專利名稱：具有多層結構的過濾介質的制作方法
技術領域：
本公開內容總體上涉及過濾，更具體地涉及過濾介質、相關的系統(tǒng)、部件和方法。
背景技術：
過濾元件可以在多種應用中用于除去污染物。這樣的元件可以包括能夠由纖維網形成的過濾介質。纖維網提供允許流體(例如，氣體、液體)流過介質的多孔結構。包含在流體內的污染顆粒(例如，塵粒、煤煙顆粒)可以被捕集在纖維網上。取決于應用，過濾介質可以被設計成具有不同的性能特征。容塵量(dust holding capacity)是在特定條件下在過濾介質上捕獲的灰塵的量的度量。灰塵捕獲效率是與經過過濾器之前的灰塵濃度相比而言的經過過濾器后的灰塵濃度的度量。在一些應用中，期望過濾介質具有高的容塵量和/或高的灰塵捕獲效率。

發(fā)明內容
本文所提出的各方面與過濾介質相關。一方面，提供一種過濾介質。該過濾介質包括第一層，第一層包括第一相，第一相包括第一多根纖維和不同于第一多根纖維的第二多根纖維；以及第二相，該第二相包括第三多根纖維和不同于第三多根纖維的第四多根纖維，第三多根纖維與第一或第二多根纖維相同或者不同并且第四多根纖維與第一或第二多根纖維相同或者不同，其中，第一多根纖維的透氣率大于第二多根纖維的透氣率并且第三多根纖維的透氣率大于第四多根纖維的透氣率。過濾介質還包括附接至第一層的第二層，其中第二層是納米纖維層。另一方面，提供一種過濾介質。該過濾介質包括包括多根纖維素纖維的第一層；以及附接至第一層的第二層，其中第二層是納米纖維層，并且其中所述過濾介質具有至少200g/m2的容塵量和至少80%的初始效率。再一方面，提供一種制造過濾介質的方法。該方法包括形成第一層，形成第一層包括形成包括第一多根纖維和不同于第一多根纖維的第二多根纖維的第一相；以及形成包括第三多根纖維和不同于第三多根纖維的第四多根纖維的第二相，第三多根纖維與第一或第二多根纖維相同或者不同并且第四多根纖維與第一或第二多根纖維相同或者不同，其中，第一多根纖維的透氣率大于第二多根纖維的透氣率并且第三多根纖維的透氣率大于第四多根纖維的透氣率。該方法還包括形成納米纖維層；以及將第一層和納米纖維層粘附在一起以形成纖維復合物。其他方面、實施方案、特征將由以下描述而變得明顯。通過引用并入本文的每篇參考文獻均以其全部內容并入本文。在所并入的參考文獻與本說明書之間存在沖突或矛盾的情況下，以本說明書為準。


無意將附圖按比例繪制。在附圖中，在各幅圖中示出的相同或幾乎相同的每個部件用相似的附圖標記來表示。出于清楚的目的，在每幅圖中可能不對每個部件都進行標記。在附圖中圖I描繪出具有第一層和第二層的過濾介質的實施方案；圖2示出具有第一層和第二層的過濾介質的實施方案，其中第一層包括多個相；圖3示出具有第一層、第二層和中間層的過濾介質的實施方案；圖4示出具有第一層、中間層和第二層的過濾介質的實施方案，其中第一層包括多個相；圖5是被配置成在過濾介質的制造中使用的系統(tǒng)的示意圖；圖6描繪出具有第一層、第二層和中間層的波紋狀過濾介質的實施方案；圖7示出所提供的實例的性能特征圖；圖8示出所提供的實例的另一性能特征圖；以及圖9示出所提供的實例的又一性能特征圖。詳細描述對過濾介質進行描述。如以下所進一步描述的，過濾介質可以包括多個層。在一些實施方案中，過濾介質包括粘附至另一層的納米纖維層。在一些實施方案中，納米纖維層所粘附至的層由多種纖維類型(例如，使結構具有不同的透氣率和/或壓降的纖維)形成。在一些情況下，過濾介質可以被設計成具有包括高的塵粒捕獲效率和/或高的容塵量的有利性能。例如，圖I和圖2描繪出具有第一層20和第二層30的過濾介質10的示例性實施方案。在一些實施方案中，第一層20包括許多不同種類的纖維，而第二層30是納米纖維層。在一些實施方案中，當流體流經介質時，層20位于層30的上游。在其他實施方案中，當流體流經介質時，層20位于層30的下游。在一些情況下，如以下所進一步描述的，第一層20可以包括單相，例如疏松相(open phase)或致密相(tight phase)。在其他情況下,如圖2所示，第一層20可以是具有第一相22(例如，疏松相)和第二相24(例如，致密相)的多相層。在一些實施方案中，第一相22可以是致密相而第二相24可以是疏松相。可以理解到，在第一層20中可以結合任意數量的相。應當理解，在本文中使用的術語“過濾介質”是單數形式或復數形式。當述及單一的過濾介質時，術語“過濾介質(filter media) ”可以與術語“單過濾介質(filtermedium) ” 互換。此外，圖3和圖4描繪出具有布置在第一層20與第二層30之間的中間層40的過濾介質10的示例性實施方案。在一些實施方案中，如圖3所示，中間層40可以是粘合劑，其在以下進一步描述。如圖4中所描繪的，在其他實施方案中，中間層40可以包括在這樣的布置中，在該布置中在具有第一相22和第二相24的第一層20與第二層30之間布置有·中間層40。I.單相或多相層結構如所討論的，具有包含多種纖維類型的層20的過濾介質10可以包括一個或更多個相，所述相使得在那些相內具有不同的透氣率和/或壓降特性。在一些實施方案(例如圖2中所示出的實施方案)中，過濾介質10可以具有與第二相24相比透氣率較大和/或壓降較小的第一相22。在一些情況下，可以將具有較大的透氣率和/或較小的壓降的相稱為疏松相，而可以將具有較小的透氣率和/或較大的壓降的相稱為致密相。在一個實例中，過濾介質10可以包括基本上設置在致密相24上方的疏松相22。例如在形成有疏松相和致密相的過濾介質中，疏松相和致密相的位置可以取決于具體實施方案。疏松相可以被布置在致密相上方，反之亦然。從而，疏松相可以被布置在相對于致密相的上游，致密相也可以布置在相對于疏松相的上游。但是應當理解，過濾介質10的第一層20可以具有任意數量的疏松相和/或致密相。實際上，第一層20可以包括兩個或更多個疏松相和/或致密相。如本文中所描述的，過濾介質中的層可以包括一個或更多個相(例如，疏松相或致密相)。在層包括多于一個相的實施方案中，如以下所進一步描述的，每個相可以具有不同的纖維類型和/或不同的特性。在一些實施方案中，同樣如下所述，相可以在造紙機上層合在一起或同時形成。在一些實施方案中，與具有包含單相結構的第一層的過濾介質相比，具有包含多個相(例如，疏松相和致密相)的第一層的過濾介質可以呈現出改善的容塵量和/或灰塵捕獲效率。然而，可替代地，在一些情況下，單相層相比多相層可以表現出改善的容塵量和 /或灰塵捕獲效率。應當理解，第一層20可以作為過濾介質獨立地使用。然而，本文所提出的某些實施方案將第一層20結合到具有其他部件的過濾介質10中。適當的多相層已在于2009年6月19日提交的名稱為“Multi-PhaseFilterMedium”的共同擁有的美國專利申請12/488,033中有所描述，其全部內容通過引用并入到本文中。A.疏松相過濾介質中的疏松相可以包括第一多根纖維和第二多根纖維，盡管在一些實施方案中，僅使用第一多根纖維來形成疏松相。在一些實施方案中，第一多根纖維的透氣率大于第二多根纖維的透氣率。例如，第一多根纖維可以具有從約50立方英尺每分鐘(“CFM”)至約350CFM(例如，從約100CFM至約200CFM)的透氣率，而第二多根纖維可以具有從約5CFM至約50CFM(例如，從約8CFM至約37CFM或者從約15CFM至約25CFM)的透氣率。如本文中所使用的，纖維的透氣率是根據IS09237通過對專門由這些纖維生產的并且具有100g/m2的紙張定量(basis weight)的手抄紙進行測量來確定的。在一些實施方案中，第一多根纖維具有的壓降小于第二多根纖維的壓降。例如，第一多根纖維可以具有從約5帕斯卡(“Pa”)至約300Pa(例如，從約IOPa至約250Pa或者從約20Pa至約IOOPa)的壓降，而第二多根纖維可以具有從約300Pa至約1，OOOPa(例如，從約350Pa至約500Pa)的壓降。如本文中所使用的，纖維的壓降是根據ASTM F778-88通過使用在專門由這些纖維生產的并且具有100g/m2的紙張定量的手抄紙上具有40cm/s的迎面速度(face velocity)的氣體來確定的。在一些實施方案中，第一多根纖維具有的平均纖維長度大于第二多根纖維的平均纖維長度。例如，第一多根纖維可以具有從約I. 5mm至約6mm (例如,從約2. 5mm至約4. 5mm)的平均纖維長度，而第二多根纖維可以具有從約0. 5mm至約2mm(例如，從約0. 7mm至約
