CN101511447A - 高效hvac过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种褶皱HVAC(暖通空调)过滤器，所述褶皱HVAC型过滤器包含含熔喷非织造介质的层和纳米纤维过滤介质层的褶皱过滤介质层合物。所述含熔喷非织造介质的层具有上游表面和下游表面，其中所述下游表面层合至所述纳米纤维过滤介质层。所述熔喷非织造介质还具有小于30g/m2的极低的基重和小于1毫米的厚度，所述包括支承稀松布层的过滤介质层合物具有小于200g/m2的基重和小于3毫米的厚度，其中所述过滤介质层合物被打褶成至少1个褶绉/厘米的褶绉密度并且具有小于0.45英寸水的初始压降，相对于0.3至1.0微米颗粒具有大于70％的小颗粒效率，所述纳米纤维过滤介质包括在支承背衬上的纳米纤维网，其中所述纳米纤维具有小于1.0微米的直径以及相对于0.8微米PSL颗粒具有大于30％的效率。

Description

高效HVAC过滤器
背景技术和技术领域
本发明涉及高效颗粒HVAC(暖通空调)过滤器。
在持久的时间期间内从空气和气体流中移除一些或全部颗粒物质是一种常常碰到的需求。例如，机动车辆的车舱的进气流、计算机硬盘驱动器中的空气、HVAC空气、飞行器机舱通风、洁净室通风、进入机动车辆发动机的空气、或进入电力生产设备的空气；导向气体涡轮的气流；以及进入多种燃烧炉的空气流，通常包括需要不断地过滤或者说是移除的颗粒物质。所有这些和其他未列出的应用具有十分不同的颗粒移除需求、优先次序和要求。就机舱空气过滤器来说，希望移除微粒物质以舒适乘客和/或以达到美观的目的。在洁净室中需要极高程度的颗粒移除，通常不考虑压降如何。在其他情况下，诸如来自工业处理或发动机的生产气体或排气，颗粒移除是所期望的，但是压降具有更高的优先级，因为泵或其他设备上的高的背压可以导致设备故障或使使用者和工人受伤。
一些基本原理和空气过滤器设计问题的一般性理解能够通过考虑下述类型的过滤介质来理解：表面负荷介质；以及深度介质(depthmedia)。这些类型介质中的每一种已经被很好地研究，并且每一种已经被广泛地利用。例如，在美国专利No.5,082,476、No.5,238,474和No.5,364,456中描述了与它们相关的某些原理。
过滤器的“寿命”通常根据所选择的在整个过滤器上的限制性压降来限定。在整个过滤器上的压力积聚限定用于该应用或设计的限定的水平下的寿命。因为这种压力积聚是颗粒负荷的结果，对于相等效率的系统，较长的寿命通常与较高的容量直接相关联。效率是介质捕获颗粒而不是通过颗粒的倾向。以下应该是明显的：通常，过滤介质从气流中移除颗粒越有效率，一般来讲过滤介质将越快接近“寿命”压力差(假定其他变量保持不变)。在HVAC系统中，存在以下矛盾的期望：在持久的寿命期间获得相对高的效率和高的负荷容量以避免对连续地更换过滤器的需求。对于表面负荷过滤器，这一般来讲是不可能的，除非能诸如通过反脉冲定期清洁过滤介质。对于深度负荷过滤器，为了获得必要的效率，给过滤介质充电通常是可取的，然而，电荷将随时间而消散或被屏蔽从而使得该方案常常不适合长期应用，诸如，高效过滤器所要求的那些应用(例如，根据ASHRAE标准52.2-1999的MERV 12和MERV 14应用)
一般来讲，高效长寿命型颗粒过滤在住宅、车辆、办公室、保健或关键的制造环境中通常是所期望的。对于这些用途，频繁的过滤器更换是昂贵的和/或有时会错过。如此，希望设计以下过滤器：其可以最低效率水平并同时能够维持相对低的压降在持久的时间期间内工作，尤其是如果过滤器更换被错过时。
发明内容
本发明是褶皱HAVC过滤器，该褶皱HAVC过滤器包含含熔喷非织造介质的层和纳米纤维过滤介质层的褶皱过滤介质层合物。含熔喷非织造介质的层具有上游表面和下游表面，其中下游表面层合至纳米纤维过滤介质层。熔喷非织造介质还具有小于30g/m2的极低的基重和小于1毫米的厚度，包括支承稀松布层的过滤介质层合物具有小于200g/m2的基重和小于3毫米的厚度，其中过滤介质层合物被打褶为至少1个褶绉/厘米的褶绉密度并且具有小于0.45英寸水的初始压降，相对于0.3至1.0微米的颗粒，具有高于70％的小颗粒的效率，纳米纤维过滤介质包括在支承背衬上的纳米纤维网，其中纳米纤维具有小于1微米的直径以及相对于0.8微米的PSL颗粒具有大于30％的效率。
附图说明
图1是使用本发明的多层褶皱过滤器的过滤器透视图。
图2是本发明的褶皱过滤器侧视图。
图3是本发明的褶皱过滤介质层合物的剖面透视图。
具体实施方式
