CN1074301C - 非织造过滤介质 - Google Patents

非织造过滤介质

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Abstract

本发明提供一种用于滤除流体中颗粒的膨松过滤介质，它包含由卷曲纤维构成的非织造纤维网，其中的纤维选自纺粘纤维和短纤维，其中过滤介质的密度为约0.005g/cm3-约0.1g/cm3。这种膨松过滤介质极为适合用于滤除含于流体中的颗粒，例如用于过滤变速箱流体、液压流体、游泳池水及金属加工、金属成形和金属轧制用冷却油或切削流体乃至滤除空气中颗粒等用途的过滤介质。

Description

非织造过滤介质
本发明涉及过滤介质，具体地涉及用非织造纤[维]网制成的过滤器用介质。
在该领域中已现存有各种各样的颗粒滤除介质，其中包括用于空气过滤器、水过滤器、液压流体或油过滤器、冷却剂过滤器、化学品过滤器等的过滤介质，这些介质是用各种不同材料制做的，例如玻璃纤维、石棉纤维、合成聚合物纤维，如聚烯烃、聚酰胺、聚酯纤维等，以及天然纤维，如木浆板等。
过滤介质不但必须具有高过滤效率，即防止细微粒子通过，而且还必须具有高通过量，即在使用期限内维持过滤介质两侧的压力降尽可能地低。另外，过滤介质的工作期限还不得太短，以至需要经常清洗或更换。然而，上述的性能要求往往具有彼此相反的关联性。例如，高效过滤介质所造成的压力降往往也大，这就大大限制了其通过能力和使用寿命。
非织造纤维网或布在过滤领域中的应用是已知的，这类非织造纤网包括熔喷纤网和纺粘纤网。用熔喷纤网制成的过滤介质，由于其纤维细、柔顺性好，导致纤维聚集成致密、孔小的纤网，往往过滤效率高。但是，熔喷纤网不具有充足的物理性能，其中包括抗张、撕裂和顶破性能，而且用这种纤网制成的过滤介质，其使用寿命不足以满足某些用途的要求。与熔喷纤网比较，纺粘纤网含有物理性能强的粗大、高度连续的纤维或长丝。典型地说，纺粘纤维的分子取向度比熔喷纤维高，而且据信由这种纤维制成的纺粘纤网之所以物理性能较强正是由于纺粘纤维的分子取向度较高造成的。然而与熔喷纤维不同，纺粘纤维不能自动地互相粘附，故纤网需要在单独的粘合过程中进行粘合才能获得物理内聚力和整体性。传统的粘合方法，如轧光机粘合，将纤网压实还沿整个纤网面积施加了许多不连续的粘合区域，从而减少了纺粘纤网的有效过滤面积和使用期限。
如同过滤技术中所知道的，过滤效率的主要决定因素之一是过滤介质在维持操作上足够的流率的同时，机械地截留脏物的能力。过滤介质的膨松或一定的厚度能促进在其间隙空间或孔内机械截留脏物的作用，而不妨碍滤液的流动。这种过滤过程在技术上被称做“深度过滤”。与深度过滤介质不同，扁平的“表面过滤”介质，诸如薄膜过滤介质和熔喷纤维过滤介质，必须将脏物积攒在其表面，结果很快使所有可供流动的通路或孔隙堵塞并造成过滤介质两侧压力降的升高。曾经做过许多旨在生产具有深度过滤和高过滤效率相结合性能的过滤介质的努力。此类尝试当中的一种是提供具有至少两种不同孔隙率的非织造纤网组成的层合构造过滤介质。层合过滤介质具有沿其深度的孔隙率梯度，这种构造改进了过滤效率，同时通过趁大颗粒未及到达较小孔隙之前便将其截留，从而防止过早出现堵孔失效。
如能提供既具有长使用期限又有强物理性能的高效过滤介质，则将是很理想的。另外，如能提供一种高度适应和灵活的过滤介质成形方法，此方法能生产出适用于有不同粒径分布和/或不同流动特性之滤液的孔径与孔密度均有变化、过滤性能最佳的介质，则将是很理想的。
发明概述
根据本发明，提供了一种用于滤除流体中颗粒的膨松过滤介质，它包含由卷曲纤维组成的非织造纤网，此卷曲纤维选自纺粘纤维和短纤维，其中过滤介质的密度为约0.005g/cm3～约0.1g/cm3。还提供了一种尤其适合滤除流体中颗粒之用的膨松非织造过滤介质，它含有由卷曲双组分纺粘纤维组成的纤网，其中该介质的密度为约0.005g/cm3～约0.1g/cm3，纺粘纤维平均直径为约10μm～约50μm。此外，本发明提供一种生产膨松纺粘纤维过滤纤网的方法，该方法包括下列步骤：熔融纺制纺粘纤维；将纤维拉伸；将纤维卷曲；将拉伸、卷曲纤维铺在成形表面形成纤网；以及将纤网粘合，其中纤网密度为约0.005g/m3～约0.1g/cm3。
