CN101232931A - 具有改进的导电性的过滤介质 - Google Patents
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Abstract
提供了具有改进的导电性的过滤介质，以提高过滤效率和/或消除静电，还提供了用于制备该过滤介质的方法。在一种示例性的实施方式中，过滤介质包括基质和至少一种设置于该过滤基质的至少部分上的导电涂层。在使用中，导电涂层与电源相联接，并且当能量传递到其上时能有效地散发离子，以提高过滤介质的效率和/或消散或除去在过滤过程中产生的静电。
Description
技术领域
本发明涉及具有改进的导电性的过滤介质和用于制备该过滤介质的方法。
背景技术
众所周知，带电的颗粒相对于不带电的颗粒能够被过滤介质更容易地捕获。最普通的离子空气过滤器中的一种是沉淀型空气过滤器，它是一种具有直径大约为0.005英寸的电离金属丝的电子空气过滤器，带有大约7千伏电压，设置于接地板之间以产生电晕并使通过其间的灰尘颗粒带电。接下来，沿着气流通道，交替充电并在接地板上收集带电的灰尘颗粒。沉淀型过滤器的缺点在于它们很难维护，需要定期清洁附着有细小的灰尘的收集板。清洁工作经常需要使用强力去污剂。沉淀型过滤器的另一个缺点在于它们产生了大量臭氧。这是由于带电的金属丝被置于接地表面附近。这样的设置使得电晕全部沿着金属丝的长度产生，这可通过其在黑暗中发出的光而被观察到。而且，在某些过滤液体的应用中，例如过滤液压流体，静电会在过滤器表面累积，这会潜在地引起爆炸或火灾。
因此，需要提供具有改进的导电性的过滤介质以提高过滤效率和/或消除静电，以及用于制备该过滤介质的方法。
发明概要
一般地，本发明提供了具有改进的导电性的过滤介质以提高过滤效率和/或消除静电，以及用于制备该过滤介质的方法。在一个示例性的实施方式中，提供了具有过滤基质和至少一种导电涂层的过滤介质，该导电涂层设置于至少一种过滤基质的至少部分上。过滤基质可由多种材料形成，以及它可包括任意数量的共同形成基质的过滤层。通过非限定的实施例，过滤基质可由天然纤维、有机纤维、无机纤维或它们的组合形成。适合的纤维包括，例如，玻璃纤维、陶瓷纤维、聚合物纤维、棉纤维、大麻纤维、碳纤维以及它们的组合。导电涂层也可由多种材料形成，并且它被设置于全部或仅仅部分过滤基质上。通过非限定的实施例，导电涂层可由碳纤维、碳颗粒、金属纤维、例如聚(3，4亚乙基二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)[poly(3，4ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)]的导电聚合物、聚苯胺(polyaniline)、涂覆镍的碳纤维或其它导电材料。在一个示例性的实施方式中，导电涂层由金属纤维形成，该金属纤维包括一种金属，例如：铝、银、铜、镍、金、铅、锡、锌、钢和它们的组合。在另一个示例性的实施方式中，导电涂层由金属形成，例如：铝、银、铜、镍、金、铅、锡、锌和它们的组合。
导电涂层也可使用多种方法设置于过滤基质上。例如，在一个实施例中，可用导电涂层浸渍过滤基质。在另一个实施例中，导电涂层可被涂覆或挤出到过滤基质上。在另一个实施例中，过滤介质包括粘接剂，粘接剂将导电涂层粘接到过滤基质上。粘接剂可由聚合物形成，例如：聚偏二氯乙烯、丙烯酸胶乳、聚氨酯分散液、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇以及它们的组合。粘接剂可以是导电的，也可以是不导电的。
在使用中，过滤介质可出于各种目的进行配置，包括电磁干扰屏蔽、光屏蔽或其它应用，这些应用需要电荷增强的过滤和/或静电的消除。过滤介质也可被褶层或根据使用目的具有任一不同形式。为了对导电涂层进行充电，过滤介质也可包括联接机构用于导电涂层和高压电源的联接。当能量传递到导电涂层上时，涂层将散发离子以提高过滤介质的效率。
本发明也提供了制备过滤介质的示例方法。在一个实施例中，该方法包括制备具有至少一个过滤层的过滤基质，并在过滤基质的至少一个表面上配置至少一层导电涂层以形成导电过滤介质。在一个实施例中，例如，导电涂层可以是导电聚合物，并且通过用导电聚合物浸渍过滤基质使导电涂层配置在过滤基质的至少一个表面上。在另一个实施例中，导电涂层可以被粘接到过滤基质的至少一个表面上。例如，聚合物涂层可被用于将导电涂层粘接到过滤基质上。该方法还包括将导电过滤介质置于空气流中，并将高压电源联接到导电过滤介质以产生电场，这样导电涂层将散发离子使空气流中的灰尘颗粒带电，以提高导电过滤介质的捕集效率。在另一个实施例中，该方法包括将导电过滤介质置于流体流中，并将高压电源联接到导电过滤介质以产生电场，这样导电涂层将消除由流体流经导电过滤介质而产生的静电。在其它实施例中，可通过挤出工艺使聚合物沉积。
