多层纳米纤维过滤器制造技术

技术编号:7395167 阅读:551 留言:0更新日期:2012-06-02 11:48
制造多层过滤器的方法和由所述方法制得的过多层过滤器。所述方法主要包括两个步骤。第一步骤是将纳米纤维层涂布在基体介质的一侧或两侧上以获得复合过滤器介质,第二步骤是以曲折方式折叠所述复合过滤器介质以形成多层过滤器。可选的是,所述第二步骤可以通过堆叠所述复合过滤器介质的若干片材以形成具有两层纳米纤维的结构的多层过滤器,所述两层纳米纤维夹在两层所述基体介质之间。由任一所述方法制造得到的多层过滤器含有至少一个结构单元,所述结构单元具有两层夹在两层基体介质之间的纳米纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多层纳米纤维过滤器
技术介绍
在过滤介质中已经使用在IOnm至IOOOnm范围的纳米纤维来捕获低于IOOOnm的亚微米颗粒。据信纳米纤维捕获颗粒的能力归因于纤维对亚微米颗粒的拦截和亚微米颗粒的布朗运动或“随机漫步”的组合,这两者便于颗粒被纳米纤维的大表面/质量比所捕获。常规的过滤介质可以具有尺寸分布在IOOnm至300nm范围的铺设在介质的基体层上的纳米纤维层,如图IA所示。可以例如通过减少纤维直径和/或增加纳米纤维的如以克纳米纤维/平方米度量的堆积密度,增加纳米纤维的表面积,实现捕获能力的进一步增加。 但是,由于纳米纤维不具有结构刚性,当铺设更多的纤维时,额外的纳米纤维通常压缩形成紧密(即,低孔隙度或空隙空间)和厚的层,这显著增加了横跨介质的压降。这降低了空气流对过滤介质的透过性,使过滤介质具有不希望的透气性。通常希望研发出一种具有高过滤效率和低压降的改进型纳米纤维过滤介质。还希望研发出制备具有这些改进性能的纳米纤维过滤介质。
技术实现思路
根据一个方面,过滤介质可以包括至少一个基体层和至少两个纳米纤维层。所述基体层夹在系列形式的所述纳米纤维层之间以形成交替(alternating)的层压单元。根据另一方面,制备过滤介质的方法可以包括将纳米纤维涂覆在基体层的一面或两面上以形成层压单元,和以系列形式堆叠至少两个所述单元以形成交替的层压单元。根据又一方面,制备过滤介质的方法可以包括将纳米纤维涂覆在基体层的一面或两面上以形成层压单元,和以曲折(serpentine)布置方式折叠至少两个所述单元以形成交替的层压单元。制备包括由基体介质支持的多个纳米纤维层的过滤介质的方法是作为目前最优选的实施方式,其中所有纳米纤维层具有超过98体积%的开孔。附图说明图IA示出了现有技术的过滤介质,该过滤介质在基体层上的纳米纤维层具有 0.12克/平方米纳米纤维。图IB示出了本专利技术的过滤介质,该过滤介质具有夹在纳米纤维层之间的基体层, 在每一侧上所述纳米纤维层具有0. 12克/平方米纳米纤维。图2A示出了图IA的现有技术的过滤介质,该过滤介质具有0. M克/平方米纳米纤维。图2B示出了本专利技术的过滤介质,该过滤介质具有堆叠起来的两个如图IA所示的过滤介质,以形成具有0. M克/平方米纳米纤维的层压单元。图2C示出了本专利技术的过滤介质,该过滤介质具有堆叠起来的两个如图IB所示的过滤介质,以形成具有0. 48克/平方米纳米纤维的层压单元。图3A示出了图IA的现有技术的过滤介质,该过滤介质具有0. 36克/平方米纳米3纤维。图:3B示出了本专利技术的过滤介质,该过滤介质具有堆叠起来的三个如图IA所示的过滤介质,以形成具有0. 36克/平方米纳米纤维的层压单元。图3C示出了本专利技术的过滤介质,该过滤介质具有堆叠起来的三个如图IB所示的过滤介质,以形成具有0. 72克/平方米纳米纤维的层压单元。图4A示出了图1的现有技术的过滤介质,该过滤介质具有0.48克/平方米纳米纤维。图4B示出了本专利技术的过滤介质,该过滤介质具有堆叠起来的四个如图IA所示的过滤介质,以形成具有0. 48克/平方米纳米纤维的层压单元。图4C示出了本专利技术的过滤介质,该过滤介质具有堆叠起来的四个如图IB所示的过滤介质,以形成具有0. 96克/平方米纳米纤维的层压单元。图5A示出了过滤介质中的纳米纤维层的相对于现有技术测得的厚度。图5B示出了过滤介质的相对于现有技术测得的厚度。图6示出了过滤介质的纳米纤维的相对于现有技术测得的固体体积分数。图7示出了过滤介质的相对于现有技术测得的孔隙度。图8A示出了单层过滤介质和多层过滤介质的捕获效率和压降。图8B示出了单层面罩过滤介质和多层面罩过滤介质的捕获效率和压降。图8C示出了多层过滤介质的捕获效率和压降,尺寸为0.3微米的颗粒的最小捕获率为95%。图9A示出了涂覆在多孔性支持层上的单层纳米纤维层。图9B示出了具有5个纳米纤维层的过滤介质,由图9A的单层纳米纤维层折叠得到。图9C示出了涂覆在多孔性支持层的两侧上的单层纳米纤维层。图9D示出了具有10个纳米纤维层的过滤介质,由图9C的单层纳米纤维层折叠得到。