CN101080262A

CN101080262A - 过滤材料

Info

Publication number: CN101080262A
Application number: CNA2006800011014A
Authority: CN
Inventors: 久米浩司; 佐南容久; 香川城治; 條健夫
Original assignee: Toyota Boshoku Corp; Awa Paper Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Toyota Boshoku Corp; Awa Paper Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2007-11-28
Also published as: DE602006010862D1; US20090077938A1; WO2007001072A3; EP1896156B1; JP4782489B2; JP2007000850A; EP1896156A2; WO2007001072A2

Abstract

一种过滤材料，由10～30％质量比的作为第一纤维的纤维直径为10～40μm的天然纤维、40～80％质量比的通过将纤维直径为10～40μm的天然纤维进行卷曲得到的第二纤维、和10～30％质量比的纤维直径为5～10μm的第三纤维混合制成。所述过滤材料具有低压力损失、高容尘量、和高滤尘效率。

Description

过滤材料

技术领域

本发明涉及一种过滤材料，例如用于发动机空气过滤器的过滤材料。

背景技术

空气过滤器通常需要在三个方面具有高性能，即，所述过滤材料要求具有低压力损失、高容尘量、和高滤尘效率。为了使过滤材料具有低压力损失，该过滤材料必须具有高空间比。增加空间比的有效方法是采用粗纤维并增加过滤材料的膨松度。为使过滤材料具有高容尘量，有效的方法是使过滤材料的膨松度增加到适宜水平。高容尘量会延长产品寿命。为使过滤材料具有高滤尘效率，有效的方法是采用细纤维并增加单位体积的纤维填充率或降低纤维间隙。

然而，在增加过滤材料的膨松度以降低压力损失或增加容尘量时，会使滤尘效率降低。另一方面，当滤尘效率提高时，空气就不易流过过滤材料从而增加该过滤材料的压力损失。在这种情况下，过滤材料可能在初始阶段就会阻塞并降低过滤材料的容尘量。为了使过滤材料具有高性能，在对用于过滤材料的纤维的厚度等进行选择的时候，必须对过滤材料的上述相互矛盾的三个方面进行平衡。

例如，出于类似的观点，日本专利公开2004-237297和5-49825提出了现有过滤材料。日本专利公开2004-237297中描述的所述过滤材料由疏油性纤维和天然纤维以预定的比例混合而成。对这种过滤材料打褶以形成脊、沟和斜面。该褶裥结构促使渗入的油向所述脊和沟运动，并让斜面变干燥以提高对诸如碳尘之类的微尘捕获效率。

日本专利公开5-49825中描述的过滤器组件具有多层结构，包括两个或多个层，所述层具有直径不同的孔。上游层的最大孔径为30至150μm、平均孔径为20至60μm。下游层的最大孔径为10至35μm、平均孔径为5至20μm。所述下游层由卷曲纤维和胶粘纤维组成，所述卷曲纤维具有不规则横截面。例如，用湿式造纸法对这些层进行碾压并使其成为整体。这种结构使得所述过滤器组件表现出低压力损失、高容尘量、和高滤尘效率。

发明内容

但是，现有过滤材料有缺点。更具体地，日本专利公开2004-237297中描述的结构没有考虑到纤维直径和天然纤维与疏油性纤维的混合比。因此，所述过滤材料在低压力损失、高容尘量、和高滤尘效率这几个方面表现不平衡。

日本专利公开5-49825中描述的结构的缺陷在于难以设定层的孔径。此外，所述结构需要对具有两个或多个层的多层结构中的层整个进行层压和整合，操作比较麻烦。这使过滤材料的制造装置变得复杂。而且，所述多层结构增加了过滤材料的厚度。这种厚的过滤材料在安装到如滤清器壳体等过滤装置时可能会有问题。

