CN105593418A - 具有优化梯度的过滤介质 - Google Patents

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Abstract

提供了具有性质的梯度的过滤介质以及与这种介质相关联的方法。在一些实施方案中，过滤介质可以具有平均孔径的梯度。平均孔径的梯度可以横跨过滤介质的至少部分厚度。在一些实施方案中，梯度可以由指数函数来表示。平均孔径的指数梯度可以赋予过滤介质期望的性能，包括增强的过滤性能(例如，相对高的容尘量和效率)以及其他益处。所述过滤介质可以特别适合于涉及过滤液体(例如，液压、燃料、润滑油、水)的应用，然而所述介质也可以用于其他应用。

Description

具有优化梯度的过滤介质
技术领域
本实施方案总体上涉及过滤介质，并且更具体地涉及具有性质的梯度的过滤介质。
背景技术
过滤元件可以用于在各种应用中去除污染物。这种元件可以包括可以由纤维网形成的过滤介质。过滤介质提供了允许流体(例如，气体、液体)流过介质的多孔结构。包含在流体内的污染物颗粒(例如，粉尘颗粒、烟尘颗粒)可以被捕获在过滤介质上或者被捕获在其中。根据应用，过滤介质可以被设计成具有不同的性能特性。
在一些应用中，过滤介质可以具有性质的梯度。这种梯度可以被优化以引起过滤介质的性能特性的改善。
发明内容
提供了一种具有性质的梯度的过滤介质以及与其相关联的相关组件、系统和方法。
在一组实施方案中，提供了一系列的过滤介质。在一个实施方案中，过滤介质具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的梯度。该梯度由对在横跨过滤介质的至少部分厚度的不同点处确定的平均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示。该指数函数具有如下形式：
平均孔径(x)＝a*exp(k*x)
其中x对应于沿着过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于或等于0且小于或等于1的值，并且k大于或等于0.1且小于或等于1.75。指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的，并且指数函数的确定系数大于或等于约0.9。
在另一个实施方案中，过滤介质具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的梯度。该梯度由对在横跨过滤介质的至少部分厚度的不同点处确定的平均孔径的至少四个数值拟合的指数函数来表示。该指数函数具有如下形式：
平均孔径(x)＝a*exp(k*x)
其中x对应于沿着过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于或等于0且小于或等于1的值，并且k大于或等于0.1且小于或等于1.75。指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的。指数函数的确定系数大于或等于约0.7，并且指数函数的确定系数大于使用最小二乘线性回归模型对于平均孔径的至少四个数值拟合的线性函数的所有确定系数。
在另一组实施方案中，提供了一种方法。在一个实施方案中，方法包括提供具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的梯度，其中梯度由对在横跨过滤介质的至少部分厚度的不同点处确定的平均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示。该指数函数具有如下形式：
平均孔径(x)＝a*exp(k*x)
其中x对应于沿着过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于或等于0且小于或等于1的值，并且k大于或等于0.1且小于或等于1.75。指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的，并且指数函数的确定系数大于或等于约0.9。该方法还可以包括使用过滤介质对液体进行过滤。
当连同附图一起考虑时，根据本发明的各个非限制性实施方案的以下详细描述，本发明的其他优点和新颖特征将变得明显。在本说明书与通过引用并入的文件存在相互矛盾和/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更多个文件彼此存在相互矛盾和/或不一致的公开内容，那么以具有较后的有效日期的文件为准。
附图说明
将参照附图通过实例的方式描述本发明的非限制性实施方案，附图为示意性的并且无意于按比例绘制。在附图中，所示出的每个相同或几乎相同的部件通常由单一附图标记表示。为了清楚起见，在每个附图中并非每个部件都进行了标记，本发明的每个实施方案的在没必要说明的地方示出的每个部件也没有标记以使得本领域的普通技术人员能够理解本发明。在附图中：
图1A至图1B是根据一组实施方案的平均孔径与厚度关系的示意图(A)以及具有横跨过滤介质的一部分的性质的梯度的过滤介质的示意图(B)；
图2A至图2B是根据某些实施方案的平均孔径的各种梯度的曲线(A)以及对于平均孔径的各种梯度的压降与装载时间关系的曲线(B)；
图3A至图3C是根据一组实施方案的平均孔径的各种梯度的曲线(A)、对于平均孔径的各种梯度的压降与装载时间关系的曲线(B)以及对于平均孔径的各种梯度的平均β200等级与颗粒尺寸关系的曲线(C)；以及
图4A至图4B是根据某些实施方案的具有各种k值的平均孔径的指数梯度的曲线(A)以及各种过滤性能与k值关系的曲线(B)。
具体实施方式
提供了一种具有性质的梯度的过滤介质以及与这种介质相关联的方法。该过滤介质包括通过其流体穿过介质的孔。在一些实施方案中，平均孔径横跨过滤介质的至少部分上改变以产生平均孔径的梯度。例如，平均孔径的梯度可以横跨过滤介质的至少部分厚度。如下面进一步描述的，梯度可以由凸函数(例如，指数函数)来表示。这样的梯度可以对过滤介质赋予期望的性能，包括增强的过滤性能(例如，相对高的容尘量和效率、长寿命)以及其他益处。过滤介质可以特别适合于涉及过滤液体(例如，液压、燃料、润滑油、水)的应用，然而所述介质也可以用于其他应用(例如，空气)。
在一些实施方案中，平均孔径与过滤介质的厚度之间可以存在关系，使得平均孔径的梯度可以由数学函数来表示。图1A中示出了非限制实例。图1A示出了在沿着平均孔径的梯度的各个位置处的平均孔径的曲线。该图的y轴是平均孔径，并且x轴是过滤介质的归一化厚度，使得零对应于梯度的最下游位置，并且1对应于梯度的最上游位置。在一些实施方案中，回归分析可以用于生成充分表示不同厚度处的平均孔径值的回归函数30。例如，沿着梯度在不同厚度处确定的平均孔径的不同值的回归分析可以产生如图1所示的具有强的拟合优度的函数。
在一些实施方案中，平均孔径的梯度可以通过凸函数来最佳地表示，使得对于凸函数的拟合优度的测量结果比对于其他函数的拟合优度更强。最佳地表示平均孔径的梯度的凸函数可以是指数函数。在一些实施方案中，指数函数可以具有如下形式：
平均孔径(x)＝a*exp(k*x)(1)
其中x是在某一平均孔径处的过滤介质的归一化厚度，a是以微米为单位的常量，并且k是常量。指数函数可以通过使用最小二乘线性回归模型以对于平均孔径的四个或更多个(例如，至少6个、至少8个、至少10个、至少12个、至少15个、至少20个)数值进行拟合来确定。
在一些实施方案中，使用四个数值。平均孔径的数值可以在横跨梯度的至少部分厚度的不同的任意点处确定。例如，如图1B所示，具有上游40和下游45的过滤介质35可以具有10mm的厚度(t)。过滤介质可以具有从0mm的深度至6mm的深度的平均孔径的梯度。平均孔径的数值可以在梯度内的点处确定，使得每个点对应于不同的深度。在一些实施方案中，被点跨越的梯度的部分(即，所选择的厚度部分)横跨过滤介质的梯度部分的厚度的大于或等于约20％(例如，大于或等于约30％、大于或等于约40％、大于或等于约50％、大于或等于约60％、大于或等于约70％、大于或等于约80％)。在一些情况下，平均孔径的数值可以在包括两个或更多个层的梯度部分的不同层内确定。例如，平均孔径的每个数值可以被确定为使得每个点对应于具有四个或更多个层的梯度部分的不同层。过滤介质内的不同深度处的平均孔径对应于由平均孔径和厚度限定的点，平均孔径和厚度可以在平均孔径与厚度关系的图上绘出，如图1A中所示。
如本文所使用的，归一化厚度x指代对应于沿梯度的厚度的位置的无量纲厚度。归一化厚度值基于梯度的所选择部分的厚度来计算。例如，参照图1B，梯度部分55的部分(例如，从0mm的深度至6mm的深度、从1mm的深度至4mm的深度、从3mm的深度至5mm的深度等)可以被选择用于回归分析。对于给定深度的归一化厚度值可以通过从给定深度减所选择厚度部分的最下游深度并且除以梯度部分的所选择厚度部分的厚度减所选择部分的最下游深度来计算。例如，梯度部分的所选择厚度部分可以从2mm至6mm变化。所选择部分的厚度为4mm。在这种情况下，在4mm的深度处所确定的平均孔径的归一化厚度为0.5(即，归一化厚度＝(4-2)/(6-2)＝0.5)。通常，梯度部分的所选择部分的最下游位置为0，并且梯度部分的所选择部分的最上游位置为1。
在一些实施方案中，常量a可以与过滤介质的某些结构性质有关。在一些情况下，a与梯度的所选择部分的下游位置(例如，x＝0)的平均孔径有关。例如，在一些实施方案中，a的值可以大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约5微米，大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约30微米、大于或等于约40微米、大于或等于约50微米、大于或等于约60微米、或大于或等于约75微米。在一些情况下，a的值可以小于或等于约100微米、小于或等于约80微米、小于或等于约60微米、小于或等于约50微米、小于或等于至约40微米、小于或等于约30微米、小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、或小于或等于约5微米。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约0.1微米并且小于或等于约100微米、大于或等于约0.2微米并且小于或等于约60微米)。a的其他值是可能的。
在一些实施方案中，常量k可以与过滤介质的某些过滤性能有关。例如，k可以部分地由于空气阻力与平均孔径之间的关系而与梯度的所选择部分的空气阻力有关。在某些实施方案中，具有k的特定值的平均孔径的指数梯度与具有k的其他值的平均孔径的指数梯度相比可以具有增强的过滤性能(例如，容尘量)。例如，在一些实施方案中，对于如下k值可以获得增强的过滤性能：大于或等于约0.1、大于或等于约0.25、大于或等于约0.35、大于或等于约0.45、大于或等于约0.55、大于或等于约0.65、大于或等于约0.8、大于或等于约1.0、大于或等于约1.25、或大于或等于约1.5。在一些情况下，对于如下k值可以获得增强的过滤性能：小于或等于1.75、小于或等于约1.5、小于或等于约1.25、小于或等于约1、小于或等于约0.75、小于或等于约0.65、小于或等于约0.55、小于或等于约0.45、小于或等于约0.35、或小于或等于约0.1。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约0.1并且小于或等于约1.5、大于或等于约0.25并且小于或等于约0.75)。k的其他值是可能的。在一些实施方案中，在不考虑k的值的情况下采用平均孔径的指数梯度可以获得增强的过滤性能。
