專利名稱：粒子保持特性提高的過濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的過濾介質(zhì)，其包含纖維，其被構(gòu)造成阻礙粒子的通過。
與此相反，微纖維非織造纖網(wǎng)，例如熔噴纖維纖網(wǎng)，已經(jīng)被用作細(xì)粒過濾介質(zhì)。這些纖網(wǎng)的密集填塞細(xì)纖維提供精細(xì)的纖維間孔隙結(jié)構(gòu)，其非常適于機(jī)械地截留或者屏蔽微粒。然而，具有密集填塞的細(xì)纖維的熔噴纖維纖網(wǎng)及其他類似微纖維纖網(wǎng)的細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致低滲透率，產(chǎn)生高的通過纖網(wǎng)的壓降。因此，細(xì)纖維過濾介質(zhì)的低滲透率要求高的推動壓力，以形成足夠的過濾通過速率。此外，因為污染物在過濾介質(zhì)的表面上積累，污染物迅速阻塞小的纖維間孔隙和進(jìn)一步降低介質(zhì)的滲透性，由此甚至進(jìn)一步提高了通過介質(zhì)的壓力降和迅速地縮短了使用壽命。
另外，微纖維纖網(wǎng)過濾介質(zhì)往往不具有足以自承的物理完整性。盡管微纖維過濾介質(zhì)的物理完整性可以通過提高纖網(wǎng)基礎(chǔ)重量或者厚度而改善，但是提高的基礎(chǔ)重量或者厚度使通過過濾介質(zhì)的壓力降劇增。因而，微纖維纖網(wǎng)過濾介質(zhì)通常被層壓到支承層或者裝配在剛性框架中。然而，常規(guī)的支承層或者剛性框架通常無助于過濾工藝，而僅僅增加過濾介質(zhì)的生產(chǎn)成本。
需要自承的過濾介質(zhì)，其提供希望的過濾器性能的結(jié)合，包括高的過濾效率和粒子保留、高滲透率、低壓降、高通過速率和長的使用壽命。
本發(fā)明涉及蓬松非織造過濾介質(zhì)，其使用多葉片形纖維提高過濾效率和提高纖網(wǎng)的粒子保持特性。每一多葉片形纖維具有由許多被凹下部分分開的突起部分限定的橫截面。所述多葉片形纖維能夠在突起的葉片區(qū)域之間的凹下區(qū)域中捕捉、截留或者絆住顆粒雜質(zhì)，由此獲得高過濾效率，而不要求纖維是細(xì)的或者被緊密堆積在一起。多葉片形纖維可以單獨使用，或者與不是多葉片形的纖維或者不具有凹下區(qū)域的纖維結(jié)合使用。
在一個實施方案中，所述多葉片形纖維是雙組分的，具有較高熔點聚合物部分和較低熔點聚合物部分。所述較低熔點部分，在常規(guī)的可用于形成粘結(jié)的纖網(wǎng)過濾結(jié)構(gòu)的通過-空氣(through-air)及其他粘結(jié)法中，促進(jìn)纖維在一起的粘接。較高熔點組分有助于保持纖維的多葉片形結(jié)構(gòu)。多葉片形纖維還可以進(jìn)行駐極體處理，以促進(jìn)偶極粒子的吸引。
鑒于上述情況，本發(fā)明的特點和優(yōu)點是提供改進(jìn)的用于過濾應(yīng)用的非織造纖網(wǎng)，其包括多葉片形纖維，該纖維具有突起的葉片部分和凹下的部分。
本發(fā)明的特點和優(yōu)點還在于提供包括所述改進(jìn)的非織造纖網(wǎng)的過濾介質(zhì)。
圖2(a)-2(c)舉例說明用于生產(chǎn)適用于本發(fā)明非織造纖網(wǎng)和過濾介質(zhì)的五葉片纖維的示例性的模頭設(shè)備。
圖3示意地舉例說明用于非織造纖網(wǎng)駐極體處理的設(shè)備。
圖4是掃描電子顯微術(shù)(SEM)照片，其顯示五葉片纖維如何受通過-空氣粘接或者類似加熱過程的影響。
定義在此術(shù)語“非織造織物或者纖網(wǎng)”指具有這樣一種單根纖維或者線結(jié)構(gòu)的纖網(wǎng)，其中單根纖維或者線是交疊的，但不是以如針織物中那樣的規(guī)則的或者可識別的方式。非織造織物或者纖網(wǎng)由許多方法形成，例如熔噴方法、紡粘方法、空氣鋪設(shè)方法和粘接梳理纖網(wǎng)方法。非織造織物的基礎(chǔ)重量通常用每平方碼材料的盎司(osy)或者平方米克(gsm)表示，和有用的纖維直徑通常用微米表示。(注意，從osy轉(zhuǎn)換到gsm，將osy乘以33.91)。
術(shù)語“微纖維”指小直徑纖維，其平均直徑不大于約75微米，例如平均直徑為從約1微米到約50微米，或更特別地，微纖維可以具有從約1微米到約30微米的平均直徑。纖維直徑的另一種經(jīng)常使用的表達(dá)方式是旦，其被定義為克/9000米纖維。對于具有圓形橫截面的纖維，旦尼爾可以計算為纖維直徑(微米)的平方乘以密度(g/cc)乘以0.00707。較低的旦尼爾表示較細(xì)的纖維和較高的旦尼爾表示較粗的或者較重的纖維。例如，15微米的聚丙烯纖維直徑可以通過平方、將結(jié)果乘以0.89g/cc和乘以0.00707而轉(zhuǎn)化為旦尼爾。因此，15微米的聚丙烯纖維具有約1.42旦尼爾(152×0.89×0.00707＝1.415)。美國以外，計量單位更通常是“特”，其被定義為克/千米纖維。特可以計算為旦尼爾/9。
