过滤介质纤维结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及过滤介质纤维结构及其制备方法。具体体现在由离散长度纳米纤维附着改性的微米纤维主体。众多这些改性纤维结构可组装成空气过滤介质。改性纤维和介质的进一步增强可以实现改善的过滤特性。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的引用本申请根据美国专利法35U.S.C.§120要求2013年11月8日提交的美国申请序号14/075635标题为“过滤介质的纤维结构及其制造方法”的权益，其根据美国专利法35U.S.C.§119(e)要求2013年3月15日提交的美国临时申请序号61/789309标题为“高膨松纤维结构及其制造方法”的权益。由此通过引用将美国申请序号14/075,635整体并入本文。
技术介绍
工业，商业以及住宅中利用过滤系统用于将流体流的一些组分与流体流的其它组分物理分离。流体流可包括气态或液态载体流体，其传输待过滤组分。过滤系统可以使用过滤器通过捕集、拦截、扩散、粗滤(straining)及类似方式物理地除去待过滤组分。
技术实现思路
本专利技术描述了利用微米尺寸纤维作为支撑体附着较小直径的纳米纤维的过滤装置和方法。在一个或多个实施方案中，所述纳米纤维具有卷曲体结构，并具有离散(discrete)的长度。例如，当这些具有离散长度的卷曲纳米纤维附着到微米纤维上时，它们之间发生缠绕，并在微米纤维上和周围进行缠绕，形成一种改性的纤维。众多这些改性纤维用于组装成空气过滤介质。本“
技术实现思路
”以简单的形式选择性介绍了一些概念，下面的“详细说明”将进一步描述。本“
技术实现思路
”并不旨在标识所要求保护的主题的关键或本质方面。而且，本“
技术实现思路
”不旨在用作辅助确定所要求保护的主题的范围。附图说明参考以下附图描述本专利技术的非限制性的并且非穷尽的实施方案，除非另有说明，其中，各个视图中相似的参考标记涉及相似的部件。图1是本专利技术一个实施方案的介质纤维结构的显微照片图，其中纳米纤维附着在微米纤维上。图2是本专利技术另一个实施方案中介质纤维结构的显微照片图。图3是一种典型的离散长度的卷曲纤维在放松且自然状态下的放大图，用于解释所定义的“卷曲长度”测量。图4是图3中典型的离散长度的卷曲纤维在足够的拉伸负荷下拉直纤维的放大图，用于解释所定义的“拉直长度”测量。图5是本专利技术一个实施方案中介质纤维结构在一定焦点深度下的显微照片。图6是本专利技术一个实施方案中介质纤维结构在一定焦点深度下的显微照片。图7是本专利技术一个实施方案中介质纤维结构在一定焦点深度下的显微照片。图8是本专利技术一个实施方案中介质纤维结构在一定焦点深度下的显微照片。图9是本专利技术一个实施方案中介质纤维结构在一定焦点深度下的显微照片。图10是本专利技术一个实施方案中介质纤维结构的显微照片图，其中非卷曲的纳米纤维附着在微米纤维上。图11是本专利技术利用非卷曲纳米纤维的一个实施方案中介质纤维结构的显微照片图。图12是本专利技术利用非卷曲纳米纤维的一个实施方案中介质纤维结构在一定焦点深度下的显微照片。图13是本专利技术利用非卷曲纳米纤维的一个实施方案中介质纤维结构在一定焦点深度下的显微照片。详细说明概述过滤系统利用过滤介质将流体流中的一些组分与其它组分物理分离。过滤系统可以使用空气过滤介质，其包括具有可测量直径为微米的相对较大的纤维(“微米纤维”)和具有可测量直径为纳米的相对较小的纤维(“纳米纤维”)，试图实现提高的过滤效率(如，捕获到更多并且更小粒子的能力)。过滤结构可被配置为通过减小纤维尺寸以增大用于捕获颗粒的介质的表面积。例如，微米纤维可以支持纳米纤维网，可以直接将纳米纤维生产到先存的由较大的微米纤维组成的纤维基质表面上，或者纳米纤维层可放在微米纤维介质层之间。这样的配置所采用的纳米纤维可以是：a)非常长，相对连续，灵活并容易弯曲，这些都服务于所有意图和目的，一维(即，直的)，相比于它们的宽度或直径具有明显的长度，B)短，很直。这些配置对过滤效率造成明显的挑战，例如薄，无弹性；限制流体流(例如，易受压降影响)；具有增加的表面载荷；降低了设计灵活性(例如，需要在纳米纤维结构的上游侧配置)；利用具有增加的材料(例如，褶状结构)的设计结构，具有以紧凑构造排列的倾向等等。因此，所描述的过滤装置和方法利用微米纤维作为支撑体附着较小直径的纳米纤维。纳米纤维可以是卷曲结构并具有离散的长度。例如，当这些具有离散长度的卷曲纳米纤维附着到微米纤维上时，它们相互之间缠结并且也牢固附着到微米纤维上或其周围，以形成一种改性的纤维。在一个实施方案中，经由微米纤维和纳米纤维之间的粘合实现纳米纤维到微米纤维上附着。在一个实施方案中，经由微米纤维和纳米纤维之间的静电电荷引力和/或范德华力的吸引力来实现纳米纤维到微米纤维的附着。在一个实施方案中，经由纳米纤维在微米纤维上和周围的机械缠结实现纳米纤维到微米纤维的附着。在一个实施方案中，经由纳米纤维和微米纤维之间使用粘附材料例如增粘剂的粘结实现纳米纤维到微米纤维的附着。众多这些改性纤维(例如，附着的纳米纤维和微米纤维)被组装成空气过滤介质。本文中所描述的改性纤维结构可被配置形成无数个微体积，其可能比仅由微米纤维形成的孔更小，并且可以维持开放的结构，如此抵抗压实。在一个实施方案中，卷曲的纳米纤维相对于支撑的微米纤维在空间中三维
