CN101310064A - 可变聚结器 - Google Patents

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Abstract

一种具有可变特征的聚结器，该可变特征包括各个纤维沿着它们的长度的可变直径，从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同直径，并且包括可变孔隙度。

Description

可变聚结器
技术领域
本发明涉及一种纤维介质聚结器，并且更具体地，更特别地涉及一种具有可变性质的聚结器。
背景技术
在现有技术中纤维介质聚结器是已知的，用于聚结并且分离具有两种不能混合的形态，即连续形态和分散形态的介质。例如：在引擎曲柄轴箱通风系统和其它空气-油分离系统中，连续形态为空气，并且分散形态为油；在燃料-水分离系统，例如燃料过滤器中，燃料是连续形态，并且水是分散形态；在水-油分离系统中，水是连续形态，并且油是分散形态。本发明特别地适合用于引擎曲柄轴箱通风应用，但是可被用于具有不能混合的流体例如空气-油、燃料-水、水-油等的其它分离系统。
在对聚结器及其制造方法的不懈的研发努力中实现了本发明。
附图说明
图1是示出用于制造根据本发明的聚结器的方法的概略透视图；
图2类似图1并且示出另外的实施例；
图3是示出根据本发明的聚结器特征的图表。
具体实施方式
在优选实施例中，本系统使用熔喷技术以用于制造根据本发明的聚结器。用于微粒过滤器的熔喷技术在现有技术中是已知的，例如通过引用而被结合于此的美国专利6,860,917、3,755,527。参考图1，并且也注意在结合于此的美国专利6,860,917第3栏第25+行中的说明，热塑性聚合物例如聚酯、聚丙烯、聚醚酯、聚酰胺、聚亚安酯、聚苯硫醚、尼龙、乙烯-丙烯酸共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、硅树脂、聚对苯二甲酸乙二酯或者其掺合物或者混合物的小球被引入挤出器2的小球接受器1。利用驱动器或者熔体泵4，热塑性聚合物被迫通过挤出器2进入模头3中。模头3可含有能够控制模头3中的温度的加热装置5。热塑性聚合物然后被迫离开模头3中的一行模具开口6，也称作喷丝头，进入将热塑性聚合物减细成纤维7的气流，在移动收集装置8例如旋转心轴或者滚筒9上收集纤维以形成连续网10。通过气体喷口11和12供给减细热塑性聚合物的气流，对此可进一步参考上述的被结合于此的美国专利3,755,527的图2。通过气体管线13和14向气体狭槽11和12供给热气体，优选地为空气。还参考通过引用而被结合于此以示出熔喷过程的美国专利3,978,185。熔喷包括有时称为熔融纺丝和热压粘合的过程。通常，如此制造熔喷滤筒，将聚合物挤出与熔喷模具关联的空隙以形成被导向收集器的纤维。在熔喷期间，惰性气体(例如空气)流作用在熔融纤维上从而将纤维减细为相对细小的直径并且将被减细的纤维随机地分布到收集器。大量非纺织、随机混合固化纤维在收集器上聚集。由选择心轴9提供的收集器8收集并且将纤维卷成环形滤辊15。
在一个方面中，本申请提供一种用于通过熔喷过程生产基本连续的、长聚合物纤维的方法，所述纤维具有变化的直径。纤维被缠绕为确定形状的形式以生产具有分级纤维直径和孔隙度特征的聚结器元件。聚结器聚结具有两种不能混合的形态，即连续形态和分散形态的介质。连续形态从上游流动到下游。如此提供聚结器元件，即纤维介质捕获分散形态的小滴，小滴以聚结方式增长为更大的液滴，该更大的液滴进一步聚结并且增长以形成被排泄的液池。在一个优选实施例中，令人期望的是聚结器介质性质作为深度的函数变化。在聚结器应用例如曲柄轴箱通风聚结器、薄雾消除过滤器、燃料水聚结器和油水分离器中，在一个优选实施例中令人期望的是孔隙度和/或纤维直径随着进入介质中的距离增加而减小，在中间深度即在上游和下游端部之间的一定位置处达到最小值，并且然后随着从中间深度到下游，以接近下游面的进入介质中的距离进一步增加，孔隙度和/或纤维直径增加并且变得更加开放。下面进一步描述该U形轮廓，例如图3，从上游到中间深度提供减小的纤维直径和/或孔隙度，并且然后从中间深度到下游纤维直径和/或孔隙度增加。减小的孔隙度和纤维直径在聚结器上游部分中形成较小的限制。最小纤维直径和/或孔隙度使得在此处获得最大消除效率。随后孔隙度和纤维直径从中间深度到下游的增加便于从聚结器排泄并且释放被捕获的小滴。
各种方法已被用于作为深度的函数改变聚结器介质性质。例如，不同的介质层可堆叠到一起以获得这种效果。聚结过滤器例如由内部高效率聚结层和外部粗排泄层构成。在一些应用中，多个层例如可能多达七个不同的层被用于实现所述益处。通常，这可通过在层中将不同的介质薄片卷，或者褶叠到一起，或者通过在彼此顶部之上熔喷包括熔融纺丝不同的层而实现。每一个层可由在生产中获得和处理的不同的材料构成。每一个层可能要求不同的步骤和/或配件以用于处理和生产。在层之间的过渡部分趋于突然变化或者呈现阶跃函数变化，这可在液流中形成相应的不连续性并且可能引起增加的限制性和缩短的寿命与容量。