術(shù)語“紡粘纖維”指通過以下形成的小直徑纖維，從具有圓形或者其他構(gòu)型的噴絲頭的許多細(xì)毛細(xì)管以長絲形式擠出熔化的熱塑性材料，然后通過例如描述于以下文獻(xiàn)的方法使擠出長絲的直徑迅速降低Appel等的美國專利4,340,563和Dorschher等的美國專利3,692,618、Matsuki等的美國專利3,802,817、Kinney的美國專利3,338,992和3,341,394、Hartman的美國專利3,502,763、Petersen的美國專利3,502,538和Dobo等的美國專利3,542,615，在此全文引入作為參考。當(dāng)紡粘纖維沉積在收集面時，它們被驟冷和一般地不是發(fā)粘的。紡粘纖維一般是連續(xù)的，并且通常平均直徑大于約7微米、更特別地在約10和30微米之間。
術(shù)語“熔噴纖維”指通過以熔化線或者長絲形式擠出熔化的熱塑性聚合物通過大量細(xì)的、通常圓形的模頭毛細(xì)管到會聚高速加熱氣體(例如空氣)流中形成的纖維，其中所述氣體流拉細(xì)熔化的熱塑性材料的長絲以減小其直徑，該直徑可以是微纖維直徑。其后，熔噴纖維由高速氣流攜帶和沉積在收集面上形成隨機(jī)分散的熔噴纖維的纖網(wǎng)。這類方法公開在例如Butin的美國專利3,849,241中。熔噴纖維是微纖維，其可以是連續(xù)的或者不連續(xù)的，一般地直徑小于10微米，和當(dāng)沉積在收集面上時一般是自粘的。用于本發(fā)明的熔噴纖維優(yōu)選長度是基本上連續(xù)的。
術(shù)語“單組分”纖維指由一個或多個擠出機(jī)使用僅僅一種聚合物形成的纖維。這不意味著排除由一種聚合物形成的纖維已經(jīng)加入了少量的添加劑，以獲得著色、抗靜電性能、潤滑、親水性等等。這些添加劑，例如用于著色的二氧化鈦，通常存在量低于5重量百分?jǐn)?shù)和更通常約2重量百分?jǐn)?shù)。
術(shù)語“雙組分長絲或者纖維”指由至少兩種聚合物形成的纖維，所述兩種聚合物從分離的擠出機(jī)擠出但是一起紡絲形成一種纖維。所述聚合物在雙組分纖維橫截面上基本連續(xù)定位的不同區(qū)域中排列，并且沿著雙組分纖維的長度連續(xù)地延伸。這類雙組分纖維的構(gòu)型可以是例如皮/芯式排列，其中一種聚合物由另一種圍繞，或者可以是并列式排列或者海-島式排列。雙組分纖維在以下專利中進(jìn)行了討論Kaneko等的美國專利5,108,820、Strack等的美國專利5,336,552和Pike等的美國專利5,382,400、Cook的美國專利5,989,004，在此全文引入作為參考。對于雙組分纖維，聚合物可以75/25、50/50、25/75或者任何其他希望的比值存在。常規(guī)的添加劑，例如顏料和表面活性劑，可以引入一個或者兩個聚合物流，或者施加到長絲表面。該術(shù)語還包括具有超過兩種組分的類似的纖維或者長絲。
術(shù)語“聚合物”包括，但是不局限于，均聚物、共聚物，例如嵌段、接枝、無規(guī)和交替共聚物，三元共聚物等等和其共混物和改性產(chǎn)物。此外，除非另外特別地限定，術(shù)語“聚合物”將包括所有可能的材料幾何構(gòu)型。這些構(gòu)型包括，但是不局限于，等規(guī)、間規(guī)和無規(guī)對稱性。
術(shù)語“駐極體處理”或者“駐極體化(electreting)”指任何將電荷施加到介電材料例如聚烯烴中和/或其上的方法。該電荷通常包括截留在或者靠近聚合物表面的正或者負(fù)電荷層，或者存儲在聚合物整體中的電荷云。該電荷還可以包括極化電荷，其在分子偶極排列中被固定。使物質(zhì)駐極體化的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。這些方法包括，例如熱力、液體接觸、電子束和電暈放電方法。用于將電荷施加到介電材料上的一個示例性的方法包括對材料進(jìn)行DC電暈放電。這一類型的示例性的常規(guī)方法詳細(xì)描述于Tsai等的題為“用于纖網(wǎng)或者薄膜靜電充電的方法和設(shè)備”的美國專利5,401,446，其在1995年3月28日授權(quán)。該專利全文在此引入作為參考。這技術(shù)包括對材料施加一對電場，其中該電場具有相反的極性。
