CN102458602A - 适合液压应用的过滤介质 - Google Patents

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Abstract

提供一种过滤介质，包括适合用于液压应用的过滤介质，以及与其相关的部件、系统和的方法。本文所述的过滤介质可包括两个以上层，至少一个层具有相对高百分比的微玻璃纤维。此外，该过滤介质可设计为使得两层间的平均纤维直径之比相对小，这可得到相对低的两层间阻力比。该过滤介质具有期望的特性，包括高容污能力、低基重和低流体流动阻力。该介质可引入包括液压过滤器的多种过滤器元件产品中。

Description

适合液压应用的过滤介质
技术领域
本发明一般性涉及可用于液压应用的过滤介质，更具体涉及具有期望的性能特点的多层过滤介质。
背景技术
过滤介质可以在多种应用中用来清除污染物。根据不同的应用，过滤介质可以设计成具有不同的性能特点。例如，过滤介质可以设计成具有适合液压应用的性能特点，包括过滤加压流体中的污染物。
一般情况下，过滤介质可以由纤维网形成。例如，该网可包括微玻璃纤维等其它组分。该纤维网提供允许流体(例如，液压流体)流过过滤介质的多孔结构。流体中所含的污染物颗粒可捕获在纤维网上。过滤介质的特征，例如纤维直径和基重，对包括过滤效率、容污能力和流体流经过滤器的阻力在内的过滤性能有影响。
需要能够用于液压应用的过滤介质，其具有期望的性能平衡，包括高的容污能力和低的流体流经过滤介质的阻力。
发明内容
提供一种过滤介质，包括适合液压应用的过滤介质以及相关的组分、系统和方法。
在一组实施方案中，提供一系列的过滤介质。在一个实施方案中，过滤介质包括至少2层。过滤介质的第一层包含至少80wt％的玻璃纤维，其中第一层中的纤维具有第一平均直径。该过滤介质还包括与第一层直接相邻的第二层，第二层包含玻璃纤维，其中第二层中的纤维具有第二平均直径。第二平均直径小于第一平均直径。第二层对第一层的归一化阻力比为1∶1～5∶1。
在另一个实施方案中，过滤介质包括至少三层。过滤介质的第一层包含玻璃纤维，第一层中的纤维具有第一平均直径。过滤介质的第二层包含玻璃纤维，第二层中的纤维具有第二平均直径，其中第二平均直径小于第一平均直径。过滤介质的第三层包含玻璃纤维，第三层中的纤维具有第三平均直径，其中第三平均直径小于第二平均直径。第二层可与第一和第三过滤层直接相邻。第二层对第一层的归一化阻力比为1∶1～15∶1。
在另一个实施方案中，过滤介质包括至少三层。过滤介质的第一层包含玻璃纤维，第一层中的纤维具有第一平均直径。过滤介质的第二层与第一层相邻并且包含玻璃纤维，第二层中的纤维具有第二平均直径。过滤介质的第三层与第二层相邻并且包含玻璃纤维，第三层中的纤维具有第三平均直径。该过滤介质具有大于约2.65的10微米绝对比容污能力。
在另一个实施方案中，过滤介质包括至少三层。过滤介质的第一层包含玻璃纤维，第一层中的纤维具有第一平均直径。过滤介质的第二层与包含玻璃纤维的第一层相邻，第二层中的纤维具有第二平均直径。第一和第二层具有小于75g/m2的组合基重和大于约3.4的10微米绝对比容污能力。
在另一个实施方案中，过滤介质包括至少三层。过滤介质的第一层包含至少90wt％的玻璃纤维，第一层具有大于约40g/m2的基重。过滤介质的第二层与第一层相邻并且包含至少90wt％的玻璃纤维，第二层具有小于约40g/m2的基重。过滤介质的第三层与第二层相邻并且包含至少90wt％的玻璃纤维。
在一组实施方案中，提供方法。一种过滤液体的方法包括使含有颗粒的液体通过过滤介质。该过滤介质可包括上述和/或本文中所述的过滤介质之一。例如，该过滤介质可包括至少三层。在一个实施方案中，过滤介质的第一层包含玻璃纤维，第一层中的纤维具有第一平均直径。过滤介质的第二层包含玻璃纤维，第二层中的纤维具有第二平均直径，其中第二平均直径小于第一平均直径。过滤介质的第三层包含玻璃纤维，第三层中的纤维具有第三平均直径，其中第三平均直径小于第二平均直径。第二层可与第一和第三过滤层直接相邻。第二层对第一层的归一化阻力比为1∶1～15∶1。
根据以下具体说明，本发明的其它方面、实施方案、优点和技术特征将变得清楚。
附图说明
参照附图通过举例的方式描述本发明的非限制性实施方案，附图是示意性的并且并非意在绘制用于缩放。在附图中，图示的每一个相同或近似相同的部件通常用单一的附图标记表示。为清楚起见，在图示对于本领域技术人员理解本发明不是必须时，没有在每幅附图中对每个部件进行标记，也没有示出本发明的每个实施方案的每个部件。在附图中：
图1示出根据本发明的一组实施方案具有多个层的过滤介质的实施例。
图2示出根据一组实施方案，不同样品的过滤介质的10微米绝对比容污能力与基重的关系图。
具体实施方式
提供一种过滤介质，包括适合液压应用的过滤介质以及相关的组分、系统和方法。本文描述的过滤介质可包括两个以上的层，其中至少一个层具有相对高百分率的微玻璃纤维。此外，过滤介质可设计为使得两层之间的平均纤维直径之比相对小，这可以导致相对低的层间阻力比。如下所述，过滤介质具有期望的性能，包括高容污能力、低基重和低流体流动阻力。该介质可引入多种过滤器元件产品，包括液压过滤器。
如图1所示的实施方案中所示，过滤介质10包括第一层20和相邻的第二层30。任选地，过滤介质10可包括与第二层相邻的第三层40。在一些情况下，也可以包括附加层，例如第四层、第五层或第六层。过滤介质10相对于流过介质的流体的取向通常可以根据需要选择。如图1所示，在箭头50所示的流体流动方向上，第一层20在第二层30的上游。然而，在其它实施方案中，在流体流过过滤介质的方向上，第一层20在第二层的下游。
如本文所用，当一个层被称为与另一层“相邻”，其可以是与该层直接相邻或者也可以存在中间层。一个层与另一层“直接相邻”或“接触”是指不存在中间层。
在一些情况下，过滤介质的每一层具有不同的特性和过滤性能，它们在组合时得到所需的总过滤性能，例如与具有单层结构的过滤介质相比较。例如，在一组实施方案中，第一层20为预过滤层(也称为“负载层”)，第二层30为主过滤层(也称为“有效层”)。通常，预过滤层使用比主过滤层粗的纤维形成，因此具有比主过滤层低的流体流动阻力。一个或多个主过滤层可包括比预过滤层细的纤维并具有比预过滤层高的流体流动阻力。这样，与预过滤层相比，主过滤层通常可捕获更小尺寸的颗粒。当存在第三层40时，第三层可以是具有与第二层30相同或不同性能的附加主过滤层。例如，第三层可具有比第二层30甚至更细的纤维和更高的流体流动阻力。
过滤介质也可具有第一层、第二层和任选的第三层或更多层的其它构造。例如，在一些情况下，过滤介质10不包括预过滤层。在一些这样的实施方案中，第一层20为上游主过滤层，第二层30为在第一层下游的主过滤层。任选地，过滤介质可包括位于第二层下游的第三层40(例如，另一主过滤层)。上游层可具有比该层下游的层粗的纤维并因此具有比其低的流体流动阻力。在一些情况下，各层的阻力从最上游层至最下游层依次增加。
在一些实施方案中，具有相对粗纤维的层可位于具有相对细纤维的两层之间。其它构造也可以。此外，过滤介质可包括任意合适数目的层，例如至少2、3、4、5、6、7、8或9层，这取决于具体应用和所需的性能特点。