此使用寿命长且过滤效率高的膨松过滤介质极为适合用于滤除含于流体中的颗粒，例如作为变速箱流体、液压流体、游泳池水及金属加工、金属成形和金属轧制的冷却油或切削流体，空气中的颗粒等过滤的过滤介质。
附图简述
图1是用于生产本发明过滤介质的双组分纺粘纤网成形过程示意图。
图2和3表示分别放大27和22倍的两种双组分纺粘过滤介质实例的显微照片。
发明详述
本发明提供一种高性能过滤介质。该过滤介质是一种高孔隙率膨松非织造纤网，具有强物理性能和长使用期限。此膨松过滤介质的密度为约0.005g/cm3～约0.1g/cm3，优选地为约0.01g/cm3～约0.09g/cm3，更优选为约0.02g/cm3～约0.08g/cm3。过滤介质的单位重量为约每平方米8.4775～约478.65克(g/m2)(约每平方码0.25～约15盎斯[osy])，优选地为约12.764～约446.74g/m2(约0.4～约14osy)，且更优选为约15.955～约414.83g/m2(约0.5～约13osy)。
适用于本发明过滤介质的纤维包括卷曲纺粘纤维及卷曲短纤维，这些纤维可以是单组分纤维也可以是多组分共轭纤维。适用于本发明的纺粘纤维和短纤维，其平均直径为约10μm～约50μm。在上述卷曲纤维当中，尤其合适的纤维是含两种或更多种聚合物组分的多组分共轭纤维，其中更合适的纤维是含熔点各不相同的聚合物的多组分共轭纤维。优选地，共轭纤维中最高熔点聚合物与最低熔点聚合物之间的熔点差应至少为约5℃，更优选约为30℃，这样，便能够在不影响最高熔点聚合物化学和物理完整性的条件下使最低熔点聚合物熔融。
通常，包括单组分及共轭短纤维在内的短纤维是采用诸如毛型或棉型梳理方法的传统梳理方法梳理，或者将其空气铺网，而成形为未粘合非织造纤网的；而纺粘纤维则通过将初生纤维直接沉积在成形表面被成形为未粘合纺粘纤网。纺粘纤网一词指的是一种非织造纤网，其制法包括把熔融热塑性聚合物经由许多喷丝板细孔挤出生成丝束或纤维，该喷丝孔通常为园形、比较细的毛细孔。然后，借助喷射或其他熟知的拉伸机理将挤出的丝束牵伸，从而赋予丝束以分子取向和物理强度，继而以高度随机的方式沉积到成形表面，生成密度基本上均一的非织造纤网。为了保持纤网均一性和孔隙分布，优选的是，在短纤维和纺粘纤维成形为纤网之前将其进行卷曲，不过共轭纤维可以在其成形为纤网之后进行卷曲。如同本技术中已知的，单组分短纤维和共轭短纤维可以通过将完全成形的纤维送过，诸如堵塞箱或齿轮卷曲机，受到机械卷曲，而且共轭短纤维还可以通过在切断成短纤维长度之前对完全成形纤维进行拉伸而获得卷曲。纤维还可以在纺丝过程中进行卷曲。单组分纤维和共轭纤维，包括纺粘及切断短纤维，其卷曲性可以通过沿纤维断面不对称冷却，在断面内部产生凝固梯度，从而造成卷曲的形成，尤其是螺旋状卷曲，来实现。由两种或两种以上聚合物组分构成的共轭纤维，包括纺粘纤维和短纤维，当其聚合物组分结晶和/或固化性能不同时，可以在纤维纺丝过程的固化阶段实现卷曲，此时聚合物组分的差异造成结晶和/或固化梯度，从而在纤维上引起卷曲。此外，结晶和固化特性方面的差异，由于能使成纤维聚合物组分产生不同的热收缩，故可被用来使完全成形共轭纤维发生或额外发生卷曲。一旦受到适当的热处理，各聚合物组分由于具有不同的热收缩会使纤维发生卷曲。“潜在卷曲”的这种激活可以在共轭纤维成形为纤网以后实行，或者象下面针对本发明的一个尤其合适的实施方案将讨论到的，在纤网成形前的纤维上进行。在纤网成形前纤维上的潜在卷曲的激活比较理想，因为这种方法生产出的纤网更为均一且尺寸稳定性更好。
