用于從氣體物流過濾顆粒材料的過濾介質(zhì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于從氣體物流過濾顆粒材料的過濾介質(zhì)，提供了一種適用作空氣過濾介質(zhì)的復(fù)合非織造織物，其通過沉積由第一聚合物電噴而來的納米纖維的網(wǎng)幅到第一支撐網(wǎng)幅上形成，該第一支撐網(wǎng)幅包含比所述納米纖維平均直徑更大且由相容材料紡絲而成的纖維，在網(wǎng)幅之間沒有粘合劑，和將所述網(wǎng)幅溶劑粘合到一起。
【專利說明】用于從氣體物流過濾顆粒材料的過濾介質(zhì)
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?00580048815. 6,申請日為2005年12月28日，發(fā)明名稱為"用 于從氣體物流過濾顆粒材料的過濾介質(zhì)"的中國專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及適用作空氣過濾介質(zhì)的復(fù)合非織造織物，用于從流體物流中過濾顆粒 材料。

【背景技術(shù)】
[0003] 在對0. 3微米顆粒過濾時執(zhí)行效率小于99. 97%的HVAC空氣過濾器中通常采用 的過濾介質(zhì)是基于玻璃、纖維素或聚合物的。由該性能范圍內(nèi)介質(zhì)制得的過濾器典型的被 稱作 "ASHRAE 過濾器，'，因為 American Society of Heating，Refrigerating and Air - Conditioning Engineer為在這些應(yīng)用中的過濾介質(zhì)的性能撰寫標(biāo)準(zhǔn)?；诰酆衔锏倪^濾 介質(zhì)典型的為紡粘或熔噴非織造織物，與由濕法成網(wǎng)造紙方法制造的玻璃或纖維素介質(zhì)相 t匕，該非織造織物通常經(jīng)過靜電改善以在較低的壓力下降提供更高的過濾效率。
[0004] 靜電改善的空氣過濾介質(zhì)和濕法成網(wǎng)工藝制造的介質(zhì)，更具體的玻璃纖維的使 用，目前有局限。靜電處理的熔噴過濾介質(zhì)，如美國專利4, 874, 659和4, 178, 157中描述 的，起初性能還好，可是在使用過程中很快損失過濾效率，這是由于當(dāng)介質(zhì)開始捕獲顆粒時 帶來粉塵負荷并且靜電電荷由此變得絕緣。另外，由于有效的顆粒捕獲是基于電荷的，所以 這種過濾器的性能被空氣濕度嚴(yán)重影響，產(chǎn)生電荷損耗。
[0005] 使用微型玻璃纖維和含微型玻璃纖維的混合物的過濾介質(zhì)典型包含以織造或非 織造結(jié)構(gòu)排列的小直徑玻璃纖維，其具有顯著的抗化學(xué)腐蝕作用和相對小的氣孔尺寸。 這種玻璃纖維介質(zhì)在下列美國專利中被公開：Smith等，美國專利2, 797, 163 ;Waggoner， 美國專利 3, 228, 825 ;Raczek，美國專利 3, 240, 663 ;Young 等，美國專利 3, 249, 491 ; Bodendorfet等，美國專利3, 253, 978 ;Adams，美國專利3, 375, 155 ;以及Pews等，美國專利 3, 882, 135。微型玻璃纖維和含微型玻璃纖維的混合物典型的相對易碎，因此在將其打褶 時，破碎造成不期望的產(chǎn)率損失。破碎的微型玻璃纖維也可被含微型玻璃纖維的過濾器釋 放到空氣中，如果該微型玻璃被吸入則產(chǎn)生潛在的健康危害。
[0006] 提供一種裝置以達到ASHRAE水平空氣過濾，同時避免已知過濾介質(zhì)的上述局限 是將被期望的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在第一實施方案中，本發(fā)明涉及復(fù)合織物，其包含電噴聚合物納米纖維網(wǎng)幅 (web)，所述納米纖維網(wǎng)幅經(jīng)溶劑粘合到第一支撐網(wǎng)幅上，網(wǎng)幅之間沒有粘合劑，所述第一 支撐網(wǎng)幅包含平均直徑比所述納米纖維大并且由和所述納米纖維相容的材料紡粘而成的 纖維。
[0008] 另一個本發(fā)明的實施方案涉及形成復(fù)合織物的方法，包含電噴聚合物納米纖維網(wǎng) 幅和針對其的溶劑到移動的包含更大纖維的支撐網(wǎng)幅上，該更大纖維由與所述納米纖維聚 合物相容的材料紡粘而來；并對組合的網(wǎng)幅施加約4mm H2O?170mm H2O的真空壓力以溶劑 粘合納米網(wǎng)幅和支撐網(wǎng)幅。
