高性能应用的纳米纤维过滤介质制造技术

本文公开了一种复合过滤介质，其具有至少一个结合到基底层的纳米纤维层，所述至少一个纳米纤维层任选地具有多个纳米纤维，所述纳米纤维的几何平均直径小于或等于0.5μm，所述至少一个纳米纤维层厚度为约1‑100μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高性能应用的纳米纤维过滤介质相关专利申请的交叉引用本申请要求2016年4月18日提交、申请号为62/324,179的美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
本申请涉及用于内燃机等的过滤系统中的过滤介质。
技术介绍
在用于内燃机的过滤系统领域中，越来越需要过滤器在现场提供高微粒去除、低限制和长寿命。这对于发动机空气和柴油燃料过滤最为明显。为了满足这些竞争要求，需要改进过滤器设计和过滤介质。具体地，期望最大化可以包装在有限的过滤器体积中的介质表面积的量，同时最小化成本。这可以通过使介质更薄和/或使得介质的上游面纹理化来实现。两种方法都增加了可以包装在给定体积中用于污染物去除的介质表面积的相对量。然而，薄介质的挑战在于它依赖于表面过滤，这不能提供最佳的容尘量和过滤器寿命。
技术实现思路
新型过滤介质可以克服这些相互矛盾的设计约束和挑战，同时仍满足客户对现场微粒高去除、低限制和长寿命的要求。因此，一组实施方案涉及一种复合过滤介质，具有至少一个结合到基底层的纳米纤维层，所述至少一个纳米纤维层具有多个纳米纤维，所述纳米纤维的几何平均直径小于或等于0.5μm，所述至少一个纳米纤维层厚度约为1-100μm。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维具有大于1.4的纳米纤维直径的几何标准偏差。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维的几何平均直径为0.1-0.5μm，以及纳米纤维直径的几何标准偏差为1.5-2.0。在一些实施方案中，所述至少一个纳米纤维层的厚度在1-50μm的范围内。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维的纳米纤维基重在0.7g/m2至3g/m2的范围内。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维的纳米纤维基重在3g/m2至10g/m2的范围内。在一些实施方案中，所述至少一个纳米纤维层还包含面积当量直径大于1μm并覆盖1-25％的介质表面积的聚合物块。在一些实施方案中，所述聚合物块覆盖介质表面积的2-5％。在一些实施方案中，所述聚合物块结合在所述纳米纤维层内。在一些实施方案中，所述聚合物块位于所述至少一个纳米纤维层和所述基底层之间的界面处，以帮助将所述至少一个纳米纤维层固定到所述基底层。在一些实施方案中，所述聚合物块为所述多个纳米纤维提供锚定点并且为所述至少一个纳米纤维层产生三维表面。在一些实施方案中，所述聚合物块由与所述多个纳米纤维相同的聚合物制成。在一些实施方案中，所述聚合物块具有至少为所述至少一个纳米纤维层的厚度的直径，并为所述多个纳米纤维提供锚定点。在一些实施方案中，所述聚合物块的面积当量直径在5μm至130μm的范围内。在一些实施方案中，所述基底层包括具有大于1μm的几何平均纤维直径的粗纤维。在一些实施方案中，粗纤维包含纤维素、聚酯和聚酰胺中的至少一种。在一些实施方案中，所述至少一个纳米纤维层位于所述基底层的上游，并且其中所述复合过滤介质在所述至少一个纳米纤维层的上游没有附加层。在一些实施方案中，复合过滤介质是混合表面深度过滤器。在一些实施方案中，混合表面深度过滤器的厚度在4μm至25μm的范围内。在一些实施例中，混合表面深度过滤器的厚度在1μm至5μm的范围内。另一组实施方案涉及一种复合过滤介质，包括至少一个结合到基底层的纳米纤维层，所述至少一个纳米纤维层包含多个纳米纤维和多个聚合物块，所述纳米纤维的几何平均直径小于或等于0.5μm，所述多个聚合物块具有在5μm至130μm之间的面积当量直径。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维具有大于1.4的纳米纤维直径的几何标准偏差。