CN110430932B - 包括具有梯度的波形过滤层的过滤介质 - Google Patents
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Abstract
提供了包括具有特性梯度的波形过滤层的过滤介质和相关方法。波形过滤层可以包含形成一个或更多个纤维网的纤维。在一些实施方案中，纤维的直径可以横跨波形过滤层的厚度的至少一部分而变化，以产生纤维直径梯度。梯度可以被设计成赋予过滤介质有益特性，例如低压降和长寿命。在一些实施方案中，梯度可以由描述横跨波形过滤层的厚度的至少一部分的纤维直径变化的数学方程式来表征。本文所述的过滤介质可以特别适用于涉及过滤液体的应用，但是所述介质也可以用于其他应用中。
Description
技术领域
本实施方案一般性地涉及过滤介质，并且更具体地，涉及包括具有特性梯度的波形过滤层的过滤介质。
背景技术
过滤元件可以在多种应用中用于除去污染物。这样的元件可以包括可由纤维的网形成的过滤介质。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。流体内包含的污染颗粒(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过滤介质中。根据应用，过滤介质可以被设计成具有不同的性能特征。
发明内容
提供了包括具有特性梯度的波形过滤层的过滤介质以及与其相关的有关部件、系统和方法。
在一组实施方案中，提供了过滤介质。在一个实施方案中，过滤介质包括：过滤层，所述过滤层包括定位成与细纤维网相邻的粗纤维网；和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离。细纤维网具有大于或等于约0.02微米且小于或等于约0.3微米的平均纤维直径并且具有大于或等于约0.01g/m2且小于或等于约3g/m2的定重，粗纤维网具有大于或等于约0.1微米且小于或等于约30微米的平均纤维直径并且具有大于或等于约2g/m2且小于或等于约30g/m2的定重。细纤维网的平均纤维直径小于粗纤维网的平均纤维直径，过滤介质的初始压降大于或等于约1.0mm H2O且小于或等于约15.0mm H2O。
在另一个实施方案中，过滤介质包括：过滤层，所述过滤层包括定位成与细纤维网相邻的粗纤维层，所述粗纤维层包括第一粗纤维网和第二粗纤维网；和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离，其中细纤维网具有大于或等于约0.02微米且小于或等于约0.3微米的平均纤维直径并且具有大于或等于约0.01g/m2且小于或等于约3g/m2的定重。沿粗纤维层的厚度的四个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小大于或等于约1微米且小于或等于约2微米，
B最大大于或等于约5微米且小于或等于约15微米，
A最小大于约0且小于或等于约0.4，
A最大大于或等于约0.7且小于或等于约1.5，
x对应于沿过滤层的至少一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，以及
其中沿粗纤维层的厚度的四个或更多个位置包括第一粗纤维网的顶表面位置和底表面位置以及第二粗纤维网的顶表面位置和底表面位置。
在一个实施方案中，过滤介质包括：过滤层，所述过滤层包括定位成与细纤维网相邻的粗纤维层，所述粗纤维层包括第一粗纤维网和第二粗纤维网，其中细纤维网具有大于或等于约0.02微米且小于或等于约0.3微米的平均纤维直径并且具有大于或等于约0.01g/m2且小于或等于约3g/m2的定重；和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离。沿粗纤维层的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小大于或等于约1微米且小于或等于约2微米，
B最大大于或等于约5微米且小于或等于约15微米，
A最小大于约0且小于或等于约0.4，
A最大大于或等于约0.7且小于或等于约1.5，
x对应于沿过滤层的至少一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，以及
其中沿粗纤维层的厚度的两个或更多个位置包括第一粗纤维网的半厚度位置和第二粗纤维网的半厚度位置。
在另一个实施方案中，过滤介质包括：过滤层，所述过滤层包括定位成与细纤维网相邻的粗纤维网；和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离。沿细纤维网的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径和沿粗纤维网的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小大于或等于约1.5微米且小于或等于约3微米，
B最大大于或等于约12微米且小于或等于约30微米，
A最小大于约0且小于或等于约1.2，
A最大大于或等于约1.4且小于或等于约1.75，
x对应于沿过滤层的至少一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，以及
其中沿细纤维网的厚度的两个或更多个位置包括顶表面位置和底表面位置，沿粗纤维网的厚度的两个或更多个位置包括顶表面位置和底表面位置。
在一个实施方案中，过滤介质包括：过滤层，所述过滤层包括定位成与细纤维网相邻的粗纤维网；和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离。沿细纤维网的厚度的一个或更多个位置处的平均纤维直径和沿粗纤维网的厚度的一个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小大于或等于约1.5微米且小于或等于约3微米，
B最大大于或等于约12微米且小于或等于约30微米，
A最小大于约0且小于或等于约1.2，
A最大大于或等于约1.4且小于或等于约1.75，
x对应于沿过滤层的至少一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，以及
其中沿细纤维网的厚度的一个或更多个位置包括细纤维网的半厚度位置，沿粗纤维网的厚度的一个或更多个位置包括粗纤维网的半厚度位置。
在另一个实施方案中，过滤介质包括过滤层和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离。沿过滤层的厚度的三个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小大于或等于约1.5微米且小于或等于约3微米，
B最大大于或等于约12微米且小于或等于约30微米，
A最小大于约0且小于或等于约1.2，
A最大大于或等于约1.4且小于或等于约1.75，
x对应于沿过滤层的至少一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，以及其中沿过滤层的厚度的三个或更多个位置包括x为0.25、x为0.5和x为0.75。
当结合附图考虑时，由本发明的多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特征将变得显而易见。在本说明书与通过引用并入的文献包含冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文献包含相对于彼此冲突和/或不一致的公开内容，则应当以生效日期在后的文献为准。
附图说明
将参照附图通过示例的方式来描述本发明的非限制性实施方案，附图为示意性的并且不旨在按比例绘制。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数字表示。为了清楚起见，并非每个部件都标记在每个图中，在不需要说明来使本领域的普通技术人员理解本发明的情况下，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1A为根据某些实施方案的过滤介质的示意图；
图1B为根据某些实施方案的过滤介质的示意图；
图1C为根据某些实施方案的过滤介质的示意图；
图2为在平均纤维直径相对于归一化厚度的图上两个数学函数之间的区域的示意图；
图3为根据一组实施方案的平均纤维直径相对于归一化厚度的图和具有横跨过滤层的特性梯度的过滤介质的示意图；
图4为根据一组实施方案的平均纤维直径相对于归一化厚度的图和具有横跨过滤层的特性梯度的过滤介质的示意图；
图5为根据一组实施方案的平均纤维直径相对于归一化厚度的图和具有横跨过滤层的特性梯度的过滤介质的示意图；
图6为根据一组实施方案的平均纤维直径相对于归一化厚度的图和具有横跨粗纤维层的特性梯度的过滤介质的示意图；
图7为根据一组实施方案的平均纤维直径相对于归一化厚度的图和具有横跨粗纤维层的特性梯度的过滤介质的示意图；
图8A为过滤介质的一个实施方案的侧视图；
图8B为过滤介质的另一个实施方案的侧视图；
图9为图8A的过滤介质的一个层的侧视图；
图10为根据一组实施方案的多个过滤介质的压降相对于时间的图；
图11为根据一组实施方案的多个过滤介质的压降相对于粉尘进给的图；以及
图12为根据一组实施方案的多个过滤介质的平均纤维直径相对于无量纲厚度的图。
具体实施方式
提供了包括具有特性梯度的波形过滤层的过滤介质和相关方法。波形过滤层可以包含形成一个或更多个纤维网的纤维。在一些实施方案中，纤维的直径可以横跨波形过滤层的厚度的至少一部分而变化，以产生纤维直径梯度。梯度可以被设计成赋予过滤介质有益特性，例如低压降和长寿命。在一些实施方案中，梯度可以由描述横跨波形过滤层的厚度的至少一部分的纤维直径变化的数学方程式来表征。例如，具有如下的沿过滤层的厚度的两个或更多个位置处的纤维直径的梯度可以赋予过滤介质相对低的压降，所述沿过滤层的厚度的两个或更多个位置处的纤维直径落入两个凸函数(例如，指数函数)之间的区域内。本文所述的过滤介质可以特别适用于涉及过滤空气的应用，但是该介质也可以用于其他应用(例如液体)。
许多过滤应用要求过滤介质满足某些效率标准。在一些现有的过滤介质中，在足够的微粒效率与低压降和相应的长使用寿命之间存在折衷。一些常规过滤介质通过使用不利地影响过滤介质的压降的某些预过滤层或结构变化来实现需要的效率。例如，某些常规的预过滤层的厚度和/或密实度可能引起过滤介质的压降增加。在一些常规介质中，可以通过改变过滤介质内的过滤层的结构特征(例如，平均纤维直径、平均流量孔径、孔隙率、定重)来实现足够的效率。然而，结构变化可能显著降低过滤层捕获倾向于堵塞过滤介质内的一个或更多个下游层的某些颗粒的能力，或者可能导致过滤层具有其中颗粒主要被捕获在过滤层的上游表面上形成的粉尘饼上的表面过滤机理，结果，过滤介质可能具有较高的压降并且在过滤期间的压降增加。因此，需要可以在不牺牲压降和/或使用寿命的情况下实现给定应用所需的微粒效率的过滤介质。
在一些实施方案中，具有一定的纤维直径梯度的波形过滤层可以用于生产具有所需微粒效率并且对过滤介质的其他特性的不利影响相对最低或没有对过滤介质的其他特性的不利影响的过滤介质。如本文所述的包括这样的波形过滤层的过滤介质可以不受常规过滤介质的一个或更多个限制。如以下进一步描述的，一定的纤维直径梯度可以允许波形过滤层具有深度过滤机理，其中颗粒被捕获在过滤层内和整个过滤层中，导致相对低的压降、相对低的压降随时间的增加、和长使用寿命。此外，在某些实施方案中，波形过滤层可以具有相对低的定重和/或厚度，这进一步有助于总的低压降(例如，低的初始压降)。如本文所述的包括波形过滤层的过滤介质可以用于满足某些微粒效率标准，同时还具有期望的压降、压降随时间的变化、容尘量和/或使用寿命以及其他有益特性。
在一些实施方案中，过滤介质可以包括具有特性(例如，平均纤维直径)梯度的过滤层和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离。波形过滤层可以包括一个或更多个纤维网。在一些实施方案中，过滤层可以包括单个具有梯度的纤维网。在另一些实施方案中，过滤层可以包括两个或更多个纤维网(例如，两个纤维网、三个纤维网、四个或更多个纤维网)，其中每个网具有各自的纤维直径，使得当组合时形成梯度例如纤维直径梯度。
应理解，图1A至图1C所示的至少一些网和层(例如，所有的纤维网和层)的平面配置仅为了易于说明。通常，本文所述的过滤介质包括过滤层，该过滤层通过一个或更多个支撑层保持呈波形配置或曲线配置。
例如，如图1A所示，过滤介质20可以包括支撑层25和包括有两个纤维网的过滤层30。过滤层30可以包括与细纤维网40直接或间接相邻(例如，在细纤维网40的上游)的粗纤维网35，这形成梯度例如纤维直径梯度。如本文所用，“细纤维网”是指在过滤层中纤维网中的具有最小平均纤维直径的纤维网。术语“粗纤维网”是指过滤层内具有比细纤维网更大的平均纤维直径的纤维网。如下所述，过滤层可以包括多于一个的粗纤维网。应理解，术语“上游”和“下游”用于描述层或网相对于待过滤的流体的流动方向的相对布置，并且在过滤介质被定向以实现期望的过滤特性时(例如在过滤介质被并入过滤元件中时)确定。上游层在下游层之前与待过滤的流体接触。
如以下进一步描述的，在一些实施方案中，粗纤维网和/或细纤维网可以包含合成纤维。例如粗纤维网和/或细纤维网可以通过熔喷工艺来形成。在一些情况下，细纤维网可以通过静电纺丝工艺来形成。在另一些情况下，细纤维网可以通过熔喷工艺来形成。在一些实施方案中，粗纤维网35可以定位在支撑层25与细纤维网40之间。在一些这样的实施方案中，如图1A所示，粗纤维网35可以与支撑层25和/或细纤维网40直接相邻。在另一些这样的实施方案中，一个或更多个中间纤维网(例如梳理纤维网、气流成网纤维网)可以定位在粗纤维网35与支撑层25和/或细纤维网40之间。支撑层25可以定位在过滤层30的上游(如图1A所示)或过滤层30的下游。如本文所用，当层或纤维网被称为与另一个层或纤维网“直接相邻”时，其意指不存在中间层或网。当层或纤维网被称为与另一个层或纤维网“间接相邻”时，其意指存在一个或更多个中间层或网。
在其中过滤层包括与细纤维网直接或间接相邻(例如，在细纤维网的上游)的粗纤维网的一个实例中，细纤维网(例如，静电纺丝纤维网)可以具有比粗纤维网的平均纤维直径(例如，大于或等于约0.1微米且小于或等于约30微米)更小的平均纤维直径(例如，大于或等于约0.02微米且小于或等于约0.3微米)。在一些这样的情况下，细纤维网可以具有相对低的定重(例如，大于或等于0.01g/m2且小于或等于约3g/m2)和/或粗纤维网可以具有相对低的定重(例如，大于或等于2g/m2且小于或等于约30g/m2)。包括这样的过滤层的过滤介质可以具有相对低的随时间的压降和低的初始低压降(例如，大于或等于约1.0mm H2O且小于或等于约15.0mm H2O)。