[0009] 具體地，本發(fā)明公開了例如以下方面的內(nèi)容：
[0010] 1.復(fù)合織物，包含溶劑粘合到第一支撐網(wǎng)幅上的電噴聚合物納米纖維網(wǎng)幅，所述 第一支撐網(wǎng)幅包含比所述納米纖維平均直徑大并由與所述納米纖維相容的材料紡絲形成 的纖維，在所述網(wǎng)幅之間沒有粘合劑。
[0011] 2.方面1的復(fù)合織物，其中納米纖維聚合物選自聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚偏二氟 乙烯和聚乙烯醇，所述支撐網(wǎng)幅包含選自聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、 天然纖維和其組合的纖維。
[0012] 3.方面1的復(fù)合織物，其中所述相容材料為聚合物的。
[0013] 4.方面2的復(fù)合織物，其中納米纖維和支撐網(wǎng)幅纖維均為聚酰胺。
[0014] 5.方面3的復(fù)合織物，其中納米纖維聚合物和所述支撐網(wǎng)幅的聚合物纖維是不同 的聚合物。
[0015] 6.方面3的復(fù)合織物，其中所述支撐網(wǎng)幅包含不同聚合物纖維的組合。
[0016] 7.方面6的復(fù)合織物，其中支撐網(wǎng)幅包含多層不同的聚合物纖維。
[0017] 8.方面1的復(fù)合織物，其中支撐網(wǎng)幅為織造織物或非織造網(wǎng)幅。
[0018] 9.方面8的復(fù)合織物，其中支撐網(wǎng)幅為非織造網(wǎng)幅，選自紡粘纖維、熔噴纖維、梳 理纖維、濕法成網(wǎng)纖維和其組合。
[0019] 10.方面1的復(fù)合織物，其中納米纖維網(wǎng)幅包含具有約200nm - 500nm平均纖維直 徑、至少約2. 5g/m2的單位重量的聚酰胺納米纖維，且支撐網(wǎng)幅包含至少一層紡粘纖維。
[0020] 11.方面1的復(fù)合織物，其中納米纖維網(wǎng)幅包含具有約200nm - 500nm平均纖維直 徑、至少2. 5g/m2的單位重量的聚酰胺納米纖維，且支撐網(wǎng)幅包含梳理聚酰胺纖維和梳理聚 酯纖維的雙層結(jié)構(gòu)，其中納米纖維網(wǎng)幅與梳理聚酰胺纖維層溶劑粘合。
[0021] 12.方面1的復(fù)合織物，進一步包含第二支撐網(wǎng)幅，其包含比納米纖維平均直徑更 大且由與所述納米纖維相容的材料紡絲形成的纖維，所述第二支撐網(wǎng)幅溶劑粘合到所述納 米纖維網(wǎng)幅上，與第一支撐網(wǎng)幅相對。
[0022] 13.方面12的復(fù)合織物，其中所述第一和第二支撐網(wǎng)幅在化學(xué)上相同。
[0023] 14.方面2的復(fù)合織物，其中所述納米纖維為聚酰胺且支撐網(wǎng)幅包含PET和天然纖 維的混合物。
[0024] 15.方面14的復(fù)合織物，其中所述天然纖維為纖維素。
[0025] 16.方面2的復(fù)合織物，其中所述納米纖維為聚酰胺，支撐網(wǎng)幅纖維全是天然纖 維。
[0026] 17.方面16的復(fù)合織物，其中所述天然纖維為纖維素。
[0027] 18.方面2的復(fù)合織物，其中所述納米纖維為聚乙烯醇，所述支撐網(wǎng)幅包含聚乙烯 醇纖維和人造絲纖維的混合物。
[0028] 19.形成復(fù)合織物的方法，包含將聚合物納米纖維網(wǎng)幅和針對其的溶劑電噴到移 動的包含更大纖維的支撐網(wǎng)幅上，該更大纖維由與所述納米纖維聚合物相容的材料紡絲形 成；和，對所述結(jié)合的網(wǎng)幅施加約4mm H2O - 170mm H2O的真空壓力以將所述納米纖維網(wǎng)幅 和所述支撐網(wǎng)幅溶劑粘合。
[0029] 20.方面19的方法，其中施加的真空壓力在約60mm H2O - 170mm H2O,以形成溶劑 粘合的納米纖維網(wǎng)幅/支撐網(wǎng)幅復(fù)合織物。
[0030] 21.方面19的方法，其中施加的真空壓力在約4mm H2O - 30mm H2O之間，且進一 步包括沉積第二支撐網(wǎng)幅于所述納米纖維網(wǎng)幅上以形成支撐網(wǎng)幅/納米纖維網(wǎng)幅/支撐網(wǎng) 幅式復(fù)合織物，該第二支撐網(wǎng)幅包含由與所述納米纖維聚合物相容的材料紡絲形成的更大 的纖維，并使所述復(fù)合織物經(jīng)過凝固輥隙以使所述復(fù)合物溶劑粘合。