未粘合共轭纤维网，包括共轭短纤维和共轭纺粘纤维网，可采用不显著压实纤网的传统粘合方法粘合。这类方法包括穿透空气[through-air]粘合、粉末粘合剂粘合、液态粘合剂粘合、超声粘合、针刺及水力缠结。这类粘合方法是传统的而且在技术上是已知的。在上述粘合方法当中，穿透空气粘合方法尤其适合本发明，因为这些粘合方法在粘合共轭纤网时不加什么压紧力，故生产出的过滤介质膨松、未压实。下面对穿透空气粘合方法做进一步讨论。类似地，单组分纤维非织造纤网，包括短纤维网和纺粘纤网，可以用除穿透空气粘合方法之外的上面披露的粘合方法粘合。穿透空气粘合方法，除非此法与粉末粘合剂粘合或流体粘合剂粘合法联合使用，否则不特别适合于单组分纤网的粘合，因为穿透空气粘合法需将纤网纤维熔融方能实现粘合，故生产出的纤网扁平膨松度不均一。
本发明尤其合适的过滤材料是由卷曲多组分共轭纤维制成的经穿透空气粘合的非织造纤网，更适合的共轭纤维是纺粘共轭纤维。为了说明的目的，以下将结合双组分纺粘共轭纤维[以下称为双组分纤维]和双组分纤网同时结合穿透空气粘合方法来说明本发明，虽然如上面所讨论的，由两种以上聚合物和其他粘合方法制成的其他纺粘或切断共轭纤维网也可用于本发明。
按照本发明，合适的双组分纤维含有的低熔点聚合物组分，沿纤维全长至少一部分暴露在表面上。双组分纤维的合适构型包括并列构型和皮芯构型，且合适的皮芯构型包括偏心皮芯和同心皮芯构型。在皮芯构型当中，偏心皮芯特别有用，因为在偏心皮芯双组分纤维上形成卷曲更容易实现。如果使用皮芯构型，希望由低熔点聚合物构成皮层。
可以使用多种多样已知能形成纤维和/或丝的热塑性聚合物组合来生产共轭纤维，只要所选聚合物之间具有足够的熔点差，优选地还有充分的结晶和/或固化特性上的差异。所选聚合物之间的熔点差能促进穿透空气粘合过程，而结晶和固化特性方面的差异则促使纤维卷曲，尤其促进借助潜在卷曲热激活实现的卷曲。适合于本发明的聚合物包括但不限于，聚烯烃、如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；聚酰胺，如尼龙6、尼龙66、尼龙10、尼龙12等；聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯等；聚碳酸酯；聚苯乙烯；热塑性弹性体；乙烯基聚合物；聚氨酯；及其共混物和共聚物。尤其适合于本发明的聚合物是聚烯烃，包括聚乙烯，如线型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯及其共混物；聚丙烯；聚丁烯；及其共聚物和共混物。另外，在合适的成纤聚合物中可以混炼入热塑性弹性体。在合适的聚合物当中，尤其适合作高熔点组分的包括聚丙烯和聚丙烯与乙烯的共聚物，尤其合适作低熔点组分的包括聚乙烯，更具体说是线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯。另外，在低熔点组分中可以含有添加剂，用以提高可卷曲性和/或降低纤维的粘合温度以及提高制成纤网的耐磨、强度及柔软性。例如，低熔点聚合物组分可以含有约5～约20％[重量]热塑性弹性体，如苯乙烯、乙烯-丁烯和苯乙烯的ABA型嵌段共聚物。这类共聚物有市售供应，且其中的某些与U.S.专利4,663,220[Wisneski等人]中所述的一样。极为合适的弹性体嵌段共聚物的一个例子是KRATON G-2740。另一类合适的添加剂聚合物是乙烯-丙烯酸烷基酯共聚物，例如乙烯-丙烯酸丁酯、乙烯-丙烯酸甲酯和乙烯-丙烯酸乙酯，为产生要求性能的合适用量为低熔点聚合物组分总重量的约2％[重量]～约50％[重量]。又一类合适的添加剂聚合物包括聚丁烯共聚物和乙-丙共聚物。
双组分纤维含有约20％～约80％，优选地为约40％～约60％[重量]低熔点聚合物及约80％～约20％，优选地为约60％～约40％[重量]高熔点聚合物。