本发明的褶皱过滤器是设计在HVAC应用中低成本使用的褶皱过滤介质层合物。本发明的褶皱过滤器由过滤介质层合物形成，该过滤介质层合物具有小于0.45英寸水、优选地小于0.4英寸(如以下所限定的进行测量)的扁平介质压降。过滤介质层合物一般来讲应该具有大于60％，优选地大于65％或70％的小颗粒效率(相对于0.3-1.0微米颗粒，如本文所限定的)。包括褶皱过滤介质层合物的最终过滤器被设计用在HVAC应用中，用于高达3个月(一般来讲3至24个月)的持久时间期间的使用，同时在可用的期望寿命内维持大于70％，并且优选地大于75％的最小平均小颗粒效率，同时维持整个褶皱过滤器的压降小于0.45英寸水(如以下所限定的)、优选地小于0.40或0.35英寸或更低。如图3所示的过滤器包括含特定熔喷非织造过滤介质的层(或多层)36和含纳米纤维过滤介质的层35(或多层)的褶皱过滤介质层合物30，其布置使得含纳米纤维介质的层35为含特定熔喷非织造过滤介质的层36的下游14。
特定熔喷非织造介质可以由一个或多个熔喷网形成，可选地具有支承网，但是将具有上游表面和下游表面。在过滤介质层合物中，特定熔喷非织造介质的上游表面由负载颗粒的空气初始冲击，并且将在熔喷非织造过滤介质的深度内捕集颗粒。起初，可以通过对熔喷网或多个熔喷网充电以允许驻极体颗粒捕集来增强过滤效率。然而，熔喷过滤介质随着时间变化将是这样：当并且如果驻极体电荷在较长期使用而消散时，其最小效率足以提供所需的性能和颗粒保持容量。熔喷非织造过滤介质层36的下游表面层合至纳米纤维过滤介质层35。纳米纤维过滤介质层35被设计为经过较长期的使用保持过滤器性能相对稳定，不需要反脉冲或者说是清洁过滤器。该特定组合阻止表面负荷纳米纤维过滤器将压降增加至不可接受的水平，这种增加将使得过滤器在相对短期的使用之后必需更换。为了允许打褶至所需的水平，过滤介质层合物应该具有小于200g/m2、优选地小于150g/m2的基重。过滤介质层合物也应该具有小于3mm、或小于2mm或1.5mm的厚度33。此薄的相对低基重的过滤介质层合物然后被打褶成至少1个褶绉/厘米或1至5个褶绉/厘米或者2至5个褶绉/厘米的褶绉密度和0.5至10cm或1至5cm的褶绉深度。这为本发明的过滤器用于长期HVAC使用提供必要的过滤效率和负荷容量。
一般来讲，使用的特定熔喷过滤介质层具有小于0.4英寸水且优选地小于0.3英寸或甚至0.2英寸的扁平介质压降(如以下限定的)，具有大于30％、优选地大于40％的小颗粒效率(相对于0.3至1.0微米的颗粒，如本文所限定的)，具有小于30g/m2、优选地小于25g/m2或小于20g/m2的基重，具有小于1mm、优选地小于0.6mm的厚度。一般来讲，熔喷过滤介质还可以通过具有小于6微米、优选地小于5微米或4.5微米的有效纤维直径(EFD，如根据Davies，C.N.，“The Separationof Airborne Dust and Particulates，”Inst.of Mech.Eng.，London，Proceedings 1B，1952(戴维斯，C.N.，气载尘埃和颗粒的分离，机械工程研究所，伦敦，会议录1B，1952年)中所阐述的方法计算的)来表征。这是薄的低基重的熔喷网或层合物，然而，当与其下游表面上的纳米纤维介质相结合时，随着时间的推移提供大负荷容量和一贯的高性能过滤效率。
纳米纤维过滤介质层也是相对薄的，其一般包括在支承背衬上的至少一个纳米纤维网，其中纳米纤维具有小于1.0微米、优选地小于0.5或0.3微米的平均直径。纳米纤维过滤介质一般相对于0.8微米的PSL颗粒具有大于30％或40％的效率。
所使用的优选的熔喷介质是熔喷网，其纤维由一般为非导电的聚合物形成，并且可选地可以用电荷性能增强添加剂来充电。聚合物可以是非导电的热塑性树脂，即，具有大于1014欧姆-厘米、更优选地1016欧姆-厘米电阻率的树脂。如果被充电，聚合物应该具有带有非短暂或长寿命的捕获电荷的能力。聚合物可以是均聚物、共聚物或共混聚合物。优选的聚合物包括聚烯烃；诸如聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)或线性低密度聚乙烯；聚苯乙烯；聚碳酸酯和聚酯。聚合物或共混聚合物的主要组分优选地是聚丙烯，这是因为聚丙烯的高电阻率、形成具有对本发明空气过滤介质有用的直径的熔喷纤维的能力、满意的电荷稳定性、疏水性和防潮性。
如本文所限定的，性能增强添加剂是增强驻极体过滤介质的过滤性能的那些添加剂。潜在的性能增强添加剂包括由琼斯(Jones)等人在美国专利No.5,472,481和卢梭(Rousseau)等人在美国专利No.5,908,598中所描述的那些。性能增强添加剂包括含氟化合物添加剂，即含有至少一种全氟化部分的热稳定有机化合物或低聚物，诸如含氟化合物哌嗪、全氟醇的硬脂酸酯、和/或含有除三嗪基团或受阻或芳族胺化合物的那些之外至少一个氮原子的热稳定有机三嗪化合物或低聚物；最优选地是含有阻胺的化合物，诸如衍生自四甲基哌啶环的那些。优选地，阻胺与三嗪基团相关。作为另外一种选择，可以使用含有氮或金属的受阻酚电荷增强剂，诸如尼斯尤蕾(Nishiura)等人在美国专利No.5,057,710中所公开的。
