專(zhuān)利名稱(chēng)：導(dǎo)電過(guò)濾層的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種過(guò)濾介質(zhì)，尤其涉及一種抗靜電的導(dǎo)電過(guò)濾材料。
2.現(xiàn)有技術(shù)的描述控制靜電在許多工業(yè)設(shè)施中可以是極為重要的，這是因?yàn)樵谶@些設(shè)施中不受控制的靜電放電(ESD)或火花會(huì)造成嚴(yán)重的破壞。例如，在集成電路的某些生產(chǎn)階段，靜電放電會(huì)引起集成電路的損壞。在爆炸性環(huán)境(如谷物倉(cāng)庫(kù))，或易燃環(huán)境(如石油鉆架)、煉油廠(chǎng)和溶劑的基礎(chǔ)處理過(guò)程中，靜電放電是極其危險(xiǎn)的。為了保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)必須防止靜電放電。
由于這些設(shè)施中使用的有機(jī)聚合物紡織材料靜電放電通常是絕緣性的，所以這些材料可以是靜電放電源。另外，除非以一種受控方式使這些材料表面上形成的電荷泄漏掉而使這些材料改變以防止在其表面上建立起電荷，否則這樣的材料可以具有較高的特征阻抗值，通常在1012歐姆-厘米或更高的數(shù)量級(jí)上。一種特別推薦的過(guò)濾介質(zhì)是膨脹型PTFE，如Gore的美國(guó)專(zhuān)利3,953,566中所揭示的那樣。這種材料具有很好的過(guò)濾效率，但它是電抗性的，如果不加處理不會(huì)泄漏靜電。
為了控制紡織材料中形成的靜電荷，可以通過(guò)對(duì)紡織材料進(jìn)行抗靜電整理或通過(guò)在紡織材料中至少引入部分導(dǎo)電纖維而增大有機(jī)聚合物紡織材料的導(dǎo)電性。用來(lái)控制靜電電荷的其他方法還有用外部裝置使紡織材料上形成的電荷流入地(例如接地片或接地線(xiàn))。
使靜電荷放電的一種方法是對(duì)有機(jī)聚合物紡織材料進(jìn)行抗靜電整理。這在有機(jī)聚合物紡織材料是纖維形式或織物形式時(shí)都可以進(jìn)行。這通常增大了進(jìn)行過(guò)抗靜電整理的表面的離子導(dǎo)電性，從而加速靜電泄漏。然而，這種抗靜電整理通常不象進(jìn)行過(guò)抗靜電整理的聚合物紡織材料本身那樣耐久。洗滌或僅僅由于使用有機(jī)聚合物紡織材料就會(huì)使織物表面的抗靜電整理消失，導(dǎo)致材料使靜電荷泄漏的能力丟失。
另一種方法是在生產(chǎn)有機(jī)聚合物紡織材料時(shí)使用的纖維外表面上涂覆金屬或?qū)щ娞?。但是，如果使用的涂層不像涂覆涂層的纖維那樣柔軟，纖維的拐折會(huì)使涂層斷裂，從而使由涂層形成的導(dǎo)電通路中斷或損壞。
還有一種泄漏靜電荷的方法是生產(chǎn)，將導(dǎo)電纖維摻合到非編織過(guò)濾介質(zhì)中的紡織材料。導(dǎo)電纖維的例子包括碳纖維、金屬纖維或填充的膨脹型聚四氟乙烯(PTFE)纖維，如Sassa的美國(guó)專(zhuān)利5,229,200中所揭示的那樣。
盡管上述材料在某些應(yīng)用場(chǎng)合性能良好，但它們并非在所有的應(yīng)用場(chǎng)合都滿(mǎn)足靜電泄漏的所有要求。Sassa等人的美國(guó)專(zhuān)利5,229,200采用了一種過(guò)濾介質(zhì)，這種介質(zhì)包含可泄漏靜電的非編織紡織材料(支承層)，該材料層疊在電絕緣的多孔聚合薄膜(過(guò)濾層)，特別是一膨脹型聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜上。該介質(zhì)可以滿(mǎn)足高過(guò)濾效率和靜電泄漏的要求。然而，絕緣的多孔聚合薄膜限制了過(guò)濾介質(zhì)傳導(dǎo)電荷的能力，因此，使這種介質(zhì)在對(duì)火花極其敏感的環(huán)境中的使用受到限制。另外，某些工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)建立起要求表面阻抗具有最小值的過(guò)濾介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。由于薄膜的高電阻率，現(xiàn)有的層疊過(guò)濾介質(zhì)中使用的絕緣多孔聚合膜不能滿(mǎn)足這些要求。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)電過(guò)濾介質(zhì)，這種介質(zhì)既具有高過(guò)濾效率，同時(shí)又具有有效的靜電泄漏性能。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)電過(guò)濾介質(zhì)，這種介質(zhì)具有膨脹型PTFE較高的過(guò)濾效率，同時(shí)具有充分的泄漏靜電性能，從而可以應(yīng)用于炸性的環(huán)境中。
