CN101137423B - 车辆客厢空气过滤器装置 - Google Patents

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Abstract

一种包括过滤介质的车辆客厢空气过滤器装置，包括：作为过滤层的驻极电介体充电热塑性微纤维制成的无纺料片，所述微纤维具有大于10μm的有效纤维直径，并且包括电阻率大于1014ohm·cm的热塑性树脂，以及添加剂，添加剂选自含氟化合物或低聚物、有机三嗪化合物或低聚物、受阻胺化合物、芳族胺化合物、含氮受阻酚、含金属受阻酚以及它们的混合物；所述无纺料片具有小于60g/m2的基本重量；以及气体吸附层，该气体吸附层包括吸附微粒加载层，并且可选地还包括结合到所述吸附层的支撑层和/或覆盖层；在气体吸附层中吸附微粒的基本重量为至少150g/m2；其中，所述过滤层位于气体吸附层上游，并且除了可选地在过滤介质的一个或多个外边缘处以外，过滤层和气体吸附层彼此共同打褶并且基本上彼此不结合。

Description

车辆客厢空气过滤器装置
技术领域
本发明涉及车辆客厢空气过滤器装置，尤其涉及车辆客厢空气过滤器装置的过滤介质，其适合于对车辆客厢中的空气传播微粒及空气中的气体进行过滤。
背景技术
由于微粒过滤和/或气体吸附的目的，再加上非常低的压力降性能的需求，考虑到有限的风扇能力，并且所有均要考虑到相当有限的内部空间，所以特别难于对车辆客厢(汽车内部舱室)进行过滤应用。商用车客厢空气过滤器通常使用褶皱多层结合过滤介质层压体，以过滤空气传播微粒和/或气体。这种多层结合过滤介质通常包括3个或更多的过滤层(例如，预(微粒)过滤器、主过滤层、特细丝线微粒过滤层和气体吸附层)，加上为了便于搬运和/或结构整体性的覆盖层和支撑层。但是，这些过滤器具有许多缺点，包括通过过滤器的较低加载容量和相对较高的压降。此外，为了在容许限度内保持压降，即使压降仍然不能令人满意地或理想地降低，微粒捕获(过滤)效率必须经常折衷。折衷的微粒俘获效率造成的缺点通常最多伴随的是，例如在加载或暴露时，这种过滤介质和过滤器的微粒俘获效率的损失与时间成函数关系。
随着对某些空气传播微粒、例如亚微米微粒或颗粒相关的危险性、以及与各种气体暴露相关的危险性逐渐增强的意识，存在对车辆客厢空气过滤器装置，尤其是车辆客厢空气过滤器装置的过滤介质的需求，车辆客厢空气过滤器装置应具有较高的微粒俘获效率，尤其是高加载容量且高亚微米微粒俘获效率，有效气体吸附和较低压降性能，同时具有稳定的运行特性，例如在加载和/或暴露时保持微粒俘获效率。
发明内容
根据本发明，提供了一种包括过滤介质的车辆客厢空气过滤器装置，包括：
(i)作为过滤层的驻极电介体充电热塑性微纤维的无纺料片(web)，所述微纤维具有大于10μm的有效纤维直径(EFD)，并且包括电阻率大于1014ohm·cm的热塑性树脂，以及添加剂，添加剂选自含氟化合物或低聚物、有机三嗪化合物或低聚物、受阻胺化合物、芳族胺化合物、含氮受阻酚、含金属受阻酚以及它们的混合物；所述无纺料片具有小于60g/m2的基本重量；以及
(ii)气体吸附层，该气体吸附层包括吸附微粒加载层，并且可选地还包括结合到所述活性碳层的支撑层和/或覆盖层，其中在气体吸附层中吸附微粒的基本重量为至少150g/m2；所述过滤层位于气体吸附层上游，并且除了可选地在过滤介质的一个或多个外边缘处以外，过滤层和气体吸附层彼此共同打褶皱并且基本上彼此不结合。
令人惊讶的发现，能够实现特别理想的高加载容量(例如在增加100Pa的压降之后，至少20g的加载)和较高初始微粒俘获效率(例如对于0.4μm微粒的至少90％的初始微粒俘获效率)以及加载时高微粒俘获效率的有利的维持(例如在压降中50Pa增加的加载期间，对于0.4μm微粒的至少87％的微粒俘获效率)，同时获得理想的有效气体吸附。尤其地，这种有利的性能能够在没有上述过滤层上游的微粒过滤层(预过滤层)和/或上述过滤层下游的附加微粒过滤层(除了上述过滤层和气体吸附层以外)应用的情况下实现。这相对于成本考虑以及有助于有利性能的尺寸和褶皱考虑也是有利的。而且，有利的是，能够实现较低初始压降(例如对于具有250mm×200mm的过滤器正面面积、30mm的褶皱高度和5mm至大约12mm的褶皱距离(峰到峰)，在225m3/h的体积流量时不超过100Pa的压降)。
从属权利要求限定本发明另外的实施例。
附图说明
将参考以下的附图或图形，在下文中描述本发明、本发明的实施例及另外的优点。
图1表示示例性车辆客厢空气过滤器装置的示意图。
图2表示适合于在车辆客厢空气过滤器装置中使用的示例性过滤介质的一个区域的放大剖视图。
具体实施方式
要理解的是，本发明覆盖在此描述的本发明的合适的、特定的、希望的、有利的、有助的和优选的方面的所有组合。