在本申请的一个方面中，提供一种用于生产聚结器元件的方法，包括用于曲柄轴箱通风和薄雾消除聚结器，和用于使用纤维聚结器介质的其它类型的聚结器，其中希望作为进入聚结器的深度的函数改变纤维直径和/或孔隙度。通过从例如上述的那些适当热塑性聚合物进行熔喷而形成具有基本连续长度的纤维。纤维被收集到转动/绕转/旋转心轴或者具有适当截面形状，例如圆形、卵形、椭圆形、跑道、三角形、长方形、菱形、梯形、星形等的其它适当收集器上。在一个方面中，各个纤维的直径改变，因为它们被生产以形成在沿着它们的长度的不同的位置处具有不同的直径的长纤维。在进一步的方面中，在生产它们时相对于在心轴上形成的聚结器介质的厚度控制纤维直径从而生成具有例如纤维直径和/或孔隙度作为深度函数变化的聚结器介质性质的聚结器元件。在另一方面，收集器或者心轴以及熔喷模具以一维、两维或者三维方式相对于彼此移动。
图1概略示意所述方法。它示出一种熔喷过程，包括含有聚合物小球的所述接受器1、熔体泵4、空气管线13，14、模具3、心轴9、纤维7和所形成的聚结器元件15。还示意出具有相互正交的X、Y和Z轴的一种三维坐标系统，其中由旋转心轴9提供的收集器8围绕Z轴线旋转并且沿着X轴线与模具3相间隔。从模具3沿着Z轴线的长度通常小于元件15从而允许模具3和收集器心轴9在生产元件15期间相对运动而不显著过量地喷射纤维7。提供如下方法在生产纤维期间纤维直径沿着纤维长度变化：改变通过沿着X和/或Y方向相对于彼此移动模具和收集器/心轴在模具和收集器/心轴之间的距离；和/或控制模具和收集器/心轴沿着X、Y和Z方向关于彼此的相对位置；和/或控制聚合物通量；和/或控制空气压力和/或流速；和/或控制心轴速度，例如通过沿着X、Y和/或Z方向相对于彼此移动模具和收集器心轴和/或控制心轴围绕Z轴线的旋转速度；和/或聚合物温度。这些因素还影响聚结器介质的孔隙度和纤维定向。例如，通过沿着Z方向前后移动模具和收集器的相对位置，在收集器或者模具这样改变方向时，纤维定向被反转。这形成增加了所形成的元件的结构一体性的互锁纤维的交叉图案，并且便于排泄聚结的液体，例如在通过引用而被结合于此的于2005年9月20日提交的共同拥有的未审定美国专利申请号11/230,694中所述。
还可通过向介质施加压力控制孔隙度。图2类似图1并且在适当之处使用与之相似的引用数字以便理解。通过使用压缩辊子16提供一种控制孔隙度的方法。通过以受控方式使用压缩辊子16以在聚结器元件15上施加压力并且通过控制压缩辊子16抵靠元件15滚动的压力/作用力，在生产元件期间孔隙度可被控制。作为深度的函数控制纤维直径和/或孔隙度而不使用提供复合或者分层结构的不同介质的不同的层。
纤维直径也是被引入接受器中的热塑性聚合物类型的函数。这可有利地被用于形成更好性能的聚结器元件。例如，通过在接受器中混合两种或者更多不同类型的兼容聚合物，例如具有不同的熔点的两种聚酯的小球，并且熔喷所形成的混合物，两种或者更多不同直径化学和物理特征的纤维可以被同时熔喷并且关于在元件中的深度被放置在相同位置处。如果例如该两种聚合物具有不同的熔点，一个将比另一个更快冷却，并且具有最低熔点的一个将强烈粘附到另一个类型并且增加介质的总体强度和结构一体性，同时形成双模态纤维直径分布，每一种模态的纤维直径在生产纤维期间变化。类似地，限制和消除例如通过将产生大直径纤维的小百分比的聚合物与产生较细纤维的更高百分比的聚合物相混合可以被优化。可替代地，例如，通过将产生大直径强壮纤维的小百分比的聚合物与产生更加适于捕获细小污染物但是缺乏结构一体性的较细纤维的更高百分比的聚合物相混合可以增强元件的结构一体性。通过将相对高润湿性聚合物与相对非润湿性聚合物相混合可实现聚结液体从聚结器的排泄和降低的限制性。为了进一步优化聚结器介质结构，通过控制在接受器中的或者被泵送到模具的不同聚合物的相对数量，可以作为深度的函数改变不同类型纤维的相对数量。其组合生产特别地适用于聚结器应用的元件，包括曲柄轴箱通风过滤器、薄雾消除过滤器、燃料水聚结器和油水分离器。这种元件聚结并且从液流消除污染物小滴。它们实现高的消除效率以便排泄聚结的液体污染物，从而具有大的污染物容量和长的服务寿命。
作为一个实例，在第一聚结器实施例中，具有至少双模态纤维直径分布的纤维作为单一薄片被绕成卷但是在元件卷15中有效地提供多个层以实现作为深度函数变化的孔隙度。根据效率要求，在纤维分布中用于较小纤维的平均直径在0.05到10μm的范围中。这些纤维的功能在于高效消除细小污染物。较粗纤维具有从20到100μm的直径以便排泄。这些元件被制成为具有10mm的最小厚度的深度类型元件。为了使得元件在物理上是稳固的并且同时产生具有两种不同直径的纤维，使用两种不同类型的聚合物，例如使用95％的PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)聚合物和5％的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)聚合物。平均纤维密度为1.38克每立方米，并且平均元件孔隙度高于80％。结合使用细的和粗的纤维，即在沿着其长度的不同位置处具有不同直径的各个纤维，产生高的效率，良好的排泄性质和低的小滴再次夹带。在用于曲柄轴箱通风的柴油机测试中，对于超细油雾和煤烟，新元件的消除效率高于90％。油雾的小滴尺寸范围从小于0.03μm到10μm，而平均直径范围为0.4到1.0μm。即使对聚结过程中的油饱和阶段而言，也获得了高于80％的效率。
