带有双模态单层单组分介质的褶皱过滤器制造技术

本发明专利技术的褶皱过滤器由单组分单层非织造幅材制成，所述单组分单层非织造幅材包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数／纤维尺寸混合物。在所述非织造幅材中形成数行褶皱，将所述褶皱的幅材切成所需的尺寸和形状以形成包含自支承多孔单组分单层纤维基质的滤芯，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，所述滤芯在１．５２米／秒的面速度下具有至少１５％的平均初始亚微米效率。所述滤芯无需在过滤介质层中具有硬化层、双组份纤维或其它增强措施便具有抗变形能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及褶皱过滤器。
技术介绍
熔喷非织造纤维幅材常用于多种目的，包括过滤(例如，平幅材和褶皱过滤器)、绝缘、填充和纺织替代品。与非织造幅材或其制造有关的专利或专利申请包括美国专利Nos.3,981,650(Page)、4,100,324(Anderson)、4,118,531(Hauser)、4,818,464(Lau)、4,931,355(Radwanski等人)、4,988,560(Meyer等人)、5,227,107(Dickenson等人)、5,273,565(Milligan等人)、5,382,400(Pike等人′400)、5,679,042(Varona)、5,679,379(Fabbricante等人)、5,695,376(Datta等人)、5,707,468(Arnold等人)、5,721,180(Pike等人′180)、5,877,098(Tanaka等人)、5,902,540(Kwok)、5,904,298(Kwok等人)、5,993,543(Bodaghi等人)、6,176,955 B1(Haynes等人)、6,183,670 B1(Torobin等人)、6,230,901 B1(Ogata等人)、6,319,865 B1(Mikami)、6,607,624 B2(Berrigan等人′624)、6,667,254 B1(Thompson等人)、6,858,297 B1(Shah等人)和6,916,752 B2(Berrigan等人′752)；欧洲专利No.EP 0 322 136 B1(明尼苏达矿业及制造公司(Minnesota Mining and Manufacturing Co.))；日本已公布的专利申请Nos.JP 2001-049560(日产汽车株式会社(Nissan Motor Co.Ltd.))、JP2002-180331(窒素株式会社(Chisso Corp.)‘331)和JP 2002-348737(窒素株式会社‘737)；以及美国专利申请公开No.US2004/0097155 A1(Olson等人)。与褶皱过滤器有关的专利或专利申请包括美国专利Nos.4,547,950(Thompson)、5,240,479(Bachinski)、5,709,735(Midkiff等人)、5,820,645(Murphy，Jr.)、6,165,244(Choi)、6,521,011 B1(Sundet等人′011)、6,740,137B2(Kubokawa等人)、和D449,100 S(Sundet等人′100)，以及美国专利申请公开Nos.US 2003/0089090 A1(Sundet等人′090)、-->US 2003/0089091 A1(Sundet等人′091)和US2005/0217226 A1(Sundet等人‘226)。
技术实现思路
褶皱过滤器的现有制造方法通常涉及一些对幅材或过滤器特性的损害。例如，当期望使用包含驻极体带电纤维的高效过滤器时，一种办法是形成采用带静电的熔喷幅材为主要过滤介质的多层过滤器。熔喷纤维通常是分子非取向或弱取向的，它们通常不够刚性和强效，本身无法提供既具有高效率又具有足够强度的单层过滤介质。例如，强度不足可表现为转换加工过程中的损坏或在高流体流条件下的使用过程中的褶皱变形或褶皱伸缩。为了保护过滤介质和强化过滤器的整体构造，可以给过滤介质增设一个或多个附加层。在这种多层过滤器中可使用的附加层包括人造短纤维幅材、熔纺幅材、稀松布(例如，玻璃纤维或短切纤维垫)和丝网。制造多层过滤器使过滤器产品产生了附加的成本和复杂性。支承层会在无助于效率的情况下增加压降。多层的使用可以使废旧过滤器的回收利用变得困难或不现实。单层褶皱过滤器产品已用于某些应用当中。例如，已经用金伯利克拉克公司(Kimberley Clark)的单层ACCUAIRTM双组分熔纺介质制成住宅炉用过滤器。ACCUAIR介质的刚性不足以用作单层褶皱暖通空调过滤器，这种过滤器旨在经受商业或工业应用中可能会上升的典型流速或压力。上述Sundet等人的‘226专利申请描述了褶皱炉用过滤器，由单层熔喷纤维(例如，聚丙烯、聚酯或尼龙纤维)制成，大部分熔喷纤维与褶皱行的方向成90°±20°对齐。玻璃纤维过滤介质也有被用作单层褶皱过滤器，但玻璃纤维不带电，可能会有很高的压降，使玻璃纤维脱落，可能难以形成某些形状。我们现在已经发现可形成褶皱过滤器的单组分单层幅材，所述褶皱过滤器具有褶皱成形性、褶皱时的刚性、低压降和高效粒子捕集的可用组合。-->本专利技术在一个方面提供制备褶皱过滤器的方法，所述方法包括：a)形成单组分单层非织造幅材，所述单组分单层非织造幅材包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物，所述幅材具有至少100mg的格利刚度，b)在非织造幅材中形成数行褶皱，以及c)将褶皱幅材切成所需的尺寸和形状以形成包括自支承多孔单组分单层纤维基质的褶皱滤芯，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，以及在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亚微米效率。本专利技术在另一方面提供包括自支承单组分单层基质的褶皱过滤器，所述单组分单层基质包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸的混合物，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，所述基质形成数行折叠或波状褶皱，并在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亚微米效率。