專利名稱：：帶有單層單組分熔紡介質(zhì)的褶皺過濾器的制作方法帶有單層單組分熔紡介質(zhì)的褶皺過濾器本發(fā)明涉及褶皺過濾器。
背景技術：
：熔噴非織造纖維幅材用于包括過濾(例如，平整幅材及褶皺式過濾器)、絕緣、填料及紡織品替代物在內(nèi)的多種目的。與非織造幅材或其制造有關的專利或?qū)＠暾埌绹鴮＠鸑o.3,981，650(Page)、No.4，100,324(Anderson)、No.4,118，531(Hauser)、No.4,818,464(Lau)、No.4,931,355(Radwanski等人)、No.4,988,560(Meyer等人)、No.5,227，107(Dickenson等人)、No.5,273,565(Milligan等人)、No.5,382,400(Pike等人'400)、No.5,679，042(Varona)、No.5,679,379(Fabbricante等人)、No.5,695,376(Datta等人)、No.5,707,468(Arnold等人)、No.5，721，180(Pike等人'180)、No.5,877,098(Tanaka等人)、No.5，卯2,540(Kwok)、No.5,卯4,298(Kwok等人)、No.5，993,543(Bodaghi等人)、No.6,176，955Bl(Haynes等人)、No.6，183，670Bl(Torobin等人)、No.6,230,901Bl(Ogata等人)、No.6，319，865Bl(Mikami)、No.6，607，624B2(Berrigan等人'624)、No.6，667，254Bl(Thompson等人)、No.6,858,297Bl(Shah等人)以及No.6,916,752B2(Berrigan等人"52);歐洲專利No.EP0322136Bl(明尼蘇達州礦業(yè)制造公司(MinnesotaMiningandManufacturingCo.));曰本己公布的專禾!j申請No.JP2001-049560(日產(chǎn)汽車株式會社(NissanMotorCo丄td))和JP2002-180331(智索公司'331(ChissoCorp.'331))以及JP2002-348737(智索公司'737(ChissoCorp."37));以及美國專利公開No.US2004/0097155Al(Olson等人)。與褶皺過濾器有關的專利或?qū)＠暾埌绹鴮＠鸑o.4，547,950(Thompson)、No.5,240,479(Bachinski)、No.5，709,735(Midkiff等人)、No.5，820,645(Murphy，Jr.)、No.6,165,244(Choi)、No.6，521，011Bl(Sundet等人'011)、5No.6,740,137B2(Kubokawa等人)和D449，100S(Sundet等人'IOO)以及美國專利申請公開No.US2003/0089090Al(Sundet等人'090)、US2003/0089091Al(Sundet等人'091)和US2005/0217226Al(Sundet等人'226)。
發(fā)明內(nèi)容用于制造褶皺過濾器的現(xiàn)有方法通常會涉及到某種程度地損害幅材或過濾器的性質(zhì)。例如，當期望包含駐極體帶電纖維的高效率過濾器時，一種方法是形成釆用帶靜電的熔噴幅材作為主要過濾介質(zhì)的多層式過濾器。熔噴纖維的分子通常為非取向性或為弱取向性，并且其剛度和強度通常不足以靠其自身來提供既具有高效率又具有足夠強度的單層過濾介質(zhì)。強度不足可表現(xiàn)為(例如)在轉(zhuǎn)變的期間被損壞，或者在使用于高流體流速條件的期間發(fā)生褶皺變形或褶皺塌陷?？蓪⒁粋€或多個附加層添加至過濾器介質(zhì)，以保護過濾器介質(zhì)或加固總體過濾器構造?？稍诖朔N多層式過濾器中采用的附加層包括人造短纖維幅材、熔紡幅材、稀松布(例如，玻璃纖維或短切纖維墊)及絲網(wǎng)。制造多層式過濾器會將附加成本和復雜性引入過濾器產(chǎn)品。支撐層會增大壓降，而對效率無任何幫助。多個層的使用可使得循環(huán)利用廢棄的過濾器或者舊過濾器難以進行或不切實際。單層褶皺過濾器已在一些應用中得到運用。例如，通過金百利-克拉克公司(KimberlyClark)的商標為ACCUAirT的單層雙組分紡粘介質(zhì)已制成了家庭式爐用過濾器。ACCUAIR介質(zhì)的剛度不足以用作設計用于經(jīng)受可能在商業(yè)或工業(yè)應用中出現(xiàn)的典型流速或壓力的單層褶鈹HVAC過濾器。以上所提及的Sundet等人的'226專利申請描述了由單層熔噴纖維(例如，聚丙烯纖維、聚酯纖維或尼龍纖維)制成的褶皺爐用過濾器，這些纖維的大部分相對于褶皺的行方向以90°±20°排列。此外，玻璃纖維過濾介質(zhì)也已用作了單層褶皺過濾器，但玻璃纖維不帶電，可能具有高的壓降，會脫落玻璃纖維，并且可能難以形成一些形狀。6我們現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了能形成具有如下有用組合的褶皺過濾器的單組分單層幅材褶皺可成形性、褶皺形成時的剛度、低壓降和有效的粒子捕集。本發(fā)明在一個方面提供一種制備褶皺過濾器的方法，所述方法包括a)在足以形成由聚合物組成相同的部分結晶和部分非晶的取向熔紡纖維構成的幅材的熱條件下，通過熔紡、收集、加熱和淬火單組分聚合物纖維來形成由該連續(xù)的單組分聚合物纖維構成的單組分單層非織造幅材，該單組分聚合物纖維經(jīng)粘結形成了格利剛度至少為100mg的連貫的并可進行處理的幅材，并且其還可在保持取向和纖維結構的同時被軟化；b)在該非織造幅材中形成若干行褶皺；并且c)將該褶皺幅材切割成所需的尺寸和形狀以形成褶皺濾芯，該褶鈹濾芯包括自支承的多孔單組分單層纖維基體，所述基體由在至少一些纖維交叉點處彼此粘結的纖維構成，并在1.52米/秒的表面速度下具有至少15%的平均初始亞微米效率。本發(fā)明在另一方面提供一種褶皺過濾器，其包括自支承的多孔單組分單層纖維基體，該基體由聚合物組成相同的部分結晶和部分非晶的取向熔紡聚合物纖維構成，這些取向熔紡聚合物纖維在纖維交叉處的一些點相互粘結，該基體形成為若干行折疊或波狀褶皺，并在1.52米/秒的表面速度下具有至少15%的平均初始亞微米效率。本發(fā)明所公開的褶皺過濾器具有多個有益和獨特的性質(zhì)。例如，所完成的褶皺過濾器可制備成僅由單個層構成，但包含了部分結晶和部分非晶的取向聚合物纖維的混合物，并且具有改善的可成形性，并且在褶鈹形成之后過濾性能損失減小。此類褶皺過濾器提供了若干重要的功效--通過消除層合工藝和設備以及通過減少中間材料的數(shù)量，從而降低了產(chǎn)品的復雜性和浪費。通過使用幅材直接成形制造設備，可非常經(jīng)濟地制備本發(fā)明公開的幅材和基體，在該制造設備中，通過一個基本上直接操作便可將形成纖維的聚合物材料轉(zhuǎn)變成幅材。此外，如果這些基體纖維都具有相同的聚合物組成并且未采用外來粘結材料，則可完全地循環(huán)利用該基體。從以下詳細說明中，本發(fā)明的這些方面和其他方面將顯而易見。然而，在任何情況下，以上內(nèi)容概要都不應被理解為是對所要求保護的主題的限制，該主題僅受所附權利要求書的限定，并在審查期間可以對其進行修正。