[0031] 22.方面21的方法，進一步包括在真空下干燥溶劑粘合的復(fù)合織物以去除溶劑。
[0032] 定義
[0033] 術(shù)語"納米纖維"是指平均直徑小于1000納米的纖維。
[0034] 術(shù)語"過濾介質(zhì)"或"介質(zhì)"是指帶顆粒的流體通過的材料或材料的集合 (collection)，伴隨著至少暫時沉積顆粒材料在該介質(zhì)內(nèi)或上。
[0035] 術(shù)語"ASHRAE過濾器"是指任何適用于在取暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中從空氣中過濾顆 粒的過濾器。
[0036] 術(shù)語"SN結(jié)構(gòu)"是指包含支撐或"紗布（scrim) "⑶層和納米纖維（N)層的多層 非織造材料。
[0037] 術(shù)語"SNS結(jié)構(gòu)"是指包含夾在兩個支撐層之間的納米纖維層的多層非織造材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1是形成適用于本發(fā)明的納米纖維的現(xiàn)有技術(shù)電噴設(shè)備的闡述。
[0039] 圖2是用于生產(chǎn)本發(fā)明的SNS溶劑粘合織物的工藝生產(chǎn)線的闡述。

【具體實施方式】
[0040] 本發(fā)明涉及適用作過濾介質(zhì)的復(fù)合非織造織物，包含至少一層納米纖維層和至少 一層紗布層。該納米纖維層包括基本上連續(xù)的有機聚合物納米纖維的集合，該納米纖維具 有小于約1 μ m或IOOOnm的直徑。這種過濾介質(zhì)可用于過濾應(yīng)用以去除流體物流中的顆粒 材料，特別的，從氣體物流如空氣中去除顆粒材料。
[0041] 適用于空氣過濾應(yīng)用（包括ASHRAE過濾和交通工具艙室空氣過濾）的過濾介質(zhì) 可這樣制得：通過鋪設(shè)一個或多個納米纖維層與紗布層以形成SN x結(jié)構(gòu)，或?qū)⒁粋€或多個納 米纖維層置于兩個紗布層之間以形成SNxS結(jié)構(gòu)，其中X至少為1。每個納米纖維層具有至 少約2. 5g/m2的單位重量，納米纖維層的總單位重量為約25g/m2或更多。
[0042] 在本發(fā)明的介質(zhì)中，納米纖維層的厚度小于約ΙΟΟμπι ;有利的納米纖維層的厚度 大于5 μ m且小于100 μ m。納米纖維層的厚度可根據(jù)納米纖維聚合物的密度變化。如果納 米纖維層的固體體積分?jǐn)?shù)增加，如通過壓延或在高真空下收集納米纖維層，可使得納米纖 維層的厚度降低而基本上不降低效率或其他過濾性質(zhì)。在恒定層厚下增加固態(tài)含量，降低 了孔尺寸且提高過濾效率。
[0043] 本發(fā)明中的納米纖維層可根據(jù)美國出版專利申請No. 2004/0116028A1中公開的 阻擋網(wǎng)幅來制作，在此該專利被引作參考。
[0044] 納米纖維層由基本上連續(xù)的聚合物纖維制成，所述聚合物纖維具有小于IOOOnm 的直徑，有利的在約IOOnm和約700nm之間，或者甚至在約200nm和約650nm之間，或者甚 至在約200nm和約500nm之間，或者甚至在約300nm和400nm之間。納米纖維層的連續(xù)聚 合物纖維可由電噴方法形成，該方法在PCT專利公開WO 03/080905A (對應(yīng)美國專利系列號 10/477, 882,于2002年11月20提交）中公開，其在此處被引作參考。WO 03/080905A公開 用于生產(chǎn)納米纖維網(wǎng)幅的設(shè)備和方法，設(shè)備基本上如圖1所闡述。方法包括從儲存罐100 將包括聚合物和溶劑的聚合物溶液物流進料到紡絲頭102內(nèi)的系列紡絲噴嘴104中，該紡 絲頭被施加高電壓，聚合物溶液從該紡絲頭排放。同時，任選在空氣加熱器108中被加熱的 壓縮空氣從置于紡絲噴嘴104旁邊或外圍的空氣噴嘴106放出。通常向下引導(dǎo)空氣作為噴 吹氣體物流，其包被和推進新排放的聚合物溶液并協(xié)助形成纖維網(wǎng)幅，該網(wǎng)幅在真空室114 上的接地的多孔收集帶110上被收集，真空室114的真空從空氣鼓風(fēng)機112的入口處施加。