如前所述，过滤介质的每一层可具有不同的性能。例如，第一和第二层可包括具有不同特征的的纤维(例如，纤维直径、纤维组成和纤维长度)。具有不同特征的纤维可由一种材料(例如，通过使用不同的工艺条件)或不同材料(例如，玻璃纤维、合成纤维及其组合)制成。不希望受到理论的束缚，据信与具有单层结构的过滤介质相比，具有多层结构并且该多层结构具有包括不同特征的层的过滤介质表现出显著改善的性能，例如容污能力和/或效率。
在某些实施方案中，过滤介质10的一个或多个层包括微玻璃纤维、短切束(chopped strand)玻璃纤维或其组合。微玻璃纤维和短切束玻璃纤维为本领域技术人员所已知。本领域技术人员能够通过观察(例如，光学显微镜检查、电子显微镜检查)来确定玻璃纤维是否为微玻璃纤维或短切束玻璃纤维。微玻璃纤维与短切束玻璃纤维也可以在化学上不同。在一些情况下，虽然不作要求，但是短切束玻璃纤维可含有比微玻璃纤维含量高的钙或钠。例如，短切束玻璃纤维可接近不含碱，但含有高含量的氧化钙和氧化铝。微玻璃纤维可含有10-15％的碱(例如，氧化钠、氧化镁)并具有相对较低的熔融和加工温度。这些术语涉及用于制造玻璃纤维的技术。这样的技术赋予玻璃纤维以某些特征。通常，利用类似于纺织物生产的工艺，将短切束玻璃纤维从漏板喷丝孔(bushing tip)拉出并切割成纤维。短切束玻璃纤维以比微玻璃纤维更加受控的方式生产，因此与微玻璃纤维相比，短切束玻璃纤维通常在纤维直径和长度方面的变化较小。微玻璃纤维是从漏板喷丝孔中拉出的并且进一步经历火焰吹制或旋转纺丝过程。在某些情况下，细的微玻璃纤维可利用重熔工艺制造。在这方面，微玻璃纤维可为细的或粗的。如本文所用，细的微玻璃纤维的直径小于1微米，粗的微玻璃纤维的直径大于或等于1微米。
一个或多个层的微玻璃纤维可具有例如小于10微米的小直径。例如，层中微玻璃纤维的平均直径可为0.1微米～约9微米；在一些实施方案中，为约0.3微米～约6.5微米，或约1.0微米～5.0微米。在某些实施方案中，微玻璃纤维的平均纤维直径可小于约7.0微米、小于约5.0微米、小于约3.0微米或小于约1.0微米。微玻璃纤维的平均直径分布通常是对数正态分布的。然而，可以理解的是微玻璃纤维可以任何其它适当的平均直径分布(例如高斯分布)提供。
微玻璃纤维的长度由于工艺变化可明显不同。层中的微玻璃纤维的长径比(长度与直径之比)一般可在约100至10000的范围内。在一些实施方案中，层中的微玻璃纤维的长径比为约200～2500；或约300～600。在一些实施方案中，层中的微玻璃纤维的平均长径比可为约1000或约300。应该认识到，上文提到的尺寸不是限制性的，微玻璃纤维也可具有其它尺寸。
在一个层中可包括粗微玻璃纤维、细微玻璃纤维或所述微玻璃纤维的组合。在一些实施方案中，粗微玻璃纤维占玻璃纤维的约20wt％～约90wt％。在某些情况下，例如，粗微玻璃纤维占玻璃纤维的约30wt％～约60wt％，或玻璃纤维的约40wt％～约60wt％。对于包括细微玻璃纤维的某些实施方案而言，细微玻璃纤维占玻璃纤维的约0wt％～约70wt％。在某些情况下，例如，细微玻璃纤维占玻璃纤维的约5wt％～约60wt％，或约30wt％～约50wt％。
短切束玻璃纤维的平均纤维直径可大于微玻璃纤维的直径。在一些实施方案中，短切束玻璃纤维的直径大于约5微米。例如，直径范围可高达约30微米。在一些实施方案中，短切束玻璃纤维的纤维直径可为约5微米～约12微米。在某些实施方案中，短切束纤维的平均纤维直径可小于约10.0微米，小于约8.0微米，小于约6.0微米。短切束玻璃纤维的平均直径分布通常是对数正态分布的。短切束纤维直径往往遵循正态分布。但是可以理解的是，短切束玻璃纤维可以任何适当的平均直径分布(例如，高斯分布)提供。在一些实施方案中，短切束玻璃纤维的长度可为约0.125英寸～约1英寸(例如，约0.25英寸或约0.5英寸)。
应该认识到，上文提到的尺寸不是限制性的，微玻璃纤维和/或短切束纤维也可具有其它尺寸。
在某些实施方案中，微玻璃纤维与短切束玻璃纤维的重量百分比之比为过滤介质提供不同的特征。因此，在一些实施方案中，过滤介质10的一个或多个层(例如，上游层、下游层、第一层、第二层、第三层等)包括与短切束玻璃纤维相比相对高百分比的微玻璃纤维。例如，层中至少70wt％或至少80wt％、至少90wt％、至少93wt％、至少95wt％、至少97wt％或至少99wt％的纤维可为微玻璃纤维。在某些实施方案中，层中所有的纤维均为微玻璃纤维。然而，在其它的实施方案中，过滤介质10的一个或多个层(例如，上游层、下游层、第一层、第二层、第三层等)包括与微玻璃纤维相比相对高百分比的短切纤维。例如，层中至少50wt％、至少60wt％、至少70wt％或至少80wt％、至少90wt％、至少93wt％、至少95wt％、至少97wt％或至少99wt％的纤维可为短切束纤维。短切束纤维的这种百分比可能在对于Beta(x)＝200的微米等级大于15微米的某些实施方案中特别有用。在某些实施方案中，层中的所有纤维均为短切束纤维。
在一些实施方案中，过滤介质10的一个或多个层(例如，上游层、下游层、第一层、第二层、第三层等)包括相对于用于形成该层的所有组分而言相对高百分比的微玻璃纤维。例如，一个或多个层可包括至少70wt％，或至少80wt％、至少90wt％、至少93wt％、至少95wt％、至少97wt％或至少99wt％的微玻璃纤维。在一个具体实施方案中，一个或多个层包括90wt％～99wt％，例如90wt％～95wt％的微玻璃纤维。应该理解到在某些实施方案中，过滤介质的一个或多个层不包括上述范围内的微玻璃纤维或根本不包括微玻璃纤维。
在过滤介质的一个或多个层中可使用任何合适量的短切纤维。在某些情况下，一个或多个层包括相对低百分比的短切纤维。例如，一个或多个层可包括小于30wt％、或低于20wt％、或低于10wt％、或低于5wt％、或低于2wt％、或低于1wt％的短切纤维。在某些情况下，过滤介质的一个或多个层不包括任何短切束纤维。应该理解到，在某些实施方案中，过滤介质的一个或多个层不包括上述范围内的短切束纤维。
过滤介质10的一个或多个层还可包括平均纤维直径在一定范围内并且占所述层的重量百分比在一定范围的微玻璃纤维。例如，过滤介质的一个或多个层可包括平均纤维直径小于5微米的微玻璃纤维，其占层中微玻璃纤维的小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％或小于5％。在某些情况下，层包括0％的平均直径小于5微米的微玻璃纤维。另外或作为替代方案，过滤介质的一个或多个层可包括平均纤维直径大于或等于5微米的微玻璃纤维，其占层中微玻璃纤维的大于50％、大于60％、大于70％、大于80％、大于90％、大于93％或大于97％。在某些情况下，过滤介质的多于一个层包括这种特性。应该理解到，在某些情况下，过滤介质的一个或多个层包括在与以上范围不同的范围内的微玻璃纤维。