術(shù)語“通過-空氣粘接”或者“TAB”指粘接非織造雙組分纖維網(wǎng)的方法，其中足以熔化生產(chǎn)纖網(wǎng)纖維的一種聚合物的熱空氣被強制通過所述纖網(wǎng)。氣流速度可以在100和500英尺/分之間和接觸時間可以長達(dá)6秒之久。聚合物的熔化和再凝固提供了所述粘接。通過-空氣粘接具有較為限制的變化性，并且因為通過-空氣粘接(TAB)要求熔化至少一種組分以實現(xiàn)結(jié)合，其只限于具有兩種組分的纖網(wǎng)，例如復(fù)合纖維或者包括粘合劑的那些。在通過-空氣接合機(jī)中，溫度高于一種組分的熔化溫度和低于另一組分的熔化溫度的空氣，從圍繞的護(hù)罩導(dǎo)出通過所述纖網(wǎng)，并且進(jìn)入支持纖網(wǎng)的多孔滾筒。可選擇地，通過-空氣接合機(jī)可以是平面排列，其中空氣垂直向下地引導(dǎo)在纖網(wǎng)上。兩種配置的操作條件是類似的，主要的差別在于粘接期間纖網(wǎng)的幾何形狀。熱空氣熔化較低熔點聚合物組分并且由此在長絲之間形成粘接以使纖網(wǎng)成為整體。
優(yōu)選實施方案的詳細(xì)說明參考

圖1(a)，在橫截面中顯示了雙葉片、雙組分非織造纖維10。纖維10具有兩個葉片12和14，以及凹下區(qū)域16和18，其在纖維10葉片之間的兩側(cè)。界線19表示形成葉片12和14之一的較高熔點聚合物組分和形成另外葉片的較低熔點聚合物組分之間的界面。所述較高和較低熔點聚合物是并列式排列的。
圖1(b)在橫截面中舉例說明三葉形雙組分非織造纖維20，其中三個葉片22、24和26以互相成直角定位。凹下區(qū)域23位于葉片22和24之間。凹下區(qū)域25位于葉片22和26之間。例如，從圖1(b)可以明顯地看到，術(shù)語“凹下區(qū)域”指相對于與兩個鄰近葉片相切畫出的直線為凹形的區(qū)域。在圖1(b)中，直線27可以與鄰近葉片22和24相切地畫出，在該直線下面具有凹形的部分23。類似的直線可以與鄰近葉片22和26相切地畫出。然而，相對于與鄰近葉片24和26相切畫出的直線，不存在凹域。在圖1(b)中，分界線29表示形成纖維一半的較低熔點聚合物組分和形成纖維另外一半的較高熔點聚合物組分之間的界面。再次，較高和較低熔點聚合物以并列式構(gòu)型排列。
圖1(c)在橫截面中舉例說明三葉形雙組分非織造纖維30，其中三個葉片32、34和36以互相60度角定位。凹下區(qū)域33位于葉片32和34之間。凹下區(qū)域35位于葉片32和36之間。凹下區(qū)域37位于葉片34和36之間。分界線39表示形成纖維30的一半的較低熔點聚合物和形成另外一半的較高熔點聚合物之間的界面。再次，纖維30具有較高和較低熔點聚合物的并列式分布。
圖1(d)在橫截面中舉例說明四葉片形雙組分纖維40，其中四個葉片42、44、46和48以星形構(gòu)型排列。凹下區(qū)域41、43、45和47在每對鄰近葉片之間形成。圓形的分界線49表示較低熔點聚合物組分和較高熔點聚合物組分之間的界面。在這種情況下，雙組分纖維具有皮-芯式構(gòu)型，較高熔點聚合物形成芯和較低熔點聚合物形成皮。
圖1(e)在橫截面中舉例說明四葉片形雙組分纖維50，其中四個葉片52、54、56和58以交叉構(gòu)型排列。凹下區(qū)域51、53、55和57在每對鄰近葉片之間形成。分界線59表示較高和較低熔點聚合物之間的界面，其以并列式構(gòu)型排列。
圖1(f)在橫截面中舉例說明五葉片雙組分纖維60，其具有五個互相以大約72度角排列的葉片62、64、66、68和70。凹下區(qū)域61、63、65、67和69在每對鄰近葉片之間形成。分界線71表示較高和較低熔點聚合物之間的界面，其以并列式構(gòu)型排列。
圖4舉例說明多葉片形雙組分纖維如何受通過-空氣粘結(jié)法，或者類似的可以用來在纖網(wǎng)中將纖維在包括較低熔點聚合物組分的接觸點粘接在一起的加熱方法的影響。在通過-空氣粘接之前，圖4中的纖維具有五葉形截面，類似于示于圖1(f)中的。圖4中的纖維表示聚丙烯組分和線型低密度聚乙烯組分的并列式雙組分延伸。在通過-空氣粘接之后，在足以熔化或者軟化聚乙烯而不是聚丙烯的高溫下，纖維呈不對稱形態(tài)。特別地，由聚丙烯組成的葉片保持完好，而最初由聚乙烯組成的葉片發(fā)生變形、結(jié)合和/或者消失，可能成為圓形，如圖4所示。得到的纖維具有多葉片形部分和圓形部分。
圖2(a)舉例說明用于生產(chǎn)雙組分非織造長絲的模頭板設(shè)備。模頭板80可以通過螺栓孔82或者其他類似的緊固件孔連接到擠出機(jī)組件。較高和較低熔點聚合物可以通過與兩個分離擠出機(jī)互通的分離通道(未顯示)進(jìn)入模頭，并且可以作為雙組分纖維通過噴絲頭孔88擠出。用于將兩個聚合物流轉(zhuǎn)化成具有并列式或者皮-芯式排列的雙組分纖維的一般技術(shù)是本領(lǐng)域已知的，在此不進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖2(b)是模頭板80中噴絲頭孔88的放大圖。圖2(c)是單一噴絲頭孔88的進(jìn)一步放大圖。如圖2(b)所示，噴絲頭孔88均勻地互相間隔并且排列成一組，以便雙組分纖維可以作為一組或者一束擠出。如圖2(c)所示，每個噴絲頭孔具有五葉片形狀，其與擠出的五葉片雙組分纖維的形狀一致。
