專利名稱：具有兩層或多層細(xì)纖維的壽命長的過濾結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及獨(dú)特的用來過濾流體(包括氣體或液體流)的過濾結(jié)構(gòu)。具體地說，本公開揭示了獨(dú)特的能為過濾結(jié)構(gòu)提供充分長使用壽命、同時(shí)保持或提高其過濾效率的過濾裝置。這種過濾器通常包括細(xì)纖維、能和各種支撐物結(jié)合使用的多孔基底層、外殼、硬件和過濾結(jié)構(gòu)中的其它部件。流體經(jīng)過所述過濾器，除去不需要的物質(zhì)，如微粒物質(zhì)。當(dāng)流體經(jīng)過過濾器時(shí)，可以除去運(yùn)動流體中呈液體、固體及其混合物形式的微粒。
背景技術(shù)：
在過濾技術(shù)的實(shí)踐中，流體通常流經(jīng)過濾結(jié)構(gòu)，目的是除去流體中的微粒。在過濾器使用期限內(nèi)任何過濾部件都能除去流體中微粒的某些部分。過濾器的效率通常定義為過濾器除去運(yùn)動流體相中所含微粒的比例。過濾器使用壽命通常為保持過濾器壓力降在某一預(yù)定水平來使過濾器操作參數(shù)和操作設(shè)備合格的時(shí)間。過濾器必須獲得足夠的除去效率，同時(shí)保持足夠低的壓力降來獲得有用的性能。高的壓力降是使用過濾器的設(shè)備操作效率差的特點(diǎn)。
如在許多技術(shù)中確實(shí)存在的，在成功技術(shù)的任何實(shí)施方式中會出現(xiàn)相當(dāng)程度的折衷。往往當(dāng)效率升高時(shí)，壓力降也升高，而且使用壽命往往大大縮短。由于尚未充分搞清楚的原因，任何過濾器的壓力降在操作過程中會大大升高。含有薄霧或煙霧，無機(jī)氣溶膠，由油、脂肪、烴(carbon)或其它來源形成的有機(jī)氣溶膠，或者混合水性無機(jī)有機(jī)氣溶膠的過濾流體會降低過濾器的有效使用壽命。高效細(xì)纖維層緊密互鎖的本性能使細(xì)纖維層的壓力降顯著升高，而當(dāng)和含微粒的流體接觸時(shí)會迅速大大地升高。雖然這些過濾器在開始操作時(shí)性能優(yōu)良，但是在過濾器使用壽命中并不高效往往是個(gè)問題。所述過濾器雖足于應(yīng)付所分派的任務(wù)，但是一定時(shí)間后必須進(jìn)行更換。鑒于這種結(jié)構(gòu)壓力降升高的迅速程度，即會充分降低其使用壽命，需要改進(jìn)這種過濾器。
如在任何技術(shù)應(yīng)用中常見的，提高過濾器效率和使用壽命是過濾器廠家長期追求的目標(biāo)。因此，在過濾技術(shù)和結(jié)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域中，確實(shí)需要提高過濾器使用壽命，同時(shí)保持或提高過濾效率。
發(fā)明概述我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以使用在介質(zhì)基底或結(jié)構(gòu)中具有一層或多層受控量細(xì)纖維的過濾介質(zhì)，來獲得充分改進(jìn)的過濾介質(zhì)、過濾結(jié)構(gòu)和過濾方法。通過形成一層或多層少量的纖維，可以保持或提高過濾效率，同時(shí)提高其使用壽命。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，將第一層細(xì)纖維設(shè)置在所述基底的上游表面上，然后，形成第二層細(xì)纖維層在基質(zhì)的下游表面上。所述上游層和下游層的效率可以有意選擇為不同。所述下游層的效率可以大于所述上游層。設(shè)置這兩層使過濾流體流經(jīng)這兩層。介質(zhì)可以形成各種過濾結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)型和形式的過濾結(jié)構(gòu)。雙面細(xì)纖維層能保持或提高過濾效率，同時(shí)充分提高過濾器的使用壽命。我們驚奇地發(fā)現(xiàn)在過濾結(jié)構(gòu)中將一單位重量導(dǎo)致效率低于90％的細(xì)纖維設(shè)置在基底一面的第一層中，結(jié)合以一層或多層第二層，可以獲得總效率高于90％且具有長期使用壽命的過濾器。我們發(fā)現(xiàn)，將一單位重量導(dǎo)致效率約為50-90％的細(xì)纖維設(shè)置在任意一層中可以提供這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，更好是將一單位重量導(dǎo)致效率為65-85％的細(xì)纖維設(shè)置在基底上。
我們認(rèn)為，細(xì)纖維達(dá)到充分高的壓力降的機(jī)理是由“膜覆”現(xiàn)象引起的。當(dāng)過濾的微粒物質(zhì)和細(xì)纖維相互作用并截留在細(xì)纖維的網(wǎng)或者織物中時(shí)，這種微粒，尤其是當(dāng)它們是低揮發(fā)性液體時(shí)，會形成完全填充細(xì)纖維網(wǎng)中開孔或空隙的液膜。當(dāng)纖維網(wǎng)中的區(qū)域充滿流體時(shí)，過濾器的壓力降會迅速升高。這種膜覆性質(zhì)也可歸因于微粒和細(xì)纖維之間的相互作用，但可僅歸因于填充纖維織物內(nèi)未占用的間隙而導(dǎo)致壓力升高。在下游面上具有一層其效率大于上游面3％以上，宜5％以上的纖維層，可以提高總效率，但不會降低其使用壽命，這是因?yàn)樗錾嫌螌雍突壮ニ奈⒘?，并降低下游?xì)纖維層阻塞的趨勢。
本發(fā)明涉及呈細(xì)纖維如微米纖維和納米纖維狀、它們用在改進(jìn)的獨(dú)特過濾結(jié)構(gòu)中，為纖維織物或纖維墊形式的聚合組合物。本發(fā)明的聚合物材料是具有在獨(dú)特過濾結(jié)構(gòu)中提供改進(jìn)的效率和使用壽命的物理性質(zhì)的組合物。本發(fā)明的聚合物材料是具有使各種物理形狀和形式的聚合物材料在過濾結(jié)構(gòu)中能在使用中經(jīng)受濕氣、熱量、氣流、化學(xué)物質(zhì)和機(jī)械應(yīng)力或沖擊等不利作用并保持高效過濾效率的物理性能的組合物。
在一般用途中，細(xì)纖維設(shè)置于基底上，此細(xì)纖維層含有直徑約為0.0001-5微米、宜約為0.0001-0.5微米、最好約為0.001-0.3微米的細(xì)纖維，形成在層厚約小于5微米、宜約為0.1-3微米、通常約為0.5-2微米的薄層中。各細(xì)纖維層含有以隨意方向互鎖的纖維網(wǎng)，使纖維網(wǎng)具有相當(dāng)寬的孔徑分布。對本專利申請來說，術(shù)語“孔隙”是指在整個(gè)細(xì)纖維層的纖維網(wǎng)中由2條或多條細(xì)纖維外表面形成的通道或開孔。所述孔隙可由各種或者大量纖維的交錯而形成，產(chǎn)生或形成其大小能有效截留微粒物質(zhì)的開孔。雖然任何細(xì)纖維層能具有各種大小的開孔，但為了有效的過濾，本發(fā)明細(xì)纖維層應(yīng)具有很大數(shù)目孔徑很小，即約為0.001-5微米，但常約為0.5-3微米。在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，孔隙生成時(shí)宜有孔徑小于3微米、往往是小于1微米的開孔，其形式為互鎖的網(wǎng)中開孔的主尺寸小于從流經(jīng)過濾器的流體中除去的微粒直徑。我們發(fā)現(xiàn)，通過降低基底兩個(gè)相背面上的細(xì)纖維覆蓋率，可以使細(xì)纖維層壓力降升高或發(fā)生膜覆現(xiàn)象的趨勢最小。降低設(shè)置在基底兩面上細(xì)纖維的量，可以顯著降低細(xì)纖維層具有因使用液體物質(zhì)進(jìn)行過濾操作而容易封閉小孔隙的趨勢。我們認(rèn)為，這種降低是由于纖維層結(jié)構(gòu)中有較大孔徑的緣故，但是壓力降升高趨勢的減小也可歸因于纖維層表面積的減小。換句話說，例如，可以將在基底一面具有一層平均效率約為90％的細(xì)纖維層的過濾結(jié)構(gòu)改成具有兩塊效率低于80％的纖維層的過濾結(jié)構(gòu)，來制造改進(jìn)的過濾結(jié)構(gòu)。雖然所述第一單層過濾結(jié)構(gòu)允許約10％的微粒通過過濾層(90％效率)，但是單一高效層其壓力降升高迅速的趨勢較高。形成兩層效率(例如)約為75％的過濾層，可以獲得總效率約為87.5％的過濾器，且由于減少了細(xì)纖維層中纖維的量，可以充分減小壓力降升高的趨勢。
在平坦介質(zhì)兩個(gè)相背兩面上結(jié)合以兩層效率較低的細(xì)纖維層，可在整個(gè)層疊結(jié)構(gòu)上提供充分高的效率。令人驚奇的是，在平坦介質(zhì)的相背兩面上結(jié)合兩層細(xì)纖維層，由于降低了阻塞或覆膜的趨勢而呈現(xiàn)長的使用壽命。將過濾的微粒分布在結(jié)構(gòu)層的到處，我們認(rèn)為，由于所述過濾微粒并不聚積在細(xì)纖維結(jié)構(gòu)中相對狹窄的區(qū)域，在過濾器使用期限內(nèi)可以減小任何不適宜的壓力升高。我們認(rèn)為令人驚奇的是，所述層疊結(jié)構(gòu)將細(xì)纖維分布在這兩層的到處，由此能充分延長過濾器的壓力降保持低于最大設(shè)計(jì)壓力降的時(shí)間。這種細(xì)纖維的分布狀態(tài)也分布均勻。