参考图1，图1示出用于对车辆客厢中流动的空气进行过滤的示例性过滤器装置(诸如装置10)的示意图，这种装置10包括过滤介质1。装置10还可以包括过滤介质可连接于其上的框架或壳体20。通常，这种框架或壳体由聚合材料制成。过滤介质1、尤其是其外边缘可通过例如粘合剂或例如在US 5,512,172中描述的超声波焊接而被密封到框架或壳体的内壁部分。或者，过滤介质的外边缘也可在通过注塑成型生产所述框架的同时被密封到框架壁或壳体壁，从而在注射成型工艺之后，将过滤介质的边缘由框架的塑性材料嵌入。在US 5,679,122和EP 713421中描述了合适的注射成型技术。
参考图2，图2示出例如适于在图1所示示例性过滤器装置中使用的示例性过滤介质1的示意性局部剖视图，过滤介质包括位于气体吸附层12(以下详细描述)上游的过滤层11(以下详细描述)。气体吸附层包括吸附剂微粒加载层13，优选为活性碳层。如能够从图2所示示例性过滤介质1意识到地，气体吸附层12可包括例如位于吸附层下游的支撑层14。通常，如果使用这种支撑层，则该支撑层结合或固定到气体吸附层。气体吸附层也可以包括位于吸附层上游的覆盖层15。如果使用覆盖层，则其通常结合或固定到气体吸附层。除了可选地在过滤工具的外边缘或周边处以外，过滤层11和气体吸附层12彼此共同打褶且大致不结合，优选地为不结合。如果使用一个或多个外边缘，则可将它们结合，沿着所述边缘或围绕工具的周边形成接缝，以例如便于搬运和/或转换和/或连接到框架或壳体。术语“大致不结合”优选地意味着，除了沿着过滤介质的外边缘或周边的任何结合接缝区域以外(如果存在的话)，相对于过滤介质的整个表面面积小于4％的结合，更优选地是小于2％的结合。如果存在的话，沿着过滤介质的外边缘或周边的任何结合接缝面积的表面面积将通常小于过滤介质的整个表面面积的8％(更适合地小于6％，最适合地小于4％)。
过滤介质包括作为过滤层的驻极电介体充电的热塑性微纤维的无纺料片，优选为熔喷无纺料片。为了理想的过滤性能，已发现有利的是，微纤维具有大于10μm的有效纤维直径(EFD)。为了进一步增强的性能，EFD更理想地为大约11μm或更高，最理想地为大约12μm或更高。合适的EFD至多为20μm，更理想地至多为18μm，最理想地至多为16μm。EFD根据1952年的Proc Inst Mech Engrs(英国伦敦)，1B第185页的“空气传播尘埃和微粒的分离(The Separation of AirborneDust and Particulates)”中提出的方法确定。
过滤层的热塑性微纤维包括非导电热塑性树脂，即具有至少1014ohm·cm、优选地具有1016ohm·cm的电阻率的热塑性树脂。合适的非导电热塑性树脂包括具有非暂时或使用期限长的陷阱电荷能力的树脂。树脂可以是均聚物或共聚物或聚合物混合物。合适的聚合物包括聚烯烃，例如聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)或线性低密度聚乙烯；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯和聚酯。已发现，在过滤装置的使用期限内，尤其在高温暴露下，例如60℃或更高、更合适的80℃或更高的高温暴露下，对于理想的性能，有利的是，微纤维基本不含(例如按重量计算小于2％)聚乙烯、更优选地不含聚乙烯。优选的是，热塑性树脂选自聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯和它们的混合物，更优选地选自聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、它们的混合物，或者由丙烯和4-甲基-1-戊烯中的至少一种形成的共聚物。由于聚丙烯的较高电阻率、令人满意的充电稳定性、疏水性以及对湿度的抵抗性，聚合物或聚合物混合物的主要组分优选为聚丙烯。
过滤层的热塑性微纤维还包括添加剂，添加剂选自含氟化合物和低聚物、三嗪化合物或低聚物、受阻胺化合物、芳族胺化合物、含氮受阻酚、含金属受阻酚和它们的混合物。添加剂有利地提高了过滤介质的过滤性能并且在下文中被称作性能增强添加剂。
合适的含氟化合物性能增强添加剂包括：例如由Jones等人的美国专利No.5,472,481和Rousseau等人的WO 97/07272描述的含氟化合物和低聚物，这些专利的内容在此作为参考引用。含氟化合物添加剂理想地包括包含至少一种全氟部分的有机化合物或低聚物，例如含氟化合物哌嗪、全氟醇的硬脂酸酯、含氟化合物噁唑啉酮。这些化合物或低聚物优选地具有至少大约18％重量百分比的氟含量。理想的是，这些含氟化合物添加剂是热稳定的，即在聚合物树脂的挤压温度下是热稳定的，以便于经受加工而不会发生不理想的分解或挥发；通常500或更大的分子量足以避免过度挥发。理想的是，含氟化合物的化合物或低聚物的熔点高于热塑性树脂聚合物的熔点，并且低于挤压温度。出于加工考虑，例如当使用聚丙烯时，含氟化合物优选地具有高于160℃的熔点，并且更优选地为160℃至290℃的熔点。优选的含氟化合物添加剂包括美国专利No.5,411,576中所述的具有相应结构的添加剂A、B和C，
