CN1077814C - 制造复合过滤材料的装置与制造复合过滤材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造多孔纤维结构的装置和方法。一点或多点大曲率表面在液化聚合物中生成，该液化聚合物可以是聚合物溶液或聚合物熔液。高表面曲率的点可强迫液化聚合物从狭窄的喷嘴(6)通过而生成，或借助液化聚合物浸湿锐利的凸起(40)而生成。液化聚合物相对于接地的运动中的皮带(10)被充电至高负电位。液化聚合物细长的射流从具有高表面曲率处射出，作为纤维射到运动中的皮带(10)上，于是形成一种具有较均匀孔穴的无防的纤维结构。一种粉末悬浮微粒相对于运动中的皮带(10)被充电至一高正电位。当皮带(10)运动经过微粒时，悬浮微粒质点被吸引用以充填纤维结构中的孔穴，从而创建一种复合过滤材料。

Description

制造复合过滤材料的装置与制造复合过滤材料的方法
本发明涉及过滤装置，特别涉及复合聚合物纤维过滤器及其制造技术。
开发能够捕获尺寸为0.1-10微米的质点的过滤材料并扩大其应用，不但关系到制造产品日益严格的质量与可靠性要求，而且关系到现代技术和生产过程(包括电子、航空、汽车工业、电化学工业、生物技术、医药)的快速发展。这些材料的主要工业制造方法包括：从聚合物溶液的生产(可参看V.P.Dubyaga等所著《Polymer Membranes》，由“Chemistry”出版社于1981年在莫斯科用俄文出版；V.E.Gul和V.P.Dyakonova所著《Physicaland Chemical Principles of Polymer Films Manufacture》，由“HigherSchool”出版社于1978年在莫斯科用俄文出版；德国专利DE 3,023,788“Cationic absorbent for removing acid dyes etc.From wastewater-prepared from aminoplast precondensate and amin-amidecompound”)；从粉末与粉末聚合复合物的生产(可参看P.B.Zhivotinskiv所著《Porous Partitions and Membranes in Electrochemical Equipment》，由“Chemistry”出版社于1978年在列宁格勒用俄文出版；“Encyclopediaof Polymer Science and Engineering”一文，该文于1987年于纽约的Wiley在Vol.8第533页发表)；从大的整块膜(Macromonolithic)薄膜的生产(参看I.Cabasso和A.F.Turbak的“Synthetic membranes”一文，该文于1981年在在华盛顿DC的Vol.1.ACS Symposium，Ser.154的第267页上发表)；和从纤维和聚合物纤维扩散物的生产(参看T.Miura所著“Totally dry nonwoven system combines air-laid and thermobonding”，该文1988年3月发表在“Nonwoven Worid”Vol.73的第46页)。最后一种方法应用最广，这是由于它能以优化的成本-质量比有利于材料的制造。
巨大的兴趣还表现在扩大传统过滤材料的使用，特别是在气相或液相介质中，利用附加剂分子吸附作用捕获微质点的综合功能方面，例如，在作为催化反应基质去除硫醇、在增强过滤材料的杀菌效果等方面。实现这些附加功能是可能的，这是由于某种或某些功能组的填料的纤维基体的引入，这些纤维基体使附加的固相形成，就是说，结果制成了复合过滤材料。