過濾結(jié)構(gòu)已經(jīng)具有各種物理形式。過濾器已經(jīng)設(shè)計(jì)成平板狀柵欄、折疊板、圓筒形或橢圓形部件；在圓柱形濾筒內(nèi)形成的部件；波紋折皺部件等?？梢砸愿鞣N已知的技術(shù)構(gòu)造和安裝這些過濾器形式?？梢允褂萌魏问惯^濾流體經(jīng)過細(xì)纖維層兩次的過濾器形式。
過濾部件或結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)上可以施加細(xì)纖維，對本發(fā)明來說，術(shù)語“細(xì)纖維”表示纖維細(xì)度即直徑為0.0001-5微米或更小，常為0.001-0.5微米，例如基本亞微米直徑的纖維?？梢允褂酶鞣N方法來制造細(xì)纖維并將其施加到介質(zhì)上。所有參考結(jié)合于此的美國專利No.5,423,892(Kahlbaugh等)、美國專利No.3,878,014(McLead)、美國專利No.3,676,242(Prentice)、美國專利No.3,841,953(Lohkamp等)以及美國專利No.3,849,241(Butin等)都公開了各種細(xì)纖維技術(shù)。
常規(guī)的過濾結(jié)構(gòu)是在基底上施加單層細(xì)纖維，基本上完全覆蓋基底。在細(xì)纖維層中常使用足夠的細(xì)纖維，使所得介質(zhì)結(jié)構(gòu)的初始效率大于50％，宜大于80％(平均而言)，不具有效率低于30％的局部結(jié)構(gòu)(效率測試是在20英尺/分鐘下使用單分散0.78微米聚苯乙烯膠乳微粒的ASTM 1215 89)。對常規(guī)過濾器或者任何具體過濾器來說，平均效率低于約30％通常認(rèn)為是不合格的，這是因?yàn)檫^濾器會放過運(yùn)動流體中到來微粒的相當(dāng)大比例。在發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或其它用途中的微粒量會讓更多的微粒進(jìn)入機(jī)械裝置的工作部件，導(dǎo)致機(jī)械裝置出現(xiàn)很大磨損或者故障。
對本專利申請來說，術(shù)語“介質(zhì)”是指織造或非織造的片狀基底，厚度約為0.1～5毫米，效率約為5～80％，常為20～80％，由天然或合成纖維如纖維素、聚酯、尼龍、聚烯烴等制成。
對本專利申請來說，術(shù)語“細(xì)纖維”是指長度不定但寬度尺寸小于5微米、常小于1微米的纖維，所述纖維形成基本覆蓋介質(zhì)表面的薄層中隨機(jī)取向的纖維網(wǎng)。我們在本申請中，發(fā)現(xiàn)一個(gè)關(guān)鍵的細(xì)纖維加入量。將一單位重量的細(xì)纖維設(shè)置在片狀基底的相背兩面上，獲得效率約為15～80％的細(xì)纖維單層。優(yōu)選的加入?yún)?shù)如下
在一個(gè)實(shí)施方式中，較小但有效加入量的細(xì)纖維是厚度為0.1-1.75、密實(shí)性為5-40％(95-60％空隙度)的纖維層。在這種情況下，單位重量為0.00045-0.11毫克/厘米2或0.0028-0.7磅/3000英尺2(磅/3000英尺2是紡織品和紙張廠家的標(biāo)準(zhǔn)單位)。
在另一實(shí)施方式中，細(xì)纖維加入量是厚度為0.75-1.25微米、密實(shí)性為15-25％(85-75％空隙度)的纖維層。在這種情況下，單位重量為0.010-0.05毫克/厘米2或0.06-0.31磅/3000英尺2。
在再一實(shí)施方式中，纖維加入量的上限是厚度為1-3微米、密實(shí)性為10-40％(90-60％空隙度)的纖維層。在這種情況下，單位重量為0.009-0.2毫克/厘米2或0.055-1.2磅/3000英尺2。
對本專利申請來說，術(shù)語“獨(dú)立層”是指在具有基本上片狀基底的過濾結(jié)構(gòu)中，流經(jīng)基底的流體必須先流經(jīng)第一細(xì)纖維層和基底隨后流經(jīng)第二細(xì)纖維層。這些層具有各種過濾器幾何構(gòu)形。細(xì)纖維層理論上可以一步制成，即完全覆蓋片狀基底的兩個(gè)表面，在基底的相背兩面上完全形成兩片獨(dú)立的細(xì)纖維層。在大多數(shù)用途中，我們設(shè)想是在基底的一面上形成第一細(xì)纖維層，然后將基底再次經(jīng)過細(xì)纖維產(chǎn)生步驟形成第二層。
對本專利申請來說，術(shù)語“細(xì)纖維層孔徑或者細(xì)纖維網(wǎng)孔徑”是指在細(xì)纖維層中交錯纖維之間形成的空隙尺寸。
附圖簡要說明

圖1是比較具有單面細(xì)纖維過濾層和雙面細(xì)纖維過濾層的常規(guī)過濾器基底的效率所得數(shù)據(jù)的表示圖。簡而言之，所述數(shù)據(jù)證明在含有過濾結(jié)構(gòu)的雙面細(xì)纖維層中存在明顯的效率提高。
圖2是顯示經(jīng)過80天后使用本發(fā)明雙面細(xì)纖維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致大功率渦輪噴氣式燃?xì)廨啓C(jī)動力系統(tǒng)的功率減少百分?jǐn)?shù)明顯降低的數(shù)據(jù)表示圖。
圖3證實(shí)了由于在細(xì)纖維單面過濾結(jié)構(gòu)上形成礦油油膜而導(dǎo)致以水柱英尺數(shù)表示的壓力降升高。此圖證實(shí)，在其測試使用期限內(nèi)，減小了效率的過濾結(jié)構(gòu)其壓力降很小或沒有，而高效率細(xì)纖維層在很短的時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)極高的壓力降。使用兩層效率較低的層，可以保持低壓力降，同時(shí)獲得綜合的過濾效率。
圖4是示例性過濾材料達(dá)到10英尺水柱壓力降所需時(shí)間的柱狀圖。過濾器所使用的測試微粒是SAE細(xì)二氧化硅或者SAE細(xì)二氧化硅和礦物油的混合物。在SAE細(xì)二氧化硅和礦物油混合物的極端條件下，高效細(xì)纖維層20分鐘不到就達(dá)到不合格的壓力降，而效率較低的細(xì)纖維層能經(jīng)受這個(gè)極端測試條件相當(dāng)長時(shí)間。成鮮明對比的是，暴露于僅二氧化硅微粒的細(xì)纖維層能保持合格的壓力降相當(dāng)長時(shí)間。所述兩層的過濾器可以保持低的壓力降升高和合格的效率。
圖5類似顯示了當(dāng)和碳黑微粒與礦物油的混合物相比較時(shí)碳黑微粒的影響。很明顯，產(chǎn)生膜覆作用和阻塞細(xì)纖維層中孔隙的液體物質(zhì)顯著降低了其使用壽命(即達(dá)到很高壓力降)。
圖6顯示本發(fā)明雙面細(xì)纖維結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明本發(fā)明過濾結(jié)構(gòu)包括具有第一面的基底和常規(guī)細(xì)纖維層相比用量較少的細(xì)纖維層。所述基底在基第二面上有量也較少的第二細(xì)纖維層。量較少的細(xì)纖維層，其效率相應(yīng)較低。因此，細(xì)纖維層的效率通常低于約90％。但是結(jié)合兩層細(xì)纖維層都提高了過濾結(jié)構(gòu)的總效率，同時(shí)各層中量較少的纖維降低了各層壓力降顯著升高的趨勢，并提高了過濾結(jié)構(gòu)的有效壽命。兩層中量較少的細(xì)纖維顯著提高了纖維層的孔徑，并顯著增大了供流經(jīng)流體介質(zhì)用的內(nèi)部容積。
所述細(xì)纖維可以使用常規(guī)技術(shù)通過細(xì)纖維靜電抽絲來制造。
微米纖維或細(xì)纖維聚合物材料本發(fā)明提供改進(jìn)的聚合物材料。這種聚合物具有改進(jìn)的物理和化學(xué)穩(wěn)定性。所述聚合物細(xì)纖維是直徑為0.0001-5微米、0.001-0.5微米或者0.001-0.3微米的纖維。直徑5微米以下的纖維(微米纖維)或者直徑0.0001-0.3微米的纖維(納米纖維)可以制成有用的產(chǎn)品形式(例如，當(dāng)在基底上形成時(shí))。納米纖維是直徑小于200納米即0.2微米的纖維。微米纖維是直徑大于0.2微米但不大于10微米的纖維。這種細(xì)纖維可以制成改進(jìn)的多層微過濾結(jié)構(gòu)的形式。本發(fā)明的細(xì)纖維層中是隨機(jī)分布的細(xì)纖維，它們可相互結(jié)合形成連鎖的織物。
所述細(xì)纖維形成在基底層上?？梢垣@得的過濾性能大多是由于基底上的細(xì)纖維阻擋層可以阻擋微粒通過。附著了細(xì)纖維的基底提供剛性、強(qiáng)度、折疊能力這些結(jié)構(gòu)性能。所述細(xì)纖維的連鎖織物絡(luò)具有重要的特征呈微米纖維或納米纖維形式的細(xì)纖維，纖維之間較小的開孔、銳孔或者空隙。這些纖維間的空隙通常小于10微米，約為0.01-5微米，常約為0.05-3微米，宜約為0.1-2微米。
