CN102301049A - 纤维介质及其形成方法和装置 - Google Patents

Abstract

在此描述了非纺织的网片和过滤介质，它们具有一个包含梯度的区域，其中一种纤维的浓度或一种特性从该区域的一侧到该区域的另一侧发生变化。在一个实施方案中，一种装置包括一个混合隔离体，该混合隔离体在一个第一和一个第二流束的一个或多个来源的下游，这些流束各自包括一种纤维。该混合隔离体限定了一个或多个开口，这些开口允许这两个流束之间的流体连通。该装置还包括一个接收区域，该接收区域位于该一个或多个来源的下游并且被设计为接收至少一个合并的流束并且通过从该合并的流束中收集纤维而形成一个非纺织网片。在一个实施方案中，一种方法包括在位于该流束的一个或多个来源附近并且在其下游的一个接收区域上收集纤维，其中该接收区域被设计为接收从该来源所分散的流束并且通过收集该纤维而形成一个湿层。

Description

纤维介质及其形成方法和装置

本申请是在2010年1月28日作为PCT国际专利申请以作为除美国外所有指定国的申请人的Donaldson Company，Inc.(一家美国公司)、以及仅作为指定国美国的申请人的Gupta Hemant(博士，一位美国公民)和Brad E.Kahlbaugh(一位美国公民)的名义提交的，并且要求于2009年1月28日提交的美国专利申请序列号61/147,861、和2010年1月27日提交的美国专利申请序列号12/694,913以及2010年1月27日提交的美国专利申请序列号12/694,935的优先权，这些申请的内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明的领域是在介质内包括可控特征的非纺织介质。术语介质(复数为介质(media)是指由具有变化的或受控的结构和物理性质的纤维锁制成的一种网片。此类材料可以用在过滤产品和工艺中。本领域还涉及用于形成该介质或网片的方法或工艺或装置。术语介质(复数为介质(media)是指由具有变化的或受控的结构和物理性质的纤维锁制成的一种网片。

背景技术

非纺织的纤维网片或介质已经制造了很多年，用于包括过滤的许多终端用途中。此类非纺织材料可以通过多种程序来制造，包括气流沉降、网状结合、熔融结合以及造纸技术。使用这些制造技术来制造具有不同的应用、特性或性能水平的一类广泛适用的介质已经要求纤维和其他组分的宽范围的组成并且通常要求多个工艺步骤。为了获得可以用来满足这些宽范围的用途的一个介质阵列，已经利用了许多种组合物和多步骤制造技术。这些复杂性增加了成本并且降低了产品供应方面的灵活性。对于减小多种介质组合物和制造程序所需要的复杂性存在实质性的需要。本技术的一个目的是能够使用一种单一的或数目减小的源材料以及一个单一的或数目减小的工艺步骤来制造一系列的介质。

介质具有许多种应用，除其他类型的过滤之外，包括：液体和空气的过滤、连同灰尘和雾气的过滤。此类介质还可以被成层到分层的介质结构中。分层的结构可以具有从层到层的变化而产生的梯度。已经针对过滤应用进行了许多在纤维介质中形成梯度的尝试。然而，这些过滤介质的现有技术的已披露技术通常是具有变化特性的多层单组分或多组分的网片，它们在成形过程中或之后被简单地彼此倚靠而铺放、或者穿层或以其他方式结合在一起。在层的成形过程中或之后将不同的层结合在一起并没有提供特性或材料的一种有用的连续梯度。在最终产品中仍然存在多层之间的不连续的并且可检出的界面。在一些应用中，高度希望的是避免流动阻力的增大，这种增大是在纤维介质的成形中由这类界面得到的。例如，在气托或液体微粒的过滤中，该过滤元件的层之间的一个或多个界面是所截留的微粒和污染物经常累积的地方。在界面处而非过滤介质内的多个层之间足够的颗粒累积可以导致更短的过滤器寿命。

其他制造方法(如针刺和水刺)可以改进多个层的混合，但是这些方法通常产生一种典型地包含较大孔径的过滤介质，这导致了对于直径小于20微米(μ)的颗粒而言低的去除效率。而且，针刺的和水刺的结构通常是相对厚的、基重很重的材料，这限制了可以在过滤器中使用的介质的量。

发明内容

在此披露了可以采取过滤介质的形式的一类多面的非纺织网片、一种可适配的形成方法以及能够制造该系列网片或介质的机器。这些平面的纤维网片或介质可以具有一个第一表面和一个第二表面，这些表面限定了一个厚度和一个宽度。该介质可以包括一个具有梯度的区域。这样的一个梯度是通过具有其中纤维的浓度、特性、特征或其他组分从一个表面到下一个表面或从边缘到边缘发生变化的一种介质而形成的。这些介质的梯度区域可以包括整个介质或者可以包括占该介质一部分的一个区域。这些介质的特征为在该梯度区域内存在纤维浓度的一种连续变化。该介质具有至少一个区域，该至少一个区域包括具有至少1微米直径的一种第一纤维以及具有最多6微米直径的一种第二纤维，其中该第一纤维在直径上大于该第二纤维并且该第二纤维在该区域内在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。该区域可以包括一种梯度，使得该介质内的纤维组成在该区域内是不同的并且跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上变化。这样一种过滤介质可以具有限定了一个厚度的一个第一表面和一个第二表面，该介质在该厚度中包括至少一个区域，该区域包括一种聚酯纤维、具有至少0.3微米直径的一种间隔纤维以及具有最多15微米直径的一种效率纤维，其中该聚酯纤维在该区域内并不在浓度上实质性地变化并且该间隔纤维在该区域内在浓度上发生变化，使得该间隔纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。

这样一种网片可以包括具有的直径范围可为从1至40微米的纤维、以及具有的直径范围可为从0.5微米至约6微米的一种第二纤维。在本发明的梯度中，该梯度可以存在于该介质内并且可以在z维度上(即)穿过该介质的厚度范围内变化，使得该梯度在两个方向上都逐渐增大。类似地，该梯度可以在机器横向上(即)x维度上增大，使得该梯度在两个方向上都逐渐增大。该过滤介质可以具有限定了一个宽度的一个第一边缘以及一个第二边缘，每个边缘都平行于该介质的机器方向，该介质包括一个第一区域，该第一区域包括一种第一纤维和一种第二纤维，其中该第二纤维在该第一区域内在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度从该第一边缘向该第二边缘增加。

典型地这些介质的特征是在形成该介质中在不连续的层之间不存在可以增加流动阻力的介质部分，如胶粘剂结合层或任何其他这样的过渡层。一种非纺织的网片也可以被制成为包括一种具有梯度的平面纤维结构。

本发明的介质可以用于目的为从多种流体材料(包括气体或液体)中去除微粒的多种应用中。另外，本发明的过滤介质被用在多种过滤元件类型中，包括平坦介质、打褶的介质、平板过滤器、圆柱形旋装过滤器、z介质带褶过滤器以及在其中梯度提供了有用特性的其他实施方案。

在本发明的一个实施方案中，描述了用于制造非纺织网片的一种装置。该装置包括一个或更多个来源，这些来源被配置为分散一种包括纤维的第一流体流束以及一种同样包括纤维的第二流体流束。该装置还包括在该一个或多个来源下游的一个混合隔离体，其中该混合隔离体被定位在来自该一个或多个来源的第一与第二流束之间。该混合隔离体限定了一个或多个开口，这些开口允许这两个流束之间的流体连通。该装置还包括一个接收区域，该接收区域位于该一个或多个第二来源的下游并且被设计为接收至少一个合并的流束并且通过从该合并的流束中收集纤维而形成一个非纺织网片。

在另一个实施方案中，该装置包括：一个第一来源，被配置为分散一种包括纤维的第一流体流束；一个第二来源，被配置为分散一种同样包括纤维的第二流体流束；以及在该第一和第二来源的下游的一个混合隔离体。该混合隔离体被定位在该第一与第二流束之间并且限定了在该混合隔离体中的两个或更多个开口，这些开口允许了该第一与第二流束之间的流体连通和混合。该装置包括一个接收区域，该接收区域位于该第一和第二来源的下游并且被设计为接收至少一个合并的流束并且通过收集该合并的流束而形成一个非纺织网片。

在又一个实施方案中，一种用于制造非纺织网片的装置包括：一个来源，该来源被设计为分散一种包括纤维的第一液体流束；在该来源的下游的一个混合隔离体，该混合隔离体包括在该混合隔离体中的一个或多个开口；以及一个接收区域，该接收区域位于该来源的下游并且被设计为接收该流束并且通过从该流束中收集纤维而形成一个非纺织网片。

在此描述了一种使用一种装置来制造非纺织网片的方法。该方法包括从一个第一来源分散一种第一流体流束，其中该流体流束包括纤维。该装置具有在该第一来源的下游的一个混合隔离体，并且该混合隔离体被定位在来自该第一来源的两个流动通道之间。这些流动通道被该混合隔离体分开，该混合隔离体限定了在该混合隔离体中的一个或多个开口，这些开口允许了从至少一个流动通道到另一个的流体连通。该方法进一步包括在位于该来源附近并且在其下游的一个接收区域上收集纤维。该接收区域被设计为用来接收从该来源所分散的流束并且通过收集该纤维而形成一个湿层。该方法的另一个步骤是干燥该湿层以形成该非纺织的网片。

在另一个在此说明的实施方案中，一种用于制造非纺织网片的方法包括：提供来自一个来源的一种供料，该供料包括至少一种第一纤维；并且从一种用于制造非纺织网片的装置分散一个供料流束。该装置具有在该流束的来源下游的一个混合隔离体，并且该混合隔离体限定了至少一个开口来允许该流束的至少一部分通过。该方法进一步包括在位于该来源下游的一个接收区域上收集流经该开口的纤维、在该收集区域上在该混合隔离体的一个下游部分处收集剩余部分的纤维、并且干燥该湿层以形成该非纺织网片。

附图说明

图1是一种用于制造非纺织网片的装置的一个实施方案的一个示意性局部截面图。

图2是一种用于制造非纺织网片的装置的另一个实施方案的一个示意性局部截面图。

图3-8是一个混合隔离体的示例性构型的顶视图。

图9是在介质中在X方向上完成梯度的一个混合隔离体的等距视图。

图10是图9的混合隔离体的顶视图。

图11是图9的混合隔离体的侧视图。

图12是在介质中在X方向上完成梯度的一个扇形混合隔离体的顶视图。

图13-15是一个混合隔离体的另外的示例性构型的顶视图。

图16-19是展示示例性梯度介质的性能的图。

图20-23是用不同的混合隔离体构型所生产的非纺织网片的扫描电镜(SEM)照片。

图24示出了用一种混合隔离体构型所生产的非纺织网片的一个截面的SEM照片，示出了不同的区域。

图25是图24的介质的这些区域中的钠含量的一个图表。

图26是用来产生关于图25和24的介质的四种不同混合隔离体构型的顶视图。

图27示出了使用一个实心隔离体所产生的介质的十三个区域。

图28示出了使用一个具有多个开口的混合隔离体所产生的梯度介质的十三个区域。

图29是用一个带槽缝的混合隔离体制成的梯度材料与一种常规的两层层压介质以及与用一个实心隔离体制成的两层介质的对比，如表18中所示。

图30和31是一种梯度介质和一种非梯度介质的傅里叶变换红外(FTIR)光谱信息。

图32是非梯度和梯度介质的电子显微照片。

总体上，在图1-32中，在相关之处示出了x维度、y维度和z维度。

具体实施方式

在此描述了可以用作过滤介质的一种非纺织网片，其中该网片包括一种第一纤维和一种第二纤维，并且其中该网片包括一个区域，在该区域上存在着该网片的某些组成、纤维形态或特性上的变化并且该网片可以包含一个恒定的非梯度的区域。此类区域可以被置于上游或下游。该第一纤维可以具有至少1微米的直径并且第二纤维具有最多5微米的直径。该区域可以包括该厚度的一部分并且可以是该厚度的10％或更多。在一个实例中，该第二纤维的浓度在该网片的一个厚度上发生变化。在另一个实例中，该第二纤维的浓度在该网片的一个宽度或长度上发生变化。这样一个网片可以具有两个或更多个第一非纺织的恒定区域或者两个或更多个第二梯度区域。该介质可以具有该厚度的一个第二区域，该第二区域包括一个恒定浓度的该聚酯纤维、该间隔纤维和该效率纤维。

在此将进一步说明该网片的特性方面的变化的许多其他实例。在此还说明了用于制造这样一种网片的装置和方法。

在一个实施方案中，可以制造一种过滤介质，该过滤介质具有限定了一个厚度的一个第一表面和一个第二表面，该介质在该厚度中包括至少一个区域，该区域包括一种聚酯纤维、具有至少0.3微米直径的一种间隔纤维以及具有最多15微米直径的一种效率纤维，其中该聚酯纤维在该区域内并不在浓度上实质性地变化并且该间隔纤维在该区域内在浓度上发生变化，使得该间隔纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。该介质包括30至85wt％的聚酯纤维、2至45wt％的间隔纤维以及10至70wt％的效率纤维。该聚酯纤维可以包括一种双组分纤维；该间隔纤维可以包括一种玻璃纤维；该效率纤维可以包括一种玻璃纤维。该间隔纤维可以包括一种单相的聚酯纤维。

在另一个实施方案中，一种过滤介质可以被制造为具有限定了一个宽度的一个第一边缘和一个第二边缘，每个边缘都平行于该介质的机器方向。该介质包括一个第一区域，该第一区域包括一种第一纤维和一种第二纤维，其中该第二纤维在该第一区域上在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度从该第一边缘到该第二边缘而增大。该过滤介质的宽度包括该厚度的一个第二区域，该第二区域包括一个恒定浓度的该第一纤维和第二纤维。该过滤介质可以具有限定了一个厚度的一个第一表面和一个第二表面，该介质包括一个含有梯度的第二区域，该第二区域其中该第二纤维在该第二区域内在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。在该过滤介质中，该第二区域可以跨越该介质厚度的一部分。在该过滤介质中，该第一纤维具有一种第一纤维组成并且该第二纤维可以具有一种不同于该第一纤维组成的第二纤维组成。在该过滤介质中，该第一纤维可以在直径上大于该第二纤维。在该过滤介质中，可以制造该宽度的一个中央区域，其中该第二纤维的浓度在该中央区域内最高。在该过滤介质中，该过滤介质包括邻近该第一边缘的一个第一边缘区域以及邻近该第二边缘的一个第二边缘区域，其中该第二纤维的浓度在该第一边缘区域中是高于在该第二边缘区域中。

I.对于梯度介质的需要及其优点

在特定组成或特征方面具有变化或梯度的纤维介质在许多情况下是有用的。本披露的技术的一个实质性优点是能够由一种单一的供料组成或一小组供料在湿法成网的介质中产生宽范围的特性和性能。第二个但很重要的优点是能够使用一种单一的湿法成网介质形成工艺来生产该宽范围的产品。一旦形成，该介质就具有优异的性能特征，即使没有进一步的加工或添加的层。如在以下数据中可以看出，可以使用一种单一供料来产生一系列效率而具有长的产品寿命。这些特性在本发明的湿法成网工艺中所形成的梯度材料中出现。不同的效率暗含着不同的孔径，这提供了多项优点。例如，具有孔径梯度的介质除其他应用之外对于微粒的过滤是有利的。过滤器的上游部分中的孔径梯度可以增大过滤器的寿命，这是通过允许污染物穿过该介质的深度而沉积、而非堵塞最上游的层或界面而实现的。另外，具有可控制的并且可预测的梯度特征(例如像纤维化学性、纤维直径、交联或熔化或结合功能、粘合剂或筛分作用的存在、微粒的存在等等)的纤维介质在许多不同的应用中是有利的。此类梯度当用于过滤应用中时在污染物的去除和储存方面提供了增强的性能。材料的梯度以及它们的相关属性在穿过纤维介质的厚度、或遍及另一个维度(如纤维介质薄片的网片横向宽度或长度)而提供时是有利的。

II.介质及用于其的装置和方法的一个实施方案的说明

使用在此说明的技术，可以使用湿法成网工艺在非纺织物中制造工程化的受控的网片结构，其中该非纺织网片具有一个区域，该区域在从该网片的一个第一表面到该网片的一个第二表面、或者从该网片的一个第一边缘到该网片的一个第二边缘、或这二者的方向上具有在纤维、特性、或其他过滤方面上的受控的变化。这些工程化的网片可以使用湿法成网技术用一个或多个常规的非纺织或纺织的网片区域结合在过滤器特性方面具有工程化的变化的、根据在此说明的这些实施方案所述的一个或多个非纺织网片区域来制造。

为了提供进一步讨论该介质、方法和装置的背景，将简要说明几个具体实施方案，应知晓在此之后将对多个另外的不同实施方案进行说明。在一个实施方案中，可以使用一种装置来制造这样一种介质，该装置具有一个第一流体流束和一个第二流体流束，每个流束包括至少一种类型的纤维。图1中示出了这样一种装置的一个实例。在这个具体实例中，装置100包括第一流束104的第一来源102以及第二流束108的第二来源106。该装置被设计并且配置为使用一个混合隔离体结构(称为混合隔离体110)来获得这两个流束的受控混合，该混合隔离体限定了从其中穿过的多个开口112。该混合隔离体也可以称为混合薄板。

该第一流束104流到一个位于该混合隔离体下方的接收区域114上，而该第二流束流到混合隔离体110的一个顶表面上。该第二流束的多个部分穿过这些开口112到达该接收区域114上，这样在第一流束104与第二流束108之间发生了混合。在该第一流束104包括一种第一类型的纤维并且该第二流束108包括第二类型的纤维的一个实施方案中，所得的非纺织网片具有第二类型的纤维在整个网片厚度上的一种梯度分布，其中该第二类型的纤维的浓度从一个底表面到一个顶表面递减，使用了图1中的网片的取向。

图1的装置在某些方面可以与一种造纸类型的装置类似。已知现有技术中的造纸机装置有多个分隔结构，这些结构是实心的并且允许两个流束最小程度的混合。本发明的混合隔离体结构被适配为具有不同几何形状的开孔，这些开口与这至少两个流束合作，以得到这些流束的所希望的水平和位置的混合。该混合隔离体可以具有一个开口、两个开口或更多个开口。该混合隔离体的这些开口的形状和取向允许在该网片中实现特定的梯度结构，如在此将进一步详细讨论的。

