CN101321570A - 用于在具有过滤特性的基板上实现包括毫微纤维的过滤分离器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于实现过滤分离器(10)的方法,过滤分离器(10)包括置于具有过滤特性的基板(2)上的毫微纤维层(1),该方法包括下列操作步骤:用导电材料使具有过滤特性的基板(2)富集;在位于离所述基板(2)一个距离处且设有分配喷嘴(5)的容器(4)内预先安排液体聚合物质(3);在与所述液体聚合物质(3)接触的第一电极(6)和充当第二电极的所述富集的基板(2)之间应用一电压差,因此产生电场,该电场朝着富集的基板(2)驱动从所述分配喷嘴(5)离开的液体聚合物质(3)的射流,以在富集的基板上形成具有纳米尺寸的固体聚合纤维的网状物。
Description
技术领域
本发明总的涉及一种用于实现过滤分离器的方法。
更特别地,本发明涉及一种用于实现过滤分离器的方法,过滤分离器包括与具有过滤特性的支承基板相关联的毫微纤维层。
一般地,毫微纤维是指直径小于一个微米的所有纤维。
如已知的,在负载损失相等的情况下,直径小于一个微米的纤维相对于尺寸更大的纤维具有更大的过滤效率。
为此,它们在不同的技术业中,例如在汽车业中,特别地用在流体过滤的领域中。
特别地,聚合材料的毫微纤维目前用于构造过滤分离器,过滤分离器用于内燃机中的空气的过滤。
发明背景
在这种类型的应用中,用直径一般小于0.5微米的聚合材料制造毫微纤维;无纺织物的过滤层由这些毫微纤维制造,其根据特定需要具有不同尺寸的网格。
在大多数情况下,所述过滤层非常薄,具有几个重叠的毫微纤维的厚度,从而在负载损失非常小的情况下获得高的过滤效率。
由于这种一般小于一个微米的有限的厚度,所以通过聚合毫微纤维获得的过滤层具有非常有限的机械特性,通常不足以承受由于其自身重量引起的应力和由于随后的处理引起的应力。
为此,通常将毫微纤维过滤层放在合适的支承基板上,支承基板必须是待过滤的流体所能渗透的,并且必须具有合适的机械特性以生产坚固且可靠的过滤分离器。
一般地,这些基板由传统地用在流体过滤领域中的类型的材料制造,例如纤维素片或聚合微纤维垫。
通常从液体聚合物质开始借助于一般称为静电纺纱的工艺在相似的支承结构上实现毫微纤维层,液体聚合物质典型地是基于聚合物的液体溶液或处于熔融状态中的聚合物。
根据这种工艺,将液体聚合物质注入配备有分配喷嘴的容器中,分配喷嘴具有毛细管尺寸的孔口。
所述容器与第一电极和导电材料的收集器相关联,第一电极与液体聚合物质接触,导电材料的收集器典型地为铜或铝板,其位于离分配喷嘴一个距离处以充当第二电极。支承基板位于分配喷嘴和导电材料收集器之间。
静电纺纱的工艺预见向第一电极应用一非常高的电压(大约20000V),从而产生高电位的电场,该电场朝着导电材料收集器驱动或发射从分配喷嘴离开的液体聚合物质的射流,导电材料收集器通常处于接地电位。
下列事实使得所述电场的产生变得可能,即当一般地用具有基本上电介质的特性的材料实现时,支承基板不是能电绝缘收集器的完美的电介质。
照这样,在其穿过空气的过程中,液体聚合物质干燥或固化,呈现纳米尺寸的固体纤维的网状物的形式,其逐渐聚集在支承基板上,形成所需的过滤层。
该工艺的一个缺点在于:支承基板在所产生的电场中不可避免地产生干扰,该干扰可能是基板本身上的毫微纤维不正确分配的原因,降低了可获得的过滤层的效率和可靠性。
另一个缺点在于:导电材料收集器的存在使得用于实现该工艺的设备相当的复杂,导致相对高的设施和生产成本。
发明内容
本发明的目标是通过有限的成本在简单、合理的解决方案的情况下克服现有技术的上述缺点。
该目标通过具有权利要求所述的特征的发明获得。
总的说来,本发明预见通过具有导电性质的材料给支承基板富集,并且在静电纺纱工艺中直接用这样富集的基板作为收集器。
附图说明
通过结合在所附图表中所示的图来阅读下面作为示范而非限制所提供的说明,本发明的其他特征和优点将显而易见,其中:
图1示意性地表示用于实现本方法的设备。