聚合物和性能增强添加剂可以在熔融它们之前作为固体共混，或分别熔融并作为液体共混在一起。作为另外一种选择，添加剂和聚合物的一部分可以作为固体混合，并熔融以形成相对来说富有添加剂的熔化的共混物，其随后与不含添加剂的聚合物相混合。基于熔喷网的重量，熔喷网可以包含约0.2至10重量％；更优选地约0.2至5.0的重量％；并且最优选地约0.5至2.0的重量％的性能增强添加剂。
对于熔喷网，熔化的共混物通过熔喷纤维模具挤压到收集面上，并且形成热塑性微纤维的网。微纤维在网形成过程期间或网形成过程之后，在它们的交叉点处一体地结合至彼此。熔喷网可以使用本领域所熟知的熔喷方法和设备来制备。纤维熔喷最初由Van Wente，“Superfine Thermoplastic Fibers，”Ind.Eng.Chem.，vol.48，pp.1342-46(1956)(范文特，“超细热塑性纤维”，工业与工程化学，第48卷，1342-46页，1956年)所描述。一般来讲，用来生产本发明的过滤介质的熔喷方法是常规的，然而，条件被改进以生产如以上所述的具有有效纤维直径(EFD)的细旦纤维过滤网。有效纤维直径可以通过以下方式来降低：降低收集器至模具的距离，在多孔收集器表面内使用真空，降低聚合物流速，或改变使用的气压、温度或体积以衰减从模具排出的熔融流。另外，可以改变模具和衰减空气舵的设计，诸如，改变衰减空气的相对角度、改变模具尖端和衰减空气的连接点之间的距离或改变模口直径和/或直径对长度的比率。这些和其他因素例如在WO92/18677A(博达哥海(Bodaghi)等人)中被讨论。纤维可以在收集之前通过冷却处理来淬火，诸如喷水、以挥发性液体喷雾、或与冷空气或冷冻气体(诸如，二氧化碳或氮气)接触。
收集熔喷纤维作为转筒或运送带上的非织造网。收集器至模具的距离一般从8至25厘米，优选地从10至20厘米，收集器优选地是多孔的，使得其能够与真空一起使用以移除多余空气。
在非织造网材料已经被收集之前或之后，还可以对非纺织网材料进行静电充电。静电充电方法的实例包括在美国专利Nos.5,401,446(蔡(Tsai)等人)、4,375,718(沃德斯沃斯(Wadsworth)等人)、4,588,537(克拉斯(Klaase)等人)和4,592,815(娜考(Nakao))中所描述的那些。这包括通过电晕放电、外加电场或水充电来充电，诸如安迦德吉范德(Angadjivand)等人在美国专利No.5,496,507中所描述的。此充电方法可以在预成形网上进行，从而避免带电纤维形成均匀网结构的困难。
用于形成带电的熔喷网的材料理想地基本上不含可以增加电导率或者说是干扰制品接受和保持静电电荷的能力的材料(诸如抗静电剂)。另外，驻极体过滤介质不应经受不必要的可能增加电导率的处理，诸如暴露于伽马射线、紫外线辐照、热解、氧化等。从而，在优选的实施例中，驻极体过滤介质在未暴露于伽马辐射或其他电离辐射的情况下制备和使用。
本发明过滤器的纳米纤维层或多层包括随机分布的细旦纤维，其可以结合形成联锁网。细旦纤维或纳米纤维可具有一般小于1微米、并且优选地从约0.001至0.5微米的直径。纳米纤维网的过滤性能主要因为细旦纤维对颗粒通过的阻碍而获得。硬度、强度、打褶能力的结构特性由细旦纳米纤维粘附到的基底来提供，基底可以是单独的背衬或含熔喷非织造过滤介质的层的表面。细旦纤维联锁网络在纤维之间具有相对小的间隔。在层中纤维之间这样的纤维间隔通常在约0.01至约25微米或通常在约0.1至约10微米之间的范围内。过滤器产品包括基于选择合适的低压降但高强度基底的细旦纤维层。细旦纤维增加小于5微米、通常小于3微米的厚度。在某些应用中，细旦纤维向全部细旦纤维和基底纤维介质增加约1至10或1至5的细旦纤维直径的厚度。这些细旦纤维过滤器可以阻止进入的颗粒传至基底或通过细旦纤维层，并且无需熔喷介质可以达到捕获颗粒的实质表面负荷，并在细旦纤维表面快速形成滤饼。短时间内，该表面负荷可以维持颗粒移除的高初始和整体的效率，但是将最终在HVAC应用中不可接受地增加压降。
用来形成细旦或纳米纤维的聚合物可以是添加剂聚合物、缩合聚合物或其混合物或共混物，例如第一聚合物和第二且不同(在聚合物类型、分子量或物理特性上不同)的在高温下被调节或处理的聚合物。共混聚合物可以反应并形成单个化学种类或可以通过退火方法物理地结合成共混组合物。用在共混聚合系统中的材料包括尼龙6；尼龙66；尼龙6-10；尼龙(6-66-610)共聚物和其他一般线性脂族尼龙组合物。另外，单个聚合材料可以与以下添加剂混合：诸如尼龙聚合物、聚偏二氯乙烯聚合物、聚偏氟乙烯聚合物、聚乙烯醇聚合物，并且具体地讲，当与强疏油和疏水性添加剂混合时，那些列出的可以得到细旦或纳米纤维(添加剂材料在细旦纤维表面上的涂层中形成)的材料。再次，以下类似聚合物的共混物是可用的：诸如类似尼龙、类似聚氯乙烯聚合物的共混物，聚偏二氯乙烯聚合物的共混物。