在第二聚结器实施实例中，相同聚合物混合物被用于实现双模态分布，然而在开始生产聚结器元件时模具和收集器心轴之间的距离减小(例如靠近环形元件15邻近心轴的中心15a)，然后靠近元件生产的中部，例如介质中间深度15b逐渐增加，并且然后靠近元件生产的端部，例如在环形元件的外部15c处再次减小。这可通过沿着X方向相对于彼此移动模具3和心轴9而实现。同时，模具3和心轴9可相对于彼此沿着Z方向移动以实现所需的纤维定向。这导致靠近过滤器正面15a具有两种类型的较粗纤维的元件结构以便当用于从内向外流几何形状中时，在元件上游侧处消除较粗污染物，而非较细污染物。纤维直径在区域15a和15c处最大，并且在区域15b处最小。纤维直径从区域15a到15b减小，并且然后从区域15b到区域15c增加。孔隙度在区域15a和15c处最大，并且在区域15b处最小。孔隙度从区域15a到区域15b减小，并且然后从区域15b到区域15c增加。纤维直径和孔隙度作为从心轴9向外的距离的函数变化，即作为从区域15a到区域15b和从区域15b到区域15c的过滤器深度的函数变化。这在图3中示意出，其中示出从心轴中心沿着横坐标或者水平轴线的距离，该距离是元件15的径向深度，并且示出沿着纵坐标或者竖直轴线的相对纤维直径和相对孔隙度。纤维直径和孔隙度从区域15a到15b减小的所述变化在下坡17、18处示出，并且在中间深度区域15b处的纤维直径和孔隙度在19、20处示出，并且从中间深度区域15b到下游区域15c的增加的纤维直径和孔隙度在21、22处示出，从而形成U形轮廓23。
所述U形轮廓23，图3，形成通过聚结器元件总限制性降低的网。所述变化的纤维直径，在沿着横坐标的元件深度对沿着纵坐标的纤维直径的图3中的曲线中具有U形轮廓23，并且在所述中间深度15b处在U的曲线19处具有最小纤维深度直径。类似地，所述变化的孔隙度在沿着横坐标的元件深度对沿着纵坐标的孔隙度的曲线中具有U形轮廓，并且在所述中间深度15b处在U的曲线处具有最小孔隙度。纤维直径和孔隙度从区域15a到区域15b减小，在区域15b处对于两个参数实现了最小值，在该点处消除和限制最高。从该最小值开始，纤维直径和孔隙度从区域15b到区域15c再次增加以减小限制并且便于从聚结器排泄被捕获的聚结液体。纤维直径和孔隙度的逐渐变化避免了在具有不同介质材料的不同的层或者薄片和/或不同的纤维直径的不同的层或者薄片和/或不同的孔隙度的不同的层或者薄片的多介质元件中固有的流动不连续性和污染物积聚不连续性。相反，在本系统中例如沿着所述各个连续纤维的纤维直径和孔隙度的逐渐变化消除了阶跃变化的不连续性并且减小了限制并且增加了聚结器的服务寿命。在聚结器中，毛细管压力将小滴保持到位。如果遇到阶跃变化，例如大孔降到小孔，则小滴运动反作用于毛细管压力以使得小滴移动到更小的孔中，这显著增加了限制。在本系统中通过提供逐渐变化避免了这种不理想的特征，例如避免形成不同的层并且试图迫使小滴通过这些层。对于分散形态润湿介质，这在所述U形轮廓23的上坡部分21、22中是特别显著的。对于分散形态非润湿介质，这在所述U形轮廓23的下坡部分17、18中是特别显著的。本系统从第一环形区域中的第一直径到第二环形区域中的第二直径逐渐改变相同的这种给定的各个纤维的纤维直径(例如从15a到15b和/或从15b到15c)以在它们之间提供逐渐过渡，消除突然的阶跃函数变化和相应的不连续性，包括流体流速和压降特征，否则这将增加限制并且降低服务寿命和容量。
以上的实例指出具有闭环形状，例如圆形、卵形、椭圆形跑道、三角形、长方形、菱形、梯形、星形等的环形元件卷。在一些应用中，包装或者其它原因可能决定其它形状或者开放形状，例如平板构形。这些可通过沿着平行于环面轴线的平面轴向切割或者分裂所形成的元件而从所述闭环环形形状制成以提供面板元件等或者获得所需截面。
在本系统中，聚结器的各个纤维的直径被控制并且沿着纤维长度变化。纤维直径、孔径大小和/或孔隙度作为在聚结器元件中的深度的函数变化并且使用相同介质和相同介质薄片实现，即相同介质和介质薄片被用于获得大范围的性质。纤维直径、孔径大小和/或孔隙度可以连续和逐渐变化，消除介质性质的作为深度函数的所述阶跃变化并且避免在该元件中流体流速和压降特征的相应的不连续性，从而产生更加耐用的元件。可通过改变并且控制包括例如在模具和心轴/收集器之间的距离、模具和心轴相对彼此的位置、聚合物通量、空气压力、流速、心轴/收集器速度和温度的熔喷生产参数而实现所述逐渐连续变化。可通过沿着X、Y和/或Z方向相对彼此移动模具和收集器改变并且控制作为深度函数的介质性质。该系统结合生产其中纤维直径、孔径大小和/或孔隙度作为深度函数变化以给出性能优点的聚结器的概念。无需以序列方式生产分离的多个层，无论每一层由不同的熔喷机器独立生产并且在机器之间转移未完成的元件，或者通过沿着Z方向以序列方式对准多个模具并且连续生产沿着相同Z方向增大或者增长的管状元件而实现层压，并且在最后的模具之后，所完成的元件被切割成一定长度，其中在该序列中的每一个模具生产具有其自身性质的不同的层。
本系统提供一种通过将多个聚合物纤维7熔喷到收集器8上，并且在熔喷期间，沿着它们的长度改变各个纤维的直径从而各个纤维在沿其长度的不同的点处具有不同直径而制造聚结器元件15的方法。从模具3熔喷纤维7，模具3通过喷丝头6射出熔融聚合物以生产纤维。在生产纤维期间，纤维直径沿着纤维长度变化。收集器8与模具3相间隔，并且在一个实施例中，在生产纤维期间，通过改变在收集器8和模具3之间的间隔，纤维直径沿着纤维长度变化。当收集器8在该实施例中为旋转心轴9时，在生产纤维期间，通过改变模具3和心轴9相对于彼此沿着X和Y轴的至少一个的相对位置，纤维直径沿着纤维长度变化。在另一实施例中，在生产纤维期间，通过改变聚合物通过喷丝头6的通量，纤维直径沿着纤维长度变化。如上所述，聚合物通过喷丝头6被喷射为加压气流以生产纤维7。在另一实施例中，在生产纤维期间，通过改变气体压力和气体流速中的至少一个，纤维直径沿着纤维长度变化。在当收集器8为旋转心轴9时的另一实施例中，在生产纤维期间，通过改变心轴9的旋转速度，纤维直径沿着纤维长度变化。在另一实施例中，在生产纤维期间，通过改变熔融聚合物的温度纤维直径沿着纤维长度变化。在另一实施例中，在模具中同时使用两种聚合物以产生双模态纤维分布，其中每一种模态的纤维直径如上所述那样变化。在一个实施例中，该两种聚合物具有不同的熔点。在所述方法的优选实施例中，在生产纤维期间，当从模具3熔喷纤维时，纤维直径沿着纤维长度变化。