现在来看附图1，上面画的是尤其适合生产用于本发明过滤器的纺粘过滤纤网的方法10，该工艺生产线包括分别向双组分喷孔头18提供挤出聚合物组分，即低熔点聚合物和高熔点聚合物，的一对挤出机12a和12b。生产双组分纤维的喷丝头为本领域所熟知的，故不在此赘述。大致说，喷丝头18包括一只外壳，其内为纺丝组件，组件包括许多块板，板上开有按一定图案排列的孔，从而构成导引高熔点及低熔点聚合物流向喷丝板上每个成纤孔的流路。喷丝板18上开有排成一排或多排的孔，当聚合物被由喷丝板挤出时这些孔便形成了朝下延伸的纤维幕。
生产线10进一步包括安装在靠近从喷丝板18延伸出来的纤维幕16的急冷气体出口20，从出口20流出的气体把成纤聚合物至少部分地骤冷，就是说，它不再能自由地流动，同时在延伸出来的纤维18里逐渐产生一种潜在螺旋状卷曲。举例说，一股速度为约30.48～约121.92米/分(约100～约400英尺/分)、基本上垂直于纤维长度方向、温度约为7.2℃～约32.2℃(约为45°F约90°F)的空气流可以被用做有效的急冷气体。虽然举出的例子中急冷过程为单出口急冷系统，但也可以采用一个以上的急冷气出口。
急冷气出口下方装有纤维牵伸单元或吸丝器22，它接受急冷纤维。应用于聚合物熔融纺丝的纤维牵伸单元或吸丝器是本领域所熟知的，适合于本发明的一个范例纤维牵伸单元包括一只直线型纤维吸丝器，其型式如U.S.专利3,802,817[Matsuki等人]所示，以及若干引射枪，其型式如U.S.专利3,692,618[Dorshner等人]和3,423,266[Davies等人]所示。
一般地，纤维牵伸单元22有一条狭长的通道，纤维在通过它时被吸丝气体牵伸。吸丝气体可以是任何气体，譬如空气，只要它不与纤维聚合物发生不利的相互作用。按照本发明，吸丝气体采用诸如温度可调加热器24来加热。加热吸丝气体将骤冷纤维牵伸并将纤维加热到激活其中潜在的卷曲所要求的温度。激活纤维内潜在卷曲所要求的温度为约43.3℃(110°F)到至高不超过低熔点组分聚合物熔点。一般地，空气温度愈高产生的卷曲数目也愈多。本发明纤网成形方法的重要优点之一在于纤维的单位纤维长度上卷曲个数，即卷曲密度，以及随之制成纤网的密度及孔径分布，都可以借助对吸丝气体温度的控制得到控制，从而提供适应不同过滤用途需要的非织造纤网方便制造方法。另外，卷曲密度也可以在一定程度上获得控制，这可以通过调节可热激活的潜在卷曲量实现，而潜在卷曲量又可以通过改变纺丝条件，诸如焙体温度和吸丝气体流速，进行控制。例如，通过提供较低速度的吸丝气体可以赋予聚乙烯-聚丙烯双组分纤维以较高量的潜在卷曲。
然后，牵伸、卷曲纤维以随机方式沉积在连续成形表面26上。此纤维沉积过程较好借助位于成形表面下面的真空装置30的作用下完成。真空的吸力大大消除了不希望的纤维散逸并引导纤维落在成形表面，生成由连续纤维构成的均匀、未粘合纤网。如果希望的话，可以借助压实辊32轻轻地压实形成的纤网，纤网的轻压实使生产的未粘合纤网有较高的整体性，然后再对纤网进行热粘合。
继而，未粘合纤网在粘合机，例如穿透空气粘合机36，上粘合从而被赋予凝聚力和物理强度。采用穿透空气粘合机对本发明尤其有用，原因在于此种粘合机在生产出高度粘合非织造纤网的同时不需施加什么压实力。在穿透空气粘合机36中，从诸如风罩40流出的一股加热空气吹过纤网进入镂空辊38，把纤网加热到高于低熔点组分聚合物的熔点然而低于高熔点组分聚合物熔点的温度。此粘合过程可以在位于镂空辊38下方的真空装置辅助下进行。受热后，纤网纤维的低熔点聚合物部分熔融并在交叉点处与邻近的纤维粘附在一起，与此同时纤维中高熔点聚合物部分倾向于保持纤网的物理和尺寸的完整性。这样，穿透空气粘合工艺便将未粘合纤网变成有凝聚力的非织造纤网，而不显著改变其原来设计的纤网尺寸、密度、孔隙率及卷曲密度。
粘合空气温度可在很大范围内变动，以适应不同组分聚合物的不同熔点和适应不同粘合机的温度及速度限制。另外，在考虑空气温度选择时还必须考虑纤网的单位重量。需要指出的是，粘合过程不应持续过长以致引起纤网显著收缩。举例说，当采用聚丙烯和聚乙烯为共轭纤维网的组分聚合物时，流过穿透空气粘合机的空气温度可以为约110℃～约137.8℃(约230°F～约280°F)，速度约30.48～约152.4米/分(约100～约500英尺/分)。