本发明的目标是提供一种过滤材料，该过滤材料结构简单、易于制造并且在低压力损失、高容尘量、和高滤尘效率等方面具有高性能。

为实现上述目标，本发明的第一方面提供了一种由作为第一纤维的纤维直径为10～40μm的天然纤维、作为第二纤维的纤维直径为10～40μm的卷曲天然纤维、和纤维直径为5～10μm的第三纤维混合制成的过滤材料。所述第一至第三纤维以分别为10～30％、40～80％、和10～30％的质量混合比相混合。

本发明的第一方面将三种纤维混合制造过滤材料，所述过滤材料为单层结构。因此，所述过滤材料的结构简单、易于制造。还有，具有大直径的所述第一纤维和所述第二纤维作为主要材料使用，并且第二纤维是卷曲的。这增加了过滤材料的膨松度并实现低压力损失和高容尘量。还有，小直径的第三纤维以10～30％的质量混合比混合。这样在实现高滤尘效率的同时保持了低压力损失和高容尘量。

优选地，所述第一纤维和第二纤维各自由软木浆纤维和硬木浆纤维中的至少一种形成。

优选地，所述第三纤维由热塑性聚合物合成纤维形成。

优选地，所述第二纤维包括93～65％质量比的软木浆纤维和7～35％质量比的硬木浆纤维。

优选地，所述软木浆纤维的纤维直径为30～40μm，所述硬木浆纤维的纤维直径为10～20μm。

通过下面结合附图的说明，以举例方式阐述本发明原理，将使本发明的其它方面和优点变得清楚。

附图说明

通过参考下述对当前优选实施方式和附图的说明，可以最好地理解本发明及其目的和优点。附图中：

图1为曲线图，示出了第一纤维混合比和过滤材料厚度之间的关系；

图2为曲线图，示出了第一纤维混合比和过滤材料的压力损失之间的关系；

图3为曲线图，示出了第一纤维混合比和过滤材料的滤尘效率之间的关系；

图4为曲线图，示出了第一纤维混合比和过滤材料的容尘量之间的关系；

图5为曲线图，示出了第二纤维混合比和过滤材料的厚度；

图6为曲线图，示出了第二纤维混合比和过滤材料的压力损失之间的关系；

图7为曲线图，示出了第二纤维混合比和过滤材料的滤尘效率之间的关系；

图8为曲线图，示出了第二纤维混合比和过滤材料容尘量之间的关系；

图9为曲线图，示出了第三纤维混合比和过滤材料厚度之间的关系；

图10为曲线图，示出了第三纤维混合比和过滤材料的压力损失之间的关系；

图11为曲线图，示出了第三纤维混合比和过滤材料的滤尘效率之间的关系；

图12为曲线图，示出了第三纤维混合比和过滤材料的容尘量之间的关系。

具体实施方式

现参考附图说明本发明的优选实施方式。

优选实施方式的过滤材料具有单层结构，并由第一纤维、第二纤维、和第三纤维混合制成。所述第一纤维为具有大纤维直径的天然纤维。所述第二纤维由纤维直径与用于所述第一纤维的天然纤维相同的天然纤维卷曲得到。所述第三纤维为合成树脂纤维，该合成树脂纤维由具有小纤维直径的热塑性聚合物形成。所述第一纤维由软木浆纤维形成。所述第二纤维通过对软木浆纤维和硬木浆纤维进行丝光处理，即用碱性溶液对纤维作化学处理得到。丝光处理使所述纤维扭曲或卷曲从而使所述第二纤维变得具有大纤维直径。

用作第一纤维的软木浆纤维的纤维直径在10～40μm的范围内。在优选实施方式中，所述纤维直径的值的表示符合纤维的正态分布。这同样适用于本说明书后文提到的纤维直径的值。当纤维的横截面不是圆形时，用该纤维的最大宽度表示纤维直径。第一纤维在全部过滤材料中的质量混合比设定在10～30％的范围内。如果在不改变第一纤维的混合比的情况下将第一纤维的纤维直径设为小于10μm，第一纤维的总纤维长度将增加。这会将过滤材料内的空间细微地分隔成窄的纤维间隙。结果，所述过滤材料将变得容易阻塞并且不会表现出低压力损失和高容尘量。另一方面，如果第一纤维的纤维直径设为大于40μm，第一纤维的总长度就减少。这将会在过滤材料中形成过大的纤维间隙。结果，所述过滤材料就不会有高滤尘效率。