在其中过滤层包括与细纤维网直接或间接相邻(例如，在细纤维网的上游)的粗纤维网的另一个实例中，粗纤维网35和细纤维网40可以在过滤层30中形成平均纤维直径梯度，所述平均纤维直径梯度可以由两个凸函数(例如，指数函数)来表征。在一些这样的实施方案中，如下面更详细描述的，沿过滤层30的厚度的至少一部分的两个或更多个位置处的平均纤维直径可以落入由所述凸函数限定的区域内。
在一些实施方案中，过滤层可以包括三个纤维网。例如，如图1B所示，过滤介质50可以包括支撑层55和包括有三个纤维网的过滤层60。在一些实施方案中，过滤层60可以包括与细纤维网75直接或间接相邻(例如在细纤维网75的上游)的第一粗纤维网65和第二粗纤维网70。如以下进一步描述的，在一些实施方案中，第一粗纤维网、第二粗纤维网和/或细纤维网可以包含合成纤维。例如，第一粗纤维网和第二粗纤维可以通过熔喷工艺来形成。在一些情况下，细纤维网可以通过静电纺丝工艺来形成。在另一些情况下，细纤维网可以通过熔喷工艺来形成。在另一些实施方案中，一个或更多个粗纤维网可以通过干法成网工艺(例如梳理工艺)来形成。在某些实施方案中，第二粗纤维网70可以定位在第一粗纤维网65与细纤维网75之间。在一些这样的实施方案中，如图1B所示，第二粗纤维网70可以与第一粗纤维网65和/或细纤维网75直接相邻。在另一些这样的实施方案中，一个或更多个中间纤维网(例如，熔喷纤维网、梳理纤维网)可以定位在第二粗纤维网70与第一粗纤维网60和/或细纤维网75之间。
在一些实施方案中，第一粗纤维网65和第二粗纤维网70可以形成具有沿粗纤维层的厚度的梯度例如纤维直径梯度的粗纤维层80。沿粗纤维层80的梯度可以由两个数学函数(例如，指数函数)来表征，使得例如沿粗层80的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径落入由该数学函数限定的区域内。在一些这样的情况下，梯度可以仅横跨过滤层60的厚度的一部分(例如，横跨粗纤维层80)。在其中粗纤维层80具有由数学函数表征的梯度的另一些情况下，梯度可以基本上横跨过滤层60的全部厚度。在一些实施方案中，粗纤维层80可以定位在支撑层55与细纤维网75之间。在一些这样的实施方案中，粗纤维层80可以与支撑层55和/或细纤维网75直接相邻。在另一些这样的实施方案中，一个或更多个中间纤维网可以定位在粗纤维层80与支撑层55和/或细纤维网75之间。
通常，过滤层可以包括产生本文所述的梯度和/或压降的任何合适数目的纤维网(例如，两个纤维网、三个纤维网、四个纤维网、五个纤维网、六个或更多个纤维网)。
无论过滤层中的纤维网的数目如何，除了有助于保持过滤层呈波形配置并且维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离的第一支撑层之外，过滤介质还可以任选地包括第二支撑层，如以下进一步描述的。如图1C所示，过滤介质90可以包括第一支撑层95、任选的第二支撑层100、以及包括有一个或更多个纤维网(例如，110、115和/或120)的过滤层105。过滤层105可以定位在第一支撑层95与任选的第二支撑层100之间。在一些这样的实施方案中，过滤层105可以与第一支撑层和/或任选的第二支撑层直接相邻。在另一些这样的实施方案中，一个或更多个中间纤维网或层可以定位在过滤层105与第一支撑层95和/或任选的第二支撑层100之间。在某些实施方案中，过滤层105可以包括与细纤维网(例如，120)直接或间接相邻(例如，在细纤维网的上游)的粗纤维网(例如，110)。在一些实施方案中，过滤层105可以包括与包括有第一粗网(例如，110)和第二粗纤维网(例如，115)的粗纤维层直接或间接相邻(例如，在粗纤维层的下游)的细纤维网(例如，120)。在另一些实施方案中，过滤层105可以包括单个纤维网(例如，120)。
在一些实施方案中，过滤介质中的一个或更多个纤维网和/或层可以被设计成独立于另一个纤维网和/或层。即，来自一个网和/或层的纤维基本上不与来自另一个纤维网和/或层的纤维混合(例如，根本不混合)。例如，对于图1A至图1C，在一组实施方案中，来自过滤层的纤维基本上不与来自支撑层的纤维混合。作为另一个实例，来自细纤维网的纤维基本上不与粗纤维网的纤维混合。独立的层可以通过任何合适的方法(包括例如通过粘合剂)接合，如下面更详细描述的。然而，应理解，某些实施方案可以包括相对于彼此不独立的一个或更多个层。
应理解，如本文所用，术语“第一”网和“第二”网是指层和/或过滤介质内的不同网，并不意味着限制相对于该层的位置。此外，在一些实施方案中，除图中所示的层之外，还可以存在另外的层(例如，“第三”网、“第四”网或“第五”网)。还应理解，在一些实施方案中，并非图中所示的所有纤维网或层都需要存在。
如上所述，在一些实施方案中，过滤层的纤维直径与厚度之间可以存在关系，使得纤维直径梯度可以由两个数学函数(例如，凸函数)表征，如图2示意性示出的。图2示出了图上第一数学函数130和第二数学函数135的图。图的y轴是平均纤维直径，x轴是过滤层的具有梯度的部分的归一化厚度，使得零对应于梯度的顶表面(例如，最上游)位置，一对应于梯度的底表面(例如，最下游)位置。第一数学函数可以与第二数学函数不同。在一些这样的实施方案中，与第二数学函数相比，对于任何给定的归一化厚度，第一数学函数可以具有更大的平均纤维直径。在这种情况下，第一数学函数可以用作给定的归一化厚度下的平均纤维直径的上限。第二数学函数可以用作该归一化厚度下的平均纤维直径的下限。
因此，在一些实施方案中，梯度内的至少一些平均纤维直径(例如，全部的平均纤维直径)可以落入由第一数学函数和第二数学函数限定的区域140内。即，在一些实施方案中，为了产生赋予过滤介质有益特性(例如，低压降、长使用寿命)的梯度例如纤维直径梯度，沿梯度的厚度的某些位置(例如，三个或更多个位置、四个或更多个位置、五个或更多个位置、六个或更多个位置、基本上全部位置、全部位置)处的平均纤维直径必须落入由数学函数130和135限定的区域140内，如下面更详细描述的。
在一些实施方案中，数学函数可以为指数函数。例如，第一个数学方程式可以具有以下形式：
其中f(x)是x处的平均纤维直径，x是梯度的归一化厚度，B最大是具有微米单位的常数，A最小是常数。平均纤维直径可以通过使用扫描电子显微镜(“SEM”)或X射线计算机断层摄影(“computed tomography”，“CT”)来确定，如下面更详细描述的。在一些这样的实施方案中，第二数学方程式可以具有以下形式：
其中f(x)是x处的平均纤维直径，x是梯度的归一化厚度，B最小是具有微米单位的常数，A最大是常数。在一些这样的实施方案中，沿梯度的厚度的一个或更多个位置处的平均纤维直径f(x)可以使用以下数学表达式来确定：
其中f(x)是x处的平均纤维直径，x是梯度的归一化厚度，B最大是具有微米单位的常数，B最小是具有微米单位的常数，A最大是常数，A最小是常数。因此，在一些实施方案中，第一数学函数用作给定的归一化厚度下的平均纤维直径的上限，第二数学函数用作同一归一化厚度下的平均纤维直径的下限。不受理论束缚，认为具有主要落在第一数学函数上方的平均纤维直径的纤维直径梯度产生具有显著降低的捕获颗粒的能力并且无法起深度过滤层的作用的过滤层。反之，认为具有主要落在第二数学函数下方的平均纤维直径的纤维直径梯度产生具有相对高的初始压降和其中颗粒主要被捕获在该层的上游表面上的表面过滤占主导的过滤机理的过滤层，结果，过滤层可能具有相对高的初始压降并且在过滤期间的压降增加。在一些实施方案中，高的压降可能使过滤介质的使用寿命减少。不受理论束缚，认为两个数学函数之间的区域可预测过滤层的效率、过滤机理(例如深度过滤、表面过滤)和压降。两个数学函数之间的区域可以用于系统地设计具有期望的压降、压降随时间的变化、效率和/或使用寿命以及其他有益特性的过滤介质。
应理解，并非沿梯度的厚度的全部平均纤维直径都必须落在两个数学函数之间的区域内以产生赋予过滤介质有益特性的梯度。通常，当沿梯度的厚度的大多数(例如，大于或等于约60％、大于或等于约70％、大于或等于约75％、大于或等于约80％、大于或等于约90％、大于或等于约95％)平均纤维直径落在所述数学函数之间的区域内时，可以产生这样的梯度。具有横跨过滤层的厚度的至少一部分的梯度(其赋予过滤介质有益特性)的、包括支撑层和过滤层的过滤介质的非限制性实例示意性地示于图3至图7中。应理解，图中所示的数学方程式不是按比例的。
在一个实例中，如图3所示，过滤介质150可以包括支撑层155和过滤层160，所述过滤层160包括定位成与细纤维网170直接或间接相邻(例如，在细纤维网的上游)的粗纤维网165。粗纤维网165(例如，熔喷纤维网)和细纤维网170(例如，熔喷纤维网)可以形成梯度例如纤维直径梯度。如图3所示，过滤层160的沿过滤层的厚度的三个或更多个位置(例如，162、164、166)处的平均纤维直径可以大于或等于本文所述的第二数学函数175且小于或等于本文所述的第一数学函数180(例如，指数函数)。在一些实施方案中，过滤层160的在x为0.25(162)、x为0.5(164)和x为0.75(166)的归一化厚度处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数175且小于或等于第一数学函数180。当流体沿箭头176的方向流动时，这样的纤维直径梯度可以使过滤层起深度过滤层的作用。
在另一个实例中，如图4所示，过滤介质182可以包括支撑层185和过滤层190，所述过滤层190包括定位成与细纤维网200直接或间接相邻(例如，在细纤维网200的上游)的粗纤维网195。粗纤维网195(例如，熔喷纤维网)和细纤维网200(例如，熔喷纤维网)可以形成梯度例如纤维直径梯度。在一些实施方案中，梯度内的每个纤维网的沿纤维网的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径可以大于或等于本文所述的第二数学函数205(例如，指数函数)且小于或等于本文所述的第一数学函数210(例如，指数函数)。在某些实施方案中，两个或更多个位置包括纤维网的顶表面(例如，最上游)位置和底表面(例如，最下游)位置。
如图4所示，粗纤维网195的沿粗纤维网的厚度的两个或更多个位置(例如196、198)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数205且小于或等于第一数学函数210。在一些这样的实施方案中，粗纤维网的顶表面(例如，最上游)位置(196)和底表面(例如，最下游)位置(198)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数205且小于或等于第一数学函数210。在一些实施方案中，细纤维网200的沿细纤维网的厚度的两个或更多个位置(例如，202、204)处的平均纤维直径也可以大于或等于第二数学函数205且小于或等于第一数学函数210。在一些这样的实施方案中，细纤维网的顶表面(例如，最上游)位置(202)和底表面(例如，最下游)位置(204)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数205且小于或等于第一数学函数210。当流体沿箭头192的方向流动时，这样的纤维直径梯度可以使过滤层起深度过滤层的作用。
在又一个实例中，如图5所示，过滤介质220可以包括支撑层225和过滤层230，所述过滤层230包括定位成与细纤维网240直接或间接相邻(例如，在细纤维网240的上游)的粗纤维网235。粗纤维网235(例如，熔喷纤维网)和细纤维网240(例如，熔喷纤维网)可以形成梯度例如纤维直径梯度。在一些实施方案中，梯度内的每个纤维网的沿纤维网的厚度的一个或更多个位置处的平均纤维直径可以大于或等于本文所述的第二数学函数245(例如，指数函数)且小于或等于本文所述的第一数学函数250(例如，指数函数)。在一些实施方案中，一个或更多个位置包括纤维网的半厚度位置。
如图5所示，粗纤维网235的沿粗纤维网的厚度的一个或更多个位置(例如236)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数245且小于或等于第一数学函数250。在一些这样的实施方案中，粗纤维网的半厚度位置(236)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数245且小于或等于第一数学函数250。在一些这样的实施方案中，细纤维网240的沿细纤维网的厚度的一个或更多个位置(例如242)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数245且小于或等于第一数学函数250。在一些这样的实施方案中，细纤维网的半厚度位置(242)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数245且小于或等于第一数学函数250。当流体沿箭头232的方向流动时，这样的纤维直径梯度可以使过滤层起深度过滤层的作用。如本文所用，纤维网或层的“半厚度位置”具有其在本领域中的普通含义，并且可以指分别用于确定纤维网或层的厚度的两个相对表面(例如顶表面和底表面)之间一半处的位置。
在一些实施方案中，过滤层可以包括仅横跨过滤层的厚度的一部分的梯度。具有横跨过滤层的一部分的梯度(其赋予有益特性)的、包括支撑层和过滤层的过滤介质的非限制性实例示意性地示于图6至图7中。
在一个实例中，如图6所示，过滤介质260可以包括支撑层265和过滤层270，所述过滤层270包括定位成与细纤维网285(例如，静电纺丝纤维网)直接或间接相邻(例如，在细纤维网285的上游)的第一粗纤维网275(例如，熔喷纤维网)和第二粗纤维网280(例如，熔喷纤维网)。在一些实施方案中，第一粗纤维网275和第二粗纤维网280可以形成具有纤维直径梯度的粗纤维层290。粗纤维层290的梯度可以由两个数学函数(例如，指数函数)来表征，使得例如沿粗层290的厚度的至少一部分的两个或更多个位置处的平均纤维直径落入由所述数学函数限定的区域。在一些实施方案中，梯度内的每个纤维网(例如，粗纤维层)的沿纤维网的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径可以大于或等于本文所述的第二数学函数295(例如指数函数)且小于或等于本文所述的第一数学函数300(例如，指数函数)。在某些实施方案中，两个或更多个位置包括纤维网的顶表面(例如，最上游)位置和底表面(例如，最下游)位置。
如图6所示，第一粗纤维网275的沿第一粗纤维网的厚度的两个或更多个位置(例如276、278)处的平均纤维直径可以大于或等于本文所述的第二数学函数295且小于或等于第一数学函数300。在一些这样的实施方案中，第一粗纤维网的顶表面(例如，最上游)位置(276)和底表面(例如，最下游)位置(278)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数295且小于或等于第一数学函数300。在一些实施方案中，第二粗纤维网280的沿第二粗纤维网的厚度的两个或更多个位置(例如，282,、284)处的平均纤维直径也可以大于或等于第二数学函数295且小于或等于第一数学函数300。在一些这样的实施方案中，第二粗纤维网的顶表面(例如，最上游)位置(282)和底表面(例如，最下游)位置(284)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数295且小于或等于第一数学函数300。当流体沿箭头292的方向流动时，这样的纤维直径梯度可以使过滤层起深度过滤层的作用。