根据本发明生产的过滤介质是膨松、低密度介质，它能截留大量脏物而不降低滤液流量或造成过滤介质两侧压力降的升高。本发明过滤介质的高孔隙率，三维膨松性有利于将脏物截留在其空隙空间内，同时提供另一些通路让滤液流过。此外，该过滤介质还具有沿其厚度的密度梯度，使本发明过滤介质更具优点。如同前面提到，过滤介质内的纤维密度梯度改善了过滤效率和使用期限。
上述穿透空气粘合方法是一种能用来不仅实现纤维间高强度粘结而不显著压实纤网，而且还产生跨纤网密度梯度的极为合适的粘合方法。借穿透空气粘合方法生产的具有密度梯度的过滤介质，在纤维与纤网支撑表面相接触的地区，例如镂空辊38表面，具有最高的纤维密度。虽然本发明人无意拘泥于任何理论，但据信，在穿透粘合过程中，沿横跨朝向纤网支撑表面的纤维受到来自纤网自身重量以及来自真空与粘合空气流动产生的递增压实力，从而当适当地设置粘合机时，就赋予了成品纤网以纤维密度梯度。现在来看图2及图3，这是关于按照上述纺粘成网方法及穿透空气粘合方法生产并粘合的双组分纺粘过滤介质中所具有的纤维密度梯度扫描电子显微照片。关于图2及图3的过滤介质及其生产方法将在后面的实例3和7中分别做进一步的描述。正如从这两张图可以看出的，此过滤介质沿厚度方向具有逐渐增加的纤维密度梯度。
换一种做法，具有纤维密度梯度的过滤介质可以通过把不同纤维密度的2或2层以上的过滤介质层合起来制成。这种不同纤维密度的成分过滤介质层可以利用诸如给纤维加上不同的卷曲度或使用不同卷曲度和/或不同纤度纤维来制备。较方便的是，若采用纺粘方法生产该过滤介质，纤维密度梯度可以通过顺序地纺制不同卷曲水平和/或不同纤度的纤维并将纺出的纤维顺序地铺网于成形表面上获得。
虽然尤其适合本发明的粘合方法是穿透空气粘合法，但未粘合纤网也可以采用诸如施加粉末粘合剂或喷撒液态粘合剂粘合，同时也保留本发明非织造纤网的膨松构造。任选地，当过滤用途要求过滤介质具有诸如高撕裂或高顶破强度等不同特性时，在低压实粘合方法，如穿透空气粘合法，基础上还可以采用其他粘合方法，包括点粘合、超声粘合及水力缠结等方法，以便赋予非织造纤网以附加的内聚力和强度。
除用连续、多组分、共轭纺粘纤维制成过滤介质之外，有用的非织造过滤介质还可以用共轭短纤维、单组分短纤维及单组分纺粘纤维制成，只要它们是卷曲纤维。
使用共轭短纤维、单组分短纤维及单组分纺粘纤维的成网方法则有一定不利之处，即这些方法均要求附加的加工步骤。例如，共轭短纤维网成形方法要求的附加步骤，例如有短纤维成形及纤维梳理步骤，而且还可能要求单独的卷曲步骤；单组分短纤维网成形方法可能要求附加的机械卷曲步骤和粘合剂施加及固化步骤；以及单组分纺粘纤网成形可能要求粘合剂施加及固化步骤。另外，这些成网方法均不如本发明共轭纺粘纤网成形法来得灵活，后者允许进行纤维卷曲水平在线调节和密度梯度在线生成。因此，纺粘共轭纤网成形方法，以其高度可调和灵活等特点，而成为经济地生产膨松过滤介质尤其有利的方法。而且，用该法生产的纺粘共轭过滤介质可以经设计提供和强调为不同用途所要求的各种不同过滤特性。该膨松纺粘共轭过滤介质因纺粘纤维强度高而表现出理想的高物理强度，而且还可以被制成有不同的孔隙率和密度水平以适应不同种类过滤的需要。
本发明非织造过滤介质可以含有其他纤维，包括天然纤维，如棉纤维和木浆纤维，以及短纤维和合成长丝；可以含有添加剂，包括活性碳、吸臭剂、表面活性剂、稳定剂等。天然及切断纤维以及粒状或流体添加剂加入非织造纤网中的方法，例如通过将纤维或添加剂喷入出拉伸单元的牵伸纤维幕当中去。合成长丝加入过滤纤网，例如让不同的聚合物熔体通过双组分喷丝组件的某些纺丝孔同时纺丝，例如让单组分纤维与双组分纤维复合纺丝或者把单独纺出的单组分和双组分纤维放在一个拉伸单元里共同拉伸。