目前，聚合过滤材料是用合成纤维制成，所使用的技术在许多方面都是类似于在纸浆与造纸工业使用的传统技术。将长纤维线截成给定长度，然后50％以上将要接受某些基本的和附加的工序，其中可能包括改变表面特性的化学处理、与粘接剂和稳定剂混合、分选、干燥处理等等(参阅0.I.Nachikin所著《Polymer Microfilters》一书的157-158页，该书由“Chemistry”出版社于1985年在莫斯科用俄文出版)。这种技术过程的复杂性，防碍了对于具有后继开发利用稳定特性的材料的制造，使过滤材料的制造成本高，而且实际是不能制造具有对潮湿与热处理敏感的填料的复合材料。
不过，有一种制造超细合成纤维的方法(以及生产这种纤维的装置)，该方法有利于综合纤维制造过程和微孔性过滤材料的形成，于是减少了工艺工序的数量，排除了对于多水反应介质的需求，并增加了所制成产品特性的稳定性(例如，可参阅美国专利No.2,349,950)。根据这种方法，即众所周知的“电毛细管拔丝(Electrocapillary spinning)”，当聚合物溶液在电力的作用下，从毛细管孔流出的过程中形成给定长度的纤维，并落在接收器上以形成一种无纺聚合材料，这种聚合材料的基本特性可被有效地改变。使用这种方法，纤维的形成是发生是在每一毛细管孔之间的间隙，是处于负电位和一形状为细导线的接地正电极的作用下，就是说，是在伴随有电晕放电的非均匀场中。然而，溶剂的蒸发过程发生得极其迅速，结果纤维受到变化的电场力和空气动力的作用，这样就导致沿纤维宽度方向上的各向异性并形成短纤维。使用这样的纤维不可能制造高质量的过滤材料。
开发实施上述方法的装置是复杂的，这是由于存在许多技术困难：
1.毛细管孔被聚合薄膜所堵塞，该聚合薄膜是在任何工艺过程状态产生偏差的情况下形成的，这些工艺过程状态包括：溶液的浓度和温度、大气湿度、电场强度等等。
2.大量这种现象的出现会导致工艺过程全部停止，或者因上述薄膜破裂而使工艺能力下降。
因此，用这种方法生产合成纤维只能用于极其有限种类的聚合物，例如细胞膜质醋酸纤维素(Cellulose acetate)和低分子量聚碳酸脂，这些都不容易产生上面所述的故障。
需要考虑这样一个事实，像细孔单分散性(以及产品总的分散率)这样一个过滤材料的重要参数，在这种情况下与纤维特性的相关性小，而主要取决于纤维聚集的纯粹概率过程。
现代过滤材料要满足严格的，而且经常是矛盾的要求。除了要求各种分子构成的液态或气态系统高分散率之外，还要求保证过滤的低水(或气)动力阻力、良好的机械强度、化学稳定、良好的吸污能力、应用的广泛性和低成本。
制造这种产品在使用具有等轴横截面的高品质细长纤维上是有条件的，这种纤维包含单分散细孔并呈现多孔性。这种产品的实用价值可能大大增加，这是因为可能的应用领域由于额外的方面的形成而扩大，即在上述复合过滤材料的制造方面。
因此，本发明所提出的技术方案的主要目的，在于消除现有过滤应用的技术方案的上述缺点(主要是在由聚合物纤维制成微过滤器方面)以及其他的目的，包括微过滤装置的应用，即过滤装置的创建和用于满足上述要求的方法，即制造具有新使用特征的的微过滤材料的技术方法。
根据本发明，提供了一种用于将液化的聚合物转变为纤维结构的装置，该装置包括：(a)本质上为平面的沉积电极；(b)用于将液化聚合物充电到相对于沉积电极为第一电位的装置；(c)用于在液化聚合物的表面形成一种具有足够大曲率的表面的装置，以便使至少一股液化聚合物射流被第一电位吸到沉积电极。
根据本发明，提供了一种将聚合物形成无纺结构的方法，该方法包括下列步骤：(a)使聚合物液化，从而生成液化聚合物；(b)设置一本质上是平面的沉积电极；(c)将液化的聚合物充电到相对于沉积电极为第一电位；(d)在液化的聚合物形成具有足够大曲率的表面，使得至少一股液化聚合物射流被第一电位吸到沉积电极，从而在沉积电极上形成无纺纤维结构。
本发明的基本装置包括：接地的运动皮带，该皮带起沉积电极的作用；电极-收集器，用于将聚合物溶液相对于运动皮带充电至负电位，并用以在聚合物溶液生成一高表面曲率的区域。在装置的一个实施例中，高表面曲率区是通过强迫聚合物溶液经过一排喷嘴而形成的。电极-收集器的喷嘴是沿纵向插入圆孔，该圆孔以一定间距位于电极-收集器的负电位盖板上。溶剂蒸汽源与这些孔连通。在一替换装置的配置中，喷嘴被具有开式通道的系统连通至溶剂容器。