I.5mm)的平均纖維長度。通常，可以用于形成第一和第二多根纖維的材料能夠根據期望變化。在一些實施方案中，第一多根纖維由軟木纖維、棉纖維、玻璃纖維、聚酯纖維、聚乙烯醇粘接劑纖維和/或人造纖維制成。示例性軟木纖維包括由絲光處理的南方松(“絲光處理的南方松纖維或HPZ纖維”)、北方的漂白軟木牛皮(例如，從Roubur Flash獲得的纖維("Roubur Flash纖維”))、南方的漂白軟木牛皮(例如，從布倫茲維克松獲得的纖維(“布倫茲維克松纖維”))或經化學處理的機械紙漿(“CTMP纖維”)中獲得的纖維。例如，HPZ纖維可以從美國田納西州孟菲斯的Buckeye Technologies公司獲得；Robur Flash纖維可以從瑞典斯德哥爾摩的RottneiOs AB公司獲得；以及布倫茲維克松可以從美國喬治亞洲亞特蘭大的Georgia-Pacific 公司獲得。在一些實施方案中，第二多根纖維由硬木纖維、聚乙烯纖維或聚丙烯纖維制成。示例性的硬木纖維包括由桉樹獲得的纖維(“桉樹纖維”)。桉樹纖維可商業(yè)獲得自例如(I)Suzano Group, Suzano,巴西(“Suzano 纖維，，)；(2)Group Portucel Soporcel, Cacia,葡萄牙(“Cacia 纖維”);(3) Tembec 公司,Temiscaming,魁北克，加拿大(“Tarascon 纖維”)；(4)Kartonimex Intercell,杜塞爾道夫,德國(“Acacia 纖維”)；(5)Mead-Westvaco,康涅狄格州Stamford( “Westvaco纖維”)；和(6)Georgia_Pacific,佐治亞州亞特蘭大 (“LeafRiver纖維”)。通常，與硬木纖維相比，軟木纖維具有相對較大的透氣率、小的壓降和大的平均纖維長度。在一些實施方案中，疏松相可以包括軟木纖維與硬木纖維的混合物。在某些實施方案中，疏松相可以包括僅一種類型的均勻地分布在疏松相內的纖維(如，軟木纖維)。在一些實施方案中，疏松相可以包括具有不同特性(例如，不同的透氣率和/或壓降)的纖維的混合物。具有不同特性的纖維可以由一種材料(例如，通過使用不同工藝條件)或不同材料制成。在一些實施方案中，第一多根纖維可以由與用于形成第二多根纖維的材料相同的材料形成。在這樣的實施方案中，第一和第二多根纖維可以通過使用不同的制備方法或者相同制備方法下的不同條件來制備，使得它們具有不同的特性(例如，不同的透氣率或壓降)。在某些實施方案中，第一多根纖維和第二多根纖維可以由相同材料形成并且也可以具有相同的特性。在一些實施方案中，第一多根纖維可以由與用于形成第二多根纖維的材料不同的材料形成。通常，第一多根纖維與第二多根纖維的重量比可以根據過濾介質的期望性能來變化。例如，過濾介質中的疏松相可以包括的具有較大的透氣率和/或較小的壓降的纖維的量大于具有較小的透氣率和/或較大的壓降的纖維的量。在一些實施方案中，上述的第一與第二多根纖維的重量比可以在從約50 50到約97 3(例如，從約50 50到約70 30或者從約60 40到約70 30)的范圍內。如本文中所使用的，第一多根纖維或第二多根纖維的重量指的是在用于制備疏松相的組分(例如，紙漿)中每組纖維的初始重量。在某些實施方案中，過濾介質中的疏松相可以包括的具有較大的透氣率和/或較小的壓降的纖維的量等于或小于具有較小的透氣率和/或較大的壓降的纖維的量。在一些實施方案中，疏松相除了包括第一多根纖維和第二多根纖維外還可以包括一組或更多組多根纖維。附加的纖維組中的每一組可以具有與第一多根纖維或第二多根纖維不同的特性(例如，透氣率和/或壓降)，和/或可以由與用于制備第一多根纖維或第二多根纖維的材料不同的材料來制備。在一些實施方案中，附加的纖維組可以由與用于制備第一和第二多根纖維中之一的材料相同的材料來制備，但它們仍然具有與第一或第二多根纖維的特性不同的特性。R.致密相過濾介質中的致密相可以包括第三多根纖維和第四多根纖維。在一些實施方案中，第三多根纖維可以具有與上述的第一多根纖維或第二多根纖維相同的特性(例如，透氣率和/或壓降)和/或由與上述的第一或第二多根纖維相同類型的材料制成，和/或第四多根纖維可以具有與上述的第一多根纖維或第二多根纖維相同的特性和/或由與上述的第一或第二多根纖維相同類型的材料制成。在一些實施方案中，第三多根纖維可以具有與第一或第二多根纖維不同的一種或更多種特性(例如，透氣率和/或壓降)，和/或由與第一或第二多根纖維的材料為不同類型的材料制成，并且/或者第四多根纖維可以具有與第一或第二多根纖維不同的一種或更·多種特性，和/或由與第一或第二多根纖維的材料為不同類型的材料制成。在一些實施方案中，致密相可以包括軟木纖維和硬木纖維的混合物。在某些實施方案中，致密相可以包括在致密相內均勻分布的僅一種類型的纖維(例如，硬木纖維)。在一些實施方案中，致密相可以包括具有不同特性(例如，透氣率和/或壓降)的纖維的混合物。具有不同特性的纖維可以由一種材料(例如，通過使用不同的工藝條件)或不同材料制成。在一些實施方案中，第三多根纖維由軟木纖維、棉纖維、玻璃纖維、聚酯纖維、聚乙烯醇粘接劑纖維和/或人造纖維制成。示例性的軟木纖維包括絲光處理的南方松纖維或HPZ纖維、北方的漂白軟木牛皮纖維(例如，Robur Flash纖維)、南方的漂白軟木牛皮(例如,布倫茲維克松纖維)或CTMP纖維。在一些實施方案中，第四多根纖維由硬木纖維、聚乙烯纖維或聚丙烯纖維制成。示例性的硬木纖維包括桉樹纖維(例如，Suzano纖維、Cacia纖維、Tarascon纖維、Acacia纖維、Westvaco 纖維、LeafRiver 纖維)。在一些實施方案中，第三多根纖維可以由與用于形成第四多根纖維的材料相同的材料形成。在這樣的實施方案中，第三和第四多根纖維可以通過使用不同的制備方法或者相同制備方法下的不同條件來制備，使得它們具有不同的特性(例如，不同的透氣率或壓降)。在某些實施方案中，第三和第四多根纖維可以由相同的材料形成并且也具有相同的特性。在一些實施方案中，第三多根纖維可以由與用于形成第四多根纖維的材料不同的材料形成。通常，第三與第四多根纖維的重量比可以取決于過濾介質的期望性能或者其預期的用途而變化。過濾介質中的致密相可以包括的具有較高的透氣率和/或較小的壓降的纖維的量小于具有較小的透氣率和/或較大的壓降的纖維的量。例如，上述的第三與第四多根纖維的重量比可以分布在從約3 97到約50 50 (例如，從約25 75到約50 50或者從約70 30到約50 50)的范圍內。如本文中所使用的，第三或第四多根纖維的重量指的是在用于制備致密相的組分(例如，紙漿)中每組纖維的初始重量。在一些實施方案中，過濾介質中的致密段可以包括的具有較高的透氣率和/或較小的壓降的纖維的量大于或等于具有較小的透氣率和/或較大的壓降的纖維的量。在一些實施方案中，致密相可以包括除第三多根纖維和第四多根纖維之外的一組或更多組多根纖維。附加的纖維組中的每組纖維可以具有與第三或第四多根纖維不同的特性(例如，透氣率和/或壓降)，和/或可以由與用于制備第三或第四多根纖維的材料不同的材料來制備。在一些實施方案中，附加的纖維組可以由與用于形成第三和第四多根纖維中之一的材料相同的材料來制備，但它們仍然具有與第三或第四多根纖維的特征不同的特性。通常，過濾介質中的疏松相與致密相的重量比可以根據期望變化。例如，疏松相與致密相的定量比可以分布在從約10 90到約90 10 (例如，從約30 70到約70 30、從約40 60到約60 40或者從約30 70到約90 10)的范圍內。在特定實施方案中，疏松相與致密相的定量比是約30 70或更大(例如，約40 60或更大、約50 50或更大、或者60 40或更大)。如本文中所使用的，疏松相或致密相的定量指的是單位面積(例如，每平方米)上的相的重量。例如，疏松相或致密相的定量可以具有克每平方米的單位。 C.單相或多相層的附加特征如上所述，過濾介質10可以包括為單相或多相、具有疏松相、致密相或者疏松相與致密相兩者的第一層20。過濾介質10的第一層20可以包括任意期望百分比的軟木纖維。例如，第一層20可以包括第一層的重量組成的至少約50%、至少約60%或至少約80%重量百分比的軟木纖維。類似地，過濾介質10的第一層20可以包括任意期望百分比的硬木纖維。例如，第一層20可以包括第一層的重量組成的少于約50%、少于約30%、少于約20%、少于約10%或O %重量百分比的硬木纖維。此外，在一些實施方案中，在過濾介質10的第一層20中可以包括附加的纖維。