在一个实施方案中，该介质涉及一种复合的、非纺织的、湿法成网的介质，该介质具有可成形性、刚度、拉伸强度、低的可压缩性、以及对于过滤特性而言的机械稳定性；高的微粒负载容量、使用过程中低的压降以及适合用于过滤流体(例如气体、雾气或液态)的孔径和效率。一个实施方案的过滤介质是湿法成网的并且是由一个无规则取向的介质纤维阵列构成。

III.没有界面边界

由这样一个使用混合隔离体的工艺所产生的纤维网片可以具有一个区域，在该区域上存在着纤维特征的梯度并且在该区域上存在着某种纤维的浓度上的变化，但是不具有两个或更多个不连续的层。这个区域可以是该介质的整个厚度或宽度或该介质厚度或宽度的一部分。该网片可以具有如所说明的一个梯度区域以及在纤维或过滤器特征方面具有最小变化的一个恒定区域。该纤维网片可以具有该梯度而没有在其他结构中(这些结构在两个或更多个不连续的层之间确实具有界面)存在的流动缺点。在具有两个或更多个连接在一起的不连续层的其他结构中，存在一个界面边界，该边界可以是一个层压层、一种层压胶粘剂、或在任两个或更多个层之间的一个中断性界面。通过在例如湿法成网工艺中使用该形成梯度的、开孔的混合隔离体装置，有可能在湿法成网介质的制造中控制网片的形成并且避免这些类型的不连续界面。所得的介质可以是相对薄的，而同时维持了足够的机械强度以被成形为褶或其他过滤结构。

VI.关键术语的定义

为了本专利申请的目的，术语“网片”涉及一种片状或平面的结构，具有的厚度为约0.05mm至一个不确定的或任意更大的厚度。该厚度尺寸可以是0.5mm至2cm、0.8mm至1cm或1mm至5mm。此外，为了本专利申请的目的，术语“网片”涉及一种片状或平面的结构，具有的宽度可以是范围从约2.00cm至一个不确定的或任意的宽度。该长度可以是一个不确定的或任意的长度。这样一种网片是柔性的、可机加工的、可打褶的、并且以其他方式能够形成一种过滤元件或过滤结构。该网片可以具有一个梯度区域并且还可以具有一个恒定区域。

为了本披露的目的，术语“纤维”是指大量的在组成上相关的纤维，使得所有这些纤维都落入围绕一个平均或中值纤维尺寸或特征而分布(典型地是基本上正态分布或高斯分布)的纤维尺寸或纤维特征范围内。

术语“过滤介质”(filter media/medium)，如在本披露中使用的这些术语，涉及一种层，该层具有至少最小的渗透性和孔隙率使得它至少在最低程度上作为一种过滤结构是有用的并且不是一个实质上不可渗透的层，如常规的纸、涂覆的原料或以常规造纸的湿法成网工艺制成的报纸。

为了本披露的目的，术语“梯度”表示网片的某些特性典型地在x或z方向上在该网片的至少一个区域内或者在该网片内发生变化。这种变化可以从该网片的一个第一表面到一个第二表面、或者从一个第一边缘到一个第二边缘而发生。这种梯度可以是一种物理特性的梯度或一种化学特性的梯度。该介质可以在选自下组的至少一个方面具有一个梯度，该组由以下各项组成：渗透性、孔径、纤维直径、纤维长度、效率、固体性、可润湿性、耐化学性以及耐热性。在这样一种梯度中，纤维尺寸可以变化，纤维浓度可以变化、或者任何其他的组成方面可以变化。此外，梯度可以表示该介质的某些过滤特性，如孔径、渗透性、固体性、以及效率可以从第一表面到第二表面而变化。梯度的另一个例子是一种具体类型的纤维的浓度从一个第一表面到一个第二表面、或从一个第一边缘到一个第二边缘的变化。可润湿性、耐化学性、机械强度和耐热性的梯度可以在该网片具有不同纤维化学性的纤维的纤维浓度梯度的地方实现。这种在组成或特性方面的变化能以一种线性梯度分布或非线性的梯度分布而发生。网片或介质中纤维的组成或浓度梯度能以线性或非线性的方式在该介质中在任何方向上(如向上游、向下游等)变化。

术语“区域”表示该网片的一个厚度小于整个网片厚度、或宽度小于整个网片宽度的任意选定的部分。这样的一个区域不由任何层、界面或其他结构所限定但是被任意选择为仅仅用于和该网片中邻近或靠近这个区域的类似的纤维(等)区域进行比较。在本披露中一个区域不是一个不连续的层。此类区域的例子可以在图24、27和28中看到。在该区域中，该第一和第二纤维可以包括组成上不同的纤维的一种共混物，并且特征为一个梯度的该区域是该介质的厚度的一部分。

术语“纤维特征”包括一种纤维的任何方面，包括组成、密度、表面处理、纤维中的材料安排、纤维形态(包括直径、长度、长径比、卷曲度、截面形状、堆密度、尺寸分布或尺寸分散性)等。

术语“纤维形态”是指纤维的形状、形式或结构。具体的纤维形态的例子包括扭绞、卷曲、圆形、带状、直的或盘绕的。例如，具有圆形截面的纤维具有与具有带状形状的纤维不同的形态。

术语“纤维尺寸”是形态的一个子集并且包括“长径比”即长度与直径之比，并且“直径”是指一种纤维的圆形截面的直径、或者一种纤维的非圆形截面的最大截面维度。

为了本披露的目的，术语“混合隔离体”是指一种机械屏障，它可以将一个流束至少与一个接收区域分开，但是在该隔离体中提供了多个开放的面积，这些面积提供了流束与接收区域之间的受控程度的混合。

在该混合隔离体中，术语“槽缝”是指一种开口，该开口具有一个显著大于第二维度的第一维度，如显著大于宽度的长度。为了本披露的目的，引用了“纤维”。要理解的是，这种引用涉及一种纤维来源。纤维来源典型地是纤维产品，其中大量的这些纤维具有相似的组成、直径和长度或长径比。例如，所披露的双组分纤维、玻璃纤维、聚酯和其他纤维类型被大量提供，具有大量的基本上相似的纤维。为了形成本发明的介质或网片的目的，此类纤维典型地被分散在一种液体中，如一个水相中。

术语“支架”纤维在本发明的背景下是指处于基本上恒定的浓度的一种纤维，它向该介质提供了机械强度和稳定性。支架纤维的例子是固化的双组分纤维或纤维与树脂在一个固化的层中的组合。在一个实施方案中，支架纤维包括一种双组分纤维并且该第一和第二纤维均独立地包括一种玻璃纤维或聚酯纤维。在另一个实施方案中，支架纤维包括一种纤维素纤维并且该第一和第二纤维独立地包括一种玻璃纤维或聚酯纤维。

术语“间隔”纤维在本发明的背景下是指可以分散在该介质的支架纤维中的一种纤维，其中该间隔纤维可以形成一个梯度并且在直径上大于该效率纤维。

术语“效率”纤维在本发明的背景下是指可以形成梯度并且与支架纤维或间隔纤维相结合而向该介质提供孔径效率的一种纤维。本发明的介质除了支架、间隔和效率纤维之外可以具有一种或多种另外的纤维。

术语“纤维组成”是指该纤维、这种或这些纤维材料的化学性质，包括纤维材料的安排。这样一种性质可以是有机的或无机的。有机纤维在性质上典型地是聚合的或生物聚合的。该第一纤维和第二(或支架或间隔)纤维可以是选自一种含玻璃、纤维素、大麻、蕉麻(abacus)、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、卤化的聚合物、聚氨酯、或其组合的纤维的一种纤维。无机纤维是由玻璃、金属和其他非有机碳源的材料制成的。

术语“深度介质”或“深度加载介质”是指一种过滤介质，其中贯穿该深度介质的厚度或z维度都获得并且维持了被过滤的微粒。尽管实际上这些微粒中的一些可能在该深度介质的表面上累积，但深度介质的一种品质是能够在该深度介质的厚度内累积并且截留该微粒。这样一种介质典型地包括一个具有实质性的过滤特性的区域。在许多应用中，尤其是涉及较高流速的那些应用中，可以使用深度介质。深度介质一般在其孔隙率、密度或百分比固体含量的意义上来定义。例如，2％-3％固体性的介质将是一种深度介质纤维毡，被安排为使得整个体积的约2％-3％包括纤维材料(固体)，剩余的是空气或气体空间。用于定义深度介质的另一个有用的参数是纤维直径。如果固体性百分比保持恒定，但纤维直径(尺寸)减小，则孔隙率减小，即过滤器变得更有效并且将更有效地截获小颗粒。一种典型的常规的深度介质过滤器是一种密度相对恒定(或均匀)的介质，即，在其中该深度介质的固体性贯穿其厚度保持基本上恒定的一种系统。在该深度介质中，该第二纤维可以从一个第一上游表面到一个第二下游表面增加。这样一种介质可以包括一个加载区和一个效率区。

本文中的“基本上恒定”是指贯穿该介质的深度仅发现在一种特性(如浓度或密度)上较小的波动(若有的话)。此类波动(例如)可能起因于一个容器(过滤介质位于其中)引起的一个外部接合的表面的轻微压缩。此类波动(例如)可能起因于由制造工艺的不同所引起的该网片中小的但固有的纤维富集或缺失。总体上，一种深度介质安排可以被设计为提供微粒材料基本上穿过其体积或深度的负载。因此，相对于表面负载的系统，当达到完全的过滤器寿命时，此类安排可以被设计为负载有更大量的微粒材料。然而，总体而言对此类安排的折中一直是效率，因为对于大的加载量而言，所希望的是较低固体量的介质。例如，该介质可以具有一个区域，该区域是一个支架、间隔或效率纤维的均匀的或基本上恒定结合的区域。该结合的区域内的第一纤维在浓度上是均匀的或基本上恒定的。

为了本披露的目的，术语“表面介质”或“表面负载性介质”是指一种过滤介质，其中微粒大部分累积在该过滤介质的表面上或在该介质层的厚度内仅发现很少的或没有发现颗粒。通常通过使用一个精细纤维层来获得表面负载，该精细纤维层是在该表面上形成的以便对于微粒向介质层中的穿透起到屏障的作用。

为了本披露的目的，术语“孔径”是指在介质中由纤维材料所形成的空间。该介质的孔径可以通过观察介质的电镜照片来估计。介质的平均孔径也可以使用型号为APP 1200 AEXSC、从Porous Materials Inc.of Ithaca，NY可得的毛细管流动孔隙仪来计算。

为了本披露的目的，术语“结合的纤维”表示在本发明的介质或网片的形成中，纤维材料形成了与相邻纤维材料的一种结合。这样一种结合可以利用纤维的固有特性来形成，如双组分纤维的易熔的外层(充当了一种结合系统)。可替代地，本发明的网片或介质的纤维材料可以使用单独的树脂性粘合剂来进行结合，该粘合剂典型地是以粘合剂树脂的水性分散体的形式来提供。可替代地，本发明的纤维还可以使用交联剂进行交联，使用电子束或可以引起纤维至纤维的结合的其他能量辐射、通过高温结合、或通过可以造成这些纤维彼此结合的任何其他结合方法来进行结合。

“双组分纤维”是指由一种热塑性材料形成的纤维，该热塑性材料具有至少一个具有一个熔点的纤维部分以及一个具有更低熔点的第二热塑性部分。这些纤维部分的物理构型典型地是处于一种并列结构或皮芯结构。在并列结构中，这两种树脂典型地以相连接的形式以并列的结构被挤出。也可以使用叶状的纤维，其中尖端具有较低熔点的聚合物。该双组分纤维可以是过滤介质的30至80wt.％。

如在此使用的，术语“来源”是一个起始点，如一个包括纤维的流体流束的起始点。来源的一个例子是喷嘴。另一个例子是流浆箱。

“流浆箱”是被配置为跨越一个宽度来传送一个实质上均匀的供料流的一种器具。在一些情况下，流浆箱内的压力通过泵和控件来维持。例如，气垫式流浆箱使用一个供料上方的气腔作为控制压力的器具。在一些情况下，流浆箱还包括整流辊，这些辊是在其中具有大孔洞的圆柱体、在一个气垫式流浆箱内缓慢转动以帮助分配供料。在液压式流浆箱中，用多组管道、膨胀区域、和流动方向的改变而实现了供料的再分布和絮体的打碎。

如在此使用的术语“供料”是指纤维与液体的一种共混物。在一个实施方案中，该液体包括水。在一个实施方案中，该液体是水并且该供料是一种水性供料。

“机器方向”是网片前行穿过一种装置(如生产该网片的装置)的方向。而且，机器方向是一个材料片的最长维度的方向。

“网片横向方向”是垂直于机器方向的方向。

“x方向”和“y方向”分别定义了一个纤维介质网片的宽度和长度，并且“z方向”定义了该纤维介质的厚度或深度。如在此使用的，x方向与网片横向方向相同并且y方向与机器方向相同。

如在此使用的术语“下游”是该形成网片的装置中至少一个流束的流动方向。当在此将一种第一组分描述为在一种第二组分的下游时，它是指该第一组分的至少一部分是在该第二组分的整体的下游。该第一和第二组分的多个部分可以重叠，即使该第一组分是在第二组分的下游。

IV.介质详细说明

a.介质中不同类型的梯度

一种梯度可以在网片的x方向、y方向或z方向上任一个上产生。在此将对产生这些不同类型的梯度所使用的具体的混合隔离体的结构进一步进行讨论。梯度还可以结合这些面来产生。该梯度是通过调节至少两种纤维的相对分布来完成的。这至少两种纤维可以通过具有不同的物理特性，例如组成、长度、直径、长径比、形态或其组合而彼此不同。例如，这两种纤维可以在直径上不同，例如第一种玻璃纤维具有0.8微米的平均直径并且第二种玻璃纤维具有五微米的平均直径。

形成梯度的至少两种纤维可以通过具有不同的化学组成、涂覆处理或这两者而彼此不同。例如，一种第一纤维可以是一种玻璃纤维而一种第二纤维是一种纤维素纤维。

在此描述的非纺织网片可以限定以下各项的一种梯度，例如：孔径、交联密度、渗透性、平均纤维尺寸、材料密度、固体性、效率、液体迁移率、可湿润性、纤维表面化学性、纤维化学性或其组合。该网片还可以制造为在部分材料上具有梯度，这些材料包括：纤维、粘合剂、树脂、微粒、交联剂，以及类似物。尽管到目前为止已经讨论了至少两种纤维，本发明的多个实施方案包括三、四、五、六、或更多类型的纤维。一种第二、第三、以及第四类型的纤维的浓度有可能跨越该网片的一个部分而变化。

b.具有梯度区域和恒定区域的介质

在此描述的实施方案的介质可以具有一种梯度特征。在本发明的一个方面，该介质可以具有两个或更多个区域。该第一区域可以包括具有以上定义并且讨论的定义梯度的介质的厚度的一个部分。另一个区域可以包括该介质厚度的另一个部分，具有一个梯度或实质上不存在任何重要的梯度特征的恒定的介质特征。这样一种介质可以使用本发明的方法和机器使用多个机器设置而形成，这样由该机器释放的纤维所形成的层形成了这样一种介质，该介质具有包含一种恒定介质的一个第一区域以及包含一种梯度介质的一个第二区域。该介质可以被制造为实质上不存在一种层压结构以及区域之间的胶粘剂或任何明显的界面。在该介质中存在至少约30wt％并且最多约70wt％的一种双组分纤维以及至少约30wt％并且最多约70wt％的一种包含聚酯或玻璃纤维的第二纤维，其中第二纤维的浓度以连续的梯度形成，该连续梯度从第一表面至第二表面增加。在很大程度上，该区域的纤维可以是在特征上相似的或可以是实质性不同的。例如，该恒定区域可以包括一种纤维素纤维、聚酯纤维、或混合的纤维素合成纤维的区，而该梯度区域包括在本披露的其他之处所披露的双组分纤维或玻璃纤维或其他纤维或纤维的混合物。

取决于机器设置，这些区域可以在本发明的方法中典型地通过在一种成形网上形成一个湿的层并且然后除去液体留下该纤维层进行进一步的干燥以及其他处理而形成。在最终干燥的介质中，这些区域可以具有多种厚度。这样一种介质可以具有的厚度是范围从约0.3mm至5mm，0.4mm至3mm，0.5mm至1mm，至少0.5mm或更大。这样一种介质具有的梯度区域的层可以是在从该介质的约1％至约90％的厚度的任何地方。可替代地，该梯度层的厚度可以构成该介质厚度的从约5％至约95％。本发明的介质的梯度的又另一个方面包括一种介质，其中该梯度是该介质厚度的约10％至80％。本发明的还另一个方面包括一种介质，其中该梯度层的厚度是该总介质厚度的从约20％至约80％。以类似的方式，该介质可以包括一个恒定区域，其中该恒定区域大于该介质厚度的约1％，大于该介质厚度的5％，大于该介质厚度的10％，或大于该介质厚度的20％。

在一个实施方案中，在该梯度区域底部的一种纤维的浓度比该梯度区域的顶部的纤维的浓度高至少10％。在另一个实施方案中，在该梯度区域底部的一种纤维的浓度比该梯度区域的顶部的纤维的浓度高至少15％。在另一个实施方案中，在该梯度区域底部的一种纤维的浓度比该梯度区域的顶部的纤维的浓度高至少20％。

在该介质中具有一个恒定区域以及一个梯度区域可以起到多种作用。在一个实施方案中，该梯度层可以充当一个初始上游层，该上游层截留小的颗粒从而导致了增加的介质寿命。本发明的再另一个实施方案涉及一种介质，其中该恒定区域是上游层，该上游层具有被设计为以特定粒度有效运行的过滤器特征。在这样一个实施方案中，该恒定区域于是可以从该介质中移除实质量的某一粒度，而留下该梯度介质用作一种移除其他粒度的备用物从而导致增加的过滤器寿命。如可看出的，在许多不同的应用中一个恒定层以及一个梯度区域的使用可以被工程化为用于从一个特定的流体层中过滤特定类型的颗粒的目的。

c.纤维实例

这些纤维可以具有不同的组成、直径以及长径比。在此描述的用于在一种非纺织网片中形成梯度的概念不依赖于创造该网片所使用的具体的纤维原料。对于纤维组成的识别，普通业内人士可以找到许多有用的纤维。此种纤维通常从有机或无机产品加工。对于梯度的特定应用的要求可以做出更合适的纤维、或纤维组合的选择。梯度介质的纤维可以包括双组分、玻璃、纤维素、大麻、蕉麻(abacus)、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、卤化的聚合物、聚氨酯、丙烯酸物或其组合。