如本文中所述，平均孔径的梯度可以由对于平均孔径相对于厚度的分布具有强的拟合优度的凸函数(例如，指数函数)来表示。例如，回归模型(例如，非线性、线性最小二乘)可以用于拟合过滤介质的具有梯度的部分中的平均孔径相对于厚度的分布。凸函数(例如，指数函数)的拟合优度可以是相对强的和/或可以比使用相同的回归模型生成的另一函数(例如，线性函数、凹函数)大。在其中使用线性最小二乘回归模型的实施方案中，拟合优度可以通过从零(即，没有拟合)至1(完全拟合)变化的确定系数(R2)来确定。在一些这样的实施方案中，对在横跨平均孔径的梯度的至少部分厚度的不同点处确定的平均孔径的四个或更多个数值拟合的指数函数的R2可以为大于或等于约0.7、大于或等于约0.75、大于或等于约0.8、大于或等于约0.85、大于或等于约0.9、大于或等于约0.95、大于或等于约0.97、大于或等于约0.98、或大于或等于约0.99。例如，在一些实施方案中，对于四个值的指数函数拟合的R2可以大于或等于约0.9。在一些情况下，对于六个值的指数函数拟合的R2可以大于或等于约0.85。在某些实施方案中，对于十个值的指数函数拟合的R2可以大于或等于约0.8。在其他实施方案中，对于15个或更多个值的指数函数拟合的R2大于或等于约0.75。线性最小二乘回归模型可以通过利用本领域技术人员已知的线性化方法应用于函数。
在某些实施方案中，凸函数(例如，指数函数)的确定系数(R2)可以大于使用最小二乘线性回归模型生成的其他函数。例如，凸函数(例如，指数函数)可以具有最大的确定系数(R2)，并且可以被称为对于分布的最佳拟合函数。在一些实施方案中，凸函数(例如，指数函数)的确定系数比使用最小二乘线性回归模型对于平均孔径的四个或更多个数值的一个或更多个类的函数(例如，线性，二次)拟合的所有确定系数大。例如，凸函数(例如，指数函数)的确定系数可以比使用最小二乘线性回归模型对于平均孔径的四个或更多个数值的线性、二次、凹、反曲、和/或周期函数拟合的所有确定系数大。
应当理解的是，虽然已经在平均孔径的梯度方面描述了具有性质的梯度的过滤介质，但是过滤介质可以具有替代平均孔径的梯度或除了平均孔径的梯度之外的另一性质(例如，纤维配比、密实度)的梯度。例如，在一些实施方案中，具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的指数梯度的过滤介质可以具有纤维配比的梯度(即，纤维类型的百分比变化)和/或密实度的梯度。在某些实施方案中，如本文中所述，过滤介质可以具有替代平均孔径的梯度或除了平均孔径的梯度之外的纤维特性(例如，平均纤维直径、纤维类型、平均纤维长度、原纤化水平)的梯度。在一些情况下，过滤介质可以具有横跨过滤介质的至少部分厚度的密实度的凸梯度(例如，指数梯度)，使得密实度的最高数值出现在梯度的最下游点处，并且最低密实度出现在梯度的最上游点处。在某些情况下，过滤介质可以具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均纤维直径的凸梯度(例如，指数梯度)。通常，过滤介质可以具有能够获得所期望的过滤和/或机械性能的任意性质或性质组合的梯度。
如本文所述，过滤介质可以具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的梯度。在一些实施方案中，平均孔径的梯度可以横跨整个过滤介质。在一些这样的实施方案中，过滤介质可以是单个层或具有形成梯度的多个层。在其他实施方案中，平均孔径的梯度可以横跨过滤介质的一部分。在一些这样的情况下，过滤介质的具有平均孔径的梯度的部分可以是单个层的一部分，或者是多层过滤介质的至少一个层。在一些情况下，过滤介质的具有平均孔径的梯度的部分可以横跨多层过滤介质的一个或更多个层。例如，梯度可以横跨多层过滤介质的1个、2个、3个、4个、5个、6个等层的厚度。在一些这样的实施方案中，多层梯度的每个层可以具有不同的平均孔径，使得对于多层梯度的不同层处确定的平均孔径的四个或更多个数值的凸函数(例如，指数函数)拟合具有强的拟合优度，如本文所述。在某些实施方案中，多层梯度中的至少一层可以具有恒定的平均孔径，即，平均孔径横跨层的厚度不变化。例如，多层梯度可以包括四个层(例如，被层压在一起)，每个所述层具有横跨层的厚度的恒定的平均孔径，并且每个所述层具有与其他层不同的平均孔径。
在一些实施方案中，单个或多个层梯度可以通过层的一个或更多个特性的变化来形成。在某些实施方案中，纤维特性和/或结构性质可以横跨单个层或或多个层而变化，以形成平均孔径的梯度。例如，具有不同的纤维直径的两种或更多种纤维的重量百分比可以横跨单个层或多个层而改变以形成梯度。可以变化的纤维特性的非限制性实例包括平均纤维直径、纤维类型的比例、特定纤维的重量百分数、纤维的体积、平均纤维长度、以及原纤化水平。在某些实施方案中，诸如密度的结构性质可以横跨多个层而变化以形成梯度。在一些实施方案中，平均孔径的梯度未通过使用树脂完全或部分填充孔隙来形成。在一些这样的情况下，遍及梯度部分的厚度的树脂的浓度相对恒定和/或如本文所述梯度部分的平均孔径将在不存在树脂的情况下改变。在一些实施方案中，多层过滤介质中不包括平均孔径的梯度的层(即，非梯度层)可以赋予整个过滤介质结构和机械支承，并且可以有助于过滤介质的整体结构特性(例如，单位面积重量、厚度、密实度等)。例如，多层过滤介质中的这样的层可以是被包括以向过滤介质提供另外的支承的纤维支承层或非纤维支承层(例如，由线或网格形成的层)。在一些这样的情况下，一个或更多个非梯度层可以基本上不改变过滤介质的过滤性能。
在某些实施方案中，多层过滤介质中的一个或更多个非梯度层可以有助于过滤介质的整体过滤性能。例如，一个或更多个非梯度层可以是具有相对小的平均孔径的效率层(或称为“高效层”)，其被包括在过滤介质中以提高整体效率。在一些这样的情况下，一个或更多个效率层可以位于梯度层的下游和/或上游。在另一实例中，所述一个或更多个非梯度层可以是具有相对大的平均孔径的预过滤层，其被包括在过滤介质中以去除梯度层的流体上游中的相对大的污染物。在某些情况下，例如对于特定的液压应用，梯度可以用作对于具有相对小的平均孔径、低的压降和/或高效率的下游效率层的预过滤部。在一些这样的实施方案中，梯度可以相邻于效率层。通常，所述一个或更多个非梯度层可以根据对于给定应用的需求来选择。
如本文中所使用的，当层被称为“相邻于”另一层时，其可以是直接相邻于该层，或者还可以存在介于中间的层。层“直接相邻于”或者“接触”另一层表示不存在介于中间的层。
在一些情况下，多层过滤介质可以包括非梯度效率层和非梯度预过滤部。通常，具有一个或更多个梯度层的多层过滤介质可以包括任何适当类型或数目的非梯度层。
在一些实施方案中，横跨过滤介质的厚度的一部分或全部的梯度可以具有以下提到的本文对于整体过滤介质所描述的平均孔径、密实度、单位面积重量、厚度、容尘量、β200、β1000和/或透气度值。
通常，具有平均孔径的梯度的过滤介质的结构特性(例如，平均孔径、厚度、密实度、单位面积重量)可以根据对于给定应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)的需求来选择。在一些实施方案中，横跨过滤介质的平均孔径的变化的大小(即，梯度的最上游位置处的平均孔径减去梯度的最下游位置处的平均孔径)可以为大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约30微米、大于或等于约40微米、或大于或等于约50微米。在一些情况下，横跨过滤介质的平均孔径的变化的大小为小于或等于约60微米、小于或等于约50微米、小于或等于约40微米、小于或等于约30微米、小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、小于或等于约5微米、或小于或等于约1微米。上述参考范围的所有组合都是可能的。例如，在一些应用中，横跨过滤介质的平均孔径的变化的大小可以为大于或等于约1微米并且小于或等于约60微米、大于或等于约2微米并且小于或等于约30微米、大于或等于约3微米并且小于或等于约60微米，或大于或等于约0.1微米并且小于或等于约5微米。过滤介质的平均孔径的改变的平均大小的其他值是可能的。可以使用X射线计算机断层扫描来确定平均孔径，如下面更详细的描述。
在一些实施方案中，整个过滤介质的总体平均孔径可以根据对于给定应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)的需求来选择。例如，在一些实施方案中，过滤介质的梯度部分的平均孔径可以为大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约1微米、大于或等于约2微米、大于或等于约3微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约25微米、大于或等于约50微米、大于或等于约75微米、大于或等于约100微米、大于或等于约125微米、或大于或等于约150微米。在一些情况下，过滤介质的整个梯度部分的总体平均孔径可以为小于或等于约200微米、小于或等于约175、小于或等于约150微米、小于或等于约125微米、小于或等于约100微米、小于或等于约80微米、小于或等于约60微米、小于或等于约40微米、小于或等于约30微米、小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、或小于或等于约5微米。上述参考范围的所有组合都是可能的。例如，在一些应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)中，过滤介质的梯度部分的平均孔径可以为大于或等于约0.5微米并且小于或等于约100微米、大于或等于约1微米并且小于或等于约60微米、大于或等于约1微米并且小于或等于约40微米、大于或等于约2微米并且小于或等于约30微米、大于或等于约1微米并且小于或等于约100微米、大于或等于约3微米并且小于或等于约60微米、大于或等于约0.05微米并且小于或等于约10微米，或大于或等于约0.1微米并且小于或等于约5微米。可以对于整个梯度部分使用X射线计算机断层扫描或者对于具有梯度的整个过滤介质使用ASTMF-316-80MethodB,BS6410来确定总体平均孔径，如下面更详细的描述。
通常，可以使用本领域技术人员已知的产生平均孔径的精确测量值的任何技术来确定过滤介质内的特定位置、过滤介质的一部分或整个过滤介质的平均孔径。在一些实施方案中，可以根据ASTMF-316-80MethodB,BS6410来确定整个过滤介质的平均孔径。例如，ASTMF-316-80MethodB,BS6410可以用于确定整个过滤介质的平均孔径。
在一些实施方案中，可以使用X射线计算机断层扫描(例如，由比利时，2550孔蒂赫，Kartuizersweg3B的BRUKER-MICROCT制造的SkyScan2011X射线纳米断层扫描仪)来测量梯度部分的平均孔径。通常，X射线计算机断层扫描用于产生过滤介质的三维计算表示。计算方法被用于区分过滤的空隙空间(即，孔)与实体区域(即，纤维)。然后，可以使用另外的计算方法来确定过滤介质的三维计算表示的空隙空间的平均直径(即，平均孔径)。在一些情况下，计算方法建立用于区分空隙与实体区域以生成过滤介质的三维计算表示的截止值(即，阈值)。在这种情况下，截止值的准确性可以通过将过滤介质的三维计算表示的计算确定的透气度与实际过滤介质的实验确定的透气度进行比较来确认。在其中计算和实验确定的透气度大不相同的实施方案中，阈值可以被用户改变直到所述透气度大体上相同。