在一个实施例中，该装置设置了一附加的接地电极，该电极平行于电极-收集器喷嘴孔的表面而设置，且能沿电极-收集器喷嘴平面的法线方向移动。
为了改进制造过程，附充电极可采取由一单根的导线延伸超过电极内部空间的方式。
附充电极还可以采取带法兰的多孔板的形式，在这种情况下，附充电极的表面、法兰和电极-收集器形成一封闭的空腔，而多孔板的孔与电极-收集器的孔同轴。
最好本发明的装置还包括悬浮微粒发生器，该发生器制成空心装置(液化床层)，并被一多孔导电隔板分为两部分，该隔板与正高电压主电源连接。空腔的下部形成一压力腔，该压力腔与压缩机连通，空腔的上部充以可扩散的填充物，例如聚合物粉末。
此外，悬浮微粒发生器可以制成槽形喷雾器形式，该喷雾器与正高压电源连接，并与一干流体进给装置连通，该进给装置设置有一喷射器，用以向喷雾器供给粉末。
其次，本发明所提出的目的是通过所提出的制造复合过滤材料的方法达到的，该方法规定了下列工序(阶段)：
由聚合物、有机溶剂和增溶添加剂在升温状态下混合，以制备聚合物溶液；
将聚合物溶液注入电极-收集器，并将可扩散填充物引入通电的悬浮微粒发生器的空腔内，该可扩散填充物例如是具有与溶液相同化学成分的聚合物；
将负高压电供给电极-收集器，并创建流体静压以促进聚合物溶液从电极-收集器的喷嘴喷射，以生成带负电荷的聚合物纤维；
将上述纤维在电场作用下，在射向沉积电极时的惯性作用下和在沉积电极表面的无秩序堆积，使得纤维转变为无纺聚合材料；
使上述聚合材料在沉积电极的帮助下移动，继之以聚合物材料与从悬浮微粒发生器中可扩散填充物所形成的带电悬浮微粒云之间的相互作用，并伴随以悬浮微粒云渗透入带负电荷的无纺聚合材料，从而形成均匀的复合过滤材料。
用本发明方法制备的过滤材料可以经受压制。
本发明的说明是通过实例并参考附图来进行的，其中：
图1为本发明的装置的原理图，其中包括两可替换的通电的悬浮微粒发生器；
图2A为图1所示装置的电极-收集器的顶视图；
图2B为图2A所示电极-收集器的横截面图；
图3和图4为替换的基于喷嘴的电极-收集器的横截面图；
图5为基于转轮的电极-收集器的横截面图；
图6为基于往复针的电极-收集器的横截面图。
本发明涉及聚合物纤维复合结构静电沉积的装置和方法。特别是，本发明可用以制造复合无纺过滤器。
根据本发明，无纺聚合物纤维结构的静电沉积原理与制造方法，可参看附图及相应说明更好地了解。
复合过滤材料的制备工艺过程包括两个基本阶段，该两基本阶段是同时发生的。第一阶段包括超细纤维从聚合物溶液形成，并在恒速运动的表面(基体)沉积，该聚合物溶液是在电场作用下从毛细管孔中流出的。
第二工序是引入具有特定成分的填料的微扩散质点，使其进入在前面第一阶段形成的纤维结构(基体)。
所推荐的制造复合过滤材料的方法，是基于这两个基本工序的实现，也包括上述各工序。
本发明的装置的一个基本方案(图1)包括高压电极-收集器l，该电极-收集器制成浴槽形，其中充以聚合物溶液，并设置有基体2和盖2’。电极-收集器通过一柔性管与一送料器3(图2B)连通，安装成可以垂直移动，并与一负极性的高压电源4连接。
具有毛细管孔的喷嘴6的喷丝头5，是用螺纹拧入电极-收集器盖2’上的开口，好象放在一个棋盘上那样。由于喷丝头的高度略小于盖2’的厚度，而每一喷嘴的长度超过盖2’的厚度，喷嘴部分在盖2’上沿圆筒形凹部7轴线的上面，该圆筒形凹部被一开式通道系统8彼此连通(图2A)。溶剂从容器9送入通道系统。沉积电极10设置在距盖2’上面一定距离处。沉积电极10制成一种具有恒速运动表面的形式(在运行状态下)，例如，用导电材料制成的皮带。沉积电极10是接地的。转轴11和12与一电动机(图中未示出)连接，用以驱动沉积电极10，保证沉积电极10处于拉伸状态和对沉积电极10上材料的初始压缩。沉积电极10的一部分缠绕在轴13上，该轴具有大的直径，并浸泡在通电的悬浮微粒发生器的矩形空腔内。通电悬浮微粒发生器的空腔被一多孔导电隔板15分隔为两部分。隔板与一正极性高压电源16连接。通电的悬浮微粒发生器14的下部形成一压力室17，与一压缩机连通(图中未示出)。微扩散填料被倒在位于悬浮微粒发生器上部的多孔隔板15的表面。图1中所示的整个装置是装在气密密封的容器内，该容器设置有一吸入装置和一沉降室，用以捕获和重新循环溶剂气泡(未在图中示出)。