在其它的实施方案中，过滤介质的一个或多个层包括相对细的纤维。例如，过滤介质的一个或多个层可包括平均纤维直径小于5微米的微玻璃纤维，其占层中微玻璃纤维的大于50％、大于60％、大于70％、大于80％、大于90％、大于93％或大于97％。另外或作为替代方案，过滤介质的一个或多个层可包括平均纤维直径大于或等于5微米的微玻璃纤维，其占层中微玻璃纤维的小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％或小于5％。在某些情况下，层包括0％的平均直径大于或等于5微米的微玻璃纤维。在某些情况下，过滤介质的多于一个层包括这种特性。应该理解到，在某些情况下，过滤介质的一个或多个层包括在与以上范围不同的范围内的微玻璃纤维。
在某些实施方案中，无论层中的玻璃纤维是微玻璃纤维或短切纤维，过滤介质10的一个或多个层均包括高百分比的玻璃纤维(例如，微玻璃纤维和/或短切束玻璃纤维)。例如，一个或多个层可以包含至少70wt％或至少80wt％、至少90wt％或至少95wt％的玻璃纤维。在某些情况下，层中所有的纤维由玻璃形成。应该理解到，在某些实施方案中，过滤介质的一个或多个层不包括上述范围内的玻璃纤维或根本不包括玻璃纤维。
在一些实施方案中，无论层中的纤维是玻璃纤维(如微玻璃纤维或短切纤维)和/或合成纤维，纤维直径小于或等于7微米的纤维占层中纤维的大于约60wt％、大于约70wt％或大于约80wt％。在某些情况下，纤维直径小于或等于5微米的纤维占层中纤维的大于约60wt％、大于约70wt％或大于约80wt％。在某些情况下，纤维直径小于或等于3微米的纤维占层中纤维的大于约50wt％、大于约60wt％或大于约70wt％。
在一组具体实施方案中，无论层中纤维是玻璃纤维(如微玻璃纤维或短切纤维)和/或合成纤维，过滤介质包括第一层(例如，预过滤层)，其平均纤维直径为1.0微米～10.0微米，例如1.0微米～8.0微米。过滤介质的第二层(例如，主过滤层)的平均纤维直径可为约1.0微米～9.0微米，例如0.5微米～5.5微米。如果过滤介质包括第三层(例如，在第二层的下游)，则第三层的平均纤维直径可为约0.8微米～5.0微米，例如0.5微米～2.5微米。也可以存在附加层。
在一些实施方案中，过滤介质10设计为每一层的平均纤维直径是不同的。例如，两层间(例如，第一层和第二层之间，第二层和第三层之间，第一层和第三层之间，或上游层和下游层之间，等等)的平均纤维直径之比可小于10∶1、小于7∶1、小于5∶1、小于4∶1、小于3∶1、小于2∶1或小于1∶1。在某些情况下，两层间的平均纤维直径的小差异可导致这两层间相对低的电阻比。两层间相对低的电阻比进而可以得到具有有利性能的过滤介质，如相对低基重下的高容污能力，如下所详述。
作为替代方案，两层的平均纤维直径可具有较大差异。例如，两层间(例如，第一层和第二层之间，第二层和第三层之间，或第一层和第三层之间)的平均纤维直径之比可大于1∶1、大于2∶1、大于3∶1、大于4∶1、大于5∶1、大于比7∶1或大于10∶1。
除了玻璃纤维以外或代替玻璃纤维，过滤介质的一个或多个层可以包括诸如合成纤维的组分。例如，过滤介质10的一个或多个层可以包括相对高百分比的合成纤维，例如，至少50wt％、至少60wt％、至少70wt％、至少80wt％、至少90wt％或至少95wt％的合成纤维。在某些情况下，过滤介质的至少2层或整个过滤介质包括这种百分比的合成纤维。有利的是，合成纤维可能对于耐水、耐热、耐长期老化以及耐微生物分解有利。在其它实施方案中，合成纤维占过滤介质的小重量百分比。例如，过滤介质的一个或多个层可以包括小于或等于约25wt％、小于或等于约15wt％、小于或等于约5wt％、或小于或等于约2wt％的合成纤维。在某些情况下，过滤介质的一个或多个层不包括任何合成纤维。应该理解的是，所公开范围以外的合成纤维也可被引入过滤介质中。合成纤维可以增强加工过程中网内玻璃纤维的粘附。合成纤维可为例如粘合纤维、双组分纤维(例如，双组分粘合纤维)和/或短纤维。
一般来说，合成纤维可具有任意合适的组成。在某些情况下，合成纤维包括热塑性材料。合成纤维的非限制性例子包括PVA(聚乙烯醇)、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸类材料、聚烯烃、尼龙、人造丝以及它们的组合。应该认识到也可使用其它适当的合成纤维。
在一组实施方案中，合成纤维为双组分纤维。双组分纤维中的每一组分可以具有不同的熔融温度。例如，该纤维可以包括芯和鞘，其中鞘的活化温度低于芯的熔融温度。这允许鞘在芯之前熔融，使得鞘与层中的其它纤维粘合，而芯保持其结构的完整性。这特别有利之处在于形成对于捕获滤出物更具内聚力的层。芯/鞘粘合纤维可以是同心的或不同心的，示例性的芯/鞘粘合纤维可以包括以下：聚酯芯/共聚酯鞘、聚酯芯/聚乙烯鞘、聚酯芯/聚丙烯鞘、聚丙烯芯/聚乙烯鞘以及它们的组合。其它的示例性双组分纤维可包括裂膜纤维、并列纤维和/或“海-岛”纤维。
作为替代方案，过滤介质的一个或多个层可以包括其它类型的纤维，如纤维素浆纤维(例如，木浆纤维)。
过滤介质还可以包括粘合剂。粘合剂通常占过滤介质的小重量百分比。例如，粘合剂可占过滤介质的小于约10wt％或小于约5wt％(例如，2％～5％)。在一些实施方案中，粘合剂可占过滤介质的约4wt％。如下文所进一步描述的，粘合剂可以添加到呈湿纤维网状态的纤维中。在一些实施方案中，粘合剂涂覆纤维并且用于使纤维彼此粘附以促进纤维间的附着。
一般来说，粘合剂可具有任意适当的组成。在一些实施方案中，粘合剂为基于树脂的。粘合剂可以呈一种或多种组分的形式，例如粘合剂可以是双组分纤维形式，例如上述的双组分纤维。但是，应该理解到，并非所有的实施方案都包括所有这些组成，可以引入其它适当的添加剂。
除了上述的粘合剂、玻璃组分和合成组分以外，过滤介质可以包括多种其它合适的添加剂(通常以小的重量百分比)，例如表面活性剂、偶联剂、交联剂，等等。
纤维介质可具有使其特别适合液压应用的各种期望的性质和特点。然而，应理解的是，本文所述的过滤介质并不限于液压应用，该介质可以用于其它应用，如空气过滤或过滤其它液体和气体。
过滤介质10包括过滤介质的一个或多个层，也可以具有不同的基重、孔径、厚度、渗透率、容污能力、效率和压降，这取决于期望应用的要求。
过滤介质的总基重可随诸如给定过滤应用的强度要求、过滤介质中的层数、层的位置(例如，上游、下游、中间)和用于形成层的材料，以及期望的过滤效率水平和允许的阻力或压降水平等因素而变化。在本文所述的某些实施方案中，在过滤介质包括具有不同特性的多个层，其中与某些单层或多层介质相比，每一层具有相对低的基重时，观察到增强的性能(例如，低阻力或压降)。因此，一些这样的过滤介质也可以在总基重降低的同时实现高性能特征。例如，过滤介质(或过滤介质的2个以上层)的总基重范围可为约20～200g/m2、或约90g/m2～150g/m2。在一些实施方案中，总基重小于约200g/m2、小于约170g/m2、小于约150g/m2、小于约130g/m2、小于约120g/m2、小于约110g/m2、小于约100g/m2、小于约90g/m2、小于约80g/m2、小于约70g/m2、小于约70g/m2或小于约60g/m2。如本文所确定的，根据美国制浆造纸工业技术协会(TAPPI)标准T410测量过滤介质的总基重。该值表示为克每平方米或磅每3000平方英尺。基重通常可以用精确到0.1克的实验室天平测量。