圖1為褶皺過濾介質(zhì)的透視圖2為用于使用熔紡和淬火強制流加熱器來制備可形成褶鈹?shù)膯谓M分單層幅材的示例性方法的示意性側視圖3為圖2中所示設備的熱處理部件的透視圖；以及圖4為圖3的設備的示意性放大和擴展視圖。在附圖的多張圖中，相同的參考符號表示相同的元件。圖示中的元件未按比例繪制。具體實施例方式術語"多孔"是指可透氣。術語"單組分"當用于纖維或纖維集合時，是指在其整個橫截面上具有大致相同組成的纖維；單組分包括共混物(即，聚合物合金)或含有添加劑的材料，其中均勻組成的連續(xù)相在整個纖維橫截面上并在纖維長度范圍內(nèi)延伸。術語"相同聚合物組成"是指具有大致相同的重復分子單元的聚合物，但其可在分子量、熔融指數(shù)、制造方法、商業(yè)形式等方面有所不同。術語"粘結"當用于纖維或纖維集合時，是指牢固地粘附在一起。當對幅材進行普通的處理時，經(jīng)粘結的纖維通常不會分離。術語"非織造幅材"是指通過纖維的纏結或點粘結來表征的纖維幅材。術語"單層基體"當用于非織造纖維幅材時，是指在其整個橫截面內(nèi)具有相似纖維的大體均勻的分布。術語"尺寸"當用于纖維時是指具有圓形橫截面的纖維的纖維直徑，或是指跨越具有非圓形橫截面的纖維所能構造的最長橫截面弦線的長度。術語"連續(xù)"當用于纖維或纖維集合時，是指具有大致無限長寬比(即，例如，至少約為10,000或更大的長度-尺寸比)的纖維。術語"有效纖維直徑"當用于纖維集合時，是指針對任何橫截面形狀(如圓形橫截面或非圓形橫截面)的纖維幅材根據(jù)如下文獻中闡述的方法所確定的數(shù)值"氣載塵埃和粒子的分離"(Davies,C.N.,TheSeparationofAirborneDustandParticles,InstitutionofMechanicalEngineers,London,ProceedingsIB,1952)。術語"將長絲拉細成纖維"是指將一段長絲轉(zhuǎn)變成一段長度較長而尺寸較小的纖維。術語"熔紡"當用于非織造幅材時，是指通過如下過程形成的幅材將低粘度熔體擠出穿過多個孔口以形成長絲，靠空氣或其他流體9使長絲淬火以至少使長絲表面固化，使這些至少部分固化的長絲與空氣或其他流體接觸以將長絲拉細成纖維并收集一層經(jīng)拉細的纖維。術語"熔紡纖維"是指從模頭流出并運行穿過某一加工工位的纖維，在該加工工位中，纖維經(jīng)過定型拉延并且纖維內(nèi)的聚合物分子被定型取向成與纖維的縱向軸線對準。這些纖維大致地連續(xù)，并且充分地纏結以致于通常無法從一團這種纖維中取出一條完整的熔紡纖維。術語"取向的"當用于聚合物纖維或此類纖維的集合時，是指由于纖維穿過了諸如拉細室或機械拉延機等設備，這些纖維的聚合物分子的至少若干部分沿纖維長度方向排列。纖維中取向的存在可通過包括雙折射測量、寬角度X射線衍射在內(nèi)的多種手段來檢測。用于聚合物或聚合物纖維的術語"標稱熔點"是指在如下情況下二次熱、總熱流差示掃描量熱(DSC)曲線在聚合物或纖維的熔融區(qū)域中的最大峰值該熔融區(qū)域中僅存在一個最大值；以及存在一個以上最大值，該一個以上最大值指示著一個以上熔點(例如，由于存在兩種不同的結晶相)來作為發(fā)生最高幅值熔融峰值的溫度。術語"自生粘結"是指高溫下纖維之間的粘結，該種粘結在烘箱中或通過通風粘合器獲得而無需施加(例如)點粘結或壓延中的實在接觸壓力。術語"微纖維"是指具有10nm或更小的中等尺寸(使用顯微鏡方法來確定)的纖維；"超細纖維"是指具有2pm或更小的中等尺寸的微纖維；并且"亞微米微纖維"是指具有l(wèi)pm或更小的中等尺寸的微纖維。當本文中提及一批、一組、一陣列某一特定種類的微纖維時，例如，提及"一陣列亞微米微纖維"時，其是指該陣列中微纖維的全體，或單批微纖維的全體，而不僅僅是指該陣列或該批次中為亞微米尺寸的部分。10術語"帶電"當用于纖維集合時，是指在暴露于20雷格吸收劑量的X射線(lmm，經(jīng)鈹過濾，80KVp)之后，當在7cm/sec的表面速度下評估鄰苯二酸二辛酯的滲透百分比(％DOP)時，表現(xiàn)出至少50%的品質(zhì)因子QF(下文論述)損失的纖維。術語"自支承"當用于單層基體時是指盡管包含此種基體的褶皺濾芯可包括用于強化濾芯所選部分的頂端穩(wěn)定層(例如，平面絲線表面層)或周邊增強層(例如，邊緣粘結劑或過濾器邊框)，但該基體不包括絲線、網(wǎng)狀物或其他加固材料的鄰接增強層。圖1以透視圖的形式示出示例性褶皺過濾器1，該示例性褶皺過濾器由本發(fā)明所公開的已形成為若干行間隔褶皺4的單組分單層幅材2制成。本領域的技術人員應了解，過濾器1可按原樣使用，或者可按照如下方式來使用可穩(wěn)定或增強(例如，通過展開的平面金屬表面層、熱熔粘結劑的增強細紋、粘合劑粘結的增強條或其他的選擇性增強支撐件)過濾器1的所選部分以及任選地將其安裝在適合的邊框(例如，金屬或紙板邊框)中，以提供用于在(例如)HVAC系統(tǒng)中使用的可更換式過濾器。褶皺幅材2形成了本身具有增大剛度的多孔單層基體，該增大的剛度可幫助形成褶皺4并且在褶皺形成之后可幫助褶皺4抵抗在高過濾器表面速度下的變形。除了單組分單層幅材2以外，有關過濾器1構造的其他細節(jié)應為本領域的技術人員所熟悉。本發(fā)明所公開的單組分單層幅材在褶皺形成之前具有的格利剛度為至少約100mg，并且在褶皺形成之前可具有的格利剛度為至少約200mg或至少約300mg。該幅材可具有多種有效纖維直徑和基重，例如，約8至約40nm的有效纖維直徑(EFD)以及約50至約300克/米2或者約65至約250克/米2的基重。當在13.8cm/sec的表面速度下使用DOP攻擊來進行評估時，該平整幅材優(yōu)選地具有的初始過濾品質(zhì)因子QF為至少約0.3,并且更為優(yōu)選地至少約0.4。在形成褶皺之后，本發(fā)明所公開的單組分單層基體在1.52米/秒(300ft/min)的表面速度下具有至少約15%的平均初始亞微米效率，并且可具有至少約25%,或至少約50%的平均初始亞微米效率。本發(fā)明所公開的單組分單層幅材包含聚合物組成相同的部分結晶和部分非晶的取向纖維。部分結晶的取向纖維還可稱為半結晶取向纖維。半結晶聚合物的等級有清楚的定義并且為人所熟知，這與不具有可檢測晶序的非晶聚合物大不相同。結晶度的存在通過差示掃描量熱法、X射線衍射、密度和其他方法便可容易地檢測到。常規(guī)的取向半結晶聚合物纖維可視為具有兩種不同的分子區(qū)域或相第一種相，其特征在于相對較大地存在高有序或應變誘發(fā)的結晶域；第二種相，其特征在于相對較大地存在低晶序(例如，鏈未伸展)的域以及非晶域，但后者可具有程度并不足以形成結晶度的某種序或取向。這兩種不同的相無需具有清晰的界限，并且可彼此存在于混合物中，并具有不同種類的性質(zhì)。這些不同的性質(zhì)包括不同的熔融或軟化特性:特征在于較大地存在高有序結晶域的第一種相的熔融溫度(例如，鏈延長結晶域的熔點)高于第二種相熔融或軟化的溫度(例如，經(jīng)低序結晶域的熔點修改的非晶域的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度)。