Figure G200680007463420070912D000061
合适的三嗪化合物或低聚物包括WO 97/07272中描述的那些，该专利的内容在此作为参考引用。三嗪添加剂理想地包括具有至少一种附加含氮基的有机三嗪化合物或低聚物。而且，这种添加剂理想地为热稳定的(在聚合物树脂的挤压温度下为热稳定的，以便于经受加工而不会发生不理想的分解或挥发)。通常具有至少500的分子量的这种化合物或低聚物大体上不会发生挥发。优选的三嗪包括具有以下同属结构的三嗪，其中R2为烷基，其可以是直链或分支，并优选地具有4至10个碳原子，n是从2至40、优选为2至20的数字。
Figure G200680007463420070912D000062
性能增强添加剂可合适地为受阻胺化合物或芳族胺化合物，优选地为包含例如衍生自四甲基哌啶环的受阻胺化合物，
Figure G200680007463420070912D000071
其中R是氢或烷基。优选地，受阻胺与如上所述的三嗪基相关。或者，可合适地使用含氮的或含金属的受阻酚电荷增强剂，如美国专利No.5,057,710中所述，该专利的内容在此作为参考全文引用。
基于无纺料片的重量，过滤介质的过滤层的无纺料片优选地包含至少0.01重量百分比的性能增强添加剂，较优选地为0.1重量百分比的性能增强添加剂，更优选为至少0.2重量百分比的性能增强添加剂，最优选为至少0.5重量百分比的性能增强添加剂。基于无纺料片的重量，过滤层的无纺料片优选地包含至多10重量百分比的性能增强添加剂，较优选为至多5.0重量百分数的性能增强添加剂，最优选为至多2.0重量百分比的性能增强添加剂。
合适地是，过滤层的无纺料片的纤维由热塑性树脂和添加剂的混合物形成。尤其地，树脂和性能增强添加剂可熔化它们之前作为固体混合起来，或者分别地熔化并且作为液体混合在一起。或者，添加剂和一部分树脂可作为固体混合，并且熔化，形成相对富含添加剂的熔化混合物，随后将熔化混合物与另外部分的树脂相结合。
过滤层的无纺料片的纤维优选地利用本领域众所周知的熔喷工艺和设备、通过熔喷形成。例如在形成用于过滤介质的过滤层的熔喷无纺料片的纤维时，树脂和添加剂的熔化混合物可通过纤维模具挤压到收集面上，并且形成热塑性微纤维料片。这种微纤维通常在无纺料片形成过程中或在无纺料片形成过程之后，在微纤维交叉点处彼此整体结合。纤维可以是单层的或多层的或具有鞘-芯构造。如果采用多层，则至少一些外层或鞘层优选包含如混合物中所述的性能增强添加剂。
收集的料片材料可进行退火，在有油性雾的情况下增强静电电荷稳定性。优选地，退火步骤在足够的温度下进行，并持续足够的时间，以使得性能增强添加剂扩散到材料交界面(例如聚合物-空气交界面，以及晶相和非晶相之间的边界)。通常，越高的退火温度允许越短的退火时间。为了使最终产品获得理想的特性，聚丙烯材料的退火通常在大约100℃以上进行。优选地，退火在从大约130℃至155℃下进行大约2至20分钟，较优选地在从大约140℃至150℃下进行大约2至10分钟；并且更优选地在大约150℃下进行大约4.5分钟。退火应在大致不会降解无纺料片结构的条件下进行。对于聚丙烯料片，大约155℃以上的退火温度可能是不理想的，因为可能损坏材料。
过滤层的无纺料片的纤维是驻极电介体充电的。有用于生产驻极电介体充电纤维的静电充电方法的实例包括美国专利No.5,401,446(Tsai等人)、4,375,718(Wadsworth等人)、4,588,537(Klaase等人)以及4,592,815(Nakao)中描述的方法。为了更进一步提高过滤性能(例如微粒俘获效率)，无纺料片的纤维优选地为水化充电(hydrocharging)的，即以足够的压力将水射流或水滴串流冲击在料片上的方式而对无纺料片进行水化充电，以向无纺料片提供过滤增强驻极电介体电荷(见例如授予Angadjivand等人的美国专利No.5,496,507)。达到最优结果所需的压力将根据以下变化：所使用的喷雾器的种类、形成料片的聚合物的种类、添加到聚合物的添加剂的种类和浓度、料片的厚度以及密度。通常，在大约10至500psi(69至3450kPa)范围内的压力是合适的。优选地，用于提供水滴的水相对较纯。蒸馏水或去离子水优于自来水。水射流或水滴串流可以由任何合适的喷雾装置提供。尽管操作在水化充电所使用的低于通常水力缠结中使用的压力的压力下进行，但通常仍可使用对水力缠结纤维有用的设备。已发现，为了获得有利的增强过滤性能，有利的是，无纺料片的纤维不经受电晕放电或高脉冲电压，例如作为水化充电的预处理或后处理，更特别地已发现，特别有利的是，无纺料片的纤维仅仅是水化充电，例如纤维不经受对水化充电(作为预处理或后处理)的其它类型的充电。