[0045] 通過電噴方法沉積的納米纖維層總是夾帶有大量的過程溶劑。在形成復(fù)合織物方 法先前的實施方案中，例如在于2004年12月28提交并在此其被引作參考的美國臨時申請 60/639771中，在多數(shù)情況下納米纖維層首先被沉積，然后在真空室114的幫助下，大多數(shù) 被夾帶的過程溶劑被去除之后才收集納米纖維層成卷。然后通過粘合劑粘結(jié)，將納米纖維 層和紗布層手工結(jié)合以形成復(fù)合SN或SNS織物。
[0046] 已發(fā)現(xiàn)直接沉積電噴納米纖維和過程溶劑于紗布層上，特別是含有由與納米纖維 聚合物相容材料制得的更大纖維的紗布層，允許直接原位粘結(jié)納米纖維層和紗布，不需要 在網(wǎng)幅之間另加單獨的粘合劑。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明，"相容"聚合物是能自由溶解于過程溶劑中的那些，或其中紗布聚合 物至少部分溶解于過程溶劑或可用過程溶劑溶脹，或其中納米纖維和紗布聚合物具有相關(guān) 極性，該極性不會差異到導(dǎo)致在沒有單獨粘合劑的情況下聚合物彼此不粘合。本
【發(fā)明者】相 信本發(fā)明的"溶劑粘合"由于下文討論的一系列溶劑/聚合物相互作用而發(fā)生。
[0048] 適于電噴的聚合物/溶劑結(jié)合在WO 03/080905A中公開，包括聚酰胺/甲酸。含有 分離的與電噴纖維相容的聚合物纖維層的紗布的使用將被最優(yōu)化以獲得良好的溶劑粘合。 在一個實施方案中，"相容"聚合物是指不同的聚合物纖維由具有基本相似化學(xué)組成的聚合 物制得，即由單體的相似組合制得。例如，在具有針對兩者任一的合適電噴溶劑下，尼龍一 6纖維與尼龍一 6, 6纖維可成功的溶劑粘合?；瘜W(xué)相似的纖維聚合物不必要具有相同的分 子量分布，所述單體的量不必要相同，所有單體也不必要完全一致。化學(xué)相似的聚合物在過 程溶劑中的相對溶解度決定溶劑粘合的功效。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的溶劑粘合技術(shù)，納米纖維聚合物可與紗布纖維聚合物化學(xué)不同，只 要紗布纖維聚合物與納米纖維聚合物相容即可，比如其中紗布纖維聚合物至少部分溶解于 電噴溶劑中或可用電噴溶劑溶脹。如上所述，當(dāng)納米纖維和紗布纖維都由同種聚合物或能 溶于同種溶劑的聚合物制得時，可在兩層之間形成溶劑焊接粘結(jié)，此時聚合物纖維的相鄰 部分共同溶解（Co - dissolve)于電噴溶劑中，該溶劑隨后被去除。同樣的，即便紗布聚合 物不能自由溶解于過程溶劑中，只要其能被所述溶劑溶脹，就能獲得合適的溶劑粘合?？商?代的，即便當(dāng)紗布纖維材料在電噴溶劑中不溶解或不溶脹，但是，由于在溶劑去除之前粘合 在紗布纖維上的溶劑溶脹的納米纖維的粘著性，可獲得足夠的"溶劑粘合"，只要這兩種聚 合物具有相容的相關(guān)極性，即在極性上不是過于差異。
[0050] 相應(yīng)的，在這些情況下，紗布纖維可為聚合物；聚合物纖維和天然纖維的足額和， 例如纖維素、人造絲、棉等；甚至所有天然纖維，只要粘性的、紡粘后未經(jīng)任何加工的納米纖 維可成功地粘合在至少部分紗布纖維上即可。
[0051] 例如，根據(jù)本發(fā)明，在甲酸中電噴的聚酰胺納米纖維可成功地溶劑粘合到聚酯纖 維紗布上，即使在甲酸中聚酯僅是邊沿溶解的（如果有溶解的話）。然而，在甲酸中電噴的 聚酰胺納米纖維不能充分粘合或粘結(jié)在聚丙烯紗布的纖維上，后者是高非極性的（見下文 對比實施例B)。因此由相對極性的聚合物形成的納米纖維與高非極性聚合物紗布纖維，如 聚烯烴，在本發(fā)明的意義中，是不"相容"的。已發(fā)現(xiàn)電噴聚合物納米纖維可成功地"溶劑 粘合"到含有至少部分纖維是由天然材料如纖維素纖維、人造絲纖維、棉纖維等制得的紗布 上。這種天然纖維材料在本發(fā)明的意義中是"相容的"。