為在本文中便于描述，第一種相在本文中稱為"微晶特征相"，這是因為其熔融特性受到高有序微晶的存在的較強影響，從而使得該種相的熔點高于其在不具有微晶情況下所具有的熔點；第二種相稱為"非晶特征相"，這是因為其受到非晶分子域或受到散布著低序微晶域的非晶物質(zhì)的影響在低溫下軟化。取向半結晶聚合物纖維的粘結特性受到這兩種不同分子相的存在的影響。當在常規(guī)的粘結操作中加熱這些半結晶聚合物纖維時，該加熱操作具有增大纖維結晶度的效應，例如，由于分子物質(zhì)吸積到現(xiàn)有結晶結構上或者有序的非晶部分的進一步排序。非晶特征相中低序結晶材料的存在促使這種結晶生長，并且促使其成為附加的低序結晶物質(zhì)。低序結晶度增大的結果就是在粘結操作期間限制纖維的軟化和可流動性。12我們對取向半結晶聚合物纖維實施受控加熱和淬火操作，其中這些纖維和所描述的相在形態(tài)上得到改良以使得纖維具有新的性質(zhì)和用途。在該加熱和淬火操作中，纖維先是在相當高的溫度(經(jīng)常高達或高于制成這些纖維的聚合物材料的標稱熔點)下加熱達一段短暫的受控時間。通常，該加熱的溫度和持續(xù)時間足以使纖維中的非晶特征相熔融或軟化，而微晶特征相仍保持未熔融(我們之所以使用術語"熔融或軟化"是因為非晶特征相的非晶部分通常被視為在其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度下軟化，而結晶部分是在其熔點下熔融；我們優(yōu)先選擇其中對幅材進行加熱以致使組分纖維中的非晶特征相中的結晶物質(zhì)熔融的熱處理。)在所述加熱步驟之后，立即并快速地冷卻這些加熱的纖維以使其淬火和凝固成經(jīng)改良或凈化的形態(tài)形式。本文使用的術語"形態(tài)改良"按最廣義的理解是指單純地改變?nèi)∠虬虢Y晶聚合物纖維的形態(tài)；但我們是理解我們所處理的纖維的改良形態(tài)結構的含義的(我們不希望受限于本文中我們所理解的敘述，這通常涉及到一些理論上的考慮)。關于非晶特征相，該相中易于發(fā)生不期望(妨礙軟化)的結晶生長的分子物質(zhì)量不如在處理之前那么多。這種改變的形態(tài)特征的一個證據(jù)是如下的事實雖然在粘結操作中被實施加熱的常規(guī)取向半結晶聚合物纖維會經(jīng)歷不期望的結晶度增大(如上所述，由于吸積至現(xiàn)有低序結晶結構上或有序非晶部分的進一步排序，從而限制纖維的可軟化性和可粘結性)，但相比于常規(guī)的未經(jīng)處理的纖維，我們所處理的纖維保持著程度大很多的可軟化性和可粘結性；這些經(jīng)處理的纖維經(jīng)常可在低于纖維標稱熔點的溫度下粘結。我們察覺到，該非晶特征相經(jīng)歷了一種形態(tài)結構的清潔或減少，該形態(tài)結構于熱粘結操作期間在常規(guī)未經(jīng)處理的纖維中原本會導致不期望的結晶度增大；例如，形態(tài)形式的多樣性或分布減少了，形態(tài)結構簡化了，并且發(fā)生了某種離析使得形態(tài)結構變成更為可辨認的非晶特征相和微晶特征相。我們所處理的纖維具有一種"可重復軟化"的能力，這意味著這些纖維，并且尤其是這些纖維中的非晶特征相，當其在低于會導致整個纖維熔融的溫度區(qū)域中經(jīng)受升溫和降溫循環(huán)時，這些纖維在某種程度上將經(jīng)歷軟化與再次固化的重復循環(huán)。實際上，當能夠加熱我們處理的幅材(由于加熱和淬火處理，該幅材己經(jīng)大體上表現(xiàn)出了某種程度的粘結)以導致進一步的自生粘結時，就表明了這種可重復的軟化性。軟化與再固化的循環(huán)可能不能無限地持續(xù)，但通常足以使纖維先經(jīng)熱粘結以便這些纖維構成的幅材為連貫的并可對其進行處理，如果期望的話則可再次加熱來實施壓延或其他期望的操作，并且可再次加熱來實施三維整形以形成非平面形狀(例如，以形成褶皺濾芯)。因此，我們可在加熱和淬火操作中對單組分單層幅材進行形態(tài)改良，以便該幅材能夠在低于纖維標稱熔點的溫度下進行自生粘結，將該幅材形成為褶皺，并將該幅材置于可有效地將該幅材持久地轉(zhuǎn)變(即，整形)成褶皺濾芯的成形溫度下；該褶皺濾芯包括自支承的多孔單組分單層纖維基體，該基體由在一些纖維交叉點處彼此粘結的纖維構成并具有如上所述的平均初始亞微米效率。優(yōu)選地，這種整形可在低于纖維聚合物材料的標稱熔點至少ior的溫度下實施，例如，在低于標稱熔點15'C或甚至30r的溫度下實施。即使低的整形溫度是可行的，但出于其他原因，可將該幅材置于較高的溫度，以便(例如)壓縮該幅材或?qū)w維進行退火或熱定型。鑒于非晶特征相在實現(xiàn)纖維粘結中所起的作用(例如，提供纖維軟化和粘結的物質(zhì))，我們有時將非晶特征相稱為"粘結"相。纖維的微晶特征相具有其自身的不同作用，即增強纖維的基礎纖維結構。微晶特征相通常可在粘結或類似操作期間保持未熔融，這是因為其熔點高于非晶特征相的熔點/軟化點，并且因此其保持為在整個纖維內(nèi)延伸并支撐纖維結構和纖維尺寸的完好基體。因此，盡管在自生粘結操作中加熱該幅材會致使纖維接合在一起(通過經(jīng)歷某種流動而變成纖維交叉點處的緊密接觸或聚結)，但是在交叉處與粘結處之間、在纖維的長度范圍內(nèi)仍保持著基礎的分立纖維結構；優(yōu)選地，在該操作期間所形成的交叉處或粘結處之間、在纖維的長度范圍內(nèi)，纖維的橫截面保持不變。類似地，盡管對我們所處理的幅材進行壓延可14致使纖維通過壓延操作的壓力和熱而得到重新配置(由此，致使纖維持久地保持在壓延期間擠壓在其上的形狀，并使得該幅材的厚度更加均勻)，但這些纖維通常仍保持為分立的纖維，因此保持著所需的幅材多孔性、過濾和絕緣性。鑒于所描述的微晶特征相的增強作用，我們有時稱之為"增強"相或"固持"相。微晶特征相也被認為在處理期間經(jīng)歷了形態(tài)改良，例如，以改變高序結晶結構的量。圖2至圖4示出可用來制備優(yōu)選單組分單層幅材的方法。關于該方法以及通過該方法制備的非織造幅材的另外細節(jié)示出于如下專利申請中于2006年7月31日提交的名稱為"包括可軟化半結晶聚合物纖維的粘結非織造纖維幅材以及用于制備此類幅材的設備和方法"(BONDEDNONWOVENFIBROUSWEBSCOMPRISINGSOFTENABLEORIENTEDSEMICRYSTAIXINEPOLYMERICFIBERSANDAPPARATUSANDMETHODSFORPREPARINGSUCHWEBS)的美國專利申請No.11/461，201。簡言之，當應用于本發(fā)明時，該優(yōu)選技術涉及對包含非晶特征相的取向半結晶熔紡纖維的收集幅材實施受控加熱和淬火操作，該受控加熱和淬火操作包括強制使該幅材穿過加熱至高得足以軟化纖維非晶特征相的溫度(其通常大于此類纖維材料開始熔融的溫度)的流體，長達一段短至不會使整個纖維熔融(即，致使這些纖維失去其分立的纖維性)的時間；優(yōu)選地，該加熱時間短至不會致使纖維橫截面發(fā)生顯著的變形；及b)通過強制使該幅材穿過具有足以使軟化纖維固化(即，使熱處理期間軟化的纖維的非晶特征相固化)的熱容量的流體，立即淬火該幅材。優(yōu)選地，穿過該幅材的流體是氣體流，并且優(yōu)選地其為空氣。在此背景中，"強制"使流體或氣體流穿過幅材是指除普通室內(nèi)壓力外還對流體施加附加力來推進流體穿過該幅材。