在某些实施方案中，过滤介质10的上游层、下游层、预过滤层、主过滤层、第一层、第二层或第三层中的一个或多个可具有相对低的基重。在一些实施方案中，降低一个或多个层的基重可允许过滤介质在具有附加层(例如，至少三层)的同时，保持总基重相对低或在一定范围内。例如，一个或多个这样的层(或两个以上的层的组合)的基重范围可为约10～100g/m2、约20g/m2～70g/m2或约20g/m2～50g/m2。在一些实施方案中，过滤介质的一个或多个层(或两个以上的层的组合)的基重小于约100g/m2、小于约90g/m2、小于约80g/m2、小于约70g/m2、小于约60g/m2、小于约50g/m2、小于约40g/m2、小于约30g/m2、小于约20g/m2或小于约10g/m2。
在一组具体实施方案中，过滤介质包括第一层(例如，预过滤层)，其基重为5g/m2～70g/m2，例如40g/m2～60g/m2。该过滤介质可以包括与第一层相邻(例如，直接相邻)的第二层(例如第一主过滤层)，其基重为5g/m2～70g/m2，例如30g/m2～40g/m2。在某些情况下，过滤介质包括与第二层相邻(例如，直接相邻)的第三层(例如第二主过滤层)，第三层的基重为5g/m2～70g/m2，例如30g/m2～40g/m2。也可以存在附加层。
一般而言，过滤介质的两个不同层之间(如第一层和第二层之间、第二层和第三层之间、第一层和第三层之间等)的基重比可根据过滤介质所需特性而变化。在一些实施方案中，过滤介质的上游层(例如，预过滤层)具有比下游层(例如，主过滤层)大的基重。例如，上游层和下游层之间的基重比可大于1∶1，大于1.5∶1或大于2∶1。然而，在其它实施方案中，过滤介质的上游层具有小于下游层的基重，例如，上游层和下游层之间的基重比可小于2∶1，小于1.5∶1或小于1∶1。在某些实施方案中，上下游层之间的基重比是1∶1。
如本文所指出的，根据TAPPI T411，使用适当的卡规(例如，Emveco制造的200-A型电子微卡尺，在1.5psi下测试)来确定厚度。过滤介质的总厚度可为约5密尔～300密尔，例如约50～200密尔。过滤介质的层厚度可为约3密尔～100密尔、约3密尔～70密尔、约3密尔～60密尔、约3密尔～50密尔、约3密尔～40密尔、约3密尔～30密尔、约3密尔～20密尔或约3密尔～10密尔。
在一组具体实施方案中，过滤介质包括第一层(例如，预过滤层)，其厚度为约3密尔～70密尔，例如约15密尔～20密尔。过滤介质可包括第二层(例如，主过滤层)，其厚度为约3密尔～60密尔，例如约5密尔～10密尔。过滤介质可以任选地包括第三层(例如，第二层的下游)，其厚度为约3密尔～60密尔，例如约5密尔～10密尔。也可以存在附加层。
过滤介质10的气体渗透率通常可以根据需要进行选择。在一些实施方案中，过滤介质的总渗透率可为约2立方英尺/分钟/平方英尺(cfm/sf)～约250cfm/sf、约7cfm/sf～约200cfm/sf、约15cfm/sf～约135cfm/sf、约15cfm/sf～约50cfm/sf、约2cfm/sf～约50cfm/sf或约10cfm/sf～约40cfm/sf。如本文所确定的，过滤介质的渗透率根据TAPPI方法T251测量。过滤介质的渗透率是流动阻力的反函数并且可利用Frazier渗透率测试仪测量。Frazier渗透率测试仪测量每单位时间在跨样品的固定差压下通过单位样品面积的空气体积。渗透率可表示为在0.5英寸水差压下的立方英尺每分钟每平方英尺。
过滤介质10的每层的渗透性也可以不同。在一些实施方案中，过滤介质的一个或多个层(例如，上游层、下游层、第一层、第二层、第三层等)的渗透率为约3cfm/sf～约4000cfm/sf、约15cfm/sf～约700cfm/sf、约4cfm/sf～约400cfm/sf、约5cfm/sf～约250cfm/sf、约7cfm/sf～约200cfm/sf、约150cfm/sf～约250cfm/sf、约15cfm/sf～约150cfm/sf、约15cfm/sf～约50cfm/sf或约4cfm/sf～约60cfm/sf。
在一组具体实施方案中，多层过滤介质的总渗透率为约2cfm/sf～约200cfm/sf，例如约3cfm/sf～约50cfm/sf。过滤介质可以包括第一层(例如，预过滤层)，其渗透率为约3cfm/sf～约4000cfm/sf，例如约15cfm/sf～约700cfm/sf。过滤介质可以包括第二层(例如，如果预过滤层存在，与预过滤层相邻)，其渗透率为约4cfm/sf～约800cfm/sf，例如约7cfm/sf～约400cfm/sf。如果过滤介质包括第三层，则该层的渗透率可为约2cfm/sf～约300cfm/sf，例如约4cfm/sf～约60cfm/sf。
在某些实施方案中，过滤介质的一个或多个层的渗透率大于或等于约20cfm/sf、大于或等于约50cfm/sf、大于或等于约80cfm/sf、大于或等于约100cfm/sf、大于或等于约130cfm/sf、大于或等于约160cfm/sf、大于或等于约190cfm/sf、大于或等于约210cfm/sf、大于或等于约230cfm/sf、或大于或等于约250cfm/sf。在其它实施方案中，过滤介质的一个或多个层的渗透率小于或等于约250cfm/sf、小于或等于约220cfm/sf、小于或等于约190cfm/sf、小于或等于约160cfm/sf、小于或等于约140cfm/sf、小于或等于约120cfm/sf、小于或等于约100cfm/sf、小于或等于约80cfm/sf、小于或等于约50cfm/sf、或小于或等于约30cfm/sf。通常情况下，上游层具有比下游层大的渗透率(低的阻力)和/或小的压降，但是可以有其它配置。
在某些实施方案中，过滤介质的上游层(例如，预过滤层或主过滤层的顶层)的渗透率大于或等于约100cfm/sf、大于或等于约150cfm/sf、或大于或等于约200cfm/sf，下游层的渗透率小于或等于约200cfm/sf、小于或等于约150cfm/sf、小于或等于约100cfm/sf、或小于或等于约50cfm/sf。
某些过滤介质可具有相对低的两层间阻力比或在一定范围内的两层间阻力比，其提供有利的过滤特性。例如，在包括具有小平均直径的纤维的第二层与包括具有相对大平均直径的纤维的第一层之间的阻力比可相对低。在某些情况下，第二层在第一层的下游，如图1所示。例如，在一个特定实施方案中，第二层是主过滤层，第一层是预过滤层。在另一实施方案中，第二层是下游主过滤层，第一层是上游过滤层。也可以存在其它组合。两层间(例如，第二层与第一层之间、下游层与上游层之间、主层和预过滤层之间或两主层之间，等等)的阻力比计算为具有相对较小平均纤维直径的层的阻力比具有相对较大平均纤维直径的层的阻力，例如可为0.5∶1～15∶1、1∶1～10∶1、1∶1～7∶1、1∶1～5∶1或1∶1～3.5∶1。在某些情况下，两层间的阻力比小于15∶1、小于12∶1、小于10∶1、小于8∶1、小于6∶1、小于5∶1、小于4∶1、小于3∶1或小于2∶1，例如同时大于一定值，如大于0.01∶1、大于0.1∶1或大于1∶1。有利的是，一定范围内的阻力比(包括在一些实施方案中的低阻力比)可导致过滤介质具有有利的性能，如高容污能力和/或高效率，同时保持相对低的总基重。这种特征可以允许过滤介质用于各种应用中。