过滤介质的过滤层的无纺料片的基本重量小于60g/m2、优选为55g/m2或更少、最优选为50g/m2或更少。过滤介质的过滤层的无纺料片通常具有的基本重量为20g/m2或更高、更优选的25g/m2或更高、最优选的30g/m2或更高。
对于过滤层的无纺料片，已发现(如根据DIN 53887(对于平面材料)确定的)，在200Pa下为1000l/(m2×s)或更高的透气性对于理想的过滤性能是特别有利的，在200Pa下为1250l/(m2×s)或更高的透气性则更为有利，在200Pa下为1500l/(m2×s)或更高的透气性最为有利。通常，在200Pa下为4250l/(m2×s)或更低的透气性是适合于过滤层的无纺料片的，在200Pa下为3750l/(m2×s)或更低的透气性则更适合，在200Pa下为3250l/(m2×s)或更少为最适合的。
出于对理想尺寸、褶皱以及过滤介质的有利过滤性能的考虑，过滤层的有利厚度为1.50mm或更小、更有利的为1.25mm或更小，以及最有利的为1.00mm或更小(如例如根据ISO 534施加2N/cm2的压紧压力测量的)。过滤层合适的厚度至少为0.25mm、更合适地为至少0.35mm、最合适地为至少0.45mm。
如上所述，过滤介质包括：气体吸附层，该气体吸附层包括加载有吸附剂微粒的层；以及可选的支撑层和/或覆盖层，支撑层和/或覆盖层结合至所述活性碳层。
如果使用支撑层以及覆盖层，则其通常有助于制造、搬运和/或转换和/或有助于结构完整性。这些层可合适地由无纺物(例如湿法纤网(wetlaid)、气流纤网(airlaid)(例如水刺、压光、针刺、化学粘合的气流纤网)、纺粘物、无纺织物)、编织物、织网、组织或纱料片状材料制成，对于平面材料，这些层通常在200Pa下具有大于4250l/(m2×s)或更高的高透气性(更合适的在200Pa下为4750l/(m2×s)或更高的高透气性、最合适的在200Pa下为5500l/(m2×s)或更高的高透气性(例如根据DIN53887确定的))。为了在过滤器装置的使用期限范围内的理想性能，尤其在高温暴露下、例如60℃或更高(更合适的80℃或更高)温度的暴露下的理想性能，有利的是，支撑层和/或覆盖层包括聚合物树脂，尤其是基本没有聚乙烯(例如按重量计算少于2％)的聚合物树脂、更优选地无聚乙烯的聚合物树脂。优选地，聚合物树脂选自聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯以及它们的混合物、共聚物以及混合物。支撑层和/或覆盖层通常具有0.6mm或更小的厚度、更合适地具有0.5mm或更小的厚度。在该范围内，0.05mm的最小厚度是合适的，0.1mm则更为合适。
吸附剂微粒加载层可理想地构造成热塑性微纤维(例如上述结合用于过滤层料片的热塑性树脂的热塑性树脂)制成的无纺料片，更理想为驻极电介体充电微纤维制成的无纺料片，其中，吸附剂微粒被布置并固定在无纺料片上和/或在纤维料片结构内。吸附剂微粒加载层可理想地由热塑性纱线的编织料片或网织品(例如上述结合用于过滤层料片的热塑性树脂的热塑性树脂)形成，其中吸附剂微粒、优选地为活性碳微粒被布置并固定在编织料片或网织品上和/或编织料片或网织品内。已发现特别有利的是，使用由熔化粘合剂线和/或点形成的吸附剂微粒加载层，其中吸附剂微粒、优选地活性碳微粒被至少逐点地固定到所述粘合剂线和/或点。这种吸附层通常设置在支撑层上(例如在吸附剂微粒加载层转换期间或在其制造期间)，并且可以可选地包括覆盖层。关于熔化粘合剂线和/或点形成的吸附层，理想地是，加载有吸附剂微粒的所述熔化粘合剂线和/或点形成可透气的三维结构或网织品。这种吸附层的构造在例如US 6,423,123和EP 818230中公开，这些专利的内容在此作为参考全文引用。理想地，熔化粘合剂比例按吸附剂微粒加载层和支撑层的重量计算在2％和30％的重量百分比之间。合适的熔化粘合剂包括熔化粘合剂，优选的为水激活熔化粘合剂，包括聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚氨酯或聚酰胺基材料。
合适地，吸附剂微粒可包含活性碳、活性氧化铝、硅胶、碳黑、沸石微粒或它们的混合物。优选地为活性碳微粒。已经发现，吸附剂微粒的合适粒径在100μm至2000μm的范围内，优选地在100μm至1000μm的范围内。整个范围不是一种材料，而是优选不同的重叠粒径范围，例如149μm至420μm(40×100US标准网孔)、210-595μm(30×70US网孔)，250-500μm(35×60US标准网孔)，354μm至710μm(25×45US标准网孔)、420μm至841μm(20×40US标准网孔)以及500μm至1000μm(18×35US标准网孔)。能被使用的通常粒径为(从20至35)×(从40至70)US标准网孔。