例如，在其中离散孔的直径横跨过滤介质的至少部分厚度改变的实施方案中，X射线计算机断层扫描(CT)机器可以扫描过滤介质并且在穿过过滤介质的各个投影角度下拍摄多个X射线照片。每个X射线照片可以描绘沿过滤介质的平面的切片，并且通过本领域技术人员已知的计算方法(例如，由比利时，2550孔蒂赫，Kartuizersweg3B的BRUKER-MICROCT制造的SkyScanCT分析仪套装软件)被转换成切片的灰度图像。每个切片具有限定的厚度，使得切片的灰度图像由体素(体积元素)而不是像素(图像元素)组成。可以使用如上指出的计算方法将从X射线照片产生的多个切片用于产生具有至少100x100μm的截面尺寸的整个过滤介质厚度的三维立体绘制。图像的分辨率(体素尺寸)可以小于或等于0.3微米。
在一些实施方案中，整个过滤介质厚度的三维立体绘制连同过滤介质的渗透性的实验测量一起可以用于确定平均孔径。从X射线照片产生的每一个体灰度图像通常由尺度在8位范围(即，0至255的可能值)内的光强度数据组成。为了形成整个过滤介质厚度的三维立体绘制，8位灰度图像被转换成二值图像。
8位灰度图像至二值图像的转换需要选择适当的强度阈值截止值，以区分过滤介质的实体区域与过滤介质中的孔空间。强度阈值截止值被应用于8位灰度图像，并且用于正确分割二值图像中的实体和孔空间。然后，二值图像被用于创建虚拟介质域，即，准确地识别实体区域和孔空间的填充(纤维)体素和空隙(孔)体素的三维矩形阵列。在如下中评论了各种阈值算法：Jain，A.(1989年)，Fundamentalsofdigitalimageprocessing，EnglewoodCliffs，NJ:PrenticeHall；以及Russ.(2002年)，Theimageprocessinghandbook，第四版.BocaRaton，Fla:CRCPress。
强度阈值截止值可以基于沿横向(即，沿厚度的方向)的虚拟介质域的计算确定的透气度与沿横向的整个过滤介质的实验确定的透气度的比较来选择。在一些这样的实施方案中，整个过滤介质厚度的实验透气度可以根据TAPPIT-251例如使用TextestFX3300透气度测试机III(TextestAG，苏黎世)、38cm2的样品面积以及的0.5英寸水柱的压降以获得以CFM为单位的整个过滤介质厚度的Frasier渗透性值来确定。以CFM为单位的Frasier渗透性值根据下面的转换等式被进一步转换成国际标准单位的横向介质渗透性，其中t0是样品的厚度。
K[单位为m2]＝7.47e-10*CFM[单位为英尺/分钟或者CFM/ft2]*t0[单位为m](2)
沿横向的虚拟介质域的透气度可以利用Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)方案进行计算。虚拟介质域通过预先选择强度阈值截止值并且使用预先选择的强度阈值截止值将灰度图像转换成虚拟域介质来生成。一旦生成虚拟介质域，那么可以使用本领域技术人员已知的计算方法直接在虚拟介质域上进行数值分析。例如，GeoDict2010R2软件包可以用于将灰度图像直接转换成虚拟介质域并且有效地求解Stoke方程：
- μ ▿ ▿ u + ▿ p = 0 , ▿ u = 0 , - - - ( 3 )
其中在孔空间中无滑移边界条件(参见，例如，Wiegmann,2001-2010GEODICTvirtualmicrostructuresimulatorandmaterialpropertypredictor)。沿横向所产生的速度场的域平均连同Darcy方程
< u > = - k &dtri; p / &mu; , - - - ( 4 )
一起实现了虚拟介质的横向透气度k的确定。
然后将沿横向的计算的透气度与沿横向的实验的透气度进行比较。在其中计算的透气度与实验的透气度大致相同(例如，5％或更小的差异)的实施方案中，则使用预先选择的强度阈值截止值所生成的虚拟介质域被用于确定平均孔径。在其中计算的透气度不同于实验的透气度的实施方案中，强度阈值截止值被改变，直到计算的透气度与实验的透气度大致相同。然后可以使用本领域技术人员已知的任何技术(例如，GeoDict软件包的PoroDict模块)来确定计算的透气度与实验的透气度大致相同的虚拟介质域的平均孔径。
在一些实施方案中，平均孔径的梯度可以横跨过滤介质的至少部分厚度或过滤介质的整个厚度。例如，在一些实施方案中，平均孔径的梯度可以横跨整个过滤介质的厚度的大于或等于约10％、大于或等于约20％、大于或等于约30％、大于或等于约40％、大于或等于约50％、大于或等于约60％、大于等于约70％、大于或等于约80％、或大于或等于约90％。在一些情况下，平均孔径的梯度可以横跨过滤介质的总厚度的小于或等于约100％、小于或等于约99％、小于或等于约97％、小于或等于约95％、小于或等于约90％、小于或等于约80％、小于或等于约70％、小于或等于约60％、小于或等于约50％、小于或等于约40％、小于或等于约30％、或小于或等于约10％。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约10％并且小于或等于约100％、大于或等于约40％并且小于或等于约100％)。其他值是可能的。过滤介质的总厚度被平均孔径的梯度占据的百分比可以由梯度部分的厚度除以整个过滤介质的厚度来确定。
在一些实施方案中，过滤介质的厚度可以为大于或等于0.05mm、大于或等于约0.1mm、大于或等于约0.5mm、大于或等于约1mm、大于或等于约3mm、大于或等于约5mm、大于或等于约8mm、大于或等于约10mm、大于或等于约12mm、大于或等于15mm、大于或等于约18mm、或大于或等于约20mm。在一些情况下，过滤介质的未压缩的厚度可以为小于或等于约25mm、小于或等于约22mm、小于或等于约20mm、小于或等于约18mm、小于或等于约15mm、小于或等于约12mm、小于约10mm、小于或等于约8mm、小于或等于约5mm、或小于或等于约1mm。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约0.05mm并且小于或等于约25mm、大于或等于约0.1mm并且小于或等于约15mm)。过滤介质的厚度的其他值是可能的。整个过滤介质的厚度可以根据标准ISO534在1N/cm2下来确定。可以使用X射线CT通过生成过滤介质的整个厚度的三维表示来确定梯度部分的厚度，如上所述。简言之，在对于虚拟介质域确定阈值之后，可以通过过滤介质的三维表示的分析来确定厚度。在一些实施方案中，梯度部分的所选择部分可以对于过滤介质的梯度部分具有本文中所描述的上述厚度值。
在一些实施方案中，过滤介质的密实度可以为大于或等于约0.001、大于或等于约0.005、大于或等于约0.01、大于或等于约0.03、大于或等于约0.05、大于或等于约0.08、大于或等于约0.1、大于或等于约0.15、大于或等于约0.2、大于或等于约0.25、大于或等于约0.3、大于或等于约0.35、大于或等于约0.4、大于或等于约0.45、大于或等于约0.5、大于或等于约0.55、大于或等于约0.6、或大于或等于约0.65。在一些情况下，过滤介质的密实度可以为小于或等于约0.8、小于或等于约0.75、小于或等于约0.7、小于或等于约0.65、小于或等于约0.6、小于或等于约0.55、小于或等于约0.5、小于或等于约0.45、小于或等于约0.4、小于或等于约0.35、小于或等于约0.3、小于或等于约0.25、小于或等于约0.2、或小于或等于约0.1。上述参考范围的所有组合都是可能的。例如，在一些应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)中，过滤介质的密实度可以为大于或等于约0.001并且小于或等于约0.8、大于或等于约0.01并且小于或等于约0.7、大于或等于约0.01并且小于或等于约0.3、大于或等于约0.03并且小于或等于约0.2、大于或等于约0.03并且小于或等于约0.8、或大于或等于约0.1并且小于或等于约0.7。密实度的其他值是可能的。可以通过使用以下公式来确定密实度：密实度＝单位面积重量/(纤维密度*过滤介质厚度)。可以如本文中所描述的来确定单位面积重量和过滤介质厚度。
在一些实施方案中，过滤介质可以具有如下单位面积重量：大于或等于约0.1g/m2、大于或等于约0.5g/m2、大于或等于约1g/m2、大于或等于约10g/m2、大于或等于约25g/m2、大于或等于约50g/m2、大于或等于约100g/m2、大于或等于约150g/m2、大于或等于约200g/m2、大于或等于约250g/m2、大于或等于约300g/m2、大于或等于约350g/m2、大于或等于约400g/m2、大于或等于约450g/m2、或大于或等于约500g/m2。在一些情况下，过滤介质可以具有如下单位面积重量：小于或等于约600g/m2、小于或等于约550g/m2、小于或等于约500g/m2、小于或等于约450g/m2、小于或等于约400g/m2、小于或等于约350g/m2、小于或等于约300g/m2、小于或等于约250g/m2、小于或等于约200g/m2、小于或等于约150g/m2、小于或等于约100g/m2、小于或等于约50g/m2、小于或等于约25g/m2、小于或等于约10g/m2、或小于或等于约5g/m2。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约0.1g/m2并且小于或等于约600g/m2、大于或等于约0.5g/m2并且小于或等于约400g/m2)。单位面积重量的其他值是可能的。可以根据标准TAPPIT410来确定单位面积重量。
本文中所描述的具有性质的梯度的过滤介质还可以呈现出有利的并且增强的过滤性能特性，例如，容尘量(DHC)、β等级以及透气度。例如，具有平均孔径的凸梯度(例如，指数梯度)的过滤介质与具有平均孔径的另一梯度的过滤介质相比可以具有增强的过滤性能特性。在一些实施方案中，过滤介质可以具有增强的容尘量。可以基于对于给定的应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)的适当的标准来确定的容尘量和β等级。在一些应用(例如，液压)中，测试的容尘量可以在由FTI制造的多通道过滤测试台(MultipassFilterTestStand)(例如，型号TE9635)上使用遵循ISO16889程序的多通道过滤测试(即，多通道测试)来确定。测试在110cm2的样品面积上使用了10mg/升的基础上游重量粉尘水平(BUGL)下的ISO12103-A3中级测试粉尘。测试流体是由美孚(Mobil)制造的航空液压流体AEROHFAMILH-5606A。测试在0.3cm/s的迎面速度下运行直至终端压力为100kPa。在某些应用(例如，润滑油)中，容尘量可以在约0.3cm/秒的迎面速度下采用200kPa的终端压力使用ISO4548-12来确定。在一些应用(例如，润滑油)中，容尘量可以使用ISO19438来确定。在其他应用(例如，水)中，容尘量可以使用采用ISO12103A1细二氧化硅粉尘堵塞的EN13-443-2以及160kPa的终端压力来确定。通常，可以在测试时间内的等分的十个点处采用在介质的上游和下游的所选择的尺寸及以上(例如，1微米、3微米、4微米、5微米、7微米、10微米、15微米、20微米、25微米、或30微米)处的颗粒计数。可以在每个所选择的颗粒尺寸处采用上游和下游的颗粒计数的平均值。对于所选择的每个颗粒尺寸的过滤效率测试值，可以通过关系[(100-[C/C0])*100％]，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)来确定。β比是介质的流体上游中大于给定尺寸(x)的颗粒计数与介质的下游中大于相同尺寸(x)的颗粒计数之比。