当收集器8为旋转心轴9时，旋转心轴收集并且将纤维7卷成环形元件卷15，它在心轴处具有内部区域15a，并且具有以元件卷的径向厚度从区域15a径向向外间隔的外部区域15c。元件卷15具有沿着这种径向厚度的深度尺寸。在生产纤维期间，纤维直径沿着纤维长度变化从而纤维直径作为元件深度的函数变化。在一个实施例中，如上所述，在生产纤维期间，纤维直径沿着纤维长度变化以提供具有第一纤维直径的第一环形区域例如15a，和具有不同于第一纤维直径的第二纤维直径并且具有相同的各个熔喷纤维的第二环形区域例如15b和/或15c。从模具3熔喷各个纤维。这种各个纤维被卷在心轴9上以形成所述第一环形区域。相同的这种给定的各个纤维被卷在第一环形区域上以形成第二环形区域例如15b，并且相同的这种给定的各个纤维被进一步卷在第二环形区域15b上以形成第三环形区域例如15c等。给定的各个纤维以所述第一直径在第一环形区域15a中卷绕，然后相同的这种给定的各个纤维的纤维直径逐渐变化为第二直径，并且然后相同的这种给定的各个纤维以这种第二纤维直径在第二环形区域15b中卷绕等。给定的各个纤维能够在其它环形区域中在顺序步骤中卷绕但是仍然卷绕相同的这种给定的各个纤维，因此提供所述连续性和逐渐变化并且避免如上所述的阶跃变化不连续性。在熔喷期间，给定的各个纤维的直径逐渐地变化，并且沿着元件的径向厚度和深度在区域间的变化是逐渐的。
内部和外部区域15a和15c中的一个处于上游表面，并且内部和外部区域15a和15c的另一个处于下游表面。流动方向从上游到下游。例如，在从内向外流几何形状中，区域15a位于上游表面，并且区域15c位于下游表面。在从外向内流几何形状中，外部区域15c位于上游表面，并且内部区域15a位于下游表面。在一个实施例中，如上所述，在生产纤维期间纤维直径沿着纤维长度变化以作为元件深度的函数改变纤维直径，从而纤维直径随着沿流动方向进入元件的深度增加而减小。进一步，在这种实施例中，纤维被卷绕为使得孔隙度也随着沿流动方向进入元件的深度增加而减小。在另一实施例中，在生产纤维期间，纤维直径沿着纤维长度变化以作为元件深度的函数改变纤维直径，从而纤维直径随着沿流动方向进入元件的深度增加而增加。进一步，在这种实施例中，纤维被卷绕为使得孔隙度也随着沿流动方向进入元件的深度增加而增加。在另一实施例中，在生产纤维期间，纤维直径沿着纤维长度变化以作为元件深度的函数改变纤维直径从而纤维直径随着沿流动方向从上游到中间深度15b进入元件的深度增加而减小，并且然后随着沿流动方向从中间深度15b到下游进入元件的深度增加而增加。在U形轮廓23处，这些特征被示于图3中。进一步，在这种实施例中，纤维被卷成使得孔隙度随着沿流动方向从上游到中间深度15b进入元件的深度增加而减小，并且然后随着沿流动方向从中间深度15b到下游进入元件的深度增加而增加。通常，纤维直径和孔隙度相对于元件深度遵循相同增加或者减小趋势，然而并非必需如此。例如，元件可具有减小的纤维直径而孔隙度增加，或者反之。
该系统进一步提供一种通过将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在熔喷期间，例如通过如上所述改变纤维直径和/或通过所述卷绕以可控方式改变由纤维形成的聚结器孔隙度从而制造聚结器的方法。在一个实施例中，孔隙度随着进入聚结器的深度增加而减小。在另一实施例中，孔隙度随着进入聚结器的深度增加而增加。在另一实施例中，孔隙度随着从上游到中间深度15b进入聚结器的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度15b到下游进入聚结器的深度增加而增加，见图3。在另外的实施例中，通过在其形成期间提供在区域15c处在外表面接合并且朝向聚结器元件卷15施加压力的压缩辊子16而以可控方式改变孔隙度。在另外的实施例中，改变孔隙度以提供具有第一孔隙度的第一环形区域例如15a，具有不同于第一孔隙度的第二孔隙度并且具有相同的各个熔喷纤维的第二环形区域例如15b，以及具有不同于第一和/或第二孔隙度的第三孔隙度并且具有相同的各个熔喷纤维的第三环形区域例如15c等。从模具3熔喷给定的各个纤维。这种给定的各个纤维被卷在心轴9上以形成第一环形区域15a，并且相同的这种给定的各个纤维被卷在第一环形区域15a上以形成第二环形区域15b等。