通過(guò)下面的說(shuō)明，本發(fā)明的這些目的和其他目的將變得清楚起來(lái)。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種既具有高過(guò)濾效率又具有導(dǎo)電性的過(guò)濾介質(zhì)。為了實(shí)現(xiàn)這些性能，過(guò)濾層最好由膨脹型聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜形成，該薄膜中填充有導(dǎo)電顆粒和/或在至少一側(cè)上涂覆有薄導(dǎo)體。導(dǎo)電過(guò)濾層可以將靜電荷傳導(dǎo)到地，同時(shí)保留優(yōu)良的過(guò)濾性能。支承層以其基本型式附在導(dǎo)電過(guò)濾層上以提供過(guò)濾介質(zhì)的結(jié)構(gòu)完整性。
通過(guò)包括一種導(dǎo)電支承材料(例如填充有導(dǎo)電顆粒的編織或非編織材料)，可以制成更加導(dǎo)電的過(guò)濾介質(zhì)。尤其是，最好通過(guò)將導(dǎo)電層(例如金屬)直接淀積到至少一個(gè)表面上，例如通過(guò)電鍍、濺射或真空淀積，使支承材料導(dǎo)電。
本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)具有極高的過(guò)濾效率，并且同時(shí)是導(dǎo)電的。膨脹型PTFE過(guò)濾薄膜不僅能夠提供高達(dá)99.999％的過(guò)濾效率，而且具有的摩擦系數(shù)較低，表面張力較低，使經(jīng)過(guò)濾的顆?？梢詮倪^(guò)濾介質(zhì)的表面釋放掉?？客ㄟ^(guò)過(guò)濾介質(zhì)感應(yīng)產(chǎn)生電荷的許多方法可以產(chǎn)生更好的釋放性能。


通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，以清楚地理解本發(fā)明的工作情況。
圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾袋的正面三維視圖。
圖2是本發(fā)明的過(guò)濾筒的截面圖。
圖3是本發(fā)明的過(guò)濾片一個(gè)實(shí)施例的截面圖，其中采用了導(dǎo)電過(guò)濾層和支承材料。
圖4是本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)另一個(gè)實(shí)施例的截面圖，其中采用了填充有導(dǎo)電顆粒的薄膜、支承材料，以及形成在過(guò)濾層和支承層之間的導(dǎo)電涂層。
圖5是本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)的又一種實(shí)施例的截面圖，其中采用了薄膜、支承材料和淀積在支承材料兩個(gè)表面上的導(dǎo)電涂層。
圖6是本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)再一種實(shí)施例的截面圖，其中采用了薄膜、支承材料和淀積在與過(guò)濾介質(zhì)相對(duì)的支承材料一側(cè)上的導(dǎo)電涂層。
發(fā)明的詳細(xì)描述以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
本發(fā)明包含一導(dǎo)電過(guò)濾介質(zhì)，這種介質(zhì)具有優(yōu)良的過(guò)濾特征和有效的導(dǎo)電性能。