包括合成和天然纤维、以及处理过的和未处理过的纤维的纤维组合可以合适地用在该复合材料中。

纤维素纤维、纤维素纤维或混合的纤维素/合成纤维可以是该复合介质的基础组分。该纤维素纤维可以是一个单独的层或者可以是支架纤维或间隔纤维并且可以具有至少约20微米并且最多约30微米的直径。尽管从其他来源可得，纤维素纤维主要得自木浆。用于本发明中的适当的木浆纤维可以从已知的化学方法例如克拉夫以及亚硫酸化制纸浆法(其中使用或未使用随后的漂白)而获得。纸浆纤维还可以通过热机械、化学热机械方法或其组合进行处理。优选的纸浆纤维是通过化学方法生产的。可以使用研磨的木质纤维、再循环的或二次木纸浆纤维以及漂白的或未漂白的木纸浆纤维。可以使用软木材以及硬质木材。木纸浆纤维的选择的详细内容对于本领域的普通技术人员而言是熟知的。这些纤维是从许多公司可商购的。这些木纸浆纤维还可以在本发明中使用之前进行预处理。这种预处理可以包括物理或化学处理，例如与其他纤维类型结合，使这些纤维经受蒸汽、或化学处理，例如使用多种交联剂中的任一种将这些纤维素纤维进行交联。交联增加了纤维体积以及弹性。

在复合材料中还可以使用合成纤维，包括聚合物纤维，例如聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇(具有不同水解度)、聚乙酸乙烯酯纤维。合适的合成纤维包括例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、以及人造丝纤维的纤维。其他合适的合成纤维包括从热塑性聚合物制成的那些、涂覆有热塑性聚合物的纤维素的以及其他的纤维，以及多组分纤维，该多组分纤维中至少一种组分包括一种热塑性聚合物。单以及多组分纤维可以从聚酯、聚乙烯、聚丙烯以及其他常规的热塑性纤维材料制造。

尽管并不解释为一种限制，对纤维进行预处理的例子包括施用对这些纤维的表面化学性进行改性的表面活性剂或其他液体。其他预处理包括并入抗微生物、颜料、染料以及致密化或软化的试剂。还可以使用其他化学品(例如热塑性的以及热固性树脂)预处理过的纤维。还可以使用多种预处理的组合。类似的处理还可以在后处理过程中形成复合材料之后施用。

可以用作该网片的纤维的玻璃纤维介质以及双组分纤维介质在2007年12月18日授权的美国专利号7,309,372中披露，其内容通过引用以其全文结合在此。可以用作该网片的纤维的玻璃纤维介质以及双组分纤维介质的另外的例子在2006年5月11日公开的美国专利号2006/0096932中披露，其内容通过引用以其全文结合在此。

在此处描述的网片的制造中可以使用实质性比例的玻璃纤维。该玻璃纤维可以包括该介质的约30wt.％至70wt.％。该玻璃纤维提供了孔径控制并且与介质中的其他纤维联合以获得一种具有大流速、高容量、高效率以及高湿态强度的介质。术语玻璃纤维‘来源’是指具有定义的组成的大量纤维的玻璃纤维产物，其特征为使其作为一种有区别的原料可得的平均直径以及长度或长径比。合适的玻璃纤维来源是例如从位于Summerville，South Carolina，USA的一个位置的LauschaFiber International作为具有5微米直径的B50R、具有1微米直径的B010F或具有0.8微米直径的B08F可商购的。合适的纤维是从其他商贩处可得的。

“双组分纤维”是指从具有至少一个具有一个熔点的纤维部分的热塑性材料与具有一个更低熔点的第二热塑性部分所形成的一种纤维。这些纤维的物理构型典型地是处于一种并列或皮芯的结构。在并列结构中，两种树脂典型地以一种相连接的形式以一种并列的结构挤出。在一种皮芯结构中，具有更低熔点的材料形成了该皮部。还有可能使用叶状的纤维，其中顶端具有更低熔点的聚合物。

双组分(皮/芯或并列)纤维的聚合物可以由不同的热塑性材料，例如像，聚烯烃/聚酯(皮/芯)双组分纤维构成，由此聚烯烃(例如聚乙烯)皮部在低于核(例如聚酯)的温度下熔化。典型的热塑性聚合物包括聚烯烃类，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯以及其共聚物，以及聚酯类，例如聚对苯二甲酸乙二酯。一个具体例子是从DuPont作为271P已知的聚酯双组分纤维。其他纤维包括从田纳西约翰逊市的Fiber Innovation Technology可得的FIT 201，从日本Kuraray Co.，Ltd.可得的Kuraray N720以及从日本的Unitika可得的Unitika 4080，以及类似材料。其他纤维包括聚乙酸乙酯、聚氯乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂类，例如聚丙烯酸酯、以及聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺类，即尼龙、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氨酯类、纤维素树脂类，即纤维素硝酸酯、纤维素乙酸酯、纤维素乙酸丁酸酯、乙基纤维素等，任何以上材料的共聚物，例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物Kraton橡胶、以及类似物。第一纤维或支架纤维可以包括一种双组分纤维，该双组分纤维包括各自独立地包含一种聚酯或一种聚烯烃的一个核以及一个壳。

所有这些聚合物在完成第一熔化时均证实了将皮部进行交联的特性。这对于其中应用温度典型地高于该皮部的熔化温度的液体应用是非常重要的。

非纺织介质可以含有从多种亲水的、疏水的、亲油的以及疏油的纤维制成的二次纤维。这些纤维与其他纤维协作以形成一种机械稳定的、但是强的、可渗透的过滤介质，该介质可以经受流体材料通行的机械应力并且可以在使用过程中保持微粒的负载。二次纤维典型地是单组分纤维，其具有的直径可以是范围从约0.1至约50微米并且可以从多种材料制造，包括天然存在的棉花、亚麻布、毛、多种纤维素的以及蛋白质的天然纤维、合成纤维，包括人造丝、丙烯酸的、芳族聚酰胺、尼龙、聚烯烃、聚酯纤维。一种类型的二次纤维是一种粘合剂纤维，该纤维与其他组分协作以将这些材料粘合成一个薄片。另一种类型的二次纤维是一种结构纤维，该纤维与其他组分协作以增加这些材料在干以及湿条件下的拉伸以及爆破强度。此外，该粘合剂纤维可以包括从聚合物(如PTFE、聚氯乙烯、聚乙烯醇)制得的纤维。二次纤维还可以包括无机纤维，例如碳/石墨纤维、金属纤维、陶瓷纤维以及其组合。导电纤维(例如)碳纤维或金属纤维包括铝、不锈钢、铜、等，可以在介质中提供一种电的梯度。由于环境以及制造的挑战，在制造以及使用过程中以化学和机械方式稳定的纤维是优选的。任何此种纤维都可以包括不同直径的纤维的一种共混物。

d.粘合剂树脂的选择

粘合剂树脂可以被用来帮助将支架以及其他纤维粘合到一种机械稳定的介质中，典型的是在缺乏双组分纤维，例如纤维素、聚酯或玻璃纤维时。此类粘合剂树脂材料可以作为一种干的粉末或溶剂系统使用，但是典型地是乙烯基热塑树脂的水性分散体(一种胶乳或多种胶乳之一)。作为粘合剂使用的树脂可以处于直接加入到介质中从而制成分散体的水溶性或可分散的聚合物的形式或处于树脂材料的热塑性粘合剂纤维的形式，这些材料混入了芳族聚酰胺以及玻璃纤维以在介质形成之后通过施加热量而被活化为一种粘合剂。树脂包括纤维素材料、乙酸乙烯酯材料、氯乙烯树脂、聚乙烯醇树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、聚乙烯基乙酰基树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯乙酸乙烯酯共聚物树脂，热固性树脂类，例如脲酚树脂、脲醛树脂、三聚氰胺、环氧物、聚氨酯、可固化不饱和聚脂树脂、多芳基的树脂、间苯二酚树脂以及类似的弹性体树脂。用于水溶性或可分散的粘合剂聚合物的优选的材料是水溶性或水可分散的热固性树脂，例如丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚脲、聚氨酯、三聚氰胺甲醛树脂、聚酯以及醇酸树脂、总体上并且确切地是水溶性丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚酰胺树脂，它们在介质制造行业中共同使用。此种粘合剂树脂典型地涂覆了这种纤维并且在最终的非纺织基质中将纤维与纤维粘附。可以向一种供料中加入足够的树脂以完全涂覆该纤维而不会在片、介质或过滤器材料中所形成的孔上产生膜。该树脂可以是一种弹性体、热固性树脂、凝胶、珠粒、球粒、薄片、颗粒或纳米结构并且可以在介质制造过程中加入到供料中或者可以在形成之后加入到该介质中。

用来将该三维非纺织纤维网片在每个非纺织结构中彼此粘合或用作另外的胶粘剂的胶乳粘合剂可以是选自本领域已知的不同胶乳胶粘剂。熟练的业内人士可以选择具体的胶乳胶粘剂，这取决于有待粘合的纤维素纤维的类型。这种胶乳胶粘剂可以通过已知的技术例如喷洒或发泡来施用。总体上，使用初始具有从15％至25％固体的胶乳胶粘剂。这种分散体可以通过将纤维分散并且然后加入粘合剂材料或将粘合剂材料分散并且然后加入纤维而制成。该分散体还可以通过将纤维的分散体与粘合剂材料的分散体进行组合而制成。在分散体中总纤维浓度可以是基于该分散体的总重量范围从0.01重量％至5重量％或0.005重量％至2重量％。在该分散体中粘合剂材料的浓度可以是基于纤维的总重量范围从10重量％至50重量％。在该分散体中可以包括胶料、填充剂、颜料、助留剂、从替代来源再循环的纤维、粘合剂、胶粘剂、交联剂、颗粒、抗微生物剂、纤维、树脂、颗粒、小分子有机或无机材料、或其任何混合物。

e.用于选择性粘合的涂层

一种用于选择性粘合的涂层或要素是指选择性地粘合一种配对材料的部分(moiety)。此类涂层或要素对于将一种目标配对材料选择性地附接或捕获到一种纤维上是有用的。

作为此种涂层或要素有用的部分的例子包括生物化学、有机化学或无机化学分子种类并且可以通过天然、合成或重组的方法而衍生。此种部分包括例如吸收剂、吸附剂、聚合物、纤维素、以及大分子例如多肽、核酸、碳水化合物以及类脂。这样一种涂层还可以包括一种反应性化学涂层，该涂层可以与多种组分(在流体流中可溶或不可溶的)在过滤器处理过程中进行反应。此类涂层可以包括小分子或大分子以及聚合物涂层材料。可以将此种涂层置于或粘附到这些纤维组分上以实现在该纤维表面上的化学反应。

其他的可以附接到一种纤维上并且呈现出对目标配对材料的选择性粘合的此类涂层或要素是本领域内已知的并且鉴于在此提供的传授内容以及指导可以在本发明的器具、装置或方法中利用。

f.化学反应性微粒

可以将一种化学反应性微粒分散到在此描述的实施方案的介质中。

本发明的微粒可以由有机和无机材料以及混合材料制造。微粒可以包括碳颗粒，例如活性炭，离子交换树脂/珠粒，沸石颗粒，硅藻土，氧化铝颗粒，例如活性氧化铝，聚合物颗粒，包括例如苯乙烯单体，以及吸收剂颗粒例如可商购的超强吸收剂颗粒。有机微粒可以是由膨胀的聚苯乙烯或苯乙烯共聚物，或者还有尼龙或尼龙共聚物、聚烯烃聚合物(包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯、烯烃共聚物、聚丙烯烯烃共聚物、丙烯酸聚合物)以及包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈的共聚物制成。此外，该微粒可以包括纤维素材料以及纤维素衍生物珠粒。此类珠粒可以由纤维素或由纤维素衍生物例如甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素，以及其他物质制造。此外，这些微粒可以包括硅藻土、沸石、滑石、粘土、硅酸盐、熔融的二氧化硅、玻璃珠粒、陶瓷珠粒、金属微粒、金属氧化物等。本发明的微粒还可以包括一种反应性的吸收剂或吸附剂纤维状结构，该结构具有预定的长度和直径。其他胶粘剂的例子是具有反应性涂层的颗粒。

这些颗粒可以处于该纤维毡的不同层内。有助于该梯度介质的最终特性的微粒、纤维、树脂或其任何混合物可以在制造或最终处理该梯度介质的过程中的任何时间加入到该分散体中。

e.添加剂

胶料、填充剂、颜料、助留剂、来自可替代来源的再循环纤维、粘合剂、胶粘剂、交联剂、颗粒或抗微生物剂的添加剂可以加入该水性分散体中。

f.介质中缺乏界面结构

在现有技术中，某些结构已经通过形成与一个第二层分开的第一层并且然后将这些层合并而制造，从而导致了跨过所产生介质的厚度的介质特性上的阶梯式变化。此种合并典型地包括在层之间形成一个界面。这样一种界面有时包括在这些层之间特征为压碎的纤维的一个区，这样这些纤维如同层压之前的片一样不再与这些单独的层压片处于相同的物理状态。其他界面包含一种粘合层地些胶粘剂。在此处描述的非纺织网片的许多实施方案中，此种界面作用(包括粉碎层界面以及胶粘剂层界面)在非纺织网片中不存在。

在此说明的介质的一个实施方案其特征为不存在任何边界或屏障，例如在一个纤维网片内的x方向、y方向以及z方向上。

V.方法和装置的详细说明

本发明的技术的一个实质性的优点是用来获得一个介质阵列，该阵列具有使用一种、或者一个有限的组的供料以及单步湿法成网工艺的一系列有用特性。

a.工艺

在一个实施方案中，本发明利用一种单程湿法成网工艺在纤维垫的维度之内产生一个梯度。通过一个单程，是用来指在生产梯度介质的一个生产过程中，纤维在该区域内的混合以及该一种或多种混合供料的沉仅发生一次。没有进行进一步处理来增强该梯度。使用该混合隔离体装置的单程工艺提供了一种梯度介质，在该介质内没有可辨别的或可检测的界面。该介质内的梯度可以从上到下或者跨越该介质的厚度而被限定。可替代地或者此外，该介质内的梯度可以跨越该介质的长度或宽度维度而被限定。

在一个实施方案中，一种制造非纺织网片的方法包括从第一来源分散第一流体流束，其中该流体流束包括纤维。在本方法中使用的装置具有在第一来源下游的一个混合隔离体并且该混合隔离体被置于来自该第一来源的两条流动通道之间。这些流动通道被该混合隔离体分开，该混合隔离体限定了在该混合隔离体中的一个或多个开口，这些开口允许从至少一个流动通道到另一个流动通道的流体连通。该方法进一步包括在一个位于该来源的附近和下游的接收区域上收集纤维。该接收区域被设计为用来接收从该来源分散的流束并且通过收集纤维形成一个湿层。本方法的另一个步骤是干燥该湿层以形成该非纺织的网片。

在另一个实施方案中，一种制造非纺织网片的方法包括：提供来自一个来源的一种供料，该供料包括至少一种第一纤维，并且从一个用于制造非纺织网片的装置分散一个供料流束。该装置具有在该流束来源的下游的一个混合隔离体，并且该混合隔离体限定了至少一个开口以允许该流束的至少一部分通过。本方法进一步包括收集通过在一个位于该来源下游的接收区域上的开口的纤维，收集在该混合隔离体的一个下游部分的接收区域上的剩余部分的纤维，并且干燥该湿层以形成该非纺织网片。

b.混合隔离体的一般原则

在一个实施方案中，在此将进一步讨论在一台改良型造纸机(例如一台斜网造纸机或其他机器)的背景下使用的混合隔离体。该混合隔离体可以被定位在一个水平面上，或者在一个向下或向上的斜面上。在该机器上离开这些来源的供料前进至一个形成区或接收区域。通过该混合隔离体，这些供料至少被初步分开。本发明的混合隔离体在它的表面中具有多个槽缝或开口。

使用本发明的混合隔离体装置形成的梯度介质是对由该来源供给的这些供料在过渡位置时进行区域性的并且受控的混合的结果。对于混合隔离体的设计存在多种不同的选择。例如，在该混合隔离体的起点处更大或更频繁的开口将导致当这些供料保留最多水分时更多的混合。例如，在该混合隔离体的末端处更大或更频繁的开口将导致在更多液体被去除后进行混合。取决于存在于这些供料中的材料和所希望的末端特性，在该介质形成工艺的更早阶段更多的混合或在该介质形成工艺的后期的纤维的更多的混合可以在该梯度纤维介质的最终构型中提供多个优点。

当使用本发明的装置和方法采用多于两种供料时，之后可以形成三种或更多种纤维梯度。此外，可以采用一个或多于一个混合隔离体。应理解的是，通过选择混合隔离体中的一种跨越网片而变化的开口的布图，在介质形成的过程中混合可以在跨越网片而变化。应理解的是，本发明的机器和混合隔离体提供了这一可变性以及容易且有效的控制。应理解的是，将在该混合隔离体之上的一次通行或施用中形成梯度介质。应理解的是，梯度材料，例如纤维介质不具有可辨别的不连续界面，但是具有可控的化学或物理特性，可以使用本发明的装置和方法来形成。应理解的是，例如可变的纤维尺寸的浓度或比率提供了遍及一种特定梯度介质的孔的一个增加或减小的密度。这样形成的纤维介质可以被有利地用于多种多样的应用中。

在一个实施方案中，在一台用于制造非纺织网片的装置中采用了该混合隔离体，其中该装置包括被配置为分散包括纤维的一个第一流体流束的一个或多个来源以及同样包括纤维的一个第二流体流束。该混合隔离体被定位该一个或多个来源的下游并且在第一和第二流束之间。该混合隔离体限定了一个或多个允许两个流束间流体连通的开口。该装置还包括一个接收区域，该接收区域位于这一个或多个来源的下游并且被设计为接收至少一个合并流束并且通过收集来自该合并流束的纤维来形成一个非纺织网片。