本发明的详细描述
本发明提供了具有改进的导电性的过滤介质以提高过滤效率，和制备该过滤介质的方法。在一个示例性的实施例中，过滤介质包括过滤基质，和至少一种设置于该过滤基质的至少部分上的导电涂层。在使用中，导电涂层与电源相联接，并且当能量传递到其上时能有效地散发离子。这提高了过滤基质的效率，特别地，提高了过滤介质的捕集效率。导电涂层还能消除或消散静电，尤其是在流体过滤期间产生的静电。
过滤介质适用于多种应用，通过非限定的实施例，包括电磁干扰屏蔽、光屏蔽或其它应用，这些应用需要电荷增强过滤，例如在ASHRAE过滤器、真空袋式过滤器、真空排气过滤器、室内空气清洁过滤器、发动机/船舱空气过滤器、HEPA(高效微粒空气)过滤器、ULPA(超效微粒空气)过滤器、燃料过滤器和液压流体过滤器中进行的过滤。过滤介质可被制造成多种过滤器结构，例如包括褶状过滤介质。导电介质还可应用于静电消除或消散的领域。
如上所述，在一个示例性的实施例中，过滤介质由过滤基质和设置于该过滤基质的至少部分上的导电涂层形成。过滤基质可以具有现有技术中已知的任何可能配置，具体配置根据使用目的改变。在一个实施例中过滤基质由一层或多层过滤层形成，例如无纺网布，这些过滤层结合形成过滤基质。过滤层可由多种材料形成，包括天然纤维、有机纤维、无机纤维和它们的组合。适合的示例性纤维包括玻璃纤维、陶瓷纤维、聚合物纤维、棉纤维、大麻纤维、碳纤维以及它们的组合。过滤层也可使用现有技术中已知的多种方法制备，包括编织成型，例如湿法敷设、干法敷设和直接敷设，梳理，纺粘法，熔融吹制(meltblowing)，薄膜原纤化等。一旦过滤层形成，如果希望，多层过滤层可使用现有技术中已知的多种方法进行结合，通过非限定性的实施例，包括超声焊接、超声粘接、粘接或其他本领域普通技术人员已知的方法。通过边缘焊接、全宽度范围粘接、部分宽度范围粘接或上述方式的组合实现超声粘接。作为选择，通过压延工艺，过滤层能被挤压在一起，压延工艺使得一层与另一层之间产生物理粘接。
如前所述，过滤介质还包括施加到过滤基质的至少部分上的导电涂层。当能量传递到导电涂层上时，涂层优选配置成能够散发离子，这些离子使空气流中的灰尘颗粒带电以提高导电过滤介质的捕集效率。导电涂层还可用于消除或消散可能产生的静电，尤其是流体过滤期间。在一个示例性的实施例中，导电涂层制备的过滤介质具有的表面电阻率范围大约在1×102到1×1012hms2，但是表面电阻率可根据使用目的以及形成过滤介质的具体材料和工艺而改变。例如，过滤介质用于消除静电时，表面电阻率优选小于约1×107ohms2。
导电涂层可由多种材料形成，但是，如上所述，导电涂层优选是由这种材料形成，当能量传递到其上时，这种材料被配置成能够散发离子。在一个示例性的实施例中，导电涂层可以是包括一种或多种金属的导电金属或金属纤维，例如：铝、银、铜、镍、金、铅、锡、锌和它们的组合。在一个示例性的实施例中，导电涂层可以由导电的碳纤维形成，如镍涂覆的碳纤维。一个示例性的镍涂覆的碳纤维是由Toho Tenax America，Inc.of Rockwood，Tennessee生产的。导电涂层也可由导电的聚合物形成，如聚(3，4亚乙基二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)或聚苯胺。
该导电涂层可以在该涂层在该过滤基质上施加之前或期间形成，并且各种现有技术已知的方法可以用于形成该涂层和/或将该涂层施加于该基质上。该导电涂层也可以被施加于过滤基质的一面或两相对表面的全部或仅部分上，或者也可以施加于过滤层的一面或两相对表面的全部或仅部分上，该过滤层被组合形成该过滤基质。在一个实施方式中，导电材料可以分散于溶液中，例如水或聚合物，而且过滤基质也可以用该溶液浸渍以使该涂层围绕形成过滤基质的纤维。例如，将基质置于模具中，使含有水或聚合物溶液和导电纤维或金属的浆液流经该基质，以浸渍该基质并且由此将导电纤维或金属沉积于该基质上。在另一个实施方式中，该导电涂层可以涂于表面上，例如使用涂料刷，可以采用真空金属喷涂方法、电极电镀方法、化学电镀方法(无需电极)施加，可以喷涂到过滤基质上或者形成该基质的过滤层上，或者挤出到该基质上。例如，当使用挤出工艺时，导电聚合物，或者聚合物和例如导电粉末或颗粒的导电材料，被置于挤出机中以形成热熔融体。该热熔融体可以直接挤出到基质上，由此它围绕并与形成该基质的纤维结合。本领域技术人员会理解该导电涂层可以用各种技术来形成，而且可以由各种材料的组合来形成。而且，各种技术可以用于施加涂层于过滤基质的全部或不连续的部分上。