[0052] 合適的相容的聚合物/溶劑組合的實例包括但不局限于聚酰胺如尼龍一 6、尼 龍一 6, 6、尼龍一 6, 10于甲酸中，間一聚芳族酰胺于DMAc (二甲基乙酰胺）中和對一聚 芳族酰胺于硫酸中，聚酯如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇 酯）和PPT (聚對苯二甲酸丙二醇酯）于三氟乙酸/二氯甲烷或N -甲基一 2 -吡咯烷酮 (NMP)中，PAN(聚丙烯腈）于DMF(二甲基甲酰胺）或DMAc中，PVA(聚乙烯醇）于水中， 聚氨酯于DMAc中，和PVdF于DMAc或DMF中。某些聚酰胺存在其他合適的溶劑選擇，如 HFIP (1，1，1，3, 3, 3 -六氟異丙醇），其也溶解PET。聚合物溶解領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解根據(jù) 參考文獻（如 Allan F M Barton 的 CRC Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameters)通過匹配溶解度參數(shù)，一系列合適的聚合物/溶劑電噴體系可以匹 配紗布材料。
[0053] 可能具有相對粗糙表面的紗布層比具有平滑表面的紗布層（如平滑粘結(jié)紗布）將 提供與納米纖維層更好的粘結(jié)。
[0054] 因此，根據(jù)本發(fā)明，復(fù)合織物由溶劑粘合納米纖維層到紗布上形成SN結(jié)構(gòu)（圖1) 而制得，所述溶劑粘合是通過直接電噴納米纖維層和夾帶的過程溶劑到基本上連續(xù)的、由 移動的收集帶110支撐的紗布層上來進行。
[0055] 當(dāng)溶劑粘合SN結(jié)構(gòu)時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)在真空室收集器114上以大于約60mm H2O真 空水平，如以約60mm H2O直至約170mm H2O,且有利的在約60mm H2O -約100mm H2O的真空 水平，沉積納米纖維/溶劑組合于支撐層上時，產(chǎn)生特別強勁的粘結(jié)。
[0056] 本發(fā)明的復(fù)合織物可通過在一次工序（single pass)中于紗布上形成納米纖維 層而制得，或使用多工序累積納米纖維層至期望的厚度或單位重量，如在電噴方法中，來制 得。電噴方法使得單位重量適用于空氣過濾介質(zhì)的納米纖維層可以在一次工序中形成，這 是因為比現(xiàn)有納米纖維生產(chǎn)中已知的更高得聚合物溶液處理量是可能的。取決于聚合物溶 液流速和收集帶速度，可在一次工序中形成具有約2. 5g/m2至甚至最高達25g/m2的單位重 量的單層納米纖維層。這種新方法在效率上的優(yōu)勢對于技術(shù)人員是顯而易見的。通過根據(jù) 本發(fā)明在一次工序中形成納米纖維層，需要較少的操作，從而減少在最終過濾介質(zhì)中引入 缺陷的可能性，且使得納米纖維層可以直接溶液粘結(jié)到紗布層上而不間斷工藝流水線。當(dāng) 然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在某些情況下，使用多個電噴束來接連沉積多個至少約2. 5g/m2 的納米纖維層會有利，以累積總納米纖維層單位重量至如約25g/m2或更多。為了改善納米 纖維平鋪速率和由此的單層納米纖維層的單位重量，紡絲條件的改變可在收集帶速度、聚 合物溶液流速中實現(xiàn)，甚至可以通過改變聚合物在溶液中的濃度來實現(xiàn)。
[0057] 在本發(fā)明的另一個實施方案中，SNS復(fù)合織物可在連續(xù)的操作中形成和粘結(jié)。在該 實施方案中（圖2)，基本連續(xù)的支撐或紗布層122由供給輥121提供到移動的收集帶110 上，并被導(dǎo)入紡絲室120中，在一個或多個電噴束102下，以在適當(dāng)?shù)恼婵障鲁练e一層或多 層含有溶劑的納米纖維于移動的紗布上，從而形成SN結(jié)構(gòu)123。真空室114的真空水平由 真空吹風(fēng)機112維持在約4mm H2O直至約30mm H2O,這樣以協(xié)助納米纖維層的收集，但不 能太高以至于去除大量的過程溶劑。隨后，第二紗布125,其可以與支撐紗布122相同或不 同，由頂部紗布供給棍124提供并被引導(dǎo)通過第一張緊棍118,繞過凝固棍（consolidation roll) 126,然后在凝固輥的輕壓下沉積在納米纖維層（一層或多層）上面，以形成多層SNS 復(fù)合織物127。輕壓作用是確保相鄰織物層之間的完全接觸以允許存留在納米纖維層中的 溶劑將不同層的纖維軟化和焊接在一起。優(yōu)選維持壓力以確保層與層之間足夠的接觸和粘 結(jié)，但不能太高以致于使各個纖維變形或顯著降低織物的整體滲透率。接著，溶劑粘合的 SNS復(fù)合織物127被引導(dǎo)通過另一個張緊輥118,而后通過第二真空室115,該真空室以更高 的真空水平工作以去除剩余溶劑，然后復(fù)合織物卷繞在收卷輥130上。