具体实施方式
作为本发明的目标的方法涉及实现所述类型的复合式过滤分离器10,其包括聚合毫微纤维的层1,聚合毫微纤维的层1位于具有过滤特性的支承基板2的顶部上。
毫微纤维优选地具有小于0.5微米的直径,并且沉积在基板2上因此形成非常薄的网状物,该网状物的网格根据应用可以具有不同的尺寸。
位于支承基板2上的毫微纤维层1具有在负载损失的增加非常小的情况下过滤分离器10的效率相当大地增加的性质。
支承基板2相对于毫微纤维基板1相当厚,并且具有改善的机械特性。所述基板2具有支承毫微纤维层1的功能,并且被实现成随后被锻造,例如被成形或打褶,以制造适合于通常的过滤设施中的各种应用的过滤分离器10。
特别地,本发明涉及一种复合式过滤分离器10的实现,其中所述支承基板2由基本上表现为电介质的材料构成。
优选地,所述基板2由尺寸大于毫微纤维的纤维的网状物构成,例如通过“熔喷”或“纺粘法”工艺、要不然通过一层纤维材料获得的纤维素片、聚合微纤维垫。
或者,形成基板2的材料可以是相似于沉积在其上的毫微纤维的材料。
为了在相似的支承基板2上实现毫微纤维层1,作为本发明的目标的方法预见用导电材料使所述基板2富集。
特别地,为了使支承基板2富集,可以采用能将导电材料紧密且不可分离地结合到所述电介质材料基板2以便形成具有过滤和导电性质的单个主体的任何工艺。
根据本发明的第一实施例,通过将合适的导电材料添加到用于制造基板2本身的原料来获得支承基板2的富集。
例如,在从基于聚合物的液体开始制造所述基板2的情况下,如在“熔喷”或“纺粘法”工艺中发生的,使导电材料直接与所述基于聚合物的液体混和以使得通过所获得的混合物,用具有导电性质的毫微纤维制造相似的垫。优选地,以具有纳米尺寸的固体粉末的形式添加导电材料,例如石墨颗粒。
根据本发明的备选实施例,通过在制造基板2本身之后应用合适的导电材料来获得支承基板2的富集。
例如,能通过采用冷等离子体技术的干燥工艺使支承基板2遭受表面处理。
通过向低压气体应用高电位的电场直到获得所谓的闪光放电为止来产生冷等离子体,所述闪光放电即伴有反应粒子(电子,原子,分子,离子和原子团)的强烈发射和光辐射(以可见的和紫外线的形式)的电流的通过。
通过这些发射使待处理的材料暴露于相当大的轰击,其中所述发射具有改变所处理的表面的化学和物理性质的能力,该改变的最大深度一般不大于几十纳米。
特别地,根据所使用的气体和采用的工作条件,冷等离子体与待处理表面的相互作用可能导致不同的改变,包括在所处理的区域中插入原子或整个化学族。
在本发明的情况下,预见用冷等离子体技术处理支承基板2,优选地处理以聚合材料实现的类型的支承基板2,因此获得具有导电性质的材料的原子或化学族的插入。
作为选择,能采用不同的工艺,例如通过浸入合适的浴槽中来用基于导电材料的液体物质浸泡支承基板,因而例如通过干燥工艺将所述液体物质固定到基板2本身。
在富集之后,所述方法预见在普通的静电纺纱工艺中用所述富集的基板2作为收集器。
详细地说,所述方法预见准备液体聚合物质3,例如基于聚合物的液体溶液或熔融聚合物,其被注入合适的容器4内。
所述容器4位于离富集的基板2一个距离处,并且设有配备有孔口的分配喷嘴5,所述孔口优选地具有毛细管的尺寸。
优选地,分配喷嘴5的末端和所述富集的基板2之间的中间距离包含在10到30厘米之间。
容器4与第一电极6相关联,第一电极6与液体聚合物质3直接接触并且与电压发生器7相连。
第二电极由富集的基板2形成,其优选地位于接地电位。
这里,启动发生器7,因此向第一电极6应用非常高的电压(大约20000V)。
第一电极6和富集的基板2之间的电压差产生高电位的电场,该电场朝着富集的基板2驱动(或发射)从分配喷嘴5离开的液体聚合物质3的射流。
在所述射流移动的过程中,液体聚合物质3干燥或固化,呈现纳米尺寸的长的、固体的纤维的网状物的形式,所述纤维直接聚集在富集的基板2上。
调节液体聚合物质3的粘性、所应用的电压和分配喷嘴5与基板2之间的距离,能实现具有可变的固体/空隙比和单分散的尺寸分配的毫微纤维网状物,所述尺寸分配具有包含在几十纳米和几个微米之间的平均数。