在一個優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明所公開的淬火步驟包括在一個輸送機上使該幅材穿過一個裝置(如隨后論述，可稱之為淬火流加熱器)，該裝置與位于幅材另一側的抽氣裝置(其用于幫助將加熱氣體抽過該幅材)一同提供在壓力下流出加熱器并接觸該幅材一側的集中加熱氣體流(通常為空氣流)；通常，該加熱流為刀狀或幕簾狀(例如，從細長或矩形狹槽發(fā)出)，在該幅材的整個寬度上延伸，并且均勻(即具有均勻的溫度和流速以便以有效均勻程度來加熱該幅材中的纖維)。在一些方面，該加熱流類似于來自"通風粘結器"或"熱空氣刀"的加熱流，但可對其進行調(diào)節(jié)流速的特殊控制，從而致使加熱氣體均勻地并以受控速率分布在該幅材的整個寬度上，以便完全地、均勻地并且快速地加熱熔紡纖維至有效的高溫和軟化熔紡纖維。加熱之后，立即實施強制淬火以將纖維快速度凝固成凈化形態(tài)形式("立即"是指作為相同操作的一部分，即，沒有在下個加工步驟之前將幅材巻繞成巻時發(fā)生的儲存間斷時間)。在一個優(yōu)選的實施例中，將氣體設備自加熱氣體流沿幅材縱向布置，以便在幅材經(jīng)加熱之后迅速地將冷卻氣體或其他流體(例如，周圍空氣)抽過該幅材，由此快速地淬火纖維。加熱的長度受到(例如)如下因素的控制沿著幅材運行路徑的加熱區(qū)域長度；以及幅材穿過加熱區(qū)域移動至冷卻區(qū)域以致使非晶特征相發(fā)生預期熔融/軟化而不熔融整個纖維的速度。參照圖2，將纖維形成材料帶到擠出頭10-在該說明性設備中，這是通過將聚合物纖維形成材料引入料斗11，在擠出機12中熔融材料，并通過泵13將熔融材料泵送進入擠出頭10來實現(xiàn)的。呈球粒或其他粒子形式的固體聚合物材料最常被使用并熔化至液體可泵送狀態(tài)。擠出頭IO可為常規(guī)的噴絲頭或紡絲組合件，其通常包括布置成規(guī)則圖案(例如，直線式行)的多個孔口。纖維形成液體的長絲15從擠出頭擠出并輸送至加工室或拉細裝置16。該拉細裝置可為(例如)可移動壁式拉細裝置，如美國專利6,607,624B2(Berrigan等人)中所示的拉細裝置。擠出的長絲15在到達拉細裝置16之前運行的距離17隨著擠出長絲15所可能置于的條件而可有所不同?？諝饣蚱渌麣怏w的淬火流18可導向至擠出長絲以降低擠出長絲15的溫度。作為另外一種16選擇，可加熱空氣流或其他氣體流以便于纖維的拉延?？纱嬖谝环N或多種空氣流或其他流體流—例如，第一空氣流18a，其橫向地吹到長絲流，這可去除在擠出期間釋放的不期望的氣體物質(zhì)或煙；以及第二淬火空氣流18b，其實現(xiàn)大部分的所需的溫度降低?？墒褂蒙踔粮嗟拇慊鹆?。例如，流18b自身可包括一種以上的流以實現(xiàn)所期望水平的淬火。取決于所使用的方法或所需的成品形式，淬火空氣可足以使擠出的長絲15在其到達拉細裝置16之前固化。在其他情況中，擠出的長絲當其進入拉細裝置時仍然處于軟化或熔融狀態(tài)。作為另外一種選擇，不使用任何淬火流；在此種情況下，擠出頭10與拉細裝置16之間的周圍空氣或其他流體可成為擠出的長絲在其進入拉細裝置之前發(fā)生任何變化的介質(zhì)。長絲15穿過拉細裝置16并且然后離開，到達其被收集為纖維團20的收集裝置19上。在該拉細裝置中，長絲變長而直徑減小，并且長絲中聚合物分子變?yōu)橛腥∠?，并且纖維內(nèi)的聚合物分子的至少多個部分變?yōu)榕c纖維的縱向軸線對準。在半結晶聚合物的情況下，該取向通常足以形成應變誘發(fā)的結晶度，這大大地強化了所獲得的纖維。收集裝置19通常為多孔的，并且抽氣裝置114可定位在收集裝置下方以幫助纖維沉積在收集裝置上。為獲得不同的效果，拉細裝置出口與收集裝置之間的距離21可有所不同。此外，在收集之前，可對擠出的長絲或纖維實施多個圖2中未圖示的附加加工步驟，例如，進一步拉延、噴涂等。如下文更加詳細地描述，在收集之后，通常對收集團20進行加熱和淬火；但如果期望的話，可將該團巻繞成儲存巻以便稍后的加熱和淬火。通常，一旦團20經(jīng)加熱和淬火，則可將其輸送至其他設備，例如，壓延機、壓花工位、層合機、切割機等等；或者可使其穿過主動輥22并巻繞成儲存巻23。在形成該幅材的優(yōu)選方法中，纖維團20由收集裝置19載送穿過圖2至圖4中所示的加熱和淬火操作。為方便起見，我們經(jīng)常將尤其17是圖3和圖4中所繪示的設備稱為淬火流加熱器，或更簡單地稱為淬火加熱器。首先，收集團20在安裝于收集裝置19上方的受控加熱裝置100下方經(jīng)過。示例性加熱裝置100包括殼體101，該殼體劃分為上部充氣室102和下部充氣室103。該上部充氣室和下部充氣室由板104分開，該板穿有一系列通常尺寸和間距均勻的孔105。氣體(通常為空氣)通過開口106從導管107送入上部充氣室102，并且板104用作流分布裝置以致使送入上部充氣室的空氣在穿過該板進入下部充氣室103時分布得相當均勻。其他有用的流分布裝置包括翅片、阻流板、歧管、氣壩、篩網(wǎng)或燒結板，即，使空氣分布均勻的裝置。在該說明性加熱裝置100中，下部充氣室103的底壁108形成有細長的矩形狹槽109，來自下部充氣室的幕簾狀加熱空氣流110穿過該細長矩形槽噴到團20上，該團在位于加熱裝置IOO下方的收集裝置19上運行(團20和收集裝置19在圖3中示出為一部分已經(jīng)截去)。抽氣裝置114優(yōu)選地延伸為足以位于加熱裝置100的狹槽109的下方(并且如下文論述，沿幅材縱向延伸超過加熱流110達距離118并且延伸穿過標記區(qū)域120)。因此，加熱空氣在充氣室內(nèi)處于充氣室103中的內(nèi)部壓力下，并且在狹槽109處，其進一步處于抽氣裝置114的排氣真空下。為進一步控制排氣力，穿孔板111可定位在收集裝置19的下方以施加一種背壓或限流裝置，該背壓或限流裝置有助于將加熱空氣流110以期望的均勻度分散在收集團20的寬度上或加熱區(qū)域上并抑制其流注穿透收集纖維團中可能存在的低密度部分。其他有用的限流裝置包括篩網(wǎng)或燒結板。在不同的區(qū)域中，板111中開口的數(shù)量、尺寸和密度可有所不同，以實現(xiàn)所需的控制。大量的空氣穿過該纖維形成設備，并且在纖維到達收集裝置的區(qū)域115時，必須將該空氣處理掉。在區(qū)域116中，充分的空氣穿過該幅材和收集裝置以將該幅材固持在不同加工空氣流下方的適合位置處。在位于熱處理區(qū)域117和淬火區(qū)域118下方的板內(nèi)需要充分的開口度，以允許處理空氣穿過該幅材，而同時保持著充分18的阻力，以確?？諝飧鼮榫鶆虻胤植肌＿x擇穿過團20的加熱空氣的量和溫度以導致纖維形態(tài)的適當修改。具體來講，將該量和溫度選為使得纖維得到加熱以a)致使纖維橫截面內(nèi)重要的分子部分(例如，纖維的非晶特征相)熔融/軟化，但b)不會致使另一重要的相(例如，微晶特征相)完全熔融。我們之所以使用術語"熔融/軟化"是因為非晶聚合物物質(zhì)通常是軟化而非熔融，而微晶物質(zhì)(其可在某種程度上存在于非晶特征相中)通常是熔融。在不提及到相的情況下，這也可簡單地敘述為"加熱以致使纖維內(nèi)的低序微晶熔融"。這些纖維整體保持未熔融，例如，這些纖維通常保持著其在處理之前所具有的相同纖維形狀和尺寸。微晶特征相中相當大的部分被認為在熱處理之后保持著先前存在的結晶結構。