所述過濾產(chǎn)品含有形成于基底上的細(xì)纖維層。合成、天然來源的纖維(例如，聚酯和纖維素層)很細(xì)，適合于基底選擇。細(xì)纖維對全部細(xì)纖維和基底過濾介質(zhì)來說厚度增加不到1微米。使用時(shí)，過濾器可以阻止流體所夾帶的微粒流經(jīng)細(xì)纖維層，形成被捕獲微粒的表面負(fù)載層。微粒包括灰塵或者其它難免的微粒，它們迅速在細(xì)纖維表面形成塵餅，并且能保持很高的起始和總體的微粒去除效率。即使對于粒徑約為0.01-1微米的較細(xì)污染物，含細(xì)纖維的過濾介質(zhì)仍具有很高的微粒捕獲容量。
這里所述的聚合物材料對于熱量、濕度、高流速、逆向脈沖凈化、操作磨損、亞微米微粒、使用中過濾器的凈化以及其它苛刻條件的不利影響，都有相當(dāng)高的經(jīng)久性。所述改進(jìn)的微米纖維和納米纖維性能，是形成微米纖維或納米纖維的聚合物材料特性改進(jìn)的結(jié)果。而且，使用改進(jìn)聚合物材料制成的加入量合適的纖維的本發(fā)明過濾介質(zhì)，有包括效率更高、流量限制更低、磨料微粒存在下的高耐久性(和應(yīng)力有關(guān)或者和環(huán)境有關(guān))以及不含疏松纖維或原纖維的光滑外表面這許多優(yōu)點(diǎn)。此過濾材料的總體結(jié)構(gòu)提供了能提高單位體積介質(zhì)表面積、降低經(jīng)過介質(zhì)的速度、提高介質(zhì)效率以及降低流量限制的總體上較薄的過濾介質(zhì)。
細(xì)纖維可以由聚合物材料或者聚合物加上添加劑制得。本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的方式就是含有第一種和第二種不同(在聚合物類型、分子量或者物理性能上不同)聚合物的聚合物混合物，在高溫下經(jīng)調(diào)適或者處理所述聚合物混合物可以反應(yīng)形成單一的化學(xué)物質(zhì)或者通過退火過程物理混合成一種混合組合物。退火意味著象結(jié)晶上、應(yīng)力釋放或者取向上的物理變化。優(yōu)選的材料是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成單一的聚合物質(zhì)，它經(jīng)差示掃描量熱法分析認(rèn)為是單一的聚合物材料。當(dāng)和優(yōu)選的添加劑材料混合時(shí)，這種材料可以在微米纖維上形成添加劑的表面涂層，在高溫、高濕度以及苛刻操作條件下能提供疏油性、疏水性或者其它相關(guān)的穩(wěn)定性提高。此類材料的細(xì)纖維，其直徑可以約為0.01-5微米。這種微米纖維可以具有是添加劑材料的光滑表面，或者是添加劑材料，部分溶解在聚合物表面上或在聚合物表面上合金化形成的外層，或者兩種情況都有。用于混合聚合物系統(tǒng)中的優(yōu)選材料包括尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍(6-66-610)共聚物和其它線型脂肪族尼龍組合物。用端基滴定法分析了一種優(yōu)選尼龍共聚物樹脂(SVP-651)的分子量(J.E.Walz和Taylor，determination of themolecular weight of nylon，Anal.Chem.Vol.19，Number7，pp448-450(1947))，其數(shù)均分子量(Mn)為21,500-24,800。用三種組分尼龍，約45％尼龍6、約20％尼龍66和約25％尼龍610，的熔融溫度相圖來估測所述組合物(第286頁，Nylon Plastic Handbook，Melvin Kohan ed.Hanser Publisher，NewYork(1995))。
SVP-651報(bào)導(dǎo)的物理性能性能 ASTM方法 單位代表值比重 D-792 -- 1.08吸水性(浸沒24小時(shí)) D-570 ％ 2.5硬度 D-240 肖爾D 65熔點(diǎn) DSC℃(°F) 154(309)拉伸強(qiáng)度@屈服 D-638 兆帕50(7.3)(每平方英尺千磅)斷裂伸長 D-638 ％ 350彎曲模量 D-790 兆帕180(26)(每平方英尺千磅)體積電阻系數(shù) D-257 歐姆-厘米 1012水解程度為87.0-99.9+％的聚乙烯醇可以用于這種聚合物系統(tǒng)中。這些系統(tǒng)宜通過物理方法或者化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行交聯(lián)。這些PVOH聚合物最好是交聯(lián)的，并且和顯著量的疏油性和疏水性添加劑材料混合。
本發(fā)明另一優(yōu)選的方式涉及混合有添加劑組合物的單一聚合物材料，該添加劑是用來提高纖維的使用壽命或者操作性能。本發(fā)明這一方面所用的優(yōu)選聚合物包括縮合聚合物和加成聚合物如尼龍、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇，尤其是當(dāng)它們和強(qiáng)疏油性和強(qiáng)疏水性添加劑混合時(shí)能與添加劑在細(xì)纖維表面上的涂層中形成微米纖維或者納米纖維的那些所述材料。而且，這些聚合物的混合物，如這些尼龍的混合物、這些聚氯乙烯的混合物、這些聚二氟亞乙烯的混合物在本發(fā)明中很有用。而且，本發(fā)明也可設(shè)想使用不同聚合物的混合物或者合金。在這方面，聚合物的相容混合物在形成本發(fā)明微米纖維材料中很有用?？梢允褂美绾砻婊罨瘎⒎请x子表面活化劑、低分子量樹脂(例如分子量小于3000的叔丁基苯酚樹脂)的添加劑組合物。所述樹脂以在沒有亞甲基橋鍵基團(tuán)存在的條件下苯酚核心之間的低聚鍵合為特征。羥基和叔丁基可以在環(huán)周圍隨機(jī)的位置。苯酚核心之間的鍵合通常鄰近于羥基而不是隨機(jī)的部位發(fā)生。類似地，所述聚合物材料可以和可溶于醇的由雙酚A形成的非線型聚合樹脂混合。這種材料類似于上述叔丁基苯酚，也是在不存在任何橋鍵基團(tuán)如亞烯基或亞甲基條件下利用低聚鍵直接將芳香環(huán)連接到芳香環(huán)上形成的。
本發(fā)明尤其優(yōu)選的材料，是直徑約為0.001-10微米的微米纖維材料。優(yōu)選的纖維細(xì)度為0.05-0.5微米。根據(jù)其最終用途和脈沖凈化或者其他的凈化類型，所述纖維可以選自0.01-2微米的纖維、0.005-5微米的纖維或者0.1-10微米的纖維。具有此優(yōu)選細(xì)度的纖維可以提供優(yōu)良的過濾性能，易于逆向脈沖凈化的性能以及其它特性。本發(fā)明特別優(yōu)選的聚合物系統(tǒng)具有附著特性，當(dāng)和纖維質(zhì)基底接觸時(shí)，能以足夠的強(qiáng)度附著在基底上，可以抵抗逆向脈沖凈化技術(shù)和其它機(jī)械應(yīng)力的脫層作用。在這種方式中，聚合物材料必須一直附著在基底上，同時(shí)能經(jīng)受相當(dāng)于除逆向以外經(jīng)過過濾結(jié)構(gòu)的常規(guī)過濾條件的脈沖凈化作用力。當(dāng)纖維和基底接觸或者用熱或壓力對基底上的纖維進(jìn)行后處理時(shí)，這種附著力來自于纖維形成的溶劑效應(yīng)。但是，聚合物的特性，例如類似于氫鍵的特定化學(xué)相互作用、Tg以上或者以下出現(xiàn)的聚合物和基底之間的接觸以及包含添加劑的聚合物配方，在決定附著力時(shí)起著重要的作用。在附著時(shí)用溶劑或水蒸汽增塑的聚合物可以提高其附著力。
本發(fā)明重要的一個(gè)方面是利用這種微米纖維或者納米纖維形成過濾結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的細(xì)纖維材料形成在過濾基底上并附著在過濾基底上?？梢允褂锰烊焕w維和合成纖維的基底，如紡粘織物，合成纖維的非織造織物以及由纖維質(zhì)、合成纖維和玻璃纖維的混合物制成的非織造織物，非織造和織造的玻璃纖維織物，擠壓和沖孔的塑料網(wǎng)材料以及有機(jī)聚合物的UF和MF薄膜。然后將片狀基底或者纖維質(zhì)非織造織物形成過濾結(jié)構(gòu)，將其置于包括空氣流或者液流的流體中用來除去流體中懸浮或者夾帶的微粒。過濾材料的形狀和結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)工程師決定的事情。過濾部件形成之后的一個(gè)重要參數(shù)是它對熱量、濕度或者兩者的經(jīng)久性。本發(fā)明過濾介質(zhì)的一個(gè)方面，是對過濾材料能經(jīng)受長時(shí)間浸沒在溫水中的能力的測試。浸水試驗(yàn)可以提供有價(jià)值的關(guān)于細(xì)纖維經(jīng)受濕熱環(huán)境以及過濾部件在主要含有強(qiáng)凈化表面活性劑和強(qiáng)堿性材料的水溶液中經(jīng)受凈化的能力的信息。適宜的是，本發(fā)明細(xì)纖維材料可以經(jīng)受浸沒在熱水中，而能保留至少50％的形成于基底表面上的細(xì)纖維作為活性過濾部件。細(xì)纖維保留至少50％，就可以保持足夠的纖維效率而不損失過濾容量，也不增加背壓力。最好的是至少保留75％。一般細(xì)纖維過濾層的厚度約為0.001-5微米，宜為0.01-3微米，細(xì)纖維層單位重量約為0.01-240毫克/厘米2。本發(fā)明過濾器基底上形成的細(xì)纖維層，在過濾性能和纖維分布方面均應(yīng)充分地均勻。充分均勻性，我們是指纖維充分覆蓋在基底上，使得全部覆蓋的基底具有至少一定可測量的過濾效率。即使加到其上的纖維量差異較大，也可以獲得足夠的過濾效果。因此，所述細(xì)纖維層在纖維覆蓋率、單位重量、層厚或者纖維加入量的其他度量方面可以不同，但仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。即使細(xì)纖維的加入量較小，也能提高整個(gè)過濾結(jié)構(gòu)的效率。