细旦或纳米纤维材料形成于并粘附到含特定熔喷非织造过滤介质的层上或形成于并粘附到单独的高强度和低压降的基底上，该基底可以是天然纤维和合成纤维基底，然而，优选地是一般是极低压降并具有从40至150g/m2的基重的纺粘合成纤维。
细旦或纳米纤维过滤介质可以通过静电纺丝工艺形成。形成细旦纤维的聚合物溶液被抽吸入旋转型发射装置或发射器。发射器一般由具有在周边周围间隔开的多个孔的旋转部分组成。旋转部分在静电场中旋转，并且溶液小滴由静电场朝空气可以通过的格栅上的支承介质加速。通过合适的静电电压源以及格栅和发射器之间的连接维持在所述发射器和格栅之间的高压静电势。格栅和发射器之间的静电势赋予来自发射装置的聚合物电荷，发射装置使得液体作为薄的纤维从其发射，该薄的纤维被引向纤维到达的格栅并在支承基底上收集。就在溶液中的聚合物来说，溶剂在其飞至格栅期间蒸发出纤维。细旦或纳米纤维在格栅处结合至基底纤维。
本发明的过滤介质层合物如果作为单独的层合物或层形成可以通过粘合剂、热粘结、超声等来层合。
本发明的过滤器层合物可以通过标准打褶方法和设备皱褶成褶皱结构。此可褶皱性和可操纵性是由于本发明熔融成形的热塑性纤维网和纳米纤维支承网的相对高的强度。一般来讲，本发明的过滤层合物具有足以自支承的拉伸强度，其一般在至少一个方向上为至少约5牛顿、优选地至少10牛顿的拉伸强度。
实例
过滤介质层合材料的制备
过滤器层合物1(以下简称“网”)
网制备
使用类似于以下所描述的熔喷方法来制备聚丙烯基熔喷微纤维(BMF)网：例如，在Wente，“Superfine Thermoplastic Fibers，”inIndustrial Engineering Chemistry，Vol.48，pages 1342 et seq(1956)(文特，“超细热塑性纤维”，工业与工程化学，第48卷，1342页以及下列等等，1956年)或者在No.4364 of the Naval Research Laboratories，published May 25，1954，entitled“Manufacture of Superfine OrganicFibers”by Wente et al.(文特等人，名称为“超细有机纤维的制造”，1954年5月25日公布，海军研究实验室第4364号)的报告中。挤出机具有十个温度控制区域，其分别维持在400℉(204℃)、450℉(232℃)、500℉(260℃)、540℉(282℃)、575℉(302℃)、610℉(321℃)、640℉(338℃)、665℉(352℃)、685℉(363℃)和695℉(368℃)。将挤出机连接至模具的流管维持在575℉(302℃)，并且BMF模具维持在600℉(316℃)。一次空气维持在约660℉(349℃)和5.9磅每平方英寸(40.7千帕斯卡(kPa))，具有0.076厘米的间隙宽度，以产生均匀的网。聚丙烯树脂(从德克萨斯州休斯顿市的道达尔公司(Total，Houston，Texas)获得)从BMF模具(0.6克/孔/分钟)递送。所得的网在布置在距离收集器7.0英寸(17.8厘米)的打孔的转筒收集器上收集。将收集器转筒连接至可以任选地在收集BMF网时被打开或关闭的真空系统，从而当真空施加于收集器转筒时，允许制备较高硬度网。使用该方法获得的BMF网产生具有基重为17g/m2和纤维EFD为4.5微米的网。
使用转筒充电器利用电晕充电方法给BMF网充电，基本上如美国专利No.4,749,348(克拉斯(Klaase)等人)中所描述的。另外，用约550kPa的水压力，使用水充电方法给BMF网充电，基本上如美国专利No.5,496,507(安哥阿迪伊凡达(Angadjivand)等人)中所描述的。
通过取纳米纤维35(0.25微米纤维直径，以商标名称“ULTRAWEB”得自明尼苏达州圣保罗市的唐纳森公司(Donaldson，St.Paul，MN))并将其成形至纺粘聚酯34(以商标名称J-90得自佳斯迈威集团(Johns Manville)；90g/m2)来制备要测试的褶皱过滤介质层合物(在图3中示出)。纳米纤维过滤介质然后用热熔粘合剂(以基重为8.0g/m2喷雾的类型)层合至以上所述聚丙烯熔喷微网36(17g/m2的基重和4.3微米的EFD)。聚酯覆盖网37(以商标名称“REEMAY2004”得自南卡罗来纳州辛普森维尔市(Simpsonville，South Carolina)的BBA纤维网公司；基重14g/m2)覆盖在以上所述的构造上。过滤介质层合物具有129g/m2的总基重。参见图2，此多层层合物被打褶为褶皱的过滤器褶绉包络11，其长23为22.5英寸(57.2厘米)、深度22为11.0英寸(27.9厘米)。参见图3，过滤介质具有褶绉高度21为1英寸(2.54厘米)和褶绉间距31为0.2英寸(5毫米)。褶皱的过滤器褶绉包络然后被组装成V型过滤器10中的多V型构造，如图1所示。V型过滤器具有长12(24英寸；61厘米)乘以宽13(24英寸；61厘米)的占有面积。