本专利技术所公开的褶皱过滤器具有多个有益和独特的性质。例如，可以制备只由单层构成的褶皱过滤器成品，但包含较大与较小尺寸纤维的混合物，扩大了过滤能力，增大了纤维表面积。这种褶皱过滤器提供了显著的效率，-通过排除层压过程及设备以及通过减少中间材料的数目降低产品的复杂性并减少浪费。通过使用幅材直接成形制造设备，其中纤维形成的聚合材料在一种基本直接操作中转化成幅材，可以相当经济地制备本专利技术所公开的幅材和基质。另外，如果基质纤维全部具有相同的聚合物组合物，不使用外来的粘结材料，则基质可以充分地回收利用。在一些本专利技术所公开的实施例中，通过包括尺寸非常小的微纤维，-->本专利技术所公开的幅材及基质被赋予增大的纤维表面积，具有诸如过滤性能改善的有益效果。通过使用较大与较小尺寸的纤维，能够使过滤及褶皱性质适应特定的用途。并且与通常作为微纤维幅材的特征性的<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备褶皱过滤器的方法，所述方法包括：　ａ）形成单组分单层非织造幅材，所述单组分单层非织造幅材包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数／纤维尺寸混合物，所述幅材具有至少１００ｍｇ的格利刚度 ，　ｂ）在所述非织造幅材中形成数行褶皱，以及　ｃ）将所述褶皱的幅材切成所需的尺寸和形状以形成包括多孔单组分单层纤维基质的自支承褶皱滤芯，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，以及在１．５２米／秒的面速度下具有至少１５％的平均初 始亚微米效率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-7-31 11/461,3071.一种制备褶皱过滤器的方法，所述方法包括：
a)形成单组分单层非织造幅材，所述单组分单层非织造幅材包
含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤
维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物，所述幅材具有至少100mg
的格利刚度，
b)在所述非织造幅材中形成数行褶皱，以及
c)将所述褶皱的幅材切成所需的尺寸和形状以形成包括多孔单
组分单层纤维基质的自支承褶皱滤芯，所述纤维在至少一些纤维交叉
点处彼此粘结，以及在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始
亚微米效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中质量分数与以μm表示的纤
维尺寸之间关系的柱状图呈现约10至约50μm的较大尺寸纤维模态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中质量分数与以μm表示的纤
维尺寸之间关系的柱状图呈现约10至约40μm的较大尺寸纤维模态。
4.根据权利要求1所述的方法，其中质量分数与以μm表示的纤
维尺寸之间关系的柱状图呈现约1至约5μm的较小尺寸纤维模态和约
12至约30μm的较大尺寸纤维模态。
5.根据权利要求1所述的方法，其中纤维支数(频率)与以μm表
示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现至少两种模态，其相应的纤维尺
寸相差至少50％的所述较小纤维尺寸。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述较大尺寸纤维具有约10
至约60μm的尺寸，所述较小尺寸纤维具有约0.5至约20μm的尺寸。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述较大尺寸纤维具有约20
至约50μm的尺寸，所述较小尺寸纤维具有约0.5至约10μm的尺寸。
8.根据权利要求1所述的方法，其中较小尺寸纤维数与每一较大
尺寸纤维的比率为6∶1或更大。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述较小尺寸纤维形成所述
幅材至少20％的纤维表面积。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述较小尺寸纤维形成所
述幅材至少40％的纤维表面积。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有约8至约40μm
的有效纤维直径。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有约65至约250
克/平方米的基重。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有至少约200mg
的格利刚度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有至少约300mg
的格利刚度。
15.根据权利要求1所述的方法，其包括熔纺较大和较小尺寸的
纤维。
16.根据权利要求1所述的方法，其包括熔纺较大尺寸的纤维和
熔喷较小尺寸的纤维。
17.根据权利要求1所述的方法，其包括熔喷所述较大和较小尺
寸的纤维。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物为聚丙烯。
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【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁R福克斯，约翰D施泰尔特，赛义德A安哥德吉旺德，蒂莫西J林德奎斯特，约翰M布兰德纳，詹姆斯E斯普林基特，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]