在另一个实例中，如图7所示，过滤介质310可以包括支撑层315和过滤层320，所述过滤层320包括定位成与细纤维网335(例如，静电纺丝纤维网)直接或间接相邻(例如，在细纤维网335的上游)的第一粗纤维网325(例如，熔喷纤维网)和第二粗纤维网330(例如，熔喷纤维网)。在一些实施方案中，第一粗纤维网325和第二粗纤维网330可以形成具有纤维直径梯度的粗纤维层340。粗纤维层340的梯度可以由两个数学函数(例如，指数函数)表征，使得例如沿粗层340的厚度的至少一部分的两个或更多个位置处的平均纤维直径落入由所述数学函数限定的区域。在一些实施方案中，梯度内的每个纤维网的沿纤维网的厚度的一个或更多个位置处的平均纤维直径可以大于或等于本文所述的第二数学函数345(例如，指数函数)且小于或等于本文所述的第一数学函数350(例如，指数函数)。在一些实施方案中，一个或更多个位置包括纤维网的半厚度位置。
如图7所示，第一粗纤维网325的沿第一粗纤维网的厚度的一个或更多个位置(例如326)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数345且小于或等于第一数学函数350。在一些这样的实施方案中，第一粗纤维网的半厚度位置(326)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数345且小于或等于第一数学函数350。在一些这样的实施方案中，第二粗纤维网330的沿第二粗纤维网的厚度的一个或更多个位置(例如332)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数345且小于或等于第一数学函数350。在一些这样的实施方案中，第二粗纤维网的半厚度位置(332)处的平均纤维直径可以大于或等于第二数学函数345且小于或等于第一数学函数350。
当流体沿箭头的方向流动时，这样的纤维直径梯度可以使过滤层起深度过滤层的作用。
应理解，沿梯度的厚度的两个或更多个位置可以在任何合适的归一化厚度处。例如，两个或更多个位置可以在x等于0、约0.05、约0.1、约0.15、约0.2、约0.25、约0.3、约0.35、约0.4、约0.45、约0.5、约0.55、约0.6、约0.65、约0.7、约0.75、约0.8、约0.85、约0.9、约0.95和/或1处。上述位置的任何合适组合都是可能的(例如，0.25、0.5和0.75)。还应理解，梯度内的沿纤维网的厚度的一个或更多个位置可以在任何合适的位置处。例如，一个或更多个位置可以在顶表面位置、四分之一厚度位置、半厚度位置、四分之三厚度位置和/或底表面位置处。上述位置的任何合适组合都是可能的(例如，顶表面和底表面)。
如本文所用，归一化厚度x是指无量纲厚度，其对应于沿梯度的厚度的位置。归一化厚度值基于梯度的厚度来计算。例如，参照图2，具有梯度的过滤层132可以开始于过滤介质内的2mm深度处并且结束于过滤介质内的8mm的深度处。沿过滤层的厚度的给定位置处的归一化厚度值可以通过给定位置减去过滤层的顶表面(例如，最上游)位置并且除以过滤层的底表面(例如，最下游)位置减去顶表面(例如，最上游)位置来计算。例如，如图2所示，梯度部分可以从2mm至8mm。梯度的厚度为6mm。在这种情况下，5mm的位置处确定的归一化厚度为0.5(即，归一化厚度＝(5-2)/(8-2)＝0.5)。作为其中梯度部分可以独立于过滤介质的另一个实例，给定位置处的归一化厚度可以通过给定位置除以梯度部分的厚度来计算。通常，梯度的顶表面(例如，最上游)位置为0并且梯度的底表面(例如，最下游)位置为1。
在一些实施方案中，常数B最大和B最小可以与过滤层的某些结构特性有关。在某些实施方案中，B最大与过滤介质的梯度部分的顶表面(例如，最上游)位置(例如x＝0)处的最大合适平均纤维直径有关。在其中梯度沿过滤层的基本上全部厚度的一些实施方案中，B最大的值可以大于或等于约12微米、大于或等于约14微米、大于或等于约15微米、大于或等于约16微米、大于或等于约18微米、大于或等于约20微米、大于或等于约22微米、大于或等于约24微米、大于或等于约25微米、大于或等于约26微米、或者大于或等于约28微米。在一些情况下，B最大的值可以小于或等于约30微米、小于或等于约28微米、小于或等于约26微米、小于或等于约25微米、小于或等于约24微米、小于或等于约22微米、小于或等于约20微米、小于或等于约18微米、小于或等于约16微米、小于或等于约15微米、或者小于或等于约14微米。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约12微米且小于或等于约30微米、大于或等于约12微米且小于或等于约18微米)。在一些实施方案中，B最大选自约12、约12.5、约13、约13.5、约14、约14.5、约15、约15.5、约16、约16.5、约17、约17.5、约18、约18.5、约19、约19.5、约20、约20.5、约21、约21.5、约22、约22.5、约23、约23.5、约24、约24.5、约25、约25.5、约26、约26.5、约27、约27.5、约28、约28.5、约29、约29.5和约30。应理解，B最大可以为上述范围内的任何单独值。例如，B最大可以为大于或等于约12且小于或等于约30的范围内的任何单独值(例如，约12、约18、约24、约30)。在某些实施方案中，B最大小于或等于约30(例如，小于或等于约18)。在一些这样的实施方案中，B最大大于或等于约12。
在其中梯度沿过滤层的厚度的一部分(例如，粗纤维层)的一些实施方案中，B最大的值可以大于或等于约5微米、大于或等于约6微米、大于或等于约7微米、大于或等于约8微米、大于或等于约9微米、大于或等于约10微米、大于或等于约11微米、大于或等于约12微米、大于或等于约13微米、或者大于或等于约15微米。在一些情况下，B最大的值可以小于或等于约15微米、小于或等于约14微米、小于或等于约13微米、小于或等于约12微米、小于或等于约11微米、小于或等于约10微米、小于或等于约9微米、小于或等于约8微米、小于或等于约7微米、或者小于或等于约6微米。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约5微米且小于或等于约15微米、大于或等于约5微米且小于或等于约8微米)。在一些实施方案中，B最大选自约5、约5.5、约6、约6.5、约7、约7.5、约8、约8.5、约9、约9.5、约10、约10.5、约11、约11.5、约12、约12.5、约13、约13.5、约14、约14.5和约15。应理解，B最大可以为上述范围内的任何单独值。例如，B最大可以为大于或等于约5且小于或等于约15的范围内的任何单独值(例如，约5、约8、约12、约15)。在某些实施方案中，B最大小于或等于约15(例如，小于或等于约8)。在一些这样的实施方案中，B最大大于或等于约5。
反之，在某些实施方案中，B最小与过滤介质的梯度部分的顶表面(例如，最上游)位置(例如，x＝0)处的最小合适平均纤维直径有关。在其中梯度沿过滤层的基本上全部厚度的一些实施方案中，B最小的值可以大于或等于约1.5微米、大于或等于约1.6微米、大于或等于约1.8微米、大于或等于约2.0微米、大于或等于约2.2微米、大于或等于约2.4微米、大于或等于约2.5微米、大于或等于约2.6微米、或者大于或等于约2.8微米。在一些情况下，B最小的值可以小于或等于约3.0微米、小于或等于约2.8微米、小于或等于约2.6微米、小于或等于约2.5微米、小于或等于约2.4微米、小于或等于约2.2微米、小于或等于约2.0微米、小于或等于约1.8微米、或者小于或等于约1.6微米。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约1.5微米且小于或等于约3.0微米、大于或等于约2.5微米且小于或等于约3.0微米)。在一些实施方案中，B最小选自约1.5、约1.55、约1.6、约1.65、约1.7、约1.75、约1.8、约1.85、约1.9、约1.95、约2、约2.05、约2.1、约2.15、约2.2、约2.25、约2.3、约2.35、约2.4、约2.45、约2.5、约2.55、约2.6、约2.65、约2.7、约2.75、约2.8、约2.85、约2.9、约2.95和约3。应理解，B最小可以为上述范围内的任何单独值。例如，B最小可以为大于约1.5且小于或等于约3的范围内的任何单独值(例如，约1.5、约2、约2.5、约3.0)。在某些实施方案中，B最小大于或等于约1.5(例如，大于或等于约2.5)。在一些这样的实施方案中，B最小小于或等于约3.0。
在其中梯度沿过滤层的厚度的一部分(例如，粗纤维层)的一些实施方案中，B最小的值可以大于或等于约1.0微米、大于或等于约1.1微米、大于或等于约1.2微米、大于或等于约1.3微米、大于或等于约1.4微米、大于或等于约1.5微米、大于或等于约1.6微米、大于或等于约1.7微米、大于或等于约1.8微米、或者大于或等于约1.9微米。在一些情况下，B最小的值可以小于或等于约2.0微米、小于或等于约1.9微米、小于或等于约1.8微米、小于或等于约1.7微米、小于或等于约1.6微米、小于或等于约1.5微米、小于或等于约1.4微米、小于或等于约1.3微米、小于或等于约1.2微米、或者小于或等于约1.1微米。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约1.0微米且小于或等于约2.0微米、大于或等于约1.3微米且小于或等于约2.0微米)。在一些实施方案中，B最小选自约1.0、约1.05、约1.1、约1.15、约1.2、约1.25、约1.3、约1.35、约1.4、约1.45、约1.5、约1.55、约1.6、约1.65、约1.7、约1.75、约1.8、约1.85、约1.9、约1.95和约2。应理解，B最小可以为上述范围内的任何单独值。例如，B最小可以为大于约1.0且小于或等于约2.0的范围内的任何单独值(例如，约1.0、约1.3、约1.5、约1.8、约2.0)。在某些实施方案中，B最小大于或等于约1.0(例如，大于或等于约1.3)。在一些这样的实施方案中，B最小小于或等于约2.0。
在一些实施方案中，常数A最大和A最小可以与过滤介质的横跨梯度部分的平均纤维直径的变化有关。不受理论束缚，认为如由参数A描述的平均纤维直径的逐渐减小有助于实现深度负载过滤机理并防止表面负载。在某些实施方案中，A最大与防止粉尘饼形成并因此防止表面过滤的过滤介质的下游部分上的平均纤维直径的最大变化有关。在一些实施方案中，A最小与过滤介质的横跨梯度部分的平均纤维直径的最小变化有关，其中深度过滤机理而不是表面过滤在过滤介质的上游部分上占主导地位。A最小等于零对应于没有梯度部分的过滤介质。
在某些实施方案中，与没有梯度的过滤器或具有由A最大和A最小为其他值的指数函数表征的梯度的过滤介质相比，由A最大和A最小为一定值的指数函数表征的纤维直径梯度可以具有增强的过滤特性(例如，低的初始压降、低的压降随时间的增加)。例如，在其中梯度沿过滤层的基本上全部厚度的一些实施方案中，可以实现增强的过滤特性，其中A最大的值大于或等于约1.4、大于或等于约1.45、大于或等于约1.5、大于或等于约1.55、大于或等于约1.6、大于或等于约1.65、或者大于或等于约1.7。在一些情况下，可以实现增强的过滤特性，其中A最大的值小于或等于1.75、小于或等于约1.7、小于或等于约1.65、小于或等于约1.6、小于或等于约1.55、小于或等于约1.5、或者小于或等于约1.45。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约1.4且小于或等于约1.7、大于或等于约1.4且小于或等于约1.5)。在一些实施方案中，A最大选自约1.4、约1.41、约1.42、约1.43、约1.44、约1.45、约1.46、约1.47、约1.48、约1.49、约1.5、约1.51、约1.52、约1.53、约1.54、约1.55、约1.56、约1.57、约1.58、约1.59、约1.6、约1.61、约1.62、约1.63、约1.64、约1.65、约1.66、约1.67、约1.68、约1.69和约1.7。应理解，A最大可以为上述范围内的任何单独值。例如，A最大可以为大于或等于约1.4且小于或等于约1.7的范围内的任何单独值(例如，约1.7、约1.6、约1.5、约1.4)。在某些实施方案中，A最大小于或等于约1.7(例如，小于或等于约1.5)。在一些这样的实施方案中，A最大大于或等于约1.4。
在其中梯度沿过滤层的厚度的一部分(例如，粗纤维层)的一些实施方案中，可以实现增强的过滤特性，其中A最大的值大于或等于约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1.0、大于或等于约1.1、大于或等于约1.2、大于或等于约1.3、或者大于或等于约1.4。在一些情况下，可以实现增强的过滤特性，其中A最大的值小于或等于1.5、小于或等于约1.4、小于或等于约1.3、小于或等于约1.2、小于或等于约1.1、小于或等于约1.0、小于或等于约.95、小于或等于约0.9、小于或等于约0.85、小于或等于约0.8、或者小于或等于约0.75。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约0.7且小于或等于约1.5、大于或等于约0.7且小于或等于约0.8)。在一些实施方案中，A最大为0.7。在一些实施方案中，A最大选自约0.7、约0.71、约0.72、约0.73、约0.74、约0.75、约0.76、约0.77、约0.78、约0.79、约0.8、约0.81、约0.82、约0.83、约0.84、约0.85、约0.86、约0.87、约0.88、约0.89、约0.9、约0.91、约0.92、约0.93、约0.94、约0.95、约0.96、约0.97、约0.98、约0.99、约1、约1.01、约1.02、约1.03、约1.04、约1.05、约1.06、约1.07、约1.08、约1.09、约1.1、约1.11、约1.12、约1.13、约1.14、约1.15、约1.16、约1.17、约1.18、约1.19、约1.2、约1.21、约1.22、约1.23、约1.24、约1.25、约1.26、约1.27、约1.28、约1.29、约1.3、约1.31、约1.32、约1.33、约1.34、约1.35、约1.36、约1.37、约1.38、约1.39、约1.4、约1.41、约1.42、约1.43、约1.44、约1.45、约1.46、约1.47、约1.48、约1.49和约1.5。应理解，A最大可以为上述范围内的任何单独值。例如，A最大可以为大于或等于约0.7且小于或等于约1.5的范围内的任何单独值(例如，约1.5、约1.25、约1、约0.8、约0.7)。在某些实施方案中，A最大小于或等于约1.5(例如，小于或等于约0.8)。在一些这样的实施方案中，A最大大于或等于约0.7。