将以上所述的V型过滤器安装在HVAC办公楼空气处理单元中，并且在日常使用中沿空气流14的方向测试。以下面提及的规则的时间间隔，将V型过滤器从HVAC住宅移除，并使用以下改进的ASHRAE标准52.2最小效率报告值(MERV)方法(ASHRAE Standard 52.2Minimum Efficiency Reporting Value(MERV)Method)来测试，以确定V型过滤器的使用寿命MERV等级。
使用鼓风机马达(7.5h.p.电力马达，型号57Y29L-F2AYH，可得自纽约州纽约市的东芝公司)和鼓风机风扇(型号1PW-SD-4；90°输出，得自威斯康星州斯科菲尔德市的格林瀚克(Greenheck，Schofield，WI))将吸入的空气通过过滤器过滤。然后沿垂直布置的12英寸直径(30.5厘米)×72英寸(182厘米)的长钢管导向过滤的空气。管使用带夹连接到90°12英寸直径的钢肘接头(21英寸(53.3厘米)半径弯头)，其随后连接到水平布置的12英寸直径×84英寸(213厘米)长的钢管。在该管的中间是由加利福尼亚州圣罗莎市的百诺肯控制公司(Paragon Controls，Santa Rosa，CA)制造的皮托管阵列流量控制装置。这导致具有21英寸(53.3厘米)半径弯头的另一个90°12英寸(30.5厘米)直径的钢肘接头。
此肘的出口导入垂直设置的正四棱锥钢充气室(6英尺(183厘米)长，在顶部是14英寸(35.6厘米)×14英寸(35.6厘米)的正方形，在底部是26英寸(66厘米)×26英寸(66厘米)的正方形)。以下所描述的颗粒发生器将颗粒引入，使其与充气室的顶部齐平。上游颗粒探针(0.5英寸(1.3厘米)内径铜管，具有90°6英寸(15厘米)的半径弯头)设置在充气室的底部附近(距离底部20英寸(51厘米))。充气室的底部连接至32英寸(81厘米)×32英寸(81厘米)的开口，开口保持具有22.75英寸(58厘米)×22.75英寸(58厘米)开口的水平板。如实例中所述的V型过滤器布置在该开口中，上游表面朝向充气室。颗粒探针(0.5英寸(1.3厘米)内径铜管，具有90°6英寸(15厘米)的半径弯头)布置在水平板下游距离30英寸(76厘米)处。颗粒探针管连接到颗粒计数器(HIAC/Royko，型号5230，得自俄勒冈州格兰茨帕斯市的希超纯分析公司(Hach Ultra Analytics，Grant′s Pass，Oregon))。颗粒计数器通过由新罕布什尔州迪尔顿市的QCI公司(QCI，Tilton，NH)制造的503227L-VTC型90度两通阀从上游探针转换到下游探针。
使用颗粒发生器产生攻击性颗粒(challenge particulate)。将要测试的溶液布置在喷雾器(卡里逊6喷射喷雾器，得自马萨诸塞州沃尔瑟姆福雷斯特市的华大基因公司(BGI Inc.，Waltham，Massachusetts))中。该喷雾器经由具有90°6英寸(15厘米)半径弯头的0.5英寸(1.3厘米)内径的铜管连接到以硫酸钙(“DRIERITE”2-5毫米颗粒状的；可得自威斯康星州密尔沃基市的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich，Milwaukee，Wisconsin))填充的玻璃管干燥柱(24英寸(61厘米)长×3英寸(7.6厘米))。干燥柱经由0.5英寸(1.3厘米)内径的铜管连接至电荷中和器(16英寸(41厘米)长×3.0英寸(7.5厘米)直径；3M型号3B4G，明尼苏达州枫木(Maplewood，MN))。电荷中和器继而经由具有90°8英寸(20厘米)半径弯头的0.5英寸(1.3厘米)内径的铜管与以上所述的充气室顶部齐平连接。
网2
网制备
使用类似于以下所描述的熔喷方法来制备聚丙烯基吹塑微纤维(BMF)网：例如，在Wente，“Superfine Thermoplastic Fibers”，inIndustrial Engineering Chemistry，Vol.48，Dages 1342 et seq(1956)(文特，“超细热塑性纤维”，工业与工程化学，第48卷，1342页以及下列等等，1956年)或者在No.4364 of the Naval Research Laboratories，published May 25，1954，entitled“Manufacture of Superfine OrganicFibers”by Wente et al.(文特等人，“超细有机纤维的制造”，1954年5月25日公布，海军研究实验室第4364号)的报告中。