本发明过滤介质适合用于含于流体中颗粒滤涂的用途，例如用作变速箱流体、液压流体、游泳池水及金属加工、金属成形和金属轧制的冷却油或切削流体、含于空气中颗粒的滤除等的过滤介质，因为该过滤介质能提供高过滤效率、使用寿命长及物理性能优良。该膨松过滤介质极为适合液体过滤的应用。当着液体滤液压实力很快升高，以低膨松介质制作的传统过滤介质的孔随可供过滤的孔隙因脏物累积而堵塞时，例如以未卷曲纤维或短纤维介质做过滤介质的情况，液体压实力却不会很快影响本发明膨松过滤介质，尤其是具有纤维密度梯度的介质，因为本发明过滤介质具有膨松性，带有密度梯度的构造，故而能把大量脏物截留在孔隙空间之内而不会堵塞所有的孔隙流路。应用于液体的合适例子包括用作金属切削及滚轧机的，切削流体及冷却剂的过滤介质。
除此之外，本发明膨松过滤介质还可以与专用过滤介质联合使用，例如与具有超高过滤效率但使用寿命有限的过滤介质联用，以便取两种介质的优点，提供高效和长寿命的组合过滤组件。这种组合过滤介质的制法例如有，将本发明膨松过滤介质与一种微过滤介质，例如过滤膜、熔喷纤网过滤介质或湿法铺制的纤维过滤介质等，层合起来。
下面的实例用来说明本发明，而不是用来限制本发明的范围。
实例
实例1～7[Ex.1～Ex.7]
一种由Dow Chemical提供的线型低密度聚乙烯，Aspun 6811A，与2wt％TiO2母料掺混，母料含50wt％TiO2和50wt％聚丙烯，把混合物加入第一单螺杆挤出机。一种由Exxon提供的聚丙烯，PD3443，与2wt％上述TiO2母料掺混，把混合物喂入第二单螺杆挤出机。挤出的聚合物被纺成并列构型2聚合物重量比为1∶1的圆型双组分纤维，采用的双组分喷丝板，其纺丝孔径为0.6mm,L/D比值6∶1。喂入纺丝板聚合物的熔体温度保持在232.2℃(450°F)，单纺丝孔产量为0.5g/孔/分。出纺丝板的双组分纤维受到一股流量为0.495立方厘米/分/厘米(45SCFM/英寸)纺丝板宽、温度为18.3℃(65°F)，的空气急冷。急冷空气是在离纺丝板约12.7厘米(5英寸)的下方吹出的，骤冷后纤维在一只如同U.S.专利3,802,817[Matsuki等人]所描述的引丝单元内受到牵伸。引丝器备有控温引丝空气源，吹入空气的温度被维持在大约176.7℃(350°F)。进入引丝器的每一试样纤维由加热吹入空气牵伸，空气流量如表1所示。
表1
实例            空气流量          停留时间
           (立方厘米/分/厘米宽)
           ([立方英尺/分/英寸宽])    (秒)
实例1          0.209[19]               2
实例2          0.209[19]               4
实例3          0.253[23]               2
实例4          0.264[24]               2
实例5          0.275[25]               2
实例6          0.275[25]               2
实例7          0.275[25]               4
牵伸纤维在真空气流的帮助下铺网于多孔成形表面，生成未粘合纤网。未粘合纤网在被送过空气温度为133.3℃(272°F)及空气速度200英尺/分(200英尺/分)的穿透空气粘合机之后被粘合。粘合机内每种纤网试样的停留时间载于表1。
对比例1～5(C1～C5)
对比例1～3是ReemayTM滤器，由Reemay Inc.,Old Hiokory,Tenn提供；对比例4是ManniwebTM5163，由Lydall Manning Inc.,Troy,New York供应。Reemay滤材是轧辊粘合聚对苯二甲酸二乙酯纺粘纤网，而Maniweb5136是聚对苯二甲酸乙二酯纤维湿铺纤网。对比例5是点粘合聚丙烯纺粘纤网，由Kimberly-Clark以商品名AccordTM供应。
试验方法