在雙組分纖維中，較高和較低熔點聚合物的比例可以介于約10-90％重量的較高熔點聚合物和10-90％較低熔點聚合物中間。實際上，僅僅需要能夠促進(jìn)纖維之間粘接的量的較低熔點聚合物。因此，適合的纖維組成可以包含約40-80％重量較高熔點聚合物和約20-60％重量較低熔點聚合物、希望約50-75％重量較高熔點聚合物和約25-50％重量較低熔點聚合物。
各種聚合物適合于雙組分纖維的較高和較低熔點聚合物混合物。最適合的聚合物將取決于最終用途過濾器應(yīng)用、用于將纖維粘接在一起的方法、精確的纖維形狀和尺寸及其他因素而變化。通常，較低熔點聚合物組分可以是聚烯烴均聚物或者共聚物。例子包括聚乙烯(例如低密度聚乙烯或者線型低密度聚乙烯)、具有約10％重量或更多乙烯的丙烯-乙烯共聚物、具有足夠大的共聚單體含量以賦予至少某些粘性的其他丙烯-α-烯烴共聚物、間規(guī)聚丙烯、無規(guī)和全同聚丙烯的共混物、聚丁烯、聚戊烯等。較高熔點組分可以是較高熔點聚烯烴均聚物或者共聚物。例子包括高密度聚乙烯、全同聚丙烯、包含低于10％乙烯的丙烯-乙烯共聚物及其他丙烯-α-烯烴共聚物，其具有足夠低的共聚單體含量以便不顯著地降低熔點。較高熔點組分的其他例子包括聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等等。在較高熔點聚合物賦予纖維以結(jié)構(gòu)完整性情況下，和在較低熔點聚合物顯示適合的纖維間粘合性能情況下，較高和較低熔點聚合物還可以是適合的共混物。較高和較低熔點聚合物應(yīng)該具有的熔點差別為至少5℃、適當(dāng)?shù)刂辽?0℃、希望地至少30℃。
多葉片形纖維可以單獨使用，或者與其他(例如單葉片，圓形)纖維結(jié)合使用，用于形成過濾器的非織造纖網(wǎng)。另外的纖維可以是單組分或者雙組分的。無論單獨或者與其他纖維結(jié)合，該多葉片形纖維通過在葉片之間的凹下區(qū)域中截留、捕獲或者絆住顆粒物質(zhì)而提高過濾效率。為此，過濾效率的改進(jìn)程度將取決于使用的多葉片形纖維的百分比而變化，高水平給出最好的性能。本發(fā)明考慮使用的非織造纖網(wǎng)包含從1-100％重量的多葉片形雙組分纖維，其具有葉片之間的凹下區(qū)域。適當(dāng)?shù)?，非織造纖網(wǎng)將包含20-95％重量的多葉片形纖維、希望地40-90％重量的多葉片形纖維、更希望地50-85％重量的多葉片形纖維。結(jié)合纖維的一種方法是在多葉片形纖維的層上擠出單葉片形纖維的層，或者反之。
被用作過濾介質(zhì)的非織造纖網(wǎng)(即，多葉片形纖維及其他纖維，如果有的話)可以是紡粘纖網(wǎng)、熔噴纖網(wǎng)、粘接梳理纖網(wǎng)、空氣鋪設(shè)纖網(wǎng)、或者包括超過一個非織造纖網(wǎng)層的層壓制品。要求的是非織造纖網(wǎng)具有高蓬松性和過濾期間通過它的低壓降。為此，非織造纖網(wǎng)適當(dāng)?shù)厥羌徴忱w網(wǎng)。非織造纖維可以是卷曲的，以促進(jìn)較高的蓬松性和較好的粒子截留兩者。被用作過濾介質(zhì)的非織造纖網(wǎng)應(yīng)該具有的堆積密度為約0.01-0.1g/cm3、適當(dāng)?shù)丶s0.015-0.075g/cm3、希望地約0.02-0.05g/cm3。被用作過濾介質(zhì)的非織造纖網(wǎng)(或者纖網(wǎng)的結(jié)合)的總體基礎(chǔ)重量可以為約10-500克每平方米(gsm)、適當(dāng)?shù)丶s20-400gsm、希望地約30-300gsm。單根纖維(包括多葉片形纖維和圓形纖維，如果存在)可以具有的纖維旦尼爾為約0.5-10、適當(dāng)?shù)丶s1.5-6、希望地約2-3。
為了提高被過濾粒子和過濾器纖維之間的吸引，多葉片形雙組分纖維可以是駐極體化處理的(駐極體化的(electrecized))。駐極體處理可以使用傳統(tǒng)方法實現(xiàn)，其中順序地使非織造纖網(wǎng)經(jīng)過一系列電場，其中鄰近電場互相具有基本上相反的極性。例如，首先使纖網(wǎng)的第一側(cè)經(jīng)受正電荷而纖網(wǎng)的第二側(cè)經(jīng)受負(fù)電荷。然后，使纖網(wǎng)的第一側(cè)經(jīng)受負(fù)電荷和第二側(cè)經(jīng)受正電荷，在纖網(wǎng)中產(chǎn)生永久性靜電電荷。