特别地,为了调节从分配喷嘴5离开的液体聚合物质3的数量,预见使用与容器相关联的机械泵8,例如使用注射泵。
Claims (16)
1.用于实现过滤分离器(10)的方法,过滤分离器(10)包括置于具有过滤特性质的基板(2)上的毫微纤维(nanofibre)层(1),其特征在于该方法包括下列操作步骤:
-用导电材料使具有过滤特性的基板(2)富集(riching);
-在位于离所述基板(2)一个距离处且设有分配喷嘴(5)的容器(4)内预先安排液体聚合物质(3);
-在与所述液体聚合物质(3)接触的第一电极(6)和充当第二电极的所述富集的基板(2)之间施加一电压差,因此产生电场,该电场朝着富集的基板(2)发射从所述分配喷嘴(5)离开的液体聚合物质(3)的射流,以在富集的基板(2)上形成具有毫微米(nanometric)尺寸的固体聚合纤维的网状物。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于通过将导电材料添加到用于制造基板(2)本身的原料来获得基板(2)的所述富集。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于从基于聚合物的液体开始实现所述基板(2),并且使导电材料与所述基于聚合物的液体直接混合。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于所述导电材料呈固体粉末的形式。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于导电材料的所述固体粉末具有毫微米尺寸。
6.如权利要求4所述的方法,其特征在于导电材料的所述固体粉末包括石墨颗粒。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于通过在实现基板(2)本身之后应用导电材料来获得基板(2)的所述富集。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于通过在基板(2)本身的组成材料内干燥插入导电材料的颗粒来获得基板(2)的所述富集。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于所述插入通过暴露于冷等离子体而发生。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于所述基板(2)富集预见了用基于导电材料的液体物质浸泡基板(2),并且将所述液体物质固定到基板(2)本身。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于从分配喷嘴(5)离开的所述液体聚合物质(3)是基于聚合物的液体溶液。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于从分配喷嘴(5)离开的所述液体聚合物质(3)是处于熔融状态中的聚合物。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于它预见通过机械装置(8)控制离开分配喷嘴的液体聚合物质(3)的数量。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于所述机械装置包括与容纳液体聚合物质(3)的容器(4)相关联的注射泵(8)。
15.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述分配喷嘴(5)设有毛细管尺寸的出口孔口。
16.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述分配喷嘴(5)位于离基板(2)一个距离处,该距离包括在10到30厘米之间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081210 |