在其中梯度沿过滤层的基本上全部厚度的一些实施方案中，可以实现增强的过滤特性，其中A最小的值大于约0、大于或等于约0.1、大于或等于约0.2、大于或等于约0.3、大于或等于约0.4、大于或等于约0.5、大于或等于约0.6、大于或等于约0.7、大于或等于约0.8、大于或等于约0.9、大于或等于约1.0、或者大于或等于约1.1。在一些情况下，可以实现增强的过滤特性，其中A最小的值小于或等于1.2、小于或等于约1.1、小于或等于约1.0、小于或等于约0.9、小于或等于约0.8、小于或等于约0.7、小于或等于约0.6、小于或等于约0.5、小于或等于约0.4、小于或等于约0.3、小于或等于约0.2、或者小于或等于约0.1。上述范围的组合是可能的(例如，大于约0且小于或等于约1.2、大于或等于约1.1且小于或等于约1.2)。在一些实施方案中，A最小选自约0.01、约0.02、约0.03、约0.04、约0.05、约0.06、约0.07、约0.08、约0.09、约0.1、约0.11、约0.12、约0.13、约0.14、约0.15、约0.16、约0.17、约0.18、约0.19、约0.2、约0.21、约0.22、约0.23、约0.24、约0.25、约0.26、约0.27、约0.28、约0.29、约0.3、约0.31、约0.32、约0.33、约0.34、约0.35、约0.36、约0.37、约0.38、约0.39、约0.4、约0.41、约0.42、约0.43、约0.44、约0.45、约0.46、约0.47、约0.48、约0.49、约0.5、约0.51、约0.52、约0.53、约0.54、约0.55、约0.56、约0.57、约0.58、约0.59、约0.6、约0.61、约0.62、约0.63、约0.64、约0.65、约0.66、约0.67、约0.68、约0.69、约0.7、约0.71、约0.72、约0.73、约0.74、约0.75、约0.76、约0.77、约0.78、约0.79、约0.8、约0.81、约0.82、约0.83、约0.84、约0.85、约0.86、约0.87、约0.88、约0.89、约0.9、约0.91、约0.92、约0.93、约0.94、约0.95、约0.96、约0.97、约0.98、约0.99、约1、约1.01、约1.02、约1.03、约1.04、约1.05、约1.06、约1.07、约1.08、约1.09、约1.1、约1.11、约1.12、约1.13、约1.14、约1.15、约1.16、约1.17、约1.18、约1.19和约1.2。应理解，A最小可以为上述范围内的任何单独值。例如，A最小可以为大于约0且小于或等于约1.2的范围内的任何单独值(例如，约0.1、约0.5、约0.8、约1.1、约1.2)。在某些实施方案中，A最小大于约0(例如，大于或等于约1.1)。在一些这样的实施方案中，A最小小于或等于约1.2。
在其中梯度沿过滤层的厚度的一部分(例如，粗纤维层)的一些实施方案中，可以实现增强的过滤特性，其中A最小的值大于约0、大于或等于约0.05、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、或者大于或等于约0.35。在一些情况下，可以实现增强的过滤特性，其中A最小的值小于或等于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、小于或等于约0.15、小于或等于约0.1、或者小于或等于约0.05。上述范围的组合是可能的(例如，大于约0且小于或等于约0.4、大于或等于约0.3且小于或等于约0.4)。在一些实施方案中，A最小选自约0.01、约0.02、约0.03、约0.04、约0.05、约0.06、约0.07、约0.08、约0.09、约0.1、约0.11、约0.12、约0.13、约0.14、约0.15、约0.16、约0.17、约0.18、约0.19、约0.2、约0.21、约0.22、约0.23、约0.24、约0.25、约0.26、约0.27、约0.28、约0.29、约0.3、约0.31、约0.32、约0.33、约0.34、约0.35、约0.36、约0.37、约0.38、约0.39和约0.4。应理解，A最小可以为上述范围内的任何单独值。例如，A最小可以为大于约0且小于或等于约0.4的范围内的任何单独值(例如，约0.1、约0.2、约0.3、约0.4)。在某些实施方案中，A最小大于约0(例如，大于或等于约0.3)。在一些这样的实施方案中，A最小小于或等于约0.4。
通常，可以使用本领域普通技术人员已知的产生平均纤维直径的精确测量值的任何技术来确定过滤层内特定位置处的平均纤维直径f(x)。例如，可以使用扫描电子显微术(SEM)来确定纤维网或过滤层的一个或更多个表面(例如，顶表面和/或底表面、最上游和/或最下游位置)处的平均纤维直径。在一些实施方案中，可以通过使用扫描电子显微镜SEM以13.6mm至22.9mm的工作距离、以20X至30X的放大倍数测量纤维直径来确定某一位置处的平均纤维直径。在图像采集之前，可以用金真空溅射涂覆过滤介质或过滤层。
在一些实施方案中，可以使用合适的仪器(例如，由德国Carl Zeiss MicroscopyGmbH 07745Jena制造的ZEISS Xradia 810超X射线纳米断层摄影机)使用X射线计算机断层摄影来确定纤维网或过滤层内的平均纤维直径。通常，X射线计算机断层摄影用于产生过滤介质的3D计算图像(3D computational representation)。计算方法用于区分过滤器的空隙空间(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3D计算图像的实体区域(即，纤维)的平均直径。在一些情况下，计算方法建立用于区分空隙与实体区域的截止值(即，阈值)以产生过滤介质的3D计算图像。在这样的情况下，可以通过将过滤介质的3D计算图像的计算确定的透气率与实际过滤介质的实验确定的透气率进行比较来确定截止值的精度。在其中计算确定的透气率和实验确定的透气率显著不同的实施方案中，阈值可以由使用者改变直至透气率基本上相同。
例如，在其中离散纤维的直径横跨过滤介质的厚度的至少一部分变化的实施方案中，X射线计算机断层摄影(“CT”)机可以扫描过滤介质并以多个投影角度穿过过滤介质拍摄多个X射线照片。各个X射线照片可以描绘沿过滤介质的平面的切片，并通过本领域技术人员已知的计算方法(例如，由德国Carl Zeiss Microscopy GmbH 07745Jena制造的ZEISSXradia 810超X射线纳米断层摄影机)转换为切片的灰度图像。各个切片具有清晰的厚度，使得切片的灰度图像由体素(voxel)(体积元)而不是像素(像元)构成。可以使用如上所述的计算方法，使用由X射线照片产生的多个切片来产生截面尺寸为至少100μm×100μm的整个过滤介质厚度的3D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3D体绘制连同过滤介质的渗透性的实验测量可以用于确定平均纤维直径。由X射线照片产生的各个单独的灰度图像通常由在8位范围(即，0至255个可能值)内缩放的光强度数据组成。为了形成整个过滤介质厚度的3D体绘制，将8位灰度图像转换为二进制图像。将8位灰度图像转换为二进制图像需要选择适当的强度阈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。将强度阈截止值应用于8位灰度图像，并用于正确分割二进制图像中的实体和孔空间。然后使用二进制图像来创建虚拟介质域，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3D矩形阵列。在以下中评论了多种阈值算法：Jain,A.(1989),Fundamentals of digital imageprocessing,Englewood Cliffs,NJ:Prentice Hall.和Russ.(2002),The imageprocessing handbook,第4版Boca Raton,Fla:CRC Press。
强度阈截止值可以基于虚拟介质域在横向(即，沿厚度的方向)上的计算确定的透气率与整个过滤介质厚度在横向上的实验确定的透气率的比较来选择。在一些这样的实施方案中，整个过滤介质厚度的实验透气率可以根据TAPPI T-251来确定，例如使用TextestFX 3300透气率测试仪III(Textest AG，苏黎世)、38cm2的样品面积和0.5英寸水的压降以获得以CFM计的整个过滤介质厚度的Frasier渗透率值。以CFM计的Frasier渗透率值根据以下转换方程式被进一步转换为以国际标准单位计的横向介质渗透率，其中t0为样品的厚度。
K[以m2计]＝7.47e-10*CFM[以英尺/分钟或CFM/ft2计]*t0[以m计]
(2)
可以使用Navier-Stokes方程式的计算流体动力学(CFD)解来计算虚拟介质域在横向上的透气率。通过预先选择强度阈截止值并使用预先选择的强度阈截止值将灰度图像转换为虚拟域介质来产生虚拟介质域。一旦产生虚拟介质域，就可以使用本领域普通技术人员已知的计算方法直接对虚拟介质域进行数值分析。例如，GeoDict 2010R2软件包可以用于将灰度图像直接转换为虚拟介质域并有效求解Stoke方程式，
其中孔空间中无滑移边界条件(参见，例如，Wiegmann,2001-2010GEODICT虚拟微结构模拟器和材料特性预测器。)。所得速度场在横向上的域平均连同Darcy方程式，
允许确定虚拟介质的横向透气率k。
然后将横向上的计算透气率与横向上的实验透气率进行比较。在其中计算透气率与实验透气率基本上相同(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截止值产生的虚拟介质域被用于确定平均纤维直径。在其中计算透气率与实验透气率不同的实施方案中，强度阈截止值被改变，直至计算透气率与实验透气率基本上相同。然后可以使用本领域普通技术人员已知的任何方法(例如，GeoDict软件包的PoroDict模块)，使用具有与实验透气率基本上相同的计算透气率的虚拟介质域的平均孔径来确定平均纤维直径。
应理解，虽然已经在平均纤维直径梯度方面描述了具有特性梯度的过滤层，但过滤层可以具有不是平均纤维直径梯度、或者除了平均纤维直径梯度之外的其他特性(例如，平均流量孔径、密实度)梯度。例如，在一些实施方案中，具有横跨过滤层的厚度的至少一部分的平均纤维直径梯度的过滤层可以具有平均流量孔径梯度和/或密实度梯度。通常，过滤层可以具有能够实现期望的过滤特性的任何特性或特性的组合的梯度。
如本文所述，过滤层可以具有横跨过滤层的厚度的至少一部分的平均纤维直径梯度。在一些实施方案中，平均纤维直径梯度可以横跨整个过滤层。在一些这样的实施方案中，过滤层可以为单个纤维网或具有形成梯度的多个纤维网。在另一些实施方案中，平均纤维直径梯度可以横跨过滤层的一部分。在一些这样的情况下，过滤层的具有平均纤维直径梯度的部分可以为单个纤维网的一部分，或者多层过滤介质的至少一个纤维网。在一些情况下，过滤层的具有平均纤维直径梯度的部分可以横跨多网过滤层的一个或更多个纤维网。例如，梯度可以横跨多网过滤层的1个、2个、3个、4个、5个、6个等纤维网的厚度。在一些这样的实施方案中，多网梯度的每个纤维网可以具有不同的平均纤维直径。如本文所述，横跨多个网的纤维直径的变化可以由两个数学函数来表征。在某些实施方案中，多网梯度的至少一个纤维网(例如，每个纤维网)可以具有恒定的平均纤维直径，即平均纤维直径横跨纤维网的厚度基本上不变化。例如，多网梯度可以包括两个或更多个纤维网(例如，层合在一起)，每个纤维网具有横跨纤维网的厚度基本上恒定的平均孔径，并且每个纤维网具有与其他纤维网不同的平均纤维直径。
在一些实施方案中，平均纤维直径梯度可以横跨过滤层的厚度的至少一部分或过滤层的整个厚度。例如，在一些实施方案中，平均纤维直径梯度可以横跨过滤层的厚度的大于或等于约10％、大于或等于约20％、大于等于约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％、或者大于或等于约90％。在一些情况下，平均纤维直径梯度可以横跨过滤层的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％、小于或等于约20％、或者小于或等于约10％。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约10％且小于或等于约100％、大于或等于约40％且小于或等于约100％)。其他值是可能的。过滤层的被平均纤维直径梯度占据的总厚度的百分比可以通过将梯度部分的厚度除以过滤层的厚度来确定。
在一些实施方案中，单个或多个网梯度可以通过一个或更多个层的一个或更多个特征的变化形成。在某些实施方案中，纤维特征和/或结构特性可以横跨单个网或多个网而变化，以形成平均纤维直径梯度。例如，具有不同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网或多个网而变化以形成梯度。在一些实施方案中，过滤介质中不包括平均纤维直径梯度的一个或更多个层和/或纤维网(即，非梯度层或网)可以赋予整个过滤介质结构支撑和机械支撑，并且可以有助于过滤介质的整体结构或性能特征。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特性。
在某些实施方案中，过滤层或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总过滤特性。例如，一个或更多个非梯度层(例如，细纤维网)可以为包括在过滤介质中以提高总效率的具有相对小的平均纤维直径的效率层。在一个实例中，效率层(例如，细纤维网)可以定位成与具有平均纤维直径梯度的过滤层直接或间接相邻(例如，在过滤层的下游)。在一些这样的实施方案中，梯度可以与效率层相邻。通常，可以根据给定应用的需要选择一个或更多个非梯度层。过滤介质可以包括非梯度效率层和非梯度预过滤器。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合适类型或数目的非梯度层。
应理解，附图中所示的至少一些网和层(例如，所有纤维网和层)的平面配置仅是为了便于说明。通常，本文所述的过滤介质包括通过一个或更多个支撑层保持呈波形或曲线形配置的过滤层。在一些实施方案中，过滤层的波形配置相对于具有类似长度的平面过滤层可以增加过滤层的表面积，产生改善的过滤特性，例如效率和压降。除了波形过滤层和支撑层之外，过滤介质可以包括一个或更多个任选的层或纤维网。一个或更多个任选的层或纤维网可以为任何合适的层(例如，覆盖层、支撑层)，并且可以为波形的或平面的。