如圖1所示，本發(fā)明包含以過(guò)濾袋12型式的導(dǎo)電過(guò)濾介質(zhì)10。本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)10包含作為內(nèi)表面16的支承層14和作為外表面20的漏電過(guò)濾層18。支承層14和過(guò)濾層18的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)要求而顛倒。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的獨(dú)特性能，過(guò)濾層20必須具有有效和持久的漏電性能。漏電過(guò)濾層18最好包含膨脹型聚四氟乙烯(ePTFE)的微孔薄膜結(jié)構(gòu)。通過(guò)在薄膜中填充導(dǎo)電顆粒和/或用導(dǎo)電涂層(例如金屬)涂覆至少薄膜的一側(cè)，可以使ePTFE過(guò)濾層18導(dǎo)電。ePTFE薄膜還包含聚合節(jié)點(diǎn)和互聯(lián)小纖維。通過(guò)用這種導(dǎo)電材料形成過(guò)濾層，可以減少或消除許多以前遇到的問(wèn)題。例如，通過(guò)使過(guò)濾層也是導(dǎo)電層，表面靜電荷等被很有效地泄漏掉。另外，使兩種功能(例如導(dǎo)電性和過(guò)濾)融為一個(gè)單層確保了不會(huì)分開(kāi)或失去電導(dǎo)性。
最好以下面的方式產(chǎn)生ePTFE的過(guò)濾層18。
將導(dǎo)電顆粒加入到水相分?jǐn)U散的PTFE樹(shù)脂(aqueous dispersion PTFE resin)中?；旌衔锸枪材?，即，通過(guò)水相分散的快速剪切或者通過(guò)用鹽、酸、聚乙烯亞胺或類(lèi)似的物質(zhì)使水相分散不穩(wěn)定，在存在導(dǎo)電顆粒時(shí)使PTFE樹(shù)脂凝結(jié)。隨后形成細(xì)粉PTFE樹(shù)脂與導(dǎo)電顆粒的凝結(jié)物，并干燥成塊。干燥時(shí)，小心地使塊狀物粉碎，用溶劑油潤(rùn)滑并混合，使得形成均勻的混合物。
形成導(dǎo)電ePTFE薄膜中所使用的導(dǎo)電顆粒可以包含任何一種合適的材料，如金屬、金屬化合物、石墨或碳黑。本專(zhuān)利申請(qǐng)中最好采用Ketjenblack碳黑，因?yàn)樗哂袠O高的電導(dǎo)率，并且因?yàn)轭w粒的形狀和大小有利于制造過(guò)程?！邦w?！币辉~指得是具有任意縱橫比的一個(gè)個(gè)顆粒，因此包括絮片(flock)、薄片(flake)和粉末(powder)。
接著，將用前述方法制得的混合物壓縮成坯段，并接著用夯錘型擠壓機(jī)通過(guò)一模具擠壓，形成一連貫的擠壓物。這樣形成的擠壓物體通常被擠壓成桿形或帶形。同時(shí)，溶劑油還用作化合物的擠壓潤(rùn)滑油。
連貫的擠壓物隨后在一對(duì)壓延機(jī)之間壓縮，以減小其厚度。接著，使連貫的擠壓物在一系列加熱的壓延機(jī)上通過(guò)，從經(jīng)壓延的連貫的擠壓物上去除溶劑油。將加熱的壓延機(jī)保持在溶劑油沸點(diǎn)的溫度或之上，壓延機(jī)使溶劑油揮發(fā)，留下干燥的連貫的壓延的擠壓物。
用在Gore的美國(guó)專(zhuān)利3,543,566中揭示的使PTFE膨脹的方法，拉伸干燥的連貫的壓延擠壓物，該專(zhuān)利在此引述供參考。經(jīng)壓延的片材隨后應(yīng)當(dāng)在35到327℃的溫度下熱處理，并沿一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)度拉伸，產(chǎn)生膨脹型PTFE陣列。拉伸最好在接近240℃的溫度下和在1.1比1到200比1或更大的比例下進(jìn)行。本發(fā)明中使用的膨脹最好是5比1到100比1之間。膨脹的速率可以在每秒2到10,000％之間，本發(fā)明的拉伸速率最好為每秒約2到1000％。這樣，就制得了以其中有導(dǎo)電顆粒填充物分布的連續(xù)薄膜型式的膨脹型多孔聚四氟乙烯(ePTFE)基體。
膨脹型聚四氟乙烯(ePTFE)應(yīng)當(dāng)具有下述最終性能孔隙體積約為10到99％，最好約為75到95％；PTFE的百分比為5到99％，最好約為60到95％；厚度為0.2到125密耳(5.0到3200微米)，最好為約0.50到10.0密耳(12.7到254微米)。
通過(guò)除填充以外的其他處理過(guò)程，例如，通過(guò)在薄膜上電鍍、濺射或真空淀積金屬或其他的導(dǎo)體，也可以使導(dǎo)電微孔過(guò)濾膜導(dǎo)電(或更導(dǎo)電)。例如，用Manniso的美國(guó)專(zhuān)利4,720,400中揭示的技術(shù)，在ePTFE上進(jìn)行金屬電鍍。電鍍的薄膜有極高的導(dǎo)電性。經(jīng)金屬電鍍的過(guò)濾膜可以用在特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如皺褶和使用中引起擦傷引起的應(yīng)力適中的情況，以及電阻率必須極低的情況下。