在另一个实施方案中，该混合隔离体包括在一个装置中，该装置包括配置为分散包括纤维的一个第一流体流束的一个第一来源以及被配置为分散同样包括纤维的一个第二流体流束的一个第二来源。该混合隔离体在第一和二来源的下游，被定位在第一和第二流束之间，并且限定了在该混合隔离体中的两个或更多个开口，这些开口允许在第一和第二流束之间的流体连通和混合。该装置还包括一个接收区域，该接收区域位于该第一和二来源下游并且被设计为接收至少一个合并流束并且通过收集合并流束而形成一个非纺织网片。

在仍另一个实施方案中，一种用于制造非纺织网片的装置包括被设计为分散包括纤维的一种第一液体流束的一个来源，该来源下游的一个混合隔离体，该混合隔离体包括在该混合隔离体中的一个或多个开口，以及一个接收区域，该接收区域位于该来源下游并且被设计为接收该流束并且通过收集来自该流束的纤维而形成一个非纺织网片。

在此将进一步描述多个具体实施方案。

c.具有两个流束的实施方案(图1)

如之前讨论的，图1示出了穿过一台具有两个来源102、106和一个混合隔离体110的改良型斜网造纸装置或机器100的一个示意性截面图。针对图2将讨论一个不同装置的实施方案，图2是具有一个来源的改良型斜网造纸机200的示意图。

来源102、106可以被配置为流浆箱。流浆箱是一种被配置为跨越一个宽度来递送供料的一个基本上均匀的流的装置。

该混合隔离体可以被设计为跨过该机器的整个排水区段并且连接到该机器的侧轨上。该混合隔离体可以延伸跨越该接收区域的整个宽度。

图1的斜网造纸机包括运送离开来源102、106的流束104、108的两个进料管115、116.图1示出了两个来源，其中一个定位在另一个的顶部。然而，该装置100可以包括一个、两个、三个或更多个堆叠的来源，进料至另其他来源中的来源，在混合隔离体的远端在机器方向上彼此交错的来源，以及在混合隔离体的远端在网片横向方向上彼此交错的来源。在单一来源安排的情况下，一个来源可以包含多个内部隔离体，其中供料可以被分离以提供两个流束。

进料管115、116可以略成角度以有助于流束的运动。在图1的实施方案中，进料管115、116向下成一个角度。混合隔离体110存在于上进料管116的远端。该混合隔离体可以向下或向上成一个角度，这取决于所要生产的梯度介质。该混合隔离体110限定了将在此进一步描述的多个开口112。该混合隔离体具有最接近这些来源的一个近端122和远离这些来源的一个远端124。

在图1的实施方案中，这些开口112被限定在校正铜网118上方的混合隔离体110的部分中。然而，在其他实施方案中，该混合隔离体在该装置更上游的部分(例如在两个流束115、116之间)限定了多个开口。

在下进料管115的一个远端，第一流束104被运送到本领域内已知的辊上所接纳的校正铜网118上(未示出)。在校正铜网上，第一流束104的供料移动进接收区域114内。如开口112的维度所允许的，第二流束108的一些供料向下穿过这些开口112，流到接收区域114上。其结果是，该第二流束108在接收区域114中与第一流束104混合并且共混。

混合隔离体开口112的维度和位置将对该第一和第二流束的混合时间和水平具有大的影响。在一个实施方案中，第二流束108的一个第一部分将穿过一个第一开口，并且该第二流束的一个第二部分将穿过该第二开口，并且该第二流束的一个第三部分将穿过一个第三开口，等等，其中第二流束的任何剩余部分从该混合隔离体的远端124上通过而来到接收区域114上。

被充分稀释的第一和第二供料促进了来自该接收区域的混合部分中的两个流束的纤维的混合。在供料中，纤维被分散在流体(例如水)和多种添加剂中。在一个实施方案中，这些供料中的一个两个均为水性供料。在一个实施方案中，在一种供料中的纤维的重量百分比(wt.％)可以在约0.01至1wt.％的范围内。在一个实施方案中，在一种供料中的纤维的重量％可以在约0.01至0.1wt.％的范围内。在一个实施方案中，在一范围中供料中的纤维的重量％可以在约0.03至0.09wt.％的范围内。在一个实施方案中，在一种水溶液中的纤维的重量％可以在约0.02至0.05wt.％的范围内。在一个实施方案中，这些流束中的至少一个是具有小于约20克纤维每升的纤维浓度的供料。

在接收区域114下的排水箱130中收集水或其他溶剂和添加剂。水和溶剂132的收集可以借助重力、真空提取或其他干燥手段来从接收区域提取出多余的流体。可以发生这些纤维的额外的混杂和混合，这取决于应用于排水箱130的流体收集手段，例如真空。例如，来自接收区域的流体的更强水平的真空提取可以使介质将更有可能在两侧之间具有差异，这还被称为两面性。还有，在脱水程度减小的区域，例如通过选择性地关闭或关掉排水箱，将导致两个流束的增加的混杂。甚至可以产生背压，这引起第一流束104的供料向上通过混合隔离体中的开口112，并且与第二流束108混合至更大的程度。

改良型斜网造纸机100可以包括一个顶部外壳152或一个开放构型(未示出)。

来源102、106和进料管115、116都可以是水压式成形器154(例如一台Deltaformer^TM机器(从Glens Falls Interweb，Inc.of South Glens Falls，NY可得))的一部分，这是一种被设计为形成非常稀的纤维浆而进入纤维介质的机器。

d.使用单一来源和筛状混合隔离体的工艺(图2)

图2展示了用于形成一种连续梯度介质的装置200的另一个实施方案，其中一个供料的单一来源在一步湿法成网工艺中与混合隔离体相结合。该来源或流浆箱202提供了供料的一个第一流束204，它包括至少两种不同的纤维，例如不同的纤维尺寸或具有不同化学组分的纤维。经由进料管211将第一流束提供至混合隔离体210。该混合隔离体包括多个开口212。在一个实施方案中，该混合隔离体具有一个没有开口的初始部分216以及一个具有开口212的第二部分220。该混合隔离体具有最接近该来源的一个近端222和最远离该来源的一个远端224。在混合隔离体210中的开口212的尺寸被配置为对于供料中不同纤维尺寸的纤维进行选择或筛选。该第一流束的多个部分穿过该混合隔离体中的这些开口并且在校正铜网214上沉积。排水箱230通过重力或其他提取手段收集或提取水和其他溶剂。第一流束204的一个未筛选的部分232在工艺234结束时被沉积在梯度介质上，但是在后处理之前。

图2的装置可以包括一个顶部外壳234或一个开放构型。图2的装置和方法实施方案可以与关于不同的纤维类型、多个混合隔离体实施方案、供料浓度的所有变体一起使用。

e.混合隔离体构型

混合隔离体和它的开口可以具有任何几何形状。一个实例是带槽缝的混合隔离体。在一个实施方案中，该混合隔离体限定了多个矩形开口，这些开口是在网片横向或横向流动方向上的多个槽缝。在一个实施方案中，这些矩形槽缝可以跨越整个网片横向的宽度而延伸。在另一个实施方案中，该混合隔离体限定了在下游或机器方向上的多个槽缝。这些开孔或槽缝可以具有可变的宽度。例如，这些槽缝可以在下网方向(down web direction)中的宽度上增加，或者这些槽缝可以在网片方向上的宽度上增加。这些槽缝可以在下网的方向上可变地间隔开。在其他实施方案中，这些槽缝在网片横向方向上从该网的一侧到另一侧行进。在其他实施方案中，这些槽缝仅在该网片的一部分上从一侧到另一侧行进。在其他实施方案中，这些槽缝在下网方向上从该混合隔离体的近端到远端行进。例如，这些槽缝可以平行于供料离开这些来源时所采取的流动路径。可以在该混合隔离体中使用多种槽缝设计或安排的组合。

在其他实施方案中，该混合隔离体限定了不是槽缝的多个开放区域，例如在网片横向方向上从一侧到另一侧没有进展的多个开放区域。在这样的实施方案中，在该混合隔离体中的开放区域是不连续的孔洞或穿孔。在其他实施方案中，在该混合隔离体中这些开口是直径为几英寸的大的圆形孔洞。在多个实施方案中，这些孔洞是圆形的、椭圆形的、直线的、三角形的、或具有某种其他形状。在一个具体实施方案中，这些开口是多个不连续的圆形开口。在一些实施方案中，在该混合隔离体上，这些开口被规则地间隔开。在其他实施方案中，在该混合隔离体上，这些开口被不规则地或任意地间隔开。

在该混合隔离体中并入开放区域的一个目的是，例如，从一个供料储存器供应纤维并且以受控的比例与来自一个第二供料储存器的纤维混合。通过改变沿该混合隔离体的开放区域的大小和位置控制这些供料的混合比例。例如，更大的开放区域提供了这些供料的更多混合并且反之亦然。这些开放区域沿该混合隔离体的长度的定位决定了在该梯度纤维垫的形成过程中供料流的混合深度。

在该混合隔离体内，可以存在本发明关于开放区域的分布、形状、以及大小的多种变更。这些变更中的一些是，例如，1)具有逐渐增加/减小的面积的多个矩形槽缝，2)具有恒定面积的多个矩形槽缝，3)具有变化的形状和位置的变化数目的槽缝，4)具有限制在仅该混合隔离体基底部的初始区段的多个槽缝的多孔混合隔离体，5)具有限制在仅该混合隔离体基底部的最终区段的多个槽缝的多孔混合隔离体，6)具有限制在仅该中间区段的多个槽缝的多孔混合隔离体，或7)槽缝或开放区域的任何其他组合。该混合隔离体可以具有可变的长度。

两个具体的混合隔离体变量是在该混合隔离体内该开放区域的大小以及开发放区域的位置。这些变量控制了生产纤维垫的混合供料的沉积。通过该混合隔离体中的开放区域相对于该混合隔离体的维度来控制混合的量。通过在混合隔离体装置中开口或槽缝的定位来确定不同的供料组合物的混合所发生的区域。开口的尺寸决定了在接收区域内纤维的混合量。开口的位置，即朝向该混合隔离体的远端或近端，决定了在该梯度介质的纤维垫内的区域中这些供料的混合深度。在该混合隔离体的基底部的一个单一的材料件(例如金属或塑料)中可以形成多个槽缝或开口的布图。可替代地，通过多个具有不同几何形状的材料件可以形成多个槽缝或开口的布图。这些工件可以由金属或塑料制造以形成该混合隔离体的基底部。总体而言，该混合隔离体装置内的开放区域的量直接与由这些供料储存器供给的纤维间的混合量成比例。

在另一个实施方案中，该混合隔离体包括由在该混合隔离体的下网方向上延伸的一个或多个开口限定的一个或多个开口。这一个或多个开口可以从一个混合隔离体工件的第一下网边缘延伸至一个混合隔离体装置的上网边缘。多个材料工件之间的开口或槽缝的这种定位可以沿下网方向反复几次前行，这取决于所生产的梯度介质所要求的最终化学和物理参数。因此，这一个或多个开口可以包括多个开口，这多个开口包括不同的宽度、不同的长度、不同的取向、不同的间隔、或其组合。在一个具体实施方案中，该混合隔离体限定了具有第一维度的至少一个第一开口以及具有不同的第二维度的至少一个第二开口。

在一个实施方案中，该混合隔离体包括在该混合隔离体的网片横向方向上延伸的一个或多个开口。这些混合隔离体的工件延伸至装置的每一侧。这一个或多个开口从一个混合隔离体工件的第一网片横向边缘延伸至一个混合隔离体的第二网片横向边缘。多个混合隔离体工件之间的开口的这种定位可以沿网片横向方向反复几次前行，这取决于所生产的梯度介质所要求的最终化学和物理参数。因此，这一个或多个开口可以包括多个开口，这多个开口包括不同的宽度、不同的长度、不同的取向、不同的间隔、或其组合。

在一个实施方案中，该混合隔离体包括由在该混合隔离体的下网方向上延伸的一个或多个孔洞或穿孔所限定的一个或多个开口。这些孔洞或穿孔在大尺寸上可以是微观至宏观的。这一个或多个孔洞或穿孔从该混合隔离体的第一下网边缘延伸至混合隔离体的第二下网边缘。多个孔洞或穿孔的这种定位和频率可以沿下网方向反复几次前行，这取决于所生产的梯度介质的最终化学和物理参数。因此，这一个或多个孔洞或穿孔可以包括多个孔洞或穿孔，这多个孔洞和穿孔包括不同的尺寸、不同的位置、不同的频率、不同的间隔、或其组合。

该混合隔离体包括由在该混合隔离体的网片横向方向上延伸的一个或多个孔洞或穿孔限定的一个或多个开口。多个孔洞或穿孔的这种定位和频率可以沿下网方向反复几次前行，这取决于所生产的梯度介质的最终化学和物理参数。因此，这一个或多个孔洞或穿孔可以包括多个孔洞或穿孔，这多个孔洞和穿孔包括不同的尺寸、不同的位置、不同的频率、不同的间隔、或其组合。

在一个实施方案中，该混合隔离体在机器方向上的一个维度是至少约29.972cm(11.8英寸)并且最多约149.86cm(59英寸)，而在另一个实施方案中，它是至少约70.104cm(27.6英寸)并且最多约119.38cm(47英寸)。

在一个具体实施方案中，该混合隔离体限定了至少三个并且最多八个槽缝，其中每个槽缝单独地具有约1至20cm的宽度。

在另一个实施方案中，该混合隔离体限定了限制在可移动的矩形工件之间的多个矩形开口。在另一个具体实施方案中，该混合隔离体限定了限制在五个或更多个可移动的矩形工件之间的五个矩形开口，其中这些工件的宽度各自是约1.5cm至15cm(0.6英寸至5.9英寸)并且这些开口的宽度各自是约0.5cm至10cm(0.2英寸至3.9英寸)。

在一个实施方案中，该混合隔离体的一个或多个开口占据了该混合隔离体总面积的至少5％并且最多70％，或者该混合隔离体总面积的至少10％并且最多30％。

在介质中完成一个x梯度的该混合隔离体的一个实施方案中，该混合隔离体在机器方向具有一个中央轴线，该轴线将该混合隔离体分为两半，并且一半与另一半不相同。在一些实施方案中，一半没有开口而另一半限定了这个或这些开口。在完成一个x梯度的混合隔离体的另一个混合隔离体中，该混合隔离体具有一个第一外缘和一个第二外缘，其中该第一和第二外缘平行于该机器方向，并且该混合隔离体限定了在机器方向宽度上变化的一个第一开口，这样最接近该第一外缘的机器方向宽度小于最接近该第二外缘的机器方向宽度。在完成一个x梯度的一个实施方案的另一实例中，该混合隔离体具有一个没有开口的第一边缘部分和一个没有开口的第二边缘部分。该第一和第二边缘部分各自从下游网片横向边缘延伸至上游网片横向边缘。该混合隔离体进一步包括一个在第一和第二边缘部分之间的一个中央部分以及限定在该中央部分内的一个或多个开口。

f.在图3至8中示出的混合隔离体实例

在图3至8中示出了该混合隔离体的这些开口的不同构型，这些图是混合隔离体的俯视图。图3至8中的每个混合隔离体具有一个不同的开口构型。每个混合隔离体具有侧边缘、一个第一末端边缘和一个第二末端边缘。这些混合隔离体的侧边缘可以附接到该机器的左或右侧壁(未示出)。在图3至图8中，箭头305指示了下网方向而箭头307指示了网片横向方向。图3示出具有七个网片横向槽缝形开口302的混合隔离体300，这些开口具有基本相等的矩形面积，在网片横向方向上被间隔开。三个槽缝302彼此均匀地间隔开，并且在该混合隔离体的一个不同的部分中，四个槽缝302彼此均匀地间隔开。该混合隔离体300包括一个邻近该第一边缘的偏置部分304，其中不存在开口。

图4示出了具有八个不同的网片横向矩形开口310的一个混合隔离体308，这些开口具有六种不同的尺寸。图5示出了具有四个下网矩形开口314的一个混合隔离体312，每个开口具有一个与其他开口相比不等的面积。当在网片横向方向上移动跨越该混合隔离体312时，这些开口的尺寸增加。

在图3至5中示出的混合隔离体300、308和312可以被由多个独立的矩形工件构建成，这些矩形工件被间隔开以提供多个矩形开口。

图6示出了具有圆形开口318的一个混合隔离体316。三种不同尺寸的圆形开口存在于混合隔离体316中，其中这些开口的尺寸沿下网方向增加。图7示出了具有矩形开口322的一个混合隔离体320，在网片横向方向上更长并且并不在该混合隔离体的整个宽度上延伸。这些矩形开口的尺寸沿下网方向增加。图8示出了具有四个相等的楔形开口328的一个混合隔离体326，在下网方向上很长并且在下网方向上增宽。图6至8示出了可以由在其中提供了开口的一个单一的基材工件形成的混合隔离体316、320和326。

在一个双流束实施方案中，每种隔离体构型对于发生在两个流束之间的混合具有不同的作用。在一些混合隔离体实例中，这些开口的尺寸或形状的变化发生在下网方向。当多个开口被定位在该混合隔离体的近端或上游端时，该开口将使朝向该网片底部的这些供料能够混合。在该混合隔离体的远端或下游端的多个开口提供了更接近该网顶部的这些供料的混合。这些开口的尺寸或面积控制了在该网片的深度内供料的混合比例。例如，较小开口提供了两种供料更少的混合，而较大的开口提供了两种供料更多的混合。

在图3至8中示出的混合隔离体被配置为在一个网片的厚度或z方向上提供梯度。在该介质或网片中，该第一表面和第二表面限定了该介质的厚度，范围从0.2至20mm，或0.5至20mm，并且该区域的部分是大于0.1mm。

图5的混合隔离体是被配置为同样在该网片的网片横向方向上提供梯度的一个实例。在不同的实施方案中，开口形状(例如矩形或圆形)的不同组合可以在同一个混合隔离体上使用。

g.在介质中生产生X梯度的混合隔离体实例

图9是在一种介质中在X方向上完成一个梯度的混合隔离体2100的等轴视图，而图10是俯视图并且图11是混合隔离体2100的侧视图。混合隔离体2100将在介质的厚度或介质的跨越X方向或横向机器方向二者上产生梯度。在厚度上的梯度将在网片横向维度上发生在一个中央区域内。通过该混合隔离体2100限定了开放区域2102。这些矩形开放区域2102存在于在网片横向方向上该混合隔离体的一个中央区段，并且沿该混合隔离体的机器方向而交错。

