纤维-纤维复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种纤维－纤维复合材料，其包括主要纤维和次要纤维，次要纤维具有低于所述主要纤维的软化点，以便当主要纤维和次要纤维的混合物湿法成网形成纸张状结构体并经历压力和高于所述次要纤维软化点的温度时，所述主要纤维和次要纤维形成平均孔径等于或小于约１微米且孔隙率大于约３５％和湿强度大于约０．０１３ｋｇ／ｍｍ的所述复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2003年11月7日提交的美国临时申请No.60/518266的优先权，和本申请是2002年11月1日提交的美国申请序列号No.10/286695的部分继续申请，其全文在此通过参考引入。本专利技术涉及含至少两类纤维(优选纳米纤维)的复合材料，其中一类纤维粘结另一类纤维，从而形成平均孔径小于约1微米的纤维-纤维复合材料结构体。专利技术概述本专利技术涉及一种复合材料平片介质，其包括主要纤维和与主要纤维混合的次要纤维，其中次要纤维具有低于主要纤维的软化点，以便当主要纤维和次要纤维的混合物湿法成网形成纸张状结构体并经历压力与高于次要纤维软化点的温度时，主要纤维和次要纤维形成平均孔径等于或小于约1微米且孔隙率大于约35％和湿强度大于约0.013kg/mm的复合材料。优选地，主要纤维或次要纤维由纳米纤维构成，其中纳米纤维包括玻璃、聚合物、再生纤维素纤维(lyocell)、纤维素、金属、陶瓷、矿物或其结合。优选地，主要纤维包括玻璃、聚合物、再生纤维素纤维、纤维素、金属、陶瓷、矿物或其结合。优选地，次要纤维包括热固性或热塑性聚合物。例如，次要纤维可包括聚烯烃、聚乙烯醇、丙烯腈类纤维(acrylic)或其结合。优选地，次要纤维的软化点比主要纤维的软化点低至少25℃。本专利技术的复合材料可具有等于或小于约0.75微米的平均孔径，等于或小于约8微米的泡点。本专利技术的复合材料可进一步包括微生物拦截提高剂。另一方面，本专利技术涉及一种过滤体系，其包括与平均孔径小于约1微米的高湿强度的纳米纤维复合材料结合的活性炭过滤介质，其中纳米纤维复合材料包括主要纤维和与主要纤维混合的次要纤维，其中次要纤维的软化点低于主要纤维，以便当主要纤维和次要纤维的混合物经历压力与高于次要纤维软化点的温度时，主要纤维凝聚成高湿强度的复合材料。优选地，活性炭过滤介质包括平均孔径大于约1微米的炭块，和其中该过滤体系可除去原生动物胞囊。或者，活性炭过滤介质可包括平片过滤介质，所述平片过滤介质在一个或多个基底之间具有单独或者结合其它活性试剂在其内固定的活性炭颗粒，或者所述平片过滤介质与纤维混合，导致在活性炭过滤介质内与纤维缠结或粘结。优选地，纳米纤维复合材料是平片过滤介质的一个或多个基底。此外，也可将活性炭过滤介质形成为螺旋缠绕或者皱褶的平片过滤元件。过滤体系可进一步包括粒状预滤器。优选地，纳米纤维复合材料可以是置于活性炭过滤介质上游的预滤器。活性炭过滤介质和纳米纤维复合材料之一或二者可进一步包括微生物拦截提高剂。再一方面，本专利技术涉及从污染的液体中除去微生物污染物的方法，该方法包括下述步骤提供过滤介质，所述过滤介质包括平均孔径等于或小于约1微米的纤维-纤维复合材料，其中由主要纤维和次要纤维的湿法成网混合物形成该复合材料，其中次要纤维具有低于主要纤维的软化点，以便当主要纤维和次要纤维的混合物经历压力与高于次要纤维软化点的温度时，主要纤维和次要纤维形成孔隙率大于约40％的纸张状结构体；使污染的液体与复合材料接触；并除去99.95％的平均粒度大于约3到约5微米的污染物。纤维-纤维复合材料可以是平片、螺旋缠绕或皱褶结构的用于过滤介质的预滤器。优选地，在提供过滤介质的步骤中，过滤介质进一步包括活性炭过滤介质。活性炭过滤介质可包括活性炭块，和其中纤维-纤维复合材料绕活性炭块缠绕、螺旋缠绕和嵌入到该活性炭块的芯中。活性炭过滤介质可包括平片介质，所述平片介质包括固定在基底上的活性炭颗粒。优选地，纤维-纤维复合材料是平片介质的基底。可以在活性炭过滤介质的上游添加粒状预滤器。可用微生物拦截提高剂处理过滤介质和/或纤维-纤维复合材料。优选实施方案的详细说明本专利技术的纤维-纤维复合材料包括主要纤维和次要纤维，其中主要纤维以大于次要纤维的用量存在。