圖2描述的是本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)22的另一個(gè)實(shí)施例，這里，使介質(zhì)22打褶，或盤(pán)旋，并安裝到罩殼24上，如線(xiàn)網(wǎng)上。打褶的介質(zhì)22和罩殼24形成一過(guò)濾筒26，可以用在需要最大過(guò)濾表面積的應(yīng)用場(chǎng)合。
本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)的最簡(jiǎn)單的形式包含一個(gè)如圖3截面圖所示具有過(guò)濾層32和支承層34的過(guò)濾布30。兩層層疊在一起，或粘結(jié)在一起，從而防止過(guò)濾層32在使用期間變形。通過(guò)填充金屬和/或用導(dǎo)電材料(特別是金屬)涂覆過(guò)濾層的至少一側(cè)，可以使過(guò)濾層32制成導(dǎo)電的。圖4A示出導(dǎo)電層35形成在過(guò)濾層37上，過(guò)濾層37順次附著在支承層39上。圖4B還示出另一種實(shí)施例，其中，導(dǎo)電層38形成在過(guò)濾層42上，而支承層40附著在導(dǎo)電層38上。此外，導(dǎo)電層也可以形成在過(guò)濾層的兩側(cè)上。
上述膨脹型導(dǎo)電PTFE過(guò)濾膜可以疊加在支承層織物上形成本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)。支承層可以由織物組成，織物可以是紡織或無(wú)紡的、毛氈(felt)、紡粘、編織等的?？椢锟梢杂扇魏我环N工業(yè)纖維或塑料(包括聚酯、聚丙烯、丙烯酸系纖維、注冊(cè)商標(biāo)為NOMEX的毛氈等)制成。另外，過(guò)濾層可以疊加到金屬網(wǎng)或線(xiàn)網(wǎng)上。當(dāng)本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)在工業(yè)過(guò)濾場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)(此處存在潛在的爆炸危險(xiǎn))，尤其希望提供一種抗靜電支承層?？轨o電織物包括這樣一種如Sassa等人的美國(guó)專(zhuān)利5,213,882中描述的導(dǎo)電材料或?qū)щ妼拥目椢铩?br> ePTFE過(guò)濾層最好通過(guò)層疊工藝附著到支承層上。通過(guò)經(jīng)加熱的壓輥與彈性硅聚硅酮壓輥之間的輥隙通道過(guò)的方法，加熱和加壓使兩層疊加在一起。ePTFE過(guò)濾層疊加到支承層上的范圍將取決于所使用的支承層。通常，層疊條件是溫度在100至450℃之間，最好在180至350℃之間；壓力在2到100psi(磅/平方英寸)(14到689kPa)之間，最好在15到50psi(103到345kPa)之間，并且編織速率在2到150fpm(英尺/分)(0.6到46米/分)，最好在20到80fpm(6到24米/分)之間。
另外，通過(guò)如圖4B、5和6所示，用氣相淀積的方法在支承層的至少一個(gè)表面上淀積金屬，可以使支承織物導(dǎo)電性更好。
在圖4B所示本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)36的實(shí)施例中，導(dǎo)電材料涂層38形成在支承層40上，介于支承層40和過(guò)濾層42之間。涂層最好由一種金屬形成，這種金屬可以從一群地球金屬和金屬化合物中選擇出來(lái)。這些金屬可以無(wú)限制地包括鋁、鎳、銅、釩、鈦、銀、鈀、鉑、錫、鉻、氮化錫、錳、銦、鉀、高錳酸鹽和氧化錫。最好是鋁、鎳和銅。同樣，金屬可以經(jīng)濺射涂覆、電鍍或真空淀積到支承層上。另外，涂層38在疊加到支承層上去之前，可以直接淀積到過(guò)濾層42上。
圖5中，示出了本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)42的另一個(gè)實(shí)施例，這里，將導(dǎo)電層44、46疊加到支承層50的兩側(cè)。如上所述形成了二個(gè)導(dǎo)電層44、46。二個(gè)導(dǎo)電層44、46增大了過(guò)濾介質(zhì)42的導(dǎo)電性。
圖6中，描述了本發(fā)明過(guò)濾介質(zhì)52的又一個(gè)實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例中，形成在支承層56上的導(dǎo)電層54處于與過(guò)濾層58相反的一側(cè)上。