在一组具体实施方案中，过滤介质的主过滤层和与该主过滤层相邻(例如，直接相邻)的预过滤层之间的阻力比为0.5∶1～7∶1、1∶1～5∶1或1∶1～3.5∶1。如果过滤介质包括另一主过滤层，则下游主过滤层与上游主过滤层之间的阻力比可为1∶1～12∶1、1∶1～8∶1、1∶1～6∶1或1∶1～4∶1。也可以存在附加层。
层的阻力可以相对于层的基重进行归一化以得到归一化的阻力(例如，层的阻力除以层的基重)。在某些情况下，两层(例如，包括具有小平均直径的纤维的第二层与包括具有相对较大平均直径的纤维的第一层)间的归一化阻力比相对低。例如，在一个特定的实施方案中，第二层是主过滤层，第一层是预过滤层。在另一实施方案中，第二层是下游主过滤层，第一层是上游主过滤层。其它组合也可以。两层间(例如，第二层与第一层之间、下游层与上游层之间、主层和预过滤层之间或两主层之间，等等)的归一化阻力比计算为具有相对较小平均纤维直径的层的归一化阻力比具有相对较大平均纤维直径的层的归一化阻力，例如可为1∶1～15∶1、1∶1～10∶1、1∶1～8∶1、1∶1～5∶1或1∶1～3∶1。在某些情况下，两层间的归一化阻力比小于15∶1、小于12∶1、小于10∶1、小于8∶1、小于6∶1、小于5∶1、小于4∶1、小于3∶1或小于2∶1，例如同时大于一定值，如大于0.01∶1、大于0.1∶1或大于1∶1。
在一组具体实施方案中，过滤介质的主过滤层和与该主过滤层相邻(例如，直接相邻)的预过滤层之间的归一化阻力比为1∶1～8∶1、1∶1～5∶1或1∶1～3∶1。如果过滤介质包括另一主过滤层，则下游主过滤层与上游主过滤层之间的阻力比可为1∶1～10∶1、1∶1～8∶1、1∶1～6∶1、1∶1～4∶1或3∶1～4∶1。也可以存在附加层。
过滤介质10也可以具有良好的容污特性。例如，过滤介质10的总容污能力(DHC)为至少约100g/m2、至少约120g/m2、至少约140g/m2、至少约160g/m2、至少约180g/m2、至少约200g/m2、至少约220g/m2、至少约240g/m2、至少约260g/m2、至少约280g/m2或至少约300g/m2。如本文所指出的，容污能力在FTI制造的多次过滤试验台按照ISO16889程序(通过测试平板样品改进的)基于多次过滤试验来测试。测试以上游重力粉尘水平为10毫克/升使用PTI Inc.制造的ISO A3Medium试验粉尘。测试流体为Mobil制造的航空液压液体AERO HFA MIL H-5606A。试验在0.14米/分钟的面速度下进行，直到得到在基线过滤压降以上172kPa的终值压力。
过滤介质的容污能力可以相对于介质基重进行归一化以产生比容污能力(例如，介质的容污能力除以介质的基重)。本文所述的过滤介质的比容污能力可为例如1.5～3.0、1.7～2.7或1.8～2.5。在某些实施方案，过滤介质的比容污能力大于或等于1.5、大于或等于1.6、大于或等于1.7、大于或等于1.8、大于或等于1.9、大于或等于2、大于或等于2.1、大于或等于2.2、大于或等于2.3、大于或等于2.4、大于或等于2.5、大于或等于2.6、大于或等于2.7、大于或等于2.8、大于或等于2.9或大于或等于3.0。
过滤介质的容污能力也可以相对于介质的总基重和对于大于或等于特定粒径“x”的过滤比(Beta(x))的log值进行归一化以得到无单位值，即“x微米绝对比容污能力”。例如，对于捕获粒径为10微米以上并具有特定的Beta(10)值的过滤介质而言，该介质的“10微米绝对比容污能力”可通过将介质的容污能力乘以对于10微米以上颗粒的Beta(x)值的log值的平方根，并除以介质的总基重来计算。
在某些实施方案中，具有两层(或更多层)的过滤介质的10微米绝对比容污能力大于约2.5、大于约2.65、大于约2.7、大于约2.75、大于约3.0、大于约3.4、大于约3.5、大于约3.6、大于约3.75、大于约4.0、大于约4.25、大于约4.5、大于约4.75或大于约5.0。过滤介质的总基重还可例如小于约200g/m2、小于约150g/m2、小于约100g/m2、小于约90g/m2、小于约80g/m2、小于约75g/m2、小于约70g/m2、小于约68g/m2、小于约65g/m2、小于约60g/m2、或小于约50g/m2。其它值和范围的绝对比容污能力和基重也可以。
在某些实施方案中，具有三个(或更多)层的过滤介质的10微米绝对比容污能力大于约2.0、大于约2.25、大于约2.5、大于约2.6、大于约2.65、大于约2.75、大于约3.0、大于约3.5、大于约3.75、大于约4.0、大于约4.25、或大于约4.5。过滤介质的总基重还可例如小于约200g/m2、小于约190g/m2、小于约180g/m2、小于约170g/m2、小于约160g/m2、小于约150g/m2、小于约140g/m2、小于约130g/m2、小于约120g/m2、小于约110g/m2、小于约100g/m2、小于约90g/m2、或小于约80g/m2。其它值和范围的绝对比容污能力和基重也可以。
本文所述的过滤介质可用于过滤各种粒径的颗粒，例如粒径小于或等于约20微米、小于或等于约15微米、小于或等于约10微米、小于或等于约5微米、小于或等于约3微米、或小于或等于约1微米。这种粒径的颗粒过滤效率可以利用多次过滤试验来测量。例如，在FTI制造的多次过滤试验台上根据ISO16889程序(通过测试平板样品改进的)确定过滤效率值。测试以上游重力粉尘水平为10毫克/升使用PTI Inc.制造的ISOA3 Medium试验粉尘。测试流体为Mobil制造的航空液压流体AEROHFA MIL H-5606A。试验在0.14米/分钟的面速度下进行，直到得到在基线过滤压降以上172kPa的终值压力。在介质的上游和下游选定粒径(例如，1、3、4、5、7、10、15、20、25或30微米)的颗粒计数(颗粒/毫升)可以在测试时间的等分十个点处采样。可对每个选定粒径的上游和下游的颗粒计数进行平均。根据上游平均颗粒计数(注入的-C0)和下游平均颗粒计数(通过的-C)，可以通过关系式[(100-[C/C0])＊100％]来确定每个选定粒径的液体过滤效率测试值。
效率也可以表示为Beta值(或Beta比)，其中Beta(x)＝y为上游计数(C0)与下游计数(C)之比，其中x为得到C0/C实际比＝y的最小粒径。介质的渗透分率为1除以Beta(x)值(y)，效率分数为1-渗透分率。因此，介质效率为效率分数的100倍，并且100＊(1-1/Beta(x))＝效率百分数。例如，具有Beta(x)＝200的过滤介质的对于x微米以上颗粒的效率为[1-(1/200)]＊100或99.5％。本文所述的过滤介质可具有宽范围的Beta值，例如Beta(x)＝y，其中x可以为例如1、3、5、7、10、12、15、20、25、30、50、70或100，y可为例如2、10、75、100、200或1000。应该理解的是，x、y的其它值也是可以的；例如，在某些情况下，y可以大于1000。应该理解的是，对于任意值的x，y可以为表示C0/C实际比的任意数(例如，10.2、12.4)。同样，对于任意值的y，x可以为表示得到C0/C实际比＝y的最小粒径的任意数。