包含在气体吸附层中的吸附剂微粒(优选为活性碳微粒)的基本重量为至少150g/m2、优选地至少为200g/m2、并且更优选地为至少250g/m2、最优选地为至少300g/m2。气体吸附层中吸附剂微粒的基本重量通常为至多为1500g/m2、更合适地为1250g/m2、并且最合适地为750g/m2。
出于理想的尺寸和褶皱考虑以及过滤介质的有利过滤性能，气体吸附层的有利厚度(包括任何可选的支撑层和/或覆盖层)为2.75mm或更小、更有利为2.50mm或更小以及最有利为2.00mm或更小、并且最有利为1.50mm或更小(如例如根据ISO 534，2.0N/cm2测量的)。气体吸附层的合适厚度可为0.60mm或更大、更合适地为0.70mm或更大、最合适地为0.80mm或更大。更特别地，已发现对于过滤介质适宜的气体吸附以及过滤介质的总体性能有利的是，提供的气体吸附层具有的总体厚度为2.75mm或更小(较优选的2.50mm或更小、更优选地2.00mm或更小、最优选地1.50mm或更小)，并且选择合适的加载吸附剂微粒基本重量以及气体吸附层的厚度，使得密度为至少150,000g/m3(更优选地至少165,000g/m3、最优选地至少180,000g/m3)的吸附剂微粒(优选为活性碳微粒)设置在气体吸附层中。
已发现，例如根据DIN 53887(对于平面材料)所确定的，在200Pa下为800l/(m2×s)或更高的透气性特别有利于过滤器装置理想的总体过滤性能，同时在200Pa下为1000l/(m2×s)或更高的透气性更为有利，并且1200l/(m2×s)或更高的透气性最为有利。通常，在200Pa下为4250l/(m2×s)或更低的透气性是合适的，在200Pa下为3750l/(m2×s)或更低的透气性是更适合的，并且在200Pa下为3000l/(m2×s)或更少是最适合的。
本发明的过滤器装置通常将有利地示出对于0.4μm(例如根据DIN 71460-1测量的)的微粒至少90％(更理想的至少93％、最优选的至少95％)的高初始微粒俘获效率。而且，在压降增加50Pa的加载期间，对于0.4μm微粒(例如根据DIN 71460-1测量的)，本发明的过滤器设备通常将显示出对于加载时微粒俘获效率进行理想的维持，例如维持至少87％(更理想的90％、最理想的93％)的微粒俘获效率。
在压降增加100Pa之后(例如如根据DIN 71460-1测量的)，本发明的过滤器装置通常将示出至少20g(更理想地至少23g)理想的加载容量。
例如根据DIN 71460-1的测量结果，在225m3/h的体积流量下，对于具有250mm×200mm的过滤器正面面积、30mm的褶皱高度以及5mm至大约12mm的褶皱距离(峰到峰)(更合适的6mm至10mm的褶皱距离，最合适的8mm的褶皱距离)的过滤器，本发明的过滤器装置通常将有利地示出不超过100Pa(更有利地不超过90Pa、最有利地不超过80Pa)的较低的初始压降。
例如根据DIN 71460-1的测量结果，对于n-丁烷、甲苯、SO2中的至少一种(更有利的它们中的至少两种、最有利的对于全部三种)，本发明的过滤器装置通常将有利地示出至少60％(更理想地至少70％、最理想地至少80％)的初始吸附效率。
本发明将通过下列实例说明。
用于过滤层的熔喷无纺料片的制备
在单螺旋挤压机中，以40∶60的比率将低聚受阻胺CHIMASSORBTM 944FL(可从美国纽约州，Hawthorne的Ciba-Geigy公司得到)熔化化合到聚(4-甲基-1-戊烯)(TPX DX 820，可从日本东京的Mitsui Petrochemical Industries公司得到)中，并且将得到的混合物挤压成大直径的纤维。随后，将该纤维研磨成粉末(0.125英寸网孔)。在熔喷微纤维料片的制备期间，将该粉末添加到聚丙烯颗粒(可从美国德克萨斯州，Houston的Exxon公司得到的400熔融流动指数的聚丙烯树脂)，获得由98wt.％的聚丙烯、1.2wt.％的聚(4-甲基-1-戊烯)、以及0.8wt.％CHIMASSORBTM944FL组成的聚丙烯树脂合成物。将该树脂混合物送到到挤压工艺中，用于利用熔喷工艺制备熔喷微纤维料片，该熔喷工艺类似于例如在Industrial Engineering Chemistry的48卷1342页及(1956)的Wente的“超细热塑性纤维(Superfine ThermoplasticFibers)”中描述的工艺，或在Naval Research Laboratories的ReportNo.4364由Wente等人在1954年5月25日发表的名称为“超细有机纤维的制造(Manufacture of Superfine Organic Fibers)”中描述的工艺。挤压机具有保持在250℃、290℃、320℃以及320℃的四个温度控制区域，将挤压机连接到模具(具有25个孔)的流动管保持在300℃，并且熔喷模具保持在300℃。