当混合隔离体2100与两个供料来源一起使用以形成一种非纺织网片时，顶部来源的供料的纤维组分将仅存在于该非纺织网片中的介质的一个中央区段内。同时，在该中央区段内，该顶部来源的组分将形成一个跨越该网片的厚度的组成梯度，其中更多顶部供料的纤维存在于该网片的顶部表面上，并且这些纤维的浓度逐渐减小，这样更少的这些纤维存在于该网片的相反的底部表面上。

蓝色示踪纤维仅在顶部来源中使用以形成使用混合隔离体2100的一个非纺织网片。在生成的非纺织网片的中央，在一个区段中这些蓝色纤维是可见的。同样，在该网片的顶部和底部侧面二者上均可见这些蓝色纤维，但是在顶部侧面上比在底部侧面上更集中。

混合隔离体2100可以按多种不同的方式形成，例如通过加工一个单一的金属件或者由一个单一的塑料件来形成。在图9-23的实施方案中，该混合隔离体是使用若干不同的工件形成的。如在图10中最佳可见的，两个侧面矩形工件2104和2106被定位为使得在该混合隔离体的中央在它们之间存在一个开放的矩形区段。因为侧面矩形工件2104、2106是没有任何开口的实心体，因此混合隔离体2100的侧面是没有任何开口的实心体。第一侧面矩形工件2104从一个第一机器方向边缘2108延伸至同样在机器方向上的内缘2109。第一侧面矩形工件2104也从下游网片横向末端边缘2112延伸至上游网片横向末端边缘2114。第二侧面矩形工件2106在形状上类似并且延伸至内缘2111。更小的矩形工件2116以多个间隔被定位在侧面工件2104、2106之上以限定开口2102。

混合隔离体2100还具有在图11中最佳可见的一个竖直突出部2118。一个竖直突出部2118从两个侧面工件2104、2106的内缘2109、2111向下延伸。由于该混合隔离体的竖直突出部，来自顶部来源的供料以一条更直的路径被引导至该接收区域，并且该顶部供料的着陆点比起没有竖直部分2118时更加可预测。在一个实施方案中，一个混合隔离体类似于该混合隔离体2100但是不具有竖直隔离体。对于在此描述的其他混合隔离体构型，还有可能具有向下朝向该接收区域延伸的一个竖直部分。该竖直部分还能够以与一个竖直平面成一个角度而延伸。

在图9的混合隔离体2100中，开放区域2102是限定在该混合隔离体的宽度的中央处的矩形开放区域。在其他类似图9的实施方案中，形成了在x方向上更渐进的梯度，其中在x方向上，该开放区域的部分更渐进地变化。例如，单个或一系列菱形开口朝向机器方向边缘2108、2110递减。混合隔离体构型的很多其他实例在所生成的介质中形成一种更渐进的x梯度。

图12是一个扇形混合隔离体2400的俯视图，该隔离体完成了在介质中在X方向上的梯度，并且还完成了在非纺织网片的厚度上的梯度。混合隔离体2400限定了存在于该混合隔离体的一个侧面上的多个开口2402。混合隔离体2400包括阻断接收区域的另一半的一个侧面矩形工件2406，并且不允许该顶部供料沉积在接收区域的这一部分上。混合隔离体2400还包括在网片横向方向上延伸的若干更小的矩形工件2404。这些工件2404被定位在一个扇形布局中，从而使得被限定的开口2402是楔形的。其结果是，比起朝向该中央，更多来自顶部来源的供料靠近该非纺织网片的外缘而沉积。

h.关于湿法成网工艺和设备的更多细节

在一个湿法成网工艺实施方案中，该梯度介质是从一种水性供料制得的，该水性供料包括纤维材料与如在一种水性介质中所需的其他组分的一个分散体。该分散体的水性液体一般是水，但是可以包括多种不同的其他材料(例如pH调节材料、表面活性剂、消泡剂、阻燃剂、粘度改性剂、介质处理剂、着色剂以及类似物质)。该水性液体通常是通过将该分散体引导至一个筛屏或其他阻留所分散的固体并且使液体通过的多孔载体上而从该分散体中排出的，以产生一种湿介质组合物。一旦在该载体上形成该湿的组合物，通常将其通过真空或其他压力进一步脱水，并且通过蒸发剩余液体来进一步干燥。用于除去液体的选择项包括重力排水器具、一个或多个真空器具、一个或多个案辊、真空箔片、真空辊、或其组合。该装置可以包括在该接收区域附近并且在其下游的一个干燥区段。该干燥区段的选择项包括干燥容器区段、一个或多个IR加热器、一个或多个UV加热器、穿透干燥器、传递网(transfer wire)、输送器、或其组合。

在液体被除去后，适当时热结合可以通过熔化一部分热塑性纤维、树脂或所形成材料的其他部分而发生。在多个不同的实施方案中，其他后处理程序也是可能的，包括树脂固化步骤。压制、热处理和添加剂处理是可以在从该丝收集之前发生的后处理的实例。在从该网收集之后，在最终处理工艺中可以进行进一步处理，例如该纤维垫的干燥和压延。

可以被改良以包括在此描述的混合隔离体的一台特定的机器是Deltaformer^TM机器(从Glens Falls Interweb，Inc.of South Glens Falls，NY可得)，它是一种被设计为形成非常稀的纤维浆而进入纤维介质的机器。这样一台机器在例如使用用于湿法成网工艺的具有较长纤维长度的无机或有机纤维时是有用的，因为必须使用大量的水来分散这些纤维并且保持它们在供料中不会彼此缠绕。在湿法成网工艺中的长纤维典型地指具有大于4mm的长度的纤维，范围可以是从5至10mm以及更大。尼龙纤维、聚酯纤维(例如Dacron

)、再生纤维素(人造纤维)纤维、丙烯酸纤维(例如Orlon

)、棉纤维、聚烯烃纤维(即聚丙烯、聚乙烯、它们的共聚物以及类似物)、玻璃纤维、以及麻蕉(马尼拉麻)纤维是使用这种改良型斜网造纸机有利地形成纤维介质的纤维的实例。

Deltaformer^TM机器不同于传统长网成型机，其中该网部以一个倾斜度设定，迫使浆料在它们离开该流浆箱时对抗重力向上流动。该斜倾斜度稳定了该稀溶液的流动模式并且帮助控制稀溶液的排放。具有多个区室的一个真空形成箱有助于控制排放。这些修改提供了一种与传统长网造纸机设计相比时跨越该网片使稀浆料形成具有改进的均匀特性的纤维介质。在图1中，在括号154以下的部件是那些属于Deltaformer^TM机器的一部分的部件。

在一些用于制造如在此所述的梯度网片的装置的实施方案中，存在四个主要区段：湿区段(在图1和2中说明)、压力区段、干燥器区段和压延区段。

在湿区段的一个实施方案中，在一个单独的供料制造过程之后，纤维与流体的混合物被作为一种供料而提供。在介质形成过程中，在传送至下一步骤之前，可以使该供料与添加剂混合。在另一个实施方案中，可以通过将干的纤维和流体输送通过一个精磨机(它可以是该湿区段的一部分)而使用干纤维来制造该供料。在该精磨机中，使纤维经受在旋转的磨盘上的多个棒之间的高压脉冲。这将干燥后的纤维打碎并且进一步将它们分散进提供至该精磨机的流体(例如水)中。在这一阶段还可以进行洗涤和除气。

在供料制造完成后，该供料可以进入为该流束的来源的结构(例如流浆箱)中。该来源结构跨越一个宽度来分散该供料，用来自一个开口的射流将它加载到一个移动丝网输送器上。在在此描述的一些实施方案中，在本装置中包括了两个来源或两个流浆箱。不同的流浆箱构型对于提供梯度介质是有用的。在一个构型中，顶部和底部流浆箱恰在彼此的顶部上彼此堆叠。在其他构型中，顶部和底部流浆箱多少有些交错。该顶部流浆箱可以沿机器方向进一步向下，而该底部流浆箱处在上游。

在一个实施方案中，该射流是驱动、移动或推进一个供料(例如水或空气)的一种流体。在该射流中的流束可以产生某种纤维排列，这可以通过调整该射流和丝网输送器之间的速度差来部分地进行控制。该网围绕一个前驱动辊或一个机架辊而旋转，从该流浆箱下方、越过供料施用处的流浆箱而到达通常所称的成形板上。

该成形板与本发明的混合隔离体联合工作。将供料均平并且调整纤维的排列以为脱水做准备。进一步沿该工艺生产线下行，排水箱(也被称为排水区段)使用或不使用真空从该介质中将液体除去。在该丝网输送器的接近末端，另一个辊(通常称之为伏辊)使用比之前存在于该生产线中更高的真空力的真空来除去残余液体。

VII.梯度介质的过滤器应用的实例

虽然在此描述的介质可以被制成跨过一个区域在特性上具有一个梯度，没有界面或胶粘剂线，但这种介质一旦完全制成则可以与其他常规的过滤器结构一起组装以制造一个过滤器复合层或过滤器单元。该介质可以与一个基础层一起组装，该基础层可以是一种隔膜、纤维素介质、玻璃介质、合成介质、粗布或多孔金属网载体。具有梯度的介质可以与许多其他类型的介质(例如常规的介质)结合使用以改进过滤器的性能或寿命。

可以使用一种穿孔结构而在穿过该介质的压力下的流体的影响下支持该介质。本发明的过滤器结构还可以与另外的穿孔结构、粗布(例如一种高渗透性、机械稳定的粗布)的层以及另外的过滤层(例如单独的负载层)相结合。在一个实施方案中，这样一种多区域介质的组合被容纳于在非水性液体的过滤中常用的一个过滤芯(filter cartridge)中。

VIII.介质中梯度程度的评估

在一种用于评估通过在此描述的方法所生产的介质中的梯度程度的方法中，将该介质劈裂成多个不同的部分，并且使用扫描电子显微图像(SEM)将这些部分进行比较。基本的构思是取一个具有梯度结构的单层薄片，并且将其厚度分割成成多个薄片，这些薄片将具有反映出之前的梯度结构如何的不同的特性。可以对所产生的介质检查在梯度介质内的界面或边界的存在或不存在。所要研究的另一个特征是介质特征变化的平滑程度，例如粗的孔隙率至细的孔隙率。尽管未要求，还有可能将有色的示踪纤维加入到这些供料来源之一中并且然后可以在产生的介质中研究那些有色纤维的分布。例如，有色纤维可以加入到从一个顶部流浆箱分散的供料中。

在已经生产出梯度介质之后，并且在将介质于烘箱中固化之前，移出一个样品用于分割。可以使用冷冻切片机分析来分析梯度介质的结构。使用一种填充材料例如乙二醇以在该介质冷冻之前使其饱和。从一个纤维毡上切下多个薄的冷冻部分并且用显微镜对梯度结构例如纤维尺寸或孔隙率进行分析。然后对每个部分拍摄SEM这样可以将每个部分的特性进行比较。切割物的这种SEM在图27-28中可见，将在此处对它们进行进一步说明。

对于有待分割的介质还有可能使用从Liberty Engineering Company，Roscoe，IL可得的Beloit薄片劈裂机(Beloit Sheet Splitter)。Beloit薄片劈裂机是一种专门设计为用于分析例如纸张以及板中的组成以及结构的横向分布的精密仪器。将一个湿样品引入不锈钢劈裂辊的辊隙中。将这些辊冷却到低于32℉(0℃)的一个点。将样品在该辊隙的输出侧上从内部劈裂。劈裂的内部平面出现在一个区中，该区并未被由这些劈裂辊产生的冰的前锋冻结。将劈裂的部分从这些辊中移出。然后将这两半各自再次劈裂，形成最终一组的四个介质部分。为了使用Beloit薄片劈裂机，需要将样品润湿。

劈裂的部分可以使用一个效率测试仪或色差计进行分析。同样，可以对每个部分产生一个SEM，这样可以观察到不同部分的纤维组成以及介质特征的差异。色差计仅可以在如果在生产中使用有色的示踪纤维时使用。

由于有色的纤维仅被加入一个来源中，所以该薄片中的梯度水平通过在该部分中存在的有色纤维的量而示出。这些部分可以使用一个色差计进行测试以将纤维的混合量进行量化。还有可能使用效率测试仪例如分级效率试验仪来分析这些介质的部分。

可以用来分析介质中的梯度的另一项技术是傅里叶红外傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析。如果仅在一个顶部流浆箱中使用一种纤维，则这种纤维的独特的FTIR光谱可以用来表明该介质在其两侧在这种特定纤维的浓度上具有差异。如果仅在一个顶部以及一个底部流浆箱中使用两种相似或不同的纤维，则这些纤维的独特FTIR光谱可以用来表明该介质在其相反侧上在纤维组成或浓度上具有差异。

可以使用的又一项技术是能量色散X射线光谱仪(EDS)，该技术是用于一种样品的元素分析或化学表征的分析技术。作为一种光谱学类型，它依赖于通过电磁辐射与物质之间的相互作用对样品进行的研究，分析物质响应于用带电荷的粒子攻击所发射出的x射线。其表征能力很大程度上是由于以下基本原则：每种元素具有独特的原子结构，这种结构允许一种元素的原子结构的特征性x射线独特地从彼此中鉴别出。示踪元素被埋入这些纤维结构中并且可以在EDS表征中进行定量。在这种应用中，介质中的梯度可以在其中在跨过一个区的纤维组成上存在差异之处示出，并且组成上的差异使用EDS是很明显的。

对于那些实例的有关试验方法、具体实例以及分析结果的进一步的细节将在此进行讨论。

IX.实例

将多种供料进行配制以生产具有至少一种梯度特性的非纺织网片。表1示出了关于供料配制品的组成的信息。在表1所列出的供料实例中使用了以下不同的纤维，其中在圆括号内给出了每种纤维的缩写：

1.一种称为271P的聚酯双组分纤维，具有的纤维长度是6mm以及2.2丹尼尔，从E.I.DuPontNemours，Wilmington DE可得(271P)。271P的平均纤维直径是约13微米。

2.来自Lauscha Fiber Intl.，Summerville，SC的玻璃纤维，具有可变的长度以及5微米的纤维直径(B50R)，具有1微米的纤维直径(B10F)，具有0.8微米的纤维直径(B08F)，以及具有0.6微米的纤维直径(B06F)。

3.蓝色聚酯纤维，具有的长度是6mm以及1.5丹尼尔，从Minifibers，Inc.，Johnson City，TE可得(蓝色PET)。

4.聚酯纤维(P145)，从Barnet USA of Arcadia，South Carolina可得。

5.由聚酯/共聚酯混合物制成的双组分短切纤维，由49.5％的聚对苯二甲酸乙二酯、47％的共聚酯以及2.5％的聚乙烯共聚物(BI-CO)构成。此种纤维的一个例子是从Teijin Fibers Limited of Osaka，Japan可得的TJ04BN SD 2.2X5。

在这些实例中，加入硫酸以将pH调节到约3.0从而将这些纤维分散在该水性悬浮液中。在这些实例中在制造梯度介质所使用的供料的水性悬浮液中的纤维含量是约0.03％(wt.％)。含有分散的纤维的供料存储在对应的用于随后使用的纸机贮浆池(储罐)中。在介质制造的过程中，将这些供料流在适当的稀释之后进料到它们对应的流浆箱中。

表1

a.实例的机器设置

在梯度介质的形成过程中调整的其他机器的变量包括纸浆浓度、初始混合隔离体的倾斜角、机器的倾斜角、延长的混合隔离体的倾斜角、基础重量、机器速度、后跟部高度(heel height)、供料流速、流浆箱流速、流浆箱浓度、以及排水箱收集。表2提供了从该混合隔离体装置制造梯度介质所使用的设置的指导。产生的梯度介质可以例如使用压延、热量或其他方法以及本领域熟悉的设备进行后处理以提供一种最终处理的梯度纤维毡。

表2

表2提供了对于根据在此描述的方法的非纺织介质的实例1至4的生产中所使用的机器设置。在实例1至4中各自的两种供料的介质的pH均被调节为3.25。顶部流浆箱原料流速与底部流浆箱原料流速指示了原料供料在其分别进入顶部以及底部流浆箱时以升/分钟计的流速。顶部流浆箱流速与底部流浆箱流速指示了稀释水在其分别进入顶部以及底部流浆箱时以升/分钟计的流速。

提供了与施用真空以从接收区域移出流体有关的几个设置。如以上参照图1所讨论的，接收区域114可以包括排水箱130以接收来自校正铜网118的水。这些排水箱(也被称为吸水箱)可以被配置为施用真空。在用来产生这些实例的装置中，存在十个排水箱130，各自能够在校正铜网的下面接收从水平距离的约25.4cm(10英寸)的排水。表2提供了对于这十个排水箱中各自以水的英寸数计的真空设置，连同当生成实例1至4时在前六个排水箱中各自所允许的以升/分钟计的排水流速。表2还指定了对于排水阀的百分比的设置，该排水阀对于前六个排水箱中的每一个都是开放的。

真空以及排水设置可以对该非纺织介质中形成的梯度具有显著影响。更慢的排水和更低的真空或无真空将引起供料之间更多的混合。更快的排水和更高的真空设置将减小两种供料之间的混合。

表2还指定了倾斜校正铜网118以度数计的角度，连同机械速度，该速度是以英尺/分钟计的倾斜校正铜网的速度。

b.实例中所使用的混合隔离体

在制造实例1-4中使用的斜网造纸机具有一个带有如图13-15所示的槽缝设计的混合隔离体。混合隔离体的维度在表3、4和5中示出。在每个实例中运行机器的设置在表2中示出，如以上讨论的。

图13展示了混合隔离体的九个不同的构型，这些构型被用来从如以上实例1至2中描述的供料组合物来生产介质。这些混合隔离体是使用定位为限定多个尺寸相等的板条的多个矩形工件形成的。图13的九个混合隔离体构型1600的维度在下表3中示出。箭头1601指示了机器方向。现在参见图13，每个混合隔离体1600具有一个上游端1602以及一个下游端1604，它们标记在图13的代表实例中。图13中的每个混合隔离体1600包括多个槽缝1606，这些槽缝被限定在矩形工件1607之间。表3指出了以英寸和厘米计的每个槽缝1606或开口的宽度以及槽缝1606的总数目。在下游端1602处，一些混合隔离体具有一个槽缝偏置部分1608，该部分是一个在该上游端和该第一槽缝1606之间的没有任何开口的混合隔离体的部分。表3还列出了每个混合隔离体的死区百分比，其中死区1610是该混合隔离体的一个部分，该部分是实心的而没有任何与下游端1604相邻的开口。表3还列出了矩形工件1607的宽度。