本系统和方法提供具有多个熔喷纤维的聚结器，其中各个纤维的直径沿着纤维长度变化，从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同的直径。纤维的直径沿着纤维长度变化，从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同的直径，从而这种各个纤维的纤维直径作为聚结器深度的函数变化。聚结器包括具有第一纤维直径的第一区域例如15a，具有不同于第一纤维直径的第二纤维直径并且具有相同的各个熔喷纤维的第二区域例如15b等。如上所述，纤维直径逐渐地变化以避免在其中固有的所述不连续性和阶跃变化以及所述缺点。在一个实施例中，纤维直径沿着各个纤维的长度变化以作为元件深度的函数改变纤维直径，从而沿着各个纤维的纤维直径随着进入元件的深度增加而减小。进一步，在这种实施例中，孔隙度也优选地随着进入元件的深度增加而减小。在另一实施例中，纤维直径沿着各个纤维的长度变化以作为元件深度的函数改变纤维直径从而沿着各个纤维的纤维直径随着进入元件的深度增加而增加。在这种实施例中，孔隙度也优选地随着进入元件的深度增加而增加。在另一实施例中，纤维直径沿着各个纤维的长度变化以作为元件深度的函数改变纤维直径，从而沿着各个纤维的纤维直径随着从上游到中间深度15b进入元件的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度15b到下游进入元件的深度增加而增加，见图3。在这种实施例中，孔隙度也优选地随着从上游到中间深度15b进入元件的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度15b到下游进入元件的深度增加而增加。该系统提供通过所述制造聚结器的方法生产的聚结器，该方法包括将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在熔喷期间，沿着它们的长度改变各个纤维的直径，从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同的直径。
该系统和方法还提供一种具有多个熔喷纤维的聚结器，其中该聚结器具有在它们之间以深度尺寸与下游表面相间隔的上游表面，其中该聚结器包括具有第一孔隙度的第一深度区域，和位于第一深度区域下游的第二深度区域，该第二深度区域具有不同于第一孔隙度的第二孔隙度并且具有与第一区域相同的各个熔喷纤维。如上所述，变化是逐渐的以避免不连续性或者阶跃变化的所述缺点。在一个实施例中，孔隙度随着进入聚结器元件的深度增加而减小。在另一实施例中，孔隙度随着进入元件的深度增加而增加。在另一实施例中，孔隙度随着从上游到中间深度15b进入元件的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度15b到下游进入元件的深度增加而增加，见图3。该系统提供一种通过所述制造聚结器的方法生产的聚结器，这是通过将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在熔喷期间，以可控方式改变由纤维形成的聚结器的孔隙度。
期望以上的多种技术也可被应用于颗粒过滤器。例如，在固体过滤器实施例中，相同的聚合物混合物可被用于实现双模态分布，并且在区域15a处开始生产元件时在模具3和心轴9之间的距离增加，然后当元件直径和介质厚度从区域15a到区域15b和15c增加时逐渐减小。如在以上的实例中那样，这是通过相对于彼此沿着X和Z方向移动模具3和心轴9实现的。这形成在区域15a中具有两种类型的较细纤维的元件结构以便对于从外向内流几何形状在元件下游侧处消除细小颗粒，并且在这种从外向内流几何形状中在上游侧15c处通过粗纤维消除粗颗粒和滤渣。纤维直径在区域15a处最小并且逐渐增加到在区域15b处增加的纤维直径并且继续增加至在区域15c处的最大纤维直径。孔隙度在区域15a处最小并且增加至在区域15b处的更高孔隙度并且继续增加至在区域15c处的最大孔隙度。纤维直径和孔隙度因此作为距心轴9的距离的函数，即作为径向厚度和过滤器深度尺寸的函数改变。这导致通过过滤器元件的总限制降低，因为当流体进一步渗入该元件时限制和效率逐渐增加。纤维直径和孔隙度的逐渐变化避免了在具有不同的纤维直径和/或孔隙度的不同的过滤器介质的多个层或者薄片的多介质过滤器中固有的流动和污染物积聚不连续性。所述逐渐变化消除了阶跃变化不连续性并且减小了限制并且增加了服务寿命。
承认在所附权利要求的范围中各种等价形式，可替代形式和修改都是可能的。

Claims (68)

1.一种制造聚结器的方法，包括将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在所述熔喷期间，沿着它们的长度改变各个纤维的直径从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同直径。
2.根据权利要求1的方法，其中从模具熔喷所述纤维，所述模具通过喷丝头射出熔融聚合物以生产所述纤维，并且包括在生产纤维期间沿着纤维长度改变纤维直径。
3.根据权利要求2的方法，其中所述收集器与所述模具相间隔，并且包括在生产纤维期间，通过改变在所述收集器和所述模具之间的间隔而沿着纤维长度改变纤维直径。
4.根据权利要求2的方法，包括具有相互正交的X、Y、Z轴线的坐标系统，其中所述收集器包括围绕所述Z轴线旋转并且沿着所述X轴线从所述模具间隔的旋转心轴，并且包括在生产纤维期间，通过沿着所述X和Y轴线中的至少一个改变所述模具和所述心轴相对于彼此的位置而沿着纤维长度改变纤维直径。
5.根据权利要求2的方法，包括在生产纤维期间，通过改变聚合物通过所述喷丝头的通量而沿着纤维长度改变纤维直径。
6.根据权利要求2的方法，其中所述聚合物通过所述喷丝头被喷射为加压气流以生产所述纤维，并且包括，在生产纤维期间，通过改变气体压力和气体流速中的至少一个而沿着纤维长度改变纤维直径。