在具有0.076cm间隙宽度的情况下，将原空气保持在大约400℃以及690千帕斯卡(kPa)下，从而生产出均匀的料片。将如上所述的聚丙烯树脂合成物从模具以0.3g/孔/分钟的速度输送，并且将得到的料片收集在位于收集器/模具距离15英寸处的穿孔转筒收集器上。收集器转筒连接至真空系统，该真空系统在收集熔喷微纤维料片时能够可选地开启或关闭，从而当收集器转筒被抽真空时允许制备出高度凝固的料片。在所有情况下，通过增加收集器的转速、而不是降低树脂的输送速度，获得较低基本重量的BMF料片。通过该工艺获得的料片的平均数实际纤维直径(EFD)为12μm。制备的三种基本重量料片为30g/m2、40g/m2以及50g/m2。随后，将制备的料片利用大致如美国专利5,496,507(Angadjivand等人)描述的、利用大约100(690kPa)的水压进行水化充电工艺。(不施加预处理或后处理。)将充电后的熔喷料片材料卷绕在辊上，用于进一步加工以制备过滤器。
以下概述制备的熔喷微纤维料片材料
名称   基本重量(g/m<sup>2</sup>) EFD(μm)   (l/m<sup>2</sup>×s)在200Pa下的透气性 厚度(mm)
  M3   30   12   2856   0.61
  M4   40   12   2039   0.71
名称   基本重量(g/m<sup>2</sup>) EFD(μm)   (l/m<sup>2</sup>×s)在200Pa下的透气性 厚度(mm)
  M5   50   12   1586   0.86
包含活性碳的用于气体吸附层的料片的制备
根据EP 0818230中描述的工艺制备含活性碳微粒合成物料片，该合成物料片由底层、顶层以及中间层构成，活性碳微粒至少逐点地固定到粘合剂线和点。制备用于活性碳的三个不同基本重量：200g/m2、300g/m2和400g/m2。将20g/m2水活化、软聚氨酯基热熔型粘合剂基喷洒在PET纺粘料片(Reemay 2275；25g/m2的基本重量以及200Pa下6000l/(m2×s)的透气性)上，并且之后直接施加活性碳微粒第一充电(椰壳基；35×60US网孔和/或20×40US网孔)。随后，施加喷洒上的粘合剂的第二层(20g/m2)，之后立即应用活性碳微粒第二充电。最后，喷洒上的粘合剂(20g/m2)的第三层，之后应用作为覆盖层的第二PET纺粘料片(Reemay 2275)。将得到的料片材料卷绕在辊上，并且在经由湿气的存在(在料片成分和周围环境)通过活化的粘合剂设定之后，将辊用于进一步加工以制备过滤器。
以下概述制备的活性碳料片材料
  名称   活性碳的基本重量(g/m<sup>2</sup>)   活性碳微粒的大小(US网孔)   料片的基本重量(g/m<sup>2</sup>)  在200Pa下的透气性(l/m<sup>2</sup>×s)   厚度(mm)
  C2   200   35x60   310   1850   0.90
  C3   300   20x40&35x60   410   1450   1.10
  C4   400   20x40&35x60   510   1650   1.50
示例性车辆客厢空气过滤器装置的制备
从制备的熔喷微纤维料片辊(如上所述)送进的料片材料以及从气体吸附材料辊(如上所述)送进的料片材料经由通过引导辊而被重叠并对准，并随后被送进在具有转盘和压力辊的“压碎切削”单元之间，以提供初步切削/切割重叠材料。然后，利用褶皱单元(可从德国柏林的公司Rabowski得到的Rabowski Blade Pleater)，对重叠和预切削材料进行打褶。在每种情形下，褶皱高度为30mm。然后，将共褶皱介质对于测试过滤器以合适的褶皱的数量和褶皱距离(褶皱距离为6mm、8mm或10mm)沿交叉方向切割，并且将其沿着初步的切割线手工地分离开。然后，将分离的共褶皱介质组互相胶合在纸板框架上，以给出具有250×200mm尺寸、即过滤器正面面积的过滤器。如此制备出以下车辆客厢空气过滤器：
  实例编号  过滤层材料(上游)  气体吸附层材料(下游)   褶皱距离(mm)   褶皱编号 名称
  1   M3   C2   6   42   M3/C2-6
  2   M3   C2   8   31   M3/C2-8
  3   M3   C2   10   25   M3/C2-10
  4   M3   C3   6   41   M3/C3-6
  5   M3   C3   8   31   M3/C3-8
  6   M3   C3   10   25   M3/C3-10
  7   M4   C2   6   42   M4/C2-6
  8   M4   C4   8   31   M4/C4-8
  9   M5   C2   6   42   M5/C2-6