图8A示出了过滤介质的波形配置的非限制性实例，所述过滤介质包括：过滤层；和支撑层，所述支撑层保持过滤层呈波形配置以维持过滤层的相邻波的峰和谷的分离。如图8A所示，过滤介质10可以包括定位在第一支撑层16与任选的第二支撑层14之间的过滤层12。虽然示出了两个支撑层(例如，14和16)，但应理解，过滤介质10未必包括两个支持层。在仅设置一个支撑层的情况下，支撑层可以设置在过滤层的顶表面或底表面上(例如，上游或下游)。如以下进一步描述的，一个或更多个支撑层(例如，14、16)可以帮助维持过滤层12，并且任选地维持任何附加层或纤维网呈波形配置。
如本文所述，在一些实施方案中，过滤介质10还可以包括一个或更多个任选层。例如，过滤介质10可以任选地包括位于过滤介质10的顶侧(例如，最上游)和/或底侧(例如，最下游)上的一个或更多个覆盖层。如图8A所示，过滤介质10可以包括定位在过滤介质的顶侧(例如，最上游)上的覆盖层18。在某些实施方案中，覆盖层18可以用作美观层或耐磨层。在一些这样的实施方案中，如图8A所示，过滤介质可以被配置为使得覆盖层18定位在过滤介质的流体(例如，空气)进入侧(标记为I)上，支撑层16定位成与覆盖层18直接或间接相邻(例如，在覆盖层18的下游)，过滤层12定位成与支撑层16直接或间接相邻(例如，在支撑层16的下游)，任选的第二支撑层14定位成在流体(例如，空气)流出侧(标记为O)上与过滤层12直接或间接相邻(例如，在过滤层12的下游)。流体(例如，空气)流动的方向(即从流体进入I到流体流出O)由标记为附图标记A的箭头指示。
在某些实施方案中，如图8B所示，除了图8A中的任选的覆盖层18之外或作为其替代物，过滤介质10B可以包括定位在过滤介质的流体(例如，空气)出口侧(标记为I)上的任选的覆盖层18B。在一些这样的实施方案中，任选的覆盖层18B定位成与任选的支撑层14直接或间接相邻(例如，在任选的支撑层14的下游)，任选的支撑层14定位成与任选的覆盖层18B直接或间接相邻(例如，在任选的覆盖层18B的上游)，过滤层12B定位成与任选的支撑层14B直接或间接相邻(例如，在任选的支撑层14B的上游)，支撑层16B定位成与过滤层12B直接或间接相邻(例如，在过滤层12B的上游)。在一些实施方案中，覆盖层18B可以用作向过滤介质10提供结构完整性以帮助维持波形配置的加强部件或提供耐磨性。
在一些实施方案中，如图8A和图8B所示，任选的覆盖层可以具有与过滤层和/或支撑层的形貌不同的形貌。例如，无论过滤介质是否呈打褶或非打褶配置，覆盖层可以为非波形的(例如，基本上是平面的)，而过滤层和/或支撑层可以具有波形配置。
如以下更详细描述的，过滤层可以包含合成纤维，以及其他纤维类型。在一些情况下，过滤层可以包含相对高重量百分比(例如，大于或等于约95重量％、100重量％)的合成纤维。在一些情况下，如以下进一步描述的，合成纤维可以为连续的(例如，大于约5cm、大于约50cm、大于约200cm)。在某些实施方案中，细纤维网可以包含相对高百分比(例如，大于或等于约95重量％、100重量％)的通过静电纺丝或熔喷工艺形成的合成纤维。在某些实施方案中，一个或更多个粗纤维网(例如，第一粗纤维网、第二粗纤维网)可以包含相对高百分比(例如，大于或等于约95重量％、100重量％)的通过熔喷工艺形成的合成纤维。通常，过滤层(例如，细纤维网、一个或更多个粗纤维网)可以包含通过任何合适的工艺(包括静电纺丝工艺、熔喷工艺、熔纺工艺或离心纺丝工艺)形成的合成纤维。
通常，过滤层中的任何纤维网以及相应的过滤介质可以包含任何合适的纤维类型。在一些实施方案中，一个或更多个纤维网(例如，细纤维网、粗纤维网、第一粗纤维网、第二粗纤维网)、过滤层和/或整个过滤介质可以包含单一纤维类型(例如，合成纤维)。例如，在某些实施方案中，一个或更多个纤维网、过滤层和/或整个过滤介质可以包含合成纤维。合成纤维可以包括任何合适类型的合成聚合物。合适的合成纤维的实例包括聚酰亚胺、脂族聚酰胺(例如，尼龙6)、芳族聚酰胺、聚砜、乙酸纤维素、聚醚砜、聚芳基醚砜、改性聚砜聚合物、改性聚醚砜聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氨酯、聚(脲氨酯)、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、二氧化硅(硅石)、再生纤维素(例如，莱赛尔、人造丝)、碳(例如，源自聚丙烯腈热解)、聚苯胺、聚(环氧乙烷)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、苯乙烯丁二烯橡胶、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙烯醇)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯基丁烯)、及其共聚物或衍生物化合物、及其组合。在一些实施方案中，合成纤维为有机聚合物纤维。合成纤维还可以包括多组分纤维(即，具有多种组成的纤维，例如双组分纤维)。在一些情况下，合成纤维可以包括可以由本文所述的聚合物(例如，聚酯、聚丙烯)形成的静电纺丝(例如，熔融静电纺丝、溶剂静电纺丝)纤维、熔喷纤维、熔纺纤维或离心纺丝纤维。在一些实施方案中，合成纤维可以为静电纺丝纤维。在一些实施方案中，合成纤维可以为熔喷纤维。过滤介质以及过滤介质内的各个纤维网也可以包含多于一种类型的合成纤维的组合。应理解，还可以使用其他类型的合成纤维类型。在一些实施方案中，细纤维网可以包含具有相对小的平均纤维直径(例如，大于或等于约0.02微米且小于或等于约0.3微米)的纤维和/或一个或更多个粗纤维网(例如，第一粗纤维网、第二粗纤维网)包含具有相对大的纤维直径(例如，大于或等于约0.1微米且小于或等于约30微米)的纤维。
在一些实施方案中，一个或更多个纤维网(例如，细纤维网、粗纤维网、第一粗纤维网、第二粗纤维网)、过滤层和/或整个过滤介质可以包含玻璃纤维。
在一组实施方案中，细纤维网中的纤维(例如，静电纺丝纤维)的平均纤维直径可以大于或等于约0.02微米、大于或等于约0.04微米、大于或等于约0.05微米、大于或等于约0.06微米、大于或等于约0.08微米、大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.12微米、大于或等于约0.14微米、大于或等于约0.15微米、大于或等于约0.16微米、大于或等于约0.18微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.22微米、大于或等于约0.24微米、大于或等于约0.26微米、或者大于或等于约0.28微米。在一些情况下，纤维的平均直径可以小于或等于约0.3微米、小于或等于约0.28微米、小于或等于约0.26微米、小于或等于约0.24微米、小于或等于约0.22微米、小于或等于约0.2微米、小于或等于约0.18微米、小于或等于约0.16微米、小于或等于约0.15微米、小于或等于约0.14微米、小于或等于约0.12微米、小于或等于约0.1微米、小于或等于约0.08微米、或者小于或等于约0.06微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.02微米且小于或等于约0.3微米、大于或等于约0.05微米且小于或等于约0.15微米)。
在一些这样的实施方案中，一个或更多个粗纤维网和/或粗纤维层中的纤维(例如，熔喷纤维)的平均纤维直径可以大于或等于约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2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14微米、大于或等于约15微米、大于或等于约16微米、大于或等于约18微米、大于或等于约20微米、大于或等于约22微米、大于或等于约24微米、大于或等于约26微米、或者大于或等于约28微米。在一些情况下，纤维的平均直径可以小于或等于约30微米、小于或等于约28微米、小于或等于约26微米、小于或等于约24微米、小于或等于约22微米、小于或等于约20微米、小于或等于约18微米、小于或等于约16微米、小于或等于约15微米、小于或等于约14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2微米、或者小于或等于约1微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.1微米且小于或等于约30微米、大于或等于约0.2微米且小于或等于约15微米)。
在另一个实施方案中，细纤维网可以包含具有相对小的平均纤维直径(例如，大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米)的纤维和/或一个或更多个粗纤维网(例如，粗纤维网、第一粗纤维网、第二粗纤维网)包含具有相对大的纤维直径(例如，大于或等于约0.5微米且小于或等于约25微米)的纤维。在另一组实施方案中，细纤维网中的纤维(例如，熔喷纤维)的平均纤维直径可以大于或等于约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2微米，大于或等于约4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，大于或等于约12微米，或者大于或等于约14微米。在一些情况下，纤维的平均直径可以小于或等于约15微米，小于或等于约14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，小于或等于约2微米，小于或等于约1微米，小于或等于约0.8微米，或者小于或等于约0.5微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.1微米且小于或等于约15微米，大于或等于约0.2微米且小于或等于约8微米)。
在一些这样的实施方案中，一个或更多个粗纤维网中的纤维(例如，熔喷纤维)的平均纤维直径可以大于或等于约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，大于或等于约12微米，大于或等于约14微米，大于或等于约15微米，大于或等于约16微米，大于或等于约18微米，大于或等于约20微米，大于或等于约22微米，或者大于或等于约24微米。在一些情况下，纤维的平均直径可以小于或等于约25微米，小于或等于约24微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，小于或等于约16微米，小于或等于约15微米，小于或等于约14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4微米，小于或等于约2微米，或者小于或等于约1微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5微米且小于或等于约25微米，大于或等于约2微米且小于或等于约15微米)。
在一些实施方案中，一个或更多个纤维网、过滤层和/或整个过滤介质15中的纤维可以为通过任何合适的工艺(例如，熔喷工艺、熔纺工艺、静电纺丝工艺、离心纺丝工艺)形成的连续纤维。在某些实施方案中，至少一些合成纤维可以通过静电纺丝工艺(例如，熔体静电纺丝、溶剂静电纺丝)形成。在另一些实施方案中，合成纤维可以为非连续的。在一些实施方案中，过滤介质中的所有纤维都是合成纤维。在某些实施方案中，过滤层中的所有纤维都是合成纤维。
在一些情况下，合成纤维(例如，第一粗纤维网和/或第二粗纤维网、细纤维网中的合成纤维)可以为连续的(例如，静电纺丝纤维、熔喷纤维、纺粘纤维、离心纺丝纤维等)。例如，合成纤维的平均长度可以为至少约5cm，至少约10cm，至少约15cm，至少约20cm，至少约50cm，至少约100cm，至少约200cm，至少约500cm，至少约700cm，至少约1000cm，至少约1500cm，至少约2000cm，至少约2500cm，至少约5000cm，至少约10000cm；和/或小于或等于约10000cm，小于或等于约5000cm，小于或等于约2500cm，小于或等于约2000cm，小于或等于约1000cm，小于或等于约500cm，或者小于或等于约200cm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约100cm且小于或等于约2500cm)。平均纤维长度的其他值也是可能的。
在另一些实施方案中，合成纤维不是连续的(例如，短纤维)。通常，合成非连续纤维可以表征为比连续合成纤维更短。例如，在一些实施方案中，过滤介质中的一个或更多个纤维网(例如，第二纤维网)中的合成纤维的平均长度可以为至少约0.1mm，至少约0.5mm，至少约1.0mm，至少约1.5mm，至少约2.0mm，至少约3.0mm，至少约4.0mm，至少约5.0mm，至少约6.0mm，至少约7.0mm，至少约8.0mm，至少约9.0mm，至少约10.0mm，至少约12.0mm，至少约15.0mm，和/或小于或等于约15.0mm，小于或等于约12.0mm，小于或等于约10.0mm，小于或等于约5.0mm，小于或等于约4.0mm，小于或等于约1.0mm，小于或等于约0.5mm，或者小于或等于约0.1mm。上述范围的组合也是可能的(例如，至少约1.0mm且小于或等于约4.0mm)。平均纤维长度的其他值也是可能的。
在合成纤维包含在一个或更多个纤维网、一个或更多个层(例如，过滤层、粗纤维层)和/或整个过滤介质中的一些实施方案中，一个或更多个纤维网(例如，细纤维网、粗纤维网、第一粗纤维网、第二粗纤维网)、一个或更多个层(例如，过滤层、粗纤维层)和/或整个过滤介质中的合成纤维的重量百分比可以大于或等于约50％，大于或等于约60％，大于或等于约75％，大于或等于约90％，大于或等于约95％，大于或等于约98％，或者大于或等于约99％。在一些情况下，合成纤维的重量百分比可以小于或等于约100％，小于或等于约99％，小于或等于约98％，小于或等于约95％，小于或等于约90％，小于或等于约80％，或者小于或等于约70％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约75％且小于或等于约100％)。在一些实施方案中，一个或更多个纤维网(例如，细纤维网、粗纤维网、第一粗纤维网、第二粗纤维网)、一个或更多个层(例如，过滤层、粗纤维层)和/或整个过滤介质包含100％的合成纤维。
在一些实施方案中，过滤层可以为相对薄的。例如，在一些实施方案中，呈平面配置(例如，在呈波形之前)的过滤层的厚度可以大于或等于约1密耳，大于或等于约2密耳，大于或等于约4密耳，大于或等于约5密耳，大于或等于约6密耳，大于或等于约8密耳，大于或等于约10密耳，大于或等于约12密耳，大于或等于约14密耳，大于或等于约16密耳，或者大于或等于约18密耳。在一些情况下，过滤层的厚度可以小于或等于约20密耳，小于或等于约17密耳，小于或等于约15密耳，小于或等于约14密耳，小于或等于约12密耳，小于或等于约10密耳，小于或等于约8密耳，小于或等于约6密耳，小于或等于约4密耳，或者小于或等于约2密耳。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1密耳且小于或等于约20密耳，大于或等于约5密耳且小于或等于约17密耳，大于或等于约1密耳且小于或等于约15密耳，大于或等于约2密耳且小于或等于约6密耳)。厚度可以根据标准ASTM D1777在2.6psi下确定。