結晶結構可能添加到了現(xiàn)有的結晶結構，或在高序纖維的情況下，結晶結構可能被去除而形成可區(qū)分的非晶特征相和微晶特征相。為在整個收集團20中實現(xiàn)預期的纖維形態(tài)改變，應在該團的整個加熱區(qū)域上控制溫度-時間條件。當穿過該幅材的加熱空氣流110的溫度在所處理團的整個寬度上處于5°C的范圍內(nèi)(并且優(yōu)選地處于2或甚至rc的范圍內(nèi))，我們獲得了最佳的結果；為了方便地控制操作，加熱空氣的溫度經(jīng)常在加熱空氣進入殼體101的進入點處測量，但其也可鄰近于收集幅材用熱電偶進行測量。另外，操作該加熱設備以通過(例如)快速地循環(huán)打開和關閉加熱器來隨著時間維持該流的穩(wěn)定溫度，以避免過熱或加熱不足。為進一步控制加熱和完成形成收集團20中纖維的期望形態(tài)，在施加加熱空氣流110之后立即對該團實施淬火。當團20離開受控熱空氣流110時，通?？赏ㄟ^將周圍空氣抽到團20上并抽過團20來獲得此種淬火。圖4中的數(shù)字120表示其中周圍空氣由抽氣裝置抽過幅材的區(qū)域。抽氣裝置114沿著收集裝置延伸超過加熱裝置100達距離118，以確保在區(qū)域120內(nèi)的整個團20的完全冷卻和淬火?？沙槿んw101基部下方的空氣(例如，附圖中圖4上所標記的區(qū)域120a內(nèi)的空氣)，以使得其在該幅材離開熱空氣流110之后直接到達該幅材。淬火所需的結果是從該幅材和纖維快速地散熱，并且由此限制隨后將發(fā)生于纖維中的結晶或分子排序的程度和性質(zhì)。通常，本發(fā)明所公開的加熱和淬火操作是在幅材通過輸送機移動穿過該操作時實施，并且淬火是在該操作末尾處將該幅材巻繞成儲存巻之前實施。處理的時間取決于幅材移動穿過某個操作的速度，但通常整個加熱和淬火操作的實施時間在1分鐘內(nèi)或更短，并且優(yōu)選地不到15秒。通過從熔融/軟化狀態(tài)快速地淬火至固化狀態(tài)，該非晶特征相被認為凝固成了更為凈化的結晶形式，纖維中可干擾軟化或可重復軟化的分子物質(zhì)減少了。有利地，該團由溫度低于標稱熔點至少5CTC的氣體來冷卻；此外，有利地，淬火氣體或其他流體施加的時間約為至少1秒鐘，有利地，施加時間至少兩倍或三倍于加熱流接觸該幅材的時間。在任何情況下，淬火氣體或其他流體都具有足以快速固化纖維的熱容量。其他可使用的流體包括噴灑到纖維上的水(例如，用于加熱纖維的加熱水或蒸汽)以及用于淬火纖維的相對較冷的水。通過對來自經(jīng)處理幅材的代表性纖維進行DSC測試，通常可確認是否成功地實現(xiàn)了所需的熱處理和非晶特征相形態(tài)；并且可根據(jù)從DSC測試得知的信息來調(diào)節(jié)處理條件，如以上提及的專利申請No.11/461，201中更加詳細地論述。有利地，對加熱空氣以及淬火的運用進行控制，以便提供其性質(zhì)可促進形成適合褶皺基體的幅材。如果采用了不足的加熱，則該幅材可難以形成褶皺。如果采用了過度加熱或不充分的淬火，則該幅材可熔融或變得較脆并且還可能無法帶足夠的電荷。本發(fā)明所公開的非織造幅材可具有隨機的纖維布置以及大體各向同性的平面內(nèi)物理性質(zhì)(例如，拉伸強度)，或如果期望的話可具有經(jīng)對準的纖維構造(例如，如上述Shah等人的美國專利No.6，858，297中描述的其中纖維沿機器方向排列的構造)以及各向異性的平面內(nèi)物理性質(zhì)。本發(fā)明所公開的方法中可使用多種聚合物纖維形成材料。該聚合物本質(zhì)上可為任何能夠提供非織造幅材的熱塑性纖維形成材料。對于將帶電的幅材，該聚合物本質(zhì)上可為任何可維持滿意的駐極體性質(zhì)或電荷分離的熱塑性纖維形成材料。用于可帶電幅材的優(yōu)選纖維形成材料為在室溫(22'C)下體積電阻率為104歐姆-厘米或更大的非導電樹脂。優(yōu)選地，體積電阻率為約1016歐姆-厘米或更大?？筛鶕?jù)標準化測試ASTMD257-93來測量聚合物纖維形成材料的電阻率。此外，用于在可帶電幅材中使用的聚合物纖維形成材料優(yōu)選基本上不含諸如抗靜電劑之類的組分，這些組分可顯著地增大導電率或換句話講干擾了纖維接受并保持靜電電荷的能力?？捎糜诳蓭щ姺牡囊恍┚酆衔飳嵗ò巯N(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚(4-甲基-l-戊烯)的熱塑性聚合物和環(huán)烯烴共聚物以及此類聚合物的組合。其他可使用但可能難以帶電或可能快速丟失電荷的聚合物包括聚碳酸酯、嵌段共聚物(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯)以及其他應為本領域的技術人員所熟悉的聚合物。這些纖維優(yōu)選由聚-4-甲基-l-戊烯或聚丙烯制備成。最優(yōu)選地，這些纖維由聚丙烯均聚物制備，這是因為其尤其能夠在潮濕環(huán)境下保持電荷的能力?？梢远喾N方式將電荷賦予給本發(fā)明所公開的非織造幅材。這可通過(例如)以下方式進行使該幅材與水接觸，如Angadjivand等人的美國專利No.5,496,507中所公開；電暈處理，如Klasse等人的美國專利No.4，588,537中所公開；水帶電，如(例如)Rousseau等人的美國專利No.5,908,598中所公開；等離子處理，如Jones等人的美國專利No.6,562，112B2禾BDavid等人的美國專利申請公布No.US2003/0134515Al中所公開；或其組合。可向聚合物添加添加劑以增強該幅材的過濾性能、駐極體帶電能21、著色、表面性質(zhì)或其他所關注的特性。代表性添加劑包括填料、成核劑(例如，可從美利肯化學公司(MillikenChemical)商購獲得的MILLAD3988二亞芐基山梨醇)、駐極體帶電增強添加劑(如三硬酯基三聚氰胺和各種光穩(wěn)定劑，例如汽巴精化公司(CibaSpecialtyChemicals)的CHIMASSORB119和CHIMASSORB944的光穩(wěn)定劑)、固化引發(fā)劑、硬化劑(例如，聚-4-甲基-l-戊烯)、表面活性劑和表面處理劑(例如，用于在油霧環(huán)境中改善過濾性能的氟原子處理劑，如Jones等人的美國專利No.6,398,847Bl、No.6，397，458Bl和No.6,409，806Bl中所描述)。這些添加劑的類型和量應為本領域的技術人員所熟悉。例如，駐極體帶電增強添加劑通常存在的量少于約5重量％并且更通常少于約2重量％?？墒褂美缫韵聦＠暾堉兴枋龅哪切┓椒ê徒M分來使本發(fā)明所公開的非織造幅材形成為褶皺過濾器以上提及的Kubokawa等人的專利申請No.6，740,137B2和以上提及的Sundet等人的'226專利申請。褶皺的形成通常將輔助以熱的使用，以使纖維在至少一些纖維交叉點處彼此粘結(或進一步粘結)。褶皺的形成可使用將為本領域的技術人員所熟悉的其他方法或組分來實施或擴充。盡管未要求提供自支承式濾芯，但如果需要，本發(fā)明所公開的褶皺過濾器可包括除本發(fā)明公開的單層基體以外的一個或多個附加元件或?qū)?。可通過添加頂端穩(wěn)定層(例如，平面絲線表面層或熱熔粘結劑的細紋)或周邊增強層(例如，邊緣粘結劑或過濾器邊框)來穩(wěn)定或增強濾芯的所選部分。