在一些实施方案中，过滤介质可具有如下DHC：大于或等于约5g/m2、大于或等于约10g/m2、大于或等于约40g/m2、大于或等于约70g/m2、大于或等于约100g/m2、大于或等于约150g/m2、大于或等于约200g/m2、大于或等于约250g/m2、大于或等于约300g/m2、大于或等于约350g/m2、或大于或等于约400g/m2。在一些情况下，DHC可以为小于或等于约500g/m2、小于或等于约450g/m2、小于或等于约400g/m2、小于或等于约350g/m2、小于或等于约300g/m2、小于或等于约250g/m2、小于或等于约200g/m2、小于或等于约150g/m2、或小于或等于约100g/m2。上述参考范围的所有组合都是可能的。例如，在一些应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)中，DHC可以为大于或等于约5g/m2并且小于或等于约500g/m2、大于或等于约40g/m2并且小于或等于约500g/m2、大于或等于约70g/m2并且小于或等于约500g/m2、或大于或等于约10g/m2并且小于或等于约300g/m2。DHC的其他值是可能的。DHC的上述范围可以使用对于上述容尘量的任何标准来确定。
过滤介质的效率可以用β值(或β比)来表示，其中β(x)＝y是上游计数(C0)与下游计数(C)的比，并且其中x是将获得等于y的C0与C的实际比的最小颗粒尺寸(即，β颗粒尺寸)。介质的渗透分数是1除以β(x)的值(y)，并且效率分数是1-渗透分数。因此，介质的效率是效率分数的100倍，并且100*(1-1/β(x))＝效率百分比。例如，对于x微米或更大的颗粒，具有β(x)＝200的过滤介质具有[1–(1/200)]*100或99.5％的效率。本文所描述的过滤介质可以具有宽范围的β值，例如，β(x)＝y，其中x例如可以是1、3、5、7、10、12、15、20、25、30、50、70或100，并且其中y例如可以是至少2、至少10、至少75、至少100、至少200或至少1000。还应当理解，对于x的任何值，y可以是表示C0与C的实际比的任何数(例如，10.2、12.4)。同样地，对于y的任何值，x可以是表示将获得等于y的C0与C的实际比的最小颗粒尺寸的任何数。
在一些实施方案中，过滤介质可以具有与大多数过滤应用(包括液体应用)兼容的β比(例如，β200和β1000)。例如，在一些实施方案中，β200颗粒尺寸可以为约大于或约0.01微米、大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.3微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于3微米、大于或等于4微米、大于或等于约5微米、大于或等于7微米、于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约30微米、大于或等于约40微米、大于或等于约50微米、大于或等于约60微米、或大于或等于约75微米。在一些情况下，β200颗粒尺寸的值可以为小于或等于约100微米、小于或等于约80微米、小于或等于约60微米、小于或等于约50微米、小于或等于约40微米、小于或等于约30微米、小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、或小于或等于约5微米。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约0.1微米并且小于或等于约100微米、大于或等于约0.2微米并且小于或等于约60微米)。β200颗粒尺寸可以基于对于给定的应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)的适当的标准来确定。在一些情况下，β200颗粒尺寸使用对于容尘量所描述的测试来确定。
在一些实施方案中，β1000颗粒尺寸可以为大于或等于约0.01微米、大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于3微米、大于或等于4微米、大于或等于约5微米、大于或等于7、大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约30微米、大于或等于约40微米、大于或等于约50微米、大于或等于约60微米、或大于或等于约75微米。在一些情况下，β1000颗粒的值可以为小于或等于约100微米、小于或等于约80微米、小于或等于约60微米、小于或等于约50微米、小于或等于约40微米、小于或等于约30微米、小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、或小于或等于约5微米。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约0.1微米并且小于或等于约100微米、大于或等于约0.2微米并且小于或等于约60微米)。β1000颗粒尺寸可以基于对于给定的应用(例如，液压、燃料、润滑油、水)的适当的标准来确定。在一些情况下，β1000颗粒尺寸使用对于容尘量所描述的测试来确定。
在一些实施方案中，过滤介质可以具有如下的透气度：大于或等于约0.1CFM、大于或等于约0.5CFM、大于或等于约1CFM、大于或等于约10CFM、大于或等于约50CFM、大于或等于约100CFM、大于或等于约200CFM、大于或等于约300CFM、大于或等于约400CFM、大于或等于约500CFM、大于或等于约600CFM、大于或等于约700CFM、大于或等于约800CFM、或大于或等于约900CFM。在一些情况下，过滤介质可以具有如下的透气度：小于或等于约1000CFM、小于或等于约900CFM、小于或等于约800CFM、小于或等于约700CFM、小于或等于约600CFM、小于或等于约500CFM、小于或等于约400CFM、小于或等于约300CFM、小于或等于约200CFM、小于或等于约100CFM、或小于或等于约50CFM。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，大于或等于约0.1CFM并且小于或等于约500CFM、大于或等于约1CFM并且小于或等于约300CFM、大于或等于约0.5CFM并且小于或等于约1000CFM、大于或等于约1CFM并且小于或等于约200CFM)。透气度的其他值是可能的。透气度可以使用38cm2的测试面积以及对于非水过滤应用的0.5英寸水柱的压降和对于水过滤的10英寸水柱的压降根据标准TAPPIT-215来确定。
如上所述，对于某些应用(例如，液压)，过滤介质可以包括效率层和包括一个或更多个层的梯度部。梯度部可以用作用于增强过滤介质的某些性能(例如，容尘量)的预过滤层，并且效率层可以具有期望的性能，包括高的效率和/或低的厚度。过滤介质可以被设置成使得效率层位于梯度部的下游。在一些实施方案中，梯度部可以直接相邻于效率层。在其他实施方案中，梯度部和效率层可以不直接相邻。
在一些实施方案中，效率层可以包括相对小的直径的纤维。在一些情况下，效率层包括纳米纤维和/或微纤维。例如，效率层中的纤维可以具有如下的平均直径：例如，小于或等于约1.5微米、小于或等于约1.2微米、小于或等于约1.0微米、小于或等于至约0.8微米、小于或等于约0.6微米、小于或等于约0.4微米、或小于或等于约0.2微米。在某些实施方案中，效率层的纤维可以具有如下平均直径：大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.3微米、大于或等于约0.5微米、或大于或等于约0.8微米。上述参考范围的组合也是可能的(例如，小于或等于约1.0微米并且大于或等于约0.2微米)。平均纤维直径的其他值也是可能的。
通常，效率层可以通过适当的方法来形成。效率层可以是湿法成网层(例如，通过湿法成网工艺形成的层)或非湿法成网层(例如，其可以包括熔喷纤维、熔纺纤维、离心纺纤维、气流成网纤维、干法成网纤维、或由其他非湿法成网工艺形成的纤维)。例如，效率层可以包括连续纤维(例如，熔喷纤维、熔纺纤维、离心纺纤维、电纺纤维)的层。
在一些实施方案中，效率层可以包括多于一种类型的纤维。例如，在某些实施方案中，效率层可以包括一种或更多种的合成纤维、纤维素纤维(例如，再生的、莱赛尔纤维等)、原纤化纤维和/或玻璃纤维，如本文关于梯度所述的。
效率层可以具有某些有利的结构特性，例如，相对小的平均流动孔径和低厚度。例如，在一些实施方案中，效率层可以具有如下平均流动孔径：小于或等于约15微米、小于或等于约12微米、小于或等于约10微米、小于或等于约8微米、小于或等于约6微米、小于或等于约5微米、小于或等于约4微米、或小于或等于约2微米。在一些情况下，效率层可以具有如下平均流动孔径：大于或等于约1微米、大于或等于约3微米、大于或等于约4微米、大于或等于约5微米、大于或等于约6微米、大于或等于约8微米、大于或等于约10微米、或大于或等于约12微米。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1微米并且小于或等于约15微米)。平均的平均流动孔径的其他值也是可能的。平均流动孔径可以根据标准ASTME1294(2008年)(M.F.P.)来确定。
在一些实施方案中，效率层可以是相对薄的。例如，在一些实施方案中，效率层可以具有如下厚度：小于或等于约1.0mm、小于或等于约0.9mm、小于或等于约0.5mm、小于或等于约0.4mm、小于或等于约0.3mm、或小于或等于约0.2mm。在一些情况下，效率层可以具有如下厚度：大于或等于约0.1mm、大于或等于约0.2mm、大于或等于约0.25mm、大于或等于约0.3mm、大于或等于约0.4mm、大于或等于约0.6mm、或大于或等于约0.8mm。上述参考范围的组合也是可能的(例如，厚度为大于或等于约0.1mm且小于或等于约1.0mm)。厚度的其他值也是可能的。厚度可以根据标准ISO534在1N/cm2下来确定。
效率层可以具有有利的性能特性，包括效率和压降。在一些实施方案中，效率层可具有相对高的效率。例如，在一些实施方案中，效率层的效率可以大于或等于约80％、大于或等于约90％、大于或等于约95％、大于或等于约96％、大于或等于约97％、大于或等于约98％、大于或等于约99％、或大于或等于约99.9％。在一些情况下，效率层的效率可以小于或等于约99.99％、小于或等于约98％、小于或等于约97％、小于或等于约96％、或小于或等于约90％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约80％并且小于或等于约99.99％)。效率层的效率的其他值也是可能的。效率可以根据标准ISO16889来确定。如下面更详细的描述，效率可以在不同的颗粒尺寸(例如，对于x微米或更大的颗粒，其中x在下面描述)下进行测量，并且效率的上述范围可以适合于本文所述的各种颗粒尺寸。在一些实施方案中，x为4微米，使得效率的上述范围适合于过滤出4微米或更大的颗粒。