在一些实施方案中，过滤层的一个或更多个粗纤维网(例如，熔喷纤维网)可以为相对薄的。例如，在一些实施方案中，呈平面配置(例如，在呈波形之前)的一个或更多个粗纤维网的厚度可以大于或等于约1密耳，大于或等于约2密耳，大于或等于约3密耳，大于或等于约5密耳，大于或等于约6密耳，大于或等于约8密耳，大于或等于约10密耳，大于或等于约12密耳，或者大于或等于约14密耳。在一些情况下，一个或更多个粗纤维网的厚度可以小于或等于约15密耳，小于或等于约14密耳，小于或等于约12密耳，小于或等于约10密耳，小于或等于约8密耳，小于或等于约7密耳，小于或等于约6密耳，小于或等于约4密耳，或者小于或等于约2密耳。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约1密耳且小于或等于约15密耳，大于或等于约2密耳且小于或等于约15密耳，大于或等于约3密耳且小于或等于约10密耳)。厚度可以根据标准ASTM D1777在2.6psi下确定。
在一些实施方案中，呈平面配置(例如，在呈波形之前)的细纤维网(例如，静电纺丝纤维网、熔喷纤维网)的厚度可以大于或等于约0.1密耳，大于或等于约0.2密耳，大于或等于约0.5密耳，大于或等于约0.8密耳，大于或等于约1密耳，大于或等于约2密耳，大于或等于约3密耳，大于或等于约5密耳，大于或等于约6密耳，大于或等于约8密耳，大于或等于约10密耳，大于或等于约12密耳，或者大于或等于约14密耳。在一些情况下，细纤维网的厚度可以小于或等于约15密耳，小于或等于约14密耳，小于或等于约12密耳，小于或等于约10密耳，小于或等于约8密耳，小于或等于约7密耳，小于或等于约6密耳，小于或等于约5密耳，小于或等于约4密耳，小于或等于约3密耳，小于或等于约2密耳，小于或等于约1密耳，或者小于或等于约0.5密耳。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.1密耳且小于或等于约15密耳，大于或等于约0.1密耳且小于或等于约5密耳，大于或等于约1密耳且小于或等于约7密耳，大于或等于约3密耳且小于或等于约7密耳)。厚度可以使用扫描电子显微术(SEM)以对纤维网的截面进行成像来确定。
在一个实施方案中，过滤层可以包括具有相对小的定重(例如，大于或等于约0.01g/m2且小于或等于约3g/m2)的细纤维网(例如，静电纺丝纤维网)和具有相对小的定重(例如，大于或等于约2g/m2且小于或等于约30g/m2)的一个或更多个粗纤维网(例如，熔喷纤维网)。在一些这样的实施方案中，过滤层的定重可以大于或等于约2g/m2，大于或等于约4g/m2，大于或等于约5g/m2，大于或等于约6g/m2，大于或等于约8g/m2，大于或等于约10g/m2，大于或等于约12g/m2，大于或等于约14g/m2，大于或等于约16g/m2，大于或等于约18g/m2，大于或等于约20g/m2，大于或等于约22g/m2，大于或等于约24g/m2，大于或等于约26g/m2，或者大于或等于约28g/m2。在一些情况下，过滤层的定重可以小于或等于约30g/m2，小于或等于约28g/m2，小于或等于约26g/m2，小于或等于约24g/m2，小于或等于约22g/m2，小于或等于约20g/m2，小于或等于约18g/m2，小于或等于约16g/m2，小于或等于约15g/m2，小于或等于约14g/m2，小于或等于约12g/m2，小于或等于约10g/m2，小于或等于约8g/m2，或者小于或等于约6g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约2g/m2且小于或等于约30g/m2，大于或等于约5g/m2且小于或等于约20g/m2)。定重可以根据标准ASTM D-846确定。
在一些这样的实施方案中，一个或更多个粗纤维网(例如，熔喷纤维网)的定重可以大于或等于约2g/m2，大于或等于约4g/m2，大于或等于约5g/m2，大于或等于约6g/m2，大于或等于约8g/m2，大于或等于约10g/m2，大于或等于约12g/m2，大于或等于约14g/m2，大于或等于约16g/m2，大于或等于约18g/m2，大于或等于约20g/m2，大于或等于约22g/m2，大于或等于约24g/m2，大于或等于约26g/m2，或者大于或等于约28g/m2。在一些情况下，一个或更多个粗纤维网(例如，熔喷纤维网)的定重可以小于或等于约30g/m2，小于或等于约28g/m2，小于或等于约26g/m2，小于或等于约24g/m2，小于或等于约22g/m2，小于或等于约20g/m2，小于或等于约18g/m2，小于或等于约16g/m2，小于或等于约15g/m2，小于或等于约14g/m2，小于或等于约12g/m2，小于或等于约10g/m2，小于或等于约8g/m2，或者小于或等于约6g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约2g/m2且小于或等于约30g/m2，大于或等于约5g/m2且小于或等于约20g/m2)。定重可以根据标准ASTM D-846确定。
在一些这样的情况下，细纤维网(例如，静电纺丝网)的定重可以大于或等于约0.01g/m2，大于或等于约0.05g/m2，大于或等于约0.1g/m2，大于或等于约0.2g/m2，大于或等于约0.4g/m2，大于或等于约0.6g/m2，大于或等于约0.8g/m2，大于或等于约1.0g/m2，大于或等于约1.2g/m2，大于或等于约1.4g/m2，大于或等于约1.6g/m2，大于或等于约1.8g/m2，大于或等于约2.0g/m2，大于或等于约2.2g/m2，大于或等于约2.4g/m2，大于或等于约2.6g/m2，或者大于或等于约2.8g/m2。在一些情况下，细纤维网(例如，静电纺丝纤维网)的定重可以小于或等于约3.0g/m2，小于或等于约2.8g/m2，小于或等于约2.6g/m2，小于或等于约2.4g/m2，小于或等于约2.2g/m2，小于或等于约2.0g/m2，小于或等于约1.8g/m2，小于或等于约1.6g/m2，小于或等于约1.5g/m2，小于或等于约1.4g/m2，小于或等于约1.2g/m2，小于或等于约1.0g/m2，小于或等于约0.8g/m2，小于或等于约0.6g/m2，小于或等于约0.4g/m2，小于或等于约0.2g/m2，或者小于或等于约0.1g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.01g/m2且小于或等于约3.0g/m2，大于或等于约0.05g/m2且小于或等于约0.8g/m2)。定重可以根据标准ASTM D-846确定。
在另一个实施方案中，过滤层可以包括具有相对小的定重(例如，大于或等于约2g/m2且小于或等于约30g/m2)的细纤维网(例如，熔喷纤维网)和具有相对小的定重(例如，大于或等于约4g/m2且小于或等于约40g/m2)的一个或更多个粗纤维网(例如，熔喷纤维网)。在一些这样的实施方案中，过滤层的定重可以大于或等于约4g/m2，大于或等于约5g/m2，大于或等于约6g/m2，大于或等于约8g/m2，大于或等于约10g/m2，大于或等于约12g/m2，大于或等于约14g/m2，大于或等于约16g/m2，大于或等于约18g/m2，大于或等于约20g/m2，大于或等于约22g/m2，大于或等于约24g/m2，大于或等于约25g/m2，大于或等于约27g/m2，大于或等于约30g/m2，大于或等于约32g/m2，大于或等于约34g/m2，大于或等于约36g/m2，或者大于或等于约38g/m2。在一些情况下，过滤层的定重可以小于或等于约40g/m2，小于或等于约38g/m2，小于或等于约36g/m2，小于或等于约34g/m2，小于或等于约32g/m2，小于或等于约30g/m2，小于或等于约28g/m2，小于或等于约26g/m2，小于或等于约25g/m2，小于或等于约24g/m2，小于或等于约22g/m2，小于或等于约20g/m2，小于或等于约18g/m2，小于或等于约15g/m2，小于或等于约12g/m2，小于或等于约10g/m2，或者小于或等于约6g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约4g/m2且小于或等于约40g/m2，大于或等于约10g/m2且小于或等于约25g/m2)。定重可以根据标准ASTM D-846确定。
在一些这样的实施方案中，一个或更多个粗纤维网的定重可以大于或等于约3g/m2，大于或等于约5g/m2，大于或等于约6g/m2，大于或等于约8g/m2，大于或等于约10g/m2，大于或等于约12g/m2，大于或等于约14g/m2，大于或等于约16g/m2，大于或等于约18g/m2，大于或等于约20g/m2，大于或等于约22g/m2，大于或等于约24g/m2，大于或等于约25g/m2，大于或等于约27g/m2，大于或等于约30g/m2，大于或等于约32g/m2，大于或等于约34g/m2，大于或等于约36g/m2，或者大于或等于约38g/m2。在一些情况下，一个或更多个粗纤维网的定重可以小于或等于约40g/m2，小于或等于约38g/m2，小于或等于约36g/m2，小于或等于约34g/m2，小于或等于约32g/m2，小于或等于约30g/m2，小于或等于约28g/m2，小于或等于约26g/m2，小于或等于约25g/m2，小于或等于约24g/m2，小于或等于约22g/m2，小于或等于约20g/m2，小于或等于约18g/m2，小于或等于约15g/m2，小于或等于约12g/m2，小于或等于约10g/m2，或者小于或等于约6g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约3g/m2且小于或等于约40g/m2，大于或等于约5g/m2且小于或等于约30g/m2)。定重可以根据标准ASTM D-846确定。
在一些这样的情况下，细纤维网(例如，熔喷纤维网)的定重可以大于或等于约2g/m2，大于或等于约4g/m2，大于或等于约5g/m2，大于或等于约6g/m2，大于或等于约8g/m2，大于或等于约10g/m2，大于或等于约12g/m2，大于或等于约14g/m2，大于或等于约16g/m2，大于或等于约18g/m2，大于或等于约20g/m2，大于或等于约22g/m2，大于或等于约24g/m2，大于或等于约26g/m2，或者大于或等于约28g/m2。在一些情况下，细纤维网(例如，熔喷纤维网)的定重可以小于或等于约30g/m2，小于或等于约28g/m2，小于或等于约26g/m2，小于或等于约24g/m2，小于或等于约22g/m2，小于或等于约20g/m2，小于或等于约18g/m2，小于或等于约16g/m2，小于或等于约15g/m2，小于或等于约14g/m2，小于或等于约12g/m2，小于或等于约10g/m2，小于或等于约8g/m2，或者小于或等于约6g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约2g/m2且小于或等于约30g/m2，大于或等于约4g/m2且小于或等于约20g/m2)。定重可以根据标准ASTM D-846确定。
在一个实施方案中，包括细纤维网和一个或更多个粗纤维网的过滤层可以具有任何合适的平均流量孔径。在一个实例中，过滤层的平均流量孔径可以大于或等于约2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，大于或等于约18微米，大于或等于约20微米，大于或等于约22微米，大于或等于约25微米，大于或等于约28微米，大于或等于约30微米，大于或等于约32微米，或者大于或等于约35微米。在一些情况下，过滤层的平均流量孔径可以小于或等于约40微米，小于或等于约38微米，小于或等于约35微米，小于或等于约32微米，小于或等于约30微米，小于或等于约28微米，小于或等于约25微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，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，或者小于或等于约5微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约2微米且小于或等于约40微米，大于或等于约5微米且小于或等于约25微米)。平均流量孔径可以根据标准ASTM F316-03确定。
细纤维网(例如，静电纺丝网)的平均流量孔径可以大于或等于约2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，大于或等于约18微米，大于或等于约20微米，大于或等于约22微米，大于或等于约25微米，或者大于或等于约28微米。在一些情况下，细纤维网(例如，静电纺丝网)的平均流量孔径可以小于或等于约30微米，小于或等于约28微米，小于或等于约25微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约28微米，小于或等于约25微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，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，或者小于或等于约5微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约2微米且小于或等于约30微米，大于或等于约5微米且小于或等于约20微米)。平均流量孔径可以根据标准ASTM F316-03确定。
一个或更多个粗纤维网(例如，熔喷纤维网)的平均流量孔径可以大于或等于约5微米，大于或等于约7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，大于或等于约18微米，大于或等于约20微米，大于或等于约22微米，大于或等于约25微米，大于或等于约28微米，大于或等于约30微米，大于或等于约32微米，或者大于或等于约35微米。在一些情况下，一个或更多个粗纤维网的平均流量孔径可以小于或等于约40微米，小于或等于约38微米，小于或等于约35微米，小于或等于约32微米，小于或等于约30微米，小于或等于约28微米，小于或等于约25微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，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，或者小于或等于约5微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约5微米且小于或等于约40微米，大于或等于约7微米且小于或等于约25微米)。平均流量孔径可以根据标准ASTM F316-03确定。