例如，附加的纖維可以包括第一層的重量組成的0%、大于5%、大于10%、大于20%或者大于30%的重量百分比的第一層中合成纖維(例如，聚酯、聚丙烯)。在一些實施方案中，包括在過濾介質10的第一層20中的合成纖維可以具有在約O. 5至約6. O之間、在約O. 5至約I. 5之間、在約I. 5至約3. O之間或者在約3. O至約6. O之間的旦數。在一些實施方案中，合成纖維具有至少約I. 5或至少約3. O的旦數。任意特定旦數的附加纖維可以以任意期望的量包括在過濾介質10的第一層20中。在一些實施方案中，第一層20可以包括占第一層的重量組成的0%、大于5%、大于10%、大于20%或者大于30%的重量百分比的在第一層中旦數為至少I. 5的合成纖維。在其他實施方案中，第一層20可以包括占第一層的重量組分的O %、大于10 %、大于20 %或者大于30%的重量百分比的在第一層中旦數為至少3. O的合成纖維。通常，過濾介質10的第一層20的厚度可以根據期望變化。例如，第一層20可以具有從100微米至2，000微米(例如，從200微米至1，600微米或者從400微米至1，200微米)的厚度。厚度可以根據標準TAPPI T441來確定。過濾介質10的第一層20可以具有任意適當的定量。例如，第一層20可以具有至少約10g/m2和/或至多約500g/m2(例如，在約25g/m2至約230g/m2之間或者在約80g/m2至約150g/m2之間)的定量。如本文中所使用的，第一層20的定量指的是單位面積上(例如，每平方米)的介質的重量。用于定量的常用單位是g/m2。
過濾介質10的第一層20的透氣率通常可以根據期望選擇。例如，第一層20的透氣率可以在約ICFM至約300CFM之間(例如，在約ICFM至約250CFM之間、在約2CFM至約250CFM之間、在約2CFM至約300CFM之間、在約30CFM至約120CFM之間、或者在約100CFM至約200CFM之間)變化。如本文中所使用的，過濾介質的透氣率根據ISO 9237來確定。過濾介質10的第一層20的平均孔徑可以根據期望變化。例如，第一層20可以具有至少約3微米和/或至多1，000微米(例如，在約30微米至400微米之間)的平均孔徑。在一些實施方案中，具有單相(例如，疏松相)的第一層20的平均孔徑可以在約50微米至約200微米之間或者在約75微米至約150微米之間。在其他實施方案中，第一層20的疏松相部分的平均孔徑可以在約100微米至約400微米之間或者在約150微米至約200微米之間。在第一層20具有多于一個相的其他實施方案中，過濾介質的致密相部分的平均孔徑可以在約30微米至約200微米之間或者在約50微米至約125微米之間。如本文中所使用的，平均孔徑指的是根據在ASTM F316-03中的描述、通過使用庫爾特儀(Coulter Porometer)所測量的中流量平均孔徑(mean flow pore size)。
通常，可以使用Palas平板試驗(flat sheet test)對過濾介質的性能進行評估。這樣的試驗基于以下參數用具有20cm/s的迎面速度的200mg/cm3濃度的微灰塵粒(O. I μ m至80 μ m)沖擊過濾介質的IOOcm2的表面積一分鐘。使用Palas MFP2000分級效率光電探測器(fractionalefficiency photodetector)測量灰塵捕獲效率?；覊m捕獲效率為[(i-[c/co]) * 100% ]，其中C是經過過濾器之后的塵粒濃度，CO是經過濾器之前的微粒濃度。一分鐘之后測量灰塵捕獲效率，該灰塵捕獲效率在本文中被稱為初始灰塵捕獲效率。當跨介質的壓降達到1，SOOPa時測量容塵量，其為在暴露于微塵之前過濾介質的重量與暴露于微塵之后過濾介質的重量之差。過濾介質10的第一層20可以呈現出捕獲灰塵的有利能力。例如，根據上述的Palas平板試驗進行測量，第一層20可以具有至少約25% (例如，至少約40 %、至少約60% )和/或至多約70%的初始灰塵捕獲效率。過濾介質10的第一層20也可以具有良好的容塵性能。例如，根據Palas平板試驗，第一層20可以具有至少約30g/m2(例如，至少約100g/m2、至少約200g/m2或至少約300g/m2)和/或至多約400g/m2(例如，至多約350g/m2、至多約300g/m2、至多約250g/m2至多約200g/m2)的容塵量(DHC)。如本文中所使用的，DHC是捕獲的灰塵的重量除以Palas試驗板的試驗面積所得到的。作為另一實例，第一層20可以具有至少約0. 001g/g(例如，至少約0. 004g/g)和/或至多約I. 0g/g(例如，至多約0. 9g/g)的特定容塵量。如本文中所使用的，特定容塵量可以通過將捕獲的灰塵的重量除以Palas試驗板的單位重量(例如，每克)來計算?？商娲兀囟ㄈ輭m量可以通過將捕獲的灰塵的重量除以Palas試驗板的單位厚度(例如，每毫米)來計算。在這樣的可替代情況下，特定容塵量將以g/mm的單位來表不。在一些實施方案中，過濾介質10的第一層20使有利的灰塵捕獲性能與容塵性能兩者相結合。例如,第一層20可以具有至少約25% (例如，至少約40%、至少約60% )的初始灰塵捕獲效率以及至少約30g/m2 (例如，至少約100g/m2、至少約200g/m2或者至少約300g/m2)的容塵量。在一些實施方案中，上述的第一、第二、第三和第四多根纖維中的至少一者由有機聚合材料(例如，軟木纖維、棉纖維、硬木纖維或者合成有機聚合物(例如，聚酯或人造纖維))制成。在特定實施方案中，第一、第二、第三和第四多根纖維中多于一者(例如，兩者、三者或者全部)是由有機聚合材料制成的。在一些實施方案中，上述的第一、第二、第三和第四多根纖維中的至少一組多根纖維是由纖維素制成的。在一些實施方案中，過濾介質10的第一層20還可以包含粘接劑。通常，在第一層20中包含粘接劑可以顯著地增加其強度(例如，根據IS01942-2測量的拉伸強度或者根據DIN 53113測量的密廉式破裂強度(Mullen Burst strength))。粘接劑可以包括聚合材料，例如聚醋酸乙烯酯、環(huán)氧樹脂、聚酯、聚乙烯醇、丙烯酸樹脂(例如，苯乙烯-丙烯酸樹脂)或者酚醛樹脂。在一些實施方案中，粘接劑可以占第一層的重量組成的至少約2%和/或至多約50% (例如，至多約35%、至多約25%、至多約15%或至多約5%)。在一些實施方案 中，在第一層中存在的粘接劑可以處于第一層的重量組成的約10%至約50%之間或者約15%至約30%之間。通常，粘接劑可以在存在或者不存在交聯(lián)劑的情況下存在于第一層中(例如，密胺、四氮六甲元或環(huán)氧固化劑)或其他添加劑(例如，聚硅氧烷、碳氟化合物或催化劑(例如，氯化銨))。在一些情況下，具有多相結構的過濾介質包括第一相與第二相之間的界面。在一些實施方案中，當以連續(xù)的濕法工藝(wet laid process,例如，以連續(xù)的基于液體的涂布工藝)制備多相結構時，界面可以采取包括彼此混合的第一、第二、第三和第四多根纖維中各自的至少一部分的過渡相的形式。不希望受理論限制，據信由于第一相和第二相中的纖維之間的相互作用，所以通過這樣的工藝制備的界面基本上是非線性的。此外，由于在濕法工藝中通常不使用粘合劑，所以通常界面處基本上沒有任何粘合劑。包括基本上沒有粘合劑的界面的第一和第二相可以通過例如每個相中的纖維之間的物理相互作用或者通過不涉及使用粘合劑以接合相的其他適當方法來進行接合。在一些情況下，包括基本上沒有粘合劑的界面的第一相和第二相不通過層合進行接合。在一些實施方案中，如上所述，過濾介質的第一層除了包括第一相和第二相外還可以包括一個或更多個相。附加的相可以與第一相或第二相相同或不同。例如，具有三相的多相層可以具有疏松和/或致密相的任意組合。P.制造多相層的方法用于結合在過濾介質中的多相層可以通過任意適當的方法來制備。在一些實施方案中，多相層可以通過濕法工藝如下進行制備首先，可以將溶液(例如，水溶液如水)中包含第一和第二多根纖維的第一分散體(例如，紙漿)施加到造紙機(例如，長網造紙機(fourdrinier)或真空圓網抄紙機(rotoformer))中的線式傳送機(wire conveyor)上以形成由線式傳送機支承的第一相。隨后將溶液(例如，水溶液如水)中包含第三和第四多根纖維的第二分散體(例如，另一紙漿)施加到第一相上。在上述工藝過程期間對纖維的第一和第二分散體連續(xù)地施加真空以從纖維移除溶劑，由此產生包含第一相和第二相的制品。在一些實施方案中，在第二相與第一相相接觸的幾乎同時或其后不久施加真空。