在一些实施方案中，效率层的压降可以相对低。例如，在一些实施方案中，效率层可以具有如下压降：小于或等于约150Pa、小于或等于约130Pa、小于或等于约110Pa、小于或等于约90Pa、小于或等于约70Pa、小于或等于约50Pa、或小于或等于约30Pa。在一些情况下，效率层可以具有如下压降：大于或等于约5Pa、大于或等于约10Pa、大于或等于约30Pa、大于或等于约50Pa、大于或等于约70Pa、大于或等于约90Pa、或大于或等于约110Pa。压降的其他值也是可能的。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约5Pa并且小于或等于约150Pa、大于或等于约10Pa并且小于或等于约150Pa、大于或等于约30Pa并且小于或等于约150Pa、大于或等于约10Pa并且小于或等于约70Pa、大于或等于约5Pa并且小于或等于约30Pa)。如本文所述，压降可以使用TSI8130过滤测试仪在10.5FPM的迎面速度下确定。
通常，效率层可以为整个过滤介质的任何合适的重量百分比。例如，在一些实施方案中，效率层在整个过滤介质中的重量百分比可以为大于或等于约2％、大于或等于约10％、大于或等于约15％、大于或等于约20％、大于或等于约25％、大于或等于约30％、大于或等于约35％、或大于或等于约40％。在一些情况下，效率层在整个过滤介质中的重量百分比可以为小于或等于约50％、小于或等于约40％、小于或等于约30％、小于或等于约25％、小于或等于约20％、小于或等于约15％、小于或等于约10％、或小于或等于约5％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，重量百分比为大于或等于约10％并且小于或等于约40％)。效率层在整个过滤介质中的重量百分比的其他值也是可能的。
在某些实施方案中，效率层可以包括单个层。然而，在其他实施方案中，效率层可以包括多于一个层(即，子层)以形成多层结构。当层包括多于一个子层时，所述多个子层可以基于某些特征(例如，透气度、单位面积重量、纤维类型、和/或效率)而不同。在某些情况下，所述多个子层可以是分立的并且通过任何合适的方法(例如，层压、点粘合、或配帖(collating))结合。在一些实施方案中，子层基本上彼此接合(例如，通过层压、点粘合、热点粘合、超声粘合、热轧粘合、使用粘合剂(例如，胶网)、和/或共打褶)。在一些情况下，子层可以形成为复合层(例如，通过湿法成网工艺)。
如本文所述，可以使用任何合适的过滤介质。在一些实施方案中，过滤介质可以包含一种或更多种玻璃纤维(例如，微玻璃纤维、短切原丝玻璃纤维、或其组合)。微玻璃纤维和短切原丝玻璃纤维是本领域技术人员已知的。本领域技术人员中能够通过观测(例如，光学显微镜、电子显微镜)来确定玻璃纤维是否是微玻璃纤维或短切原丝玻璃纤维。微玻璃纤维也可以在化学上不同于短切原丝玻璃纤维。在一些情况下，尽管不是必需的，短切原丝玻璃纤维可以含有的钙或钠的含量比微玻璃纤维大。例如，短切原丝玻璃纤维可以接近于无碱并且高氧化钙和氧化铝含量。微玻璃纤维可以包含10％至15％的碱(例如，钠、镁的氧化物)并且具有相对较低的熔融温度和加工温度。这些术语指代用于制造玻璃纤维的技术。这样的技术赋予玻璃纤维某些特性。通常，短切原丝玻璃纤维从漏板喷丝孔提取并且以与纺织生产类似的工艺被切断成纤维。短切原丝玻璃纤维以比微玻璃纤维更受控制的方式生产，并且作为结果，短切原丝玻璃纤维通常将在纤维的直径和长度方面具有比微玻璃纤维小的变化。微玻璃纤维从漏板喷丝孔提取并且进一步经受火焰吹拉或旋转纺丝过程。在一些情况下，细微玻璃纤维可以使用重熔工艺制成。在这方面，微玻璃纤维可以是细的或粗的。如本文中所使用的，细微玻璃纤维的直径小于或等于1微米，而粗微玻璃纤维的直径大于或等于1微米。
微玻璃纤维可以具有小直径。例如，在一些实施方案中，微玻璃纤维的平均直径可以为小于或等于约9微米、小于或等于约7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。在一些情况下，微玻璃纤维可以具有的平均纤维直径为大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.3微米、大于或等于约1微米、大于或等于约3微米、或大于或等于约7微米。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.1微米并且小于或等于约9微米)。平均纤维直径的其他值也是可能的。微玻璃纤维的平均直径分布通常为对数正态分布。然而，可以理解的是，微玻璃纤维可以以任何其他适当的平均直径分布(例如，高斯分布)来提供。
在一些实施方案中，微玻璃纤维的平均长度可以为小于或等于约10mm、小于或等于约8mm、小于或等于约6mm、小于或等于约5mm、小于或等于约4mm、小于或等于约3mm、或小于或等于约2mm。在某些实施方案中，微玻璃纤维的平均长度可以为大于或等于约1mm、大于或等于约2mm、大于或等于约4mm、大于或等于约5mm、大于等于约6mm、或大于或等于约8mm。上述参考范围的组合也是可能的(例如，微玻璃纤维具有的平均长度为大于或等于约4mm并且小于约6mm)。其他范围也是可能的。
在其他实施方案中，微玻璃纤维可以由于工艺变化而在长度方面显著变化。例如，在一些实施方案中，过滤介质中的微玻璃纤维的平均纵横比(长度与直径之比)可以为大于或等于约100、大于或等于约200、大于或等于约300、大于或等于约1000、大于或等于约3000、大于或等于约6000、大于或等于约9000。在一些情况下，微玻璃纤维可以具有的平均纵横比为小于或等于约10000、小于或等于约5000、小于或等于约2500、小于或等于约600、或小于或等于约300。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约200并且小于或等于约2500)。平均纵横比的其他值也是可能的。应当理解的是，上面提到的尺寸不是限制性的，并且微玻璃纤维也可以具有其他尺寸。
在其中微玻璃纤维被包含在过滤介质中一些实施方案中，过滤介质中的微玻璃纤维的重量百分比可以为大于或等于约1wt％、大于或等于约10wt％、大于或等于约30wt％、大于或等于约50wt％、大于或等于约70wt％、或大于或等于约90wt％。在一些情况下，过滤介质中的微玻璃纤维的重量百分比可以为小于或等于约100wt％、小于或等于约95wt％、小于或等于约80wt％、小于或等于约60wt％、小于或等于约40wt％、小于或等于约20wt％、或小于或等于约10wt％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1wt％并且小于或等于约95wt％)。过滤介质中的微玻璃纤维的重量百分比的其他值也是可能的。在其他实施方案中，过滤介质包含0wt％的微玻璃纤维。
通常，短切原丝玻璃纤维可以具有的平均纤维直径比微玻璃纤维的直径大。例如，在一些实施方案中，短切原丝玻璃纤维的平均直径可以为大于或等于约5微米、大于或等于约7微米、大于或等于约9微米、大于或等于约11微米、或大于或等于约20微米。在一些情况下，短切原丝玻璃纤维可以具有的平均纤维直径为小于或等于约30微米、小于或等于约25微米、小于或等于约15微米、小于或等于约12微米、或小于或等于约10微米。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约5微米并且小于或等于约12微米)。平均纤维直径的其他值也是可能的。短切原丝的直径趋向于遵循正态分布。然而，可以理解的是，短切原丝玻璃纤维可以以任何适当的平均直径分布(例如，高斯分布)来提供。
在一些实施方案中，短切原丝玻璃纤维的长度可以在约0.125英寸与约1英寸之间的范围内(例如，约0.25英寸、或约0.5英寸)。在一些实施方案中，短切原丝玻璃纤维的平均长度可以为小于或等于约1英寸、小于或等于约0.8英寸、小于或等于约0.6英寸、小于或等于约0.5英寸、小于或等于约0.4英寸、小于或等于约0.3英寸、或小于或等于约0.2英寸。在某些实施方案中，短切原丝玻璃纤维的平均长度可以为大于或等于约0.125英寸、大于或等于约0.2英寸、大于或等于约0.4英寸、大于或等于约0.5英寸、大于等于约0.6英寸、或大于或等于约0.8英寸。上述参考范围的组合也是可能的(例如，短切原丝玻璃纤维具有的平均长度为大于或等于约0.125英寸并且小于约1英寸)。其他范围也是可能的。
应当理解的是，上面提到的尺寸不是限制性的，并且微玻璃和/或短切原丝纤维，以及本文中所述的其他纤维也可以具有其他尺寸。
在其中短切原丝玻璃纤维被包含在过滤介质中的一些实施方案中，过滤介质中的短切原丝玻璃纤维的重量百分比可以为大于或等于约1wt％、大于或等于约10wt％、大于或等于约30wt％、大于或等于约50wt％、大于或等于约70wt％、或大于或等于约90wt％。在一些情况下，过滤介质中的短切原丝玻璃纤维的重量百分比可以为小于或等于约100wt％、小于或等于约90wt％、小于或等于约80wt％、小于或等于约60wt％、小于或等于约40wt％、小于或等于约20wt％、或小于或等于约5wt％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1wt％并且小于或等于约60wt％)。过滤介质中的短切原丝玻璃纤维的重量百分比的其他值也是可能的。在其他实施方案中，过滤介质包含0wt％的短切玻璃纤维。
在其中多于一种类型的玻璃纤维被包含在过滤介质中的一些实施方案中，过滤介质中的玻璃纤维(例如，微玻璃纤维、短切原丝玻璃纤维、或其组合)的总重量百分比可以为大于或等于约1wt％、大于或等于约10wt％、大于或等于约30wt％、大于或等于约50wt％、大于或等于约70wt％、或大于或等于约90wt％。在一些情况下，过滤介质中的玻璃纤维的总重量百分比可以为小于或等于约100wt％、小于或等于约95wt％、小于或等于约80wt％、小于或等于约60wt％、小于或等于约40wt％、小于或等于约20wt％、或小于或等于约10wt％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约10wt％并且小于或等于约95wt％)。过滤介质中的玻璃纤维的总重量百分比的其他值也是可能的。在一些实施方案中，过滤介质包含100wt％的玻璃纤维。在其他实施方案中，过滤介质包含0wt％的玻璃纤维。
在一些实施方案中，过滤介质中的纤维可以包含合成纤维。合成纤维例如可以是多组分纤维(例如，双组分、粘合纤维)、连续纤维和/或短纤维。合成纤维可以包含任何适当类型的合成聚合物。合适的合成纤维的实例包括聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、芳香聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃、尼龙、丙烯酸树脂、聚乙烯醇、再生纤维素(例如，莱赛尔、人造丝)及其组合。在一些实施方案中，合成纤维是有机聚合物纤维。在一些情况下，合成纤维可以包括熔喷纤维，其可以由聚合物形成。在其他情况下，合成纤维可以是电纺纤维。过滤介质也可以包含多于一种类型的合成纤维的组合。在又一些情况下，合成纤维可以是短纤维。
在一组实施方案中，合成纤维是多组分纤维。多组分纤维的每种组分可以具有不同的熔融温度。例如，双组分纤维可以包括芯和鞘，其中鞘的活化温度比芯的熔融温度低。这允许鞘在芯之前熔融，使得鞘与层中的其他纤维接合，而芯保持其结构的完整性。这是特别有利的，原因在于其创建了用于捕获滤液的更紧密结合层。芯/鞘粘合纤维可以是同心的或非同心的，并且示例性的芯/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、以及其组合。其他示例性的多组分纤维可以包括分裂纤维的纤维、并排式纤维、和/或“海上岛式”纤维。