[0058] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，真空室114和真空室115的最優(yōu)真空水平很大程度上 取決于電噴和粘合工藝中使用的聚合物/溶劑組合。例如，在二個階段其中之一或二者中， 較易揮發(fā)的溶劑可能需要較低的真空以獲得此文說明的溶劑粘合和去除功能。
[0059] 有利的，紗布層是紡粘（SB)非織造層，但紗布層可以是梳理、濕法成網(wǎng)、熔噴或其 他方法形成和凝固的非織造聚合物和/或天然纖維、和織造聚合物和/或天然纖維織物等 的網(wǎng)幅。紗布層需要足夠的剛度以維持褶裥和死褶。單個紗布層的剛度有利的至少在l〇g， 如下面所述由織物手感測試儀所測量的。特高的剛度可通過用丙烯酸粘結(jié)梳理的或者濕法 成網(wǎng)的、包含粗短纖維的紗布來獲得。紗布層可以是多層織物，如梳理聚（對苯二甲酸乙二 醇酯）（PET)纖維和梳理尼龍纖維層的疊層物，或其他這種多層織物。有利的，本發(fā)明的過 濾介質(zhì)具有至少45g的整體織物手感剛度和SNxS結(jié)構(gòu)，其中至少兩層紗布層貢獻了剛度， 納米纖維層層數(shù)X至少是1。在SNS結(jié)構(gòu)情況下，兩層紗布層可相同，或可在單位重量、纖 維組成或形成技術(shù)上不同。例如，支撐紗布可為紡粘聚酰胺非織造網(wǎng)幅，在其上沉積聚酰胺 納米纖維層，上層紗布可為由第三種聚合物制得的織造的、梳理的或紡粘的層，只要第三種 聚合物與納米纖維聚合物相容。另一種有利的層組合是電噴聚酰胺納米纖維層與由PET纖 維、纖維素纖維或甚至PET和纖維素纖維的混合物制得的濕法成網(wǎng)非織造紗布溶劑粘合。 另一種有利的層組合是電噴聚乙烯醇纖維與PVA和人造絲纖維的復(fù)合濕法成網(wǎng)層粘結(jié)。
[0060] 本發(fā)明的復(fù)合織物可被構(gòu)造成任何期望的過濾器形式，例如筒、平盤、罐、板、包和 袋。在上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，該介質(zhì)基本上可被打褶、卷曲或置于支撐結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明的過濾介 質(zhì)實質(zhì)上可用于任何傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括平板過濾器、橢圓形過濾器、筒狀過濾器、螺旋盤繞 狀過濾器結(jié)構(gòu)，且可用于褶狀的Z型過濾器、V - bank或其他包括該介質(zhì)形成有用形狀或 輪廓的幾何構(gòu)造。有利的幾何形態(tài)包括褶狀的圓柱模式。
[0061] 過濾介質(zhì)的最初壓降（本文中還稱為"壓降"或"壓力差"）有利地低于約30mmH20， 更有利的低于約24mmH 20。在使用期間，由于顆粒堵塞過濾器，所以過濾器的壓降隨時間增 力口。假設(shè)其他變量保持恒定，過濾器的壓降越高，過濾器的壽命越短。當(dāng)達到過濾器的選定 極限壓降時，過濾器典型地被確定為需要替換。極限壓降隨應(yīng)用而變化。由于這種壓力的 積累是粉塵（或顆粒）負荷的結(jié)果，對于同等效率系統(tǒng)，較長壽命典型地直接與較高的負荷 能力相關(guān)。效率是介質(zhì)捕捉顆粒而非使顆粒通過的趨勢。假設(shè)其他變量保持恒定，通常過 濾介質(zhì)從流體流動物流去除顆粒的效率越大，過濾介質(zhì)將越迅速地達到"壽命"壓力差。
[0062] 已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的溶劑粘合的復(fù)合織物提供不尋常的流體滲透率和效率的組合，與 傳統(tǒng)的用于空氣過濾應(yīng)用的濕法成網(wǎng)微型玻璃介質(zhì)和美國臨時申請60/639771中的粘合 劑粘結(jié)的復(fù)合物二者相比。