挤出机具有十个温度控制区域，其分别维持在401℉(205℃)、450℉(232℃)、510℉(266℃)、550℉(288℃)、610℉(321℃)、640℉(338℃)、660℉(349℃)、680℉(360℃)、690℉(366℃)和705℉(374℃)。将挤出机连接至模具的流管维持在575℉(302℃)，并且BMF模具维持在606℉(319℃)。一次空气维持在约660℉(349℃)和6.5磅每平方英寸(44.8千帕斯卡(kPa))，具有0.076厘米的间隙宽度，以产生均匀的网。聚丙烯树脂(从德克萨斯州休斯顿市的道达尔公司获得)从BMF模具(0.6克/孔/分钟)递送。所得的网在布置在距离收集器10英寸(25.4厘米)的打孔的转筒收集器上收集。将收集器转筒连接至可以任选地在收集BMF网时被打开或关闭的真空系统，从而当真空施加于收集器转筒时，允许制备较高硬度网。使用该方法获得的BMF网产生具有基重为17g/m2和纤维EFD为4.1微米的网。
使用转筒充电器利用电晕充电方法给BMF网充电，基本上如美国专利No.4,749,348(克拉斯(Klaase)等人)中所描述的。另外，利用约550kPa的水压力，使用水充电方法给BMF网充电，基本上如美国专利No.5,496,507(安哥阿迪伊凡达(Angadjivand)等人)中所描述的。
如以上针对网1所述来制备和测试要测试的褶皱过滤介质(如图3所示)。
网3
网制备
使用类似于以下所描述的熔喷方法来制备聚丙烯基吹塑微纤维(BMF)网：例如，在Wente，“Superfine Thermoplastic Fibers”，inIndustrial Engineering Chemistry，Vol.48，pages 1342 et seq(1956)(文特，“超细热塑性纤维”，工业与工程化学，第48卷，1342页以及下列等等，1956年)或者在No.4364 of the Naval Research Laboratories，published May 25，1954，entitled“Manufacture of Superfine OrganicFibers”by Wente et al.(文特等人，“超细有机纤维的制造”，1954年5月25日公布，海军研究实验室第4364号)的报告中。挤出机具有十个温度控制区域，其分别维持在401℉(205℃)、450℉(232℃)、490℉(254℃)、540℉(282℃)、560℉(293℃)、575℉(302℃)、615℉(324℃)、650℉(343℃)、675℉(357℃)和695℉(368℃)。将挤出机连接至模具的流管维持在575℉(302℃)，并且BMF模具维持在606℉(319℃)。一次空气维持在约660℉(349℃)和6.5磅每平方英寸(44.8千帕斯卡(kPa))，具有0.076厘米的间隙宽度，以产生均匀的网。聚丙烯树脂(从德克萨斯州休斯顿市的道达尔公司获得)从BMF模具(0.3克/孔/分钟)递送。所得的网在布置在距离收集器8.5英寸(21.6厘米)的打孔的转筒收集器上收集。将收集器转筒连接至可以任选地在收集BMF网时被打开或关闭的真空系统，从而当真空施加于收集器转筒时，允许制备较高硬度网。使用该方法获得的BMF网产生具有基重为21g/m2和纤维EFD为3.0微米的网。
使用转筒充电器利用电晕充电方法给BMF网充电，基本上如美国专利No.4,749,348(克拉斯(Klaase)等人)中所描述的。另外，利用约550kPa的水压力，使用水充电方法给BMF网充电，基本上如美国专利No.5,496,507(安哥阿迪伊凡达(Angadjivand)等人)中所描述的。
测试方法
压降
使用以下工序来测量未褶皱的过滤介质和层合物的压降。包括以上所述的过滤介质层合物的11.5英寸×11.5英寸(29.2厘米×29.2厘米)扁平样品被设置在框架中并且插入外壳。外壳为14英寸×14英寸(35.6厘米×35.6厘米)，并且两个压力传感器(得自印地安那州密歇根市的Dwyer公司(Dwyer Ins，Michigan City，Indiana)；0.0-0.5颗粒检测)位于外壳中(距离过滤介质层合物每侧4.0英寸(10.2厘米))，一个在过滤介质层合物的“上游”侧，一个在过滤介质层合物的“下游”侧。另外，两个颗粒检测器(型号1230；得自马里兰州银泉的HIACRoyco 123(HIAC Royco 123，Silver Springs，MD))被相似地布置(距离介质层合物每侧7.0英寸(17.8厘米)，和距离过滤介质层合物下游12英寸(30.5厘米))。层流元件(型号50MC2-2；得自俄亥俄州克利夫兰市的麦林仪器公司(Merriam Instruments，Cleveland，OH))被固定至过滤介质层合物的“上游”侧(48英寸(122厘米))。从压缩机供应的空气流被设置为30立方英尺每分钟。使用喷雾器和中和器(型号3054；明尼苏达州肖维的KR-85 TSI有限公司(KR-85 TSI Inc，Shoreview，MN))将KCl水溶液(10％)雾化以产生小颗粒。运行压缩机10-15分钟之后，测量过滤介质层合物的压降(以30英尺每分钟)(表1)。根据制造商说明通过设置颗粒检测器来测量过滤介质层合物的小颗粒(0.3至1微米)效率。