在一些实施方案中，过滤介质中的合成纤维的平均直径例如可以为大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.3微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约2微米、大于或等于约3微米、大于或等于约4微米、大于或等于约5微米、大于或等于约8微米、大于或等于约10微米、大于或等于约12微米、大于或等于约15微米、或大于或等于约20微米。在一些情况下，合成纤维可以具有的平均直径为小于或等于约30微米、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7微米、小于或等于约5微米、小于或等于约4微米、小于或等于约1.5微米、小于或等于约1微米、小于或等于约0.8微米、或小于或等于约0.5微米。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1微米并且小于或等于约5微米)。平均纤维直径的其他值也是可能的。
在一些情况下，合成纤维可以是连续的(例如，熔喷纤维、纺粘纤维、电纺纤维、离心纺纤维等)。例如，合成纤维可以具有的平均长度为大于或等于约1英寸、大于或等于约50英寸、大于或等于约100英寸、大于或等于约300英寸、大于或等于约500英寸、大于或等于约700英寸、或大于或等于约900英寸。在一些情况下，合成纤维可以具有的平均长度为小于或等于约1000英寸、小于或等于约800英寸、小于或等于约600英寸、小于或等于约400英寸、或小于或等于约100英寸。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约50英寸并且小于或等于约1000英寸)。平均纤维长度的其他值也是可能的。
在一些实施方案中，合成纤维是不连续的(例如，短纤维)。例如，在一些实施方案中，过滤介质中的合成纤维可以具有的平均长度为大于或等于约2mm、大于或等于约4mm、大于或等于约6mm、大于或等于约8mm、大于或等于约10mm、大于或等于约15mm、或大于或等于约20mm。在一些情况下，合成纤维可以具有的平均长度为小于或等于约25mm、小于或等于约20mm、小于或等于约15mm、小于或等于约12mm、小于或等于约10mm、小于或等于约8mm、或小于或等于约5mm。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约4mm并且小于或等于约20mm)。平均纤维长度的其他值也是可能的。在其中合成纤维被包含在过滤介质中的一些实施方案中，过滤介质中的合成纤维的重量百分比可以为大于或等于约1wt％、大于或等于约10wt％、大于或等于约30wt％、大于或等于约50wt％、大于或等于约70wt％、或大于或等于约90wt％。在一些情况下，过滤介质中的合成纤维的重量百分比可以为小于或等于约100wt％、小于或等于约80wt％、小于或等于约60wt％、小于或等于约40wt％、小于或等于约20wt％、或小于或等于约5wt％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1wt％并且小于或等于约100wt％)。过滤介质中的合成纤维的重量百分比的其他值也是可能的。在一些实施方案中，过滤介质可以包含100wt％的合成纤维。在其他实施方案中，过滤介质可以包含0wt％的合成纤维。
在一些实施方案中，过滤介质可以包含一种或更多种纤维素纤维，例如，软木纤维、硬木纤维、硬木纤维与软木纤维的混合物、再生纤维素纤维、以及机械纸浆纤维(例如，磨木浆、化学处理的机械纸浆、和热机械浆)。示例性软木纤维包括从丝光南方松(例如，丝光南方松纤维或HPZ纤维、HPZXS纤维和HPZIII纤维或Porosanier纤维)、北方漂白软木牛皮纸(例如，从RottnerosAB获得的纤维(栎树闪光纤维))、南方漂白软木牛皮纸(例如，从Brunswick松获得的纤维(Brunswick松纤维))、或化学处理的机械纸浆(CTMP纤维)获得的纤维。例如，HPZ纤维、HPZXS、以及HPZIII可以从田纳西州孟菲斯的BuckeyeTechnologies公司获得；Porosanier纤维可以从佛罗里达州杰克逊维尔的Rayonier公司获得；栎树闪光纤维可以从瑞典斯德哥尔摩的RottnerosAB获得；Chinook纤维可以从魁北克蒙特利尔的Domtar公司获得；Brunswick松和LeafRiver纤维可以从佐治亚州亚特兰大的Georgia-Pacific获得；以及Tarascon纤维可以从加拿大不列颠哥伦比亚温哥华的PaperExcellence获得(Tarascon纤维)。示例性硬木纤维包括从桉树获得的纤维(桉树纤维)。桉树纤维可商购自例如(1)巴西苏扎诺的SuzanoGroup(苏扎诺纤维)和(2)葡萄牙Cacia的GroupPortucelSoporcel(Cacia纤维)。其他示例性硬木纤维可以从俄亥俄州迈阿密堡的NewPage公司获得(PinnaclePrime纤维)。
在其中过滤介质包含纤维素纤维的一些实施方案中，过滤介质中的纤维素纤维的平均直径例如可以为大于或等于约1微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约30微米、大于或等于约40微米、大于或等于约50微米、或大于或等于约60微米。在一些情况下，纤维素纤维可以具有的平均直径为小于或等于约75微米、小于或等于约65微米、小于或等于约55微米、小于或等于约45微米、小于或等于约35微米、小于或等于约25微米、小于或等于约15微米、或小于或等于约5微米。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1微米并且小于或等于约5微米)。平均纤维直径的其他值也是可能的。
在一些实施方案中，纤维素纤维可以具有平均长度。例如，在一些实施方案中，纤维素纤维可以具有的平均长度为大于或等于约0.5mm、大于或等于约1mm、大于或等于约3mm、大于或等于约6mm、大于或等于约8mm、大于或等于约10mm、大于或等于约15mm、或大于或等于约20mm。在一些情况下，纤维素纤维可以具有的平均长度为小于或等于约25mm、小于或等于约20mm、小于或等于约15mm、小于或等于约12mm、小于或等于约10mm、小于或等于约4mm、或小于或等于约1mm。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1mm并且小于或等于约4mm)。平均纤维长度的其他值也是可能的。
在一些实施方案中，过滤介质可以包含一定重量百分比的纤维素纤维。例如，过滤介质中的纤维素纤维的重量百分比可以为大于或等于约1wt％、大于或等于约10wt％、大于或等于约30wt％、大于或等于约50wt％、大于或等于约70wt％、或大于或等于约90wt％。在一些情况下，过滤介质中的纤维素纤维的重量百分比可以为小于或等于约100wt％、小于或等于约90wt％、小于或等于约80wt％、小于或等于约60wt％、小于或等于约40wt％、小于或等于约20wt％、或小于或等于约5wt％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1wt％并且小于或等于约20wt％)。在某些实施方案中，过滤介质可以包含0wt％的纤维素纤维。在一些情况下，过滤介质可以包含100wt％的纤维素纤维。过滤介质中的纤维素纤维的重量百分比的其他值也是可能的。
在一些实施方案中，过滤介质可以包含一种或更多种原纤化纤维(例如，合成的原纤化纤维、原纤化纤维素)。如本领域技术人员已知的，原纤化纤维包括分支成更小直径原纤维的母体纤维，在一些情况下，原纤维可以进一步分支成甚至更小直径的原纤维，并且还可以进一步分支。原纤维的分支性质导致了高表面面积，并且可以增加过滤介质中的原纤化纤维与纤维之间的接触点的数量。网的原纤化纤维与其他纤维和/或组分之间的接触点的这种增加可以有助于增强过滤介质的机械性能(例如，柔韧性、强度)和/或过滤性能。
如上所述，原纤化纤维包括母体纤维和原纤维。在一些实施方案中，母体纤维可以具有在微米范围内的平均直径。例如，母体纤维可以具有的平均直径为大于或等于约1微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于约30微米、大于或等于约40微米、大于或等于约50微米、大于或等于约60微米、或大于或等于约70微米。在一些实施方案中，母体纤维可以具有的平均直径为小于或等于约75微米、小于或等于约55微米、小于或等于约35微米、小于或等于约25微米、小于或等于约15微米、小于或等于约10微米、或小于或等于约5微米。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，母体纤维具有的平均直径为大于或等于约1微米并且小于或等于约25微米)。其他范围也是可能的。
在其他实施方案中，母体纤维可以具有在纳米范围内的平均直径。例如，在一些实施方案中，母体纤维可以具有的平均直径为小于约1微米、小于或等于约0.8微米、小于或等于约0.5微米、小于或等于约0.1微米、小于或等于约0.05微米、小于或等于约0.02微米、小于或等于约0.01微米、或小于或等于约0.005微米。在一些实施方案中，母体纤维可以具有的平均直径为大于或等于约0.003微米、大于或等于约0.004微米、大于或等于约0.01微米、大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.1微米、或大于或等于约0.5微米。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，母体纤维具有的平均直径为大于或等于约0.004微米并且小于或等于约0.02微米)。其他范围也是可能的。
原纤维的平均直径通常比母体纤维的平均直径小。在一些实施方案中，取决于母体纤维的平均直径，原纤维可以具有的平均直径为小于或等于约25微米、小于或等于约20微米、小于或等于约10微米、小于大于或等于约5微米、小于或等于约1微米、小于或等于约0.5微米、小于或等于约0.1微米、小于或等于约0.05微米、或小于或等于约0.01微米。在一些实施方案中，原纤维可以具有的平均直径为大于或等于约0.003微米、大于或等于约0.01微米、大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、或大于或等于约20微米。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，原纤维具有的平均直径为大于或等于约0.01微米并且小于或等于约20微米)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中，原纤化纤维的平均长度可以为大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.5微米、大于或等于约1微米、大于或等于约10微米、大于或等于约30微米、大于或等于约100微米、大于或等于约500微米、大于或等于约2000微米、大于等于约5000微米、或大于或等于约9000微米。在一些情况下，原纤化纤维的平均长度可以为小于或等于约12000微米、小于或等于约8000微米、小于或等于约4000微米、小于或等于约2000微米、小于或等于约1000微米、小于或等于约500微米、小于或等于约100微米、小于或等于约50微米、小于或等于约1微米、小于或等于约0.5微米、小于或等于约0.1微米、小于或等于约0.05微米。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，原纤化纤维具有的平均长度为大于或等于约30微米并且小于约2000微米)。其他范围也是可能的。原纤化纤维的平均长度是指母体纤维从一端至母体纤维的另一端的平均长度。在一些实施方案中，原纤化纤维的最大平均长度落在上述范围内。最大平均长度是指沿原纤化纤维(包括母体纤维和原纤维)的一个轴的平均最大尺寸。应当理解的是，在某些实施方案中，纤维和原纤维可以具有上述范围以外的尺寸。