过滤介质可利用基于已知技术的工艺生产。在某些情况下，过滤介质采用湿法或干法工艺生产。通常，湿法工艺包括将纤维混合在一起，例如玻璃纤维(例如，短切束和/或微玻璃纤维)任选与任意合成纤维混合在一起，以提供玻璃纤维浆料。在某些情况下，所述浆料为水基浆料。在某些实施方案中，在混合在一起之前，将微玻璃纤维以及任选的任意短切束纤维和/或合成纤维分别存放在不同的贮槽中。这些纤维可以在混合在一起前通过制浆机进行处理。在一些实施方案中，短切束玻璃纤维、微玻璃纤维和/或合成纤维的组合在经过制浆机和/或贮槽处理后被混合在一起。如上所述，微玻璃纤维可包括细微玻璃纤维和粗微玻璃纤维。
应该认识到，可以使用任何合适的形成玻璃纤维浆料的方法。在某些情况下，将额外的添加剂添加到浆料中以促进处理。温度也可以调节到合适的范围，例如33°F～100°F(例如，50°F～85°F)。在一些实施方案中，保持浆料温度。在某些情况下，温度不进行主动调节。
在一些实施方案中，湿法工艺使用与常规造纸工艺类似的设备，包括水力制浆机、成形器或流浆箱、干燥机和任选的转换器。例如，浆料可在一个或多个制浆机中制备。在将制浆机中的浆料适当混合后，可将浆料泵入流浆箱中，其中浆料可与或可不与其它浆料组合，或可以添加或不添加添加剂。浆料也可以用额外的水稀释，使得纤维的最终浓度在合适的范围内，例如约0.1wt％～0.5wt％。
在某些情况下，玻璃纤维浆的pH可根据需要调节。例如，玻璃纤维浆的pH可为约1.5～约4.5或约2.6～约3.2。
在浆料被送往流浆箱之前，该浆料可以通过离心清洁机以移除未成纤维的玻璃或物料。浆料可以通过或不通过额外的设备如磨浆机或高频疏解机以进一步增强纤维分散。随后可以利用任意合适的机器例如长网造纸机、真空圆网造纸机、滚筒或斜网长网造纸机将纤维以合适的速率收集在筛或网(wire)上。
在一些实施方案中，该工艺包括将粘合剂(和/或其它组分)引入预成型玻璃纤维层。在一些实施方案中，当玻璃纤维层沿适当的筛或网通过时，利用适合的技术将可为单独乳液形式的包含在粘合剂中的不同组分添加到玻璃纤维层中。在某些情况下，粘合剂树脂的每种组分在与其它组分和/或玻璃纤维层合并之前混合为乳液。在一些实施方案中，包含在粘合剂中的组分可利用例如重力和/或真空穿过玻璃纤维层。在一些实施方案中，包含在粘合剂中的一种或多种组分可以用软化水稀释并泵入玻璃纤维层中。
如上所述，不同的玻璃纤维层可以基于所需特性组合形成过滤介质。例如，在一些实施方案中，相对较粗的预过滤层可与相对较细的纤维层(即，主过滤层)组合形成多层过滤介质。任选地，过滤介质可以包括一个或多个附加的上述较细纤维层。
可以合适方式形成多相过滤介质。例如，过滤介质或其一部分可通过湿法工艺制备，其中将第一玻璃纤维浆(例如，玻璃纤维在水性溶剂如水中)施加到网输送带上以形成第一层。接着，将第二玻璃纤维浆(例如，玻璃纤维在水性溶剂如水中)施加到第一层上。在上述过程中可对第一和第二浆料连续施加真空以从纤维中移除溶剂，使得第一层和第二层同时形成为复合制品。随后干燥该复合制品。由于该制造工艺，第一层中的至少部分纤维可以与第二层中的至少部分纤维交织(例如，在两层之间的界面处)。也可以利用类似的工艺或不同的工艺如层合、共打褶(co-pleating)或整理(即，放置为彼此直接相邻并通过压力保持在一起)来形成和添加附加层。例如，在某些情况下，两个层(例如，两个细纤维层)通过湿法工艺形成为复合制品，其中单独的纤维浆料在水从所述浆料中抽出时彼此叠置，随后通过任意合适的工艺(例如，层合、共打褶或整理)将复合制品与第三层(例如，预过滤层)组合。可以认识的是，通过湿法工艺形成的过滤介质或复合制品可不仅基于每个纤维层的组分，还可根据使用适当组合的不同特性的多个纤维层的效果来适当调节，以形成具有本文所述特征的过滤介质。
在一组实施方案中，将至少两层过滤介质(例如，一层和包括多于一层的复合制品，或两个包括多于一层的复合制品)层合在一起。例如，第一层(例如，包括相对粗纤维的预过滤层)可与第二层(例如，包括相对细纤维的主过滤层)层合，其中第一层和第二层彼此面对以形成在单个生产线组装操作中整体结合的单一多层制品(例如，复合制品)以形成过滤介质。根据需要，可在层合步骤之前或之后，利用任意合适的方法使第一层和第二层与另一主过滤层(例如，第三层)组合。在其它的实施方案中，两个以上的层(例如，主过滤层)层合在一起形成多层制品。在两个以上的层层合成复合制品之后，可通过任意合适的方法将复合制品与附加层组合。
在其它的实施方案中，使用干法工艺。在干法工艺中，玻璃纤维被短切分散在空气中并被吹到输送带上，随后施加粘合剂。干法工艺通常更适合生产高多孔介质，包括玻璃纤维束。
在形成层、包括两个以上组合层的复合制品或最终过滤介质的过程中或之后，所述层、复合制品或最终过滤介质可根据已知的各种技术进一步处理。例如，过滤介质或其部分可以打褶并用在打褶过滤器元件中。例如，两个层可通过共打褶工艺结合。在一些实施方案中，过滤介质或其各层可通过在彼此适当的间距上形成划线来适当打褶，以允许过滤介质被折叠。应该认识到，可使用任何合适的打褶技术。在一些实施方案中，可调节过滤介质的物理和机械品质以提供数目增加的褶皱，这可与过滤介质增加的表面积直接成正比。增加的表面积可允许过滤介质对来自流体的颗粒具有增加的过滤效率。例如，在某些情况下，本文所述的过滤介质包括2～12个褶/英寸、3～8个褶/英寸或2～5个褶/英寸。其它值也可以。
应该认识到，过滤介质可包括除本文所述的两个以上层外的其它部分。在一些实施方案中，进一步的处理包括引入一个或多个结构特征和/或增强元件。例如，介质可结合有附加的结构特征如聚合物和/或金属网。在一个实施方案中，可在过滤介质上设置衬网，以提供进一步的刚度。在某些情况下，衬网可有助于保持打褶构造。例如，衬网可以是多孔(expanded)的金属丝网或挤出塑料网。
如前所述，本文公开的过滤介质可以引入各种过滤器元件中用于各种应用，包括液压和非液压过滤应用。液压过滤器(例如，高、中、低压过滤器)的示例性应用包括移动和工业过滤器。非液压过滤器的示例性应用包括燃料过滤器(例如，机动车燃料过滤器)、油过滤器(例如，润滑油过滤器或重载润滑油过滤器)、化学处理过滤器、工业处理过滤器、医用过滤器(如血液过滤器)、空气过滤器和水过滤器。在某些情况下，本文公开的过滤介质可用作聚结器过滤介质。
在某些情况下，过滤器元件包括可设置在过滤介质周围的外壳。外壳可以有各种构造，其中这些构造基于预期应用而变化。在一些实施方案中，外壳可由围绕过滤介质外周设置的框架形成。例如，框架可围绕外周热密封。在某些情况下，框架具有围绕一般矩形的过滤介质的所有四条边的一般矩形构造。框架可由各种材料形成，包括例如卡纸板、金属、聚合物或合适材料的任意组合。过滤器元件还可包括本领域已知的各种其它特征，如使过滤介质相对于框架、隔板稳定的稳定化特征或任何其它适当的特征。
在一组实施方案中，本文所述的过滤介质被引入具有圆柱形构造的过滤器元件中，其可适用于液压和其它应用。圆柱形过滤器元件可以包括钢支撑网，其可以为褶皱提供支撑和间隔并防止介质在处理和/或安装过程中受损。钢支撑网可定位为上游和/或下游层。过滤器元件还可以包括在压力波动过程中可保护过滤介质的上游和/或下游支撑层。这些层可与如上所述可包括两个以上层的过滤介质10组合。过滤器元件也可具有任意合适的尺寸。例如，过滤器元件的长度可为至少15英寸、至少20英寸、至少25英寸、至少30英寸、至少40英寸或至少45英寸。过滤介质的表面积可为例如至少220平方英寸、至少230平方英寸、至少250平方英寸、至少270平方英寸、至少290平方英寸、至少310平方英寸、至少330平方英寸、至少350平方英寸或至少370平方英寸。
过滤器元件可以具有与过滤介质相关的上述那些相同的特性。例如，上文提到的阻力比、基重比、容污能力、效率、比容污能力和过滤介质各种层之间的纤维直径比也可在过滤器元件中发现。
在使用过程中，当流体流过过滤介质时，过滤介质将颗粒机械地捕获在层上或层中。过滤介质不需要带电来提高对污染物的捕获。因此，在一些实施方案中，过滤介质不带电。然而，在一些实施方案中，过滤介质可以带电。
以下实施例意在说明本发明的某些实施方案，但不应视为限制本发明，也不是举例说明本发明的全部范围。
实施例1
该实施例描述根据本发明的不同实施方案的几种多层过滤介质的形成及其特征。
根据表1中所列出的规格制备两层和三层过滤介质。两层过滤介质(样品2A、2B和3)包括第一主过滤层(在表1中表示为顶相主过滤层)和与第一层相邻的第二主过滤层(底相主过滤层)。
两层介质通过湿法造纸工艺形成。简而言之，对一个层而言，将250加仑水加入水力制浆机中，随后加入硫酸使pH达到约3.0。在混合物中加入纤维，并且将纤维与水浆料混合4分钟。随后，将所述浆料与另外900加仑的水泵送至第一贮箱。对于第二层而言，对第二层所需的纤维重复该过程，并将浆料泵送至不同的贮箱。
将第一贮箱的浆料与额外的水和额外的硫酸一起泵送至长网造纸机的主流浆箱，以将pH降至约2.6。使浆料流到造纸机的成形网上并通过重力排水，以及通过一系列的真空槽最终形成通过移动的成形网携走的松散结合的湿纤维网。为了制造第二层，将第二贮箱中的纤维以及稀释水泵送至同样位于长网造纸机中的次级流浆箱。次级流浆箱定位为使得携主流浆箱的排干水的纤维的成形网在次级流浆箱的下方通过。第二浆料置于来自主流浆箱的已成形的网的顶部并随后从中排水。接着，通过另一系列的真空槽移除水，从而得到包括来自主流浆箱的作为底层的纤维和来自次级流浆箱的作为顶层的纤维的组合单网。随后，用胶乳溶液喷雾这种组合单网以添加有机粘合剂。所述网随后通过经过一系列充满水蒸汽的干燥罐进行干燥。最后，干网绕卷筒卷绕成卷。
表1：多种两层和三层过滤介质的比较
Figure BDA0000115434540000201
三层过滤介质(样品1、4A、4B、5A和5B)包括作为第一层的预过滤层(预过滤单相)、与第一层相邻的作为第二层的主过滤层(顶相主过滤层)和与第二层相邻的另一主过滤层(底相主过滤层)。在与第一层组装前，利用与用于两层介质相同的湿法工艺将第二和第三层同时形成为复合制品。接着，将第一层与该复合制品通过整理进行组装。
实施例2
该实施例描述几种单层和多层过滤介质的形成及其特征。
表2包括具有Beta(x)＝1000的各种对比样品，其中x为约4～4.5微米。对比样品1A具有第一(上游)层和第二(下游)层，第二层具有比第一层细的纤维。对比样品1A的第一和第二层的具体组成列于表4。第一和第二层利用下述的手抄纸协议形成。对比样品2～10为来自Hollingsworthand Vose Company的商品级。如表2所示，所有的对比样品的10微米绝对比容污能力值小于2.7。
表2：多种单层和多层过滤介质的特性
Figure BDA0000115434540000211
表3包括具有Beta(x)＝200的各种对比样品，其中x为约6～7微米。对比样品1B具有与对比样品1A相同的组成，只是第一层和第二层相反。亦即，对比样品1B具有第一(上游)层和第二(下游)层，第一层具有比第二层细的纤维。第一和第二层利用下述的手抄纸协议形成。
对比样品11～18是来自Hollingsworth and Vose Company的商品级。
样品6～9是根据本发明的某些实施方案具有各种物理特征和性能特征的两层过滤介质。
如表2所示，所有的对比样品的10微米绝对比容污能力值小于3.4，而样品6～9的值大于3.4。
表3：多种单层和多层过滤介质的特性
Figure BDA0000115434540000221
在表2和3中标记为“手抄纸”的样品通过湿法手抄纸制造工艺形成。使用标准程序制备手抄纸模。为了形成第一层，使用5mL 25％硫酸将手抄纸模的全部体积酸化至pH 3.0。从该制备的手抄纸模中，得到750mL酸化水并将其置于Waring 1速玻璃搅拌器中。将无级调压器(Variac)设定为60用于制浆级。将4.53克Code 112的纤维和0.5克短切束纤维加入搅拌机并制浆直至分散良好(～60秒)。随后，将纤维和水浆加入手抄纸模的顶部，搅拌所述浆料并随后通过成形网排水。随后在光干燥机上真空干燥湿纸张。
第二层需要在上述的手抄纸方法上进行修改，即将预先形成的第一层用作底层纸张，置于手抄纸模上并且在边缘用吸墨纸支撑。夹下手抄纸模并在模侧仔细添加水以不干扰当前的湿纸张。再次用5mL 25％硫酸酸化水并且抽取750mL用于第二层混合物。将预先称重的2.42克Code 104纤维在Waring 1速玻璃搅拌器中混合～60秒，随后添加至手抄纸模的顶部。仔细搅拌所述浆料以不干扰湿底层，随后通过第一层和成形网使浆料排水。随后在光干燥机上真空干燥该两层手抄纸。
利用实施例1中所述的方法形成样品6和7。
利用造纸工艺形成表2和3中所示的商品级对比样品以及样品8和9。简言之，对于一个层而言，将约1000加仑水加入水力制浆机中，随后加入2夸脱硫酸使pH达到约3.0。在混合物中加入纤维以及1000加仑水，并且将纤维与水浆混合5分钟。随后，将所述浆料与另外4700加仑的水泵送至第一贮箱。
对于二层介质而言，对第二层所需的纤维重复该过程，除了在泵入不同的贮箱之前加入5000加仑水而不是4700加仑水。
将来自第一贮箱的浆料与额外的水和额外的硫酸一起泵送至长网造纸机的主流浆箱，以将pH降至约2.6。使浆料流到造纸机的成形网上并通过重力排水，以及通过一系列的真空槽最终形成通过移动的成形网携走的松散结合的湿纤维网。为了制造第二层，将第二贮箱中的纤维以及稀释水泵送至同样位于长网造纸机中的次级流浆箱。次级流浆箱定位为使得携来自主流浆箱的排干水的纤维的成形网在次级流浆箱的下方通过。第二浆料置于来自主流浆箱的已成形的网的顶部并随后从中排水。接着，通过另一系列的真空槽移除水，从而得到包括来自主流浆箱的作为底层的纤维和来自次级流浆箱的作为顶层的纤维的组合单网。所述组合网随后通过经过一系列充满水蒸汽的干燥罐进行干燥。最后，干网绕卷筒卷绕成卷。
表4：对比样品1A和1B的组成
Figure BDA0000115434540000231
实施例3
该实施例描述几种单层和多层过滤介质的特征。
图2示出各种过滤介质的10微米绝对比容污能力与介质总基重的关系图。基重以log比例尺绘制。
对比样品组19和20分别是两层和三层介质。
样品组10是通过实施例1中描述的湿法工艺形成的两层介质。样品组11是包括预过滤层、第一主过滤层和第二主过滤层的三层介质。第一和第二主过滤层利用实施例1中所述的湿法工艺制造以形成复合制品，随后与预过滤层整理在一起。
如图2所示，样品组10(两层介质)具有比对比样品组19(两层介质)高的10微米绝对比容污能力和低的基重。例如，样品组10的过滤介质具有大于3.4的10微米绝对比容污能力值和小于75g/m2的基重。作为对比，对比样品组19的过滤介质具有小于3.4的10微米绝对比容污能力值和大于75g/m2的基重。
此外，样品组11(三层介质)具有比对比样品组20(三层介质)的过滤介质高的10微米绝对比容污能力和低的基重。例如，样品组11的过滤介质具有大于2.65的10微米绝对比容污能力值。作为对比，对比样品组20的过滤介质具有小于2.65的10微米绝对比容污能力值。样品组11的介质的基重小于对比样品组20的介质的基重。
因此描述了本发明的至少一个实施方案的几个方面，应该认识到本领域技术人员易于想到各种变化、修改和改进。这样的变化、修改和改进预期为本公开内容的一部分，并且预期在本发明的实质和范围内。因此，前述说明和附图只是示例性的。

Claims (40)

1.一种过滤介质，包括：
包含玻璃纤维的第一层，所述第一层中的所述纤维具有第一平均直径；
包含玻璃纤维的第二层，所述第二层中的所述纤维具有第二平均直径，其中所述第二平均直径小于所述第一平均直径；
包含玻璃纤维的第三层，所述第三层中的所述纤维具有第三平均直径，其中所述第三平均直径小于所述第二平均直径，
其中所述第二层与第一过滤层和第三过滤层直接相邻，和
其中所述第二层与所述第一层的归一化阻力比为1∶1～15∶1。
2.权利要求1的过滤介质，其中所述第二层与所述第一层的所述归一化阻力比为1∶1～10∶1。
3.权利要求1的过滤介质，其中所述第二层与所述第一层的所述归一化阻力比为1∶1～5∶1。
4.权利要求1的过滤介质，其中所述第一层包含少于5wt％的合成纤维。
5.权利要求1的过滤介质，其中所述第一层为预过滤层，并且所述第一层的基重大于所述第二层的基重。
6.权利要求1的过滤介质，其中所述第一层、第二层和第三层中的至少其一包含至少90wt％的玻璃纤维。
7.权利要求1的过滤介质，其中所述第一层、第二层和第三层中的至少其一包含至少90wt％的微玻璃纤维。
8.权利要求7的过滤介质，其中所述微玻璃纤维的平均直径为1微米～6微米。
9.权利要求1的过滤介质，其中第一平均直径和第二平均直径之比和/或第三平均直径与第二平均直径之比小于2∶1。
10.权利要求1的过滤介质，其中所述第一层、第二层和第三层中的至少其一具有低于40g/m2的基重。
11.一种液压过滤器元件，包括权利要求1的过滤介质。
12.一种过滤介质，包括：
第一层，其包含至少80wt％的玻璃纤维，其中所述第一层中的所述纤维具有第一平均直径；和
与所述第一层直接相邻的第二层，所述第二层包含玻璃纤维，所述第二层中的所述纤维具有第二平均直径，
其中所述第二平均直径小于所述第一平均直径，和
其中所述第二层与所述第一层的归一化阻力比为1∶1～5∶1。
13.权利要求12的过滤介质，其中所述第一层包含少于5wt％的合成纤维。
14.权利要求12的过滤介质，其中所述第一层包含至少90wt％的玻璃纤维。
15.权利要求12的过滤介质，其中所述第二层包含至少90wt％的玻璃纤维。
16.权利要求12的过滤介质，其中所述第一层和/或所述第二层包含至少90wt％的微玻璃纤维。
17.权利要求12的过滤介质，其中所述第一层为预过滤层，并且所述第一层的基重大于所述第二层的基重。
18.权利要求12的过滤介质，还包括与所述第二层相邻的第三层。
19.权利要求12的过滤介质，其中所述第一层为具有比所述第二层粗的纤维的预过滤层。
20.权利要求12的过滤介质，其中所述第一平均直径和第二平均直径均小于10微米。
21.权利要求12的过滤介质，其中所述第一层和第二层均包含平均直径为1微米～6微米的微玻璃纤维。
22.权利要求12的过滤介质，其中第一平均直径和第二平均直径之比小于2∶1。
23.权利要求12的过滤介质，其中所述第一层和/或第二层具有低于40g/m2的基重。
24.一种过滤介质，包括：
包含玻璃纤维的第一层，所述第一层中的所述纤维具有第一平均直径；
与所述第一层相邻的包含玻璃纤维的第二层，所述第二层中的所述纤维具有第二平均直径；和
与所述第二层相邻的包含玻璃纤维的第三层，所述第三层中的所述纤维具有第三平均直径，
其中所述过滤介质的10微米绝对比容污能力大于约2.65。
25.权利要求24的过滤介质，其中所述过滤介质的10微米绝对比容污能力大于约2.75。
26.权利要求24的过滤介质，其中所述过滤介质的10微米绝对比容污能力大于约3.0。
27.权利要求24的过滤介质，其中所述过滤介质的总基重为约150g/m2以下。
28.权利要求24的过滤介质，其中所述过滤介质的总容污能力为至少约185g/m2。
29.权利要求24的过滤介质，其中至少两层同时形成以形成复合材料。
30.一种过滤介质，包括：
包含玻璃纤维的第一层，所述第一层中的所述纤维具有第一平均直径；和
与所述第一层相邻的包含玻璃纤维的第二层，所述第二层中的所述纤维具有第二平均直径，
其中所述第一层和第二层具有低于75g/m2的组合基重和大于约3.4的10微米绝对比容污能力。
31.权利要求30的过滤介质，其中所述过滤介质的10微米绝对比容污能力大于约4.0。
32.权利要求30的过滤介质，其中所述第一层和第二层具有低于70g/m2的组合基重和大于约3.5的10微米绝对比容污能力。
33.权利要求30的过滤介质，其中所述第一层和/或第二层具有低于40g/m2的基重。
34.权利要求30的过滤介质，其中第一平均直径和第二平均直径之比小于2∶1。
35.权利要求30的过滤介质，还包括与所述第二层相邻的第三层。
36.一种过滤介质，包括：
第一层，其包含至少90wt％的玻璃纤维，所述第一层的基重大于约40g/m2；
与所述第一层相邻的第二层，其包含至少90wt％的玻璃纤维，所述第二层的基重小于约40g/m2；和
与所述第二层相邻的第三层，其包含至少90wt％的玻璃纤维。
37.权利要求36的过滤介质，其中所述第一层和/或第二层包含至少90wt％的微玻璃纤维。
38.权利要求36的过滤介质，其中所述第二层与所述第一层和第三层直接相邻。
39.权利要求36的过滤介质，其中所述第一层、第二层和/或第三层包含至少93wt％的玻璃纤维。
40.一种过滤液体的方法，包括：
使包括颗粒的液体通过过滤介质，所述过滤介质包括：
包含玻璃纤维的第一层，所述第一层中的所述纤维具有第一平均直径；
包含玻璃纤维的第二层，所述第二层中的所述纤维具有第二平均直径，其中所述第二平均直径小于所述第一平均直径；
包含玻璃纤维的第三层，所述第三层中的所述纤维具有第三平均直径，其中所述第三平均直径小于所述第二平均直径，
其中所述第二层与所述第一层和第三层直接相邻，和
其中所述第二层与所述第一层的归一化阻力比为1∶1～15∶1。
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