流體流如空氣流和氣體流中，其他通常攜帶有微粒物質(zhì)。需要除去流體中的一部分或者所有的微粒物質(zhì)。例如，進(jìn)入車廂的空氣流、電腦磁盤驅(qū)動器中的空氣，HVAC空氣，潔凈室中的流通空氣，使用過濾袋、阻擋織物、機(jī)織材料的用途，進(jìn)入車輛或發(fā)電設(shè)備用發(fā)動機(jī)的空氣，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的氣流以及進(jìn)入各種燃燒爐中的空氣流，都往往包含微粒物質(zhì)。當(dāng)為車廂空氣過濾器時(shí)，為了使乘客舒適和/或美觀，應(yīng)除去微粒物質(zhì)。至于進(jìn)入發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和燃燒爐中的空氣流和氣體流，要求除去微粒物質(zhì)，是因?yàn)槲⒘蚋鞣N相關(guān)的機(jī)理對內(nèi)部工件產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的損害。在其它情況下，來自工業(yè)過程或者發(fā)動機(jī)的產(chǎn)出氣或者排出氣中也含有微粒物質(zhì)。在可以或者應(yīng)該將這種氣體排放到各種下游設(shè)備或大氣之前，應(yīng)充分除去這些氣體流中的微粒物質(zhì)。
考慮以下的過濾器類型表面負(fù)載型介質(zhì)和深度型介質(zhì)，可以對空氣過濾器設(shè)計(jì)中的一些基本原理和問題獲得一般認(rèn)識。這些介質(zhì)類型已經(jīng)作了深入的研究并已經(jīng)被廣泛地使用。例如，在U.S.專利Nos.5,082,476、5,238,474和5,364,456中，說明了和它們有關(guān)的某些原理。所述三個(gè)專利的全部內(nèi)容參考結(jié)合于此。
過濾器的“使用壽命”通常根據(jù)選定的過濾器限制壓力降進(jìn)行定義。過濾器的壓力增加將使用壽命限制在用途設(shè)計(jì)所要求的水平上。由于這種壓力增加是微粒負(fù)載的結(jié)果，對相同效率的系統(tǒng)來說，較長的使用壽命通常和較高的容量有直接關(guān)系。效率表征著介質(zhì)捕獲微粒而不是讓微粒通過的傾向。通常，過濾介質(zhì)除去氣流中微粒的效率越高，該過濾介質(zhì)一般來說就越快接近“使用壽命”的壓力差(假定其它變量保持恒定)。在本申請中，術(shù)語“對過濾目的來說不變”是指能保持足夠的對于所選的用途來說必要的去除流體中微粒的效率。
聚合物材料已經(jīng)制成非織造和機(jī)織織物、纖維和微米纖維。所述聚合物材料能提供產(chǎn)品穩(wěn)定性所要求的物理性能。這些材料不應(yīng)在尺寸上明顯改變，不應(yīng)降低其分子量，不應(yīng)在陽光、濕氣、高溫或者其它負(fù)面環(huán)境影響下柔韌性變差，也不會出現(xiàn)應(yīng)力裂縫或者出現(xiàn)物理性能上變差。本發(fā)明涉及在遇到電磁輻射如環(huán)境光線、熱量、濕氣和其它物理作用時(shí)仍能保持物理性能的改進(jìn)聚合物材料。
能用于本發(fā)明聚合組合物中的聚合物材料，包括加成聚合物和縮合聚合物，如聚烯烴、聚縮醛、聚酰胺、聚酯、纖維素醚和酯、聚亞烴化硫、聚氧化芳撐(polyarylene oxide)、聚砜、改性聚砜以及它們的混合物。屬于這些類別的優(yōu)選材料，包括以交聯(lián)和非交聯(lián)形式并以各種水解程度(87-99.5％)存在的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(和其它丙烯酸樹脂)、聚苯乙烯以及它們的共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯和聚乙烯醇。優(yōu)選的加成聚合物通常是玻璃態(tài)的(Tg高于室溫)。這是聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯組合物或合金，或者聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇材料結(jié)晶度低時(shí)的情況。一類聚酰胺縮合聚合物是尼龍材料。通常，尼龍術(shù)語中包括一系列數(shù)字如尼龍66，表示原料為C6二胺和C6二酸(第一個(gè)數(shù)字表示C6二胺，第二個(gè)數(shù)字表示C6二羧酸化合物)。另一種尼龍可以在少量水存在條件下由ε-己內(nèi)酰胺(C6)(或其它C6-內(nèi)酰胺)縮聚作用制得。這種反應(yīng)形成的是線型聚酰胺的尼龍6(由稱為ε-氨基己酸的環(huán)狀內(nèi)酰胺制得)。而且，也可以使用尼龍共聚物。共聚物可以是在反應(yīng)混合物中混合各種二胺化合物、各種二酸化合物和各種環(huán)狀內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)、然后形成具有在聚酰胺結(jié)構(gòu)中隨機(jī)定位的單體材料的尼龍。例如，尼龍6，6-6，10材料是由己二胺和C6、C10二酸混合物制成的尼龍。尼龍6-6，6-6，10是通過共聚ε-氨基己酸、己二胺和C6、C10二酸混合物材料制得的尼龍。
嵌段共聚物也能用于本發(fā)明的方法。對于這種共聚物，溶脹性溶劑的選擇就很重要。所選的溶劑是兩種嵌段都能溶解于其中的溶劑。一個(gè)例子為二氯甲烷溶劑中的ABA(苯乙烯-EP-苯乙烯)或者AB(苯乙烯-EP)聚合物。如果一種組分不溶于溶劑，它會形成凝膠。這種嵌段共聚物的例子為Kraton型苯乙烯-b-丁二烯和苯乙烯-b-氫化丁二烯(乙烯基丙烯(ethylene propylene))、Pebax型e-己內(nèi)酰胺-b-環(huán)氧乙烷、Sympatex聚酯-b-環(huán)氧乙烷以及環(huán)氧乙烷與異氰酸酯的聚氨酯。
加成聚合物如聚偏二氟乙烯、間同聚苯乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯；無定形加成聚合物如聚丙烯腈以及它和丙烯酸和甲基丙烯酸酯的共聚物、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及各種共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和其各種共聚物，它們可以方便地進(jìn)行溶液抽絲，這是因?yàn)樗鼈兡茉诘蛪旱蜏叵氯芙獾木壒?。但是，結(jié)晶度高的聚合物如聚乙烯和聚丙烯，如果要進(jìn)行溶液抽絲的話，就需要高溫高壓的溶劑。因此，聚乙烯和聚丙烯的溶液抽絲很困難。靜電溶液抽絲是制造納米纖維和微米纖維的一種方法。
我們還發(fā)現(xiàn)，將含有兩種或多種聚合物材料混合的聚合組合物、合金形式或者交聯(lián)化學(xué)鍵合結(jié)構(gòu)有顯著優(yōu)點(diǎn)。我們認(rèn)為這種聚合組合物能通過改變聚合物特性，如提高聚合物鏈的柔韌性或者鏈活動性、提高總體分子量以及通過形成聚合物材料織物絡(luò)進(jìn)行增強(qiáng)來改進(jìn)其物理性能。
在這種觀念的一個(gè)實(shí)施方式中，為獲得有益的性能可以混合兩種相關(guān)的聚合物材料。例如，將高分子量聚氯乙烯和低分子量聚氯乙烯混合。類似地，可以將高分子量尼龍材料和低分子量尼龍材料混合。而且，可以混合不同種類的一般聚合物。例如，高分子量苯乙烯可以和低分子量、高耐沖擊性的聚苯乙烯混合。尼龍6材料可以和尼龍共聚物如尼龍6；6-6；6，10共聚物混合。而且，低水解度的聚乙烯醇，如87％水解的聚乙烯醇可以和水解度為98-99.9％以及更高水解度的完全或者超水解聚乙烯醇混合?；旌衔镏兴械倪@些材料可以利用合適的交聯(lián)機(jī)理進(jìn)行交聯(lián)。尼龍可以使用能和酰胺鍵中氮原子反應(yīng)的交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)。聚乙烯醇材料可以使用羥基活性材料如單醛類，例如甲醛、尿素、蜜胺-甲醛樹脂及其類似物、硼酸和其它無機(jī)化合物、二醛類、二酸類、氨基甲酸乙酯類、環(huán)氧類以及其它已知的交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)。交聯(lián)技術(shù)是人們熟知易于理解的現(xiàn)象，在其中交聯(lián)劑反應(yīng)并在聚合物鏈之間形成共價(jià)鍵，大大提高分子量、耐化學(xué)性、總體強(qiáng)度和耐機(jī)械降解性能。