图10示出了不同堆积密度的多层过滤介质对50nm颗粒的捕获效率和压降。图11示出了不同堆积密度的多层过滤介质对IOOnm颗粒的捕获效率和压降。图12示出了不同堆积密度的多层过滤介质对200nm颗粒的捕获效率和压降。图13示出了不同堆积密度的多层过滤介质对300nm颗粒的捕获效率和压降。图14示出了不同堆积密度的多层过滤介质对400nm颗粒的捕获效率和压降。图15示出了 0. 233克/平方米纳米纤维的多层纳米纤维过滤介质的相对质量因 ^ (relative quality factor)禾口—双·。图16示出了 0. 350克/平方米纳米纤维的多层纳米纤维过滤介质的相对质量因数和捕获效率。图17示出了 0. 467克/平方米纳米纤维的多层纳米纤维过滤介质的相对质量因数和捕获效率。具体实施例方式现在详细参考本专利技术的具体实施方式,其实例还在随后的描述中提供。尽管详细描述了本专利技术的示例性实施方式,但是对于本领域技术人员而言应当明了的是,对于理解本专利技术不是特别重要的一些特征可能为了清楚目的而没有示出。另外应当理解的是,本专利技术不限于下述的精确的实施方式,并且本领域技术人员可以对本专利技术进行各种改动和改变而没有脱离本专利技术的实质或范围。例如,不同的例示性实施方式的要素和/或特征可以在本公开内容和所附权利要求的范围内相互组合和/或相互替代。另外,在阅读本公开内容、附图和所附权利要求后本领域技术人员可以明了的改进和改变被认为是处在本专利技术的实质和范围内。过滤介质可以包括一个基体层和至少一个涂覆在所述基体层的至少一侧上的纳米纤维层,以形成双层层压单元,如图IA所示。在一个实施方式中,过滤介质还可以包括至少一个基体层和至少两个纳米纤维层。所述基体层可以以序列(series)形式夹在纳米纤维层之间以形成交替三层层压单元,如图IB所示。纳米纤维层和基体层可以相互粘附以形成充分粘结的层压结构。术语“充分粘结的层压结构”是指没有明显起皱的层的多层过滤介质。使用厚度小的层有利于形成充分粘结的层压结构。为了提高捕获效率的同时降低压降,过滤介质可以具有多层,如图2B、2C、;3B、3C、 4B和4C所示。箭头示出空气流的方向。多层过滤介质可以包括以平行和重复双层或三层层压单元的序列布置的多于一个双层单元或一个三层单元,使得过滤介质交替在纳米纤维层和基体层之间。过滤介质中双层和三层的数量可以由包括用以达成希望的颗粒捕获效率的期望的总聚合物堆积密度、希望的总介质厚度、各层厚度以及容许最大压降在内的因素确定。因此,过滤介质因堆积密度增加而具有较高的过滤效率但不出现横跨过滤介质的高压降。该构造的过滤介质可以具有很多优点纳米纤维在各纳米纤维层中可以保持低的固体体积分数(或等同为较高的孔隙度)、过滤器中的纳米纤维层的总厚度可以充分超过具有相同总聚合物堆积密度(即相同的克/平方米或“gsm”)的单个纳米纤维层,对于亚微米颗粒可以获得高的颗粒捕获效率,在与具有相同堆积密度(即相同的gsm)的单层相比时可以实现较低的压降,基体层可以用作为过滤介质提供机械应力(张力)的支持体,并且基体层可以用作过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.07 US 61/176,1151.制造多层过滤器的方法,所述方法包括如下步骤(a)将纳米纤维层涂覆在基体介质的一侧或两侧上以获得复合过滤器介质;和(b)以曲折布置方式折叠所述复合过滤器介质以形成多层过滤器。2.如权利要求1所述的方法,其中,纳米纤维层涂覆在所述基体介质的两侧上。3.如权利要求1所述的方法,其中,所述基体介质由粗纤维制得,所述粗纤维的平均直径为1微米至30微米,定量为IOgsm至600gsm,厚度小于100微米,在δαι Γ1的面速度下的压降小于2Pa,并且对于0. 05微米至0. 5微米的颗粒尺寸的过滤效率小于3%。4.如权利要求1所述的方法,其中,所述层的纳米纤维的平均直径为0.1微米至0.4微米,定量小于0. 3gsm,并且厚度小于10微米。5.如权利要求1所述的方法,其中,所述复合过滤器介质对0.3微米颗粒具有18%至的过滤效率,并且在δαι Γ1的面速度下的压降为4. 9Pa至观!^。6.制造多层过滤器的方法,所述方法包括如下步骤(a)将纳米纤维层涂覆在基体介质的两侧上以获得复合过滤器介质;和(b)堆叠所述复合过滤器介质的多个片材以形成多层过滤器,所述多层过滤器包含两层纳米纤维的结构,所述两层纳米纤维夹在两层所述基体介质之间。7.如权利要求6所述的方法,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁焕方洪志豪
申请(专利权)人:香港理工大学
类型:发明
国别省市:

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