压缩式纳米纤维复合介质制造技术

本发明专利技术涉及用于分离燃料中乳化的游离水的聚结介质，其包括包含衬底层和亲水细纤维层的压缩式复合过滤介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种过滤介质，尤其涉及一种包括衬底和细纤维的压缩式复合介质以及制造其的方法。
技术介绍
烃燃料，例如柴油、喷气燃料和汽油，可能夹带少量的水。水可能例如通过渗漏、意外污染、或大气冷凝而被引入烃燃料中。在室温下，烃燃料可以溶解约75-150百万分之一份(ppm)水。温度每升高1° F，水的溶解度可以增加约lppm，温度每降低1°，水的溶解度可能降低约lppm。由于温度随时间变化，过量的水或未溶解的水可能在燃料处理系统的下部聚集。未溶解的水可能对发动机有害。柴油发动机喷油嘴可能由于蒸汽形成而受损，涡 轮喷气发动机可能突然冒火，且汽油发动机可能会遇到点火问题。已开发了许多水分离设备和过滤器以自燃料除去未溶解的水或游离的水并防止这样的发动机问题。如果游离水以不连续的第二相的形式存在，则基于重力或离心力分离的简单的机械设备就足够了。然而，游离水通常被泵和阀乳化，可能保持稳定的乳液的形式，特别是在柴油或喷气燃料中。两阶段聚结器/分离器被设计用于除去水乳液。聚结器通过纤维材料例如玻璃纤维的优先润湿而破坏乳液。水聚集成为大的液滴，并通过疏水性分离器材料例如涂覆PTFE的金属丝布或浸溃硅酮的纸而通过重力分离。润湿剂或表面活性剂的存在可能会干扰水乳液的聚结，特别是在柴油或喷气燃料中。用于从燃料乳液捕获和除去水的包括疏水性氟聚合物细纤维的聚结器公开于Ferrer等的Fluoropolymer Fine Fiber,第2009/0032475号美国专利申请公布。包括使用静电纺丝工艺形成的细纤维的过滤介质也已公知。这样的现有技术包括Filter Material Construction and Method (过滤材料构造和方法)，第 5，672，399 号美国专利；Cellulosic/Polyamide Composite (纤维素 / 聚酸胺复合物)，第 2007/0163217号美国专利公布；Filtration Medias, Fine Fibers UnderlOONanometers, AndMethods (过滤介质、100纳米以下的细纤维及方法),第60/989，218号美国临时专利申请；Integrated Nanofiber Filter Media(结合式纳米纤维过滤介质)，第61/047，459号美国临时专利申请；Filter Media Having Bi-Component Nanofiber Layer(具有双组分纳米纤维层的过滤介质)，第61，047，455号美国临时专利，这些现有技术的全部公开内容通过在此引用被包含于此。如这些参考文献中所示，纳米纤维被通常地铺设在抛光的预成型过滤介质衬底上。本专利技术提供改良型聚结介质和制备该聚结介质的方法。本专利技术的这些和其他优点以及其他创造性特征将由在此提供的本专利技术的描述中显而易见。
技术实现思路
根据本专利技术各实施方案的压缩式纳米纤维复合过滤介质包括至少一个衬底和由其承载的细纤维。优选地，压缩式过滤介质包括多个衬底层，各衬底层承载细纤维。将多个衬底和细纤维层一起压缩以形成压缩式复合过滤介质。根据本专利技术各实施方案的压缩式过滤介质特别适于用于聚结多种烃燃料中的水的聚结介质。然而，压缩式过滤介质还可以被用于其他过滤应用中。例如，压缩式过滤介质可以形成非常有效的水过滤元件。优选地，所使用的衬底层是具有粗纤维的相对开放的材料，以提供支持，同时对于流体流动不会过于限制性，特别是当层被堆叠和/或压缩时。此结构将纳米纤维隔开，并且赋予了在每正方单位面积提供高得多的总纳米纤维覆盖率的能力，同时不会过于限制性。