7.根据权利要求2的方法，其中所述收集器包括旋转心轴，并且包括在生产纤维期间，通过改变所述心轴的旋转速度而沿着纤维长度改变纤维直径。
8.根据权利要求2的方法，包括在生产纤维期间，通过改变所述熔融聚合物的温度而沿着纤维长度改变纤维直径。
9.根据权利要求2的方法，包括在所述模具中同时使用两种聚合物以产生双模态纤维直径分布，其中在生产纤维期间改变每一种模态的纤维直径。
10.根据权利要求9的方法，其中所述聚合物中的一种是润湿的，并且所述聚合物中的另一种是非润湿的。
11.根据权利要求9的方法，其中所述两种聚合物具有不同的熔点。
12.根据权利要求2的方法，包括在生产纤维期间，当从所述模具熔喷所述纤维时，沿着纤维长度改变纤维直径。
13.根据权利要求2的方法，其中所述收集器为收集并且将所述纤维卷绕成环形元件的旋转心轴，该环形元件在所述心轴处具有内表面，并且具有以所述元件的径向厚度从所述内表面径向向外间隔的外表面，所述元件具有沿着沿所述径向厚度的深度尺寸的一定深度，并且包括在生产纤维期间，沿着纤维长度改变纤维直径从而纤维直径作为所述深度的函数变化。
14.根据权利要求13的方法，包括在生产纤维期间，沿着纤维长度改变纤维直径以提供具有第一纤维直径的第一环形区域，和具有不同于第一纤维直径的第二纤维直径并且具有相同的各个熔喷纤维的第二环形区域。
15.根据权利要求14的方法，包括：
从所述模具熔喷给定的各个纤维；
在所述心轴上卷绕所述给定的各个纤维以形成所述第一环形区域；
在所述第一环形区域上卷绕相同的所述给定的各个纤维以形成所述第二环形区域。
16.根据权利要求15的方法，包括在所述第一环形区域中以所述第一直径卷绕所述给定的各个纤维，然后将相同的所述给定的各个纤维的纤维直径改变为所述第二直径，然后在所述第二环形区域中以所述第二纤维直径卷绕相同的所述给定的各个纤维。
17.根据权利要求16的方法，包括从所述第一环形区域中的所述第一直径到所述第二环形区域中的所述第二直径逐渐改变所述相同的所述给定的各个纤维的所述纤维直径以在它们之间提供逐渐过渡，从而消除突然的阶跃函数变化和相应的不连续性，包括流体流速和压降特性，否则将增加限制并且减少寿命和容量。
18.根据权利要求16的方法，包括在序列步骤中在至少一个其它环形区域中卷绕所述给定的各个纤维，所述序列步骤选自包括以下步骤的组：在卷绕所述给定的各个纤维的步骤之前的步骤，用于形成所述第一环形区域；在卷绕所述给定的各个纤维的步骤之后的步骤，用于形成所述第一环形区域；以及在卷绕所述给定的各个纤维的步骤之后的步骤，用于形成所述第二环形区域。
19.根据权利要求13的方法，其中所述内和外表面中的一个是上游表面，并且所述内和外表面中的另一个是下游表面，并且其中流动方向是从上游到下游，并且包括在生产纤维期间沿着纤维长度改变纤维直径以作为所述深度的函数改变纤维直径，从而纤维直径随着沿所述流动方向进入所述元件的深度增加而减小。
20.根据权利要求19的方法，包括卷绕所述纤维从而孔隙度也随着沿所述流动方向进入所述元件的深度增加而减小。
21.根据权利要求13的方法，其中所述内和外表面中的一个是上游表面，并且所述内和外表面中的另一个是下游表面，并且其中流动方向是从上游到下游，并且包括在生产纤维期间沿着纤维长度改变纤维直径以作为所述深度的函数改变纤维直径，从而纤维直径随着沿所述流动方向进入所述元件的深度增加而增加。
22.根据权利要求21的方法，包括卷绕所述纤维从而孔隙度也随着沿所述流动方向进入所述元件的深度增加而增加。
23.根据权利要求13的方法，其中所述内和外表面中的一个是上游表面，并且所述内和外表面中的另一个是下游表面，并且其中流动方向是从上游到下游，并且包括在生产纤维期间沿着纤维长度改变纤维直径以作为所述深度的函数改变纤维直径，从而纤维直径随着从上游到中间深度沿所述流动方向进入所述元件的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度到下游沿所述流动方向进入所述元件的深度增加而增加。
24.根据权利要求23的方法，包括在沿着横坐标的元件深度对沿着纵坐标的纤维直径的曲线中沿着U形轮廓改变纤维直径，其中在U曲线处的最小纤维直径位于所述中间深度处。
25.根据权利要求23的方法，包括卷绕所述纤维从而孔隙度随着从上游到中间深度沿所述流动方向进入所述过滤器的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度到下游沿所述流动方向进入所述过滤器的深度增加而增加。
26.根据权利要求25的方法，包括在沿着横坐标的元件深度对沿着纵坐标的孔隙度的曲线中沿着U形轮廓改变孔隙度，其中在U曲线处的最小孔隙度位于所述中间深度处。
27.根据权利要求13的方法，其中所述内和外表面中的一个是上游表面，并且所述内和外表面中的另一个是下游表面，并且其中流动方向是从上游到下游，并且包括卷绕所述纤维从而孔隙度随着沿着所述流动方向进入所述元件的深度增加而减小。
28.根据权利要求13的方法，其中所述内和外表面中的一个是上游表面，并且所述内和外表面中的另一个是下游表面，并且其中流动方向是从上游到下游，并且包括卷绕所述纤维从而孔隙度随着沿着所述流动方向进入所述元件的深度增加而增加。
29.根据权利要求13的方法，其中所述内和外表面中的一个是上游表面，并且所述内和外表面中的另一个是下游表面，并且其中流动方向是从上游到下游，并且包括卷绕所述纤维从而孔隙度随着从上游到中间深度沿着所述流动方向进入所述元件的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度到下游沿着所述流动方向进入所述元件的深度增加而增加。