濾芯中可包括一個或多個附加層(例如，包含吸附性粒子的多孔層)以捕集所關注的蒸汽。可能期望在褶皺形成之前監(jiān)測平整幅材的性質(zhì)，例如，基重、幅材厚度、密實度、EFD、格利剛度、泰伯剛度、DOP滲透百分比、初始NaCl滲透百分比、壓降或品質(zhì)因子QF。在褶鈹形成之后，對諸如平均初始亞微米效率或壓降等褶皺幅材性質(zhì)進行監(jiān)測可是有益的。除非另外指明，EFD可采用如下文獻中闡述的方法使用85升/分鐘的空氣流速(對應于13.8cm/sec的表面速度)來確定"氣載塵埃禾口粒子的分離"(TheSeparationofAirborneDustandParticles，InstitutionofMechanicalEngineers，London,ProceedingsIB,1952)。格利硬度可使用格利精密儀器公司(GurleyPrecisionInstruments)的4171EGURLEYT"型抗彎測試機來確定。從這些幅材沖切下若干3.8cmX5.1cm的矩形樣品，其中樣品的長邊與幅材橫向(cross-web)方向排列。將這些樣品加載到抗彎測試機中，其中樣品的長邊位于幅材的固持夾具中。這些樣品沿兩個方向折曲，g卩，測試臂擠壓第一主要樣品表面，然后擠壓第二主要樣品表面，并且將這兩次測量的平均值記錄為以微克為單位的剛度。該測試被看作是破壞性測試，并且如果需要進行進一步的測量，則需要采用新的樣品。泰伯剛度可使用商標為TABER的150-B型剛度測試機(其可從泰伯工業(yè)公司(TaberIndustries)商購獲得)來確定。使用鋒利的剃刀刀片(目的是防止纖維熔合)小心地從這些幅材解剖下3.8cmX3.8cm的正方形截面，并使用3至4個樣品以及15。的樣品撓曲來進行評估以確定其在機器方向和橫向方向上的剛度。滲透百分比、壓降和過濾品質(zhì)因子QF可由如下方式確定使用包含NaCl或DOP粒子的攻擊性氣溶膠，以85升/分鐘的流速(除非另外指明)遞送該攻擊性氣溶膠，并使用TSlTMgl30型高速自動化過濾器測試機(其可從TSI公司商購獲得)來進行評估。對于NaCl測試，粒子可從2%的NaCl溶液產(chǎn)生以提供包含直徑約為0.075pm并且氣載濃度約為16-23mg/i^的粒子的氣溶膠，并且該自動化過濾器測試機可在加熱器和粒子中和器都工作時進行操作。對于DOP測試，該氣溶膠可包含直徑約為0.185pm并且濃度約為100mg/mS的粒子，并且該自動化過濾器測試機可在加熱器和粒子中和器都關閉時進行操作。可在過濾器入口和出口處釆用經(jīng)校準的光度計以測量粒子濃度以及穿過該過濾器的粒子滲透百分比?？刹捎肕KS壓力換能器(其可從MKS儀器公司商購獲得)以測量穿過過濾器的壓降(AP，毫米1120)?？墒褂萌缦鹿絹碛嬎鉗F:ln「粒子滲透百分比)m—L100J可針對所選的攻擊性氣溶膠進行測量或計算的參數(shù)包括初始粒子滲透率、初始壓降、初始品質(zhì)因子QF、最大粒子滲透率、最大滲透率下的壓降以及在最大滲透率下加載的粒子毫克數(shù)(對過濾器進行攻擊直到最大滲透率時的總重量)。初始品質(zhì)因子QF值通常提供了關于總體性能的可靠指標，其中較高的初始QF值指示較佳的過濾性能，并且較低的初始QF值指示降低的過濾性能?？赏ㄟ^將帶邊框的過濾器安裝到測試管道中并對過濾器實施氯化鉀粒子(其經(jīng)過干燥并呈電荷中性)測試來確定平均初始亞微米效率?？刹捎?00ft/min(1.52米/秒)的測試表面速度?？墒褂霉鈱W粒子計數(shù)器在一系列的十二個粒子尺寸范圍或通道上測量受測過濾器上游和下游的粒子濃度。每個通道中的粒子尺寸范圍取自ASHRAE標準52.2("按照粒子尺寸來測試通用通風空氣凈化設備去除效率的測試方法")。可使用如下公式來確定每個通道的捕集效率上游粒子計數(shù)-下游粒子計數(shù)捕集效率(％)=丄切"丄刊狄i切"丄mMx剛上游粒子計數(shù)可將四個亞微米通道(即，粒徑為0.3至0.4pm、0.4至0.55pm、0.55至0.7nm及0.7至l.Opm)中的每個的捕集效率值進行平均來獲得一個"平均初始亞微米效率"值。測試速度、效率和壓降結果通常都全部記錄下來。24在如下說明性實例中，對本發(fā)明進行進一步的說明，其中除非另外指明，所有份數(shù)和百分比都按重量計。實例1使用如圖2至圖4中所示的設備，使用可從道達爾石化公司(TotalPetrochemicals)商購獲得的商標為FINA3868的熔融流動速率指數(shù)為37的聚丙烯來形成單組分單層幅材。擠出頭10有16排孔口，32個孔口成一排，總共512個孔口。這些孔口布置成正方形圖案(這意味著孔口在橫向和徑向上排列，并且在橫向上和縱向上等間距)，其中間距為0.25英寸(6.4毫米)。將聚合物以0.6克/L/分鐘送至擠出頭，其中將聚合物加熱至250'C(482下)的溫度。供應兩個淬火空氣流(圖2中的18b;不采用流18a)來作為上部流，其來自高度為12英寸(305mm)的淬火箱，表面速度近似為5ft/min(1.5米/分鐘)并且溫度為45°F(7.2°C);以及下部流，其來自高度為12英寸(305mm)的淬火箱，表面速度近似為5ft/min(1.5米/分鐘)并且溫度為室溫。采用如美國專利No.6，607，624B2(Berrigan等人)中所示的可移動壁式拉細裝置，使用0.030英寸(0.76mm)的氣刀間隙(Berrigan等人中的30)，將空氣以13psig(0.09MPa)的壓力送至氣刀，拉細裝置頂部間隙寬度為0.21英寸(5.3mm)，拉細裝置底部間隙寬度為0.18英寸(4.6mm)，并且拉細裝置側邊長6英寸(152mm)(Berrigan等人中的36)。從擠出頭10至拉細裝置16的距離(圖2中的17)為36英寸(91cm)，并且從拉細裝置16至收集帶19的距離(圖2中的21)為23英寸(58cm)。熔紡纖維流沉積在寬度約為25英寸(約64cm)的收集帶19上。收集帶19由20-網(wǎng)孔的不銹鋼制成，并且以19英寸/分鐘(5.8米/分鐘)的速率移動。.收集帶19下方的真空估計為介于1-3英寸水柱(約250-750Pa)的范圍內(nèi)。板111的區(qū)域115具有交錯間隔的直徑為0.062英寸(1.6mm)的開口，從而獲得23%的敞開面積；固持在幅材下方的區(qū)域116具有交錯間隔的直徑為0.062英寸(1.6mm)的開口，從而獲得30%的敞開面積；并且加熱/粘結區(qū)域117和淬火區(qū)域118具有交錯間隔的直徑為0.156英寸(4.0mm)的幵口，從而獲得63%的敞開面積?？諝庖宰阋栽讵M槽109(其尺寸為0.75英寸X26英寸(1.9cmX66cm))處產(chǎn)生500ft3/min(約14.2m3/min)的空氣的速率供應穿過導管107。板108的底部與收集裝置19上的收集幅材20的距離為約0.6英寸(1.5cm)。穿過淬火流加熱器的狹槽109的空氣溫度為160。C(320°F)，該溫度測量于加熱空氣進入殼體101的入口點處。離開淬火區(qū)域120的幅材被粘結為具有足夠的完整性，以自支承并可使用普通方法和設備進行處理；該幅材可通過普通的巻繞裝置巻繞成儲存巻或可經(jīng)歷多種操作(例如褶皺和組裝)而成為過濾裝置(例如，褶皺過濾器板)。對該幅材進行電暈充電，并且進行評估，以確定如下表格1A中所示的數(shù)個物理性質(zhì)。