我們發(fā)現(xiàn)，添加劑材料能顯著提高細(xì)纖維形式聚合物材料的性能。添加劑的存在可以顯著提高對熱量、濕氣、沖擊、機(jī)械應(yīng)力和其它負(fù)面環(huán)境作用的經(jīng)久性。我們發(fā)現(xiàn)，在制作本發(fā)明微米纖維材料時(shí)，所述添加劑材料可以提高其疏油性、疏水性，并似乎可對提高材料化學(xué)穩(wěn)定性有幫助。我們認(rèn)為，由于這些添加劑可以形成保護(hù)涂層、燒蝕表面或者滲入表面一定深度來提高聚合物材料的性質(zhì)，在這些疏油性和疏水性添加劑存在情況下可以改進(jìn)本發(fā)明微米纖維形式的細(xì)纖維。我們認(rèn)為，這些材料的重要特征是存在同時(shí)也具有親油特性的強(qiáng)親水基團(tuán)。強(qiáng)疏水基團(tuán)包括氟烴基團(tuán)、疏水性烴基表面活性劑或者嵌段以及主要是烴的低聚組合物。將這些材料制成具有一部分能和所述聚合物材料相容的分子的組合物，所述分子通常和聚合物形成物理結(jié)合或者關(guān)聯(lián)，同時(shí)因?yàn)樘砑觿┖途酆衔锏慕Y(jié)合，所述強(qiáng)疏水或者疏油基團(tuán)形成位于表面上的保護(hù)表層或者和聚合物表層成為合金或者混合。纖維上添加劑總共的用量為1-25重量％。對具有10％添加劑含量的0.2微米纖維來說，如果添加劑遷移到了表面，表面厚度計(jì)算出約為50埃。由于整體材料中疏油或疏水基團(tuán)的不相容性，可以認(rèn)為這種遷移是會發(fā)生的。50埃的厚度對保護(hù)涂層來說是合理的厚度。0.05埃直徑的纖維，50納米的厚度對應(yīng)20質(zhì)量％。2微米直徑的纖維，50埃的厚度對應(yīng)2質(zhì)量％。添加劑材料的用量宜為約2-25重量％。有用的表面厚度可為10-150埃。
能和本發(fā)明聚合物材料結(jié)合使用的低聚添加劑，包括分子量約為500-5000、宜為500-3000的，較宜是含氟化學(xué)物質(zhì)、非離子表面活性劑和低分子量樹脂或低聚物。本發(fā)明所用的含氟有機(jī)潤濕劑是由式Rf-G表示的有機(jī)分子，式中，Rf為含氟脂肪族自由基，G為至少含有一個(gè)親水基團(tuán)如陽離子、陰離子、非離子或者兩性基團(tuán)的基團(tuán)。優(yōu)選非離子材料。Rf是至少含有兩個(gè)碳原子的氟化單價(jià)脂肪族有機(jī)自由基。它宜為飽和全氟脂肪族單價(jià)有機(jī)自由基。但是，氫原子或氯原子可以作為骨架鏈上的取代基。雖然含有許多碳原子的自由基可以充分起作用，但是優(yōu)先使用含不超過20個(gè)碳原子的化合物，因?yàn)榇蠡鶊F(tuán)中氟的利用效率低于較短的骨架鏈的情況。Rf宜含有2-8個(gè)碳原子。
在本發(fā)明中所用的含氟有機(jī)試劑中可用的陽離子基團(tuán)，可以包括不含氧原子(例如，-NH2)或者含氧原子(例如，氧化胺)的胺或者季銨陽離子基團(tuán)。這種胺和季銨陽離子親水基團(tuán)可以具有如下通式-NH2、-(NH3)X、-(NH(R2)2)X、-(NH(R2)3)X或-N(R2)2→O，式中，X為抗衡陰離子，如鹵離子、氫氧根、硫酸根、硫酸氫根或者羧酸根，R2為H或C1-18烷基，各R2可以和其它R2基團(tuán)相同或者不同。R2宜為H或C1-16烷基，X宜為鹵離子、氫氧根或硫酸氫根。
在本發(fā)明所用的含氟有機(jī)潤濕劑中可用的陰離子基團(tuán)，包括通過離子化可以成為陰離子基團(tuán)，它們例如可以具有如下通式-COOM、-SO3M、-OSO3M、-PO3HM、-OPO3M2或者-OPO3HM，式中M為H、金屬離子、(NR14)+或(SR14)+，各R1分別為H或者取代或非取代的C1-C6烷基。M宜為Na+或K+。本發(fā)明中優(yōu)選的含氟有機(jī)潤濕劑陰離子基團(tuán)，具有-COOM和-SO3M的通式。陰離子含氟有機(jī)潤濕劑包括陰離子聚合物材料，它通常由其上含有氟烴側(cè)基的烯鍵式不飽和單羧酸和二酸單體制得。這種材料包括從3M公司獲得的稱為FC-430和FC-431的表面活性劑。
在本發(fā)明所用的含氟有機(jī)潤濕劑中可用的兩性基團(tuán)，包括含有至少一個(gè)上述陽離子基團(tuán)和至少一個(gè)上述陰離子基團(tuán)的兩性基團(tuán)。
在本發(fā)明所用的含氟有機(jī)潤濕劑中可用的非離子基團(tuán)，包括親水但在正常農(nóng)業(yè)用途的pH條件下不會離子化的基團(tuán)。所述非離子基團(tuán)可以具有如下通式-O(CH2CH2)xOH(其中x大于1)、-SO2NH2、-SO2NHCH2CH2OH、-SO2N(CH2CH2H)2、-CONH2、-CONHCH2CH2OH或-CON(CH2CH2OH)2。這種材料的例子包括以下結(jié)構(gòu)的材料F(CF2CF2)n-CH2CH2O-(CH2CH2O)m-H式中，n為2-8，m為0-20。
其它含氟有機(jī)潤濕劑，包括例如U.S.專利Nos.2,764,602、2,764,603、3,147,064和4,069,158中所述的那些陽離子含氟化學(xué)試劑。這種兩性含氟有機(jī)潤濕劑，包括例如U.S.專利Nos.2,764,602、4,042,522、4,069,158、4,069,244、4,090,967、4,161,590和4,161,602中所述的那些兩性含氟化學(xué)試劑。這種陰離子含氟有機(jī)潤濕劑，包括例如U.S.專利Nos.2,803,656、3,255,131、3,450,755和4,090,967中所述的陰離子含氟化學(xué)物質(zhì)。
這種材料的例子是duPont Zonyl FSN和duPont Zonyl FSO非離子表面活性劑。能用于本發(fā)明聚合物中的添加劑，包括低分子量丙烯酸氟烴酯材料，如具有以下一般結(jié)構(gòu)的3M’公司的Scotchgard材料CF3(CX2)n-丙烯酸根式中，X為-F或-CF3，n為1-7。
而且，包括較低脂肪醇乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物和壬基苯酚乙氧基化物等的非離子烴基表面活性劑，也可以用作本發(fā)明用的添加劑物料。這些添加劑物料的例子有Triton X-100和Triton N-101。
本發(fā)明組合物中用作添加劑的有用物質(zhì)有叔丁基苯酚低聚物。這種物質(zhì)往往是分子量較低的芳香族酚醛樹脂。這種樹脂是通過酶催化氧化偶聯(lián)制備的酚醛聚合物。由于不存在亞甲基橋鍵產(chǎn)生了獨(dú)特的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。這些酚醛樹脂可以和各種胺和環(huán)氧化物交聯(lián)，并和各種聚合物材料相容。這些材料通?？捎靡韵陆Y(jié)構(gòu)式舉例說明，其特征為這些酚醛材料的重復(fù)單元中不存在具有酚醛和芳香基團(tuán)的亞甲基橋鍵基團(tuán) 式中，n為2-20。這些酚醛材料的例子有Enzo-BPA、Enzo-BPA/苯酚、Enzo-COP，其它相關(guān)酚醛類物質(zhì)可以從Enzymol International Inc.，Columbus，Ohio獲得。
應(yīng)當(dāng)明白，對于不同的用途有很多種纖維過濾介質(zhì)。本發(fā)明的耐用納米纖維和微米纖維可以加入任何介質(zhì)中。本發(fā)明所述的纖維也可以用來取代這些已知介質(zhì)中的纖維部分，由于其直徑小，可以有改進(jìn)性能(提高效率和/或降低壓力降)的顯著優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有較好的耐久性。
本發(fā)明的過濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)包括具有第一表面的第一層可滲透的粗纖維介質(zhì)即基底。第一層細(xì)纖維固定在第一層可滲透的粗纖維介質(zhì)的第一表面上，而第二層細(xì)纖維固定在基底上。較佳的是，第一層可滲透粗纖維材料中是平均直徑至少10微米，一般且最好是約12(或14)-30微米的纖維。同時(shí)，較佳的是，第一層和第二層可滲透的粗纖維材料的單位重量不超過約200g/m2、較好是約0.50-150g/m2、最好是至少8g/m2的介質(zhì)。較佳的是，第一層可滲透的粗纖維介質(zhì)的厚度至少為0.005英寸(12微米)、一般是0.0006-0.02英寸(15-500微米)、最好是約0.001-0.030英寸(25-800微米)。
在較佳的裝置中，第一層可滲透粗纖維材料是一種材料，如果使用Frazier滲透率測試方法對與結(jié)構(gòu)的其余部分開的該材料進(jìn)行測試，該材料將顯示至少1米/分鐘、一般最好是約2-900米/分鐘的滲透率。本文中當(dāng)提到效率時(shí)，除非另有說明，是指如本文中所述，根據(jù)ASTM-1215-89用含有0.78μ單分散性聚苯乙烯球粒的氣流在20fpm(6.1米/分鐘)速度下測定的效率。