隨后對如此形成的制品進行干燥，并且如果必要，通過使用已知的方法對該制品進行進一步處理(例如，班光)以形成多相層。在一些實施方案中，多相層中的第一相和第二相不具有如常規(guī)的多相層(例如，其中一個子層層合到另一個子層上)所示出的宏觀相分離，但是替代地包含取決于所使用的纖維或者形成工藝(例如，所施加的真空量)而發(fā)生微觀相變的界面。在一些實施方案中，在造紙機上制造多相層期間或者其后均可以將聚合材料注入到多相層中。例如，在如上所述的制造過程期間，在形成包含第一相和第二相的制品并且對其進行干燥之后，在水基乳液或基于有機溶劑的溶液中的聚合材料可以粘附至施料輥并且隨后在受控的壓力下通過使用施膠機或凹版浸潰機(gravure saturator)將其施加至制品。注入到多相層中的聚合材料的量通常取決于多相層的粘度、固體含量和吸收率。作為另一實例，形成多相層之后，可以通過在剛提及的方法之后使用逆輥涂料器和/或通過使用浸潰和擠壓的方法(例如，通過將干燥的多相層浸潰到聚合物乳液或溶液中，并且隨后通過使用輥隙來擠壓出多余的聚合物)來注入聚合材料。還可以通過本領域中其它已知的方法(例如，濺射法或泡沫法)將聚合材料施加至多相層。II.具有納米纖維層的過濾介質如上所述，過濾介質10的第二層30可以是納米纖維層30。例如，納米纖維層30·可以粘附至第一層20。在本文所描述的多方面中，第一層20可以是單相或多相層。在一些實施方案中，納米纖維層可以由熔噴工藝形成。在基于2008年11月7日提交的、名稱為“Meltblown FilterMedium”的美國專利申請 12/266,892 的美國專利公開 US2009/0120048中對適當的熔噴層進行了描述，其全部內容通過引用并入到本文中。在其他實施方案中，納米纖維層可以通過其他適當的工藝(例如，熔紡、熔體電紡和/或液體電紡工藝)來形成。A.納米纖維層在一些實施方案中，納米纖維層30可以由平均直徑為至多I. 5微米(例如，從O. I微米至I. 5微米、從O. 2微米至I. 5微米、從O. 3微米至I. 5微米、從O. 3微米至I. 4微米、從O. 4微米至I. 3微米、從O. I微米至O. 5微米、從O. I微米至O. 2微米、從O. I微米至O. 3微米、從O. 5微米至I. 5微米、從O. 5微米至I. O微米、從O. 2微米至O. 8微米、從O. 2微米至O. 5微米、從O. 3微米至O. 5微米、從O. 4微米至O. 5微米、從O. 4微米至O. 6微米、從O. 4微米至O. 8微米、從O. 6微米至O. 9微米、從O. 2微米至O. 4微米、從O. 2微米至O. 3微米、從O. 3微米至O. 4微米)的纖維形成。在一些實施方案中，如使用掃描電子顯微鏡所測量的，由熔噴工藝制造的納米纖維層可以由具有至多I. 5微米(例如，至多I. 4微米、至多I. 3微米、至多I. 2微米、至多I. I微米、至多I微米)和/或至少O. 2微米(例如，至少O. 3微米、至少O. 4微米、至少O. 5微米)的平均直徑的纖維形成。作為一個實例，在一些實施方案中，熔噴層由具有從O. 2微米至I. 5微米(例如，從O. 3微米至I. 5微米、從O. 3微米至I. 4微米、從O. 4微米至I. 3微米)的平均直徑的纖維形成。作為另一實例，在某些實施方案中，熔噴層由具有從O. 2微米至I. 5微米(例如，從O. 5微米至I. 5微米、從O. 5微米至I. O微米、從O. 2微米至O. 8微米、從O. 2微米至O. 5微米、從O. 3微米至O. 5微米、從O. 4微米至O. 5微米、從O. 4微米至
O.6微米、從O. 4微米至O. 8微米、從O. 2微米至O. 4微米、從O. 2微米至O. 3微米、從O. 3微米至0.4微米)的平均直徑的纖維形成。在一些情況下，熔噴材料中至少5% (例如，至少10%、至少25%、至少50%、至少60%、至少75%)的纖維沿著與第二層的表面基本垂直的方向延伸至少O. 3微米的距離。
熔噴層可以由具有一定平均長度的纖維形成。例如，在一些實施方案中，熔噴層可以由具有從約O. I英寸至約1，000英寸或者在約I英寸與約100英寸之間的平均長度的纖維形成。熔噴層中的纖維可以具有一定平均長徑比(aspect ratio)。例如,在一些實施方案中，熔噴層中的纖維可以具有在約5至約1，000，000之間或者在約10至約100，000之間的平均長徑比。熔噴材料可以由一種或更多種聚合物(例如，熱塑性聚合物)形成。示例性的聚合物包括聚烯烴(例如，聚丙烯)、聚酯(例如，聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯)、聚酰胺(例如，尼龍)、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯以及聚氨酯(例如，熱塑性聚氨酯)?？蛇x地，聚合物可以包含氟原子。這樣的聚合物 的實例包括聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)。熔噴層通?？梢跃哂腥我獾倪m當厚度。在一些實施方案中，熔噴層為至少5微米(例如，至少10微米、至少20微米、至少30微米)厚和/或至多500微米(例如，至多400微米、至多200微米、至多150微米)厚。例如，熔噴層可以是從5微米至500微米(例如，從5微米至250微米、從10微米至200微米、從20微米至150微米、從30微米至500微米、從50微米至100微米)厚?？梢栽跈M截面視圖中使用掃描電子顯微鏡來確定熔噴層的厚度。熔噴層的定量通?？梢愿鶕谕x擇。在一些實施方案中，熔噴層的定量是至少I g/m2 (例如,至少10g/m2、至少25g/m2)和/或至多100g/m2 (至多90g/m2、至多75g/m2)。例如，在某些實施方案中，熔噴層具有從lg/m2至100g/m2 (例如，從10g/m2至90g/m2、從25g/m2 至 75g/m2、從 2g/m2 至 20g/m2、從 4g/m2 至 12g/m2)的定量。熔噴層的平均孔徑可以根據期望變化。例如，熔噴層可以具有在約5微米至約50微米之間、在約10微米至約30微米之間或者在約10微米至約20微米之間的平均孔徑。如本文中所使用的，平均孔徑指的是根據在ASTM F316-03中所描述的、通過使用庫爾特儀所測量的中流量平均孔徑。熔噴層的透氣率也可以根據期望變化。在一些實施方案中，熔噴層具有至多500CFM(例如，至多250CFM、至多200CFM)和/或至少20CFM(例如，至少50CFM、至少100CFM)的透氣率。例如，在一些實施方案中，熔噴層的透氣率可以從20CFM至500CFM(例如，從50CFM至250CFM、從100CFM至200CFM)。在一些實施方案中，熔噴層的透氣率可以基于第一層(例如，單相或多相)的滲透率適當地進行調整以滿足復合物性能。B.中間層I.粘合劑在一些實施方案中，中間層40包括粘附至第一層和納米纖維層(例如，熔噴層)的粘合劑(例如，熱熔型粘合劑、壓敏粘合劑、熱塑性粘合劑、熱固型粘合劑)。通常，粘合劑是聚合物。聚合物的實例包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚烯烴(例如，聚乙烯、聚丙烯、無定形聚烯烴)、聚酰胺(例如，尼龍)、環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸酯、聚氨酯(例如，濕固化聚氨酯)以及聚酯。在一些實施方案中，粘合劑是乙烯醋酸乙烯酯共聚物。商業(yè)可用的材料的實例包括從商標為HM 4379、M 2751和H3199下的波士膠(Bostik)(渥瓦托薩，威斯康星州)以及從商標為H312下的Heartland(德國鎮(zhèn),威斯康星州)可用的無定形聚烯烴粘合劑。商業(yè)可用的材料的實例也包括從商標為HM4199、HM4156和Vitel 4361B下的Bostik (渥瓦托薩，威斯康星州)可用的共聚酯。商業(yè)可用的材料的實例還包括從商標為HM 4289LV和HM4229下的Bostik(渥瓦托薩，威斯康星州)可用的聚酰胺。在一些實施方案中，中間層由直徑小于4微米且?guī)缀螛藴势顬镮. 4的纖維的網形成。粘合劑層的厚度通?？梢愿鶕谕x擇。在一些實施方案中，粘合劑層的厚度為至少5微米(例如，至少10微米、至少25微米)和/或至多100微米(例如，至多75微米，至多50微米)。