就DOP滲透百分比和壓降測量而言，所記錄的13.8cm/sec表面速度對應于8.28m/min的表面速度，并且就所采用樣品尺寸而言，所記錄的13.8cm/sec表面速度則對應于85升/分鐘的流速。表格1A基重，gsm85密實度，％9.6厚度，mm0.97EFD，jam19泰伯剛度，泰伯單位3.2格利剛度，mg32013.8cm/sec表面速度下的壓降，毫米水柱1.3513.8cm/sec表面速度下的DOP滲透率，％70品質(zhì)因子QF，mm"H20(DOP)0.26使用KarlRabofskyAmericaCorp公司的RABOFSKY""打褶機使帶電的平整幅材形成褶皺，該打褶機配備有用于穩(wěn)定褶鈹?shù)募訜釅喊濉?6實例1的褶皺過濾器是通過將展開的絲線篩網(wǎng)膠粘至過濾器兩側的褶級頂端而形成的。該過濾器加有由兩個部分組成的硬紙板邊框，該硬紙板邊框具有1.1英寸(28mm)的折疊在濾芯兩側的過濾器周邊上的瓣片。過濾器尺寸為19.7X22.7X0.8英寸(50X57.7X2cm)，其中3.5個褶皺/英寸(1.38個褶皺/厘米)并且褶皺高度為0.8125英寸(2.06cm)。使用ASHRAE標準52.2來評估該過濾器以確定最大效率記錄值(MERV)。下面的表格1B中列舉的是評估結果以及使用以類似方式形成褶皺的過濾器來獲得的結果，該過濾器由2.1盎司/碼2(33.9gsm)的ACCUAIRTM介質(zhì)(其可從金佰利克拉克公司(KimberlyCIarkCorp)商購獲得并在供應時經(jīng)過電暈處理)形成。該評估在300英尺/分鐘(1.52m/sec)的速度下進行直到最終的壓降為1.0英寸(1.52m/sec)(25.4mm)1120柱。表格1B<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>表1B中的數(shù)據(jù)示出，相比于由ACCUAIR介質(zhì)制成的過濾器，實例1的過濾器在1.0英寸(25.4mm)水柱的壓降下提供了更佳的效率和容納容量。此外，實例1的介質(zhì)還用于通過將展開的絲線篩網(wǎng)膠粘至過濾器兩側的褶皺頂端來制備褶皺濾芯。該過濾器加有由兩個部分組成的硬紙板邊框，該硬紙板邊框具有1.1英寸(28mm)的折疊在濾芯兩側的過濾器周邊上的瓣片。過濾器的敞開面積近似約為17.5X22.5英寸(44.5X57.2cm)。在300ft/min(1.52m/sec)的表面速度下測試濾芯的初始壓降和初始分級效率。初始壓降為0.19英寸(4.8mm)水柱。各個粒子尺寸范圍的結果示于如下的表1C中。表格1C尺寸范圍，初始分級效率，％0.3-0.4370.4-0,55400.55-0.7490.7-1.0601.0-1.3741.3-1.6811.6-2.2862.2-3.0913.0-4.0924.0-5.5卯5.5-7.0937.0-10.089圖1C中的結果示出該過濾器的平均初始亞微米效率為47%。實例2使用實例1中的通用方法(除了以下另外指明的以外)，使用FINA3868聚丙烯來形成單組分單層幅材。擠出頭IO具有18排孔口，每排36個孔口；該18排孔口分成兩塊，每塊9排，在模頭中部由0.63英寸(16mm)的間隙分開，總共648個孔口。這些孔口布置成0.25英寸(6.4mm)間距的交錯圖案。將聚合物以1.0克/L/分鐘送至擠出頭。供應兩個淬火空氣流(圖2中的18b;不采用流18a)來作為上部流，其來自高度為16英寸(406mm)的淬火箱，表面速度近似為83ft/min(0.42米/分鐘)并且溫度為40下(4.4°C);以及下部流，其來自高度28為7.75英寸(197mm)的淬火箱，表面速度近似為28ft/min(0.14m/min)并且溫度為室溫。采用如Berrigan等人專利中所示的可移動壁式拉細裝置，使用0.050英寸(1.27mm)的氣刀間隙，將空氣以24psig(0.17MPa)的壓力送至氣刀，拉細裝置頂部間隙寬度為0.19英寸(4.8mm)，并且拉細裝置底部間隙寬度為0.185英寸(4.7mm)。從擠出頭10至拉細裝置16的距離為31英寸(78.7cm)，并且從拉細裝置16至收集帶19的距離為27英寸(68.6cm)。熔紡纖維流沉積在寬度約為20英寸(約51cm)的收集帶19上。收集帶19以52ft/min(約15.8米/分鐘)的速率移動?？諝庖宰阋栽讵M槽109(其尺寸為1.5英寸X22英寸(3.8cmX55.9cm))處產(chǎn)生400ftVmin(約11.4m3/min)的空氣的速率供應穿過導管107。板108的底部與收集裝置19上的收集幅材20的距離為約％至1英寸(1.9-2.54cm)。穿過淬火流加熱器的狹槽109的空氣溫度為155°C(311下)，該溫度測量于加熱空氣進入殼體101的入口點處。離開淬火區(qū)域120的幅材被粘結為具有足夠的完整性，以自支承并可使用普通方法和設備進行處理；該幅材可通過普通的巻繞裝置巻繞成儲存巻或可經(jīng)歷多種操作(例如褶皺和組裝)而成為過濾裝置(例如，褶皺過濾器板)。對該幅材進行電暈充電，然后根據(jù)美國專利No.5,496，507(Angadjivand等人)中教導的技術用去離子水進行水帶電，讓其干燥。對該帶電的幅材進行評估，以確定如下表格2A中示出為試驗編號2-l的平整幅材的性質(zhì)。此外，還對由類似工藝條件制成的第二帶電幅材進行評估，以確定其在表格2A中示出為試驗編號2-2的平整幅材的性質(zhì)。試驗編號2-2包括以26psig(0.18MPa)的壓力送至氣刀的空氣；73ft/min(0.37m/sec)的上部淬火箱表面速度；152°C(306下)的淬火流加熱器的空氣溫度；足以產(chǎn)生300ft3/min(約8.5米V分鐘)空氣的淬火流加熱器速率；及245°C(473°F)的擠出頭溫度。表2A性質(zhì)試驗編號2-1試驗編號2-2基重，gsm9997密實度，％11.4一厚度，mm0.97一EFD,nm18-格利剛度，mg91362013.8cm/sec表面速度下的壓降，毫米水柱2.02.113.8cm/sec表面速度下的DOP滲透率，°/。40.133.0品質(zhì)因子，QF,毫米"水柱(DOP)0.450.54將試驗編號2-1的幅材形成為褶皺高度為20mm并且褶皺間距為4.6mm的褶皺濾芯。通過將展開的絲線篩網(wǎng)膠粘至過濾器兩側的褶皺頂端來穩(wěn)定這些褶皺。該過濾器加有一體式硬紙板邊框，該硬紙板邊框具有0.5英寸(12.7mm)的折疊在濾芯兩側的過濾器周邊上的瓣片。過濾器的敞開面積近似約為7.4X12.0英寸(188X305mm)。在300ft/min(1.52m/sec)的表面速度下測試濾芯的初始壓降和初始分級效率。初始壓降為0.23英寸(5.8mm)水柱。各個粒子尺寸范圍的結果示出于如下的表2B中。30表2B<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>圖2B中的結果示出該過濾器的平均初始亞微米效率為67.8%。實例3使用實例2中的通用方法(除了以下另外指明的外)，用可從道爾頓石化公司(TotalPetrochemicals)商購獲得的FINA3860聚丙烯來形成單組分單層幅材，該FINA3860具有為70的熔融流動速率指數(shù)并添加了0.75重量％的來自汽巴精化公司(CibaSpecialtyChemicals)的CHIMASSORB944阻胺光穩(wěn)定劑。