較佳地，固定在可滲透粗纖維介質(zhì)層的第一表面上的細(xì)纖維材料層是一層納米和微米纖維的介質(zhì)，其中，纖維的平均直徑不超過約2微米、通常較好不超過約1微米，并且一般最好是纖維直徑小于0.5微米并在約0.05-0.5微米的范圍內(nèi)。同時(shí)，較佳地，固定在第一層可滲透纖維材料的第一表面上的第一層細(xì)纖維材料的總厚度不超過約30微米、更好不超過20微米、最好不超過約10微米，并且一般最好是該層細(xì)纖維平均直徑的大約1-8倍(更好是不超過5倍)。
本發(fā)明的某些較佳裝置，包括通常在總的過濾結(jié)構(gòu)中所述的過濾介質(zhì)。使用的一些較佳裝置，包括以圓柱形且具有一般縱向延伸折疊的折疊形構(gòu)造，即沿與圓柱體的縱軸同一方向折疊的介質(zhì)。對這些裝置而言，介質(zhì)可嵌入常規(guī)過濾器的兩個(gè)端蓋中。視需要，這些裝置可包括用于普通常規(guī)目的的上游襯里和下游襯里。
在有些用途中，本發(fā)明的介質(zhì)可與其它類型的介質(zhì)例如常規(guī)介質(zhì)結(jié)合使用，用以提高總的過濾性能或壽命。例如，本發(fā)明的介質(zhì)可層壓在常規(guī)介質(zhì)上，以堆疊排列的形式使用；或者可插入(作為整體特征)包括常規(guī)介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的介質(zhì)結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明的介質(zhì)可用在常規(guī)介質(zhì)的前面，為的是較好的負(fù)載；和/或用在常規(guī)介質(zhì)的后面作為高效的修飾過濾器。
本發(fā)明的某些裝置還可用在液體過濾系統(tǒng)中，即是其中要過濾掉的微粒材料是液體承載的。同時(shí)，本發(fā)明的某些裝置可用在煙霧收集器中，例如用來從空氣中過濾細(xì)煙霧的設(shè)備中。
本發(fā)明提供了一些過濾方法。這些方法通常使用上述介質(zhì)較好地進(jìn)行過濾。從以下描述和實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的介質(zhì)可以特別地進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)造，以便有利地在較為有效的系統(tǒng)中提供較長的壽命。
各個(gè)專利中描述了與過濾材料一同使用的各種過濾結(jié)構(gòu)，并對此提出權(quán)利要求。Engel等人的美國專利No.4,720,292公開了用于具有一般圓柱形過濾部件結(jié)構(gòu)的過濾裝置的徑向密封設(shè)計(jì)，該過濾部件被具有圓柱形的、徑向向內(nèi)表面的較軟而類似橡膠的端蓋密封。Kahlbaugh等人的美國專利No.5,082,476公開了使用深度型介質(zhì)的過濾器結(jié)構(gòu)，該深度型介質(zhì)具有與本發(fā)明的微米纖維材料結(jié)合的折疊形部件的泡沫材料基底。Stifeman等人的美國專利No.5,104,537涉及用于過濾液體的過濾結(jié)構(gòu)。液體輸入過濾器外殼中，通過過濾器的外部進(jìn)入內(nèi)部環(huán)形芯子中，然后返回結(jié)構(gòu)中活性使用。這些過濾器對過濾液壓機(jī)液體非常有用。Engel等人的美國專利No.5,613,992顯示了典型的柴油機(jī)進(jìn)氣過濾結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)從外殼外面得到可能夾帶或不夾帶水分的空氣。空氣通過過濾器，水分可通向外殼底部排出外殼。Gillingham等人的美國專利No.5,820,646公開了一種Z型過濾結(jié)構(gòu)，它使用一種有閉塞通道的特殊折疊式過濾器結(jié)構(gòu)，需要流體通過“Z”形通道中至少一層過濾介質(zhì)，得到適宜的過濾性能。成形為Z形樣式的折疊式過濾介質(zhì)中可含有本發(fā)明的細(xì)纖維介質(zhì)。Glen等人的美國專利No.5,853,442公開了一種濾袋捕塵室結(jié)構(gòu)，具有可含本發(fā)明細(xì)纖維結(jié)構(gòu)的過濾部件。Berkhoel等人的美國專利No.5,954,849顯示了一種收塵器，它用來處理一般是載有大量灰塵的空氣，從其中過濾掉灰塵，該空氣中含有大量灰塵是由于工件加工產(chǎn)生的。最后，Gillingham的美國專利No.425,189公開了使用Z型過濾結(jié)構(gòu)的板式過濾器。
介質(zhì)可以是聚酯合成介質(zhì)、由纖維素制得的介質(zhì)、或者這些類型材料的混合物。適用的纖維素介質(zhì)的一個(gè)例子是單位重量約為45-55磅/3000英尺2(84.7克/米2)，例如，48-54磅/3000英尺2；厚度約為0.005-0.015英寸，例如約為0.010英寸(0.25毫米)；frazier滲透率約為20-25英尺/分鐘，例如約22英尺/分鐘(6.7米/分鐘)；孔徑約為55-65微米，例如約62微米；濕拉伸強(qiáng)度至少約為7鎊/英寸，例如8.5磅/英寸(3.9千克/英寸)；從機(jī)器取下的爆破強(qiáng)度0為15-25psi，例如約為23psi(159千帕)。所述纖維素介質(zhì)可以用細(xì)纖維如尺寸(直徑)為5微米或更小，在某些情況下為亞微米的纖維所覆蓋。若需要使用細(xì)纖維的話，可以使用各種方法將所述細(xì)纖維施加到介質(zhì)上。例如在美國專利5,423,892，第32欄第48-60行中描述了某些這種方法。更具體的說，在參考結(jié)合于此的美國專利No.3,878,014、3,676,242、3,841,953和3,849,241中說明了這些方法。通常可以施加足夠的細(xì)纖維直到所得介質(zhì)結(jié)構(gòu)根據(jù)SAEJ726c方法使用SAE細(xì)測試比上塵，具有50～90％的個(gè)別效率以及大于90％總效率。
在參考結(jié)合于此的美國專利No.5,820,646中，說明了可用的過濾結(jié)構(gòu)的例子。在另一實(shí)施方式中，所述有凹槽的結(jié)構(gòu)(未顯示)包括錐形的凹槽?！板F形的”是指所述凹槽沿其長度方向逐漸擴(kuò)大，使凹槽的下游開孔大于上游開孔。在整體參考引用于此的美國專利申請No.08/639,220中，說明了這種過濾結(jié)構(gòu)。在參考引用于此的美國專利申請No.09/871,583中，說明了有關(guān)細(xì)纖維及其材料和制造的細(xì)節(jié)。
附圖的詳細(xì)說明圖1是比較三種不同過濾結(jié)構(gòu)的總過濾效率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。第一種結(jié)構(gòu)是市售濾筒形式的過濾器。這種過濾器是用折疊基底制成的圓柱形濾筒，所述基底由經(jīng)處理的纖維素和合成纖維的連續(xù)非織造織布形成。過濾器高度約為675毫米，直徑約為325毫米，具有的介質(zhì)折疊約51毫米。將這種沒有細(xì)纖維的市售過濾器與基底上具有一層細(xì)纖維的單面結(jié)構(gòu)和在基底材料的兩面均具有一層細(xì)纖維的雙面結(jié)構(gòu)相比較。單面和雙面過濾層都類似地構(gòu)造，顯示單層細(xì)纖維提供一定水平的過濾效率，而雙層提供很大改進(jìn)的過濾效率。讓運(yùn)動流體流經(jīng)兩層細(xì)纖維層能充分有效地提高總過濾效率?；讓?無細(xì)纖維)在圖中顯示，在所有情況下其效率都比有單層或雙層細(xì)纖維層的差。所述單面結(jié)構(gòu)顯示良好的效率。而雙面結(jié)構(gòu)顯示最大的效率。在過濾結(jié)構(gòu)中提供兩層或多層用來提供額外總效率增加的細(xì)纖維層，可以將過濾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成具有任意的過濾效率。在這種測試中，雙面結(jié)構(gòu)比單面結(jié)構(gòu)好5-10％，視尺寸而異。在這種測試中，再將一層細(xì)纖維加到雙層結(jié)構(gòu)上可以為具有纖維層結(jié)構(gòu)的過濾器再增加2-5％的效率。而將一雙層結(jié)構(gòu)加到雙層結(jié)構(gòu)上(即四層細(xì)纖維)，根據(jù)微粒的大小，測試結(jié)果是效率又提高3-10％，隨被過濾微粒的粒度而不同。