表3

在图13中示出的一些混合隔离体的实施方案中，该混合隔离体具有一个槽缝偏置区但是没有死区，如在构型4和7中。在一些构型中，该混合隔离体没有槽缝偏置区，但是具有一个死区，如构型2和5。在一些构型中，该混合隔离体既没有死区也没有槽缝偏置区，如构型1和6，并且在一些构型中，尺寸均匀的矩形工件1607的布置组成了该混合隔离体。在一些构型中，该混合隔离体具有一个死区以及一个槽缝偏置区，如构型3、8和9。

图14展示了用于从以上描述的实例3的供料混合物生产介质的混合隔离体的十三种不同构型，其中该介质在顶部供料来源中包括聚酯双组分纤维以及具有5微米直径的玻璃纤维。底部供料来源主要是双组分纤维以及0.8微米的玻璃纤维。

图14中示出的每个混合隔离体是使用被定位为限定多个尺寸相等的板条的矩形工件形成的。混合隔离体1600的特征使用与图13中相同的参考号标记。

表4示出了图14中十三种混合隔离体构型的维度，包括槽缝偏置1608，从上游端1602至该混合隔离体的最末槽缝的端部的距离、平均槽缝宽度和平均工件宽度。

表4

图15展示了用于从以上实例4所描述的供料混合物生产介质的混合隔离体的六种不同的构型，其中蓝色PET纤维包括在该顶部供料来源中。

图15中示出的每个混合隔离体是111.76cm.(44英寸)长的并且使用定位为限定多个板条的矩形工件1607形成的，但是这些板条在机器方向1601上在尺寸上增加了。混合隔离体1600的特征使用与图13中相同的参考号标记。

图5示出了图15中的六种混合隔离体构型的维度，包括槽缝偏置1608、混合隔离体的长度以及槽缝宽度和工件宽度。

表5

效率试验

在液体过滤中，β试验(β试验)是一种用于评估过滤器质量以及过滤器性能的常用工业标准。β试验评估是得自一种标准方法Multipass Method forEvaluating Filtration Performance of a Fine Filter Element(ISO 16899：1999)。这种β试验提供了下游流体清洁度与上游流体清洁度相比的β比率。为了测试该过滤器，颗粒计数精确地测量了对于一种已知体积的流体上游颗粒的尺寸和数量以及对于一种已知体积的流体的过滤器下游的颗粒的尺寸和数量。以一个限定的粒度在上游计数的颗粒除以在下游计数的颗粒的比值是β比率。过滤器的效率可以直接从β比率计算，因为当前捕获效率是(β-1)/βx 100。使用这个公式可以看出，二者的β比率表示一个50％的效率％。

对应于具体β比率的效率等级的例子如下：

表6

β比率	效率等级
		2	50％
10	90％
		75	98.7％
200	99.5％
		1000	99.9％

当使用β比率对过滤器进行比较时，必须小心地进行。β比率并不考虑实际的操作条件，例如流速、温度或压力的变化。此外，β比率不会给出对于过滤器微粒的负载能力的指示。β比率也不考虑随时间的稳定性或性能。

β效率试验是使用根据以上描述的实例1-4的制成的介质进行的。将具有已知粒度分布的试验颗粒引入该过滤器介质实例的上游的流体流中。这种含试验颗粒的流体多次循环通过该过滤器介质直至过滤器介质上的压力达到320kPa。贯穿该试验进行下游流体以及上游流体的颗粒测量。对过滤器介质称重以确定在过滤器元件上以克/平方米计的负载量。通过检查下游流体内的颗粒，确定了过滤器介质以微米计的哪种颗粒大小可以实现200的β比率或99.5％的效率等级。所确定的粒度被称为以微米计的β₂₀₀。

描述β₂₀₀粒度的另一种方式为它是当介质面对200个这一尺寸或更大的颗粒的挑战时仅一个颗粒可以使其通过该介质之时的颗粒大小。然而，在本披露中，该术语具有特定的含义。如在此使用的，该术语是指一个测试，其中一种过滤器在受控的试验条件受到一种已知浓度的宽范围的试验粒度的挑战。对下游流体的试验颗粒的含量进行测量并且对于每个粒度计算β。在本试验中，β₂₀₀＝5μ是指实现200的比率的最小颗粒是5μ。

对于根据实例1-4生产的介质产生了β₂₀₀数据，在图16至19中示出。总体而言，控制本发明的介质特性的能力在这些图中示出。对于数据在单独的图中示出的所有介质样品都是使用相同的供料配方生产的并且具有基本上相同的基础重量、厚度以及纤维组成，但是是使用多种不同的混合隔离体构型所产生的。在效率和负载容量上观察到的性能差异主要是由于使用不同的混合隔离体构型来控制的梯度结构。对于这些试验，该介质的效率和容量两者可以对于一个给定的压降(最大值320kPa)进行控制。具有基本上相同的供料配方、基础重量、厚度以及纤维组成的非梯度介质样品将被预期不会在相同的试验条件下显示出任何效率或负载容量上的实质性差异。典型地，用一种单一供料配方生产的介质样品将具有相同的特性。然而，使用在此描述的梯度介质，产生了具有不同的性能特征但是均是来自相同的供料配方的介质样品。这些实例的性能差异是通过改变介质中纤维组成的梯度而实现的，该梯度本身是使用不同的混合隔离体构型实现的。

在图16中，β₂₀₀以一种受控的方式从5至15微米改变。样品的梯度结构的差异导致了从100至180g/m²变化的负载容量。图17中看出，对于60lb/3000ft²(97.74g/m²)梯度介质的β₂₀₀试验的结果示出了容量可以对于一个给定的效率进行控制。在本实例中，β₂₀₀被控制为约5微米(在处于或高于5微米的平均直径的每200个颗粒中仅1个通过该介质)。样品的梯度结构的差异导致了从110至150g/m²变化的负载容量。图18示出了对于5微米的颗粒具有β₂₀₀的介质的另外的数据，其中对于孔径的控制得到改进并且样品的负载容量从110至150g/m²变而化，由此展示了负载可以在保持效率的同时而变化。在图19中，制造了更粗糙的过滤器介质样品，其中β₂₀₀以一种受控制的方式从8至13变化，从而导致了负载容量从120至200g/m²变化。

实例1

对于实例1，在40lb./3000ft²(65.16g/m²)的基础重量下使用表1中描述的制造梯度介质的程序来生产梯度介质。实例1的梯度介质样品是使用相同的供料配方但是使用图13中九种不同的混合隔离体构型来生产的。没有混合隔离体的差异时，将预期到使用相同的配所生产的所有介质样品将具有相同或非常相似的性能。然而，图16中所见的β₂₀₀试验的结果示出了效率和容量两者均可以对于一个给定的压降进行控制。在图16中，β₂₀₀以一种受控的方式从5至15微米变化。样品的梯度结构上的差异导致了从100至180g/m²变化的负载容量。图16包括与十七种不同的梯度介质样品有关的十七个不同的数据点。实例1的十七种梯度介质样品中的某些对可归因于相同的混合隔离体构型。

实例2

对于实例2，使用与实例1相同的供料配方但是以60lb/3000ft²(97.74g/m²)的基础重量使用表1中描述的制造梯度介质的程序、并且使用图13中的九种不同的混合隔离体构型来生产梯度介质。图17中看出，对于60lb/3000ft²(97.74g/m²)梯度介质的β₂₀₀试验的结果示出了容量可以对于一个给定的效率进行控制。图17中的数据点所表示的每种样品都是使用相同的介质配方以及基础重量来生产的。因此，将预期的是这些介质样品将具有相同的性能。然而，由于混合隔离体结构的差异观察到了不同的性能以及因此所测试的介质的梯度结构差异。在这个实例中，β₂₀₀被控制为约5微米。样品的梯度结构的差异导致了从110至150g/m²变化的负载容量。再一次地，实例2的梯度介质样品的某些对可归因于相同的混合隔离体构型。

实例3

图18示出了对于5微米的颗粒具有β₂₀₀的介质的另外的数据，其中对于孔径的控制得到了改进并且样品的负载容量从110至150g/m²变化，由此展示了负载可以在保持效率的发生改变。对于实例3，在60lb/3000ft²(97.74g/m²)的基础重量下使用表1中描述的制造梯度介质的程序并且使用图14的混合隔离体构型来生产梯度介质。对于60lb/3000ft²(97.74g/m²)梯度介质的β₂₀₀试验的结果示出了容量可以对于一个给定的效率进行控制。

图18中的数据点所表示的每种样品是使用相同的介质配方以及基础重量来生产的。因此，将预期的是这些介质样品将具有相同的性能。然而，由于混合隔离体结构的差异观察到了不同的性能以及因此所测试的介质的梯度结构差异。

实例4

在图19中，制造了更粗糙的过滤器介质样品，其中β₂₀₀以一种受控制的方式从8至13变化，从而导致了负载容量从120至200g/m²变化。对于实例4，梯度介质也是使用在表1中描述的制造梯度介质的程序在50lb/3000ft²(81.45g/m²)下生产的。使用了一种混合隔离体设计，例如在图13中可见的那些之一。图19中看出，对于50lb/3000ft²(81.45g/m²)梯度介质的β₂₀₀试验的结果示出了容量可以对于一个给定的效率进行控制。在这个实例中，梯度的益处可以在对于10微米的颗粒具有β₂₀₀的介质样品中看出。这些试验结果示出了污染物的负载可以增加多达50％(从120g/m²增加到180g/m²)而保持相同的β₂₀₀效率。

图19中的数据点所表示的每种样品是使用相同的介质配方以及基础重量来生产的。因此，将预期的是这些介质样品将具有相同的性能。然而，由于混合隔离体结构的差异观察到了不同的性能以及因此所测试的介质的梯度结构差异。

实例5

图20-23的SEM图像(截面)是使用在表1中描述的对于实例5的供料产生的，但是使用不同的隔离体构型以在介质中实现不同的梯度程度。纤维类型的不同的等级或共混是通过不使用开口或使用不混合隔离体内同的槽缝安排和面积而生产的。每个SEM图像示出了从实例5生产的梯度介质的一个等级。沿着介质的长度或厚度的不同位置处纤维分布的差异在不同的等级中是明显可见的。

图20是使用没有任何开口或槽缝的一个隔离体产生的。两个层在图20中可见。一个层40可以被称为效率层并且第二层45可以被描述为容量层。一个界面或边界在图20中是可检出的。

图21是使用具有三个槽缝的混合隔离体生产的。图10中的介质具有一种共混的纤维组成，这样不存在不连续的界面或边界。

对于图22和23，使用了与图13中编号为6或7的混合隔离体相同的一个混合隔离体，具有四个或五个槽缝。再一次地，该介质具有一种共混的纤维组成，其中不存在可见的或可检出的界面。

对于实例5的X射线分散光谱数据

图24和25是实验及结果的插图，示出了来自顶部流浆箱的玻璃纤维形成了穿过该介质区域的一个梯度。图24示出了所生产的介质之一的一个截面的SEM，并且示出了遍及对于测量梯度所使用的介质厚度的区域1至10的选择。图25示出了梯度分析的结果。

使用了实例5的供料使用不同的混合隔离体构型以形成多个梯度介质。使用这种单一的供料配方结合图26中示出的不同混合隔离体制造了具有一种梯度的介质。为了评估这些梯度的性质以及介质与介质的梯度差异，测量了更大的玻璃纤维的钠含量。测量了该层的钠含量。在顶部供料中的B50大玻璃纤维包括约10％的钠，而在底部供料中的B08玻璃纤维具有小于0.6％的钠含量。其结果是，每个区域的钠浓度是大玻璃纤维浓度的粗略指示。钠浓度是通过X光能量散布仪(EDS)使用常规的机器和方法测量的。

图24是实例5的介质层2600的截面的SEM，是使用图26内示出的混合隔离体之一形成的并且被分割成10个区域。这些区域从该介质的网侧2602至该介质的毡侧2604成系列地行进。区域1在介质的网侧2602处，其中区域10在毡侧2604处。这些区域对于其位置进行选择并且选择为用于分析在该区域内玻璃纤维的浓度。

每个区域的厚度是约50-100微米。在区域10内，包括玻璃纤维的大纤维是可见的并且是占优势的，而在区域2内包含玻璃纤维的更小纤维是可见的并且是占优势的。在区域2内，某些大玻璃纤维是可见的。当从区域1到10朝向介质的毡侧移动时，看到了增加数目的更大的玻璃纤维。

图25示出了使用图26内示出的四种不同混合隔离体从相同的供料组合制得的四种不同介质的分析结果。每种介质具有不同的大玻璃纤维梯度，如数据所证实的。在所有的梯度材料中，大玻璃纤维浓度梯度从底部或网侧区域增加并且随着区域从区域1至10(即，从网侧至毡侧)行进而增加。注意，在介质A中，钠浓度直至区域2才增加，并且在介质D中，钠浓度直至区域3才增加。在介质B和C中，钠在区域1内增加。该数据还似乎示出了钠浓度似乎在实验误差内趋于平稳，这对于介质B是在区域4之后，并且对于介质C和D是在区域6之后。对于钠含量的试验误差是约0.2wt.％至0.5wt.％。对于介质A，该图似乎示出了在区域8之后钠浓度的继续增加亦或某种最小程度的平稳化。总之，这些数据似乎示出了混合隔离体的选择可以在该介质的网侧亦或毡侧控制梯度的形成以及非梯度恒定区域的形成两者。

图26示出了混合隔离体的构型A、B、C和D。在每个构型中，示出了一种矩形工件的规则阵列，限定了置于一个形成混合隔离体的框架内的一个液体混合连通的多个位置的阵列。在每个构型中，这些矩形工件以限定的间隔安置，从而留下了穿过该结构的多个流体连通的开口。

在图26的所有构型中，在该混合隔离体内限定了八个矩形开口并且混合隔离体内的一个初始矩形工件与一个终止矩形工件配对。该初始矩形工件具有约8.89cm.(3.5英寸)的宽度，而该终止矩形工件具有约11.43cm.(4.5英寸)的宽度。对于构型C和D，存在一个具有25.4cm.(10英寸)的槽缝偏置。对于构型A，中间矩形工件是约9.652cm.(3.8英寸)宽，并且限定了约1.3716cm.(0.54英寸)宽的多个槽缝。对于构型B，中间矩形工件是约7.7216cm.(3.04英寸)宽，并且限定了约3.4036cm.(1.34英寸)宽的多个槽缝。对于构型C，中间矩形工件是约6.5786cm.(2.59英寸)宽，并且限定了约1.3716cm.(0.54英寸)宽的多个槽缝。对于构型D，中间矩形工件是约4.5466cm.(1.79英寸)宽，并且限定了约3.4036cm.(1.34英寸)宽的多个槽缝。

实例6

使用下表7中示出的组分制得了一种水性供料组合物，这些组分包括：具有两种不同尺寸的玻璃纤维、一种双组分纤维以及从一个顶部流浆箱递送的蓝色纤维。从一个底部流浆箱递送一种纤维素供料混合物。由来自单独的流浆箱的两种供料的流的混合形成了一种梯度介质。

表7

表8示出了形成实例7的梯度介质所使用的机器参数。

表8

对于参数在以上列出的机器设置是与以上相对于表2限定并且讨论的相同的设置。这些栏的标题对应于使用实心隔离体亦或不同的混合隔离体或薄板的构型的不同试验。标题为1至6的栏对应于和五种不同的混合隔离体构型一起使用的机器设置。对于试验2-G、3-K和4-H，多个矩形工件被均匀地间隔开以限定在混合隔离体中尺寸相等的多个开口。标题为前行(Progressive)的试验是使用具有多个槽缝的混合隔离体进行，这些槽缝在下游方向上变得向前更大地移动。标题为后退(Regressive)的试验是使用具有多个槽缝的混合隔离体进行的，这些槽缝在下游方向上变得向前更小。

该梯度介质是使用之前描述的梯度分析以及β₂₀₀程序进行分析的。带槽缝的混合隔离体的梯度分析和β₂₀₀结果与梯度介质的特征一致。从该介质的顶部至介质的底部不存在可辨别的界面。从该介质的顶部至介质的底部存在平滑的孔隙率梯度。

实例7

使用之前实例的程序和装置制得了一种纤维介质，包括一种枫木纤维素以及一种桦木纤维素纤维，其中顶部流浆箱供料包含100％的干百分比的枫木浆并且底部流浆箱供料包含100％的干百分比的桦木浆。薄片的总重量是80lbs/3000ft²(130.32g/m²)，它在两种给定的浆之间被均匀地分开。

本实例中的梯度是在纤维组合物中。将该梯度介质使用之前描述的梯度分析以及β₂₀₀程序进行分析。梯度分析以及β₂₀₀结果与梯度介质的特征一致。从该介质的顶部至介质的底部不存在可辨别的界面。从该介质的顶部至介质的底部存在平滑的孔隙率梯度。

实例8

实例27和28是不同的介质结构的SEM，在将该介质在乙二醇中浸渍并且冷却之后，通过使用冷冻切片机跨越该介质的厚度将它们各自分割成十三个部分。图27和28中示出的介质都是使用仅一种介质配方制备的。有关介质配方以及隔离体构型的信息在表9-10中示出。

表9

请注意，在一种实心混合隔离体的情况下，在顶部和底部浆料之间没有发生混合，因为底部浆料首先被排出，这样使得在顶部浆料置于底部浆料的顶部之前，来自底部浆料的纤维基本得以保留。其结果是，所产生的这些薄片具有独特的两层结构并且没有梯度结构。然而，在顶部以及底部流浆箱中使用相同的供料配方，但使用具有开口的混合隔离体，在顶部和底部浆料之间发生了纤维的混合，从而产生一种梯度结构。在图27和28两者中的介质都是使用表10中提供的配方生产的。在图27-28中，最初始的SEM 1是指每个载片中介质的顶部而最后的SEM 13是指该介质沿着厚度的底部部分。请注意，这些薄片的总基础重量是50lbs/3000ft²(81.45g/m²)，其中25lbs/3000ft²(40.73g/m²)是归于供料1而剩余的(25lbs/3000ft²)(40.73g/m²)是归于供料2。

