多层多孔复合材料制造技术

一种多层多孔复合材料，其中无纺物过滤介质层固定至疏水微孔膜但与该疏水微孔膜分离，从而所述多层多孔复合材料提供从具有低界面张力的新燃油中有效地分离水和颗粒，且基本上无堵塞。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多层多孔复合材料专利
本专利技术涉及用于可靠的燃料纯化的多层多孔复合材料。具体来说，本专利技术涉及多层多孔复合材料，其用于从中等馏分燃料如柴油燃料、航空燃料、煤油和类似的燃料包括费-托燃料(fischer tropsch)、生物柴油及其共混物,一致和可靠地除去颗粒以及耐久地除去乳化水。专利技术背景出于各种经济、政治和环境原因，存在追求更高燃料效率、更低排放、和更可持续的燃料来源的动力。这种动力导致中等馏分燃料的燃料组合物和化学发生变化、新的高精度发动机设计、以及使用生物燃料及其共混物。例如这些趋势在下述文献中进行了讨论:“用于高压共轨燃油系统的过滤溶液”(Filtration Solutions for High Pressure CommonRail Fuel Systems),巴里威登(Barry Verdegan)、阿贝特鲁达(Abby True-Dahl)、威廉哈勃堪姆(William Haberkamp)、诺曼布里兹(Norm Blizard)、戴维森特(David Genter)和艾瑞克奎仁(Eric Quillen),美国过滤 & 分离协会年会(American Filtration&SeparationSociety Annual Conference),五月 9-22(2008)，福吉谷(Valley Forge),宾夕法尼亚州。因此，新型燃料通常具有更高的水含量、更低的抗水界面张力，且现在易于通过用泵吸传输时的剪切来形成非常精细水滴的稳定乳液。此外，更新的发动机精确设计是高度敏感的，且容易受损。燃料中增加的水当以游离水滴的形式存在时，可降低润滑性，由此导致损坏。此夕卜，悬浮的尺寸为4-20微米或更小的微粒可提供摩擦磨损的大量来源。这些因素产生了对更高燃料纯度的需要，要求耐久长效的燃料过滤器、水分离器，以及组成它们的多孔过滤介质复合材料。这些过滤器可用于在内燃机中使用中等馏分燃料的多种应用，包括，但不限于:汽车、火车、海洋和航空航天市场。已知用于这些应用的过滤介质包括多种多孔和复合材料。实际中最常使用的多孔复合材料介质包括纤维状聚合物无纺物，纤维素或纸张无纺物包括含微纤维玻璃和织物的那些。上述介质中的许多还包括疏水性涂层。示例还包括纤维状和非纤维状微过滤器膜，其包括全部和部分氟化聚合物以及膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)。但是，这些多孔和复合材料不能满足对耐久、长寿命、水和颗粒分离的增加的需求。具体来说，存在对多孔复合材料的需求，该多孔复合材料能从包括降低界面张力添加剂和表面活性剂的新的燃料组合物和化学中，把水和精细微粒除去到足以保护新的发动机的纯度水平。US5904845，US7938963, US20090178970提供了示例性尝试，包括把微纤复合材料无纺物和织物结合。当在新的燃料中存在添加剂和表面活性剂时，这些尝试不能足够地除去乳化水。此外，这些尝试常常包括缺乏耐久性和随时间退化的疏水处理。相比之下，ePTFE微过滤器(如美国专利申请2008/0105629A1所述)可足够地除去乳化水，但发现存在微粒时很快会堵塞，由此减少或消除液体透过过滤器传输，使过滤器变得不可工作。相比之下，US6764598和US7285209所述的ePTFE在防止堵塞时也不总是有效的，且涉及需要再循环的复杂设备来提供透过复合材料表面的吹扫流来延迟堵塞。因此，已提出的使用ePTFE的解决方案都有涉及堵塞的问题，且实际应用有限。显著的是，关于从燃料过滤水滴的许多现有技术涉及使用“聚结器”。聚结器运行时，通过允许精细水滴穿过聚结器的材料，并鼓励这些精细液体相互合并、或聚结，来从燃料中除去水。水由此形成粗颗粒或液滴，它们随后变得足够重，例如可通过重力从燃料中掉出。允许水流过材料并鼓励精细-到-粗粒度发展来从燃料除去水的这种方法的教导，与本专利技术相反。根据本专利技术的教导，在精细分离层的表面同时阻止精细和粗水滴，而不是允许它们穿过表面。专利技术概述 申请人:发现当以粗-到-精细行进方向把颗粒和液滴从物流中滤出时，可有效地和耐久地从燃料流中除去水和微粒。即，当从燃料流中滤出粗微粒物质，把这种相对不含微粒的流提供到水分离器时，分离过程显著和令人惊讶地更有效和耐久。本专利技术的水分离器阻挡甚至非常精细水滴的流动，防止它们在燃料流中的流动中持续，不使它们穿过介质以及不把它们聚结成粗颗粒。本专利技术提供一种多层复合材料，其中无纺物过滤介质层固定至疏水微孔膜但以一定距离与该疏水微孔膜分离，从而所述多层多孔复合材料提供从具有低界面张力的新燃油中有效地分离水和颗粒，且基本上无堵塞。如本文所使用，“复合材料”指包括两种或更多种不同材料的主体。如本文所使用，“层”指具有有限厚度主体，可以固体材料组成或固体结构为基础，基本上区分该主体与相邻的主体。如本文所使用，包括“多孔纺织物过滤介质”的材料指包括多种纤维或微纤维或纳米纤维或其混合物的主体或垫，其中该主体的体积同时包括固体和流体的区域。此外，如本文所使用，包括“疏水微孔膜”的材料包括多孔聚合物膜，优选地与另一种支撑层如无纺材料连接。如本文所使用，“疏水”指膜的基础材料具有小于25mN/m(或达因(dyne)/cm)的固体表面能或表面张力，其通过下述文献所述的兹斯曼(Zisman)方法测定:吴守恒(Souheng Wu),聚合物界面和粘附(Polymer Interface andAdhesion)，CRC 出版社，1982，第五章表 5.1，第 170-171 页，ISBN0824715330，通过参考结合于此。