[0063] 本發(fā)明的過濾介質(zhì)具有至少約20%的效率，意指該介質(zhì)能在以面速度5. 33cm/秒 流動的空氣中過濾掉至少約20%的具0.3μπι直徑的顆粒。為了用于ASHRAE過濾器，有 利的，本發(fā)明的介質(zhì)能在以面速度5. 33cm/秒流動的空氣中過濾掉至少約30 %至最高約 99. 97%的(λ 3μπι 的顆粒。
[0064] 假設(shè)其他變量保持恒定，過濾介質(zhì)的空氣滲透率越高，壓降越低，從而過濾器壽命 越長。有利的，本發(fā)明的過濾介質(zhì)的Frazier (弗雪澤）空氣滲透率至少為約0.91m3/min/ m2,典型的直到約48m3/min/m2。
[0065] 本發(fā)明的過濾介質(zhì)有利的是基本上電中性，因此受到空氣濕度的影響小很多，與 上述美國專利4, 874, 659和4, 178, 157所公開的性能歸功于與其相關(guān)的電荷的過濾器相比 較而言。"基本上電中性"是指該介質(zhì)不帶可被檢測到的電荷。
[0066] 測試方法
[0067] 過濾效率由從 TSI Incorporated (St. Paul，Minnesota)商業(yè)化可得的 Fractional Efficiency Filter Tester Model 3160決定。輸入目標(biāo)氣溶膠顆粒的期望粒徑到測試器的 軟件中，且設(shè)定期望的過濾器流速。使用32. 4升/分鐘的體積計量的氣流速率和5. 33cm/ 秒的面速度。測試自動連續(xù)進行直到過濾器進行了每種所選粒徑的過濾。然后打印含有每 種粒徑的過濾器效率數(shù)據(jù)和壓降的報告。在下列數(shù)據(jù)中報告的效率僅指0. 3微米顆粒任 務(wù)。
[0068] 壓降由從 TSI Incorporated (St. Paul，Minnesota)商業(yè)化可得的 Fractional Efficiency Filter Tester Model 3160給出報告。測試條件在過濾效率測試方法中進行了 描述。壓降以毫米水柱報告，在本文中還稱為mm H20。
[0069] 單位重量由ASTM D - 3776確定，其在此被引作參考且以g/m2報告。
[0070] 碰由ASTM D177 - 64確定，其在此被引作參考且以微米報告。
[0071] 纖維肓徑按下列方式?jīng)Q定。每個納米纖維層樣品取十個掃描電子顯微鏡 (SEM) 5000倍放大的圖像。測量和記錄這些照片中11個清晰可辨的納米纖維的直徑。不包 括缺陷（即，納米纖維的堆積、聚合物滴、納米纖維的交叉）。計算每個樣品的平均纖維直 徑。
[0072] 剛度用Thwing Albert Instrument Co.(費城，賓西法尼亞）生產(chǎn)的"織物手感測 試儀"儀器測定。織物手感測試儀以克來測量當(dāng)強迫材料標(biāo)本進入邊緣平行的槽時刮刀遇 到的阻力。此為材料剛度的指示，其與材料的柔性成相反關(guān)系。剛度在材料的縱向（機器 方向）和橫向（橫切機器方向）都被測量。
[0073] Frazier (弗雪澤）滲誘率是多孔材料的空氣滲誘率的度量,以ft3/min/ft2單位 報告。它測量在0.5英寸（12. 7_)水柱的壓力差下空氣流通過材料的體積。在真空體系 上設(shè)置有孔隙來限制通過樣品的空氣流為可測量的量?？紫兜某叽缛Q于材料的孔隙率。 Frazier滲透率用設(shè)置有校準(zhǔn)孔隙的Sherman W. Frazier Co.雙壓力計（dual manometer) 以ft3/min/ft2單位測量，并轉(zhuǎn)化成m3/min/m2單位。
[0074] 實施例
[0075] 實施例1
[0076] 納米纖維層由密度為 I. 14g/cc (由 E. I. du Pont de Nemours and Company， Wilmington, Delaware可得）的尼龍一 6, 6聚合物在純度為99%的甲酸（由KemiraOyj， Helsinki，F(xiàn)inland可得）中的24重量％溶液電噴制得。進料聚合物和溶劑到溶液混合 罐，溶液被轉(zhuǎn)移到儲存罐，且通過齒輪泵計量加入具有紡絲噴嘴的電噴紡絲包，如PCT專利 公開W003/080905中所公開的。紡絲包0.75米寬，有76個紡絲噴嘴。該紡絲包處于室溫， 紡絲噴嘴內(nèi)的溶液壓力為l〇bar。紡絲頭是電絕緣的，且被施加75kV的電壓。通過空氣噴 嘴以7. 5m3/分鐘的速率和660mm H2O的壓力將溫度為44°C的壓縮空氣注入到該紡絲包中。 從紡絲噴嘴出來的溶液進入處于大氣壓、65 - 70%的相對濕度和29°C的空氣中。納米纖維 形成方法的聚合物溶液處理量約為2cm3/min/孔。形成的纖維在紡絲包出口下方310mm處 平鋪在以5 - 12m/分鐘運動的多孔帶上面的多孔紗布上。在多孔帶下面產(chǎn)生100 - 170mm H2O真空的真空室輔助纖維的平鋪。用作紗布的是來自Kolon Company (S. Korea)的40g/m2 單位重量紡粘PET非織造材料（Finon C 3040)。紗布的縱向剛度為35g，橫向剛度為55g。
