動(dòng)裝置和該超聲波裝置的配套工具之間的間隙，并且在所述兩個(gè)或多個(gè)超聲波裝置中的所述間隙的尺寸相互獨(dú)立地加以控制。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述配套工具是具有形成圖案的表面的旋轉(zhuǎn)鼓輪，以在所述無紡過濾網(wǎng)上形成所述點(diǎn)的所要求圖案。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述無紡過濾網(wǎng)形成在一稀松布層上，并且同時(shí)所述介電原纖化纖維在所述點(diǎn)處相互連接在一起，所述無紡網(wǎng)層也在所述點(diǎn)處與所述稀松布層連接。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在對所述介電原纖化纖維進(jìn)行超聲連接的同時(shí)將一結(jié)網(wǎng)連接在所述無紡過濾網(wǎng)上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種駐極體無紡過濾介質(zhì)，它包括由在無紡過濾網(wǎng)上分布的多個(gè)點(diǎn)處相互超聲連接的充有靜電的原纖化纖維形成的無紡過濾網(wǎng)，由所述點(diǎn)占據(jù)的總表面小于所述無紡過濾網(wǎng)表面的5％，并且每平方厘米的點(diǎn)數(shù)至少為2個(gè)。本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)駐極體無紡過濾介質(zhì)的方法。
文檔編號(hào)D04H13/02GK1469769SQ01817220
公開日2004年1月21日 申請日期2001年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月13日
發(fā)明者亨德里克·搏特, 亨德里克 搏特 申請人:3M創(chuàng)新有限公司