在保持第二纤维和第三纤维的混合比固定的同时，改变全部过滤材料中第一纤维的混合比。在这种情况下，考察过滤材料的厚度、压力损失、滤尘效率、和容尘量的变化。图1至图4示出了该结果。过滤材料的厚度表示过滤材料的膨松度。如图1所示，随第一纤维的混合比升高，过滤材料的厚度趋增。然而，随着第一纤维的质量混合比超过约30％，厚度的增加比率减低。这表示当第一纤维的质量混合比超过约30％时，由于第一纤维的重量，导致过滤材料的膨松度下降。因此，过滤材料中的空间的增加比率下降。还有，如图2所示，随着第一纤维的混合比升高，压力损失趋增。这是因为随着第一纤维的混合比升高对流经过滤材料的空气的阻力增加。特别地，当第一纤维的质量混合比超过约30％时，压力损失增加趋势加快。

还有，如图3所示，随着第一纤维的混合比升高，滤尘效率在一定程度上升高。然而，当第一纤维的质量混合比超过约30％时，由于第三纤维的混合比相对减少，滤尘效率的增加比率下降。更具体地，因为第三纤维的纤维直径小，当第三纤维的混合比下降时滤尘效率下降。

如图4所示，表示产品寿命的容尘量在第一纤维的质量混合比达到约30％前一直升高，但随着第一纤维的质量混合比超过约30％开始下降。这是因为图3所示的滤尘效率的升高导致过滤材料容易阻塞并且降低容尘量。结果，当第一纤维的质量混合比超过约30％时过滤材料的产品寿命缩短。

当第一纤维的质量混合比设为小于10％，纤维直径小的第三纤维的混合比相对增加。从压力损失和滤尘效率这些方面看是不希望出现这种情况的。

这些结果表明第一纤维的质量混合比最好设定在10～30％的范围内。

用作第二纤维的软木浆纤维的纤维直径在30～40μm范围内。用作第二纤维的硬木浆纤维的纤维直径在10～20μm范围内。因此，第二纤维的纤维直径的范围为10～40μm。卷曲的第二纤维互相形成大的间隙。结果，第二纤维有利于增加过滤材料的膨松度。第二纤维的质量混合比的范围为40～80％。第二纤维由占全部第二纤维93～65％质量比的软木浆纤维和占全部第二纤维7～35％质量比的硬木浆纤维形成。如果第二纤维的混合比不变，而将第二纤维的纤维直径设为小于10μm，第二纤维的总纤维长度将增加。这将把过滤材料中的空间细微地分隔开，并对低压力损失和高容尘量这些方面有不利影响。如果将第二纤维的纤维直径设为大于40μm，第二纤维的总长度将下降。这会使过滤材料中的间隙变大并对高滤尘效率方面产生不利影响。

在保持第一纤维和第三纤维的混合比固定的同时，改变整个过滤材料中第二纤维的混合比。在这种情况下，考察过滤材料的厚度、压力损失、滤尘效率、和容尘量的变化。图5至图8示出了该结果。第二纤维与第一纤维的不同在于，过滤材料的厚度、压力损失、滤尘效率、和容尘量都随所述第二纤维混合比的改变而成比例变化。这是因为第二纤维主要决定过滤材料的膨松度而对过滤材料的滤尘效率和容尘量的影响不大。

第三纤维由诸如聚酯纤维之类的热塑性纤维形成，且纤维直径的范围为5～10μm。整个过滤材料中第三纤维的质量混合比的范围为10～30％。如果第三纤维的混合比不变而将第三纤维的纤维直径设为小于5μm，第三纤维的总长度将增加。这就会把过滤材料中的空间细微地分隔开，并对低压力损失和高容尘量方面产生不利影响。如果将第三纤维的纤维直径设为大于10μm，过滤材料中的缝隙将扩大。这会对高滤尘效率方面产生不利影响。