通电的悬浮微粒发生器也使用一种槽形喷射器18，该喷射器用一管与干粉喷射进给器19连通，并与正高压电源16连接。使用具有在电晕放电场中的对悬浮微粒充电的槽形喷射器，推荐用于金属粉末(包括石墨粉末)和不容易液化的粉末的情况。
借助于图3所示的装置，在垂直表面上纤维进给的方向可能反向，电极-收集器的尺寸和毛细管的数目可以减至最少。该装置包括电极-收集器框架20，用不导电材料制成，具有一中央通道21，该通道例如可以是圆筒形。通道通过一管与送料器(未在图中示出)连通，并设置了孔22，以促进与大气之间的气体交换。汇流排23安装在框架20的下部，该汇流排具有喷丝头5和带毛细管孔的喷嘴。喷嘴均与高压电源(图中未示出)连接。具有孔25的盖24放在汇流排的前面。喷嘴6以一定同轴间隙放在这些孔中。盖的内表面与汇流排形成空腔26，该空腔通过管子与饱和剂器(图中未示出)连通。
在许多情况下，制造复合过滤材料可以使用图4所示装置改进制造过程。这里，不导电的法兰28用作接地的多孔板27的基板，该多孔板是以某一间距C平行于电极-收集器20的表面和汇流排23安装。多孔板27在法兰上的安装方式能保证可以实现垂直移动，以调节间距C的尺寸。多孔板上的孔29与电极-收集器喷嘴的孔同轴。多孔板27的内表面与汇流板23之间形成空腔26，该空腔与饱和剂器连通。
所建议的装置的基本形式的功能如下：聚合物溶液从送料器3(图2B)进入电极-收集器浴槽1，在流体静压力的作用下，聚合物溶液经过喷嘴6的毛细管孔喷出。聚合物溶液一旦形成弯液面，溶剂气化过程即开始。这一过程伴随着具有半刚性外皮的包囊(Capsule)的生成，包囊的尺寸一方面取决于流体静压力、初始溶液浓度和表面张力值，另一方面取决于在毛细管孔区域溶剂蒸汽的浓度。后者的参数可通过选择从盖2’自由蒸发的面积和溶剂的温度来优化。
通过接通高压电源4，一个电场，以及在喷嘴6区域伴随的单极电晕放电，在盖2’与沉积电极10之间生成。由于聚合物溶液具有一定的导电性，上述包囊变为带电体，包囊内相互排斥的库仑力导致流体静压力的急剧增大。半刚性的外皮被拉伸并在每一外皮形成许多点微裂纹(从2至10个)。极细的聚合物溶液射流开始从这些孔喷射出。以高速度在内电极间隔中运动，这些射流开始失去溶剂并形成纤维，这些纤维是无秩序地沉积在运动着的沉积电极10的表面，形成一种片式纤维基体。由于聚合物纤维具有高表面电阻，而纤维材料与沉积电极表面物理接触的量小，纤维基体将长时间保持负电荷。
当压缩空气被通入悬浮微粒发生器14的压力室17，且高压电源16接通时，微扩散填料变成液化状态并具有正电荷。在电场力和空气动力的作用下，填料质点运动至沉积电极10的表面，该电极托住纤维基体。结果，在库仑力的作用下，填料质点与纤维基体相互作用，渗入纤维基体的结构并形成复合材料。
当沉积电极10的皮带从轴11之间经过时，初始沉积材料被压缩，并伴随以填料质点在纤维基体内的重新分布。完全由电场力附着在纤维材料上的球形质点沿最小阻力路径运动，进入纤维基体中具有最小体积密度的微区，填充大的孔隙，于是改善了复合材料的均匀性和孔隙的微扩散度。
由下列材料制成的微扩散粉末可以用作填料：与基体化学成分相同的聚合物、聚合物胶乳、玻璃、特氟隆、以及其他活性填料，该活性填料能导致具有新的使用特征的复合微过滤材料的生产。这些新材料可在吸附剂、显示剂、催化剂、离子交换树脂、颜料、杀菌剂等等诸方面发现其应用。