用于駐極體化非織造纖網(wǎng)的設(shè)備舉例說明于圖3。駐極體化設(shè)備110接收具有第一側(cè)114和第二側(cè)115的非織造纖網(wǎng)112。纖網(wǎng)112進(jìn)入設(shè)備110，第二側(cè)115與導(dǎo)輥116接觸。然后纖網(wǎng)的第一側(cè)114接觸到第一充電轉(zhuǎn)鼓118，其隨著纖網(wǎng)112旋轉(zhuǎn)，使纖網(wǎng)112進(jìn)入具有負(fù)電勢的第一充電轉(zhuǎn)鼓118和具有正電勢的第一充電電極120之間的位置。當(dāng)纖網(wǎng)112通過充電電極120和充電轉(zhuǎn)鼓118之間時，靜電電荷在纖網(wǎng)112中產(chǎn)生。相對而言的正電荷在第一側(cè)中產(chǎn)生和相對而言的負(fù)電荷在第二側(cè)中產(chǎn)生。然后纖網(wǎng)112在帶負(fù)電的第二轉(zhuǎn)鼓122和帶正電的第二電極124之間通過，反轉(zhuǎn)前面在纖網(wǎng)中產(chǎn)生的靜電電荷，并在纖網(wǎng)中永久地產(chǎn)生新的靜電電荷。然后駐極體化的纖網(wǎng)125在另一導(dǎo)輥126上通過并離開駐極體化設(shè)備110。應(yīng)當(dāng)注意，對于討論目的，充電轉(zhuǎn)鼓被舉例說明為具有負(fù)電勢和充電電極被舉例說明為具有正電勢。然而，轉(zhuǎn)鼓和電極的極性可以反轉(zhuǎn)并且負(fù)電勢可以被替換為接地。按照本發(fā)明，可用于駐極體化方法的電荷勢可以隨駐極體化方法的場幾何形狀而變化。例如，對于上述駐極體化方法，電場可以有效地在約1KVDC/cm和約30KVDC/cm之間操作、希望地在約4KVDC/cm和約20KVDC/cm之間操作，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓和電極之間的間隙在約1.2cm和約5cm之間時。上述適合的駐極體化方法進(jìn)一步公開于上述的美國專利5,401,446中，其全文在此引入作為參考。
駐極體電荷穩(wěn)定性可以通過在雙組分纖維中的聚合物上接枝極性的端基(馬來酸酐、聚丙烯酸等等)而進(jìn)一步提高。同樣，鈦酸鋇及其他極性的材料可以與聚合物共混。適合的共混物描述于例如PCT出版物WO 97/44509(Turkevich等)和PCT出版物WO 00/00267(Myers等)。試驗方法和實施例ASHRAE 52.2-1999測試全面通風(fēng)空氣凈化設(shè)備的借助于粒度的去除系數(shù)的方法該測試是過濾工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試，具有標(biāo)準(zhǔn)程序，其引入作為參考?？偲饋碚f，該測試測定當(dāng)過濾器負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)化負(fù)載粉塵時，過濾介質(zhì)除去具有標(biāo)稱直徑的粒子的效率。負(fù)載粉塵以間隔階段進(jìn)料以模擬使用期限過程中粒子的積累。用于過濾效率測試的試驗氣霧劑是從水溶液產(chǎn)生的固相氯化鉀(KCl)。氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生用于過濾效率測定的十二個粒度范圍的KCl粒子。對于每個粒度范圍，在加載程序上覺察到的最低效率被用于計算以下三個粒度范圍的復(fù)合(composite)平均效率值0.3到1.0微米、1.0到3.0微米和3.0到10微米。
用于模擬在使用中的粒子積累的負(fù)載粉塵由以下組成72％重量SAE Standard J726試驗用粉塵(精細(xì))、23％重量碳粉和5％研磨棉絨。清潔填料介質(zhì)的效率測量于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一種流量。然后進(jìn)料裝置發(fā)送塵粒流以加載過濾介質(zhì)到各種壓力升高間隔，直到達(dá)到規(guī)定的最終阻力。過濾器捕獲KCl粒子的效率在每個加載步驟之后測定。過濾介質(zhì)的效率通過測定在過濾介質(zhì)的上游和下游位置中的粒度分布和氣流中的顆粒數(shù)進(jìn)行測定。粒度去除系數(shù)(“PSE”)定義為 粒子計數(shù)和尺寸可以使用HIAC/ROYCO Model 8000自動粒子計數(shù)器和HIAC/ROYCO Model 1230傳感器測定。ANS I/ASHRAE 52.1-1992用于測試用于全面通風(fēng)除去顆粒物質(zhì)的空氣清潔設(shè)備的重量分析和粉塵-點(Spot)過程該測試同樣是過濾器工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試，并且具有詳細(xì)步驟，其引入作為參考。總的來說，該測試測定當(dāng)過濾器負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)的合成粉塵時，過濾介質(zhì)除去粉塵的效率。除塵性能以兩種方式測定1.ASHRAE重量捕獲率(arrestance)，測定過濾介質(zhì)捕獲的人造粉塵的重量百分?jǐn)?shù)。