表10

图27和28示出了介质的十三个部分各自的SEM。不使用在此描述的梯度技术，典型的将是由相同的顶部和底部供料配方生产的两种介质将遍及其厚度具有类似的结构。然而，遍及该介质的结构上的差异是在图27和28之间可见的。对于图28，它是使用一个带槽缝的混合隔离体制成的，当从1开始观察框架时，初始的框架示出了大量较大直径的纤维而稍后的框架示出了更多的小纤维。具体而言，在图27(非梯度介质)和图28(梯度介质)之间的部分4、5和6的对比显示出这两种结构之间组分纤维的分布上的差异。在图27中，该介质的这些部分是高度富含一种特定纤维类型(大的亦或小的)的，其中在中间突然转变成较小纤维的类型。然而，在图28中，这种转变更为精细但是也存在更高量的不同纤维类型之间的混合。例如，通过比较图27和28中的对应的部分4、5和6，确实看到了在梯度结构(图28)中发生了更高量值的混合并且在实心隔离体生产的介质中发生了相对较小的混合或没有发生混合(图27)。

图27和28的介质还具有不同的表现。当如以上描述的使用5微米的β₂₀₀的效率性能进行试验时，图27的非梯度介质实现了160克/平方米的污染物负载量。相比之下，图28的梯度介质，尽管对于顶部以及底部供料使用了与图27相同的配方生产，但是当如以上描述的使用5微米的β₂₀₀的试验效率性能进行试验时实现了230克/平方米的污染物负载量。这种在相同效率下负载性能上的实质性改进可归因于通过带槽缝的混合隔离体所实现的遍及该介质的梯度。

实例9

使用表11中示出的供料以及表3中的混合隔离体构型制备了多种介质。这些介质被制备为具有不同的基础重量：40和60lb/3000ft²(65.16g/m²)以及(97.74g/m²)。

表11

对根据这些规格形成的所得介质测试β效率并且结果在表12中示出。

表12

这些数据显示出获得一系列效率结果的能力(对于5微米的颗粒β75至β200)，这种能力可以根据特定的最终用途以可接受的负载以及压降特征进行定制。

表13

本发明的实施方案与常规介质的对比

参考号1-15的表13中的材料是使用包含在表14中的供料配方、使用一种带槽缝的混合隔离体制成的，以形成遍及该介质的厚度的一个梯度。每个薄片的总基础重量是50lbs/3000ft²(81.45g/m²)，其中25lbs/3000ft²(40.73g/m²)是归于供料1而剩余的(25lbs/3000ft²)(40.73g/m²)是归于供料2。

然而，对比物A的材料是一种两层的介质，其中两个层是单独形成并且然后通过层压而连接。产生对比物A的材料的两个单独的层所使用的供料是与两个单独的流浆箱的供料配方非常类似的，除了不使用蓝色PET纤维之外。对比物B的材料是使用表14的供料但是使用在两个流束之间的一种实心混合隔离体制成的。梯度材料与两种常规材料(对比物A和B)的对比在表13和图29中示出。这些数据示出了本发明的不同实施方案能够以延长的寿命(在320kPa下更大的负载)同时保持优异的β₂₀₀而制得。

表14

实例11的FTIR数据

图30和31是双组分介质的傅里叶变换红外(FTIR)光谱。图30是使用一种设备形成的介质的光谱，该设备具有用来将一个单一的供料层置于一个校正铜网上的一个单一的流浆箱。用于形成图30的介质的供料包括双组分纤维、小于一微米的玻璃纤维、以及聚酯纤维。图31是使用与图1中所示的类似的设备并且使用带槽缝的混合隔离体形成的梯度介质的光谱。表14在此示出了用于形成图31中的介质的顶部以及底部流浆箱的供料含量。图30是一种非梯度双组分/玻璃过滤器介质的FTIR光谱。在这样一种介质中，在制造双组分介质中所使用的不同纤维的浓度自始至终基本保持恒定，其中由于形成该介质的影响而产生了很小的变化。在图30的光谱的准备中，介质薄片两侧的FTIR光谱均是使用常规的FTIR光谱设备拍摄的。该图示出了两个光谱。光谱A是该介质的一个第一侧，而光谱B是该介质的相反一侧。如通过对附图的简要检查所确定的，图A和图B的光谱是基本上重叠的并且具体而言是在从该介质的聚酯材料衍生的约1700cm^-1的波长处的特征羰基峰的区域内重叠的。聚酯羰基峰从光谱A至光谱B的相似性表明了该介质的两个表面上聚酯纤维的浓度是类似的并且不会偏差到远大于几个百分比。

图31示出了在本发明的梯度介质两侧的FTIR光谱。如在约1700cm^-1波长处的每个光谱的特征聚酯羰基峰中可见，光谱A的羰基峰实质上高于光谱B的聚酯羰基峰。这表明了在介质的一侧上的聚酯浓度(光谱A)实质上高于在该介质的相反侧上的聚酯浓度(光谱B)。这清楚地证实，与该介质的第二侧相比在该介质的第一侧上存在聚酯纤维的浓度上的实质性不同。这种测量技术被限制为测量在该介质的表面处或在该介质表面的约4-5微米内的聚酯纤维的浓度。

实例和数据以及机器信息的简要观察显示了这些供料是通过将来自顶部流浆箱和底部流浆箱的纤维分散体进行合并而制成的。这些纤维分散体从该顶部和底部流浆箱通过并且由于混合隔离体的作用而合并。

在示例性的供料中，这些双组分纤维包括支架纤维并且玻璃和聚酯纤维是间隔纤维。较小的玻璃纤维是效率纤维。如在示例性的供料中可见的，典型地，每种供料的双组分含量是相对恒定的，这样在穿过该混合隔离体之后合并的水性供料将获得基本上相同的并且相对恒定的双组分纤维浓度以在介质内形成结构完整性。在顶部流浆箱内存在相对大比例的较大的间隔纤维，典型地是聚酯纤维或玻璃纤维或两种纤维的混合物。还要注意，在底部流浆箱内存在小直径的效率纤维。当来自顶部流浆箱的供料通过该混合隔离体的作用与来自底部流浆箱的供料以最大程度进行共混时，来自顶部流浆箱的更大的间隔纤维的浓度形成了一个梯度浓度，这样，当该层在该网上以湿法成网工艺形成并且是将该层进一步处理之后该间隔纤维的浓度穿过所形成的层的厚度而变化。取决于供料的流速和压力、混合隔离体以及其构型，当两种供料在形成层之前进行共混时较小的效率纤维也可以形成一个梯度。

如对供料的观察中可见，以湿法成网工艺在网上形成之后，这种层组合物遍及该层在双组分纤维的浓度上是相对恒定的。如果该间隔纤维包括一种聚酯纤维或一种玻璃纤维或两者的组合，则这种间隔纤维将在该层的区域内或遍及该层形成一个梯度。在该层的区域内或在整个层内较小的效率纤维可以是在浓度上相对恒定的或者可以在浓度上从一个表面到另一个而变化。该层是由来自表12的供料制成的并且将以整个层的约50％包括相对恒定浓度的双组分纤维。这种间隔纤维、B50纤维将包括总纤维含量的总共约25％并且将形成一个梯度。较小的效率玻璃纤维将包括总纤维含量的25％并且可以是在浓度上恒定的或在该层内形成一个梯度，这取决于逆流和压力。在将这些层加热、固化、干燥并且储存之后，我们发现当使该层经受纤维的热结合时这种双组分纤维趋向于向该层提供机械完整性而间隔纤维和效率纤维是遍及该双组分的层分布的并且通过支架纤维而保持在原位。胶料渗透性的效率以及其他纤维特性基本上通过间隔纤维以及效率纤维的存在而获得。这些纤维共同协作提供了一个内部纤维网络，这一网络形成了有效的、有效率的、可渗透的纤维特性。在介质的不同实施方案中可以使用的每种类型的纤维的范围在表15中示出。

表15

介质组合物的选择项

X.梯度实例以及梯度数据

介质被制备为在X方向上具有一个特定的纤维浓度梯度并且还在Z方向上具有一个特定的纤维浓度梯度。这些X方向的梯度介质是使用在表16中示出的供料配方、并且使用图9-11的混合隔离体2100以及图12的混合隔离体2400制备的。

当使用混合隔离体2100与两个来源一起形成一个非纺织网片时，顶部来源的供料的纤维组分，例如蓝色PET以及0.6微米的B06纤维被预期主要在该非纺织网片内介质的中央区段内存在。而且，在该中央区段中，顶部来源的组分被预期形成一种遍及该网片的厚度的组成梯度，其中更多的顶部供料纤维在该网片的顶部表面上存在，并且那些纤维的浓度逐渐地降低从而使得在该网片的相反的底部表面上存在更少的那些纤维。

仅在顶部来源中使用蓝色示踪纤维以一种使用混合隔离体2100形成的非纺织网片。这种蓝色纤维在产生的非纺织网片的中央处的区段中是可见的。而且，蓝色纤维在该网片的顶部以及底部两侧都是可见的，但是在顶部侧比底部侧更集中。

当图12的混合隔离体2400与表16中的两种供料一起使用时，预期的是在工件2406之下的网片部分将不包括许多仅在顶部流浆箱内存在的纤维。还预期的是未被工件2406覆盖的网片的部分将在X方向上具有一个梯度，其中纤维的浓度从顶部流浆箱朝向外边缘增加，在该外边缘处开口更大。还预期的是未被工件2406覆盖的网片的部分将在Z方向上具有一个梯度，其中纤维的浓度从顶部流浆箱朝向该网片的表面增加。基于在产生的介质中可见到更高的蓝色纤维的浓度，观察到这两种预期均为真实的。

使用相同的顶部以及底部流浆箱的供料配方但是使用不同的混合隔离体构型生产不同的介质结构进一步证明了以下构思：该混合隔离体构型可以用来将介质结构工程化。

使用扫描电子显微镜(SEM)将一种非梯度介质的介质结构与一种梯度介质进行比较图32示出了非梯度介质3200与另一种梯度介质3202的SEM。介质3200是使用一种实心混合隔离体并且使用表16中示出的供料配方制成的，其中顶部供料包括双组分纤维、聚酯纤维、5微米的玻璃纤维以及0.6微米的玻璃纤维。底部供料仅包括来自桦木浆的纤维素纤维。如从介质3200的SEM观察到的，基本上不存在来自这些流浆箱的供料之间的混合，从而导致了具有不同的层的介质。在两个层之间可见一个界面。在介质3200中，纤维素纤维形成了底部纤维层3206，该层区别于具有玻璃、双组分以及聚酯纤维的顶部层3208的形成。顶部层3208在电子显微照片中在纤维素层3206之上示出。在纤维层3206内没有实质性的玻璃纤维浓度可见并且纤维素层3206基本上不含玻璃纤维。

介质3202是使用表16中示出的顶部以及底部供料配方、使用一种带槽缝的混合隔离体制成的梯度过滤器介质。具体而言，图9-11中示出的带槽缝的混合隔离体被用来生产梯度过滤器介质3202。因此这种梯度介质3202在X方向上具有一个梯度并且在Z方向上获得了一种梯度结构。显微照片3202中示出的部分代表了具有z维度梯度的介质的一个部分，该部分位于一个横向网片方向的中心处。SEM3202示出了遍及该介质的玻璃纤维的实质性的分布以及纤维素纤维与玻璃纤维相结合的某种分布。在介质3202的顶部区域3210中，比在底部区域3212中可见地存在更多的玻璃纤维。在鲜明的对比中，介质3200具有多个连接到非梯度的纤维层3206上的常规非梯度双组分玻璃介质层3208的不同的层。在SEM3200中，可见一个界面，在双组分玻璃介质区域和纤维层之间的一个清晰并且显著的改变。这样一种界面引起了对于在两个层之间的界面处流动的实质性的耐受性。此外，纤维素层的平均孔径小于常规的双组分玻璃基质的平均孔径。这进一步引入了一种界面组分并且实质性地增加了对穿过该双组分玻璃层进入该纤维素层中的流体流动的耐受性。

在鲜明的对比中，介质3202是一种梯度材料，这样材料的孔径从一个表面到另一个表面连续地变化从而使得该变化是渐进性的并且受控的。

表16

使用x梯度的混合隔离体，我们已经形成了具有x梯度的介质从而使得纤维的浓度跨越机器方向而变化并且导致在Frazier渗透性上的梯度。Frazier渗透性试验使用了一种专用的测试装置和方法。总体上，介质的渗透性在该介质的任一点上应该呈现至少1米/分钟(还称为m³-m^-2-min^-1)的渗透性，并且典型地并优选地是约2-900米/分钟。在Frazier渗透性上具有x梯度的介质中，当从一个边缘到另一个边缘测量渗透性时的该渗透性应该变化。在一个实施方案中，其中该介质是使用图12的混合隔离体制成的，渗透性从一个边缘到另一个增加或减小。在另一个实施方案中，该渗透性梯度可以呈现出一种变化，从而使得与边缘相比(边缘具有相同或相似的渗透性)介质的中央具有增加或减小的渗透性。在使用图9的x梯度混合隔离体制成的一种介质中，已测得边缘渗透性是在从13.1到17.1fpm(42.97-56.1米/分钟)的范围内，其中中央渗透性是29.4fpm(96.46米/分钟)在使用图12的x梯度混合隔离体制成的另一种介质中，靠近被工件2406覆盖的边缘的渗透性是10.2fpm(33.46米/分钟)，而靠近没有被工件2406覆盖的边缘的渗透性是12.4fpm(40.69米/分钟)

以上的说明书、实例以及数据提供了对于本发明的组合物的制造和使用的完整说明。因为可以做出本发明的多个实施方案而不背离本发明的范围，本发明在于以下所附的权利要求中。

Claims (124)

1.一种非纺织的网片，该网片包括具有一个第一表面和一个第二表面的一种平面的纤维结构，该纤维结构包括一个具有基本上均匀的纤维分布的第一非纺织区域以及一个第二非纺织区域，该第二非纺织区域包括具有至少1微米直径的一种第一纤维以及具有最多6微米直径的一种第二纤维，其中该第二纤维在该第二非纺织区域中在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度跨越该第二区域在从该第一表面到该第二表面的方向上增大，其中该第一纤维具有第一组纤维特征并且该第二纤维具有不同的第二组纤维特征。

2.如权利要求1所述的网片，其中该第二纤维包括具有不同直径的纤维的一种共混物。

3.如权利要求1所述的网片，其中该网片中的纤维浓度的任何变化都是一种线性变化。

4.如权利要求1所述的网片，其中存在两个或更多个该第一非纺织区域。

5.如权利要求1所述的网片，其中存在两个或更多个该第二非纺织区域。

6.如权利要求1所述的网片，其中该网片包括一种过滤介质，该介质是一种湿法成网的介质第一纤维，被适配为用于过滤空气、一种水性流体或一种润滑剂或液压油。

7.如权利要求73所述的过滤介质，其中该过滤介质当加载至等于或大于320kPa的压降时对于5微米或更大的试验颗粒具有一个大于200的β，如根据ISO16889测得的。

8.如权利要求2所述的过滤介质，其中该第二非纺织区域部分包括大于该介质厚度的10％的一个厚度。

9.如权利要求6所述的介质，其中该第一表面与该第二表面的对比显示出了在纤维浓度或纤维组成上的不同。

10.如权利要求6所述的网片，其中该第一非纺织区域是一个上游区域。

11.如权利要求6所述的网片，其中该第二非纺织区域是一个上游区域。

12.如权利要求6所述的网片，其中该网片是一种深度介质并且该第二纤维从该上游表面向该下游表面增加。

13.如权利要求1所述的网片，其中该网片包括一个加载区和一个效率区。

14.如权利要求1所述的网片，其中该第二纤维的浓度从该上游表面向该下游表面以一种非线性方式增加。

15.一种用于制造非纺织网片的装置，该装置包括：

a)一个第一来源，被配置为分散一种包括纤维的第一流体流束；

b)一个第二来源，被配置为分散一种同样包括纤维的第二流体流束；

c)在该第一和第二来源的下游的一个混合隔离体，该混合隔离体被定位在该第一与第二流束之间，该混合隔离体限定了在该混合隔离体中的两个或更多个开口，这些开口允许了该第一与第二流束之间的连通和混合；以及

d)一个接收区域，该接收区域位于该第一和第二来源的下游并且被设计为接收至少一个合并的流束并且通过收集该合并的流束而形成一个非纺织网片。

16.如权利要求15所述的装置，其中该两个或更多个开口包括在该混合隔离体的网片横向方向上延伸的一个或多个矩形开口。

17.如权利要求16所述的装置，其中该两个或更多个槽缝各自包括不同的宽度、不同的长度、相对于该流束的不同取向、距该混合隔离体的一端的不同间隔、或这些方面的一个或多个的一种组合。