按下述方法测定了过滤介质试样的效率及使用寿命。过滤试验仪包括一只90mm直径滤材夹持组件，它有一进口、一出口，引导进来的流体由进口穿过样品过滤介质，一只齿轮泵，它向过滤夹持组件供应加入的流体并能维持1.2升/分/平方厘米(2加仑/分/平方英寸)的流量，还有一只压力计，位于过滤夹持组件的进口侧。过滤介质试样是通过将过滤纤网裁成适合90mm直径过滤组件制备的。每种过滤介质经称重并被装入过滤夹持组件内。含有3vol％QP24肥皂/油乳液及93vol％水的测试流体被盛于烧杯内并随后在此测试流体内加入800mgAC(丙烯腈-苯乙烯细试验粒子。该试验粒子粒径分布如下：
粒径(小于)    体积％
 5.5μm         38
 11μm          54
 22μm          71
 44μm          89
 176μm         100
试验流体经磁性搅拌器连续搅拌。将泵的进口放在烧杯内，试样流体被压过试样过滤介质再返回烧杯，从而构成一个连续回路。记下起始压力和时间。每隔5分钟向烧杯内加入800mg试验粒子直至进口压力达到206.7kPa(30psi)，此时认为过滤介质已被堵塞。
记下堵塞时间并拆下过滤介质。经置于设定在82.2℃(180°F)的烘箱内完全干燥后，称重取下的过滤介质以确定截留试验粒子量。用加入烧杯的试验粒子总重量除截留试样粒子重量，得到过滤介质的效率。
测定了Frazier孔隙度，采用的是Frazier Precision Instrument Company提供的Frazier空气渗透性测试仪且测定是根据联邦测试方法5450，标准号191A进行的，密度是由每只试样的厚度计算出来的，厚度是在3.445kPa(0.5psi)条件下采用Starret型散料测试仪测量的。平均流动孔径(MFP)，一种按液体置换技术采用Conlter Porometer和Coulter ProfilTM测试液(由Coulter Electronics Ltd.,Luton,England提供)测定的平均孔径的度量，是通过以一种表面张力非常低的液体(即Coulter ProfilTM)润湿试样测定的。在试样的一侧施加空气压力，随着压力升高，含于最大孔隙内流体受到的毛细管吸引力被克服，迫使液体流出并使空气得以穿过试样。随着空气压力的进一步升高，愈来愈小的孔被排光。作出一个关于湿试样的流量对压力关系曲线，然后将其与干燥试样的结果进行比较。MFP是在代表50％的干燥试样流量-压力曲线与代表湿试样流量-压力曲线相交的一点处测得的。在那一特定压力下开放的孔隙直径(即MFP)由下列表达式确定：孔径(μm)=40(τ)/压力，其中τ=以mN/M为单位表示的流体表面张力；压力是以mbar为单位的所施压力；又，用来润湿试样的液体表面张力极低，故可假定液体对试样的接触角约为0。
试验结果载于表2。
表2试样      重量           MFP              孔隙度         密度              堵塞时间
     (α/m2)[osy]   (μm)    旦     (Frazier,CFM)  (α/cc)  ％ 效率    (分)实例1    101.73[3.0]              2.1      365            0.03    33.20      55.25实例2    203.4 6[6.0]             2.2      190            0.03    42.39      119.34实例3    101.73[3.0]    60.32     2.2      237.6          0.054   41.30      46.47实例4    101.73[3.0]    55.71     2.2      242.0          0.069   42.8       31.25实例5    101.73[3.0]    54.56     2.1      195.2          0.075   32.8       16实例6    