例如，根據通過掃描電子顯微鏡所確定的，粘合劑層的厚度可以是從5微米至100微米(例如，從5微米至75微米、從5微米至50微米)。通常，粘合劑層的定量可以根據期望選擇。在一些實施方案中，粘合劑層具有至多20g/m2 (至多10g/m2、至多8g/m2、至多5g/m2)和/或至少O. 5g/m2 (例如，至少lg/m2、至少2g/m2)的定量。例如,在一些實施方案中,粘合劑層具有從lg/m2至20g/m2 (例如，3g/m2至10g/m2、0. 5g/m2 至 10g/m2、從 lg/m2 至 8g/m2、從 2g/m2 至 5g/m2)的定量。 盡管在許多情況下，粘合劑層是連續(xù)的，但是在一些實施方案中，粘合劑層可以是不連續(xù)的。例如，粘合劑可以是其內具有孔的材料的形式(例如，網孔的形式)。另外地或可替代地，粘合劑可以是材料的補片(例如，點)的形式。通常，當考慮過濾介質的預期用途時，在第一層與納米纖維(例如，熔噴)層之間的粘合劑的量足以在多層之間提供適當的粘附力。例如，在一些實施方案中，粘合劑以在第一層與納米纖維(例如，熔噴)層之間的面積的至少70 % (例如，至少75 %、至少80 %、至少85 %、至少90 %、至少95 %、至少99 %、100% )存在。通常，選擇粘合劑使得第一層與納米纖維(例如，熔噴)層之間的平均剝離強度為至少O. 5盎司每英寸寬度(例如，至少I盎司每英寸寬度或者至少I. 5盎司每英寸寬度)。在一些實施方案中，粘合劑被選擇成使得第一層與納米纖維(例如，熔噴)層之間的平均剝離強度為至多4盎司每英寸寬度。如本文中所使用的，第一層/粘合劑/第二層構造的“平均剝離強度”如下來確定。試驗是ASTM D903的改進版本,使用Thwing-AlbertIntellectII拉伸試驗機進行。樣本被切成2英寸乘7英寸的條，并且沿著機器方向進行剝離。來自Intertape公司(蒙特利爾，魁北克，加拿大)的TUFFLEX (TF415085447)膠帶被施加至樣品的涂層表面的長度以穩(wěn)固地結合至頂層，從而能夠分離層壓材料。半英寸的預剝離用于開始分層。試驗機十字頭和頂部氣動夾具從靜止的底部氣動夾具以每分鐘12英寸的速度移動。當十字頭和頂部氣動夾具從起始位置移動了4英寸時試驗完成。最大剝離強度和最小剝離強度以通過稱重傳感器所測量的負載為函數進行記錄。平均剝離強度根據在整個試驗期間通過稱重傳感器所測量的負載進行計算。所有的剝離強度均通過除以2而被分成兩半以報告每英寸寬度的剝離強度。通常，粘合劑可以被選擇成具有用于以下制造工藝的適當施工時間(open time)。例如，粘合劑的施工時間應當充足使得在其被施加至一層(例如，第一層或熔噴層)的時間與粘合劑接觸另一層(例如，第一層或熔噴層)的時間之間粘合劑不會變得沒有粘性。在一些實施方案中，粘合劑具有至少15秒(例如，至少20秒、至少30秒、至少40秒)的施工時間。在特定實施方案中，粘合劑層可以具有至多60秒的施工時間。如本文中所使用的，粘合劑的施工時間是根據ASTM D4497、使用1/16英寸寬的粘合劑珠粒確定的。
2.纖維織品(scrim) 在一些實施方案中，纖維織品包括在過濾介質中。在一些情況下，纖維織品位于納米纖維層30上方。在一些實施方案中，過濾介質包括第一層20、中間層40、納米纖維層30以及布置在納米纖維層30之上的纖維織品。纖維織品可以是例如由聚合物形成的。聚合物的實例包括聚酯、聚酰胺以及聚烯烴。可選地，纖維織品由紡粘的非織造材料或梳理成網的非織造材料形成。在一些實施方案中，纖維織品由紡粘聚丙烯形成。通常，纖維織品的厚度可以根據期望選擇。在某些實施方案中，纖維織品為至少50微米(例如，至少100微米、至少200微米)厚，和/或至多1000微米(例如，900微米、750微米)厚。例如，纖維織品的厚度可以從50微米至1000微米(例如，從100微米至900微米、從250微米至750微米)厚。根據本文中所指的，纖維織品的厚度根據TAPPI T411來
確定?！ねǔ＃w維織品的定量可以根據期望選擇。在一些實施方案中，纖維織品具有至多100g/m2 (至多90g/m2、至多75g/m2),和/或至少5g/m2 (例如,至少10g/m2、至少20g/m2)的定量。例如，在一些實施方案中，纖維織品可以具有從5g/m2至100g/m2 (例如，從5g/m2至90g/m2、從 5g/m2 至 75g/m2)的定量。III.具有單相或多相以及納米纖維層的過濾介質A.件能特征具有第一層和粘附在第一層上的納米纖維層的過濾介質可以呈現出包括提高的容塵特征(例如，捕獲效率和容塵量)在內的有利性能。根據Palas平板試驗，在一些實施方案中，具有粘附至第一層(例如，單相或多相)的納米纖維層的過濾介質的容塵量可以大于約10g/m2、大于約20g/m2、大于約50g/m2、大于約200g/m2、大于約300g/m2、大于約350g/m2、大于約400g/m2、或者大于約450g/m2。在一些實施方案中，經受Palas平板試驗的過濾介質可以呈現出至多約500g/m2的容塵量。應當理解，在本文中描述的過濾介質可以呈現出任意的以上提及的容塵量與以下特征的組合?？梢允褂蒙鲜龅腜alas平板試驗來表征初始灰塵捕獲效率特征化。在一些實施方案中，具有粘附至第一層(例如，單相或多相)的納米纖維層的過濾介質的初始塵粒捕獲效率可以大于約25%、大于約40%、大于約70%、大于約80%、大于約90%、或者大于約99%。在一些實施方案中，這樣的過濾介質的初始塵粒捕獲效率可以是至多99. 5%。也可以使用Palas平板試驗將初始壓降特性化。在一些實施方案中，具有粘附至第一層的納米纖維層的過濾介質的初始壓降可以大于約10Pa、大于約15Pa、大于約20Pa或者大于約30Pa。在一些實施方案中，這樣的過濾介質的初始壓降可以是至多約300Pa或至多約500Pa。根據Palas平板試驗，將經歷一定的時段直到壓降達到1，SOOPa為止。在一些實施方案中，用于具有第一層和納米纖維層的過濾介質的時段可以是至少約60分鐘、至少約70分鐘、至少約80分鐘(例如，約83分鐘)。具有粘附至第一層的納米纖維層的過濾介質可以產生透氣率以及機械性能的特定值。例如，使用上述的透氣率試驗，這樣的過濾介質的透氣率可以大于約1CFM，大于約2CFM、大于約10CFM、大于約30CFM、大于約50CFM、大于約75CFM、或者大于約100CFM。在一些實施方案中，過濾介質可以呈現出至多約120CFM、至多約200CFM或者至多約250CFM的透氣率。在一些實施方案中，具有第一層和納米纖維層的過濾介質可以呈現出基于密廉式破裂測試(Mullen Burst test)的機械強度。根據DIN 53113，針對這樣的過濾介質的密廉式破裂測試值可以是至多約80kPa、至多約90kPa或者至多約lOOkPa。在一些實施方案中，根據上述標準，針對所描述的過濾介質的密廉式破裂試驗值可以大于約lOkPa、大于約15kPa或者大于約20kPa。B.結構特征可以測量具有粘附至第一層(例如，單相或多相層)的納米纖維層的過濾介質的各種結構性能。 具有第一層和納米纖維層的過濾介質可以具有任意的適當定量。例如，具有粘附至第一層的納米纖維層的過濾介質可以具有在約10g/m2至約500g/m2之間、在約25g/m2至約230g/m2之間、在約30g/m2至約250g/m2之間、在約50g/m2至約200g/m2之間、在約80g/m2至約150g/m2之間、或者在約90g/m2至約160g/m2之間的定量。具有第一層和納米纖維層的過濾介質的厚度可以根據期望變化。例如，根據TAPPIT411，具有粘附至第一層的納米纖維層的過濾介質可以具有在約100微米至2_之間、在約200微米至I. 6mm之間、在約300微米至約2. Omm之間、在約400微米至I. 2mm之間、在約500微米至約I. 7mm之間或者在約700微米至約I. 5mm之間的厚度。具有第一層和納米纖維層的過濾介質的平均孔徑可以根據期望變化。例如，具有粘附至第一層上的納米纖維層的過濾介質可以具有在約5微米至約50微米之間、在10微米至約30微米之間或者在約10微米至約20微米之間的平均孔徑。C.制造方法可以以任意的適當方式來制造納米纖維層并將其粘附至單相或多相層上。在一些實施方案中，納米纖維層可以被布置在相對于單相或多相層的下游，或可以被布置在相對于單相或多相層的上游。如以上所討論的，對于一些實施方案，納米纖維層可以由熔噴工藝生成。