原纤化纤维的原纤化的程度可以根据任何数目的合适的方法来测量。例如，原纤化的程度可以根据由TAPPI测试方法T227om09纸浆的游离度指定的加拿大标准游离度(CanadianStandardFreeness，CSF)测试来测量。测试可以提供平均CSF值。在一些实施方案中，原纤化纤维的平均CSF值可以为大于或等于约0mL、大于或等于约50mL、大于或等于约100mL、大于或等于约300mL、大于或等于约500mL、大于或等于约800mL、大于或等于约1000mL、或大于或等于约1200mL。在一些情况下，原纤化纤维的平均CSF值可以为小于或等于约1500mL、小于或等于约1200mL、小于或等于约1000mL、小于或等于约800mL、小于或等于约600mL、小于或等于约400mL、小于或等于约200mL、或小于或等于约100mL。上述参考范围的所有组合都是可能的(例如，原纤化纤维的平均CSF值为大于或等于约5mL并且小于或等于约35mL)。其他范围也是可能的。原纤化纤维的平均CSF值可以基于一种类型的原纤化纤维或多于一种类型的原纤化纤维。
在一些实施方案中，过滤介质可以包含一定重量百分比的原纤化纤维。例如，过滤介质中的原纤化纤维的重量百分比可以为大于或等于约1wt％、大于或等于约10wt％、大于或等于约30wt％、大于或等于约50wt％、大于或等于约70wt％、或大于或等于约90wt％。在一些情况下，过滤介质中的原纤化纤维的重量百分比可以为小于或等于约100wt％、小于或等于约90wt％、小于或等于约80wt％、小于或等于约60wt％、小于或等于约40wt％、小于或等于约20wt％、或小于或等于约5wt％。上述参考范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1wt％并且小于或等于约20wt％)。在某些实施方案中，过滤介质可以包含0wt％的原纤化纤维。在一些实施方案中，过滤介质可以包含100wt％的原纤化纤维。过滤介质中的原纤化纤维的重量百分比的其他值也是可能的。
原纤化纤维可以由如下的任何合适的材料形成：例如，合成材料(例如，合成聚合物，诸如聚酯、聚酰胺、芳香聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二酯、聚烯烃、尼龙、丙烯酸树脂、再生纤维素(例如，莱赛尔、人造丝)、聚对亚苯基-2,6-苯并二唑(PBO))，和天然材料(例如，天然聚合物，诸如纤维素(例如，非再生的纤维素))。
纤维可以通过任何合适的原纤化细化工艺来进行原纤化。在一些实施方案中，纤维使用盘状细化机、树干打浆机或任何其他合适的原纤化设备来进行原纤化。
过滤介质也可以包含粘结剂(例如，强热失量(lossonignition))。粘结剂通常具有过滤介质的小重量百分比。例如，粘结剂可以具有过滤介质的小于或等于约20wt％、小于或等于约15wt％、小于或等于约10wt％、或小于或等于约5wt％(例如，在2wt％与5wt％之间)。在一些实施方案中，粘结剂可以为过滤介质的约3wt％。如下面进一步描述的，粘结剂可以被添加至处于湿过滤介质状态的纤维。在一些实施方案中，粘结剂对纤维进行涂覆并且被用于使纤维彼此附着以促进纤维之间的粘合。
通常，粘结剂可以具有任何合适的组成。在一些实施方案中，粘结剂是树脂基的。粘结剂可以为一种或更多种组分的形式，例如，粘结剂可以为诸如上述纤维的多组分纤维的形式。然而，应当理解的是，并不是所有的实施方案包括所有这些组分，而且可以引入其他适当的添加剂。
在一些实施方案中，横跨过滤介质的厚度的一部分或全部的梯度部分可以具有本文中对整个过滤介质所描述的上面提到的纤维组合物。
如本文所述，过滤介质可以使用如下的任何合适的方法来制造：例如，使用湿法成网工艺(例如，涉及压力成形器、真空圆网抄纸机、长网造纸机、混合成形器或双网抄纸法的工艺)、或者非湿法成网工艺(例如，干法成网工艺、气流成网工艺、纺粘工艺、熔喷工艺、电纺工艺、离心纺工艺或梳理工艺)。
在一些实施方案中，包括梯度部分的过滤介质可以通过将多个(例如，四个、五个、六个、七个、八个等)单独形成的层粘附(例如，层压)在一起以形成多层结构来形成。每个层可以具有不同的平均孔径。在一些实施方案中，一个或更多个层(例如，4个层、所有层)也可以具有横跨其厚度的相对恒定的平均孔径。通常，可以使用用于使层粘附的任何合适的工艺(例如，层压、热点接合、超声、热轧粘合、胶网、共打褶、配帖)。这样的过程可以导致横跨过滤介质的厚度的平均孔径的梯度，如本文所述。
在某些实施方案中，本文所描述的过滤介质的梯度部分可以由连续(例如，湿法)工艺形成。例如，含有在溶剂(例如，诸如水的水性溶剂)中的纤维的第一分散体可以被施加到造纸机(例如，长网造纸机、真空圆网抄纸机)上。含有在溶剂(例如，诸如水的水性溶剂)中的纤维的第二分散体(例如，另一纸浆)可以同时或者在施加第一分散体之后被施加。可以类似地施加另外的分散体。在上述过程期间真空被连续地施加至纤维的分散体，以从纤维除去溶剂。然后由此形成的制品可以被干燥，并且(如果需要的话)被进一步处理(例如，热轧粘合)。这样的过程可以导致横跨过滤介质的厚度的平均孔径的梯度，如本文所述。
可以使用用于创建纤维分散体的任何合适的方法。在一些实施方案中，另外的添加剂被添加到分散体以促进处理。温度也可以被调节至适当的范围，例如在33°F与100°F之间(例如，在50°F与85°F之间)。在一些情况下，浆料的温度被维持。在一些情况下，温度不被主动调节。
在形成梯度部分期间或之后，可以根据各种已知技术进一步处理梯度部分。可选地，可以使用诸如层压、热点粘合、超声、热轧粘合、胶网、共打褶或配帖的方法将另外的层形成和/或添加至梯度部分。例如，多于一个的层(例如，熔喷层、非梯度层)可以通过热点粘合、热轧粘合、胶网或超声处理接合在一起以形成层(例如，第二层)。
本文中所述的非梯度层可以使用如下的任何合适的方法来制造：例如，使用湿法成网工艺(例如，涉及压力成形器、真空圆网抄纸机、长网造纸机、混合成形器或双网抄纸法的工艺)、或者非湿法成网工艺(例如，干法成网工艺、气流成网工艺、纺粘工艺、熔喷工艺、电纺工艺、离心纺工艺或梳理工艺)。在一些实施方案中，过滤介质可以在形成之后经历进一步的处理。在一些实施方案中，进一步的处理可以涉及打褶。在一些情况下，过滤介质或其各个层可以通过在彼此适当的间隔距离下形成划线以允许过滤介质被折叠来被适当地打褶。应当理解的是，任何合适的打褶技术可以被使用。
本文中所述的过滤介质可以用于整体过滤装置或过滤元件中。在一些实施方案中，过滤介质配备有一个或更多个附加层或组件(例如，布置成与纤维介质相邻、与过滤介质的一侧或两侧接触)。在一些实施方案中，根据本文所述的实施方案的多个过滤介质可以层叠在一起以形成用于过滤元件的多层片。
过滤介质可以被并入各种过滤元件中以用于各种应用(包括液压和非液压过滤应用)。液压过滤器的示例性用途(例如，高、中、低压专用过滤器)包括移动和工业过滤器。非液压过滤器的示例性用途包括燃料过滤器(例如，超低硫柴油)、油过滤器(例如，润滑油过滤器或重型润滑油过滤器)、化学处理过滤器、工业处理过滤器、医用过滤器(例如，用于血的过滤器)、燃料-水分离器、以及水过滤器。在一些实施方案中，过滤介质的多个层可以卷绕在内基板(例如，合成或金属芯)周围以形成包卷过滤器(wrappedfilter)。例如，包卷过滤器可以包括卷绕在内基板周围的5层到10层之间的过滤介质。在一些情况下，本文所述的过滤介质可以被用作用于合并应用(例如，使用包卷过滤器)的过滤介质。例如，这样的过滤介质可以用于从压缩空气中去除油。在一些实施方案中，本申请的过滤介质可能对于液体过滤应用比空气过滤应用(其利用了与液体过滤不同的颗粒捕获机制)更适合。在一些情况下，本文所述的过滤介质可以用作空气过滤器。示例性空气过滤器包括重型空气过滤器、汽车空气过滤器、HVAC过滤器和HEPA过滤器。
实例
实例1
本实例描述了对于具有横跨介质的整个厚度的平均孔径的均匀、线性、凹、或凸梯度的过滤介质的性能特性的模拟。具有由指数函数表示的平均孔径的凸梯度的过滤介质与具有平均孔径的均匀、线性或凹梯度的过滤介质相比具有增大的容尘量。
使用可以模拟多通测试结果的软件进行模拟。模拟的过滤介质为含有100wt％的玻璃纤维的液压过滤介质。液压过滤介质的厚度为约0.5mm，并且单位面积重量为约62.5g/m2。取决于平均孔径，液压过滤介质的β200在约2μm至40μm的范围内，并且空气阻力在约0.3mmW至25mmW的范围内。使用下列方程对平均孔径的均匀、线性、凹和凸梯度进行建模：
1.均匀梯度：平均孔径＝a1＝常量；
2.线性梯度：平均孔径(x)＝a2+k2*x；
3.凹梯度：平均孔径(x)＝a4+k4x1/2；
4.凸梯度分布：平均孔径(x)＝a3*exp(k3*x)；
在模拟中，x为无量纲介质厚度，并且范围从0到1，使得x＝0对应于介质的下游侧并且x＝1对应于介质的上游侧。平均孔径(x)为横跨介质厚度的平均孔梯度，并且ai和ki是拟合常量。拟合常量ai范围从2μm至60μm，并且拟合常量ki范围从0.3至1.5。图2A中示出了对于平均孔径的各种梯度的平均孔径与无量纲厚度的关系曲线。
通过对于平均孔径的均匀、线性、凹和凸梯度模拟ISO16889多通道液压介质测试计算了对于平均孔径的四种梯度的容尘量和β200等级。所使用的测试流量为1.7L/min，并且期望的粉尘水平为10mg/L，样品为110cm2，并且终端压降为100kPa。图2B中示出了对于线性、凹和凸梯度过滤介质的压降与装载时间的关系的计算机曲线。表1中示出了对于均匀、线性、凹和凸梯度过滤介质的所计算的容尘量和β200。
表1梯度过滤介质的容尘量和β200值
具有由指数函数表示的平均孔径的凸梯度的过滤介质具有的容尘量分别比均匀、线性和凹梯度的容尘量大102％、60％和71％。具有由指数函数表示的平均孔径的凸梯度的过滤介质还具有与平均孔径的其他梯度可比较的β200颗粒尺寸。
实例2
本实例描述了实例1中描述的模拟结果中的一些的实验验证。确定了具有横跨过滤介质的整个厚度的平均孔径的线性或指数梯度的过滤介质的性能特性。具有平均孔径的指数梯度的过滤介质与具有线性梯度的过滤介质相比具有较高的透气度、较高的容尘量以及较大的到达终端压降的时间。
每种梯度过滤介质为包含玻璃纤维的多层过滤介质。通过沉积4个湿法过滤介质层来制造梯度过滤介质。每个层具有由Hollingsworth&VoseFiber公司制造的不同比例的JM108和312纤维。每个层的单位面积重量保持在15g/m2下恒定。基于获得适当的梯度(即，线性或指数)所需的平均孔径确定了每个层中的JM108和312纤维的比例。图3A中示出了对于平均孔径的线性和指数梯度的平均孔径与层数关系的曲线。以下经验关系：
1.平均孔＝6xFd；
2.AR＝0.2(Fd)-1.82；
3.AR＝w1(AR108)+w2(AR312)；
4.AR108＝0.2(FD(108))-1.82；
5.AR312＝0.2(FD(312))-1.82；
被同时求解以找到产生每个层的平均孔径所需的JM108和Evanite312纤维的重量比，其中Fd是纤维直径，AR是以mmH2O为单位的空气阻力，w1和w2分别是JM108和Evanite312纤维的重量比，FD(108)＝1微米，并且FD(312)＝3.9微米。表2和表3中分别示出了对于线性和指数梯度过滤介质的每个层的JM108和312纤维的重量百分比。