在另一个实施方案中，过滤层的平均流量孔径可以大于或等于约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，大于或等于约18微米，大于或等于约20微米，大于或等于约22微米，大于或等于约25微米，大于或等于约28微米，大于或等于约30微米，大于或等于约32微米，或者大于或等于约35微米。在一些情况下，过滤层的平均流量孔径可以小于或等于约40微米，小于或等于约38微米，小于或等于约35微米，小于或等于约32微米，小于或等于约30微米，小于或等于约28微米，小于或等于约25微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，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，或者小于或等于约8微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约5微米且小于或等于约40微米，大于或等于约10微米且小于或等于约30微米)。平均流量孔径可以根据标准ASTM F316-03确定。
细纤维网(例如，熔喷网)的平均流量孔径可以大于或等于约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，大于或等于约18微米，或者大于或等于约20微米，大于或等于约22微米，大于或等于约25微米，或者大于或等于约28微米。在一些情况下，细纤维网(例如，熔喷网)的平均流量孔径可以小于或等于约30微米，小于或等于约28微米，小于或等于约25微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，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，或者小于或等于约5微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约5微米且小于或等于约30微米，大于或等于约10微米且小于或等于约25微米)。平均流量孔径可以根据标准ASTMF316-03确定。
一个或更多个粗纤维网(例如，熔喷纤维网)的平均流量孔径可以大于或等于约10微米，大于或等于约12微米，大于或等于约15微米，大于或等于约18微米，大于或等于约20微米，大于或等于约22微米，大于或等于约25微米，大于或等于约28微米，大于或等于约30微米，大于或等于约32微米，或者大于或等于约35微米。在一些情况下，一个或更多个粗纤维网的平均流量孔径可以小于或等于约40微米，小于或等于约38微米，小于或等于约35微米，小于或等于约32微米，小于或等于约30微米，小于或等于约28微米，小于或等于约25微米，小于或等于约22微米，小于或等于约20微米，小于或等于约18微米，小于或等于约15微米，或者小于或等于约12微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约10微米且小于或等于约40微米，大于或等于约10微米且小于或等于约30微米)。平均流量孔径可以根据标准ASTM F316-03确定。
在一些实施方案中，呈平面配置(例如，在呈波形之前)的过滤层可以具有相对低的初始压降。例如，在一些实施方案中，过滤层的初始压降可以小于或等于约25mm H2O，小于或等于约22mm H2O，小于或等于约20mm H2O，小于或等于约18mm H2O，小于或等于约15mmH2O，小于或等于约12mm H2O，小于或等于约10mm H2O，小于或等于约8mm H2O，小于或等于约5mm H2O，小于或等于约2mm H2O，或者小于或等于约1mm H2O。在一些情况下，初始压降可以大于或等于约0.5mm H2O，大于或等于约1mm H2O，大于或等于约2mm H2O，大于或等于约5mmH2O，大于或等于约8mm H2O，大于或等于约10mm H2O，大于或等于约12mm H2O，大于或等于约15mm H2O，大于或等于约18mm H2O，或者大于或等于约20mm H2O，或者大于或等于约22mmH2O。应理解，上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约0.5mm H2O且小于或等于约25mmH2O，大于或等于约0.5mm H2O且小于或等于约20mm H2O，大于或等于约1mm H2O且小于或等于约15mm H2O，大于或等于约2mm H2O且小于或等于约10mm H2O)。如本文所用，“初始压降”是指在负载任何微粒物质之前使用不含微粒物质的空气测量的压降。压降测量为在过滤介质或过滤层暴露于约12.7厘米/秒的面速度时横跨过滤介质或过滤层的压差。面速度是当空气撞击过滤介质或过滤层的上游侧时空气的速度。压降的值通常记录为水的毫米数或帕斯卡。本文所述的初始压降的值根据EN779 2012确定。
在一些实施方案中，过滤介质的一个或更多个纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或一个或更多个层(例如，过滤层、支撑层)的至少一部分(例如，基本上全部、整个)可以被改性成使得一个或更多个纤维网和/或一个或更多个层的表面的至少一部分(例如，基本上全部、整个)(和/或纤维的表面的至少一部分)是亲水的。在某些实施方案中，纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的顶部(例如，上游)表面和底部(例如，下游)表面中的一者或两者被改性。在另一些实施方案中，纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)在表面下方的一定深度处被改性，并且在一些情况下，在纤维网和/或层的整个厚度上被改性。在某些实施方案中，使用化学气相沉积、涂层的局部施加(例如，通过喷洒法、浸渍法、柔性版施加或逆辊施加)、亲水性熔体添加剂的并入、亲水性纤维的并入、或其组合来对纤维网和/或层进行改性。还可以使用其他(表面)改性技术。例如，纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)可以包括化学气相沉积涂层。
在一些实施方案中，纤维网和/或层的亲水改性可以在任何合适的时间进行。例如，纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的至少表面可以在形成纤维网和/或层之后、和/或在形成纤维网和/或层期间(例如，在熔喷过程、静电纺丝过程等期间，如本文所述)被改性成亲水的。在某些实施方案中，纤维网和/或层的至少表面可以在形成纤维网和/或层的波形配置期间和/或之后被改性成亲水的。
在一些实施方案中，纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的至少一个表面可以被改性成使表面亲水或增加表面的亲水性。例如，水接触角为约60°的亲水表面可以被改性成水接触角为约15°。在另一实例中，水接触角为约100°的疏水表面可以被改性成水接触角小于90°(例如，水接触角小于60°)。
如本文所用，术语“亲水的”是指水接触角小于90度的材料。随着水接触角减小，材料通常变得更亲水。因此，“亲水表面”可以指水接触角小于90度的表面。在一些实施方案中，表面可以被改性成亲水的，使得水接触角小于90度、小于或等于约80度、小于或等于约75度、小于或等于约70度、小于或等于约65度、小于或等于约60度、小于或等于约55度、小于或等于约50度、小于或等于约45度、小于或等于约40度、小于或等于约35度、小于或等于约30度、小于或等于约25度、小于或等于约20度、或者小于或等于约15度。在一些实施方案中，水接触角大于或等于约0度、大于或等于约5度、大于或等于约10度、大于或等于约15度、大于或等于约20度、大于或等于约25度、大于或等于约35度、大于或等于约45度、或者大于约60度。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0度且小于约90度、大于或等于约0度且小于约60度)。在一个示例性实施方案中，表面(例如，在改性之后)的接触角小于或等于60度。水接触角可以使用ASTM D5946-04测量。水接触角是当液滴停留在平面固体表面上时，表面(例如，过滤层的表面)与相对于三相点处的水滴表面所画的切线之间的角度。可以使用接触角计或测角仪进行该测定。在一些实施方案中，表面的亲水性可以使得放置在表面上的水滴完全润湿表面(例如，水滴完全被吸收到材料中，使得水接触角为0)。
在一些实施方案中，纤维网和/或层的至少一个表面在如本文所述的改性之后的水接触角与该至少一个表面在改性之前的水接触角相比减小大于或等于约0度、大于或等于约1度、大于或等于约2度、大于或等于约5度、大于或等于约10度、大于或等于约15度、大于或等于约20度、大于或等于约25度、大于或等于约35度、大于或等于约45度、大于或等于约60度、大于或等于约75度、大于或等于约80度、或者大于或等于约90度。在某些实施方案中，纤维网和/或层的至少一个表面在改性之后的水接触角与该至少一个表面在改性之前的水接触角相比减小小于或等于约100度、小于或等于约90度、小于或等于约80度、小于或等于约75度、小于或等于约70度、小于或等于约65度、小于约60度、小于或等于约55度、小于或等于约50度、小于或等于约45度、小于或等于约40度、小于或等于约35度、小于或等于约30度、小于或等于约25度、小于或等于约20度、小于或等于约15度、小于或等于约10度、小于或等于约5度、或者小于或等于约2度。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于0度且小于或等于100度)。其他范围也是可能的。
在一些实施方案中，纤维网和/或层可以包含这样的纤维，所述纤维可以被改性成使得纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的包含所述纤维的至少表面是亲水的。在一些情况下，纤维可以是亲水的。在一些实施方案中，纤维可以是疏水的并且可以被改性成亲水的。可以被改性(例如，以增强或赋予亲水性)的纤维的非限制性实例可以包括聚合物，例如聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、烯烃单体(例如乙烯或丙烯)的共聚物)、聚酯(例如，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、CoPET、聚乳酸(PLA))、聚酰胺(例如，尼龙如聚酰胺6(PA6)、聚酰胺11(PA11)、芳族聚酰胺)、聚碳酸酯、及其组合(例如，聚乳酸/聚苯乙烯、PEN/PET聚酯、共聚酰胺)。在纤维亲水(例如，聚乳酸、PA6)的情况下，纤维可以被改性以增强纤维的亲水性。在一个示例性实施方案中，纤维可以具有大于60度(例如，大于60度且小于90度)的水接触角并且被改性成使得水接触角小于或等于60度(例如，大于或等于0度且小于或等于60度)。
在一些实施方案中，可以使用气体改变纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的至少一个表面的亲水性。例如，在形成之后，可以使纤维网和/或层暴露于气体环境。在一些这样的情况下，气体中的分子可以与纤维网和/或层的表面上的材料(例如，纤维、树脂、添加剂)反应而形成官能团(例如带电部分)和/或增加纤维网和/或层的表面上的氧含量。官能团的非限制性实例包括羟基、羰基、醚基、酮基、醛基、酸基团、酰胺基、乙酸酯/盐基团、磷酸酯/盐基团、亚硫酸酯/盐基团、硫酸酯/盐基团、胺基、腈基和硝基。可以与纤维网和/或层的至少一个表面反应的气体的非限制性实例包括CO2、SO2、SO3、NH3、N2H4、N2、O2、H2、He、Ar、NO、空气、及其组合。
在某些实施方案中，可以使用涂层(例如，聚合物涂层)改变纤维网(例如，细纤维网、粗纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的至少表面的亲水性。例如，在形成纤维网和/或层之后，可以向纤维网和/或层的至少表面施加涂层。在某些实施方案中，涂层包含丙烯酸酯/盐(例如，丙烯酰胺、甲基丙烯酸(羟基乙基)酯)、羧酸(例如，丙烯酸、柠檬酸)、磺酸酯/盐(例如，1,3-丙磺酸内酯、N-羟基磺基琥珀酰亚胺、三氟甲烷磺酸甲酯)、多元醇(例如，甘油、季戊四醇、乙二醇、丙二醇、蔗糖)、胺(例如，烯丙胺、乙烯亚胺、
唑啉)、含硅化合物(例如，原硅酸四乙酯、六甲基二硅醚、硅烷)、及其组合。在一些实施方案中，涂层可以独立地施加、作为两个或更多个涂层的混合物施加、或者顺序施加(例如，用第二涂层涂覆第一涂层)。
在一些实施方案中，可以使用润湿剂(例如，表面活性剂)改变纤维网和/或层的至少一个表面的亲水性。例如，在形成纤维网和/或层之后，可以向纤维网和/或层的至少表面施加润湿剂。合适的润湿剂的非限制性实例包括阴离子表面活性剂(例如，二辛基磺基琥珀酸钠、烷基多葡糖苷酯的二钠盐)、非离子表面活性剂(例如，烷基酚乙氧基化物、醇乙氧基化物、聚甘油酯、多葡糖苷)、阳离子表面活性剂(例如，通式R1R2R3R4N+X-的季铵化合物，其中R1、R2、R3和R4各自表示相同或不同的烷基，以及X-是卤化物(例如氯离子))、两性表面活性剂(例如，包含阳离子基团和阴离子基团的表面活性剂(例如N-烷基甜菜碱))、及其组合。
在一些实施方案中，可以将纤维网和/或层浸入材料(例如，涂料、表面活性剂)中。在某些实施方案中，可以将材料喷洒在纤维网和/或层上。相对于纤维网和/或层的总重量，用于使纤维网(例如，细纤维网、粗纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的至少一个表面改性的材料(例如，涂料、表面活性剂、官能团)的重量百分比可以大于或等于约0.0001重量％、大于或等于约0.0005重量％、大于或等于约0.001重量％、大于或等于约0.005重量％、大于或等于约0.01重量％、大于或等于约0.05重量％、大于或等于约0.1重量％、大于或等于约0.5重量％、大于或等于约1重量％、大于或等于约2重量％、或者大于或等于约4重量％。在一些情况下，相对于纤维网和/或层的总重量，用于使纤维网和/或层的至少一个表面改性的材料的重量百分比可以小于或等于约5重量％、小于或等于约3重量％、小于或等于约1重量％、小于或等于约0.5重量％、小于或等于约0.1重量％、小于或等于约0.05重量％、小于或等于约0.01重量％、或者小于或等于约0.005重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，材料的重量百分比大于或等于约0.0001重量％且小于约5重量％)。其他范围也是可能的。纤维网和/或层中的材料的重量百分比基于纤维网和/或层的干固体，并且可以通过在如本文所述的表面改性之前和之后对纤维网和/或层称重来确定。