次要纤维以粘结剂形式存在，以便当加热次要纤维到至少其软化点并一直到(和包括)其熔点时，提供将主要纤维凝聚成复合结构体的粘合力。本专利技术的纤维-纤维复合材料可单独和结合常规的过滤介质(例如活性炭过滤介质)用作过滤介质。本专利技术的纤维-纤维复合材料的致密的孔结构通过吸附或扩散拦截，提供从流体到复合材料表面的短的扩散距离，使之成为优良的流体过滤介质。预处理或后处理纤维-纤维复合材料可赋予例如亲水性、疏水性、抗微生物活性和静电荷之类的性能。为了速度和效率，可优选使用湿法成网造纸工艺，来形成一体化纸张。纤维-纤维复合材料的平均孔径小于或等于约1微米，和优选小于或等于约0.75微米，更优选小于或等于约0.5微米，且可低至0.2微米。复合材料的泡点(最大孔径)为约2.0-约8.0微米，但也可小于约2.0微米。复合材料的致密的孔结构提供大于约99.95％的粒度小于约5微米的颗粒的下降，同时具有极大的污物保留能力。纤维-纤维复合材料的厚度为约0.05-约0.3毫米。纤维-纤维复合材料的湿强度优选是干强度值的约10-约30％，或者是大于约0.013kg/mm。在纤维-纤维复合材料内的纤维本专利技术的纤维-纤维复合材料包括主要纤维和次要纤维。次要纤维优选提供将主要纤维凝聚成复合结构体(优选平片、纸张状结构体)的粘合力。可通过加热和/或适中的压力提供凝聚主要纤维所需的粘合力。当平均纤维直径下降时，纤维-纤维复合材料的孔径下降。通过辊压来压缩复合材料将降低复合材料的孔隙率并压缩纤维，以进一步降低孔径。主要纤维一类或多类纤维可作为主要纤维存在。制造本专利技术的一体化纸张可用的主要纤维是可原纤化成纳米纤维的任何纤维，其软化点比次要纤维大至少约25℃，以便一旦在热或压力下，主要纤维不熔融并缠结复合材料的孔结构。纤维优选包括能被原纤化的有机聚合物纤维。原纤化纤维因其特别细的尺寸和潜在地低的成本导致是最优选的。这种原纤化纤维包括但不限于聚合物，例如聚酰胺、丙烯腈类纤维、丙烯腈；液晶聚合物，例如VECTRAN和ZYLON等；离子交换树脂；工程树脂；纤维素；人造丝；苧麻；羊毛；丝；玻璃；金属；陶瓷；其它纤维材料；或其结合。有机和无机纤维和/或晶须的结合可加以考虑且在本专利技术的范围内，而不管其是否原纤化。例如，可一起使用玻璃、陶瓷或金属纤维和聚合物纤维。玻璃或金属纤维可给一体化纸张提供额外的湿强度。在最优选的实施方案中，使用原纤化的再生纤维素纤维，这是因为它特别细的尺寸和潜在地低的成本。可通过在有机溶剂例如胺氧化物中直接溶解木浆并纺丝，从而制造可原纤化的纤维素纤维，并被称为再生纤维素纤维(lyocell)。再生纤维素纤维的优点是以始终一致均匀的方式生产，从而得到可再现的结果，而对于例如天然纤维素纤维来说，不可能是这种情况。此外，再生纤维素的原纤维常常卷曲。这种卷曲提供显著量的纤维缠结。作为附加的优点，可使用适中投资的成本，大量地生产原纤化的再生纤维素纤维。要理解，可原纤化除了纤维素以外的纤维，以生产极细的原纤维，例如合成纤维，尤其是丙烯腈系纤维或聚丙烯腈(PAN)纤维或其它纤维素材料。当通过湿法成网方法由诸如纤维素或聚合物纤维之类的纤维生产时，这种纳米纤维的加拿大标准打浆度应当小于或等于约100，优选小于或等于约45，和最优选小于或等于约0。然而，应当意识到，在一些情况下，加拿大标准打浆度不是纤维尺寸的理想测量措施，例如，在极其硬挺的纤维(例如由液晶聚合物，例如VECTRAN，生产的那些)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料平片介质，其包括：　　　　主要纤维；和　　　　与所述主要纤维共混的次要纤维，其中所述次要纤维具有低于所述主要纤维的软化点，以便当主要纤维和次要纤维的混合物湿法成网形成纸张状结构体并经历压力和高于所述次要纤维软化点的温度时，所述主要纤维和次要纤维形成平均孔径等于或小于约１微米且孔隙率大于约３５％和湿强度大于约０．０１３ｋｇ／ｍｍ的所述复合材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：EE科斯洛，
申请(专利权)人：科斯洛技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]