將聚合物以0.20克/孔/分鐘送至擠出頭，其中將聚合物加熱至235。C的溫度。上部淬火空氣流具有45下(7.2°C)的溫度，并且下部淬火空氣流具有近似約為31ft/min(0.16m/sec)的表面速度。采用如Berrigan等人專利中所示的可移動壁式拉細裝置，使用0.030英寸(0.76mm)的氣刀間隙，將空氣以12psig(0.08MPa)的壓力送至氣刀，并且拉細裝置頂部間隙寬度為0.20英寸(5.1mm)。熔紡纖維流沉積在寬度約21英寸(約53cm)的收集帶19上。收集帶19以6ft/min(約1.8米/分鐘)的速率移動。收集帶19下方的真空估計介于6-12英寸水柱(約1.5-3.0KPa)的范圍?？諝庖宰阋栽讵M槽109處產(chǎn)生500ftVmin(約14.2mVmin)的空氣的速率供應穿過導管107。穿過淬火流加熱器的狹槽109的空氣溫度為164°C(327下)，該溫度測量于加熱空氣進入殼體101的入口點處。離開淬火區(qū)域120的幅材被粘結為具有足夠的完整性，以自支承并可使用普通方法和設備進行處理；該幅材可通過普通的巻繞裝置巻繞成儲存巻或可經(jīng)歷多種操作(例如褶皺和組裝)而成為過濾裝置(例如，褶皺過濾器板)。根據(jù)美國專利No.5,496,507(Angadjivand等人)中教導的技術用去離子水對該幅材進行水帶電，讓其干燥。對該帶電的幅材進行評估，以確定示出于如下表3A中的平整幅材性質(zhì)表3A<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>將該幅材形成為褶皺高度20mm并且褶皺間距為4.6mm的褶皺濾芯。通過將展開的絲線篩網(wǎng)膠粘至過濾器兩側的褶皺頂端來穩(wěn)定這些褶皺，并使用實例2的方法給這些褶皺加上一體式的硬紙板邊框。在300ft/min(1.52m/sec)的表面速度下測試濾芯的初始壓降和初始分級效率。初始壓降為0.754英寸(19.2mm)水柱。各個粒子尺寸范圍的結果示出于如下的表3B中。表3B<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>圖3B中的結果示出該過濾器的平均初始亞微米效率為91.7%。已描述了本發(fā)明的多個實施例。然而，應當理解，可在不脫離本發(fā)明的情況下做出多種修改形式。因此，其他實施例均在所附權利要求書的范圍內(nèi)。權利要求1.一種用于制備褶皺過濾器的方法，包括a)在足以形成由聚合物組成相同的部分結晶和部分非晶的取向熔紡纖維構成的幅材的熱條件下，通過熔紡、收集、加熱和淬火單組分聚合物纖維來形成由連續(xù)單組分聚合物纖維構成的單組分單層非織造幅材，所述單組分聚合物纖維經(jīng)粘結形成格利剛度至少為100mg連貫的且可進行處理的幅材，并且其還可在保持取向和纖維結構的同時被軟化；b)在所述非織造幅材中形成若干行褶皺；以及c)將所述褶皺幅材切割成所需尺寸和形狀以形成褶皺濾芯，所述褶皺濾芯包括自支承的多孔單組分單層纖維基體，所述基體由在至少一些纖維交叉點處彼此粘結的纖維構成，并且在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亞微米效率。2.根據(jù)權利要求l所述的方法，其中所述纖維自生粘結。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其包括通過將所述幅材加熱至低于所述纖維標稱熔點至少l(TC的溫度來形成所述褶皺。4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述幅材的基重為約65克/米2至約250克/米2。5.根據(jù)權利要求l所述的方法，其中所述幅材的有效纖維直徑為約8frni至約40pm。6.根據(jù)權利要求l所述的方法，其中所述幅材的格利剛度為至少約200mg。7.根據(jù)權利要求l所述的方法，其中所述幅材的格利剛度為至少約300mg。8.根據(jù)權利要求l所述的方法，其中所述聚合物為聚丙烯。9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中當暴露于包含直徑約0.185jim、氣載濃度約100mg/m3的粒子、并且以13.8cm/sec的面速度流動的DOP攻擊性氣溶膠時，所述幅材的初始過濾品質(zhì)因子QF為至少約0.3。10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中當暴露于包含直徑約0.185pm、氣載濃度約100mg/m3的粒子、并且以13.8cm/sec的面速度流動的DOP攻擊性氣溶膠時，所述幅材的初始過濾品質(zhì)因子QF為至少約0.4。11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述褶皺濾芯的平均初始亞微米效率為至少約25%。12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述褶皺濾芯的平均初始亞微米效率為至少約50%。13.根據(jù)權利要求l所述的方法，還包括使所述幅材帶電。14.根據(jù)權利要求13所述的方法，包括對所述幅材進行水帶電。15.根據(jù)權利要求l所述的方法，還包括壓延所述幅材。16.—種褶皺過濾器，包括自支承的多孔單組分單層基體，所述自支承的多孔單組分單層基體由聚合物組成相同的部分結晶和部分非晶的取向熔紡聚合物纖維構成，所述聚合物組成相同的部分結晶和部分非晶的取向熔紡聚合物纖維在至少一些纖維交叉點處彼此粘結，所述基體形成為若干行折疊或波狀褶皺，并在1.52米/秒的面速度下具有至少15%的平均初始亞微米效率。17.根據(jù)權利要求16所述的褶皺過濾器，其中所述纖維自生粘結。18.根據(jù)權利要求16所述的褶皺過濾器，其中所述聚合物是聚丙烯。19.根據(jù)權利要求16所述的褶皺過濾器，其中所述基體的基重為約65克/米2至約250克/米2。全文摘要本發(fā)明公開一種褶皺過濾器，所述褶皺過濾器由單組分單層非織造幅材制成，所述非織造幅材由連續(xù)單組分的聚合物組成相同的部分結晶和部分非晶的取向熔紡纖維構成，這些取向熔紡纖維經(jīng)粘結形成了格利剛度為至少100mg的連貫的并可進行處理的幅材，并且其還可在保持取向和纖維結構的同時被軟化。所述織造幅材中形成若干行褶皺，并且所述幅材切割成期望的尺寸和形狀以提供褶皺濾芯，所述褶皺濾芯包含自支承的多孔單組分單層纖維基體，該基體由在至少一些纖維交叉點處彼此粘結的纖維構成，并且在1.52米/秒的表面速度下具有至少15％的平均初始亞微米效率。所述濾芯在不需要位于過濾器介質(zhì)層中的加固層、雙組分纖維、粘結劑或其他增強層的情況下便具有抗變形能力。文檔編號B01D39/00GK101495210SQ200780028713公開日2009年7月29日申請日期2007年7月19日優(yōu)先權日2006年7月31日發(fā)明者威廉姆·T·費伊,安德魯·R·福克斯,約翰·D·施泰爾特,賽義德·A·安哥德吉旺德,邁克爾·R·貝里甘,道格拉斯·C·松諾茲申請人:3M創(chuàng)新有限公司