  10   M5   C2   8   31   M5/C2-8
测试方法/程序
根据E DIN 71460-1：2003-05，在23+/-2℃的气温下和50+/-3％的相对湿度(周围环境压力为1013hPa)下，利用225m3/h的流动速率和1.5bar的工作压力，进行微粒过滤的测试，例如微粒效率、加载以及初始压降。
使用根据DIN ISO 12103-1的测试尘埃A4(SAE粗测试尘埃)，以及作为浮质发生器TSI型3400流化床以及具有0.5μm至11μm气动颗粒度(0.3至7μm几何颗粒度)测量范围的TSI APS Model 3321微粒计数器。(没有施加特定大小的稀释液。)
在这里，在压降增加(dP)50Pa和100Pa的加载期间，记录对0.4μm几何微粒的初始效率以及这种微粒的效率。
为了加载测试，过滤器样品根据DIN8.3节的论述2调节，然后在上述流动速率和工作压力下，用上述测试尘埃以160mg/m3的浓度，分别以每步骤为25Pa的4个步骤将过滤器加载至等于预先测量的初始压力降加上100Pa的最终压降。
对于n-丁烷、甲苯和SO2的吸附过滤的测试
根据E DIN 71460-2：1994-11，在23+/-3℃的气温下和50+/-3％的相对湿度(周围环境压力为1013hPa)下，利用225m3/h的流动速率和1.5bar的工作压力，进行n-丁烷、甲苯以及SO2的吸附过滤测试。过滤器样品以如上述DIN的部分5和3.1.2中描述的调节。
为了n-丁烷和甲苯的测试，在每个情况下，测试化合物和清洁空气的混合物中所述测试化合物的浓度(上游)为80ppm，而对于SO2测试为30ppm。
利用气体分析器(对于n-丁烷和甲苯系列为Mocon公司的8800FID并且对于SO2为Monitor Lapse公司的型号ML 98B)，并在加载期间并且在以下加载时间：0、1、2.5、5、7.5、10、12.5和15分钟时监测测试化合物下游的浓度，确定效率。
根据上述DIN的附录B确定气体加载15分钟(而不是直到如上述DIN，6.3节中描述的击穿时间)之后的容量，其中TE为15分钟(相当于击穿时间)。
以下表格给出示例性车辆客厢空气过滤器的微粒效率和气流测试的结果：
实例编号(名称)   对0.4μm微粒的初始效率(％)   增加100Pa之后的加载(g) 对0.4μm微粒在加载期间的效率[dp＝50Pa](％) 对0.4μm微粒在加载期间的效率[dp＝100Pa](％) 初始压降(Pa)
  1(M3/C2-6)   97.9   35.0   97.1   98.0   57
  2(M3/C2-8)   97.7   28.0   97.0   97.6   49
  3(M3/C2-10)(M3/C2-10)   97.2   23.0   95.9   96.8   59
  4(M3/C3-6)   96.6   35.4   94.9   95.7   78
  5(M3/C3-8)   97.0   29.8   94.9   97.3   59
  6(M3/C3-10)   95.7   24.0   94.4   97.1   63
  7(M4/C2-6)   98.6   28.0   99.7   99.9   54
  8(M4/C4-8)   98.7   30.0   99.7   99.9   66
  9(M5/C2-6)   98.5   36.7   99.8   99.7   62
  10(M5/C2-8)   98.8   30.1   99.8   99.9   55
以下表格给出示例性车辆客厢空气过滤器的气体效率和容量测试的结果：

Claims (22)

1.一种包括过滤介质的车辆客厢空气过滤器装置，包括：
(i)作为过滤层的驻极电介体充电热塑性微纤维的无纺料片，所述微纤维具有大于10μm的有效纤维直径，并且包括电阻率大于1014ohm·cm的热塑性树脂，以及添加剂，添加剂选自含氟化合物或低聚物、有机三嗪化合物或低聚物、受阻胺化合物、芳族胺化合物、含氮受阻酚、含金属受阻酚以及它们的混合物；所述无纺料片具有小于60g/m2的基本重量；以及
(ii)气体吸附层，该气体吸附层包括吸附微粒加载层，其中在气体吸附层中吸附微粒的基本重量为至少150g/m2；
所述过滤层位于气体吸附层上游，并且除了沿着过滤介质的外边缘的任何结合接缝区域以外，过滤层和气体吸附层彼此共同打褶并且相对于过滤介质的整个表面面积小于4％地彼此结合。
2.如权利要求1所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述气体吸附层还包括结合到所述气体吸附层的支撑层。
3.如权利要求1所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述气体吸附层还包括结合到所述气体吸附层的覆盖层。