30.根据权利要求29的方法，包括在沿着横坐标的元件深度对沿着纵坐标的孔隙度的曲线中沿着U形轮廓改变孔隙度，其中在U曲线处的最小孔隙度位于所述中间深度处。
31.根据权利要求13的方法，其中所述环形元件具有从包括圆形、卵形、椭圆形、跑道、三角形、长方形、菱形、梯形和星形的组中选择的闭环形状。
32.根据权利要求13的方法，包括沿着平行于环面的轴线的平面切割所述环形元件以提供面板元件。
33.一种制造聚结器的方法，包括将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在所述熔喷期间，以可控方式改变由所述纤维形成的聚结器的孔隙度。
34.根据权利要求33的方法，其中所述收集器是收集并且将所述纤维卷绕成环形元件的旋转心轴，该环形元件在所述心轴处具有内表面，并且具有以所述元件的径向厚度从所述内表面径向向外间隔的外表面，所述元件具有沿着沿所述径向厚度的深度尺寸的一定深度，并且包括卷绕所述纤维从而孔隙度随着进入所述元件的深度增加而减小。
35.根据权利要求33的方法，其中所述收集器是收集并且将所述纤维卷绕成环形元件的旋转心轴，该环形元件在所述心轴处具有内表面，并且具有以所述元件的径向厚度从所述内表面径向向外间隔的外表面，所述元件具有沿着沿所述径向厚度的深度尺寸的一定深度，并且包括卷绕所述纤维从而孔隙度随着进入所述元件的深度增加而增加。
36.根据权利要求33的方法，其中所述收集器是收集并且将所述纤维卷绕成环形元件的旋转心轴，该环形元件在所述心轴处具有内表面，并且具有以所述元件的径向厚度从所述内表面径向向外间隔的外表面，所述元件具有沿着沿所述径向厚度的深度尺寸的一定深度，并且包括卷绕所述纤维从而孔隙度随着从上游到中间深度进入所述元件的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度到下游进入所述元件的深度增加而增加。
37.根据权利要求36的方法，包括在沿着横坐标的元件深度对沿着纵坐标的孔隙度的曲线中沿着U形轮廓改变孔隙度，其中在U曲线处的最小孔隙度位于所述中间深度处。
38.根据权利要求33的方法，其中所述收集器是收集并且将所述纤维卷绕成环形元件的旋转心轴，该环形元件在所述心轴处具有内表面，并且具有以所述元件的径向厚度从所述内表面径向向外间隔的外表面，所述元件具有沿着沿所述径向厚度的深度尺寸的一定深度，并且包括通过在其形成期间提供在所述外表面处接合并且朝向所述元件施加压力的压缩辊子而以可控方式改变孔隙度。
39.根据权利要求33的方法，其中所述收集器是收集并且将所述纤维卷绕成环形元件的旋转心轴，该环形元件在所述心轴处具有内表面，并且具有以所述元件的径向厚度从所述内表面径向向外间隔的外表面，所述元件具有沿着沿所述径向厚度的深度尺寸的一定深度，并且包括在所述卷绕期间改变孔隙度以提供具有第一孔隙度的第一环形区域，以及具有不同于所述第一孔隙度的第二孔隙度并且具有相同的各个熔喷纤维的第二环形区域。
40.根据权利要求39的方法，其中从模具熔喷所述纤维，所述模具通过喷丝头射出熔融聚合物以生产所述纤维，并且包括：
从所述模具熔喷给定的各个纤维；
在所述心轴上卷绕所述给定的各个纤维以形成所述第一环形区域；
在所述第一环形区域上卷绕相同的所述给定的各个纤维以形成所述第二环形区域。
41.根据权利要求40的方法，包括从所述第一环形区域到所述第二环形区域逐渐改变所述孔隙度以在它们之间提供逐渐过渡，从而消除突然的阶跃函数变化和相应的不连续性，包括流体流速和压降特性，否则将增加限制并且减少寿命和容量。
42.根据权利要求39的方法，其中所述环形过滤器具有从包括圆形、卵形、椭圆形、跑道、三角形、长方形、菱形、梯形和星形的组中选择的闭环形状。
43.根据权利要求39的方法，包括沿着平行于环面的轴线的平面切割所述环形元件以提供面板元件。
44.一种聚结器，包括多个熔喷聚合物纤维，其中沿着纤维长度改变各个纤维的直径从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同直径。
45.根据权利要求44的聚结器，其中所述聚结器具有上游表面，所述上游表面以沿着上游表面和下游表面之间的深度尺寸的深度与下游表面相间隔，并且其中纤维直径沿着纤维长度变化以提供在沿着它的长度的不同的点处具有不同直径的各个纤维，从而所述各个纤维的纤维直径作为所述深度的函数变化。
46.根据权利要求45的聚结器，其中所述聚结器包括具有第一纤维直径的第一区域，以及具有不同于所述第一纤维直径的第二纤维直径并且具有相同的各个熔喷纤维的第二区域。
47.根据权利要求46的聚结器，其中相同的所述给定各个纤维的纤维直径从所述第一区域中的所述第一直径到所述第二区域中的所述第二直径逐渐改变以在它们之间提供逐渐过渡，从而消除突然的阶跃函数变化和相应的不连续性，包括流体流速和压降特性，否则将增加限制并且减少寿命和容量。
48.根据权利要求45的聚结器，其中沿着各个纤维的长度改变纤维直径以作为所述深度的函数改变纤维直径，从而沿着所述各个纤维的纤维直径随着进入所述聚结器的深度增加而减小。
49.根据权利要求48的聚结器，其中孔隙度也随着进入所述聚结器的深度增加而减小。
50.根据权利要求45的聚结器，其中沿着各个纤维的长度改变纤维直径以作为所述深度的函数改变纤维直径，从而沿着所述各个纤维的纤维直径随着进入所述聚结器的深度增加而增加。