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维的几何平均直径为0.1-0.5μm，多个聚合物块的面积当量直径在40μm至100μm之间。在一些实施方案中，所述至少一个纳米纤维层的厚度在1-50μm的范围内。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维的纳米纤维基重在0.7g/m2至3g/m2的范围内。在一些实施方案中，所述多个纳米纤维的纳米纤维基重在3g/m2至10g/m2的范围内。在一些实施方案中，所述多个聚合物块覆盖介质表面积的1-25％。在一些实施方案中，所述多个聚合物块覆盖介质表面积的2-5％。在一些实施方案中，所述多个聚合物块结合在至少一个所述纳米纤维层内。在一些实施方案中，所述多个聚合物质块位于所述至少一个纳米纤维层和所述基底层之间的界面处，以帮助将所述至少一个纳米纤维层固定到所述基底层。在一些实施方案中，所述多个聚合物块为所述多个纳米纤维提供锚定点并且为所述至少一个纳米纤维层产生三维表面。在一些实施方案中，所述多个聚合物块具有至少为所述至少一个纳米纤维层的厚度的直径，并为所述多个纳米纤维提供锚定点。在一些实施方案中，所述多个聚合物块由与所述多个纳米纤维相同的聚合物制成。在一些实施方案中，所述基底层包括具有大于1μm的几何平均纤维直径的粗纤维。在一些实施方案中，粗纤维包含纤维素、聚酯和聚酰胺中的至少一种。在一些实施方案中，所述至少一个纳米纤维层位于所述基底层的上游，并且其中所述复合过滤介质在所述至少一个纳米纤维层的上游没有附加层。在一些实施方案中，复合过滤介质是混合表面深度过滤器。在一些实施例中，混合表面深度过滤器的厚度在4μm至25μm的范围内。在一些实施例中，混合表面深度过滤器的厚度在1μm至5μm的范围内。另一组实施方案涉及一种复合过滤介质，包括至少一个粘合到基底层的纳米纤维层，所述至少一个纳米纤维层包括多个纳米纤维，所述纳米纤维具有0.7g/m2至10g/m2的纳米纤维基重，其中所述至少一个纳米纤维层的厚度在1-100μm的范围内，并且其中所述至少一个纳米纤维层的厚度与纳米纤维基重的函数之间存在线性关系。在一些实施方案中，所述至少一个纳米纤维层的厚度与所述纳米纤维基重的函数之间的线性关系被描述为y＝5.6221x-3.092，其中x＝所述纳米纤维基重，单位为g/m2和y＝至少一个纳米纤维层的厚度，单位为μm。另一组实施方案涉及一种用于从空气中除去微粒的方法，包括使空气在空气流动方向上通过本公开的复合过滤介质，使得纳米纤维层在基底层的上游。另一组实施方案涉及一种用于从液体中除去微粒的方法，包括使液体通过本专利技术的复合过滤介质。结合附图，通过以下详细描述，这些和其他特征以及其操作的组织和方式将变得明显。附图说明图1示出了纳米纤维复合过滤介质的示意图。图2示出代表性纳米纤维过滤介质的250倍SEM显微照片。(A)介质A，(B)介质B，(C)介质C，(D)介质D，(E)介质E，(F)介质F，(G)介质G，(H)介质H。图3示出代表性纳米纤维过滤介质的1000倍SEM显微照片。(A)介质A，(B)介质B，(C)介质C，(D)介质D，(E)介质E，(F)介质F，(G)介质G，(H)介质H。图4示出了从45°角观察的介质A、B、E和F的250倍的SEM显微照片。图5示出了从45°角观察的介质A、B、E和F的1000倍的SEM显微照片。图6示出了介质I、J和K的250倍和1000倍的SEM显微照片。图7示出绘制为介质A、B、C、D、E、F、G、H、I、J和K的纳米纤维基重的函数的纳米纤维层厚度。图8示出了介质A、E和F在0.3μm处的初始去除效率。图9示出了介质A、E、F和G的渗盐和过滤器寿命。图10示出了介质A、B、F和G的分数效率。图11示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合过滤介质，其特征在于，具有至少一个结合到基底层的纳米纤维层，所述至少一个纳米纤维层具有多个纳米纤维，所述纳米纤维的几何平均直径小于或等于0.5μm，所述至少一个纳米纤维层厚度约为1‑100μm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.18 US 62/324,1791.