在保持所混合第一和第二纤维的混合比不变的同时，改变整个过滤材料中第三纤维的混合比。考察过滤材料的厚度、压力损失、滤尘效率、和容尘量的变化。结果如图9～图12所示。如图9所示，随第三纤维的混合比升高，过滤材料的厚度趋增。然而，当第三纤维的质量混合比超过30％，由于第三纤维的重量所述厚度的增加比率降低。此外，如图10所示，随第三纤维的混合比升高，压力损失增加。这是因为随第三纤维的混合比升高，较细的第三纤维使第三纤维的总纤维长度增加。结果，气流阻力增加。尤其，当树脂纤维的质量混合比超过约30％时过滤材料的压力损失趋于急剧增加。

如图11所示，滤尘效率也随第三纤维的混合比升高而升高。如图12所示，影响产品寿命的容尘量一直升高，直至第三纤维的质量混合比达到约30％。然而，当第三纤维的质量混合比超过约30％时，由于滤尘效率升高并且过滤材料变得容易阻塞，容尘量急剧下降。

这些结果表明，第三纤维特性有利于增加滤尘效率，并且第三纤维的质量混合比最好设定在10～30％范围内。如果将第三纤维的质量混合比设为大于30％，会对低压力损失和高容尘量方面产生不利影响。如果将第三纤维的质量混合比设为小于10％，滤尘效率就会不够。

因此，最好将第一纤维的质量混合比范围设为10～40％，第二纤维的质量混合比的范围设为40～80％，以及第三纤维的质量混合比的范围设为10～40％。这将使过滤材料膨松并确保低压力损失。而且，第三纤维弥补了第二纤维缺乏高滤尘效率的不足之处。而且，第一纤维兼具第二和第三纤维的功能。因此，所述过滤材料具有低压力损失、高滤尘效率、和高容尘量等特性。例如，当将这种过滤材料用于发动机空气过滤器时，它的低压力损失起到降低进风阻力的作用，并能使发动机高效运行。此外，高滤尘效率起到确保充分的过滤效果的作用，高容尘量起到延长过滤材料使用寿命的作用。

本优选实施方式的过滤材料具有由三种纤维混合制成单层结构。因此，同需要对孔径进行调整或需要碾压和整合多个层的现有过滤材料相比，本优选实施方式的过滤材料的结构更简单并且更易于制造。此外，整个过滤材料不会太厚。因此，在将本优选实施方式的过滤材料装进空气滤清器的壳体时不会产生问题。

[实施例]

现详细描述本发明实施例。

表1

表2

	纤维直径(μm)	纤维长度(mm)
	纤维直径(μm)	纤维长度(mm)	纤维A：软木浆	30～40	2.1～2.2
纤维B：硬木浆	10～20	1.4	纤维A：软木浆	30～40	2.1～2.2
纤维B：硬木浆	10～20	1.4	纤维C：聚酯	6	5

如表1和表2所示，实施例1的过滤材料由作为第一纤维的20％质量比的纤维直径为30～40μm的软木浆纤维、作为第二纤维的50％质量比的软木浆纤维和作为第二纤维的10％质量比的纤维直径为10～20μm的硬木浆纤维(即，共60％质量比的第二纤维)、和作为第三纤维的20％质量比的纤维直径为6μm的聚酯纤维混合而成。

实施例2的过滤材料由作为第一纤维的15％质量比的软木浆纤维、作为第二纤维的50％质量比的软木浆纤维和10％的硬木浆纤维(即，共60％质量比的第二纤维)、和作为第三纤维的25％质量比的聚酯纤维混合而成。

实施例3的过滤材料由作为第一纤维的25％质量比的软木浆纤维、作为第二纤维的50％质量比的软木浆纤维和10％质量比的硬木浆纤维(即，共60％质量比的第二纤维)、和作为第三纤维的15％质量比的聚酯纤维混合而成。