在某些過(guò)濾應(yīng)用場(chǎng)合下，電壓脈沖技術(shù)可以用來(lái)增大過(guò)濾效果，并從外側(cè)過(guò)濾層中去除建立起來(lái)的被過(guò)濾的顆粒。在電壓脈沖下，被過(guò)濾的顆粒所帶電荷的極性與在進(jìn)入集塵室或過(guò)濾區(qū)之前帶電過(guò)濾器的電荷極性相同。帶電過(guò)濾器介質(zhì)在表面處產(chǎn)生一電場(chǎng)，在該表面處，帶電顆粒有被排斥趨勢(shì)。這樣，被排斥的顆粒不會(huì)滲透入過(guò)濾介質(zhì)，因而過(guò)濾效果將增大。通過(guò)顆粒在支承材料停留之前就阻止顆粒的停留，以這種方式使用電場(chǎng)也有助于顆粒從過(guò)濾介質(zhì)的釋放。另外，過(guò)濾器的帶電可以在時(shí)間上與介質(zhì)的空氣波動(dòng)(通過(guò)過(guò)濾器向后吹氣)合拍，有助于從過(guò)濾器表面釋放顆粒。
本發(fā)明的ePTFE過(guò)濾器薄膜還有助于顆粒的去除。ePTFE薄膜收集其表面上的顆粒，從而阻止了顆粒隱埋在支承層織物內(nèi)。同時(shí)，由于ePTFE具有很低的表面能量，所以顆粒不會(huì)粘附在表面上，這使得經(jīng)過(guò)濾的顆粒更容易地“釋放”并脈動(dòng)離開(kāi)(pulse away)。
下面的例子進(jìn)一步說(shuō)明了本發(fā)明的原理，但不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種修改和等同物均可以提出而不偏離本發(fā)明的精神和范圍的。例1填充有多孔膨脹型聚四氟乙烯(ePTFE)的導(dǎo)電顆粒層是以下述方式制造的。
制得87升批量的材料，其重量的10％為固體，90％為水。在加入的固體中7.5％由Ketjenblack碳黑(10微米標(biāo)稱(chēng)顆粒大小)(來(lái)自紐約Dobbsfery的Akzo Chemical公司)組成，92.5％由彌散的細(xì)粉PTFE的PTFE構(gòu)成(由Wilmington，DE的E.I.du Pont de Nemours and Co.提供)，其重量大約占固體的29％。將碳黑加到水中，并在180rpm(每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù))下在帶有擋板的混合容器中混合25分鐘。接著，將PTFE彌散系統(tǒng)加到溶液中并在300rpm下混合約1分鐘。PTFE彌散系統(tǒng)粘合并俘獲碳顆粒。隨后，過(guò)濾粘合的混合物，并放入150℃的爐中24小時(shí)。隨后，將混合物放入冷卻器中冷卻24小時(shí)。使冷卻的粘合材料通過(guò)0.25×0.25英寸(6×6mm)的網(wǎng)進(jìn)行篩選。以0.67∶1的重量比將碳?xì)淙軇┯图尤肽蟿┲?。將?rùn)滑的凝合材料放回到冷卻器中至少8小時(shí)，隨后取出，任其滯留在周?chē)h(huán)境中約24小時(shí)。接著，滾動(dòng)潤(rùn)滑的凝合材料約15分鐘，使?jié)櫥途鶆蚍植?。在約900psi(6205kPa)下使材料成球形約25分鐘。隨后，在平均壓力1200psi(每平方英寸的磅數(shù))(8274kPa)下通過(guò)一個(gè)有4英寸(10.2cm)的筒穿透的6英寸(15.24cm)×0.030英寸(0.8mm)的模具加壓材料。隨后，使壓出物通過(guò)壓延機(jī)，使其壓延成0.012英尺(0.3mm)。接著，在約20FPM(每分6.1米)的速率下，使經(jīng)壓延的壓出物通過(guò)約200℃的鼓式干燥機(jī)進(jìn)行干燥。用約每分8英尺(2.4米/分)的處理速度，在溫度265℃下使經(jīng)干燥壓延的壓出物縱向膨脹約2倍。用40英尺/分(12.2米/分)的處理速度，在265℃的溫度下將材料沿縱向繼續(xù)拉伸5.25倍。隨后，用約60FPM(每分18.3米)的輸出速度，將沿縱向膨脹的材料橫向膨脹約8倍，形成ePTFE薄膜。在0.5英寸水的壓差下，產(chǎn)生的ePTFE薄膜每1平方英尺材料具有28cfm(每分立方英尺數(shù))的空氣穿透率。
支承層由紡粘聚酯織物形成，織物上用濱州Newtown的Dunmore公司的真空淀積工藝涂覆約350埃厚的鋁層。將ePTFE薄膜放在紐約Toray Ind.Inc.提供的抗靜電紡粘聚酯織物(AXTAR B2270-BKO)涂覆有鋁的一側(cè)上面。用通過(guò)加熱滾筒和彈性聚硅酮滾筒之間的間隙來(lái)加熱和加壓使兩種材料層疊起來(lái)。滾筒溫度約為250℃，壓力為30psi(207kPa)，而織物饋送速度為30至50英尺/分(9到15米/分)。制得的織物疊層在ePTFE薄膜和無(wú)紡聚酯之間具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度。ePTFE和織物支承層的最終疊層的空氣穿透率在0.5英寸(12.7mm)水柱壓差下，每1平方英尺(0.0929平方米)的材料約為每分10立方英尺(0.283mm)。