表2线性梯度的JM108和312纤维的重量百分比
层# 108(％) 312(％) 平均孔径(μm)
1 60 40 7
2 40 60 9.3
3 26 74 11.6
4 17 83 13.9
表3指数梯度的JM108和312纤维的重量百分比
为了形成用于每种梯度的多层过滤介质，具有表2或表3中所示的纤维共混物的每个层被沉积在手抄纸模具中，其从层1开始顺序沉积，使得层1为最下游层并且层4为最上游层。表4中示出了具有平均孔径的梯度的多层过滤介质的物理性质。具有线性梯度的过滤介质与具有指数梯度的过滤介质具有基本上相同的单位面积重量、厚度、平均孔径。然而，具有平均孔径的指数梯度的过滤介质与具有平均孔径的线性梯度的过滤介质相比具有大于约30％的透气度。
表4具有线性或指数梯度的过滤介质的性质
使用ISO16889多通道液压介质测试确定了具有平均孔径的线性和指数梯度的过滤介质的容尘量和β200颗粒尺寸。所使用的测试流量为1.7L/min，并且期望的粉尘水平为10mg/L，并且终端压降为100kPa。图3B中示出了对于线性和指数梯度的过滤介质的压降与装载时间关系的曲线。如图3B中所示，具有线性梯度尺寸的过滤介质耗时约78分钟到达100kPa的终端压降，而具有指数梯度的过滤介质耗时约135分钟到达同样的终端压降。因此，具有平均孔径的指数梯度的过滤介质与具有线性梯度尺寸的过滤介质相比，过滤器使用寿命长73％。具有线性梯度的过滤介质的容尘量(DHC)为约126g/m2，相比之下，具有指数梯度的过滤介质的容尘量为约214g/m2。因此，具有指数梯度的过滤介质与具有线性梯度的过滤介质相比，容尘量增加约70％。
图3C中示出了线性和指数梯度的过滤介质的平均β200等级与颗粒尺寸关系的曲线。具有平均孔径的指数梯度的过滤介质的平均β200颗粒尺寸为约6.5微米，其与具有线性梯度的过滤介质的5.5微米可相比。
表5具有线性或指数梯度的过滤介质的过滤性能
梯度 单位 线性 指数
到达终端dP的时间 (分钟) 78 135
DHC (g/m2) 126 214
平均β200颗粒尺寸 (微米) 5.5 6.5
实例3
本实例描述了对于具有平均孔径的指数梯度的各种过滤介质的性能特性的模拟，如实例1中的描述，差异仅在于拟合参数k3值。发现大于零并且小于或等于约1.5的k3值具有有利的过滤性能。
如实例1中所述进行了模拟，除了如下之外：模拟了差异仅在于拟合参数k3值的具有平均孔径的指数梯度的五种过滤介质。
k3的五个值为0、0.25、0.5、1.0和1.5。图4A中示出了对于k3的各个值的平均孔径与无量纲厚度的关系的曲线。图4B中示出了所计算的容尘量、透气度以及β200颗粒尺寸与k3值的关系的曲线。如图4B中所示，在约0.25与约0.75之间的k3值具有最高的容尘量和相对低的β200颗粒尺寸。大于1.5的k3值具有显著较低的容尘量和相对高的β200颗粒尺寸。
实例4
本实例描述了包含具有平均孔径的指数梯度的双阶段预过滤部以及含有相对小直径的纤维的下游的、直接相邻的效率层的两种过滤介质的容尘量。过滤介质具有相对高的容尘量和高效率。
所形成的两种过滤介质的差异仅在于预过滤部的平均孔径的指数梯度类型。过滤介质A包含预过滤部A和效率层。过滤部A的梯度分布为平均孔径(x)＝a*exp(k*x)，其中a为13，并且k为0.6。过滤介质B包含预过滤部B和效率层。过滤部B的梯度分布为平均孔径(x)＝a*exp(k*x)，其中a为12.9，并且k为1.13。预过滤部是通过改变具有不同的纤维直径的纤维的重量百分比来形成的，以形成横跨预过滤部的两个层的平均孔径的期望的指数梯度。效率层通过熔喷工艺形成，并且含有直径为约1.0微米的合成纤维。效率层的厚度为约0.2mm，并在10.5FPM下压降为约20Pa。表6中示出了效率层、预过滤部A和预过滤部B的单位面积重量和Frasier渗透性。
表6预过滤部和效率层的选择性质
过滤介质的容尘量和β200颗粒尺寸使用如实例2中描述的ISO16889来确定。具有梯度的预过滤部和效率层的过滤介质具有相对高的容尘量和良好的β200等级。表7中示出了过滤介质的容尘量和β200等级。
表7具有梯度预过滤部的过滤介质的过滤性质
β200(μm) DHC(g/m2)
预过滤部A+效率层 14.2 155
预过滤部B+效率层 16.7 91
如此描述了本发明的至少一个实施方案的多个方面，应理解的是，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在为本公开内容的一部分并且旨在包括在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅作为实例的方式。

Claims (26)

1.一种过滤介质，所述过滤介质在横跨所述过滤介质的至少部分厚度上具有平均孔径的梯度，其中所述梯度由对在横跨所述过滤介质的至少所述部分厚度上的不同点处确定的平均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示，所述指数函数具有如下形式：
平均孔径(x)＝a*exp(k*x)
其中x对应于沿着所述过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于或等于0且小于或等于1的值，并且
其中k大于或等于0.1且小于或等于1.75，
其中所述指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的，并且
其中所述指数函数的确定系数大于或等于约0.9。
2.一种方法，包括：
提供过滤介质，所述过滤介质在横跨所述过滤介质的至少部分厚度上具有平均孔径的梯度，其中所述梯度由对在横跨所述过滤介质的至少所述部分厚度上的不同点处确定的平均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示，所述指数函数具有如下形式：
平均孔径(x)＝a*exp(k*x)
其中x对应于沿着所述过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于或等于0且小于或等于1的值，并且
其中k大于或等于0.1且小于或等于1.75，
其中所述指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的，并且
其中所述指数函数的确定系数大于或等于约0.9；以及
使用所述过滤介质对液体进行过滤。
3.一种过滤介质，所述过滤介质在横跨所述过滤介质的至少部分厚度上具有平均孔径的梯度，其中所述梯度由对在横跨所述过滤介质的至少所述部分厚度上的不同点处确定的平均孔径的至少四个数值拟合的指数函数来表示，所述指数函数具有如下形式：
平均孔径(x)＝a*exp(k*x)
其中x对应于沿着所述过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于或等于0且小于或等于1的值，并且
其中k大于或等于0.1且小于或等于1.75，
其中所述指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的，
其中所述指数函数的确定系数大于或等于约0.7；并且
其中所述指数函数的确定系数大于使用所述最小二乘线性回归模型对平均孔径的所述至少四个数值拟合的线性函数的所有确定系数。
4.根据权利要求1至3所述的过滤介质或方法，其中a大于或等于0.1微米并且小于或等于100微米。
5.根据权利要求1至4所述的过滤介质或方法，其中a大于或等于2微米并且小于或等于60微米。
6.根据权利要求1至5所述的过滤介质或方法，其中k大于或等于0.25并且小于或等于0.75。
7.根据权利要求1至6所述的过滤介质或方法，其中k小于或等于1.5。
8.根据权利要求1至7所述的过滤介质或方法，其中所述平均孔径的梯度横跨所述过滤介质的整个厚度。
9.根据权利要求1至8所述的过滤介质或方法，其中通过ISOEN13-443-2确定的所述过滤介质的容尘量大于或等于约5g/m2并且小于或等于约500g/m2。
10.根据权利要求1至9所述的过滤介质或方法，其中通过ISO16889、ISO4548-12或ISO19438确定的所述过滤介质的容尘量大于或等于约40g/m2并且小于或等于约500g/m2。
11.根据权利要求1至10所述的过滤介质或方法，其中通过ISO16889、ISO4548-12或ISO19438确定的所述过滤介质的容尘量大于或等于约70g/m2并且小于或等于约500g/m2。
12.根据权利要求1至11所述的过滤介质或方法，其中通过ISOEN13-443-2确定的所述过滤介质的容尘量大于或等于约10g/m2并且小于或等于约300g/m2。
13.根据权利要求1至12所述的过滤介质或方法，其中沿所述平均孔径的梯度的平均孔径的改变大于或等于约1微米并且小于或等于约100微米。
14.根据权利要求1至13所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质为多层过滤介质。
15.根据权利要求1、2和4至14所述的过滤介质或方法，其中所述指数函数的所述确定系数大于使用所述最小二乘线性回归模型对所述平均孔径的所述四个数值拟合的线性函数的所有确定系数。
16.根据权利要求1至15所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的所述部分厚度大于或等于所述梯度的厚度的约20％。
17.根据权利要求1至16所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质包含玻璃纤维。
18.根据权利要求1至17所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质包含合成纤维。
19.根据权利要求1至18所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的单位面积重量为大于或等于约0.5g/m2并且小于或等于约400g/m2。
20.根据权利要求1至19所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过ISO16889确定的β200颗粒尺寸为大于或等于约2微米并且小于或等于约60微米。
21.根据权利要求1至20所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过ISO19438确定的β200颗粒尺寸为大于或等于约2微米并且小于或等于约40微米。
22.根据权利要求1至21所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过ISO4548-12确定的β200颗粒尺寸为大于或等于约10微米并且小于或等于约30微米。
23.根据权利要求1至22所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过ISOEN13-443-2确定的β200颗粒尺寸为大于或等于约0.05微米并且小于或等于约5微米。
24.根据权利要求1至23所述的过滤介质或方法，其中所述平均孔径的梯度横跨所述过滤介质的四个或更多个层。
25.根据权利要求1至24所述的过滤介质或方法，其中所述四个或更多个层中的至少四个层具有恒定的平均孔径。
26.根据权利要求1至25所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质还包括平均纤维直径小于或等于约1微米的效率层。
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