18.如权利要求15所述的装置，其中这些开口包括从该混合隔离体的一个第一网片横向边缘向该混合隔离体的一个第二网片横向边缘延伸的两个或更多个槽缝。

19.一种使用一种装置来制造非纺织网片的方法，该方法包括：

i)从一个第一来源分散一种第一流体流束，其中该流体流束包括纤维，该装置包括在该第一来源的下游的一个混合隔离体，该混合隔离体被定位在来自该第一来源的两个流动通道之间，这些流动通道被该混合隔离体分开，该混合隔离体限定了在该混合隔离体中的一个或多个开口，这些开口允许了从至少一个流动通道到另一个的流体连通；

ii)在位于该来源附近并且在其下游的一个接收区域上收集纤维，该接收区域被设计为接收从该来源所分散的流束并且通过收集该纤维而形成一个湿层；

iii)干燥该湿层以形成该非纺织的网片。

20.如权利要求19所述的方法，进一步包括从该湿层中去除流体。

21.如权利要求19所述的方法，进一步包括对该湿层施加热量。

22.如权利要求19所述的方法，其中这些流束中的至少一个包括一种或多种纤维的一种水基浆料，该浆料具有的纤维浓度是每升水基浆料小于约20克纤维。

23.如权利要求19所述的方法，其中该混合隔离体允许这两个流动通道之间的双向流体连通。

24.如权利要求19所述的方法，进一步包括：

从一个第二来源分散一种第二流体流束，其中该流体流束包括纤维，其中该第一流束的多个部分流经该混合隔离体而在该接收区域上到达该第二流束。

25.如权利要求24所述的方法，其中该第一流体流束包括至少一种第一纤维并且该第二流体流束包括至少一种第二纤维，该第二纤维具有与该第一纤维不同的纤维特征。

26.如权利要求25所述的方法，其中该第一纤维是一种玻璃纤维并且其中该第二纤维是包括核和壳的一种双组分纤维。

27.如权利要求19所述的方法，其中该混合隔离体具有一个中央轴，该中央轴在机器方向上将该混合隔离体分成两半，其中一半与另一半是不相同的。

28.如权利要求27所述的方法，其中一半不具有开口而另一半限定了该多个开口。

29.如权利要求19所述的方法，其中这些开口包括从该混合隔离体的一个第一网片横向边缘向该混合隔离体的一个第二网片横向边缘延伸的两个或更多个槽缝。

30.如权利要求19所述的方法，其中该一个或多个开口包括在该混合隔离体的网片横向方向上延伸的一个或多个矩形开口。

31.一种过滤介质，该过滤介质具有限定了一个厚度的一个第一表面和一个第二表面，该介质包括一个包含梯度的区域，该区域包括具有至少1微米直径的一种第一纤维以及具有最多6微米直径的一种第二纤维，其中该第一纤维在直径上大于该第二纤维并且该第二纤维在该区域内在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。

32.一种过滤介质，该过滤介质具有限定了一个厚度的一个第一表面和一个第二表面，该介质包括一个包含梯度的区域，该区域包括具有一种第一纤维组成的一种第一纤维以及具有一种不同于该第一纤维组成的第二纤维组成的一种第二纤维，其中该第二纤维在该区域内在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。

33.如权利要求31或32所述的介质，其中该第一纤维具有至少1微米的直径并且一种第二纤维具有最多5微米的直径。

34.如权利要求31或32所述的过滤介质，其中该区域跨过了该介质厚度的一部分。

35.如权利要求31或32所述的过滤介质，其中该区域的这个部分包括大于该介质厚度的10％的一个厚度。

36.如权利要求31或32所述的过滤介质，其中该介质是一种湿法成网的介质第一纤维，并且该第一纤维包括量值为该过滤介质的至少30wt％且最多80wt％的一种双组分纤维。

37.如权利要求31或32所述的过滤介质，其中该第二纤维包括量值为该过滤介质的至少30wt％且最多70wt％的玻璃纤维或一种聚酯纤维。

38.如权利要求31或32所述的过滤介质，其中该介质厚度包括该厚度的一个第二区域，该第二区域包括一个恒定浓度的该第一纤维和第二纤维。

39.如权利要求31或32所述的过滤介质，该过滤介质被适配为用于过滤空气、一种水性流体、或一种润滑剂或液压油，其中存在至少约30wt％且最多约70wt％的包含一种双组分纤维的一种第一纤维、以及至少约30wt％且最多约70wt％的一种玻璃或聚酯纤维，其中该玻璃或聚酯纤维的浓度是以一个连续的梯度形成的，该浓度从该第一表面向该第二表面增加。

40.如权利要求31或32所述的介质，其中该第一纤维包括一种含有核和壳的双组分纤维，该核和壳各自独立地包括聚酯或一种聚烯烃。

41.如权利要求34所述的介质，其中该第一表面和第二表面限定了该介质的范围从0.5至20mm的厚度并且该区域的这个部分是大于0.1mm。

42.如权利要求31或32所述的介质，其中该介质是一种深度介质并且该第二纤维从一个第一上游表面向一个第二下游表面增加。

43.如权利要求31或32所述的介质，其中该介质包括一个加载区和一个效率区。

44.如权利要求31或32所述的介质，其中该介质与一个基础层相结合，该基础层包括一种薄膜、一种纤维素介质、一种合成的介质、一种粗布或一种多孔金属网载体。

45.如权利要求31或32所述的介质，其中该介质中的任何梯度都是非线性的。

46.如权利要求31或32所述的介质，其中该第二纤维的浓度从该上游表面向该下游表面以一种非线性方式增加。

47.如权利要求31或32所述的介质，其中该介质在选自下组的至少一个方面具有一个梯度，该组由以下各项组成：渗透性、孔径、纤维直径、纤维长度、效率以及固体性。

48.如权利要求31或32所述的介质，其中该介质在选自下组的至少一个方面具有一个梯度，该组由以下各项组成：可润湿性、耐化学性、以及耐热性。

49.如权利要求31或32所述的过滤介质，其中该介质另外包括一个均匀的结合的纤维区域。

50.如权利要求49所述的介质，其中该结合的区域中的第一纤维在浓度上是均匀的。

51.如权利要求31或32所述的介质，其中该介质包括一种或多种另外的纤维。

52.如权利要求31或32所述的过滤介质，其中该第一纤维包括一种纤维素纤维并且该第二纤维包括一种玻璃纤维。

53.如权利要求31或32所述的介质，其中该第一表面与该第二表面的对比显示出在纤维浓度或纤维组成上的不同。

54.一种具有一个第一表面和一个第二表面的过滤介质，该介质包括一种支架纤维、具有至少1微米直径的一种第一纤维以及具有最多6微米直径的一种第二纤维，该介质具有一个区域，该区域的特征为在该第一纤维或该第二纤维的浓度上的一个梯度；并且该介质不含层压层并且不含层压胶粘剂，其中该第一纤维具有第一组纤维特征并且该第二纤维具有不同的第二组纤维特征。

55.如权利要求54所述的过滤介质，其中该介质是一种湿法成网的介质并且该支架纤维包括一种双组分纤维并且该第一和第二纤维二者均包括一种玻璃纤维。

56.如权利要求54所述的过滤介质，其中该介质被适配为用于过滤空气、一种水性流体、或一种润滑剂或液压油，并且该支架纤维包括一种双组分纤维并且该第一和第二纤维包括一种聚酯纤维。

57.如权利要求54所述的过滤介质，其中该支架纤维包括一种纤维素纤维并且该第一和第二纤维包括一种玻璃纤维。

58.如权利要求54所述的过滤介质，其中该第一和第二纤维包括组成上不同的纤维的一种共混物，并且特征为一个梯度的该区域是该介质的厚度的一部分。

59.如权利要求58所述的过滤介质，其中特征为一个梯度的该区域包括大于该介质厚度的10％的一个厚度。

60.如权利要求54所述的介质，其中该第一表面和第二表面限定了该介质的范围从0.5至20mm的厚度并且该区域的这个部分是大于0.1mm。

61.如权利要求54所述的过滤介质，其中，如根据ISO 16889测得的，该过滤介质当加载至等于或大于320kPa的压降时对于5微米或更大的试验颗粒具有一个大于200的β。

62.如权利要求54所述的过滤介质，其中至少一个区域包括约30wt％至80wt％的一种第一纤维与至少约20wt％且最多约70wt％的一种第二纤维的一种共混物，该共混物具有至少约0.6微米且最多约5微米的直径。

63.如权利要求54所述的过滤介质，其中该第二纤维包括具有的直径为至少约20微米且最多约30微米的一种纤维素纤维。

64.如权利要求54所述的过滤介质，其中该玻璃纤维包括具有至少约0.5微米直径的一种第一玻璃纤维与具有至少约2微米且最多约5微米直径的一种第二玻璃纤维的一种共混物。

65.如权利要求54所述的过滤介质，其中该介质具有一个梯度，该梯度在孔径或纤维直径上是一种非线性梯度。

66.如权利要求54所述的过滤介质，其中该梯度包括一种过滤器组成，使得该纤维尺寸或纤维浓度从该第一表面向该第二表面以一种线性方式增加。

67.如权利要求54所述的介质，其中至少一个区域包括与一种树脂结合的一种第一纤维。

68.如权利要求67所述的介质，其中该与一种树脂结合的纤维包括一种纤维素纤维。

69.如权利要求67所述的介质，其中该与一种树脂结合的纤维包括一种聚酯纤维。

70.如权利要求54所述的介质，进一步包括一种添加剂，该添加剂是选自一种树脂、一种交联剂或其组合。

71.如权利要求67所述的介质，其中该树脂包括一种粘合剂树脂、一种弹性体、一种热固性树脂、一种凝胶、一种珠粒、一种球粒、一种薄片、一种颗粒、或一种纳米结构。

72.如权利要求54所述的介质，其中该第一纤维和第二纤维是选自一种纤维，该纤维包括：玻璃、纤维素、大麻、蕉麻(abacus)、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、卤化的聚合物、聚氨酯、或其组合。

73.如权利要求54所述的过滤介质，该第二纤维包括一种纤维素纤维、一种合成的纤维或其共混物。

74.一种过滤介质，该过滤介质具有限定了一个厚度的一个第一表面和一个第二表面，该介质在该厚度中包括的至少一个区域，该区域包括一种聚酯纤维、具有至少0.3微米直径的一种间隔纤维以及具有最多15微米直径的一种效率纤维，其中该聚酯纤维在该区域内并不在浓度上实质性地变化并且该间隔纤维在该区域内在浓度上发生变化，使得该间隔纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。

75.如权利要求74所述的介质，其中该聚酯纤维包括一种双组分纤维。

76.如权利要求74所述的介质，其中该间隔纤维包括一种玻璃纤维。

77.如权利要求74所述的介质，其中该效率纤维包括一种玻璃纤维。

78.如权利要求74所述的介质，其中该间隔纤维包括一种单相的聚酯纤维。

79.如权利要求31、32或74所述的介质，其中，如根据ISO 16889测得的，该过滤介质当加载至等于或大于320kPa的压降时对于5微米和更大的试验颗粒具有一个大于200的β。

80.如权利要求74所述的介质，其中该效率纤维的浓度从一个表面向另一个表面增加并且被适配为用于过滤空气、一种水性流体或一种润滑剂或液压油。

81.如权利要求74所述的介质，其中该介质是一种湿法成网的介质，包括30至85wt％的聚酯纤维、2至45wt％的间隔纤维以及10至70wt％的效率纤维。

82.如权利要求74所述的过滤介质，其中该介质包括该厚度的一个第二区域，该第二区域包括一个恒定浓度的该聚酯纤维、该间隔纤维和该效率纤维。

83.如权利要求31、32、54或74所述的介质，其中该第一表面与该第二表面的对比显示出了在纤维浓度或纤维组成上10％的不同。

84.一种过滤介质，该过滤介质具有限定了一个宽度的一个第一边缘以及一个第二边缘，每个边缘都平行于该介质的机器方向，该介质包括一个第一区域，该第一区域包括一种第一纤维和一种第二纤维，其中该第二纤维在该第一区域内在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度从该第一边缘向该第二边缘增加。

85.如权利要求84所述的过滤介质，其中该介质宽度包括该厚度的一个第二区域，该第二区域包括一个恒定浓度的该第一纤维和第二纤维。

86.如权利要求84所述的过滤介质，该过滤介质具有限定了一个厚度的一个第一表面和一个第二表面，该介质包括一个包含梯度的第二区域，该第二区域其中该第二纤维在该第二区域内在浓度上发生变化，使得该第二纤维的浓度跨越该区域在从一个表面到另一个表面的方向上增大。

87.如权利要求86所述的过滤介质，其中该第二区域跨过了该介质厚度的一部分。

88.如权利要求84所述的过滤介质，其中该第一纤维具有一种第一纤维组成并且该第二纤维具有一种不同于该第一纤维组成的第二纤维组成。

89.如权利要求84所述的过滤介质，其中该第一纤维在直径上大于该第二纤维。

90.如权利要求84所述的过滤介质，其中该过滤介质包括该宽度的一个中央区域，并且该第二纤维的浓度在该中央区域内最高。

91.如权利要求84所述的过滤介质，其中该过滤介质包括邻近该第一边缘的一个第一边缘区域以及邻近该第二边缘的一个第二边缘区域，其中该第二纤维的浓度在该第一边缘区域中高于在该第二边缘区域中。

92.一种用于制造非纺织网片的装置，该装置包括：

a)一个或多个来源，这些来源被配置为分散一种包括纤维的第一流体流束以及一种同样包括纤维的第二流体流束；

b)在该一个或多个来源的下游的一个混合隔离体，该混合隔离体被定位在来自该一个或多个来源的第一与第二流束之间，该混合隔离体限定了在该混合隔离体中的一个或多个开口，这些开口允许了这两个流束之间的流体连通；以及

c)一个接收区域，该接收区域位于该一个或多个第二来源的下游并且被设计为接收至少一个合并的流束并且通过从该合并的流束中收集纤维而形成一个非纺织网片。

93.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体相对于一个水平平面是倾斜的。

94.如权利要求92所述的装置，其中该混合隔离体限定了两个或更多个开口。

95.如权利要求94所述的装置，其中该两个或更多个开口包括在该混合隔离体的网片横向方向上延伸的两个或更多个矩形开口。

96.如权利要求16或94所述的装置，其中该一个或多个矩形开口在一个网片横向方向上完全延伸跨过该混合隔离体。

97.如权利要求92所述的装置，其中这些开口包括从该混合隔离体的一个第一网片横向边缘向该混合隔离体的一个第二网片横向边缘延伸的两个或更多个槽缝。

98.如权利要求94所述的装置，其中该两个或更多个槽缝各自包括不同的宽度、不同的长度、相对于该流束的不同取向、距该混合隔离体的一端的不同间隔、或这些方面的一个或多个的一种组合。

99.如权利要求94所述的装置，其中该混合隔离体在机器方向上的一个维度是至少约0.3米(11.8英寸)且最多约15米(59英寸)。

100.如权利要求15或97所述的装置，其中该混合隔离体进一步包括至少三个槽缝和最多八个槽缝，每个槽缝单独具有至少1cm且最多20cm的宽度。

101.如权利要求100所述的装置，其中这些槽缝是矩形的并且由多个可移动的矩形工件所限定。

102.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体包括由五个或更多个可移动的矩形构件所限定的五个矩形开口，其中这些构件各自的宽度是约1.5cm至15cm(0.6英寸至5.9英寸)并且这些开口各自的宽度是约0.5cm至10cm(0.2英寸至3.9英寸)。

103.如权利要求92所述的装置，其中该一个或多个开口包括在该混合隔离体的机器方向上延伸的一个或多个槽缝。

104.如权利要求15或92所述的装置，其中该一个或多个开口包括多个不连续的圆形开口。

105.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体限定了至少一个具有第一维度的第一开口以及至少一个具有不同的第二维度的第二开口。

106.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体的该一个或多个开口占该混合隔离体总面积的至少5％且最多70％。

107.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体的该一个或多个开口占该混合隔离体总面积的至少10％且最多30％。

108.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体具有一个中央轴，该中央轴在机器方向上将该混合隔离体分成两半，其中一半与另一半是不相同的。

109.如权利要求108所述的装置，其中一半不具有开口而另一半限定了该多个开口。

110.如权利要求108所述的装置，其中该混合隔离体具有一个第一外部边缘和一个第二外部边缘，其中该第一和第二外部边缘平行于该机器方向，其中该混合隔离体限定了一个第一开口，该第一开口在机器方向的宽度上发生变化，这样最接近该第一外部边缘的机器方向的宽度小于最接近该第二外部边缘的机器方向的宽度。

111.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体包括一个不具有开口的第一边缘部分以及一个不具有开口的第二边缘部分，其中该第一和第二边缘部分各自从一个下游的网片横向边缘向一个上游的网片横向边缘延伸，其中该混合隔离体进一步包括在该第一与第二边缘部分之间的一个中央部分，并且其中这些开口被限定在该中央部分中。

112.如权利要求15或92所述的装置，其中该接收区域进一步包括用于从这些流束中去除液体的一个器具。

113.如权利要求112所述的装置，其中该用于去除流体的器具包括一个或多个重力排水器具、一个或多个真空器具、一个或多个台辊、真空箔片、真空辊、或它们的一种组合。

114.如权利要求15或92所述的装置，进一步包括邻近该接收区域并且在其下游的一个干燥区段，该干燥区段包括一个干燥罐区段、一个或多个IR加热器、一个或多个UV加热器、一个穿透干燥器、一个传递网、一个输送器、或其组合。

115.如权利要求92所述的装置，包括两个来源，其中一个第一来源产生该第一流束并且一个第二来源产生该第二流束。

116.如权利要求92所述的装置，其中该第一流束包括一种第一纤维类型并且该第二流束包括一种第二纤维类型，每种纤维类型具有至少一种与另一种不同的纤维特征。

117.如权利要求15或92所述的装置，其中该一个或多个来源是选自由一个流浆箱和一个喷嘴组成的组。

118.如权利要求15或92所述的装置，其中该混合隔离体包括与该混合隔离体的一个上游边缘相邻的一个偏置部分，其中在该偏置部分中没有开口。

119.如权利要求15或92所述的装置，其中该流体流束是一个液体流束。

120.如权利要求15或92所述的装置，其中该流体流束是一个水性流束。

121.一种用于制造非纺织网片的装置，该装置包括：

a)一个来源，被设计为分散一种包括纤维的第一液体流束；

b)在该来源的下游的一个混合隔离体，该混合隔离体包括在该混合隔离体中的一个或多个开口；以及

c)一个接收区域，该接收区域位于该来源的下游并且被设计为接收该流束并且通过从该流束中收集纤维而形成一个非纺织网片。

122.如权利要求121所述的装置，其中该混合隔离体的至少一个开口被配置为允许该第一流束的仅仅一个第一部分通过，其中该第一流束的剩余部分在该混合隔离体上在该第一开口的下游流动。

123.如权利要求121所述的装置，其中该第一流体流束包括至少两种纤维类型的一种混合，每种纤维类型具有至少一个与另一种不同的纤维特征。

124.一种用于制造非纺织网片的方法，该方法包括：

i)提供来自一个来源的一种供料，该供料包括至少一种第一纤维；

ii)从一种用于制造非纺织网片的装置分散一个供料流束，该装置包括在该流束来源的下游的一个混合隔离体，该混合隔离体包括在该混合隔离体中的至少一个开口，该开口被配置为允许该流束的至少一个部分通过；

iii)在该来源下游的一个接收区域中收集流经该至少一个开口的纤维；

iv)在该接收区域上在混合隔离体的一个下游部分处收集剩余部分的纤维；并且

iv)干燥该湿层以形成该非纺织的网片。

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