地分布(例如，在上游和下游分布)，可以增加纤维的表面积和微体积。三维分布也抵抗过滤介质的特定部分的完全堵塞，使得一部分流体(例如，空气和/或其它气体)可以通过该过滤器。下面参考附图详细描述各实施例，这些附图通过说明的形式展示出一部分实施例，具体实施方式。这些实施例公开的足够详细，以使本领域技术人员能够实施公开内容。然而，实施例可以以许多不同的形式来实现，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施方式。因此，下面的详细说明，不被限制在仅由所附权利要求限定的本专利技术的公开范围。为了更好的交流和理解，以下定义适用于本专利技术：“纤维”是一种柔性、线状物，对于圆形纤维，其长度是横截面直径的至少100倍，或者对于非圆形纤维，长度是最大横截面尺寸的100倍。“卷曲”是当纤维在自然，放松，无拘束条件下表现自身时纤维的波浪(wavy)，弯曲(bent)，卷曲的(curled)，弯曲的(curved)，蛇形(coiled)，锯齿或的类似形状。图3提供一个卷曲的纳米纤维的图示。“卷曲长度”是在自然、放松和无拘束条件下测量纤维时，从纤维一端到同一纤维的另一端的直线长度。图3提供了一个卷曲纳米纤维的卷曲长度(D1)的图示。“拉直长度”是在足够的拉伸负荷下以消除纤维的卷曲这样受限的方式测量同一纤维的一端到另一端的长度。图4提供了纳米纤维的拉直长度(D2)的图示。“卷曲百分比”是纤维的“卷曲长度”与纤维“拉直长度”之比，以百分比表示。为了确定“卷曲百分比”，将纤维的“卷曲长度”除以纤维“拉直长度”并乘以100。“高膨松(loft)介质”是片状三维稳定化的纤维基体，以体积基准测量，其具有的空气比纤维固体明显更多；而且，其具有长度和宽度，以及垂直于由宽度和长度的测量所确定的平面的所测量的厚度；厚度远大于制备介质所用微米纤维的直径但小于五英寸，介质用于从流体流中除去气态，液态，或固态污染物。“微体积”是由本专利技术纳米纤维限定的三维空间。此外，纳米纤维同时随机在微体积上、内以及贯穿微体积形成微孔。具体实施方式图1中，示例性纤维结构或基质是由6旦的纤维制成的1/2英寸厚的高膨松垫。标记10指的是本专利技术的高膨松纤维结构，其中纳米纤维12附着并在较大的微米纤维14周围缠结。图1和图2的基本区别在于，与图1相比，图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维结构，具有上游侧和下游侧，包括：多个微米尺寸纤维，每个微米尺寸纤维包括直径为至少1微米的主体；以及附着到各个微米尺寸纤维主体上的多个离散长度的纳米纤维。

【技术特征摘要】
2015.04.17 US 14/689,5031.一种纤维结构，具有上游侧和下游侧，包括：多个微米尺寸纤维，每个微米尺寸纤维包括直径为至少1微米的主体；以及附着到各个微米尺寸纤维主体上的多个离散长度的纳米纤维。2.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述微米尺寸纤维的直径是约2微米至约1000微米。3.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个离散长度的纳米纤维具有约0.001微米至约2微米的直径。4.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个离散长度的纳米纤维自身缠结形成微体积。5.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个离散长度纳米纤维的至少一部分延伸进入到由多个微米尺寸纤维形成的至少一个微孔。6.根据权利要求5的纤维结构，其中，所述多个离散长度纳米纤维的至少一部分从多个微米尺寸纤维向外延伸进入到形成至少一个局部化的微体积的至少一个微孔。7.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个离散长度纳米纤维的分布从纤维结构的上游侧向下游侧增加。8.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个离散长度纳米纤维的直径从纤维结构的上游侧向下游侧减少。9.根据权利要求1的纤维结构，还包括在所述多个微米尺寸纤维和所述多个离散长度纳米纤维的一个或多个上的粘合剂。10.根据权利要求1的纤维结构，还包括附到所述多个微米尺寸纤维和所述多个离散长度纳米纤维的一个或多个上的一种或多种功能性纳米粒子。11.根据权利要求10的纤维结构，其中，所述一个或多个功能性纳米粒子包括活性炭和抗菌材料中的一种或多种。12.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个微米尺寸纤维和多个离散长度纳米纤维中的一个或多个包括静电材料。13.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个微米尺寸纤维和多个离散长度纳米纤维中的一个或多个包括疏水材料。14.根据权利要求1的纤维结构，其中，所述多个微米尺寸纤维和/或多个离散长度纳米纤维中的一个或多个包括亲水性材料。15.一种形成过滤介质的方法，包括：提供多个微米尺寸纤维，所述多个微米尺寸纤维中的各个限定了在微米尺寸纤维之间的至少一个微孔；通过下面...

【专利技术属性】
技术研发人员：KC·郭，A·瓦蒂内，S·B·贝耶尔，G·波斯皮萨尔，
申请(专利权)人：产品无限公司，LMS技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US