实施例4的过滤材料由作为第一纤维的10％质量比的软木浆纤维、作为第二纤维的50％质量比的软木浆纤维和30％质量比的硬木浆纤维(即，共80质量％的第二纤维)、和作为第三纤维的10％质量比的聚酯纤维混合而成。

比较例1的过滤材料由作为第一纤维的50％质量比的软木浆纤维、作为第二纤维的40％质量比的软木浆纤维和10％质量比的硬木浆纤维混合而成。没有混合第三纤维。

比较例2的过滤材料由作为第一纤维的55％质量比的软木浆纤维和10％质量比的硬木浆纤维、作为第二纤维的15％质量比的软木浆纤维和10％质量比的硬木浆纤维、和作为第三纤维的10％质量比的聚酯纤维混合而成。

比较例3的过滤材料由作为第一纤维的5％质量比的软木浆纤维、作为第二纤维的65％质量比的软木浆纤维和25％质量比的硬木浆纤维、和作为第三纤维的5％质量比的聚酯纤维混合而成。

比较例4的过滤材料由作为作为第二纤维的50％质量比的软木浆纤维和20％质量比的硬木浆纤维、和作为第三纤维的30％质量比的聚酯纤维混合而成。没有混合第一纤维。

测量并相互比较实施例1～4和4个比较例中的过滤材料的压力损失、容尘量、和滤尘效率。结果如表1所示，其中标记○表示满意的结果、标记△表示一般的结果、标记×表示差的结果。这些结果表明按照本发明的纤维混合比形成的实施例1～4的过滤材料在低压力损失、高容尘量、和高滤尘效率等各个方面表现出高性能。

所述结果还表明，比较例1的过滤材料因为不含第三纤纤维其滤尘效率非常低。比较例2的过滤材料因为卷曲纤维的混合比小其压力损失高而容尘量低。虽然比较例3的过滤材料因为卷曲纤维的混合比大而具有低压力损失，但由于第三纤维的混合比小使得滤尘效率低下。虽然比较例4的过滤材料因为卷曲纤维的混合比大而具有低压力损失，但由于没有混合第一纤维使得容尘量略有下降。

本领域的技术人员应清楚，本发明能以许多其它特定的方式实施而不脱离本发明的精神或范围。尤其应理解，本发明可以下述方式实施。

虽然在上述实施方式中第一至第三纤维的纤维直径是按照纤维的正态分布进行设置，所述纤维直径也可按照纤维的平均纤维直径进行设置。

软木浆纤维和硬木浆纤维均可用作第一纤维。

第二纤维可以只是软木浆纤维和硬木浆纤维中的一种。

热塑性聚合物的合成树脂纤维可以采用与上述实施方式所用材料不同的纤维材料。例如，可采用丙烯酸材料。

本发明实施例和实施方式应理解为是描述性的，而不是限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节，可以在所附权利要求的范围和等同内容之内改动本发明。

Claims

1.一种过滤材料，其特征在于所述过滤材料由：

作为第一纤维的纤维直径为10～40μm的天然纤维；

作为第二纤维的纤维直径为10～40μm的卷曲天然纤维；和

纤维直径为5～10μm的第三纤维混合制成，所述第一至第三纤维以分

别为10～30％、40～80％、和10～30％的质量混合比混合。

2.如权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述第一纤维和第二纤维各自由软木浆纤维和硬木浆纤维中的至少一种形成。

3.如权利要求1或2所述的过滤材料，其特征在于，所述第三纤维由热塑性聚合物的合成纤维形成。

4.如权利要求1所述过滤材料，其特征在于，所述第二纤维包括93～65％质量比的软木浆纤维和7～35％质量比的硬木浆纤维。

5.如权利要求2～4中的任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述软木浆纤维的纤维直径为30～40μm，所述硬木浆纤维的纤维直径为10～20μm。