用效率測(cè)試儀，測(cè)試層疊材料的過(guò)濾效率。測(cè)試中，將樣品材料放置在兩個(gè)測(cè)試室中的一個(gè)測(cè)試室中。原子化的NaCl溶液用來(lái)產(chǎn)生測(cè)試樣品介質(zhì)必須要的煙霧微粒；煙霧微粒的大小有0.10到1.0微米大，在0.25到0.35微米的顆粒大小范圍內(nèi)的煙霧微粒，在空氣中的濃度約為5500個(gè)顆粒/cc。煙霧微粒的大小和數(shù)量與流速、室溫和濕度一樣受到控制。過(guò)濾保留效率(filtrationretention efficiency)是在用PMS制造的LAS-X激光顆粒計(jì)數(shù)器在過(guò)濾樣品前后測(cè)量煙霧微粒濃度(起顆粒大小的功能)計(jì)算得到的。采用這些顆粒測(cè)量值，對(duì)給定的顆粒大小范圍以百分比計(jì)算樣品過(guò)濾的效率。在約10.5fpm(每分3.2米)的流速和4英寸(102mm)的直徑樣品大小下，在0.25到0.35微米的顆粒大小下層疊的平均效率為85.71。作為比較，以同樣的方式測(cè)試涂覆鋁的無(wú)紡聚酯(即只有支承層)，在0.25到0.35微米的顆粒大小范圍內(nèi)效率僅為18.99。所以與只有無(wú)紡織聚酯(支承層)的情況相比，層疊的效率增加了400％。
對(duì)無(wú)紡聚酯、涂覆鋁的聚酯和由涂覆了鋁的聚酯與填充有碳的ePTFE過(guò)濾層薄膜組成的層疊分別測(cè)試表面阻抗。用惠普3478A型萬(wàn)用表、二個(gè)安裝在絕緣架上，大小1”×1/4(25.4mm×6.35mm)的矩形表面電極，在垂直于1”電極方向上的電極間距為1”(25.4mm)在電極上加上16psi(110kPa)的重量以及用作工作臺(tái)的絕緣透明塑料盤(pán)等裝置測(cè)試表面阻抗。采用該設(shè)備，無(wú)紡聚酯的表面阻抗大于1010歐姆，超過(guò)了設(shè)備的量程范圍。涂覆鋁的聚酯的平均表面阻抗是每方塊12.2歐姆，標(biāo)準(zhǔn)偏差為每方塊1.6歐姆。上述層疊的平均表面阻抗是每方塊3164歐姆，標(biāo)準(zhǔn)偏差為每方塊2921歐姆。由于填充有碳的ePTFE薄膜和電極的變化接觸電阻，層疊電阻有較大的可變性。然而，該層疊有約每方塊104歐姆的表面阻抗，比普通填充的PTFE薄膜層疊通常為每方塊1012到1014歐姆要小8個(gè)數(shù)量級(jí)。例2將按照例1中描述的過(guò)程制作的填充有導(dǎo)電顆粒的ePTFE薄膜疊加到用紐約的Toray Industries Inc.制造的抗靜電無(wú)紡聚酯織物ID#AXTAR B2270-BK0上。這種情況下，在13.3英尺/分(4米/分)的處理速度、265℃的溫度下，使經(jīng)壓延的壓出物縱向膨脹2倍，并且隨后在40英尺/分(12.2米/分)的處理速度和265℃的溫度下縱向膨脹3倍，形成ePTFE過(guò)濾薄膜。
制得的薄膜約為0.002英尺(51微米)厚，在0.5英寸(12.7mm)水柱壓力下，通過(guò)1英尺2(0.093平方米)材料時(shí)的空氣透過(guò)率為16cfm(0.45立方米)。用如例1所示相同的測(cè)試設(shè)備，在層疊之前測(cè)試ePTFE薄膜的過(guò)濾效率。在顆粒大小0.25到0.35微米的情況下，流速仍為約10.5fpm(3.2米/分)，且平均效率為99.99，平均偏差僅為0.002％。
還測(cè)試了填充的ePTFE薄膜的體電阻率。將薄膜放置在兩個(gè)11/16英寸(17.5mm)直徑的銅電極之間，并且在電極頂部置一重物，以提供每平方英寸16磅(71N)的壓力。采用惠普的3478A萬(wàn)用表，測(cè)量穿透電阻。用該電阻值、樣品的厚度和電極尺寸的數(shù)據(jù)，計(jì)算體電阻率。平均體電阻率為538歐姆-厘米，標(biāo)準(zhǔn)偏差400歐姆-厘米。這里，因?yàn)樘畛涞膃PTFE薄膜有較高且可變的接觸電阻，使標(biāo)準(zhǔn)偏差較高。作為比較，未填充的ePTFE薄膜具有約為1012歐姆-厘米的體電阻率，與本發(fā)明的填充有碳的ePTFE薄膜相比，至少高出9個(gè)數(shù)量級(jí)。