2.ASHRAE粉塵-點效率，比較當(dāng)暴露于環(huán)境大氣粉塵時，過濾介質(zhì)的上游和下游標(biāo)的的變黑。
清潔過濾介質(zhì)的粉塵-點效率以規(guī)定流速測定。然后進(jìn)料裝置發(fā)送人造塵粒流加載過濾介質(zhì)到各種壓力升高間隔，直到達(dá)到規(guī)定的最終阻力。捕獲率和粉塵-點效率在每個加載階段之后測定。當(dāng)達(dá)到最終的阻力時，計算平均捕獲率、平均粉塵-點和粉塵保持容量。粉塵保持容量是粉塵增量的總重量乘以平均捕獲率。用于模擬在使用中的粒子積累的負(fù)載粉塵由以下組成72％重量SAE Standard J726試驗用粉塵(精細(xì))、23％碳粉和5％研磨棉絨。同樣的人造粉塵也用于ASHRAE52.2測試。
表1過濾效率
對于較小粒子，過濾效率的提高是最大的，說明葉片之間的凹下可以更容易地捕捉較小粒子。同樣，葉片對于粒子捕獲和吸引提供更大表面積。
表2過濾效率
如上所述，對于2.5osy基礎(chǔ)重量的纖網(wǎng)，與2.0osy基礎(chǔ)重量的纖網(wǎng)相比，過濾效率的提高略小。這是因為較高的基礎(chǔ)重量纖網(wǎng)已經(jīng)是更有效的，留有較小的改進(jìn)余地。有趣地，由五葉片纖維構(gòu)成的2.0osy基礎(chǔ)重量纖網(wǎng)(表1)具有類似于由圓形纖維構(gòu)成的2.5osy基礎(chǔ)重量纖網(wǎng)(表2)的過濾效率。因此，在可比的效率下，通過由五葉片纖維代替圓形纖維構(gòu)成過濾纖網(wǎng)，可以節(jié)約20％的材料。
對于實施例6，制備了類似于實施例5的復(fù)合的非織造纖網(wǎng)，除了所述第二雙組分紡粘層包含五葉片纖維，如圖1(f)所示，以代替圓形纖維。
將實施例5和6的復(fù)合纖維網(wǎng)做成過濾器袋，每個袋具有24英寸長、24英寸寬和26英寸高的尺寸。定位所述復(fù)合纖維網(wǎng)以便第二雙組分層(例如，實施例6中的五葉片纖維)面向所述袋內(nèi)部，然后將其暴露于氣流。使用上面描述的ASHRAE 52.1-1992測試，評價所述袋在通過過濾器的壓力降達(dá)到1.0英寸水量規(guī)以前的粉塵保持容量。
利用這一測試，由實施例5的復(fù)合纖網(wǎng)制造的濾袋具有139克的粉塵保持容量。由實施例6的復(fù)合纖網(wǎng)制造的濾袋具有221克的粉塵保持容量，顯示59％的提高。
雖然在此公開的實施方案是優(yōu)選的，但是在不背離本發(fā)明精神和范圍條件下可以進(jìn)行各種改性和改進(jìn)。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求指明，并且所有屬于其思想和同等物范圍的改變被認(rèn)為包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種非織造纖網(wǎng)，其包含許多雙組分多葉片形纖維，其包含較高熔點聚合物組分、較低熔點聚合物組分和在所述較高和較低熔點聚合物組分之間的界面；至少某些纖維在包含所述較低熔點聚合物組分的接觸點被互相連接；每一多葉片形纖維包括許多突起葉片區(qū)域和凹下區(qū)域。
2.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括兩個突起葉片區(qū)域和兩個凹下區(qū)域。
3.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括三個葉片區(qū)域和兩個凹下區(qū)域。
4.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括三個葉片區(qū)域和三個凹下區(qū)域。
5.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括四個葉片區(qū)域。
6.權(quán)利要求5的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括四個凹下區(qū)域。
