过滤器，过滤介质及其制造方法技术

一种复合过滤介质（１０）包括由非织造多孔合成材料、纤维素或它们的组合制成的一褶皱衬底（１２）。所述过滤介质还包括一固定或粘结到衬底上的整体熔融纺丝纳米纤维层（３０）。至少约８５％的细纤维的直径小于１０００纳米。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种过滤介质，更具体地涉及一种用于可再生过滤应用中的过滤介质和过滤器。
技术介绍
许多种类的聚合物和不同尺寸的纤维一般被用来制造过滤介质。至少一种已知的过滤介质生产者在普通的纸质过滤介质的表面上使用纳米纤维来提高其性能。这些纳米纤维的直径一般都小于1000纳米或者1.0微米。纳米技术，也就是制作非常细的纤维的技术，已为人所知并且应用了多年了。例如，一般用一种静电纺纱工艺来制造纳米纤维。尺寸大于一微米的纤维，大部分的，尺寸大于10微米的纤维，最经常应用在产业的可再生的过滤应用中。除了静电纺纱，制造过滤用的直径小于10微米(一般4-8微米)细纤维唯一常用的方法是“熔融喷丝”。尽管熔融喷丝的费用已经相当低廉了，由熔融喷丝纳米尺寸纤维制造的过滤介质仍然没有完全商业化。因此，静电纺纱仍然是生产用于过滤的极细纤维的唯一已知方法。然而，静电纺纱技术的高昂成本已经成为这项技术在过滤领域被更广泛认可的障碍。然而，至少一种已知的过滤介质，包括一种独立的，标准褶皱纤维素基的过滤纸(大约每3,000ft2，70至85lb或者每278.7sq.m.，31.75至38.56kg.)，一种褶皱合成过滤纸，和/或一种标准褶皱纤维素基过滤纸(大约每3,000ft270至85lb.或者每278.7m231.75至38.56kg.)，该过滤纸组合有一种带静电合成熔化层(5-15g/m2纤维层，平均纤维尺寸大概是4到8微米)。然而，在重要的精密过滤领域已知的过滤介质被限制应用，在这些领域中，过滤介质暴露在清洁气流的反向脉冲下以获得较好的性能和寿命。例如，当一灰尘块形成并嵌入到介质的孔隙或深层里时，这样的过滤介质实质上就是在进行深度过滤。特别地，当熔融喷丝介质使用表面过滤技术时，赋予过滤介质高的过滤效率和性能的静电压力在清洁时限制了灰尘块的去除。结果，灰尘块可能会导致跨过采用这种过虑介质的过滤装置的不希望的压降。至少另一种已知的过滤构造包括穿过纤维素基褶皱滤纸的表面的合成细纤维层。所述细纤维层由静电纺纱工艺制成，将大约100纳米到最大500纳米这样的纳米尺寸纤维涂敷到纤维素或者合成衬底的一个表面上。所涂敷的纳米纤维非常细并且具有相对较小的表面空隙结构和轻的重量(一般小于1.0g/m2)。在应用中，一个灰尘块在涂敷的纳米纤维的表面形成，而不是渗入到已知的滤纸或合成衬底的深度或大孔中。然而，这样的纳米纤维过滤器的易碎性通常限制了他们在可再生过滤领域中的应用。此外，采用纳米尺寸纤维和其他非织造介质制造过滤介质的缺点是使用已知工艺生产的每单位时间细纤维的数量较低。
技术实现思路
一方面，提供了一种复合过滤介质，包括由非织造多孔合成材料、纤维素或它们的组合制成的褶皱衬底。所述过滤介质还包括固定或粘结到衬底上的散装熔融纺丝纳米纤维层。至少约85％的细纤维的直径小于1000纳米。另一方面，提供一种过滤装置，其包括具有入口和出口的过滤器壳体。所述过滤装置还包括装在滤筒中的打褶过滤介质，布置在内网和外网之间。所述过滤介质具有衬底，其包括非织造多孔合成材料，纤维素或它们的组合。所述过滤介质还包括固定或粘结在所述衬底上的熔融纺丝细纤维层。至少约85％的细纤维的直径小于1000纳米。所述过滤器被构造成使得从入口进入的气体在离开出口之前必须通过打褶的过滤介质。附图说明图1是示范过滤介质结构的侧面剖视图；图2说明制造本专利技术的过滤介质的结构的示范性过程；图3是说明纳米纤维样本尺寸的显微照片；图4是示例性地显示纳米纤维层的侧面剖视图的显微照片；图5是示例性地显示过滤器结构的切角透视图；图6示例性的显示了壳体被去掉后的过滤器结构；图7是一个用扫描电子显微镜拍摄的截面显微照片，显示了当灰尘嵌入到滤纸的空隙结构中时，现有技术80/20滤纸介质上的一个灰尘块；以及图8是一个用扫描电子显微镜拍摄的截面显微照片，显示了本专利技术提供的配置，灰尘块保留在纳米纤维层的表面，因此没有嵌入到衬底空隙结构中。