表1：扁平介质性能
 
实例 介质描述 压降英寸(厘米) 小颗粒效率(％)
比较例C-1 得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司，商标名称为“FILTRETE商业高性能HVAC过滤器”的过滤介质 0.13(0.33) 17
比较例C-2 网3 0.50(1.27) 68
比较例C-3 网1的BMF(17g/m2，EFD为4.5微米) 0.28(0.71) 52
实例1 网1 0.35(0.90) 70
实例2 网2 0.29(0.74) 72
比较例C-1 玻璃纤维；“LYDAIR 90-95％ASHRAE”，可得自康涅狄格州曼彻斯特市的兰德过滤器材公司(Lydall Filtration，Manchester CT) 0.50(1.27) 71
表2.比较例C-3；仅具有BMF介质的褶皱V型新鲜空气吸入过滤 器。
 
初始值 960小时 1944小时 2976小时 4488小时
压降(英寸) 0.32 0.35 0.36 0.36 0.37
E1效率 0.3-1.0微米 99.57 78.78 66.12 58.09 55.53
E2效率 1.0-3.0微米 99.69 93.32 91.53 89.35 90.31
表3：实例；褶皱V型过滤网2介质。
 
初始值 960小时 1944小时 2976小时 4488小时
压降(英寸) 0.32 0.33 0.35 0.42 0.41
E1效率(注意对于MERV14>75) 0.3-1.0微米 99.63 94.35 81.40 74.99 70.54
E2效率(注意对于MERV14>90) 1.0-3.0微米 99.83 98.75 95.59 94.40 93.50
网表征工序
网厚度
使用激光位移探测器(可得自加利福尼亚州森尼韦尔的和泉电气公司(IDEC，Sunnyvale，CA)，型号是MX1B-B12R6S)测量不锈钢板和不锈钢盘(直径3.94英寸(100毫米)；230克)之间的距离。探测器是激光位移探测器，其测量从探测器至盘顶部的距离。这是“调零”值。
然后，将盘从不锈钢板拿起。将要测试的网材料放在不锈钢板上，并将不锈钢盘放在将要测试的样品上，将样品夹在板和盘之间。激光位移探测器用于测量探测器和盘顶部之间的距离。使用以下公式来计算网厚度：
(探测器到带有样品的盘的距离)-(“调零”值)＝网厚度
有效纤维直径(EFD)
根据Davies，C.N.：Proc.Inst.Mech.Engrs.，London，1B，p.185，(1952)(戴维斯，C.N.，机械研究所，伦敦，会议录1B，185页，1952年)中阐述的方法来确定熔喷网的EFD。

Claims (29)

1.一种褶皱HVAC过滤器，其包括含熔喷非织造介质的层和纳米纤维过滤介质层的褶皱过滤介质层合物，所述含熔喷非织造介质的层具有上游表面和下游表面，其中所述下游表面层合至所述纳米纤维过滤介质层，并且所述熔喷非织造介质具有小于30g/m2的基重和小于1毫米的厚度，所述过滤介质层合物具有小于200g/m2的基重和小于3毫米的厚度，其中所述过滤介质层合物被打褶为至少1个褶绉/厘米的褶绉密度，并具有小于0.45英寸水的初始压降，相对于0.3至1.0微米的颗粒，具有大于70％的小颗粒效率，所述纳米纤维过滤介质包括在支承背衬上的纳米纤维网，其中所述纳米纤维具有小于1.0微米的直径且相对于0.8微米PSL颗粒具有大于30％的效率。
2.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述褶皱过滤介质层合物具有1至5个褶绉/厘米的褶绉密度。
3.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述褶皱过滤介质层合物具有2至5个褶绉/厘米的褶绉密度。
4.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷非织造介质具有小于1毫米的厚度，并且具有小于6微米的EFD。
5.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷非织造介质具有小于0.6毫米的厚度，并且具有小于5微米的EFD。
6.根据权利要求5所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷非织造介质具有小于0.6毫米的厚度，并且具有小于20g/m2的基重。