圖2顯示了大型大輸出燃?xì)廨啓C(jī)動力系統(tǒng)的操作數(shù)據(jù)。此圖顯示了和只具有常規(guī)過濾基底的過濾器相比，使用本發(fā)明高效率單面細(xì)纖維層過濾器的燃?xì)廨啓C(jī)功率輸出的動力曲線。如圖中可見，在超過80天的時(shí)間中，燃?xì)廨啓C(jī)的功率降低迅速變得很明顯。功率降低是由于流過過濾器的物質(zhì)污染渦輪葉片以及微粒的阻塞所導(dǎo)致的渦輪性能降低。高效細(xì)纖維層顯示在60-80天期間中功率降低小于2％。在這種用途中小的功率降低對于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站來說是個(gè)顯著的操作優(yōu)點(diǎn)。測量兩個(gè)類似的并排燃?xì)廨啓C(jī)的功率輸出獲得這些數(shù)據(jù)的，一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)具有常規(guī)過濾器，一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)具有高效細(xì)纖維過濾器。
圖3顯示了一套表明基底上的各種單層細(xì)纖維層暴露于礦物油氣溶膠中時(shí)壓力降升高的數(shù)據(jù)。我們認(rèn)為，礦物油液滴和細(xì)纖維層接觸，形成阻塞細(xì)纖維層孔隙的油膜。隨著孔隙被填充，壓力降會升高。這一數(shù)據(jù)顯示，效率較低的細(xì)纖維層(例如45％效率的細(xì)纖維層)，其壓力降升高的趨勢小，而高效率細(xì)纖維層(例如60％效率)，其壓力降則會顯著升高。這些數(shù)據(jù)顯示，根據(jù)過濾的液體阻塞細(xì)纖維的趨勢，較小的效率可以顯著提高使用壽命。這一數(shù)據(jù)和圖1的數(shù)據(jù)一起顯示，成組的細(xì)纖維層可以提供高效率(逐漸增加至大于90％)，同時(shí)保持低效率過濾層其壓力降升高較低的情況。在礦物油負(fù)載初期，測試開始的幾分鐘內(nèi)，90％效率層就達(dá)到不合格高壓力降的迅速升高。由于許多過濾結(jié)構(gòu)制成具有90％或以上的設(shè)計(jì)總效率，使用單層高效率細(xì)纖維層會導(dǎo)致顯著的操作問題，而使用兩層或多層具有足夠低效率的細(xì)纖維層可以獲得總效率為90％，同時(shí)仍可以避免單層情況的高壓力降。這個(gè)測試是用過濾器對所述氣溶膠進(jìn)行過濾，測定壽命或壓力降的升高。效率測試時(shí)使用20英尺/分鐘的氣體速度，使用單分散0.78微米聚苯乙烯膠乳微粒，ASTM-1215-89法進(jìn)行。
圖4和5證實(shí)了當(dāng)所述結(jié)構(gòu)暴露在如碳黑或SAE細(xì)二氧化硅灰塵并且當(dāng)這種微?；旌显诘V物油中時(shí)，有類似效率的壓力降趨勢。特別是這些數(shù)據(jù)顯示了將礦物油加到微粒中會導(dǎo)致非常迅速的壓力升高。而且，以兩塊或多塊獨(dú)立層的方式使用低效率(45-60％效率)的層，可以保持其總效率，同時(shí)壓力降也可以減小。中用所述氣溶膠裝載過濾器進(jìn)行使用壽命或壓力降升高的測試的。效率測試時(shí)使用20英尺/分鐘的氣體速度，使用單分散0.78微米聚苯乙烯膠乳微粒，按ASTM-1215-89法進(jìn)行。
圖6顯示了本發(fā)明雙面細(xì)纖維結(jié)構(gòu)60的理想化側(cè)視圖。在圖6中顯示的是層疊結(jié)構(gòu)中在基底63上有雙層纖維61、62。細(xì)纖維層61、62通常比基底63薄。細(xì)纖維層61、62通常緊密地附著在基底63上，在各層之間不得留有較大的空隙。
用的礦物油是比重為0.855、粘度在40℃下為27厘沲的“輕”礦物油。用的碳黑由CABOT Corperation制造，鑒定為Vulan XC 72R GP-3059。在25英尺/分鐘的流體面速度下進(jìn)行測試。使用盤式進(jìn)料器和日本/ISO型抗絮凝器加入SAE細(xì)塵和碳黑。使用TSI3576霧化器通入礦物油。對抗絮凝器和霧化器，所用的壓縮空氣壓力設(shè)定在20psi。在用混有礦物油的SAE細(xì)塵或碳黑試驗(yàn)時(shí)，油在灰塵進(jìn)口下游約2英寸處通入。對混有礦物油的SAE細(xì)塵，重量進(jìn)料比分別約為5-1。對混有礦物油的碳黑，該進(jìn)料比分別約為1-2。所述測試介質(zhì)包括·基底層---濕法成網(wǎng)纖維素類·基底層---具有一層細(xì)纖維層的效率為60％的濕法成網(wǎng)纖維素類·在Reemay稀布上具有一層細(xì)纖維的效率為45％的過濾器·在Reemay稀布上具有一層細(xì)纖維的效率為60％的過濾器·在Reemay稀布上具有一層細(xì)纖維的效率為90％的過濾器實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)證明在一個(gè)基底上使用兩層效率低的獨(dú)立細(xì)纖維層，結(jié)合產(chǎn)生的總效率大于單獨(dú)細(xì)纖維層的效率。在這一實(shí)驗(yàn)中，無纖維的基底和具有單層細(xì)纖維的基底比較。這兩種結(jié)構(gòu)再和具有兩層和單層結(jié)構(gòu)中的單層細(xì)纖維基本類似的細(xì)纖維的基底比較?？梢酝ㄟ^重繞和拆卷所述雙層細(xì)纖維來加工這一兩層結(jié)構(gòu)，證明細(xì)纖維對一般細(xì)纖維層制造或加工工藝條件具有機(jī)械穩(wěn)定性。可以使用常規(guī)加工技術(shù)制造所述層并進(jìn)行所用測試。
在此實(shí)施例中，使用具有65％LEFS的基底，加上具有66％LEFS(于是總共88％)的一細(xì)纖維層，然后加上具有66％LEFS(于是總共96％)的第二細(xì)纖維層?？梢允褂镁哂蠰EFS效率為5～80％的基底。我們也可以在過濾介質(zhì)的氣體離開面上(因?yàn)樵谶@個(gè)面上無需太擔(dān)心阻塞)使用更高效率的細(xì)纖維層。所用效率測試使用20英尺/分鐘的氣體速度，使用單分散0.78微米聚苯乙烯膠乳微粒，按ASTM-1215-89法進(jìn)行。
下表顯示過濾結(jié)構(gòu)的總效率百分?jǐn)?shù)。沿片狀材料的寬度方向選擇一部分過濾結(jié)構(gòu)來進(jìn)行測試。在位置1、2和3切下樣品，這些位置1、2和3分別對應(yīng)于織物的中心(位置2)和接近織物邊緣(位置1和3)。無細(xì)纖維的基底顯示其總效率約為65％，不論樣品位置如何。有單層細(xì)纖維的樣品具有86～89％的效率，這些測量值處于實(shí)驗(yàn)重復(fù)性的范圍內(nèi)。
表 1
具有兩層細(xì)纖維的樣品，過濾總效率為95～98％。對完全相同的制造條件，所述重繞細(xì)纖維雙層的總效率顯示沒有多大降低。
上述說明、實(shí)施例和數(shù)據(jù)提供了本發(fā)明組合物制造和應(yīng)用的完整說明。由于在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以作出許多發(fā)明實(shí)施方式，所以本發(fā)明只體現(xiàn)在本文后附的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.細(xì)纖維過濾介質(zhì)，所述介質(zhì)包括片狀過濾基底，所述片具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面上各有一層直徑約為0.001-0.5微米的細(xì)纖維、所述細(xì)纖維層的厚度小于5微米，形成在基底上的細(xì)纖維量能有效獲得在20英尺/分鐘速度下用單分散0.78微米聚苯乙烯膠乳微粒，按ASTM-1215-89測出有任意一層時(shí)的總過濾效率小于90％，而有組合雙層時(shí)的總效率大于90％。
2.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述第一表面上的細(xì)纖維層效率和所述第二表面上的細(xì)纖維效率不同。
3.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)下游表面上的細(xì)纖維層效率比所述介質(zhì)上游表面上的細(xì)纖維層效率高。
4.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述片狀過濾基底厚度約為0.01-3毫米，所述第一表面和第二表面上各有一層直徑約為0.01-0.3微米的細(xì)纖維層，所述細(xì)纖維層厚度小于3微米，所選擇細(xì)纖維在140°F的空氣和相對濕度為100％的測試條件下暴露16小時(shí)后，保留50％以上對過濾目的來說不變的纖維。
5.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于85％的效率，而在組合兩層中獲得大于90％的總效率，所述基底的效率約為5-80％。
6.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于80％的效率，而在組合兩層中獲得大于85％的總效率，所述基底的效率約為20-80％。
7.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征是以在各層中能有效獲得約為40-85％的效率，而在組合兩層中獲得大于65％的總效率，所述基底的效率約為5-80％。