4.如权利要求1所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述过滤层和气体吸附层在过滤介质的一个或多个外边缘处结合。
5.如权利要求1所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述过滤介质在所述过滤层上游没有预过滤层且/或在所述过滤层的下游没有第二微粒过滤层。
6.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，过滤层无纺料片的微纤维是水化充电的。
7.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述过滤层无纺料片是熔喷无纺料片。
8.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，过滤层无纺料片的微纤维具有大于10μm且小于或等于20μm的有效纤维直径。
9.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述过滤层具有大于或等于20g/m2且小于60g/m2的基本重量。
10.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述过滤层无纺料片在200Pa下具有1000l/(m2×s)或更高的透气性，并且其中，所述过滤层无纺料片在200Pa下具有4250l/(m2×s)或更低的透气性。
11.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述过滤层无纺料片具有1.5mm或更低的厚度，以及其中所述过滤层无纺料片具有0.25mm或更大的厚度。
12.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，吸附微粒包括活性碳、活性氧化铝、硅胶、碳黑、沸石微粒或它们的混合物。
13.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，气体吸附层中的吸附微粒的基本重量至少为150g/m2且至多为1500g/m2。
14.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，气体吸附层具有2.75mm或更小的厚度，并且其中，气体吸附层具有0.60mm或更大的厚度。
15.如权利要求14所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，在气体吸附层中的吸附微粒的密度为150,000g/m3或更高。
16.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，气体吸附层在200Pa下具有800l/(m2×s)或更高的透气性，并且其中，气体吸附层在200Pa下具有4250l/(m2×s)或更低的透气性。
17.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，吸附微粒加载层构造成热塑性微纤维制成的无纺料片、热塑性纱线制成的编织料片或网织品中的一种，并且其中吸附微粒被布置并固定在无纺料片上、无纺料片的纤维结构内或其组合。
18.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，吸附微粒加载层由熔化粘合剂线和点的至少一种形成，其中吸附微粒被至少逐点地固定到所述熔化粘合剂线和点的所述至少一种。
19.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述空气过滤器装置对于0.4μm的微粒具有至少90％的初始微粒俘获效率，并且其中，在加载以50Pa的压降增加期间，所述过滤器装置对于0.4μm的微粒具有至少87％的微粒俘获效率。
20.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，在以100Pa的压降的增加之后，所述空气过滤器装置具有至少20g的加载容量。
21.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，当所述空气过滤器装置具有250mm×200mm的过滤器正面面积、30mm的褶皱高度和5mm至12mm的褶皱距离时，所述空气过滤器装置在225m3/h的体积流量下具有不超过100Pa的初始压降。
22.如权利要求5所述的车辆客厢空气过滤器装置，其中，所述空气过滤器装置对于n-丁烷、甲苯、SO2中的至少一种具有至少60％的初始吸附效率。
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