如上所述，使用具有液化层的带电悬浮微粒发生器，可以促进制造过程获得高生产率和产品的均匀性。但是，有几种粉末在形成液化层方面存在困难，它们是金属粉末，特别是起催化作用的金属粉末，只能在单极电晕放电场里经受电沉积。因此，在这种情况下，以及在必须测出填料的准确量时，值得使用槽式喷射器18作为带电悬浮微粒发生器(图1)。当压缩空气从压缩机送到干粉进给器，且高压电源接通时，粉末化的填料被射入槽式喷射器18。悬浮微粒云从喷射器孔喷出之后，在单极电晕放电场中变为带电体，并在电场力和空气动力的作用下，被转移到沉积电极，在这里与纤维基体的相互作用如上所述。
图3所示装置的运行，在主要方面与基本装置的工序一致。其主要区别如下：溶剂蒸汽在略微过压的情况下从饱和器送入空腔26，并从孔25流出，流过喷嘴6的孔边。这种配置的优点是基于这样的事实，它保证了容易在空间重新定向，纤维在任何方向进给的可能性，以及可以使用少量的毛细管制造出紧密的结构。这种类型的装置对以高通过率为目的的成套装置并不是有效的，这是由于难于通过大量的孔获得蒸汽-空气的均匀分布混合物，和蒸汽在管道内可能凝结以及随后的液滴下落。
强化纤维基体制造过程和减小纤维宽度以便生产最小孔隙尺寸的过滤材料，一方面要将电场强度提高到接近这样的水平，这时在出射纤维与沉积电极10之间将开始放电，另一方面，在内电极间隔内的溶剂蒸汽的浓度要增加，以便保持强化纤维形成的能力。优化的电场强度，在电极-收集器1与沉积电极10之间，和在带电悬浮微粒发生器与沉积电极10之间，均在大约2.5KV/cm至大约4KV/cm范围。
增充电场的平均强度和不均匀性以导致电晕放电，可以借助于在内电极间隔中安装一个或多个接地电极来实现，该电极可制成是导线的形式。这一技术方案有利于提高制造过程的生产率1.5至2倍，不过这种方案不会导致具有不同强度和尺寸的短纤维的形成。使用线性接地电极取代平面接地电极的负面效果，由此生成的一种不均匀电场可以通过在纤维形成区增加溶剂蒸汽浓度来减小，这对于开式装置是困难的，还增加了溶剂的消耗和火灾的危害。
这种缺陷可以使用上述如图4所示的装置来克服。
接通在间隙C中的高压电源4，生成一均匀电场，其电场强度可容易地增加到10-15KV/cm。在这种情况下，电场对聚合物溶液射流的冲击急剧增加。纤维变得更细并沿纤维的长度更加均匀。初始纤维的速度也增大，然后，纤维经过多孔板27的孔29，并如上所述堆叠在沉积电极的表面。改变间隙C的尺寸有利于调节纤维厚度、装置的生产率、以及材料的多孔性。
本发明可用于生产比现有技术如使用US2,349,950所能生产的更为广泛得多的聚合物纤维。适合于本发明的聚合物包括：聚砜(Polysulfone)、聚苯撑砜(Polyphenyl sulfone)、聚醚砜(Polyethersulfone)、一般聚碳酸脂(Polycarbonate in general)、ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene--丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)、聚苯乙烯(Polystyrene)、聚偏氟乙烯(Polyvynilidenefluoride)、氯化处理过的聚乙烯氯化物(Postchlorinated polyvinylchloride)和聚丙烯腈(Polyyacrilonitrile)。合适的溶剂包括尤其是三氯甲烷(Chloroform)、苯C6H6(Benzene)、丙酮(Acetone)、二甲基甲酰胺(Dimethylformamide)。溶剂的最佳浓度取决于所用的具体的聚合物和溶剂。一般，溶液中的聚合物浓度愈高，出产量愈高，而产品的多孔性愈低。浓度在大约10％至大约12％，已发现对用于电极-收集器1的聚合物溶液最佳。已经发现在这些聚合物溶液中添加某种添加剂是有利的。胺盐，例如四乙基溴化铵和苄基三乙基溴化铵，用以调节聚合物溶液的导电性。少量的高分子量(500000级)聚烯化氧添加剂例如聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮，可通过减小分子间的摩擦促进聚合物溶液射流的形成。表面活化剂例如二甲基咪唑(Dimethylmidazole)和乙氧基三甲基硅烷(Ethoxytrimethylsilane)可增强纤维的厚度和均匀性。