為了產(chǎn)生良好的粘合而不過(guò)份損失透過(guò)率，用足夠的熱量、壓力和停留時(shí)間將填充有碳的ePTFE薄膜疊加到無(wú)紡織聚酯上。將聚酯加熱到融化可流動(dòng)的溫度點(diǎn)，并用作填充有碳的ePTFE薄膜的粘結(jié)劑。在0.5”(12.7mm)的水柱壓力下，通過(guò)1英尺2(0.093平方米)的介質(zhì)的疊層最終透射率為3.5cfm(0.1立方米/分)。
隨后，在模擬工業(yè)過(guò)濾應(yīng)用測(cè)試下測(cè)試層疊織物的過(guò)濾效率。將疊層切開(kāi)、夾住并密封在12×12英寸(0.3×0.3m)的測(cè)量管道中。疊層在德克薩斯州Wichita Falls的通用汽車(chē)公司AC Rochester分部的AC FINE測(cè)試粉塵下接受試驗(yàn)，該粉塵具有良好的特征顆粒大小分布。該粉塵在許多工業(yè)過(guò)濾應(yīng)用場(chǎng)合要求被過(guò)濾的粉塵中很有代表性。疊層在放置時(shí)，使填充有碳的ePTFE側(cè)朝向裝載有約每立方英尺的空氣中2.0個(gè)顆粒的粉塵的測(cè)試室中。流速設(shè)置并控制在6-7fpm(1.8-2.4米/分)下。過(guò)濾器在每10秒產(chǎn)生一個(gè)0.1秒的、50psi(345kPa)的空氣脈沖下經(jīng)受“后波動(dòng)(backpulsed)”(即經(jīng)受來(lái)自過(guò)濾器下游側(cè)的高氣壓沖擊)。這種脈沖應(yīng)用在許多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，以從過(guò)濾器的表面中去除粉塵和顆粒。該脈沖帶走了過(guò)濾器外側(cè)建立起來(lái)的許多顆粒，從而防止了過(guò)濾器上的壓降增大得太大。測(cè)試進(jìn)行168分或1008個(gè)脈沖。下游空氣通過(guò)Gelman科學(xué)型A/E玻璃纖維過(guò)濾器，以便收集可能已經(jīng)通過(guò)正被測(cè)試的過(guò)濾器疊層的任何粉塵。在測(cè)試前后，對(duì)玻璃纖維經(jīng)稱(chēng)重，以便確定穿過(guò)正被測(cè)試的過(guò)濾疊層的粉塵的質(zhì)量。另外，收集過(guò)濾器上游側(cè)收集管道內(nèi)的粉塵，并對(duì)滯留在過(guò)濾器上的粉塵稱(chēng)重。用在過(guò)濾器疊層上游處俘獲的粉塵的質(zhì)量和玻璃纖維過(guò)濾器下游上粉塵的質(zhì)量，計(jì)算過(guò)濾器的效率。過(guò)濾器的效率為99.99+％。
此外，在測(cè)試以后分析過(guò)濾器，以確定測(cè)試期間是否損壞了填充有碳的ePTFE薄膜。過(guò)濾器在任何一處均沒(méi)有明顯的損壞、針眼小洞或疊層分離。過(guò)濾器具有良好的排除粉塵的功能，這從過(guò)濾器自身僅有5.0％的重量增加(pickup)得以證明。填充有碳的ePTFE薄膜避免了像無(wú)紡聚酯織物成為粉塵的陷阱，粉塵可以容易地從薄膜的不粘表面上逃逸。
上文中對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但這些描述不應(yīng)視作是對(duì)本發(fā)明的限制。很明顯，對(duì)上述實(shí)施例的種種變異和修改都應(yīng)被視作是本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，它包含具有微孔薄膜結(jié)構(gòu)的過(guò)濾層；附著在過(guò)濾層上的支承層；其中，微孔結(jié)構(gòu)包括隱埋在其內(nèi)的導(dǎo)電顆粒，導(dǎo)電顆粒在整個(gè)過(guò)濾層中提供均勻分布的電通路，從而使過(guò)濾介質(zhì)中的靜電荷泄漏。
2.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，微孔薄膜結(jié)構(gòu)包含膨脹型聚四氟乙烯，所述膨脹型聚四氟乙烯包括由小纖維互聯(lián)的聚合節(jié)點(diǎn)的微孔結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述過(guò)濾層包括碳導(dǎo)電顆粒。
4.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，它還包含淀積在至少一側(cè)支承層上的導(dǎo)電材料涂層，所述涂層幫助靜電荷從過(guò)濾介質(zhì)泄漏掉。
5.如權(quán)利要求4所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述涂層包括附著在支承層上的薄金屬涂層。