粘接剂，例如聚合物，也可以任选用于将导电涂层粘接到该过滤基质上。该粘接剂可以在该方法的各个阶段被加入。例如，当导电材料分散于水中时，粘接剂可以加入水中，并且用导电材料浸渍该基质。粘接剂也可以或可替代地被施加于涂层上，特别在纤维或颗粒的情况下。可以使用各种粘接剂，适合的示例性粘接剂包括聚合物，例如：聚偏二氯乙烯、丙烯酸胶乳、聚氨酯分散液、聚醋酸乙烯酯和聚乙烯醇。粘接剂可以是导电的，也可以是不导电的，且可以由各种导电材料形成，如文中前述已公开的那些。
在使用中，来自高压电源的能量被传递到过滤介质，特别地被传递到导电涂层，以赋予该过滤介质导电性。可使用联接机构(如电极)将高压电源与过滤介质相联接。结果，将产生电场，并且导电涂层将散发离子，使空气流中的灰尘颗粒带电，由此提高该导电过滤介质的捕集效率。该导电涂层还提供了用于改变在过滤期间产生的任何静电的方向的方式，因此减少或除去该静电。
下面的非限定性实施例用于进一步描述本发明的各种示例性实施方式。
实施例1
由直径范围在约0.3-4.0微米的玻璃棉纤维，和长度约0.25英尺、直径约7微米的碎玻璃纤维形成玻璃纤维过滤介质。然后将该玻璃纤维过滤介质置于被抽气至压力为约10E-04到10E-05torr的真空室中。使用真空金属喷涂方法将导电涂层沉积于该玻璃纤维过滤介质上。特别地，铝导线在该室中被电加热，由此，它在真空下蒸发并再冷凝到过滤介质的表面上，以形成约300埃的导电铝涂层。
使用用于测试表面电阻率的Vermason H1003方探针测量该涂敷的玻璃纤维过滤介质的表面电阻。该测量设备被EN100015 Part 1：1991认证。经测量，该涂敷的玻璃纤维过滤介质的表面电阻小于50欧姆(ohm)，相比较，未涂敷的玻璃纤维过滤介质的表面电阻超过10E13欧姆。
实施例2
由0.25英尺、直径约6-7微米的碎玻璃纤维、0.8微米的微玻璃纤维、4.5-5.0微米的微玻璃纤维和聚乙烯醇纤维形成玻璃纤维过滤介质。将购自美国TohoTenax公司的镍涂敷的碳纤维分散于水中，和聚乙烯醇纤维共同作用，将该纤维粘接于玻璃纤维过滤介质上。该玻璃纤维过滤介质用该分散体浸渍以沉积约21g/m2的镍涂敷的碳纤维到玻璃纤维过滤介质上。
使用用于测试表面电阻率的Vermason H1003方探针测量该涂敷的玻璃纤维过滤介质的表面电阻。该测量设备被EN100015 Part 1：1991认证。经测量，该涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻约25.3ohms2，相比较，未涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻超过1×1013ohms2。
实施例3
如实施例2所述制备玻璃纤维过滤介质。用实施例2所述的方法用碳纤维涂敷该过滤介质。使用用于测试表面电阻率的Vermason H1003方探针测量该涂敷的玻璃纤维过滤介质的表面电阻。该测量设备被EN100015 Part 1：1991认证。经测量，该涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻约13.5ohms2，相比较，未涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻超过1×1013ohms2。
实施例4
如实施例2所述制备玻璃纤维过滤介质。用实施例2所述的方法用不锈钢纤维涂敷该过滤介质。使用用于测试表面电阻率的Vermason H1003方探针测量该涂敷的玻璃纤维过滤介质的表面电阻。该测量设备被EN100015 Part 1：1991认证。经测量，该涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻约27.6ohms2，相比较，未涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻超过1×1013ohms2。
实施例5
由0.4微米的微玻璃纤维、0.6微米的玻璃纤维、1微米的玻璃纤维、2.6微米的玻璃纤维和1.0丹尼尔聚乙烯醇纤维形成玻璃纤维过滤介质。该纤维组合物是这样的可以使其获得所需的过滤效率。使用涂刷的方法将含墨水的碳沉积于该玻璃纤维过滤介质上。
使用用于测试表面电阻率的Vermason H1003方探针测量该涂敷的玻璃纤维过滤介质的表面电阻。该测量设备被EN100015 Part 1：1991认证。经测量，该涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻范围约300-55000ohms2，相比较，未涂敷的玻璃纤维过滤介质的电阻超过1×1013ohms2。
基于上述实施方式，本领域技术人员会理解本发明的进一步的特征和优点。因此，除了所附的权利要求中表明的，本发明不被具体地表达和描述限定。文中所引用的所有公开物和参考被明确地全文引入本文作为参考。
Claims (29)