更一般地说，本发明的范围包括从液化聚合物制造聚合物纤维结构，而不仅是从聚合物溶液。使用液化聚合物意味着用任何方法将聚合物转变为液体状态，包括如上所述在溶剂中溶解聚合物，和将聚合物熔化。
更为一般地说，本发明的范围还包括在液化的聚合物形成一表面，该表面具有足够的曲率以便激发上面所讨论的带电包囊的形成过程，导致液化聚合物射流的形成，该射流转变为纤维并沉积在沉积电极10上。正如上面所讨论过的，如果液化聚合物是一种聚合物溶液，纤维是由溶剂蒸发而形成。如果液化聚合物是一种熔化体，纤维是射流凝固而形成。
在本发明的如上所述的过程中，大曲率表面是从喷嘴6射出的聚合物溶液的弯液面。其他用于形成这种大曲率表面的装置如图5和图6所示。图5图解说明了电极-收集器1的一种方案，其中，储存在容器33中的聚合物溶液被泵32经过送料管道31泵送到输送室36。圆轮30可旋转地安装在输送室，该圆轮是用导电材料制成。在圆轮30的轮缘38处安装有三角形的凸起40，该凸起是由被聚合物溶液处理过的材料制成。凸起40的尖42从圆轮38沿径向向外侧延伸。圆轮38由电源4使其带负电。当聚合物溶液被送到输送室36，圆轮30旋转，每一凸起40相继被覆盖以一层聚合物溶液，该溶液于是获得负电荷。环绕尖42的这部分聚合物溶液层的表面构成大曲率表面，带电射流从这里射出。在向沉积电极10沉积过程中没有用完的聚合物溶液由泵34经过排出管道35泵送返回容器33。用于此种方案电极-收集器1的聚合物溶液的最佳浓度一般在大约14％至大约17％。
图6为类似于图2B所示电极-收集器1一种方案的部分说明的横截面，其中喷嘴6被往复针40所取代，该往复针是用被聚合物溶液处理过的导电材料制成。每一往复针40设置了一种装置42，用以使往复针40升降。当往复针40降低时，针尖44被浸湿并被覆盖一层聚合物溶液。聚合物溶液的表面在尖部44处是大曲率的。当一根往复针40向沉积电极10升起时，在往复针40与沉积电极10之间的高电压差，使聚合物溶液的射流从环绕针尖44的聚合物射出，并射向沉积电极10。需要指出，在电极-收集器1的这种方案中，只有往复针40，从而也包括在往复针上的聚合物溶液是由电源4给予负电荷。
在电极-收集器1上部空气中生成声振动系统的扬声器50也示出于图6中。扬声器50向往复针40发射一单一频率的声音，其频率最好在大约5000Hz至大约30000Hz。在针尖44处聚合物溶液大曲率表面所诱发的振动，已发现将激励聚合物溶液射流朝向沉积收集器10的发射。
尽管本发明已通过有限的实施例给予了说明，可以理解，本发明可以有许多方案、修改和应用。

Claims (19)

1.一种用于将液化聚合物转变为纤维结构的装置，该装置包括：
(a)本质上为平面的接地的沉积电极；
(b)一种充电机构，该机构用于将液化聚合物相对于所述沉积电极充电至第一电位，所述对液化聚合物充电的机构包括：(i)所述第一电位的电源；和(ii)一个电导体，该电导体与所述电源和液化聚合物都电连通；
(c)一种大曲率表面形成机构，该机构用于在所述液化聚合物上形成一具有足够大曲率的表面，以便使至少一液化聚合物射流被所述第一电位吸向所述沉积电极，所述大曲率表面形成机构从下列集合中选择，该集合包括：(i)至少一个喷嘴，从该喷嘴处开始，所述液化聚合物暴露出所述大曲率表面；和(ii)至少一个凸起，该凸起由经过液化聚合物处理的材料制成，所述至少一个凸起包括一个尖，所述大曲率表面形成在所述的尖上。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述沉积电极是运动着经过所述机构而工作的，该机构用于形成所述大曲率表面。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述沉积电极包括一种皮带。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个凸起是设置在一轮缘上，并以其所述尖从所述轮沿径向向外侧延伸。