例如，可以使用在名稱為“Meltblown Filter Medium”的美國專利公開2009/0120048中描述的熔噴工藝和制造方法。圖5示出可以用于形成具有粘合劑層的單過濾介質的系統(tǒng)200的實施方案。系統(tǒng)200包括第一輥對輥系統(tǒng)210和第二輥對輥系統(tǒng)220。系統(tǒng)210包括隨著輥旋轉來移動連續(xù)帶214的輥212a、212b、212c以及212d。系統(tǒng)212還包括擠出機216。隨著輥212a至212d旋轉，一種或更多種聚合物(例如，可選地具有一種或更多種添加劑)被抽真空到擠出機216中，從擠出機的開始工作到結束期間對聚合物進行加熱(例如，緩慢地加熱)，使得一種或更多種聚合物更容易流動。加熱后的一種或更多種聚合物被進料到控制一種或更多種聚合物的通過量(lb/hr)的熔融泵中。隨后一種或更多種聚合物經過具有一系列孔的模頭尖端。在一些實施方案中，每孔聚合物的通過量可以對纖維直徑具有相對強烈的影響。隨著聚合物從模頭尖端出來，加熱的高速空氣在模頭尖端的兩側上撞擊聚合物。模頭的孔徑大小以及每英寸的孔徑數量大致上可以根據期望選擇。在一些實施方案中，模頭可以具有每英寸為O. 0125"孔的35個孔。在特定實施方案中，模頭可以具有每英寸為O. 007"孔的70個孔?？蛇x地，可以使用其他模頭。形成為納米纖維層的熔噴材料可以通過上升的溫度被軟化(例如，熔融)。作為一個實例，在一些實施方案中，材料被加熱到至少350° F(例如，至少375° F、至少400° F)和/或至多600° F(例如，至多550° F、至多500° F)的溫度。例如，材料可以被加熱到從 350° F 至 600° F(例如，從 375° F 至 550° F、從 400° F 至 500° F)的溫度?！矫?，工藝空氣在形成纖維的模頭尖端的任一側上被加熱。加熱后的空氣(通常與模頭尖端的溫度相同)撞擊纖維并且?guī)椭w維變細以形成最終的纖維尺寸。在一些實施方案中，隨著空氣體積增加，纖維的直徑可能減小?？梢赃m當地選擇工藝空氣的體積。在一些實施方案中，工藝空氣的體積為至少2500磅/小時-米(例如，至少2750磅/小時-米、至少3000磅/小時-米)和/或至多4000磅/小時-米(例如，至多3750磅/小時-米、至多3500磅/小時-米)。例如，工藝氣體的體積可以從2500磅/小時-米至4000磅/小時-米(例如，從2750磅/小時-米至3750磅/小時-米、從3000磅/小時-米至3500磅/小時-米)。 通過真空裝置218創(chuàng)建的真空可以根據期望選擇。在一些實施方案中，真空為至少10英寸水柱(例如,至少12英寸水柱、至少14英寸水柱)和/或至多26英寸水柱(例如,至多23英寸水柱、至多20英寸水柱)。例如，真空可以是從10英寸水柱至26英寸水柱(例如，從12英寸水柱至23英寸水柱、從14英寸水柱至20英寸水柱)。系統(tǒng)220包括隨著輥旋轉來移動第一層(例如，單相或多相)的輥222a、222b、222c以及222d。在輥222a和222b之間，系統(tǒng)220包括向第一層施加粘合劑的站226。在鄰近輥222b和212a的區(qū)域中，粘合劑接觸熔噴層，并且當熔噴層粘附至粘合劑時從帶214移除熔噴層以形成復合過濾介質。在一些情況下，第一層/粘合劑/熔噴層復合物隨后經過充電單元228?？梢岳斫獾降氖怯刹煌谌蹏姽に嚨墓に囆纬傻募{米纖維層可以被布置在通過輥212a至212d移動的帶214上。在沒有使用熔噴工藝來形成納米纖維層的這種情況下，擠出機216是不必要的。因而，一旦通過站226將粘合劑施加至第一層，在鄰近輥222b和212a的區(qū)域中,粘合劑接觸納米纖維層，并且當納米纖維層粘附至粘合劑時從帶214移除納米纖維層以形成復合過濾介質。類似于以上所描述的，第一層/粘合劑層/納米纖維層復合物隨后可以經過充電單元228。站226通?？梢愿鶕谕x擇。在一些實施方案中(例如，當期望具有粘合劑的相對高的覆蓋范圍時)，站226可以是計量式粘合系統(tǒng)。計量式粘合系統(tǒng)可以被構造成施加相對高地擴散并且均勻的粘合劑的量。在某些實施方案中，站226是每英寸布置有12個噴嘴的粘合劑施加系統(tǒng)，其提供分散粘合道，在道的中心點之間具有兩毫米的間隙，并且每個噴嘴具有O. 06英寸直徑的噴絲孔。用于運載納米纖維層的帶214可以由允許在帶上形成納米纖維層、并且當納米纖維層接觸粘合劑層時還允許從帶移除納米纖維層的任意材料制成。可以制成帶的材料的實例包括聚合物(例如，聚酯、聚酰胺)、金屬和/或合金(例如，不銹鋼、鋁)。帶214移動的速度可以根據期望選擇以形成納米纖維層。在一些實施方案中，帶214可以以至少10英尺/分鐘(例如，至少20英尺/分鐘、至少30英尺/分鐘)和/或至多300英尺/分鐘(例如，至多200英尺/分鐘、至多100英尺/分鐘)的速度進行移動。例如，帶214可以以從10英尺/分鐘至300英尺/分鐘(例如，從20英尺/分鐘至200英尺/分鐘，從30英尺/分鐘至100英尺/分鐘)的速度進行移動。通常，可以使用任意的帶構造。例如，在一些實施方案中，帶具有開放結構，例如網狀結構。在一些實施方案中，開放結構可以導致納米纖維材料在吹出的空氣的作用力下具有與從納米纖維材料到帶的結構互補的結構。根據以上所討論的針對由熔噴材料形成納米纖維層的其他工藝，可以將溫度選擇成將待形成為納米纖維層的材料適當地軟化(例如，熔融)。類似地，工藝空氣的體積、真空強度以及帶移動的速度均可以適當地選擇。在使用粘合劑層的特定實施方案中，制造方法可以涉及將粘合劑層施加至第一層，并且隨后隨著第一層和粘合劑層兩者通過傳送輥時，粘合劑層接合至形成在集料帶上的納米纖維層。因此，在過濾介質中，第一層和納米纖維層兩者均粘附至粘合劑層。如上所述，第一層可以是單相或多相(例如，雙相)層?！ぴ谝恍嵤┓桨钢校哂姓澈蟿拥倪^濾介質的制造涉及連續(xù)(例如，輥對輥)工藝。該工藝可以例如涉及使用多輥對輥系統(tǒng)。作為一個實例，一個輥對輥系統(tǒng)可以用于形成納米纖維層，而另一個輥對輥系統(tǒng)可以用于將粘合劑層粘附至第一層。在這樣的系統(tǒng)中，輥對輥系統(tǒng)可以被構造成使得當粘合劑層和納米纖維層變得彼此粘附時，粘合劑層以連續(xù)的方式接觸納米纖維層。輥對輥系統(tǒng)可以包括隨著輥旋轉來移動第一層的輥。系統(tǒng)可以在輥之間包括將粘合劑施加至第一層的站。在鄰近輥的區(qū)域中，當納米纖維層經過傳送輥或類似器件時，粘合劑接觸納米纖維層，并且納米纖維層被從帶移除且粘附至粘合劑?？梢酝ㄟ^經由在輥212a和222b處形成的輥隙所生成的拉力將第一層進料經過粘合劑站。通過使鄰近輥222b的第一層與鄰近輥212a的納米纖維層接觸，帶214與第一層的速度同步化(例如，使得第一層以與帶大致相同的速度移動)。輥212a與222b之間的壓力通常根據所期望的過濾介質的意圖用途進行選擇。例如，在波紋狀過濾介質的實施方案中，輥212a與222b之間的壓力可以被選擇成實現良好的波紋深度和一致性。在一些實施方案中，輥212a與222b之間的壓力為從20磅每線性英寸至40磅每線性英寸(例如,從25磅每線性英寸至35磅每線性英寸、從28磅每線性英寸至32磅每線性英寸、從29磅每線性英寸至31磅每線性英寸、30磅每線性英寸)。當被施加至第一層時，粘合劑的溫度可以被選擇成使得當粘合劑與納米纖維層相接觸時具有適當的粘性水平。在粘合劑是熱熔粘合劑的實施方案中，這可以涉及到在將粘合劑施加至第一層之前對粘合劑進行加熱。例如，在被施加至第一層之前，粘合劑可以被加熱到至少350° F(例如，至少370° F、至少380° F)和/或至多450° F(例如，至多430° F、至多420° F)。例如，材料可以被加熱到從350° F至450° F(例如，從370° F至430° F、從380° F至420° F)的溫度。在一些實施方案中，一旦形成后，第一層/粘合劑/納米纖維層復合物經過充電單元。充電單元用于對復合物(通常，具體地是納米纖維層)進行充電，這可以使過濾介質具有提高的微粒捕獲性能。通常，多種技術中的任意技術均可以用于對第一層/粘合劑/納米纖維層復合物進行充電以形成駐極體網。實例包括AC和/或DC電暈放電以及基于摩擦的充電技術。在一些實施方案中，復合物經受至少lkV/cm(例如，至少5kV/cm、至少10kV/cm)和/或至多30kV/cm(例如，至多25kV/cm、至多20kV/cm)的放電。例如，在特定實施方案中，復合物經受從 lkV/cm 至 30kV/cm(例如，從 5kV/cm 至 25kV/cm、從 10kV/cm 至 20kV/cm)的放電。在一些實施方案中，類似于以上針對粘合劑的描述，具有纖維織品層的過濾介質的制造可以涉及連續(xù)(例如，輥對輥)工藝。該工藝可以例如涉及使用多輥對輥系統(tǒng)。作為一個實例，一個輥對輥系統(tǒng)可以用于在纖維制品上形成納米纖維層，而另一輥對輥系統(tǒng)可以用于運載第一層。在這樣的系統(tǒng)中，輥對輥系統(tǒng)可以被構造成使得納米纖維層/纖維織品復合物以連續(xù)的方式接觸第一層以形成三層復合物(或者包括粘合劑的四層)，并且隨后這三層被