具体实施例方式应该注意到，本专利技术的结构提供了一种经济的过滤介质及由其制成的过滤器，以及这个过滤器和过滤介质，促进有效表面过滤并且可以在应用过程中不会过早失效或极度高压降地进行有效清洁。此外，在这里描述的熔融纺丝工艺不需要那些会带来环境和安全问题的溶剂，不通过利用介质的静电充入来获得高效的过滤性能。本专利技术的一些结构利用了一种已知的、例如在美国专利号4536361，6183670和/或6315806(″Torobin工艺″)中描述的步骤来制造非常细的纤维。这些纤维然后应用到织物或纸张等具备特别选择特性的衬底上，衬底和纤维然后被轧光(CALENDARED)或热致密化以制造一种非常经济的、可与静电纺纱媲美的过滤介质，但是具有增强耐用性和气流性能并且工作压力下降较少的优势。所述“Torobin”工艺通过在织物或纸(或其他适当的过滤介质)上布置纤维以便于提高过滤介质的性能，并且通过使用轧光或热致密化步骤加固纤维以使得过滤介质和纤维更加耐用。非常细的纤维因而以生产速度大量生产，然后应用于过滤支撑介质的一个表面上。这种纤维促进提高该过滤介质的性能，该工序又促进提高了这些纤维的耐用性。本专利技术提供了过滤器的耐用性，使得它们广泛适合于可再生过滤器，所述过滤器易清洁并且可持续使用。当过滤器的压差数值达到特定水平的时候，通过在过滤器上施加反向脉动来进行或完成清洁。在一些配置中使压力降易于尽可能多地下降，并且附着在过滤器表面的灰尘可以被清除掉而不必与灰尘一起释放纳米纤维。在一些配置中，特别地，参照图1，复合双层过滤介质10包括褶皱纤维素基的滤纸衬底12和极细纤维层14，纤维层14使用了通过散装纳米纤维熔融纺丝工序制成的纳米尺寸纤维。(这里用的，纳米尺寸纤维是直径小于大约1.0微米或者1000纳米的纤维。)过滤介质10提供改善功能特性和比应用在不同工业过滤领域中的已知可比的和现有的产品更好的商业优点。在一些配置中，介质10打褶并安装入滤筒中供工业应用，例如燃气轮机进口滤清器、激光切割、细粉末涂敷应用等等。更特别地，本专利技术的一些实施例包含复合过滤介质10，所述复合过滤介质10包括具有已知过滤效率的褶皱纤维素滤纸衬底12，一种已知的气流容量具有(主要地或单独地)由纳米尺寸纤维敷在纸板的表面而形成的极细层14。一些配置提供了打褶的复合过滤介质10，一些配置提供了安装入滤筒中的打褶的复合过滤介质。这些滤筒在燃气涡轮机、激光切割仪器、和其它的不同的工业过滤应用中是很有用的。这些过滤器特别适合下述应用中过滤器暴露于生产过程中的反向空气脉冲清洁循环。在本专利技术的一些配置中，特别地参照图2，极细纤维层14以高的生产速度直接地敷于褶皱纤维素衬底12，例如，在衬底12的供给辊20和过滤介质10的卷取辊22之间。衬底12在一些配置中被褶皱，但并不是在所有的配置中。熔融纺丝器24，类似于在2001年11月13日授予TOROBIN等人的美国专利号码6,315,806中描述的那样，利用通过导管28供给的熔融聚合物流体和通过导管26供给的纤维化气流，涂敷熔融喷出的纤维30于介质10上。敷在层14上的纳米纤维30然后经过热机械加工过程进行致密化，诸如轧光和/或热层压，例如经由滚子32和34。这些致密化固定或粘合细纤维30到支撑衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合过滤介质（１０），包括：衬底（１２），包括选自非织造多孔合成材料、纤维素或它们的组合的材料；和一层散装熔融纺丝纳米纤维（３０），其接合到所述衬底上，其中至少约８５％的纳米纤维的直径小于１０００纳米。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A史密思斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]