7.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括五個葉片區(qū)域。
8.權(quán)利要求7的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括五個凹下區(qū)域。
9.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維具有不對稱的橫截面。
10.權(quán)利要求9的非織造纖網(wǎng)，其中所述多葉片形纖維包括多葉片形區(qū)域和圓形區(qū)域。
11.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述較高熔點聚合物組分與所述較低熔點聚合物組分相比具有至少高5℃的熔點。
12.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述較高熔點聚合物組分與所述較低熔點聚合物組分相比具有至少高10℃的熔點。
13.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述較高熔點聚合物組分與所述較低熔點聚合物組分相比具有至少高30℃的熔點。
14.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述較高熔點聚合物組分包括選自高密度聚乙烯、全同聚丙烯、包含低于約10％重量的α-烯烴共聚單體的丙烯-α-烯烴共聚物、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯和其混合物的聚合物。
15.權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)，其中所述較低熔點聚合物組分包括選自低密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、包含至少約10％重量的α-烯烴共聚單體的丙烯-α-烯烴共聚物、間規(guī)聚丙烯、無規(guī)立構(gòu)聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯和其混合物的聚合物。
16.包括權(quán)利要求1的非織造纖網(wǎng)的過濾器。
17.權(quán)利要求16的過濾器，其包括基礎(chǔ)重量不高于約2.0osy和對于E1粒度范圍、復(fù)合平均效率至少20％的紡粘纖網(wǎng)。
18.權(quán)利要求16的過濾器，其包括基礎(chǔ)重量不高于約2.0osy和對于E2粒度范圍，復(fù)合平均效率至少50％的紡粘纖網(wǎng)。
19.權(quán)利要求16的過濾器，其包括基礎(chǔ)重量不高于約2.0osy和對于E3粒度范圍，復(fù)合平均效率至少65％的紡粘纖網(wǎng)。
20.權(quán)利要求16的過濾器，其包括基礎(chǔ)重量不高于約2.5osy和對于E1粒度范圍，復(fù)合平均效率至少30％的紡粘纖網(wǎng)。
21.權(quán)利要求16的過濾器，其包括基礎(chǔ)重量不高于約2.5osy和對于E2粒度范圍，復(fù)合平均效率至少60％的紡粘纖網(wǎng)。
22.權(quán)利要求16的過濾器，其包括基礎(chǔ)重量不高于約2.5osy和對于E3粒度范圍，復(fù)合平均效率至少80％的紡粘纖網(wǎng)。
23.一種非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其包括許多雙組分多葉片形纖維，其包含較高熔點組分、較低熔點組分和在所述較高和較低熔點組分之間的界面；每一多葉片形纖維包括許多突起區(qū)域和凹下區(qū)域；和許多單葉片纖維。
24.權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其中所述單葉片纖維包括具有圓形橫截面的纖維。
25.權(quán)利要求24的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其中所述單葉片纖維包括單組分纖維。
26.權(quán)利要求24的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其中所述單葉片纖維包括雙組分纖維。
27.權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其包括約20-95％重量的多葉片形纖維。
28.權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其包括約40-90％重量的多葉片形纖維。