一种复合过滤介质，其特征在于，具有至少一个结合到基底层的纳米纤维层，所述至少一个纳米纤维层具有多个纳米纤维，所述纳米纤维的几何平均直径小于或等于0.5μm，所述至少一个纳米纤维层厚度约为1-100μm。2.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述多个纳米纤维具有大于1.4的纳米纤维直径的几何标准偏差。3.根据权利要求2所述的复合过滤介质，其特征在于，所述多个纳米纤维的几何平均直径为0.1-0.5μm，以及纳米纤维直径的几何标准偏差为1.5-2.0。4.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述至少一个纳米纤维层的厚度在1-50μm的范围内。5.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述多个纳米纤维的纳米纤维基重在0.7g/m2至3g/m2的范围内。6.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述多个纳米纤维的纳米纤维基重在3g/m2至10g/m2的范围内。7.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述至少一个纳米纤维层还包含面积当量直径大于1μm并覆盖1-25％的介质表面积的聚合物块。8.根据权利要求7所述的复合过滤介质，其特征在于，所述聚合物块覆盖介质表面积的2-5％。9.根据权利要求7所述的复合过滤介质，其特征在于，所述聚合物块结合在所述纳米纤维层内。10.根据权利要求9所述的复合过滤介质，其特征在于，所述聚合物块位于所述至少一个纳米纤维层和所述基底层之间的界面处，以帮助将所述至少一个纳米纤维层固定到所述基底层。11.根据权利要求7所述的复合过滤介质，其特征在于，所述聚合物块为所述多个纳米纤维提供锚定点并且为所述至少一个纳米纤维层产生三维表面。12.根据权利要求7所述的复合过滤介质，其特征在于，所述聚合物块由与所述多个纳米纤维相同的聚合物制成。13.根据权利要求7所述的复合过滤介质，其特征在于，所述聚合物块具有至少为所述至少一个纳米纤维层的厚度的直径，并为所述多个纳米纤维提供锚定点。14.根据权利要求7所述的复合过滤介质，其特征在于，所述聚合物块的面积当量直径在5μm至130μm的范围内。15.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述基底层包括具有大于1μm的几何平均纤维直径的粗纤维。16.根据权利要求15所述的复合过滤介质，其特征在于，所述粗纤维包括纤维素、聚酯、聚酰胺和玻璃中的至少一种。17.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述至少一个纳米纤维层在所述基底层的上游，并且其中所述复合过滤介质在所述至少一个纳米纤维层的上游没有附加层。18.根据权利要求1所述的复合过滤介质，其特征在于，所述复合过滤介质是混合表面深度过滤器。19.根据权利要求18所述的复合过滤介质，其特征在于，所述混合表面深度过滤器的纳米纤维层的厚度在4μm至25μm的范围内。20.根据权利要求18所述的复合过滤介质，其特征在于，所述混合表面深度过滤器的纳米纤维层的厚度在1μm至5μm的范围内。21.一种复合过滤介质，其特征在于，包括至少一个结合到基底层的纳米纤维层，至少一个所述纳米纤维层包含多个纳米纤维和多个聚合物块，所述纳米纤维的几何平均直径小于或等于0.5μm，所述聚合物块具有在5μm至130μm之间的面积当量直径。22.根据权利要求21所述的复合过滤介质，其特征在于，所述多个纳米纤维具有大于1.4的纳米纤维直径的几何标准偏差。23.根据权利要求21所述的复...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·A·詹尼克斯科，M·P·亚当斯，刘焕玲，H·德谢潘德，S·W·施瓦兹，B·M·弗尔德干，A·金姆，A·巴拉齐，N·谢弗，
申请(专利权)人：康明斯过滤IP公司，
类型：发明
国别省市：美国,US