6.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，淀積在至少一側(cè)過(guò)濾層上的導(dǎo)電材料涂層，所述涂層幫助靜電荷從過(guò)濾介質(zhì)泄漏掉。
7.如權(quán)利要求6所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述涂層包括附著在支承層上的薄金屬涂層。
8.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述支承層包括隱埋在其內(nèi)的導(dǎo)電顆粒，所述導(dǎo)電顆粒幫助于靜電荷從過(guò)濾介質(zhì)泄漏掉。
9.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾布型的。
10.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾袋型的。
11.如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾介質(zhì)，其特征在于，所述過(guò)濾介質(zhì)是過(guò)濾筒型的。
12.一種生產(chǎn)導(dǎo)電過(guò)濾介質(zhì)的方法，其特征在于，它包含提供具有一內(nèi)表面和一外表面的過(guò)濾層；包括一個(gè)膨脹型聚四氟乙烯的微孔結(jié)構(gòu)；提供隱埋在膨脹型聚四氟乙烯過(guò)濾層內(nèi)的導(dǎo)電顆粒，使靜電荷通過(guò)在過(guò)濾層中均勻分布的電通路泄漏掉；將所述過(guò)濾層安裝到過(guò)濾裝置上，所述過(guò)濾裝置包括一電連接，使靜電荷從過(guò)濾層傳導(dǎo)到地；以及在使用期間，通過(guò)過(guò)濾層的電通路，使電荷從過(guò)濾層均勻泄漏掉。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，它還包含在所述支承層上形成導(dǎo)電材料涂層。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包含提供包含金屬的導(dǎo)電涂層；以及將導(dǎo)電涂層真空淀積到所述支承層上。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包含提供包含金屬的導(dǎo)電涂層；以及將導(dǎo)電涂層濺射涂覆到所述支承層上。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包含提供包含金屬的導(dǎo)電涂層；以及將導(dǎo)電涂層電鍍到所述支承層上。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，它還包含用導(dǎo)電顆粒填充所述支承層，從而幫助靜電荷從過(guò)濾層泄漏掉。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，它還包含將過(guò)濾介質(zhì)形成到一過(guò)濾布內(nèi)。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，它還包含將過(guò)濾介質(zhì)形成到一過(guò)濾袋內(nèi)。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，它還包含將所述過(guò)濾介質(zhì)形成到一過(guò)濾筒內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明是一種改進(jìn)的導(dǎo)電過(guò)濾介質(zhì),它特別適用于必須泄漏靜電的應(yīng)用場(chǎng)合。本發(fā)明的過(guò)濾介質(zhì)包含其中隱埋有導(dǎo)電顆粒的微孔過(guò)濾層。當(dāng)附著到支承介質(zhì)上去時(shí),該結(jié)構(gòu)提供了優(yōu)越的過(guò)濾效率,同時(shí)確保了連貫且均勻分布的對(duì)地電通路。
文檔編號(hào)B01D39/08GK1170370SQ95196899
公開(kāi)日1998年1月14日 申請(qǐng)日期1995年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月23日
發(fā)明者亞歷克斯·R·霍布森, 戴維·E·穆尼, 斯蒂芬·K·斯塔克 申請(qǐng)人:W·L·戈?duì)柤巴使煞萦邢薰?