7.根据权利要求2所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述过滤介质层合物具有小于3毫米的厚度。
8.根据权利要求7所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述过滤介质层合物具有小于2毫米的厚度。
9.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述褶皱过滤介质层合物具有0.5至10厘米的褶绉深度。
10.根据权利要求9所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述褶皱过滤介质层合物具有1至5厘米的褶绉深度。
11.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述过滤介质层合物相对于0.3至1.0微米的颗粒具有大于60％的过滤效率。
12.根据权利要求11所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述过滤介质层合物相对于0.3至1.0微米的颗粒具有大于65％的过滤效率。
13.根据权利要求12所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述过滤介质层合物相对于0.3至1.0微米的颗粒具有大于70％的过滤效率。
14.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述褶皱过滤器具有小于0.4英寸的总压降。
15.根据权利要求14所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷过滤介质具有小于0.3英寸的压降。
16.根据权利要求15所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述过滤介质层合物具有小于0.45英寸的压降。
17.根据权利要求15所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述褶皱过滤器具有小于0.35英寸的总压降，并且所述过滤介质层合物具有小于0.40英寸的压降。
18.根据权利要求15所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述褶皱过滤器具有小于0.30英寸的总压降，并且所述过滤介质层合物具有小于0.40英寸的压降。
19.根据权利要求17所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷过滤介质具有小于20g/m2的基重。
20.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中过滤器相对于0.3至1.0微米颗粒具有大于75％的小颗粒效率。
21.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷过滤介质是充电的介质。
22.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述纳米纤维介质支承件是纺粘网。
23.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述纳米纤维介质支承件是具有40至150g/m2基重的纺粘网。
24.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述纳米纤维介质由平均直径小于1.0微米的纤维形成。
25.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述纳米纤维介质由平均直径小于0.5微米的纤维形成，并且具有小于5微米的厚度。
26.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷过滤介质纤维由非导电的聚烯烃树脂或共混物形成。
27.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷过滤介质由聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)或其共混物的充电的纤维形成。
28.根据权利要求1所述的褶皱HVAC过滤器，其中所述熔喷过滤介质还包括支承网。
29.根据权利要求28所述的高效过滤器介质，其中所述过滤器介质支承网附接到所述非织造过滤网的至少一个面上。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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