51.根据权利要求50的聚结器，其中孔隙度也随着进入所述聚结器的深度增加而增加。
52.根据权利要求45的聚结器，其中沿着各个纤维的长度改变纤维直径以作为所述深度的函数改变纤维直径从而沿着所述各个纤维的纤维直径随着从上游到中间深度进入所述聚结器的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度到下游进入所述聚结器的深度增加而增加。
53.根据权利要求52的聚结器，其中在沿着横坐标的聚结器深度对沿着纵坐标的纤维直径的曲线中沿着U形轮廓改变纤维直径，其中在U曲线处的最小纤维直径位于所述中间深度处。
54.根据权利要求52的聚结器，其中孔隙度随着从上游到中间深度进入所述聚结器的深度增加而增加，并且然后随着从中间深度到下游进入所述聚结器的深度增加而增加。
55.根据权利要求54的聚结器，其中在沿着横坐标的聚结器深度对沿着纵坐标的孔隙度的曲线中沿着U形轮廓改变孔隙度，其中在U曲线处的最小孔隙度位于所述中间深度处。
56.根据权利要求44的聚结器，其中所述聚结器是具有从包括圆形、卵形、椭圆形、跑道、三角形、长方形、菱形、梯形和星形的组中选择的闭环形状的环形元件。
57.根据权利要求44的聚结器，其中所述聚结器是面板元件。
58.根据权利要求44的聚结器，通过一种制造聚结器的方法生产，该方法包括将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在所述熔喷期间，沿着它们的长度改变各个纤维的直径从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同直径。
59.一种聚结器，包括多个熔喷聚合物纤维，所述聚结器具有上游表面，所述上游表面以沿着上游表面和下游表面之间的深度尺寸的深度与下游表面相间隔，所述聚结器包括具有第一孔隙度的第一深度区域，以及位于所述第一深度区域下游并且具有不同于所述第一孔隙度的第二孔隙度并且具有与所述第一区域的各个熔喷纤维相同的各个熔喷纤维的第二深度区域。
60.根据权利要求59的聚结器，其中孔隙度随着进入所述聚结器的深度增加而减小。
61.根据权利要求59的聚结器，其中孔隙度随着进入所述聚结器的深度增加而增加。
62.根据权利要求59的聚结器，其中孔隙度随着从上游到中间深度进入所述聚结器的深度增加而减小，并且然后随着从中间深度到下游进入所述聚结器的深度增加而增加。
63.根据权利要求62的聚结器，其中在沿着横坐标的聚结器深度对沿着纵坐标的孔隙度的曲线中沿着U形轮廓改变孔隙度，其中在U曲线处的最小孔隙度位于所述中间深度处。
64.根据权利要求59的聚结器，通过一种制造聚结器的方法生产，该方法包括将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在所述熔喷期间，以可控方式改变由所述纤维形成的聚结器的孔隙度。
65.一种制造过滤器的方法，包括将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在所述熔喷期间，沿着各个纤维的长度改变它们的直径从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同直径，从模具熔喷所述纤维，所述模具通过喷丝头射出熔融聚合物以生产所述纤维，并且包括在生产纤维期间沿着纤维长度改变纤维直径，并且在所述模具中同时提供两种聚合物以产生双模态纤维直径分布，其中在生产纤维期间改变每一种模态的纤维直径。
66.根据权利要求65的方法，其中所述收集器是收集并且将所述纤维卷绕成环形过滤器卷的旋转心轴。
67.一种过滤器，根据权利要求65的方法生产。
68.一种制造过滤器的方法，包括将多个聚合物纤维熔喷到收集器上，并且在所述熔喷期间，沿着各个纤维的长度改变它们的直径从而各个纤维在沿着它的长度的不同的点处具有不同直径，从模具熔喷所述纤维，所述模具通过喷丝头射出熔融聚合物以生产所述纤维，并且包括在生产纤维期间沿着纤维长度改变纤维直径，其中所述收集器是收集并且将所述纤维卷绕成环形过滤器卷的旋转心轴，该环形过滤器卷在所述心轴处具有内表面，并且具有以所述过滤器卷的径向厚度从所述内表面径向向外间隔的外表面，所述过滤器卷具有沿着沿所述径向厚度的深度尺寸的一定深度，并且包括在生产纤维期间，沿着纤维长度改变纤维直径从而纤维直径作为所述深度的函数变化，并且包括在生产纤维期间，沿着纤维长度改变纤维直径以提供具有第一纤维直径的第一环形区域，以及具有不同于所述第一纤维直径的第二纤维直径并且具有相同的各个熔喷纤维的第二环形区域，并且包括从所述模具熔喷给定的各个纤维，在所述心轴上卷绕所述给定的各个纤维以形成所述第一环形区域，在所述第一环形区域上卷绕相同的所述给定的各个纤维以形成所述第二环形区域，在所述第一环形区域中以所述第一直径卷绕所述给定的各个纤维，然后将相同的所述给定的各个纤维的纤维直径改变为所述第二直径，然后在所述第二环形区域中以所述第二纤维直径卷绕相同的所述给定的各个纤维，并且从所述第一环形区域中的所述第一直径到所述第二环形区域中的所述第二直径逐渐改变所述相同的所述给定的各个纤维的所述纤维直径以在它们之间提供逐渐过渡，从而消除突然的阶跃函数变化和相应的不连续性，包括流体流速和压降特性，否则将增加限制并且减少寿命和容量。
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