29.權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其包括約50-85％重量的多葉片形纖維。
30.權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其中所述多葉片形纖維包括約10-90％重量的較高熔點聚合物組分和約10-90％重量的較低熔點聚合物組分。
31.權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其中所述多葉片形纖維包括約40-80％重量的較高熔點聚合物組分和約20-60％重量的較低熔點聚合物組分。
32.權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料，其中所述多葉片形纖維包括約50-75％重量的較高熔點聚合物組分和約50-75％重量的較低熔點聚合物組分。
33.包括權(quán)利要求23的非織造纖網(wǎng)復(fù)合材料的過濾器。
34.權(quán)利要求33的過濾器，其包括單葉片紡粘纖維層、熔噴纖維層和多葉片形紡粘纖維層。
35.一種非織造纖網(wǎng)，其包括許多駐極體化的雙組分多葉片形纖維，其包含較高熔點聚合物組分、較低熔點聚合物組分和較高和較低熔點聚合物組分之間的界面；每一多葉片形纖維包括許多突起葉片區(qū)域和凹下區(qū)域。
36.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其中所述較高和較低熔點聚合物組分以并列式構(gòu)型排列。
37.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其中所述較高和較低熔點聚合物組分以皮-芯式構(gòu)型排列。
38.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其包括紡粘纖網(wǎng)。
39.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其包括熔噴纖網(wǎng)。
40.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其包括粘接梳理纖網(wǎng)。
41.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其包括空氣鋪設(shè)纖網(wǎng)。
42.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其包括通過-空氣粘合纖網(wǎng)。
43.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其包括紡粘纖網(wǎng)，其同樣是通過-空氣粘接的。
44.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其具有約0.01-0.1g/cm3的堆積密度。
45.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其具有約0.02-0.05g/cm3的堆積密度。
46.包括權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)的過濾器。
47.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其具有約0.5-10的平均纖維旦尼爾數(shù)。
48.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其具有約1.5-6的平均纖維旦尼爾數(shù)。
49.權(quán)利要求35的非織造纖網(wǎng)，其具有約2-3的平均纖維旦尼爾數(shù)。
全文摘要
可用作過濾介質(zhì)的非織造纖網(wǎng)，其包括大量雙組分多葉片形纖維，該纖維包括較高熔點聚合物組分、較低熔點聚合物組分和在所述聚合物組分之間的界面。所述纖維在包括較低熔點聚合物組分的接觸點被粘接在一起，以提供粘結(jié)的過濾介質(zhì)。所述多葉片形纖維包括突起的葉片區(qū)域和在葉片之間的凹下區(qū)域，其捕捉、截留或者絆住要從氣體或者液體介質(zhì)中過濾的顆粒物質(zhì)。所述多葉片形纖維可以使帶電，以提供纖維和粒子之間的靜電引力。
文檔編號D01F8/04GK1444672SQ01813260
公開日2003年9月24日 申請日期2001年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月24日
發(fā)明者B·D·阿諾 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司