5.如权利要求1所述的装置，还包括：
(d)浴槽，该浴槽用于存放液化聚合物；其中，所述至少一个凸起上下运动地工作于所述浴槽中，所述液化聚合物射流，在最靠近所述至少一凸起至沉积电极处形成。
6.如权利要求1所述的装置，还包括：
(d)附充电极，该电极设置在所述沉积电极与所述用于形成所述大曲率表面的机构之间。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述附充电极包括一具有一孔的板，设置在用于形成所述具有大曲率表面的机构的对面，通过该孔，所述至少一液化聚合物的射流，射向所述沉积电极。
8.如权利要求1所述的装置，还包括：(d)悬浮微粒发生器，用于向所述沉积电极供给一种悬浮微粒，该悬浮微粒具有不同于所述沉积电极的第二电位差，与所述第一电位差符号相反。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述悬浮微粒发生器包括：
(i)压力腔；和
(ii)隔板，该隔板设置在所述压力腔与所述沉积电极之间；所述压力腔和所述隔板相互配合以便液化填料粉末，该填料粉末是被所述第二电位差吸向所述沉积电极的。
10.如权利要求8所述的装置，其中，所述悬浮微粒发生器包括槽式喷射器。
11.一种使聚合物形成在空气流速为5cm/秒时至少过滤99.97％的0.3微米质点的高效颗粒空气无纺纤维结构的方法，该方法包括下列步骤：
(a)液化聚合物，从而生成液化聚合物；
(b)提供一本质上为平面的沉积电极；
(c)将所述液化聚合物充电至相对于所述沉积电极为第一电位，方法是使所述沉积电极接地，使所述液化聚合物与一电导体相接触，该电导体相对于接地点保持在所述第一电位；和
(d)在所述液化聚合物上形成具有足够大曲率的表面，以便导致所述液化聚合物的至少一射流被所述第一电位差吸向沉积电极，从而在所述沉积电极上形成无纺纤维结构，具体方法从下列集合中选择，该集合包括：(i)使所述液化聚合物从一喷嘴上暴露出来，所述大曲率表面是所述液化聚合物的弯液面；和(ii)用所述液化聚合物处理一具有尖部的凸起，所述大曲率表面是所述液化聚合物的邻近于所述尖部内表面。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述液化是由在溶剂中溶解聚合物实现的，从而创建聚合物溶液。
13.如权利要求12所述的方法，还包括如下步骤：
(e)提供所述溶剂的蒸汽最接近所述具有大曲率的表面。
14.如权利要求12所述的方法，还包括如下步骤：
(e)向所述聚合物溶液加入添加剂，该添加剂是从包括胺盐、聚烯化氧和表面活化剂的组中选择。
15.如权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：(e)使所述沉积电极运动，于是无纺纤维结构在所述沉积电极上形成为一片。
16.如权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：
(e)使所述具有大曲率的表面振动。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述振动的频率在大约5000Hz至大约30000Hz之间。
18.如权利要求11所述的方法，还包括如下步骤：
(e)使填料粉末充电至相对于所述聚集表面为第二电位，所述第二电位与所述第一电位符号相反，于是创建了一种带电粉末；和
(f)将在所述沉积电极上的无纺纤维结构暴露在所述带电粉末之前，于是将所述带电粉末吸引至无纺纤维结构。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述液化聚合物相对于所述沉积电极充负电；所述带电粉末相对于所述沉积电极充正电。
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