結合在一起。
在一個實施方案中，系統(tǒng)可以包括移動連續(xù)帶的輥，并且隨著輥旋轉纖維織品被施加至帶。形成納米纖維層的材料(例如，顆粒形式的聚合物)可以在輥旋轉時通過加熱的擠出機被引入。材料被軟化(例如，熔融)并且迫使以長絲形式通過模頭。長絲在真空的影響下朝向纖維織品移動，例如，在帶相對于模頭的相反側上。在一些實施方案中，真空使長絲伸長并且強迫它們緊靠著纖維織品的表面以提供布置在纖維織品上的納米纖維層。從帶移除纖維織品/納米纖維層復合物，并且第一層通常通過布置(例如，濺射)在第一層上的粘合劑而被布置在纖維織品上。在納米纖維由熔噴工藝形成的情況下，這涉及將纖維織品帶到帶上并且隨后將熔噴纖維直接吹到纖維織品上?？梢栽诖等蹏姴牧现皩w維織品施加粘合劑，并且/或者熔噴纖維的力和熱量可以用于將這兩層粘附在一起。隨后這三層結合在一起。在該過程期間，這三層可以可選地層合在一起。在一些實施方案中，層可以超聲焊接在一起(例如，超聲點焊在一起)。在一些實施方案中，通過在鋁振動喇口八(vibrating horn)與刻紋接觸棍之間施加超聲能量可以將納米纖維層、纖維織品和第一層進行接合。P.波紋在一些實施方案中，過濾介質可以是波紋狀的?？蛇x地，波紋狀過濾介質也可以打褶。任意適當的方法均可以用于對所描述的過濾介質進行波紋化和/或打褶。圖6示出包括第一層20、中間層40 (例如，粘合劑)以及納米纖維層30的過濾介質10。在一些實施方案中，第一層20包括單相或多相。過濾介質10具有由距離“C”描繪的波紋通道寬度的重復波紋圖案，該距離“c”是從重復波紋圖案的一個峰到其最鄰近的峰的距離。通常，過濾介質10可以具有任意期望的波紋通道寬度。在一些實施方案中，波紋通道寬度“c”為至少150密耳(例如，至少160密耳、從167密耳至173密耳、至少225密耳、至少250密耳、從247密耳至253密耳、從150密耳至335密耳)。在一些實施方案中，過濾介質10具有由距離“d/’表示的波紋寬度，該距離％”是從重復波紋圖案的層30的峰到層30的谷的距離。在一些實施方案中，波紋深度“d/’為至少8密耳(例如，至少10密耳、至少12密耳、至少14密耳、至少16密耳)和/或至多25密耳(例如，至多20密耳)。在某些實施方案中，過濾介質10具有由距離“d2”表示的波紋深度，該距離“d2”是從重復波紋圖案的第一層20的峰到第一層20的谷的距離。在一些實施方案中，波紋寬度“d2”為至少8密耳(例如，至少10密耳、至少12密耳、至少14密耳、至少16密耳)和/或至多25密耳(例如，至多20密耳)。在一些實施方案中，過濾介質10具有至少25% (例如，至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%)的保留波紋。如本文中所稱的，過濾介質10的“保留波紋”通過將波紋深度“d/’除以從重復波紋圖案的第一層20側的峰到第一層20側的谷的距離(在將層40施加至第一層20之前所測量的)，并且將該值乘以100%來確定。不希望受理論限制，據信保留波紋可以由在本文中所公開的其由第一層20形成在與層30分離的金屬絲上并且隨后這些層彼此粘附的工藝來產生。在一些情況下，選擇適當的壓力可以提高保留波紋，只要所選擇的壓力足夠的高以實現期望的粘合同時足夠的低以實現有利的保留波紋屬性。在過濾介質10是波紋狀的并且采用輥對輥系統(tǒng)的實施方案中，如上所述，為了使第一層20與納米纖維層30(例如，通過熔噴工藝形成的)彼此粘附，可以選擇輥之間的壓力以實現針對過濾介質10的有利的波紋深度和一致性。在一些實施方案中，輥之間的壓力 可以在約20磅每線性英寸至約40磅每線性英寸之間(例如，在約25磅每線性英寸至約35磅每線性英寸之間、在約28磅每線性英寸至約32磅每線性英寸之間、在約29磅每線性英寸至約31磅每線性英寸之間以及約30磅每線性英寸)。IV.過濾組合件和系統(tǒng)用于過濾應用的過濾組合件可以包括多種過濾介質和/或過濾元件中的任意一種。過濾元件可以包括上述的過濾介質。過濾元件的實例包括氣體燃氣輪機過濾元件、灰塵采集元件、重型空氣過濾元件、自動空氣過濾元件、用于大排量的汽油發(fā)動機(例如，越野車(SUV)、敞篷小型載貨卡車、卡車)的空氣過濾元件、HVAC空氣過濾元件、高效微?？諝?HEPA)的空氣過濾元件、真空包過濾元件、燃料過濾元件以及油過濾元件(例如，潤滑油過濾元件或重型潤滑油過濾元件)。過濾元件可以被結合到相應的過濾系統(tǒng)(燃氣輪機過濾系統(tǒng)、重型空氣過濾系統(tǒng)、自動空氣過濾系統(tǒng)、HVAC空氣過濾系統(tǒng)、HEPA過濾系統(tǒng)、真空包過濾系統(tǒng)、燃料過濾系統(tǒng)以及油過濾系統(tǒng))中。真空包過濾系統(tǒng)通常在家用真空吸塵器中使用。在這樣的實施方案中，過濾介質可以可選地通過將紙涂有熔噴材料來制備。在特定實施方案中，可以使用濕法或干法產品(例如，木材、聚合物、玻璃)來制備過濾介質。干法產品可以在例如HVAC、HEPA、汽車空氣和客艙空氣應用中使用。過濾介質可以可選地被打褶成為多種構造(例如，平板、圓柱)中的任一種。過濾元件也可以是任意適當的形式，例如放射狀過濾元件、平板過濾元件或者通道流過濾元件。放射狀過濾元件可以包括被限制在兩個圓柱狀開口金屬絲網內的打褶過濾介質。在使用期間，流體可以從外部穿過打褶介質進入到放射狀元件的內部。當過濾元件是重型空氣過濾元件時，單種過濾介質中的疏松相和致密相中的每個相可以例如包括軟木纖維(例如，Robur Flash纖維)和硬木纖維(例如,Suzano纖維)的混合物。疏松相與致密相的重量比可以是約30 70或更大。疏松相中的軟木纖維與硬木纖維的重量比可以是例如約85 15，而致密相中的軟木纖維與硬木纖維的重量比可以是例如約49 51。當過濾元件是自動空氣過濾元件時，單種過濾介質中的疏松相和致密相中的每個相可以例如包括軟木纖維和硬木纖維(例如,Suzano纖維)的混合物。疏松相與致密相的重量比可以是約50 50。疏松相中的軟木纖維與硬木纖維的重量比可以是約93 7，而致密相中的軟木纖維與硬木纖維的重量比可以是約63 35。疏松相和致密相中的每個相可以由兩種不同類型的軟木纖維(例如，Robur Flash纖維和HPZ纖維)制成。疏松相中兩種不同類型的軟木纖維的重量比可以是約83 10(例如，約83%的絲光處理的南方松和約10%的Robur Flash纖維)。致密相中兩種不同類型的軟木纖維的重量比可以是約40 25 (例如，約40 %的HPZ纖維和約25 %的Robur Flash纖維)。當過濾元件是燃料過濾元件時，單種過濾介質中的疏松相和致密相中的每個相可以包括軟木纖維與硬木纖維的混合物。疏松相與致密相的重量比可以是約50 50。疏松相中的軟木纖維與硬木纖維的重量比可以是約60 40，而致密相中的軟木纖維與硬木纖維的重量比可以是約6 94。疏松相可以由以約40 20的重量比的兩種不同類型的軟木纖維(例如，約40%的HPZ纖維和約20%的Robur Flash纖維)以及一種類型的硬木纖維(例如，約40%的Suzano纖維)制成。致密相可以由以約48 36 10的重量比的三種不同類型的硬木纖維(例如，約48%的Suzano纖維、約36%的Tarascon纖維以及約10%·的Acacia纖維)以及一種類型的軟木纖維(例如，約6%的HPZ纖維)制成。具有第一和第二相的過濾介質的相對于氣體流經過濾元件/過濾系統(tǒng)的方向通?？梢愿鶕谕x擇。在一些實施方案中，第二相沿著氣體流經過濾介質的方向位于第一相的上游。在特定實施方案中，第二相沿著氣體流經過濾元件的方向位于第一相的下游。