[0077] 生產(chǎn)出的SN結(jié)構(gòu)用TSI測試器3160測量不同顆粒尺寸的過濾效率和壓降，結(jié)果 在表1中給出。
[0078] 實施例2
[0079] 按照實施例1所述制成SN結(jié)構(gòu)，但納米纖維層具有更高的單位重量。制得的結(jié)構(gòu) 測量各種顆粒尺寸的過濾效率和壓降，結(jié)果在表1中給出。
[0080]表 1

【權(quán)利要求】
1. 復(fù)合織物，包含溶劑粘合到第一支撐網(wǎng)幅上的電噴聚合物納米纖維網(wǎng)幅，所述第一 支撐網(wǎng)幅包含比所述納米纖維平均直徑大并由與所述納米纖維相容的材料紡絲形成的纖 維，在所述網(wǎng)幅之間沒有粘合劑。
2. 權(quán)利要求1的復(fù)合織物，其中納米纖維聚合物選自聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚偏二氟 乙烯和聚乙烯醇，所述支撐網(wǎng)幅包含選自聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、 天然纖維和其組合的纖維。
3. 權(quán)利要求2的復(fù)合織物，其中納米纖維和支撐網(wǎng)幅纖維均為聚酰胺。
4. 權(quán)利要求1的復(fù)合織物，其中支撐網(wǎng)幅為非織造網(wǎng)幅，選自紡粘纖維、熔噴纖維、梳 理纖維、濕法成網(wǎng)纖維和其組合。
5. 權(quán)利要求1的復(fù)合織物，其中納米纖維網(wǎng)幅包含具有約200nm - 500nm平均纖維直 徑、至少2. 5g/m2的單位重量的聚酰胺納米纖維，且支撐網(wǎng)幅包含梳理聚酰胺纖維和梳理聚 酯纖維的雙層結(jié)構(gòu)，其中納米纖維網(wǎng)幅與梳理聚酰胺纖維層溶劑粘合。
6. 權(quán)利要求1的復(fù)合織物，進一步包含第二支撐網(wǎng)幅，其包含比納米纖維平均直徑更 大且由與所述納米纖維相容的材料紡絲形成的纖維，所述第二支撐網(wǎng)幅溶劑粘合到所述納 米纖維網(wǎng)幅上，與第一支撐網(wǎng)幅相對。
7. 形成復(fù)合織物的方法，包含將聚合物納米纖維網(wǎng)幅和針對其的溶劑電噴到移動的包 含更大纖維的支撐網(wǎng)幅上，該更大纖維由與所述納米纖維聚合物相容的材料紡絲形成；和， 對所述結(jié)合的網(wǎng)幅施加約4mm H20 - 170mm H20的真空壓力以將所述納米纖維網(wǎng)幅和所述 支撐網(wǎng)幅溶劑粘合。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中施加的真空壓力在約60mm H20 - 170mm H20,以形成溶劑粘 合的納米纖維網(wǎng)幅/支撐網(wǎng)幅復(fù)合織物。
9. 權(quán)利要求7的方法，其中施加的真空壓力在約4mm H20 - 30mm H20之間，且進一步 包括沉積第二支撐網(wǎng)幅于所述納米纖維網(wǎng)幅上以形成支撐網(wǎng)幅/納米纖維網(wǎng)幅/支撐網(wǎng)幅 式復(fù)合織物，該第二支撐網(wǎng)幅包含由與所述納米纖維聚合物相容的材料紡絲形成的更大的 纖維，并使所述復(fù)合織物經(jīng)過凝固輥隙以使所述復(fù)合物溶劑粘合。
10. 權(quán)利要求9的方法，進一步包括在真空下干燥溶劑粘合的復(fù)合織物以去除溶劑。
【文檔編號】D04H3/16GK104260445SQ201410453108
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2004年12月28日
【發(fā)明者】H.S.林, H.蘇, B.L.懷斯曼 申請人:納幕爾杜邦公司