8.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征是以在各層中能有效獲得約為40-80％的效率，而在組合兩層中獲得大于65％的總效率，所述基底的效率約為20-80％。
9.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于75％的總效率，而在組合兩層中獲得大于80％的總效率，并保留30％以上對過濾目的來說不變的纖維。
10.權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述細(xì)纖維形成在織物中的纖維之間具有平均小于約3微米孔徑的互鎖纖維網(wǎng)，所述基底的效率大于單面介質(zhì)的效率，并具有定義為在10英尺/分鐘的測試條件下過濾器上壓力降升高約為3英寸水柱的使用壽命。
11.除去空氣流中所含微粒的方法，所述微粒包括液體微粒、固體微?；蛘咚鼈兊幕旌衔?，所述方法包括(a)將過濾結(jié)構(gòu)置于空氣流中；(b)將空氣流引導(dǎo)流經(jīng)所述過濾結(jié)構(gòu)，同時(shí)監(jiān)測過濾結(jié)構(gòu)的使用壽命，所述過濾結(jié)構(gòu)包括細(xì)纖維過濾介質(zhì)和片狀過濾基底，所述片具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面上各有一層直徑約為0.001-0.5微米的細(xì)纖維、所述細(xì)纖維層的厚度小于5微米，形成在基底上的細(xì)纖維量能有效獲得在20英尺/分鐘速度下用單分散0.78微米聚苯乙烯膠乳微粒，按ASTM-1215-89測出有任意一層時(shí)的總過濾效率小于90％，而有組合雙層時(shí)的總效率大于90％。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述第一表面上的細(xì)纖維層效率和所述第二表面上的細(xì)纖維效率不同。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述介質(zhì)下游表面上的細(xì)纖維層效率比所述介質(zhì)上游表面上的細(xì)纖維層效率高。
14.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述片狀過濾基底厚度約為0.01-3毫米，所述第一表面和第二表面上各有一層直徑約為0.01-0.3微米的細(xì)纖維層，所述細(xì)纖維層厚度小于3微米，所選擇細(xì)纖維在140°F的空氣和相對濕度為100％的測試條件下暴露16小時(shí)后，保留50％以上對過濾目的來說不變的纖維。
15.權(quán)利要求11所述的方法，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于85％的效率，而在組合兩層中獲得大于90％的總效率。
16.權(quán)利要求11所述的方法，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于80％的效率，而在組合兩層中獲得大于85％的總效率。
17.權(quán)利要求11所述的方法，其特征是以在各層中能有效獲得約為40-85％的效率，而在組合兩層中獲得大于65％的總效率，所述基底的效率約為20-80％。
18.權(quán)利要求11所述的方法，其特征是以在各層中能有效獲得約為40-80％的效率，而在組合兩層中獲得大于65％的總效率，所述基底的效率約為20-80％。
19.權(quán)利要求11所述的方法，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于75％的總效率，而在組合兩層中獲得大于80％的總效率。
20.權(quán)利要求11所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述細(xì)纖維形成在織物中的纖維之間具有平均小于約3微米孔徑的互鎖纖維網(wǎng)，所述基底的效率大于單面介質(zhì)的效率，并具有定義為在10英尺/分鐘的測試條件下過濾器上壓力降升高約為3英寸水柱的使用壽命。
21.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述微粒包括固體微粒、液體微?；蛘咚鼈兊幕旌衔?br> 22.權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述微粒是燃燒的殘留組分。
23.權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述微粒包括脂肪油、脂肪酸或者它們的混合物。
24.權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述微粒包括煙灰、粗?；蛩鼈兊幕旌衔铩?br> 25.過濾結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括一片或多片片狀過濾基底和三層或多層細(xì)纖維層，各片狀基底具有第一表面和第二表面，在基底的所述兩個(gè)表面上有三層或多層細(xì)纖維層，各層中有直徑約為0.01-0.5微米的細(xì)纖維，各層厚度小于5微米，形成在基底上的細(xì)纖維量能有效獲得在20英尺/分鐘速度下用單分散0.78微米聚苯乙烯膠乳微粒，按ASTM-1215-89測出有任意一層時(shí)的總過濾效率小于90％，而有組合雙層時(shí)的總效率大于90％。
26.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述第一表面上的細(xì)纖維層效率和所述第二表面上的細(xì)纖維效率不同。
27.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)下游表面上的細(xì)纖維層效率比所述介質(zhì)上游表面上的細(xì)纖維效率高。
28.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述片狀過濾基底厚度約為0.01-3毫米，所述第一表面和第二表面上各有一層直徑約為0.01-0.3微米的細(xì)纖維層，所述細(xì)纖維層厚度小于3微米，所選擇細(xì)纖維在140°F的空氣和相對濕度為100％的測試條件下暴露16小時(shí)后，保留50％以上對過濾目的來說不變的纖維。
29.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述片狀過濾基底厚度約為0.3-1毫米。
30.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于85％的效率，而在組合兩層中獲得大于90％的總效率。
31.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于80％的效率，而在組合兩層中獲得大于85％的總效率。
32.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征是以在各層中能有效獲得約為40-85％的效率，而在組合兩層中獲得大于65％的總效率，所述基底的效率約為5-80％。
33.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征是以在各層中能有效獲得約為40-80％的效率，而在組合兩層中獲得大于65％的總效率，所述基底的效率約為20-80％。
34.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征是細(xì)纖維的形成量能有效地在各層中獲得低于75％的總效率，而在組合兩層中獲得大于80％的總效率，并保留30％以上對過濾目的來說不變的纖維。
35.權(quán)利要求25所述的過濾介質(zhì)，其特征在于所述細(xì)纖維形成在織物中的纖維之間具有平均小于約3微米孔徑的互鎖纖維網(wǎng)，所述基底的效率大于單面介質(zhì)的效率，并具有定義為在10英尺/分鐘的測試條件下過濾器上壓力降升高約為3英寸水柱的使用壽命。
全文摘要
使用纖維直徑約為0.0001－0.5微米的細(xì)纖維已經(jīng)成為過濾介質(zhì)的重要措施。已經(jīng)制得具有通常在其介質(zhì)結(jié)構(gòu)的上游面即吸入面上形成的細(xì)纖維層的普通過濾介質(zhì)。所述細(xì)纖維通過捕獲小微粒提高所述結(jié)構(gòu)的總微粒過濾效率來提高其過濾效率。已經(jīng)研制了改進(jìn)的細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，是在所述介質(zhì)的兩面上均設(shè)置受控量的細(xì)纖維，提高過濾效率，并大大提高其使用壽命。
文檔編號B01D46/10GK1471421SQ01817717
公開日2004年1月28日 申請日期2001年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月5日
發(fā)明者J·D·本森, D·G·克羅夫特, M·A·戈金斯, T·M·維克, J D 本森, 克羅夫特, 戈金斯, 維克 申請人:唐納森公司