作為一個實例，當氣體過濾元件是燃氣輪機過濾元件或重型氣體過濾元件時，第二相可以沿著氣體流經過濾元件的方向位于第一相的上游。作為另一實例，當期望提高的深層過濾時，第二相可以沿著空氣流經過濾元件的方向位于第一相的下游。具有附接至第一層的納米纖維層的過濾介質的相對于氣體流經過濾組合件/過濾系統(tǒng)的方向通常可以根據期望選擇。在一些實施方案中，納米纖維層沿著氣體流經過濾組合件/系統(tǒng)的方向位于第一層的上游。在特定實施方案中，納米纖維層沿著氣體流經過濾組合件/系統(tǒng)的方向位于第一層的下游。作為一個實例，在氣體過濾系統(tǒng)是燃氣輪機過濾系統(tǒng)或重型氣體過濾系統(tǒng)的一些實施方案中，納米纖維層可以沿著氣體流經過濾組合件/系統(tǒng)的方向位于第一層的上游。作為另一實例，在期望提高的深層過濾的一些實施方案中，納米纖維層可以沿著空氣流經過濾組合件/系統(tǒng)的方向位于第一層的下游。V.實施例以下的實施例僅是示例性的而并不意圖為限制性的。使用上述用于形成相的方法、由20%至30%的聚合物、Robur Flash纖維以及HPZXS纖維制造單相層和雙相層。用于制造單相層和雙相層的纖維板中的樹脂粘接劑達到飽和，使得樹脂粘接劑占板重量的25%。表I中提供有單相層和雙相層的總的構成，并且以下示出的表2中可以找出層的結構特征。表I.單相層和雙相層纖維配比
權利要求
1.一種過濾介質，包括 第一層，所述第一層包括 第一相，所述第一相包括第一多根纖維和不同于所述第一多根纖維的第二多根纖維；以及 第二相，所述第二相包括第三多根纖維和不同于所述第三多根纖維的第四多根纖維，所述第三多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同或者不同，所述第四多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同或者不同，其中所述第一多根纖維的透氣率大于所述第二多根纖維的透氣率，所述第三多根纖維的透氣率大于所述第四多根纖維的透氣率；以及 附接至所述第一層的第二層，其中所述第二層是納米纖維層。
2.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第一相與所述第二相之間的定量比的范圍是約10 90至約90 10。
3.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第一層和所述第二層通過粘合劑材料附接。
4.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第一層包括旦數為至少3.O的聚酯。
5.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第一層包括按重量計至少50%的軟木和按重量計至少10%的聚酯。
6.根據權利要求5所述的過濾介質，其中所述第一層包括按重量計約80%的軟木和按重量計約20%的聚酯。
7.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第二層包括熔噴材料。
8.根據權利要求7所述的過濾介質，其中所述熔噴材料包括聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維、聚丙烯纖維、尼龍或熱塑性聚氨酯中的至少一種。
9.根據權利要求I所述的過濾介質，還包括按重量計為所述過濾介質的約10%至約50%的樹脂含量。
10.根據權利要求9所述的過濾介質，其中所述樹脂含量按所述過濾介質的重量計為約15%至約30%。
11.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述過濾介質的容塵量為至少200g/m2并且初始效率為至少80%。
12.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述過濾介質的滲透率為至少75CFM。
13.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述過濾介質的初始壓降為至少30Pa。
14.根據權利要求I所述的過濾介質，其中在所述過濾介質的平板試驗中，所述過濾介質達到1，800Pa的壓降時經歷的時間為至少80分鐘。
15.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述過濾介質的密廉式破裂強度的范圍是約 IOkPa 至約 lOOkPa。
16.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第一多根纖維、所述第二多根纖維、所述第三多根纖維和所述第四多根纖維中的至少一者由有機聚合材料制成。
17.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第三多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同，所述第四多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同。
18.根據權利要求I所述的過濾介質，其中所述第三多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維不同，所述第四多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維不同。
19.一種包括根據權利要求I所述的過濾介質的過濾元件。
20.一種過濾介質，包括 第一層，所述第一層包括多根纖維素纖維；以及 第二層，所述第二層附接至所述第一層，其中所述第二層是納米纖維層，以及 其中所述過濾介質的容塵量為至少200g/m2并且初始效率為至少80%。
21.根據權利要求20所述的過濾介質，其中所述第一層包括第一相，所述第一相包括第一多根纖維和不同于所述第一多根纖維的第二多根纖維；以及第二相，所述第二相包括第三多根纖維和不同于所述第三多根纖維的第四多根纖維，所述第三多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同或者不同，并且所述第四多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同或者不同，其中所述第一多根纖維的透氣率大于所述第二多根纖維的透氣率，并且所述第三多根纖維的透氣率大于所述第四多根纖維的透氣率。
22.根據權利要求21所述的過濾介質，其中所述第一層包括旦數為至少3.O的合成纖維。
23.根據權利要求21所述的過濾介質，其中所述第二層包括熔噴材料。
24.一種包括根據權利要求21所述的過濾介質的過濾元件。
25.一種制造過濾介質的方法，所述方法包括 形成第一層，包括 形成包括第一多根纖維和不同于所述第一多根纖維的第二多根纖維的第一相；以及形成包括第三多根纖維和不同于所述第三多根纖維的第四多根纖維的第二相，所述第三多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同或者不同，并且所述第四多根纖維與所述第一多根纖維或所述第二多根纖維相同或者不同，其中所述第一多根纖維的透氣率大于所述第二多根纖維的透氣率，并且所述第三多根纖維的透氣率大于所述第四多根纖維的透氣率； 形成納米纖維層；以及 將所述第一層和所述納米纖維層粘附在一起以形成纖維復合物。
26.根據權利要求25所述的方法，其中使用熔噴工藝形成所述納米纖維層。
全文摘要
本發(fā)明描述過濾介質。該過濾介質可以包括多個層。在一些實施方案中，該過濾介質包括附著于另一層的納米纖維層。在一些實施方案中，納米纖維層所附著的層由多種纖維類型(例如，使結構具有不同透氣率和/或壓降的纖維)形成。在一些實施方案中，納米纖維層附著于單相層或多相層。在一些實施方案中，納米纖維層是由熔噴工藝制造的。過濾介質可以被設計成具有有利性能，這些有利性能包括(在一些情況下)高的塵粒捕獲效率和/或高的容塵量。
文檔編號B01D46/00GK102917769SQ201180026246
公開日2013年2月6日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權日2010年4月27日
發(fā)明者約翰·A·韋茨, 道格拉斯·M·吉蒙 申請人:霍林斯沃思和沃斯有限公司