1.一种过滤介质，包括：
过滤基质；和
至少一个导电涂层，该导电涂层设置于该过滤基质的至少一部分上。
2.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，过滤介质的表面电阻率的范围在约1×102到1×1012ohms2。
3.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，过滤介质的表面电阻率小于约1×107ohms2。
4.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，过滤基质是由多个过滤层形成的。
5.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，过滤基质是由选自由天然纤维、有机纤维、无机纤维和它们的组合组成的组中的纤维形成的。
6.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，过滤基质是由选自由玻璃纤维、陶瓷纤维、聚合物纤维、棉纤维、大麻纤维、碳纤维以及它们的组合组成的组中的纤维形成的。
7.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，导电涂层是由金属纤维形成的。
8.根据权利要求7所述的过滤介质，其中，金属纤维是由选自由铝、银、铜、镍、金、铅、锡、锌、钢和它们的组合组成的组中的金属形成的。
9.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，导电涂层是由选自由铝、银、铜、镍、金、铅、锡、锌和它们的组合组成的组中的金属形成的。
10.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，导电涂层是由导电聚合物形成的。
11.根据权利要求10所述的过滤介质，其中，导电聚合物包括聚(3，4亚乙基二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)。
12.根据权利要求10所述的过滤介质，其中，导电聚合物包括聚苯胺。
13.根据权利要求10所述的过滤介质，其中，导电聚合物包括碳颗粒。
14.根据权利要求10所述的过滤介质，其中，导电聚合物包括镍涂敷的碳纤维。
15.根据权利要求1所述的过滤介质，还包括将导电涂层粘接到过滤基质上的粘接剂。
16.根据权利要求15所述的过滤介质，其中，粘接剂由选自由聚偏二氯乙烯、丙烯酸胶乳、聚氨酯分散液、聚醋酸乙烯酯和聚乙烯醇组成的组中的聚合物形成的。
17.根据权利要求15所述的过滤介质，其中，粘接剂是导电的。
18.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，过滤介质是褶状的。
19.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，导电涂层设置于过滤基质的预定部分。
20.根据权利要求1所述的过滤介质，还包括用于将高压电源联接到该导电涂层的联接机构。
21.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，当能量传递到其上时，导电涂层适于散发离子，以提高过滤介质的效率。
22.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，至少一种导电涂层被设置于形成该过滤基质的纤维上。
23.一种形成过滤介质的方法，包括：
形成具有至少一个过滤层的过滤基质；以及
将至少一种导电涂层设置于该过滤基质的至少一个表面，以形成导电过滤介质。
24.根据权利要求23的方法，其中，该导电涂层包括导电聚合物，并且通过用该导电聚合物浸渍该过滤基质而使导电涂层设置于该过滤基质的至少一个表面上。
25.根据权利要求23的方法，其中，该导电涂层被粘接到该过滤基质的至少一个表面上。
26.根据权利要求23的方法，其中，该导电涂层仅被设置于该过滤基质至少一个表面的一部分上。
27.根据权利要求23的方法，还包括将导电过滤介质置于空气流中，将高压电源与导电过滤介质联接，以产生电场，这样该导电涂层将散发离子，使该空气流中的灰尘颗粒带电，以提高该导电过滤介质的捕集效率。
28.根据权利要求23的方法，还包括将导电过滤介质置于流体流中，将高压电源与导电过滤介质联接，以产生电场，这样该导电涂层将消除由流体流经该导电过滤介质而产生的静电。
29.一种形成过滤介质的方法，包括：
形成多个纤维；
用导电涂层涂敷该纤维；
用其上设置有导电涂层的多个纤维形成导电过滤介质。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |