CN103339307A - 细纤维过滤介质和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了包含纤维网的细纤维产品，以及相关的组合件、系统和方法。在一些实施方案中，本文所述的纤维网可包括细纤维和相对低量的在纤维挤出工艺中形成的降解聚合物。纤维网可用于过滤介质应用。

Description

细纤维过滤介质和方法
技术领域
本发明描述了一种细纤维产品，包括适用于过滤介质的细纤维产品，以及相关的组合件、系统和方法。
背景技术
在各种应用中，可使用过滤介质来除去污染物。根据应用，过滤介质可被设计为具有不同的性能特性。通常，过滤介质可由纤维网形成。纤维网提供允许流体（例如液体或气体）流过过滤介质的多孔结构。流体中所含的污染物颗粒可被捕集在纤维网上。过滤介质的特性（如纤维直径和单位面积重量）影响过滤性能（包括过滤效率和流体流经过滤器的阻力）。
纤维网可通过不同的工艺形成。在熔喷工艺中，纤维网可通过将聚合物材料经模具挤出，并随后用加热的高速气流使所得长丝变细形成。该工艺可生产细纤维，所述细纤维可被收集在移动的收集器带上，在那里它们彼此缠结形成纤维网。在挤出工艺过程中有几个参数可影响所得纤维网的结构和性能特性。挤出工艺的改进可得到具有改进结构和性能特性（如纤维直径减小、表面积增加和/或单位面积重量减小）的纤维网。这种改进可用在许多可使用纤维网的不同领域（如过滤应用中）中。
发明内容
本公开一般性涉及细纤维产品，以及相关的组合件、系统和方法。
在一些实施方案中，提供了一系列纤维网。在一组实施方案中，纤维网包括多根由聚合物材料形成的且平均纤维直径为约0.1微米至约1.5微米的熔喷纤维。纤维网的透气率为约10CFM至约1800CFM，表面积为约0.1m2/g至约6.0m2/g，单位面积重量为约1.0g/m2至约100g/m2，且厚度为约0.0005英寸至约0.04英寸。纤维网还具有小于约1.6个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
在另一组实施方案中，纤维网包括多根由聚合物材料形成的且平均纤维直径为约0.1微米至约0.6微米的熔喷纤维。纤维网的透气率为约10CFM至约1800CFM，表面积为约0.1m2/g至约6.0m2/g，单位面积重量为约1.0g/m2至约100g/m2，且厚度为约0.0005英寸至约0.04英寸。纤维网还具有小于约5个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
在另一组实施方案中，纤维网包括多根平均纤维直径为约0.1微米至约1.5微米的熔喷纤维。纤维网的透气率为约10CFM至约1800CFM，表面积大于约2.0m2/g，单位面积重量为约1.0g/m2至约100g/m2，且厚度为约0.0005英寸至约0.04英寸。
在一些实施方案中，提供了一系列形成纤维网的方法。在一组实施方案中，形成纤维网的方法包括将聚合物材料引入挤出系统，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及在挤出机入口和模具出口之间的加工空间，其中挤出系统包括内径为约4英寸以下的挤出机料筒；并在挤出系统中加工聚合物材料使得聚合物材料在加工空间中的停留时间少于约85分钟。该方法还包括由聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中多根熔喷纤维的平均直径为约0.1微米至约1.5微米，并形成包含多根熔喷纤维的纤维网。
在另一组实施方案中，形成纤维网的方法包括将聚合物材料引入挤出系统，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及体积小于约25000cm3的在挤出机入口和模具出口之间的加工空间。该方法还包括由聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中多根熔喷纤维的平均直径为约0.1微米至约1.5微米，并形成包含多根熔喷纤维的纤维网。
在另一组实施方案中，形成纤维网的方法包括将聚合物材料引入挤出系统，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及在挤出机入口和模具出口之间的加工空间；和在挤出系统中加工聚合物材料使得聚合物材料具有在加工空间中少于约30分钟的停留时间和小于约85lbs/hr的通过量。该方法还包括由聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中多根熔喷纤维的平均直径为约0.1微米至约1.5微米，并形成包含多根熔喷纤维的纤维网。
在另一组实施方案中，形成纤维网的方法包括将聚合物材料引入挤出系统，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及在挤出机入口和模具出口之间的加工空间；和在挤出系统中加工聚合物材料使得聚合物材料具有在加工空间中少于约50分钟的停留时间以及小于约55lbs/hr的通过量。该方法还包括由聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中多根熔喷纤维的平均直径为约0.1微米至约1.5微米，并形成包含多根熔喷纤维的纤维网。
当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新的特征从下面详细描述的本发明各种非限制性实施方案，将变得显见。在本说明书和通过引用并入的文件包含矛盾和/或不一致的公开内容的情况下，以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或两个以上的文件包括彼此矛盾和/或不一致的公开内容，那么以生效日期在后的文件为准。
附图说明
本发明的非限定性实施方案将通过举例的方式参照附图描述，所述附图是示例性的，并非旨在按比例绘制。在图中，每个示出的相同或几乎相同的部件通常是以单一附图标记表示。为清楚起见，在不需要图解来使本领域普通技术人员理解本发明的地方，不是每个组件都被标记，也不是本发明每个实施方案的每个部件都被示出。
图1是示出根据一组实施方案的纤维形成工艺的示意图。
具体实施方式
描述了包括纤维网的细纤维产品，以及相关的组合件、系统和方法。在一些实施方案中，本文所述的纤维网可包括在纤维挤出工艺中形成的相对低量的降解聚合物和细纤维。聚合物降解可导致聚合物颗粒的形成，其可降低用于过滤介质或其他应用的纤维网的性能。聚合物降解可通过例如减少聚合物材料在挤出系统的某些部分中相对高的温度和压力下渡过的时间量（例如停留时间）来减少。影响这种减少的停留时间的因素与形成具有小直径纤维的期望相平衡，所述小直径纤维在某些常规工艺中在较长的停留时间下生产。在一些实施方案中，本文所述的纤维网具有相对低的透气率和相对高的表面积，其可导致提高的性能。还提供了本文所述的制品、方法和系统的其他优点。
本公开描述了几种方法来解决与某些聚合物纤维挤出工艺相关的一些问题。一个问题涉及直径非常小的纤维的形成。根据下面更详细的描述，通常在某些挤出工艺中直径非常小的纤维的形成使用相对低的聚合物通过量。然而，低通过量可导致在挤出工艺中，形成颗粒形式的降解聚合物材料。这种降解可由于聚合物材料经历挤出工艺长时间的相对高温和高压和/或其他条件而引起。随着降解聚合物的量的增加，每单位聚合物生产的纤维减少。对于用于过滤或某些其他应用的纤维网而言，不期望发生这种事情，因为它可导致为了获得与不含降解聚合物而所有其他因素都相同的纤维网相同的性能水平而必须形成具有更高单位面积重量的纤维网。
过去在挤出工艺过程中形成的降解聚合物量的增加有时导致专业人员不得不改变挤出工艺的某些参数以减少降解聚合物的量；然而这些改变可导致形成具有相对大直径的纤维和/或具有不期望性能特性的纤维网。发明人已在本发明的上下文中发现，通过平衡挤出工艺的某些参数和/或通过向用以形成纤维的聚合物材料加入一种或更多种添加剂，可获得具有相对低量的聚合物降解，提高的性能和/或更好的结构特性的细纤维网。可改变的参数和可用以获得该结果的添加剂的实例在下面更详细地描述。
尽管本文提供的许多描述涉及用作过滤介质的纤维网或熔喷产物，应理解在其他实施方案中，纤维网和/或熔喷产物可用在其他应用中。
图1示出了可用在根据本文所述的某些实施方案的形成细纤维方法中的系统1。如该示例性实施方案中所示出的，可将聚合物材料10（如可为粒状形式的树脂）引入搅拌器20中，在这里聚合物材料可任选地与一种或更多种添加剂组合。聚合物材料可随后在箭头22的方向向挤出机25的入口24输送。挤出机包括安装用以旋转的在挤出机料筒27中的挤出机螺杆26。通过螺杆的转动，聚合物材料在挤出机料筒中向下游输送，所述挤出机料筒可被加热到所需的温度来产生聚合物材料的流体流。从挤出机入口到挤出机出口（通常缓慢地）加热聚合物以使聚合物材料更容易地流动。然后聚合物材料的流可流入一个或更多个导管28中，所述导管28以流体连通方式地将挤出机连接到模体30（例如将挤出机出口连接到模体入口）。挤出机入口和模具出口44之间的体积共同地限定了加工空间，所述加工空间具有特定的内部体积，其可用来计算聚合物材料的停留时间，如下面更详细描述的。
如图1中所示例性示出的，熔体泵32可位于导管28和模体之间。熔体泵可有助于控制输送至模体的聚合物通过量（lb/hr）。模体具有影响模体中聚合物材料温度的模具温度，包括连接到模体的喷丝组件（spin pack）40中的聚合物的温度。喷丝组件可包括允许聚合物流向包括一个或更多个孔的模具出口44（例如模具尖端）的一个或更多个通道42。喷丝组件还包括可允许空气或其他气体流向模具尖端的一个或更多个额外通道46。随着熔化的聚合物离开一个或更多个模具出口，在通道46中流动的空气使聚合物变细成纤维。可通过改动工艺空气温度和工艺空气体积来控制纤维的形成。
离开模具出口的一个或更多个孔的聚合物在包括收集器带70的收集器台60上形成熔喷纤维50。纤维直径可部分通过引入通道55的空气或其他气体控制，其可被用来使纤维骤冷。随着聚合物离开模具出口，热的高速空气在模具出口的任一侧冲击聚合物。该空气可使纤维变细成为最终纤维尺寸。骤冷可通过改变骤冷空气的温度和骤冷空气的体积来控制。
收集在收集器带上的纤维可利用抽吸箱74拉向收集器台。收集在收集带上的纤维形成纤维网。可改变从模具尖端到收集器台的距离75来控制纤维网的密度（例如，随着距离增加，纤维速度降低且纤维温度降低，因此纤维堆积较不紧密，得到更蓬松的网）。随着距离的增加，纤维的速度通常降低，制得更蓬松的纤维网。还控制同样影响纤维网的蓬松度的收集器的抽吸。可通过控制收集器带的速度来改变纤维网的单位面积重量和厚度。收集器带将纤维网输送至卷绕机80，在这里纤维网可根据需要进一步加工。
在某些实施方案中，形成纤维网的方法可涉及控制聚合物材料在系统（如图1所示的）的加工空间中的停留时间。停留时间是聚合物材料在加工空间中度过的时间，所述加工空间包括聚合物材料可驻留在挤出机入口和模具出口之间的合并体积，在挤出工艺的温度和压力控制范围内。合并的体积可包括例如挤出机（例如挤出机料筒）、模体和以流体连通方式连接挤出机和模体的任何导管的体积。停留时间可利用如下公式计算：
停留时间=V·ρ/Th        (1)
其中V是上面定义的加工空间体积，ρ是被挤出的聚合物材料的密度，而Th是聚合物材料通过模体的通过量。
不希望受任何理论限制，发明人认为在一些实施方案中，为形成细纤维网，可在挤出工艺中使用相对低的通过量。相对低的通过量使得形成具有小直径的纤维，然而，低通过量还可导致用来形成纤维的一定量聚合物材料降解，这是由于聚合物材料经历长时间（即相对高的停留时间）的相对高的挤出工艺温度和压力所致。降解可导致下面更详细描述的小聚合物颗粒的形成，其可降低纤维网的过滤性能。如果使用相对高的通过量，则聚合物材料的停留时间减少；然而，可形成具有较大直径的纤维。其结果是，在一些实施方案中，用于形成具有低聚合物降解的细纤维的合适工艺可涉及在挤出工艺中平衡聚合物材料的通过量和停留时间。
发明人已在本发明的上下文中意识到，用于降低聚合物材料停留时间，同时获得小纤维直径的一种方法是减小加工空间的体积。由于加工空间包括挤出机入口和模具出口之间的合并体积，加工空间的体积可通过如下方式减少：例如减小挤出机料筒的直径和/或长度，减少连接挤出机和模体的任何导管的数目、直径和/或长度，减少模体内部体积，以及它们的组合。在挤出工艺中使用相对低的加工空间体积可使得在一些实施方案中使用相对低的聚合物通过量，同时仍维持相对低的停留时间。因此，可形成具有相对低聚合物降解的细纤维网。
发明人还已在本发明的上下文中观察到，在一些实施方案中，在加工空间中的聚合物材料的温度，例如，与停留时间相比可对聚合物的降解量具有相对小的影响。本领域普通技术人员可预期聚合物的降解是由于聚合物材料在挤出工艺过程中经历了相对高的温度（和压力）。因此，为减少聚合物降解的量，本领域普通技术人员很可能降低挤出机和/或模体中聚合物材料的温度。本领域普通技术人员不会预期：当使用相对高的加工温度时，结合修改本文提供的某些方法中所述的其他参数，可获得低的聚合物降解量。
如上所述，在一些实施方案中，形成纤维网的方法可包括控制聚合物材料在挤出系统加工空间中的停留时间。在某些实施方案中，停留时间可为约1分钟至约2600分钟。例如，聚合物材料的停留时间可为约1分钟至约1500分钟、约2分钟至约1000分钟、约2分钟至约500分钟、约2分钟至约100分钟、约3分钟至约90分钟、约5分钟至约76分钟、约5分钟至约50分钟、约5分钟至约30分钟、或约1分钟至约15分钟。在一些实施方案中，聚合物材料在加工空间中的停留时间少于约2000分钟、少于约1500分钟、少于约1000分钟、少于约500分钟、少于约200分钟、少于约100分钟、少于约75分钟、少于约50分钟、少于约30分钟、少于约20分钟、少于约15分钟、少于约10分钟或少于约5分钟。也可为停留时间的其他范围和值。
聚合物的通过量范围可为例如约1lb/小时至约200lbs/小时。例如，聚合物通过量可为约1lb/小时至150lbs/小时、约1lb/小时至100lbs/小时、约2lbs/小时至约90lbs/小时、约20lbs/小时至约85lbs/小时、约20lbs/小时至约60lbs/小时、约40lbs/小时至约85lbs/小时或约1lb/小时至20lbs/小时。在一些实施方案中，聚合物通过量可小于约200lbs/小时、小于约150lbs/小时、小于约100lbs/小时、小于约85lbs/小时、小于约60lbs/小时、小于约40lbs/小时、小于约20lbs/小时。在另外的实施方案中，聚合物通过量可大于约20lbs/小时、大于约40lbs/小时、大于约85lbs/小时、大于约100lbs/小时、大于约150lbs/小时或大于约200lbs/小时。也可为聚合物通过量的其他范围和值。
在一些实施方案中，可以改变聚合物材料可驻留的加工空间的体积，例如来获得特定的停留时间。加工空间的体积可为例如约10cm3至约30000cm3、约10cm3至约25000cm3、约10cm3至约20000cm3、约10cm3至约15000cm3、约10cm3至约12000cm3、约10cm3至约10000cm3、约10cm3至约8000cm3、约10cm3至约6000cm3、约10cm3至约4000cm3、约10cm3至约2000cm3、约10cm3至约1000cm3或约10cm3至约500cm3。在一些情况下，加工空间的体积可小于约30000cm3、小于约25000cm3、小于约20000cm3、小于约15000cm3、小于约12000cm3、小于约10000cm3、小于约8000cm3、小于约6000cm3、小于约4000cm3、小于约2000cm3、小于约1000cm3或小于约500cm3。也可为加工空间体积的其他范围和值。
在一些实施方案中，可改变挤出机螺杆的大小（例如，螺杆直径），例如以获得特定的加工空间体积。在一些实施方案中，挤出机螺杆直径可为约0.25英寸至约6.0英寸。例如，挤出机螺杆直径可为约0.25英寸至约5.5英寸、约0.5英寸至约5.0英寸、约1.0英寸至约4.0英寸、约1.0英寸至约3.5英寸或约1.0英寸至约3.0英寸。在一些情况下，挤出机螺杆直径可为约6.0英寸以下、约5.5英寸以下、约5.0英寸以下、约4.5英寸以下、约4.0英寸以下、约3.5英寸以下、约3.0英寸以下、约2.5英寸以下、约2.0英寸以下或约1.5英寸以下。也可为挤出机螺杆直径的其他范围和值。
在一些实施方案中，可改变挤出机料筒的直径（例如料筒内径）并可进行选择以匹配挤出机螺杆尺寸。例如，具有4英寸直径的挤出机螺杆可与具有4.0英寸内径的挤出机料筒相匹配。在一些实施方案中，挤出机料筒的内径可为约0.25英寸至约6.0英寸。例如，挤出机料筒的内径可为约0.25英寸至约5.5英寸、约0.5英寸至约5.0英寸、约1.0英寸至约4.0英寸、约1.0英寸至约3.5英寸或约1.0英寸至约3.0英寸。在一些情况下，挤出机料筒内径可为约6.0英寸以下、约5.5英寸以下、约5.0英寸以下、约4.5英寸以下、约4.0英寸以下、约3.5英寸以下、约3.0英寸以下、约2.5英寸以下、约2.0英寸以下或约1.5英寸以下。也可为挤出机料筒内径的其他范围和值。
在某些实施方案中，可改变挤出机料筒的长度，例如，来获得特定的加工空间体积。在一些实施方案中，挤出机料筒的长度可为约1英尺至约15英尺。例如，挤出机料筒的长度可为约1英尺至约12英尺、约1英尺至约10英尺、约1英尺至约8英尺、约1英尺至约6英尺、约1英尺至约5英尺、约1英尺至约4英尺或约1英尺至约2英尺。在一些情况下，挤出机料筒的长度为约15英尺以下、约12英尺以下、约10英尺以下、约8英尺以下、约6英尺以下、约5英尺以下、约4英尺以下、约3英尺以下或约2英尺以下。也可为挤出机料筒长度的其他范围和值。
在某些实施方案中，可改变挤出机出口和模具入口之间的一个或更多个导管（例如，聚合物材料可驻留的空间）的平均直径，例如，来获得特定的加工空间体积。在一些实施方案中，平均导管直径可为约0.1英寸至约10.0英寸。例如，平均导管直径可为约0.3英寸至约8.0英寸、约0.3英寸至约5.0英寸、约0.1英寸至约3.0英寸、约0.1英寸至约2.0英寸、约0.5英寸至约2.0英寸、约0.1英寸至约1.8英寸、约0.1英寸至约1.6英寸、约0.1英寸至约1.4英寸、约0.1英寸至约1.2英寸、约0.1英寸至约1.0英寸或约0.1英寸至约0.8英寸。在一些情况下，平均导管直径为约10.0英寸以下、约8.0英寸以下、约6.0英寸以下、约4.0英寸以下、约3.0英寸以下、约2.0英寸以下、约1.8英寸以下、约1.6英寸以下、约1.4英寸以下、约1.2英寸以下、约1.0英寸以下、约0.8英寸以下或约0.7英寸以下。也可为平均导管直径的其他范围和值。
在某些实施方案中，可改变挤出机出口和模具入口之间的一个或更多个导管（例如，聚合物材料可驻留的空间）的组合长度，例如，来获得特定的加工空间体积。在一些实施方案中，组合导管长度可为约0.5英尺至约75英尺。例如，组合导管长度可为约5英尺至约50英尺、约5英尺至约40英尺、约5英尺至约30英尺、约10英尺至约25英尺、约5英尺至约25英尺、约5英尺至约20英尺、约5英尺至约15英尺、约1英尺至约12英尺、约1英尺至约10英尺、约1英尺至约8英尺。在一些情况下，组合导管长度为约75英尺以下、约50英尺以下、约40英尺以下、约30英尺以下、约25英尺以下、约20英尺以下、约15英尺以下、约12英尺以下、约10英尺以下、约8英尺以下或约6英尺以下。也可为组合导管长度的其他范围和值。
在一些实施方案中，可改变聚合物材料可驻留的模体（包括喷丝组件）的体积。模体的体积可为例如约300cm3至约15000cm3、约300cm3至约13000cm3、约300cm3至约11000cm3、约300cm3至约9000cm3、约300cm3至约6000cm3、约300cm3至约4000cm3、约300cm3至约2000cm3、约300cm3至约1000cm3、约300cm3至约600cm3。在一些情况下，模体体积为15000cm3、小于约13000cm3、小于约10000cm3、小于约8000cm3、小于约6000cm3、小于约4000cm3、小于约2000cm3、小于约1000cm3或小于约600cm3。也可为模具体积的其他范围和值。
在一些实施方案中，本文所述的挤出工艺可包括特定的模具温度范围和值。通常，可选择模具温度来适当地软化（例如熔化）待形成纤维的聚合物材料。在一些实施方案中，模具温度为约400°F至约630°F。例如，模具温度为约410°F至约600°F、约410°F至约580°F、约420°F至约550°F、约420°F至约500°F或约530°F至约550°F。在某些实施方案中，模具温度可大于约400°F、大于约420°F、大于约440°F、大于约460°F、大于约480°F或大于约500°F。在其他实施方案中，模具温度可小于约630°F、小于约550°F、小于约530°F、小于约520°F、小于约500°F或小于约450°F。也可为模具温度的其他范围和值。
挤出机料筒的温度通常从挤出机的入口到挤出机的出口是可改变的以允许聚合物材料更容易地流动。挤出机料筒中用来加热聚合物材料的最低温度可为例如至少约300°F、至少约350°F、至少约400°F或至少约420°F。挤出机料筒的最高温度可为例如约400°F至约630°F。例如，挤出机料筒的最高温度可为约410°F至约600°F、约410°F至约580°F、约420°F至约550°F、约420°F至约480°F或约420°F至约500°F。在某些实施方案中，挤出机料筒的最高温度可大于约400°F、大于约420°F、大于约440°F、大于约460°F、大于约480°F或大于约500°F。在其他实施方案中，挤出机料筒的最高温度可低于约630°F、低于约550°F、低于约500°F或低于约450°F。在一些实施方案中，挤出机料筒的最高温度至少比模体温度低约10°F、低约20°F、低约30°F或低约40°F。也可为挤出机料筒温度的其他范围和值。
还可改变加工空气的温度。在一些实施方案中，加工空气的温度可为约400°F至约630°F，例如，加工空气的温度可为约410°F至约600°F、约410°F至约580°F、约420°F至约550°F、约440°F至约530°F或约420°F至约500°F。也可为加工空气温度的其他范围和值。
在一些实施方案中，可期望改变加工空气体积。如上所述，加工空气是形成纤维的模具尖端的任一侧的加热空气。该加热空气（通常与模具尖端的温度相同）冲击纤维并帮助纤维变细成最终纤维的尺寸。认为在一些实施方案中，随着空气体积的增加，纤维直径可减小。加工空气体积可适当地选择。在一些实施方案中，加工空气体积可为约1000磅/小时·米（lbs/hr·m）至约4000lbs/hr·m。例如，加工空气体积可为约1500lbs/hr·m至约3800lbs/hr·m、约2500lbs/hr·m至约3750lbs/hr·m或约3000lbs/hr·m至约3500lbs/hr·m。也可为加工空气体积的其他范围和值。
还可改变骤冷空气的温度。在一些实施方案中，骤冷空气的温度为可约0°F至约200°F。例如，骤冷空气的温度为可约0°F至约150°F、约0°F至约100°F、约0°F至约75°F、约0°F至约50°F、约0°F至约30°F或约0°F至约20°F。也可为骤冷空气温度的其他范围和值。
在一些实施方案中，可有利地改变骤冷空气的体积。在一些实施方案中，骤冷空气体积可为约0磅/小时（lbs/hr）至约750lbs/hr。例如，骤冷空气体积可为约0lbs/hr至约500lbs/hr、约0lbs/hr至约250lbs/hr或约0lbs/hr至约150lbs/hr。也可为骤冷空气体积的其他范围和值。
模具出口（例如孔）的尺寸和每英寸模具的出口数目通常可根据需要选择。在一些实施方案中，模具每英寸可具有约35个0.0125”的孔。在某些实施方案中，模具每英寸可具有约70个0.007”的孔。在一些实施方案中，模具可具有每英寸约25个孔至每英寸约250个孔。在某些情况下，模具可包含每英寸约35个孔以上、每英寸约50个孔以上或每英寸约70个孔以上。可任选地使用其他的模具。
在一些实施方案中，可改变从模具尖端到收集器的距离。从模具尖端到收集器的距离可为例如约3英寸至约80英寸。例如，从模具尖端到收集器的距离可为约3英寸至约50英寸、约4英寸至约40英寸、约5英寸至约25英寸或约6英寸至约15英寸。也可为从模具尖端到收集器距离的其他范围和值。
可适当地选择由抽吸箱产生的真空水平。在一些实施方案中，真空水平可为约1英寸水至约60英寸水。例如，真空水平可为约10英寸水至约50英寸水、约20英寸水至约40英寸水、约20英寸水至约30英寸水或约30英寸水至约40英寸水。
收集器带移动的线速度可根据需要选择以形成纤维网。在一些实施方案中，收集器带移动的线速度可为约1英尺/分钟至约400英尺/分钟。例如，收集器带移动的线速度可为约10英尺/分钟至约200英尺/分钟、约50英尺/分钟至约150英尺/分钟、约50英尺/分钟至约100英尺/分钟或约75英尺/分钟至约150英尺/分钟。
应理解，上述参数的值和范围可以不同的组合使用以控制挤出工艺中纤维的形成。例如，在一些实施方案中，可使用相对低的停留时间和相对低的通过量以形成细纤维。例如，在一组实施方案中，一种方法可包括使聚合物材料经历小于约30分钟的停留时间和小于约85lbs/hr的通过量。在另一组实施方案中，聚合物材料可具有小于约50分钟的停留时间和小于约55lbs/hr的通过量。在一些实施方案中，如下面更详细的描述，使用这些或其他的参数，可形成具有相对低的颗粒表面密度的纤维网。
在一些实施方案中，在挤出工艺中改变上述参数，和/或使用一种或更多种本文所述的添加剂，可导致在纤维形成过程中基本没有或相对低量的聚合物降解。在一些情况下，该工艺可用来形成细纤维，如具有本文所述的范围之一的直径（例如平均直径为约0.1微米至约1.5微米、或约0.1微米至约0.6微米）的细纤维。不希望受任何理论的限制，发明人认为使用于形成纤维的聚合物材料在挤出系统中经历延长时间段的相对高的温度和压力可导致聚合物材料降解。降解可包括断链（即聚合物链缩短以产生较低分子量的聚合物），和/或其他形式的分解（例如化学分解、热分解、电离）。作为聚合物降解的结果，可形成小聚合物颗粒。这些颗粒可具有与用于形成纤维的聚合物材料相同的化学组成（但具有较低的分子量），或者可以是用于形成纤维的聚合物材料的衍生物。该颗粒可与各种构造的纤维网相关联。例如，颗粒可存在于纤维的表面、纤维网的表面、纤维网的中心或它们的组合。如上所述，随着降解聚合物的量增加，每单位聚合物生产的纤维减少。例如对于用于过滤的纤维网，不希望这种情况发生，因为它可导致增加的单位面积重量来获得与不含降解聚合物而所有其他因素都相同的纤维网相同的性能水平。
所形成的聚合物颗粒的形状和尺寸可改变，在一些情况下，颗粒甚至可团聚以形成大颗粒。应理解，本文所述的聚合物颗粒与纤维不同。聚合物颗粒是非纤维性的，且通常具有小于50:1的长径比（即长度与最大截面尺寸之比）且最大的截面尺寸为至少0.2mm。在一些实施方案中，颗粒的最大截面尺寸可为约0.2mm以上、约0.5mm以上、约1.0mm以上、约1.5mm以上、约2.0mm以上、约2.5mm以上、约3.0mm以上、约3.5mm以上、约4.0mm以上、约4.5mm以上、约5.0mm以上、约5.5mm以上、约6.0mm以上、约6.5mm以上、约7.0mm以上、约7.5mm以上、约8.0mm以上、约8.5mm以上、约9.0mm以上、约9.5mm以上或约10.0mm以上。也可为颗粒尺寸的其他值或范围。
在某些实施方案中，在纤维挤出工艺中形成的颗粒的平均分子量可小于用于形成纤维的聚合物平均分子量的约1/2。例如，在纤维挤出工艺中形成的颗粒平均分子量可小于1/8、小于约1/64或小于约1/200的用于形成纤维的聚合物平均分子量。也可为与纤维网相关的颗粒的其他分子量的值。
在一些实施方案中，本文所描述的纤维网在其表面上可包含相对低数量的颗粒或基本没有颗粒。颗粒的数量可通过测定纤维网上的颗粒表面密度（即每单位面积纤维网表面在纤维网表面上的颗粒数）而测量。例如，纤维网的颗粒表面密度可为小于约12.0个颗粒/平方英寸、小于约11.5个颗粒/平方英寸、小于约11.0个颗粒/平方英寸、小于约10.5个颗粒/平方英寸、小于约10.0个颗粒/平方英寸、小于约9.5个颗粒/平方英寸、小于约9.0个颗粒/平方英寸、小于约8.5个颗粒/平方英寸、小于约8.0个颗粒/平方英寸、小于约7.5个颗粒/平方英寸、小于约7.0个颗粒/平方英寸、小于约6.5个颗粒/平方英寸、小于约6.0个颗粒/平方英寸、小于约5.5个颗粒/平方英寸、小于约5.0个颗粒/平方英寸、小于约4.5个颗粒/平方英寸、小于约4.0个颗粒/平方英寸、小于约3.5个颗粒/平方英寸、小于约3.0个颗粒/平方英寸、小于约2.7个颗粒/平方英寸、小于约2.5个颗粒/平方英寸、小于约2.2个颗粒/平方英寸、小于约2.0个颗粒/平方英寸、小于约1.8个颗粒/平方英寸、小于约1.6个颗粒/平方英寸、小于约1.5个颗粒/平方英寸、小于约1.3个颗粒/平方英寸、小于约1.0个颗粒/平方英寸、小于约0.8个颗粒/平方英寸、小于约0.5个颗粒/平方英寸、小于约0.3个颗粒/平方英寸，其中各个颗粒具有前述范围和值之一的最大截面尺寸。例如，在一个特定的实施方案中，纤维网具有小于约3.0个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中每个颗粒具有约0.2mm以上的最大截面尺寸。在该实施方案中，即使纤维网可包含一些最大截面尺寸小于约0.2mm的颗粒，但是这些颗粒不计入计算颗粒表面密度中。在另一个实施方案中，纤维网的颗粒表面密度小于约3.0个颗粒/平方英寸，其中每个颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。在该实施方案中，即使纤维网可包含一些最大截面尺寸小于约1.0mm的颗粒，但是这些颗粒不计入计算颗粒表面密度中。也可为特定尺寸范围和值的其他颗粒表面密度。
可如下测量单位面积纤维网的颗粒数。纤维网的样品可与碳纸和白色标准复印纸层叠在一起，其中碳纸置于纤维网和复印纸之间。复合结构可放置于连续的压带机中，采用如下条件：线速度为2.5米/分钟，压力为6巴，温度为约68°F至80°F（室温）。暴露在这些条件下之后，降解的聚合物颗粒（如果存在）可位于相对于纤维而言升高的位置上，并在底层的复印纸上显示为小“点”。如果需要检测较暗的图像，可用标准复印机使碳图像变暗来影印复印纸。该复印纸图像可用标准图像软件扫描，可使用软件（例如，ImageJ软件可在http://rsbweb.nih.gov/ij/下载）来测定图像上“点”的数目。这些“点”可以以像素测量，每个像素可关联一定的尺寸以确定颗粒的尺寸和数目。例如，1像素可对应0.2646mm，所以图像上大小为1像素的“点”可对应于最大尺寸为0.2646mm的颗粒；图像上大小为4像素的“点”可对应于最大尺寸为1.1mm的颗粒。像素大小可根据所用图像的硬件和/或软件而改变。为计算颗粒表面密度，其中每个颗粒具有例如约1.0mm以上的最大截面尺寸，只有大小为至少4像素（例如，最大截面尺寸约1.0mm以上）的“点”会被计数。这个数目可除以用来计数颗粒的纤维网面积来测得颗粒的表面密度。在这个特定的实例中，虽然纤维网可包括一些最大截面尺寸小于约1.0mm的颗粒，为了该特定计算的目的这些颗粒也不计入内。
在一些实施方案中，具有上述颗粒表面密度的值或范围的纤维网还可具有一个或多个下面描述的特点或性能特性的值和范围。
在一些实施方案中，纤维网的层中至少5%（例如至少7%、至少10%、至少15%、至少20%、至少25%、至少50%、至少60%或至少75%）的纤维在基本垂直于层表面的方向上延伸至少0.3微米的距离。
本文所述的纤维网可由平均直径为约0.1微米至约1.5微米的纤维形成。例如，纤维网可包含具有如下平均直径的纤维（例如熔喷纤维）：约0.1微米至约1.3微米、约0.1微米至约1.2微米、约0.1微米至约1.0微米、约0.25微米至约1.0微米、约0.1微米至约0.8微米、约0.1微米至约0.7微米、约0.1微米至约0.6微米、约0.1微米至约0.5微米或约0.1微米至约0.4微米。在一些实施方案中，纤维网中纤维（例如熔喷纤维）的平均直径可为约1.5微米以下、约1.4微米以下、约1.3微米以下、约1.2微米以下、约1.1微米以下、约1.0微米以下、约0.9微米以下、约0.8微米以下、约0.7微米以下、约0.6微米以下、约0.5微米以下、约0.4微米以下或约0.3微米以下。在另外的实施方案中，纤维网中纤维（例如熔喷纤维）的平均直径可大于约0.2微米、大于约0.4微米、大于约0.6微米、大于约0.8微米、大于约1.0微米或大于约1.2微米。如本文所用的，纤维直径使用扫描电子显微镜测量。
用在本文所述纤维网中的特定纤维（例如平均纤维直径为约1.0微米的熔喷纤维）通常具有与它相关联的纤维直径的标准偏差。纤维直径的标准偏差可取决于用于形成纤维的特定工艺。例如，熔喷纤维的纤维直径标准偏差通常大于约0.20微米（例如，通常大于约0.70微米），而电纺纤维的纤维直径标准偏差通常小于约0.20微米（例如，通常小于约0.10微米）。
在一些实施方案中，本文所述纤维（例如熔喷纤维）的纤维直径标准偏差可大于约0.15微米、大于约0.20微米、大于约0.25微米、大于约0.30微米、大于约0.35微米、大于约0.40微米、大于约0.45微米、大于约0.50微米、大于约0.55微米、大于约0.60微米、大于约0.65微米、大于约0.70微米、大于约0.75微米或大于约0.80微米。在某些实施方案中，本文所述纤维（例如熔喷纤维）的纤维直径标准偏差可小于约1.0微米、小于约0.90微米、小于约0.80微米、小于约0.70微米、小于约0.60微米、小于约0.50微米、小于约0.40微米、小于约0.30微米或小于约0.20微米。也可为其他范围。也可为上述范围的组合（例如，标准偏差大于约0.15微米且小于约0.70微米）。在一些实施方案中，标准偏差可使用至少为18的样品总数来计算。在另外的实施方案中，用来计算标准偏差的样品总数可至少为25、至少为50或至少为100。
在一些情况下，本文所述的纤维（例如熔喷纤维）具有特定的平均纤维直径与纤维直径标准偏差的比率。例如，具有0.38微米平均直径与0.53微米标准偏差的纤维可具有1:1.4的平均纤维直径与纤维直径标准偏差的比率。在一些实施方案中，本文所述的纤维的平均纤维直径与纤维直径标准偏差的比率可小于约5.0:1.0（例如4.5:1.0）、小于约4.0:1.0、小于约3.0:1.0、小于约2.0:1.0或小于约1.0:1.0（例如0.7:1.0）。在某些实施方案中，本文所述纤维的平均纤维直径与纤维直径标准偏差的比率可大于约0.5:1.0、大于约0.6:1.0、大于约0.7:1.0、大于约0.8:1.0、大于约0.9:1.0、大于约1.0:1.0、大于约1.5:1.0。也可为其他范围。也可为上述范围的组合（例如，比率小于约5.0:1.0并大于约0.7:1.0）。
纤维网通常可具有任意合适的厚度。在一些实施方案中，纤维网具有约0.0005英寸至约0.040英寸的厚度。比如，纤维网的厚度可为约0.001英寸至约0.030英寸、约0.001英寸至0.020英寸、约0.002英寸至约0.010英寸或约0.002英寸至约0.020英寸。在一些情况下，纤维网的厚度可为小于约0.040英寸、小于约0.030英寸、小于约0.020英寸或小于约0.010英寸。在其他实例中，纤维网的厚度可为大于0.0010英寸、大于约0.0050英寸、大于约0.010英寸、大于约0.020英寸或大于约0.030英寸。如本文所涉及的，厚度是根据ASTM D1777标准确定。
在某些实施方案中，本文所述的纤维网的整个纤维网的厚度具有较高的一致性（低变率）。例如，厚度在整个纤维网的变率可为约6.0标准偏差以下、约5.5标准偏差以下、约5.0标准偏差以下、约4.5标准偏差以下、约4.0标准偏差以下、约3.5标准偏差以下、约3.0标准偏差以下、约2.5标准偏差以下、约2.0标准偏差以下、约1.5标准偏差以下、约1.0标准偏差以下或约0.5标准偏差以下。也可为其他的厚度变率值。厚度变率可通过在整个纤维网上进行统计学上大量次数的测量而确定。
纤维网的单位面积重量通常可根据需要选择。在一些实施方案中，纤维网的单位面积重量可为约1.0g/m2至约100g/m2。例如，纤维网的单位面积重量可为约1.0g/m2至约70g/m2、约2.0g/m2至约70g/m2、约3.0g/m2至约30g/m2、约1.0g/m2至约50g/m2、约1.0g/m2至约30g/m2、约2.0g/m2至约30g/m2、约3.0g/m2至约30g/m2或约3.0g/m2至约20g/m2。在一些实施方案中，纤维网的单位面积重量大于约1g/m2（例如、大于约2.0g/m2、大于约3.0g/m2、大于约4.0g/m2、大于约5.0g/m2、大于约10g/m2、大于约25g/m2），和/或小于约100g/m2（例如小于约90g/m2、小于约75g/m2、小于约30g/m2、小于约20g/m2、小于约10g/m2）。如本文所涉及的，单位面积重量根据ASTM D3776确定。
在某些实施方案中，本文所述的纤维网的整个纤维网的单位面积重量具有较高的一致性（低变率）。例如，整个纤维网的单位面积重量变率可为约6.0标准偏差以下、约5.5标准偏差以下、约5.0标准偏差以下、约4.5标准偏差以下、约4.0标准偏差以下、约3.5标准偏差以下、约3.0标准偏差以下、约2.5标准偏差以下、约2.0标准偏差以下、约1.5标准偏差以下、约1.0标准偏差以下或约0.5标准偏差以下。也可为单位面积重量变率的其他的值。单位面积重量变率可通过在整个纤维网上进行统计学上大量次数的测量而确定。
在某些实施方案中，本文所述的纤维网可具有相对高的表面积。在某些实施方案中，纤维网可具有约0.1m2/g至约6.0m2/g的表面积。例如，纤维网的表面积可为约0.1m2/g至约6.0m2/g、约0.5m2/g至约6.0m2/g、约1.0m2/g至约6.0m2/g、约1.3m2/g至约6.0m2/g、约1.5m2/g至约6.0m2/g、约1.7m2/g至约6.0m2/g、约1.8m2/g至约6.0m2/g、约2.0m2/g至约6.0m2/g或约2.5m2/g至约6.0m2/g。在一些情况下，纤维网的表面积为约1.0m2/g以上、约1.3m2/g以上、约1.5m2/g以上、约1.6m2/g以上、约1.7m2/g以上、约1.8m2/g以上、约1.9m2/g以上、约2.0m2/g以上、约2.1m2/g以上、约2.2m2/g以上、约2.3m2/g以上、约2.4m2/g以上、约2.5m2/g以上、约2.6m2/g以上、约2.7m2/g以上、约2.8m2/g以上、约2.9m2/g以上或约3.0m2/g以上。如本文所测定的，表面积通过使用标准BET表面积测量技术来测量。BET表面积是根据国际电池理事会标准（Battery Council International Standard）BCIS-03A的“推荐电池材料规格阀控式重组电池（Recommended Battery MaterialsSpecifications Valve Regulated Recombinant Batteries）”第10节测量的，第10节是“重组电池隔膜垫表面积的标准试验方法（Standard TestMethod for Surface Area of Recombinant Battery Separator Mat）”。根据这项技术，利用氮气使用BET表面分析仪（例如，Micromeritics GeminiIII2375表面积分析仪）经吸附分析来测量BET表面积；样品在3/4”管中的量为0.5克至0.6克；以及使样品在75℃脱气最少3小时。
也可改变纤维网的平均孔径。在一些实施方案中，纤维网的平均孔径为约1微米至约30微米。例如，平均孔径可为约1微米至约20微米、约1微米至约15微米、约5微米至约15微米、约1微米至约10微米或约5微米至约15微米。在某些实施方案中，平均孔径可小于约30微米、小于约25微米、小于约20微米、小于约15微米、小于约10微米或小于约5微米。在其他实施方案中，平均孔径可大于约5微米、大于约10微米、大于约15微米、大于约20微米、大于约25微米或大于约30微米。也可为平均孔径的其他值和范围。如本文所用的，平均孔径根据标准ASTMF-316-80方法B,BS6410，例如利用Porous Materials Inc.制造的毛细管流动孔径分析仪（Capillary Flow Porometer）来测量。
通常，纤维网由一种或更多种聚合物形成。示例性聚合物包括聚烯烃（例如，聚丙烯）、聚酯（例如，聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯）、聚酰胺（例如，尼龙）、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚苯乙烯、聚氨酯（例如，热塑性聚氨酯）。任选地，所述聚合物可以含有氟原子。这种聚合物的示例包括PVDF和PTFE。可使用的具体聚合物的实例包括LyondellBasell制造的聚丙烯（MF650Y）、Total Petrochemicals制造的聚丙烯（3962）、Exxon制造的聚丙烯（PP3546G和ACHV6936G1MetocenePP）、Borealis制造的聚丙烯（HL512FB）、Ticona制造的聚酯（PBT）（HB85151M1CX2008）和BASF制造的尼龙（Ultramid B3SQ661）。也可使用其他适用于挤出工艺的聚合物。
在一些实施方案中，纤维网包含一种或更多种添加剂，如粘合剂、润滑剂、增滑剂、表面活性剂、偶联剂、交联剂等等。在某些实例中，可使用一种或更多种添加剂来减少或消除在纤维网上或在纤维网中形成的聚合物颗粒的数量。
通常，纤维网包括小重量百分比的添加剂。例如，纤维网可包括少于约10%、少于约8、少于约6%、少于约5%或少于约4%的添加剂。在一些情况下，纤维网可包括约1%至约10%、约1%至约8%、约1%至约5%或约1%至约2.5%的添加剂。在某些实施方案中，纤维网可包括少于约5%、少于约3%、少于约2%或少于约1%的如下所述的脂肪酸添加剂。在一些实施方案中，添加剂可在聚合物材料处于熔融（例如融化）状态时，加入用于形成纤维的聚合物材料中。在其他实施方案中，添加剂在纤维形成后涂布纤维。
在一些实施方案中，纤维网可包括脂质形式的添加剂（例如增滑剂或其他类型的添加剂）。在一些情况下，添加剂包含脂肪酸（例如，饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸）。在某些实施方案中，脂肪酸包括酰胺基团（例如脂肪酸酰胺）。脂肪酸纤维的非限制性实例包括硬脂酰胺、山萮酸酰胺、芥酸酰胺、N-(2-乙基)芥酸酰胺（N-(2-hdriethyl)erucamide）、月桂酰胺、N,N’-亚乙基-双油酰胺、N,N’-亚乙基双硬脂酰胺、油酰胺、油基棕榈酰胺、硬脂基芥酸酰胺、牛脂酰胺、花生四烯酸乙醇酰胺（arachidonylethanolamide）、N-花生四烯酸马来酰亚胺（N-arachidonylmaleimide），它们的混合物以及它们的衍生物。
可使用的具体添加剂的实例包括由Standridge Color Corp.提供的供应商方面编号22686的添加剂，和由Standridge Color Corp.提供的供应商方面编号10SAM1044的添加剂。
在某些实施方案中，添加剂呈具有Cn（碳）链的脂肪酸形式，其中n是整数。在一些情况下，n是2以上、4以上、6以上、8以上、10以上、12以上、14以上、16以上、18以上、20以上、22以上、24以上、26以上、28以上、30以上、32以上、34以上、36以上、38以上或40以上。在其他情况下，n小于或等于50、小于或等于45、小于或等于40、小于或等于35、小于或等于40、小于或等于35、小于或等于30、小于或等于25、小于或等于20、小于或等于15、小于或等于10，或者小于或等于5。
本文所述的纤维网可具有不同的性能特性。在一些情况下，纤维网具有使它们可以适合于过滤介质用途的性能特性。
在一些实施方案中，本文所述的用于形成熔喷纤维的方法可得到具有相对低透气率的纤维网。例如，纤维网的透气率可小于约1800立方英尺/分钟/平方英尺（CFM）、小于约1500CFM、小于约1300CFM、小于约1000CFM、小于约900CFM、小于约800CFM、小于约750CFM、小于约700CFM、小于约600CFM、小于约500CFM、小于约400CFM、小于约300CFM、小于约200CFM、小于约100CFM或小于约50CFM。然而一般而言，纤维网的透气率可在约10CFM至约1800CFM（例如，10CFM至约1500CFM、10CFM至约1000CFM、10CFM至约750CFM、40CFM至约750CFM、10CFM至约600CFM、10CFM至约500CFM、10CFM至约400CFM、10CFM至约300CFM、10CFM至约200CFM、10CFM至约100CFM或10CFM至约50CFM）变化。也可为其他的范围。如这里所用的，透气率根据标准ASTM D737-75测量。
本文所述的纤维网可具有不同范围的NaCl颗粒过滤效率。NaCl颗粒过滤效率为[1-(C/C0)]*100%，其中C是经过过滤网之后的NaCl颗粒浓度，而C0是经过过滤器前的NaCl颗粒的浓度。为测量NaCl颗粒的过滤效率，利用配备有氯化钠发生器的来自TSI,Inc.的自动过滤测试装置TSI8130CertiTest(TM)，100平方厘米表面积的纤维网可用如下NaCl（氯化钠）颗粒测试：质量平均直径为0.26微米，几何标准偏差小于1.83，浓度15至20mg/cm3，面速度为5.3厘米/秒。该仪器测量整个纤维网的压降（例如，气流阻力）和在流速小于或等于115升每分钟（lpm）的瞬时基础上所得的渗透值。瞬时读数可定义为1压降/渗透测量值。该试验描述在ASTM D2986-91中。
本文所述的纤维网可具有约0.0001%至约99.97%的NaCl颗粒过滤效率。例如，NaCl颗粒过滤效率可为约0.001%至约99.97%、约0.01%至约99.97%、约0.1%至约99.97%、约1%至约99.97%、约10.0%至约99.97%、约40.0%至约99.97%、约60.0%至约99.97%或约85.0%至约99.97%。在一些情况下，NaCl颗粒过滤效率为大于约10.0%、大于约20.0%、大于约30.0%、大于约40.0%、大于约50.0%、大于约60.0%、大于约70.0%、大于约80.0%、大于约90.0%、大于约95.0%、大于约97.0%、大于约98.0%、大于约99.0%、大于约99.5%、大于约99.9%，或大于约99.97%。也可为NaCl颗粒过滤效率的其他范围和值。
在一些情况下，本文所述的纤维网可具有约0.1mm H2O至约50.0mm H2O的气流阻力。例如，气流阻力可为约0.1mm H2O至约40.0mmH2O、约0.1mm H2O至约30.0mm H2O、约0.1mm H2O至约20.0mmH2O、约0.1mm H2O至约10.0mm H2O、约0.3mm H2O至约5.0mmH2O、约0.3mm H2O至约3.5mm H2O、约0.3mm H2O至约3.0mm H2O、约0.1mm H2O至约2.5mm H2O或约0.1mm H2O至约2.0mm H2O。在一些情况下，纤维网的气流阻力为小于约50.0mm H2O、小于约40.0mmH2O、小于约30.0mm H2O、小于约20.0mm H2O、小于约10.0mm H2O、小于约5.0mm H2O，或小于约2.5mm H2O。在其他情况下，纤维网的气流阻力是大于约1.0mm H2O、大于约2.5mm H2O、大于约5.0mm H2O、大于约10.0mm H2O、大于约20.0mm H2O、大于约30.0mm H2O或大于约40.0mm H2O。也可为气流阻力的其他范围和值。如本文所用的，气流阻力根据如上所述的标准ASTM D2986-91测量。
应理解，具有上述特征和性能特性的值和范围的本文所述纤维网可利用上述参数的不同组合来控制挤出工艺中的纤维形成而形成。例如，在一些实施方案中，方法包括使用来形成纤维的聚合物材料经历小于约85分钟的停留时间，并使用内径为约4英寸以下的挤出机料筒，可得到小直径（例如，平均直径约1.0微米以下、约0.8微米以下或约0.6微米以下）的纤维，相对高的表面积（例如，约1.8m2/g以上、约2.0m2/g以上或约2.2m2/g以上）的纤维网和/或具有相对低量的聚合物降解（例如，聚合物颗粒的表面密度小于约5.0个颗粒/平方英寸、小于约3.0个颗粒/平方英寸、小于约2.0个颗粒/平方英寸、小于约1.6个颗粒/平方英寸、小于约1.0个颗粒/平方英寸、小于约0.8个颗粒/平方英寸、小于约0.5个颗粒/平方英寸或小于约0.3个颗粒/平方英寸，其中每个颗粒具有1.0mm以上的最大截面尺寸）的纤维网。在其他的实施方案中，形成纤维的方法包括使用于形成纤维的聚合物材料经历体积小于约25000cm3、小于约15000cm3、小于约9000cm3的加工空间可得到具有这些特性的纤维和/或纤维网。
还应理解，本文所述的纤维网可具有单层或多层。在纤维网包含多于一层的实施方案中，在一些情况下，每层纤维网可通过本文所述的工艺形成。在其他情况下，纤维网的至少一层或至少两层可通过本文所述的工艺形成。同样的，在纤维网包含多于一层的实施方案中，在一些情况下，每层纤维网可具有在本文所述的一个或更多个范围内的一个或更多个特性（例如，颗粒表面密度、纤维直径、纤维直径标准偏差、厚度、在整个纤维网的厚度变率、单位面积重量、在整个纤维网的单位面积重量变率、表面积、平均孔径、聚合物类型、添加剂的存在或性能特性）。在其他的情况下，纤维网的至少一层或至少两层可具有在本文所述的一个或更多个范围内的一个或更多个特性（例如，颗粒表面密度、纤维直径、纤维直径标准偏差、厚度、在整个纤维网的厚度变率、单位面积重量、整个纤维网的单位面积重量变率、表面积、平均孔径、聚合物类型、添加剂的存在或性能特性）。
在某些实施方案中，本文所述的纤维网可与一个或更多个其他的部件如基底和/或纱布（scrim），任选地与粘合剂组合。基底、纱布和粘合剂的实例描述在2008年11月7日提交的题为“Meltblown Filter Medium”的美国公开第2009/0120048号中，其就所有目的而言通过引用将其全部内容并入本文。
在一些情况下，可将纤维网或包含纤维网的复合物充电。通常可使用多种技术的任一种来为纤维网或包含纤维网的复合物充电以形成驻极体网（electret web）。实例包括交流和/或直流电晕放电。在一些实施方案中，复合物可经历至少1kV/cm（例如，至少5kV/cm、至少10kV/cm），和/或至多30kV/cm（例如，至多25kV/cm、至多20kV/cm）的放电。例如，在某些实施方案中，复合物可经历1kV/cm至30kV/cm（例如，5kV/cm至25kV/cm、10kV/cm至20kV/cm）的放电。例如在美国专利号5,401,446中公开了示例性的方法，其在不抵触本公开的程度上通过引用并入本文。
在一些实施方案中，本文所述的纤维网可为过滤元件的一部分。过滤元件的实例包括燃气轮机过滤元件、重载空气过滤元件、汽车空气过滤器元件、HVAC空气过滤元件、HEPA过滤元件、真空袋过滤元件、燃料过滤元件和油过滤元件。这些过滤元件可被纳入相应的过滤系统中（燃气轮机的过滤系统、重载空气过滤系统、汽车空气过滤系统、HVAC空气过滤系统、HEPA过滤系统、真空袋过滤系统、燃料过滤系统和油过滤系统）。真空过滤袋系统通常用在家用吸尘器中。在这些实施方案中，过滤介质可任选地通过用熔喷材料涂覆纸而制备。在某些实施方案中，过滤介质可利用湿法成网或干法成网产物（例如纤维素、聚合物、玻璃）制备。过滤介质可任选打褶成多种构造的任一种（例如，板、圆柱形）。过滤介质的实例更详细地描述在2008年11月7日提交的题为“Meltblown FilterMedium”的美国申请号2009/0120048中，其就所有目的而言通过引用将其全部内容并入本文。
下列实施例是示例性的而并非旨在限制。
实施例1至10
实施例1至10示出了根据本文所述的某些实施方案可改变挤出工艺的多个工艺参数来形成具有小纤维直径、高表面积、低透气率和/或低聚合物降解水平的纤维网。
进行了总共80个实验，其中用聚丙烯或聚酯（聚对苯二甲酸丁二醇酯）纤维，利用类似于图1中所示的工艺同时改变各种工艺条件（包括挤出机料筒内径、模体温度和聚合物通过量），形成不同的纤维网。测量了所得纤维网的性能特性和物理性质，包括透气率、聚合物降解水平（例如，颗粒表面密度）、表面积和纤维尺寸，这些值被编译并输入建模软件中，在那里进行这些性质的数学建模。该模型进行了精修（通过减少），直到获得结合效应的可接受的可计量性（accountability）。确定了每个性能特性和物理性质的响应计算（response calculation）。
然后将所得的非编码的数学模型放置到Excel电子表格中，在那里利用简单的数学方程函数来呈现使用不同的工艺条件（例如，改变挤出机料筒内径、模体温度和聚合物通过量的值）可制造的纤维网的预测物理性质值。计算的结果示出在表1至3中。
对于表1至3中示出的每个实施例，可使用下列工艺条件：挤出机温度曲线（梯升）300°F、325°F、350°F、375°F、400°F、425°F、450°F；加工空气温度与模体温度相同；加工空气设定为3150lbs/hr；模具到收集器距离8.0英寸；骤冷空气速率225lbs/hr，和真空水平17500立方英尺。
表1
Figure BDA00003575996100221
*所述颗粒是指具有1.0mm以上最大截面尺寸的颗粒。
实施例1至3示出了通过降低挤出机料筒内径、挤出机料筒长度和导管直径，并增加聚合物通过量，可减少聚合物在加工空间中的停留时间。通过在这些条件下加工产生的纤维网中降解聚合物的颗粒表面密度，相对于比较例1（在那里停留时间相对较长）会降低。实施例1至3还示出通过减小加工空间的体积（例如通过降低挤出机料筒长度和导管直径），可使用相对高的通过量并可用来形成具有与通过比较例1所示的工艺条件（例如，较低的通过量但较高的加工空间体积）形成的介质相似的性能特性（例如透气率）的纤维网。较高的通过量可导致较低的制造成本。
表2
Figure BDA00003575996100231
*所述颗粒是指具有1.0mm以上最大截面尺寸的颗粒。
实施例4至7示出了通过降低挤出机料筒内径、挤出机料筒长度和导管直径，可减少聚合物在加工空间中的停留时间。通过在这些条件下加工产生的纤维网中降解聚合物的颗粒表面密度，相对于比较例2（在那里停留时间相对较长）会降低。实施例4至7中所示的工艺条件也可得到具有较低透气率和较高表面积的纤维网。也可产生较小的纤维直径（实施例7）。表3
Figure BDA00003575996100241
*所述颗粒是指具有1.0mm以上最大截面尺寸的颗粒。
实施例8至10示出了通过降低挤出机料筒内径、挤出机料筒长度和导管直径，可减少聚合物在加工空间中的停留时间。通过在这些条件下加工产生的纤维网中降解聚合物的颗粒表面密度，相对于比较例2（在那里停留时间相对较长）会降低。实施例8至10中所示的工艺条件也可得到具有较低透气率、较高表面积和较小的纤维直径的纤维网。

Claims (43)

1.一种纤维网，其包括：
多根熔喷纤维，所述熔喷纤维由聚合物材料形成并具有约0.1微米至约1.5微米的平均纤维直径，其中所述纤维网具有：
约10CFM至约1800CFM的透气率；
约0.1m2/g至约6.0m2/g的表面积；
约1.0g/m2至约100g/m2的单位面积重量；
约0.0005英寸至约0.04英寸的厚度；和
其中所述纤维网具有小于约1.6个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
2.一种纤维网，其包括：
多根熔喷纤维，所述熔喷纤维由聚合物材料形成并具有约0.1微米至约0.6微米的平均纤维直径，其中所述纤维网具有：
约10CFM至约1800CFM的透气率；
约0.1m2/g至约6.0m2/g的表面积；
约1.0g/m2至约100g/m2的单位面积重量；
约0.0005英寸至约0.04英寸的厚度；和
其中所述纤维网具有小于约5个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
3.一种纤维网，其包括：
多根熔喷纤维，所述熔喷纤维具有约0.1微米至约1.5微米的平均纤维直径，其中所述纤维网具有：
约10CFM至约1800CFM的透气率；
大于约2.0m2/g的表面积；
约1.0g/m2至约100g/m2的单位面积重量；和
约0.0005英寸至约0.04英寸的厚度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约1.7m2/g至约6.0m2/g的表面积。
5.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5微米至约15微米的平均孔径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约3.0g/m2至约30g/m2的单位面积重量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网的单位面积重量在整个纤维网的一致性为约3.0标准偏差以下。
8.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约0.002英寸至约0.010英寸的厚度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网的厚度在整个纤维网的一致性为约3.0标准偏差以下。
10.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约40CFM至约750CFM的透气率。
11.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约10CFM至约50CFM的透气率。
12.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约0.3mm H2O至约3.5mm H2O的气流阻力。
13.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有约50%至约99.97%的NaCl过滤效率。
14.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述多根熔喷纤维具有约0.1微米至约1.0微米的平均纤维直径。
15.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述多根熔喷纤维具有小于约1.0微米的平均纤维直径。
16.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述多根熔喷纤维具有小于约0.6微米的平均纤维直径。
17.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有小于约3.0个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
18.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有小于约2.0个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
19.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有小于约1.0个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
20.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有小于约0.7个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
21.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有小于约0.5个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
22.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网具有小于约0.3个颗粒/平方英寸的颗粒表面密度，其中所述颗粒由所述聚合物材料形成并且其中每个所述颗粒具有约1.0mm以上的最大截面尺寸。
23.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述纤维网包含脂肪酸酰胺添加剂。
24.一种过滤元件，其包括根据前述权利要求中任一项所述的纤维网。
25.根据前述权利要求中任一项所述的纤维网，其中所述多根纤维的纤维直径标准偏差大于0.40微米。
26.一种形成纤维网的方法，其包括：
将聚合物材料引入挤出系统中，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及在所述挤出机入口和所述模具出口之间的加工空间，其中所述挤出系统包括具有约4英寸以下内径的挤出机料筒；
在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料在所述加工空间内的停留时间为小于约85分钟；
由所述聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中所述多根熔喷纤维具有约0.1微米至约1.5微米的平均直径；和
形成包含所述多根熔喷纤维的纤维网。
27.一种形成纤维网的方法，其包括：
将聚合物材料引入挤出系统中，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及在所述挤出机入口和所述模具出口之间的具有小于约25000cm3体积的加工空间；
由所述聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中所述多根熔喷纤维具有约0.1微米至约1.5微米的平均直径；和
形成包含所述多根熔喷纤维的纤维网。
28.一种形成纤维网的方法，其包括：
将聚合物材料引入挤出系统中，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及在所述挤出机入口和所述模具出口之间的加工空间；
在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料在所述加工空间内的停留时间为小于约30分钟和通过量为小于约85lbs/hr；
由所述聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中所述多根熔喷纤维具有约0.1微米至约1.5微米的平均直径；和
形成包含所述多根熔喷纤维的纤维网。
29.一种形成纤维网的方法，其包括：
将聚合物材料引入挤出系统中，所述挤出系统包括挤出机入口、模具出口以及在所述挤出机入口和所述模具出口之间的加工空间；
在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料在所述加工空间内的停留时间为小于约50分钟和通过量为小于约55lbs/hr；
由所述聚合物材料形成多根熔喷纤维，其中所述多根熔喷纤维具有约0.1微米至约1.5微米的平均直径；和
形成包含所述多根熔喷纤维的纤维网。
30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述挤出系统包括具有约3英寸以下内径的挤出机料筒。
31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述挤出系统包括具有约2英寸以下内径的挤出机料筒。
32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料在所述加工空间内的停留时间为小于约60分钟。
33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料在所述加工空间内的停留时间为小于约40分钟。
34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多根熔喷纤维具有约0.1微米至约1.0微米的平均直径。
35.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多根熔喷纤维具有约0.1微米至约0.6微米的平均直径。
36.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述加工空间具有小于约16000cm3的体积。
37.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述加工空间具有小于约10000cm3的体积。
38.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述挤出系统包括具有约8英尺以下长度的料筒。
39.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述挤出系统包括在挤出机出口以及模具入口之间的一个或更多个导管，其中所述一个或更多个导管的组合长度为约8英尺以下。
40.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料在所述加工空间中的停留时间为小于约20分钟。
41.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料具有小于约60lbs/hr的通过量。
42.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在所述挤出系统中加工所述聚合物材料以使得所述聚合物材料具有小于约40lbs/hr的通过量。
43.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由所述聚合物材料形成所述多根熔喷纤维包括在约500°F至约550°F的模具温度下挤出所述聚合物材料。
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