此外，可以使用相对薄的衬底(并且使用压缩)，使得整个介质的细纤维被相对靠近地隔开，且足够近以有助于聚结；并且整个介质的厚度适于聚结过滤应用和过滤器元件安排。许多实施方案还使用吸引水而不是排斥水的亲水性细纤维。通过以足够的覆盖率使用多层细纤维，水分子或细小液滴在此结构中生长并被有效地聚结成流体流。 可以且优选地将多个衬底层和细纤维一起压缩以形成聚结过滤介质。由此，聚结过滤介质被压紧且坚固性高，并且包括足够的细纤维覆盖率以提供足够的纤维表面积用以聚结烃燃料流中的乳化的水。细纤维优选地为由亲水性材料例如聚酰胺-6形成的静电纺丝(eletrospun)纳米纤维。此外,亲水性细纤维还促进水滴的形成的生长。在一个实施方案中和在本专利技术的创造性方面，提供了形成聚结过滤介质的方法。所述方法包括以下步骤静电纺丝平均直径小于I微米的细纤维，将所述细纤维施用至包含平均直径大于I微米的粗纤维的衬底，并且将所述细纤维和粗纤维一起压紧。所述方法还包括以下步骤通过压紧过程产生充足的纤维覆盖率和紧密度以将水滴自流体流聚结，并使粗纤维和细纤维结构化为可被操作用于自流体流除去水的聚结过滤介质。在一些实施方案中，衬底包含结合在一起的纤维缠结物，其中在施用细纤维的步骤中细纤维被沉积至衬底之上。衬底可以为由包含高熔点组分和低熔点组分的双组分纤维形成的稀松织物(scrim)，其中细纤维被沉积在稀松织物的表面并由稀松织物承载。压紧步骤可以包括将多层承载细纤维的稀松织物层压，并使用一组压延辊将多层稀松织物和细纤维压缩。可以将多层稀松织物和细纤维加热至低熔点组分的熔化温度或加热至接近低熔点组分的熔化温度，其中所述低熔点组分熔化或软化，以起到用于使多个层结合在一起的粘合剂的作用。在一些实施方案中，在压缩前将多层加热。例如，可以在烘箱中加热多层并随后通过一组压延辊将其压缩。在这样的实施方案中，在加热期间，层压的多层的厚度可以随着稀松织物膨胀(expand)和膨松(Ioft)而增加。膨松多层的随后压缩降低了膨松厚度，然而，压缩的多层的最终厚度可以小于、等于、或大于加热前的层压的多层的原始厚度。在其他实施方案中，可以将多层同时地加热和压缩。例如，可以使用一组加热的压延辊将多层加热和压缩。在另一个实施方案中，可以首先将多层压缩，随后加热，其中在加热期间压缩的多层的厚度可能增加。此外，一些实施方案可以包括多于一个加热步骤。例如，可以在压缩前加热多层，并且通过一组加热的压延辊在压缩期间进一步加热多层。在一个实施方案中，将各自承载细纤维的10层稀松织物层压并一起压缩。各稀松织物层承载约O. 075g/m2至.225g/m2的相对高的细纤维覆盖率的细纤维。当组装至具有重叠的细纤维覆盖率的堆叠结构时，聚结过滤介质的总细纤维覆盖率可以为约O. 75g/m2至2. 25g/m2。将多层稀松织物和细纤维一起压缩以形成厚度为约3/16"至1/2"的聚结过滤介质。在一些实施方案中，将承载细纤维的稀松织物折叠成多折并压缩，以形成聚结过滤介质。在这样的实施方案中，聚结过滤介质可以包括细纤维-细纤维的层压表面和稀松织物-稀松织物的层压表面。在另一个实施方案中，衬底为包含粗纤维的松散缠结物的粗纤维的网(web)，其中在施用细纤维的步骤期间将细纤维施用至粗纤维的松散缠结物。施用有细纤维的粗纤维的网可以被折叠成多个折并且一起压缩，其中细纤维和粗纤维整合以形成单独的整合聚结介质。 形成根据不同实施方案的聚结过滤介质的方法包括以下步骤静电纺丝平均直径小于I微米的细纤维的网，将细纤维施用至由结合在一起的平均纤维直径大于I微米的粗纤维形成的衬底，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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·李，T·B·格林，
申请(专利权)人：克拉考公司，
类型：
国别省市：