如本文所使用，“微孔膜”指膜的最大孔径在50-0.1微米的尺寸范围。复合材料是多层，指该复合材料包括不少于2层。复合材料层既在空间上固定，但又以一定距离相互分离，该距离由邻近它们的体积/疏水层的表面积来表示。如本文所使用，“固定”指所述层被机械的固定到位。这里的分离距离包括含大量非固体组合物的空穴空间。在本专利技术的另一方面中， 申请人:已发现至关重要的是，当具体为膜和纤维无纺物的复合材料层压件时，微孔膜的表面必须朝向上游的多孔无纺物过滤介质层。此外，复合材料的膜面应相对不被存在的精细纤维无纺物阻挡。即，当微孔膜包括膜和无纺物的层压件时，层压件膜层必须面朝上游，而不是层压件的无纺物层面朝上游。这个发现与美国专利申请2008/0105629 Al的教导是相反的，该文没有具体化层压件的取向。在本专利技术的另一方面中，已发现为了有效地作用于分离乳化水且不堵塞，在所述复合材料的所述层之间的所需距离通过下述公式表示:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于把水从水/柴油燃料混合物中分离的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供多孔过滤介质层，(b)用所述多孔过滤介质层过滤所述混合物，从而把所述混合物清洁到17/15/11或更好的ISO4406清洁度水平；(c)提供疏水微孔层；以及(d)在所述过滤步骤之后，使用所述疏水微孔层来从所述清洁的水/柴油燃料混合物中除去水，水分离效率为至少55％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.14 US 13/273,9261.一种用于把水从水/柴油燃料混合物中分离的方法，所述方法包括以下步骤: (a)提供多孔过滤介质层， (b)用所述多孔过滤介质层过滤所述混合物，从而把所述混合物清洁到17/15/11或更好的IS04406清洁度水平； (c)提供疏水微孔层；以及 (d)在所述过滤步骤之后，使用所述疏水微孔层来从所述清洁的水/柴油燃料混合物中除去水，水分离效率为至少55%。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水分离效率是至少65%。3.如权利要求1所 述的方法，其特征在于，所述水分离效率是至少75%。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水分离效率是至少85%。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水分离效率是至少93%。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水微孔层包括微孔含氟聚合物膜。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水微孔层包括膨胀聚四氟乙烯和支撑件的复合材料。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述疏水微孔层包括膨胀聚四氟乙烯和无纺支撑件的复合材料。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述多孔过滤介质层和所述疏水微孔层设置在所述水/柴油燃料混合物的流动路径上，从而所述层之间的V/SA满足下述关系10.一种用于在具有水微乳液的燃料的流动路径上提供耐久、不堵塞水分离的多层多孔复合材料，其包括: a.过滤介质层 b.疏水微孔层 c.在所述层之间的分离V/SA，满足下述关系 11.如权利要求10所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是无纺物。12.如权利要求11所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是无纺物，提供具有17/15/11或更好的ISO 4406清洁度水平的滤液。13.如权利要求11所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是无纺物，提供具有13/15/10或更好的ISO 4406清洁度水平的滤液。14.如权利要求12所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是包括纤维素精细纤维的无纺物。15.如权利要求12所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是包括熔体吹塑聚酯精细纤维的无纺物。16.如权利要求12所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是包括微玻璃精细纤维的无纺物。17.如权利要求12所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是包括纤维素、聚酯和微玻璃精细纤维的组合的无纺物。18.如权利要求12所述的复合材料，其特征在于，所述过滤介质层是包括多层精细纤维层的无纺物。19.如权利要求10所述的复合材料，其特征在于，所述疏水多孔层包...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·P·哈普，M·施勒特，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US