101.73[3.0]    54.56     2.1      195.2          0.075   39.43      11.87实例7    203.46[6.0]    49.95              104.0          0.075   40.16      15.86C1       67.82[2.0]                                       0.22    24.77      11.06C2       101.73[3.0]    40.72     3.1      172.4          0.22    30         5.86C3       169.55[5.0]                                              53.05      4.77C4       118.685[3.5]                                     0.13    53.44      2.71C5       84.775[2.5]              2.6      135            0.15    36.07      5.53
如同从表中结果看出，本发明双组分纤维过滤介质比市售过滤介质，例如传统纺粘纤维过滤介质，远为低的密度，而且能提供显著改善的使用寿命性能以及高过滤效率。
本发明膨松过滤介质，以其较长的使用期限和高过滤效率等特点，极为适合含于流体中颗粒滤除的用途，例如作为变速箱流体、液压流体、游泳池水及金属加工、金属成形和金属轧制等的冷却油或切削流体、含于空气中颗粒滤除等的过滤介质。

Claims (14)

1．一种滤除含于流体中的颗粒的膨松非织造过滤介质，其中包含由螺旋状卷曲的连续多组分纺粘纤维构成的纤网，其中所说介质的密度为0.005g/cm3～0.1g/cm3，且所说介质具有沿其厚度的密度梯度，并且所述纺粘纤维的平均直径为10μm～50μm。
2．权利要求1的过滤介质，其中所说的卷曲纤维是多组分共轭纤。
3．权利要求2的过滤介质，其中所说的共轭纤维包含至少两种熔点不同的聚合物组分，其中所说聚合物组分包括最高熔点聚合物和最低熔点聚合物。
4．权利要求3的过滤介质，其中所说的共轭纤维是在等于或高于最低熔点聚合物组分的熔点，但低于最高熔点聚合物组分熔点的温度下通过穿透空气法粘合的。
5．权利要求2的过滤介质，其中所说的共轭纤维是双组分纤维。
6．权利要求2的过滤介质，其中所说的共轭纤维包含至少两种不同的选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯及其共混物和共聚物的聚合物。
7．权利要求2的过滤介质，其中所说的共轭纤维包含聚烯烃和聚酯。
8．权利要求2的过滤介质，其中所说的共轭纤维包含聚烯烃和聚酰胺。
9．权利要求2的过滤介质，其中所说的共轭纤维包含聚乙烯和聚丙烯。
10．权利要求9的过滤介质，其中所说的共轭纤维包含线型低密度聚乙烯和聚丙烯。
11．权利要求2的过滤介质，其中所说的共轭纤维包含聚乙烯和聚丙烯。
12．一种用于滤除含于液体中颗粒且包含非织造纤网的膨松非织造过滤介质，所说非织造过滤介质有一定的厚度并包含螺旋状卷曲双组分纺粘纤维的纤网，其中所说非织造过滤介质的密度为0.005g/cm3～0.1g/cm3，且所说介质具有沿其厚度的密度梯度，并且纺粘纤维的平均直径为10μm～50μm。
13．权利要求12的膨松非织造过滤介质，其中所说的纺粘纤维包含两种选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯及其共混物和共聚物的聚合物。
14．权利要求12的膨松非织造过滤介质，其中所说的纺粘纤维包含两种选自聚烯烃的不同聚合物。
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