在一些情况下，可以向纤维、纤维网和/或层中并入熔体添加剂以增强纤维网和/或层的亲水性。例如，在某些实施方案中，可以使用熔体添加剂改变纤维网(例如，粗纤维网、细纤维网)和/或层(例如，过滤层、支撑层)的至少表面的亲水性。在一些情况下，可以将熔体添加剂(例如，亲水性熔体添加剂)与纤维网和/或层的一根或更多根纤维共混(例如，在形成纤维期间、在形成纤维网期间、和/或在形成层期间)。合适的(亲水性)熔体添加剂的非限制性实例包括单酸甘油酯、混合甘油酯、聚环氧乙烷的二脂肪酸酯、乙氧基化蓖麻油、甘油油酸酯和烷基酚乙氧基化物的共混物、以及脂肪酸的聚乙二醇酯。其他亲水性熔体添加剂也是可能的。
在一些情况下，熔体添加剂可以包含预共混的母料熔体添加剂。预共混的母料熔体添加剂是本领域已知的，并且基于本说明书的教导，普通技术人员能够将预共混的母料熔体添加剂并入至纤维网和/或层(例如，过滤层)中，使得纤维网和/或层(例如，过滤层)的至少表面是亲水的。
相对于纤维网和/或层的总重量，用于使纤维网和/或层的至少一个表面改性的熔体添加剂(或预共混的母料熔体添加剂)的重量百分比可以大于或等于约0.0001重量％、大于或等于约0.0005重量％、大于或等于约0.001重量％、大于或等于约0.005重量％、大于或等于约0.01重量％、大于或等于约0.05重量％、大于或等于约0.1重量％、大于或等于约0.5重量％、大于或等于约1重量％、大于或等于约2重量％、大于或等于约4重量％、大于或等于约6重量％、或者大于或等于约8重量％。在一些情况下，相对于纤维网和/或层的总重量，用于使纤维网和/或层的至少一个表面改性的熔体添加剂的重量百分比可以小于或等于约10重量％、小于或等于约8重量％、小于或等于约5重量％、小于或等于约3重量％、小于或等于约1重量％、小于或等于约0.5重量％、小于或等于约0.1重量％、小于或等于约0.05重量％、小于或等于约0.01重量％、或者小于或等于约0.005重量％。上述范围的组合也是可能的(例如，材料的重量百分比大于或等于约0.0001重量％且小于约10重量％、或者大于或等于约0.0001重量％且小于约5重量％)。其他范围也是可能的。纤维网和/或层中的材料的重量百分比基于纤维网和/或层的干固体，并且可以通过热重分析法来确定。
如本文所述，过滤介质可以包括至少一个支撑层。在一些实施方案中，支撑层可以包含纤维。在一些这样的实施方案中，支撑层中纤维的平均直径可以相对大。例如，在一些实施方案中，支撑层的平均纤维直径可以大于或等于约5微米、大于或等于约8微米、大于或等于约9微米、大于或等于约15微米、大于或等于约20微米、大于或等于约25微米、大于或等于约30微米、大于或等于约35微米、大于或等于约40微米、或者大于或等于约45微米。在一些情况下，平均纤维直径可以小于或等于约50微米、小于或等于约45微米、小于或等于约40微米、小于或等于约35微米、小于或等于约30微米、小于或等于约25微米、小于或等于约20微米、小于或等于约15微米、或者小于或等于约10微米。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约5微米且小于或等于约50微米、大于或等于约9微米且小于或等于约25微米)。
在一些实施方案中，过滤介质中的一个或更多个支撑层中的纤维的平均长度可以大于或等于约12.0mm、大于或等于约15mm、大于或等于约20mm、大于或等于约30mm、大于或等于约40mm、大于或等于约50mm、大于或等于约60mm、大于或等于约70mm、大于或等于约80mm、大于或等于约90mm、或者大于或等于约100mm。在一些情况下，平均纤维长度小于或等于约100mm、小于或等于约90mm、小于或等于约80mm、小于或等于约70mm、小于或等于约60mm、小于或等于约50mm、小于或等于约40mm、小于或等于约30mm、或者小于或等于约20mm。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约12mm且小于或等于约100mm、大于或等于约40mm且小于或等于约80mm)。
在一些实施方案中，一个或更多个支撑层的定重(例如，呈波形配置)可以大于或等于约35g/m2、大于或等于约40g/m2、大于或等于约50g/m2、大于或等于约60g/m2、大于或等于约70g/m2、大于或等于约80g/m2、大于或等于约90g/m2、大于或等于约100g/m2、大于或等于约110g/m2、大于或等于约120g/m2、大于或等于约130g/m2、大于或等于约140g/m2、大于或等于约150g/m2、大于或等于约160g/m2、大于或等于约170g/m2、大于或等于约180g/m2、或者大于或等于约190g/m2。在一些情况下，一个或更多个支撑层的定重可以小于或等于约300g/m2、小于或等于约200g/m2、小于或等于约190g/m2、小于或等于约180g/m2、小于或等于约170g/m2、小于或等于约160g/m2、小于或等于约150/m2、小于或等于约140g/m2、小于或等于约130g/m2、小于或等于约120g/m2、小于或等于约110g/m2、小于或等于约100/m2、小于或等于约90g/m2、小于或等于约80g/m2、小于或等于约70g/m2、小于或等于约60g/m2、或者小于或等于约50g/m2。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约35g/m2且小于或等于约200g/m2、大于或等于约70g/m2且小于或等于约150g/m2)。
通常，一个或更多个支撑层可以由多种纤维类型形成。在一些实施方案中，支撑层可以包含如上文关于过滤层所述的合成纤维。合成纤维也可以包括多组分纤维(即，具有多种组成的纤维，例如双组分纤维)。在一些实施方案中，一个或更多个支撑层可以包含双组分纤维。双组分纤维可以包含热塑性聚合物。双组分纤维的各组分可以具有不同的熔化温度。例如，纤维可以包括芯和鞘，其中鞘的活化温度低于芯的熔化温度。这使鞘在芯之前熔化，使得鞘粘合至纤维网和/或层中的其他纤维，而芯保持其结构完整性。芯/鞘粘合纤维(binder fiber)可以是同轴的或非同轴的。另一些示例性双组分纤维可以包括裂膜纤维纤维、并列(side-by-side)纤维和/或“海岛型(island in the sea)”纤维。在一些实施方案中，一个或更多个支撑层可以是梳理纤维网。
如前所述，过滤介质还可以任选地包括一个或更多个覆盖层。参照图8A，覆盖层18可以用作粉尘负载层和/或其可以用作美观层。在一个示例性实施方案中，覆盖层18是在使过滤层12和支撑层14、16呈波形之后与过滤介质10配合的平面层。覆盖层18可以提供美学上令人愉悦的顶表面。参照图8B，过滤介质可以替代地或另外包括设置在过滤介质的空气流出侧O上的底层18B。底部覆盖层18B可以用作加强组件，其为过滤介质10B提供结构完整性以帮助保持波形配置。底部覆盖层18B还可以起到提供耐磨性的作用。这在ASHRAE袋应用(其中最外层在使用期间受到磨损)中可能是特别期望的。覆盖层也可以使用本领域已知的各种技术形成，包括熔喷、湿法成网技术、气流成网技术、梳理、静电纺丝和纺粘。在一些实施方案中，覆盖层可以是挤出的网状物和/或成网的稀松布。然而，在一个示例性实施方案中，覆盖层18是气流成网层，覆盖层18B是纺粘层。
如本文所述，包括波形过滤层的过滤介质可以具有有益的过滤特性，包括低的压降、高的效率和/或长的使用寿命等有益特性。
在一些实施方案中，过滤介质的厚度可以大于或等于50密耳、大于或等于约75密耳、大于或等于约100密耳、大于或等于约200密耳、大于或等于约300密耳、大于或等于约400密耳、大于或等于约500密耳、大于或等于约600密耳、大于或等于约700密耳、大于等于800密耳、大于或等于约900密耳、大于或等于约1,000密耳、大于或等于约1,100密耳、大于或等于约1,200密耳、大于或等于约1,300密耳、大于或等于约1,400密耳、大于或等于约1,500密耳、大于或等于约1,600密耳、大于或等于约1,700密耳、大于等于1,800密耳、大于等于1,900密耳、或者大于或等于约2,000密耳。在一些情况下，厚度可以小于或等于约2,000密耳、小于或等于约1,900密耳、小于或等于约1,800密耳、小于或等于约1,700密耳、小于或等于约1,600密耳、小于约1,500密耳、小于或等于约1,400密耳、小于或等于约1,300密耳、小于或等于约1,200密耳、小于或等于约1,100密耳、小于或等于约1,000密耳、小于或等于约900密耳、小于或等于约800密耳、小于或等于约700密耳、小于或等于约600密耳、小于或等于约500密耳、小于约400密耳、小于或等于约300密耳、小于或等于约200密耳、或者小于或等于约100密耳。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约50密耳且小于或等于约1,000密耳、大于或等于约100密耳且小于或等于约400密耳)。
在一些实施方案中，过滤介质的定重可以大于或等于约30g/m2、大于或等于约50g/m2、大于或等于约70g/m2、大于或等于约90g/m2、大于或等于约100g/m2、大于或等于约125g/m2、大于或等于约150g/m2、大于或等于约175g/m2、大于或等于约200g/m2、大于或等于约225g/m2、大于或等于约250g/m2、大于或等于约275g/m2、大于或等于约300g/m2、大于或等于约325g/m2、大于或等于约350g/m2、或者大于或等于约375g/m2。在一些情况下，过滤介质的定重可以小于或等于约400g/m2、小于或等于约375g/m2、小于或等于约350g/m2、小于或等于约325g/m2、小于或等于约300g/m2、小于或等于约275g/m2、小于或等于约250g/m2、小于或等于约225g/m2、小于或等于约200g/m2、小于或等于约175g/m2、小于或等于约150g/m2、小于或等于约125g/m2、小于或等于约100g/m2、小于或等于约75g/m2、或者小于或等于约50g/m2。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约30g/m2且小于或等于约400g/m2、大于或等于约90g/m2且小于或等于约250g/m2)。
在一些实施方案中，过滤介质的透气率可以大于或等于约20CFM、大于或等于约30CFM、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、或者大于或等于约900CFM。在一些情况下，过滤介质的透气率可以小于或等于约1,000CFM、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、或者小于或等于约50CFM。上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约20CFM且小于或等于约1,000CFM、大于或等于约30CFM且小于或等于约400CFM)。透气率可以根据标准TAPPI T-215使用38cm2的测试面积和0.5英寸的压降确定。
过滤层可以赋予过滤介质有利的性能特性，包括高的效率和相对低的压降。在一些实施方案中，过滤介质可以具有相对高的效率。例如，在一些实施方案中，过滤介质的初始效率可以大于或等于约15％、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％、大于或等于约70％、大于或等于约80％、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％、或者大于或等于约99.9％。在一些情况下，过滤介质的初始效率可以小于或等于约99.9％、小于或等于约98％、小于或等于约97％、小于或等于约96％、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％、或者小于或等于约30％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约15％且小于或等于约99.9％、大于或等于约20％且小于或等于约95％)。初始效率可以根据标准EN 779 2012确定。初始效率是根据EN 779:2012在测试开始时所取的首次效率测量结果。初始效率在测试之前针对未负载任何微粒物质的样品所取的。
由于可能期望基于效率与跨越介质的压降之间的关系、或者作为跨越介质或网的压降的函数的微粒效率对过滤介质进行评级，因此可以根据称为γ值的值对过滤器进行评级。通常，更高的γ值表示更好的过滤性能，即，高的作为压降的函数的微粒效率。γ值根据下式表示：
γ＝(-log(初始穿透率％/100)/初始压降，Pa)×100×9.8，其相当于：
γ＝(-log(初始穿透率％/100)/初始压降，mm H2O)×100，
其中初始穿透率％＝100-初始效率
在初始穿透率百分比降低(即，微粒效率增加)的情况下(当颗粒不太能够穿过过滤介质时)，γ增加。在初始压降降低(即，流体流动穿过过滤器的阻力低)的情况下，γ增加。初始穿透率、初始压降和/或γ之间的这些一般关系假定其他特性保持不变。
通常，过滤介质可以具有相对高的γ。在一些情况下，过滤介质的γ可以大于或等于约2、大于或等于约5、大于或等于约8、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、或者大于或等于约90。在一些情况下，过滤介质的γ可以小于或等于约100、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、小于或等于约25、小于或等于约20、小于或等于约15、或者小于或等于约10。应理解，上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约2且小于或等于约100、大于或等于约8且小于或等于约40)。
应理解，本文所述的γ和初始效率值可以使用不带电的层获得，使得颗粒分离基本上或仅仅是机械的。例如，可以使过滤介质放电或以其他方式进行处理，使得仅发生机械颗粒分离。在另一些实施方案中，纤维网、层和/或过滤介质可以带电，并且颗粒分离可以不是基本上或仅仅归功于机械颗粒分离。
在一些实施方案中，过滤介质的初始压降可以相对低。例如，在一些实施方案中，过滤介质的初始压降可以小于或等于约30mm H2O、小于或等于约28mm H2O、小于或等于约25mm H2O、小于或等于约22mm H2O、小于或等于约20mm H2O、小于或等于约18mm H2O、小于或等于约15mm H2O、小于或等于约12mm H2O、小于或等于约10mm H2O、小于或等于约8mm H2O、小于或等于约5mm H2O、或者小于或等于约1mm H2O。在一些情况下，过滤介质的初始压降可以大于或等于约0.5mm H2O、大于或等于约1mm H2O、大于或等于约2mm H2O、大于或等于约5mm H2O、大于或等于约8mm H2O、大于或等于约10mm H2O、大于或等于约12mm H2O、大于或等于约15mm H2O、大于或等于约18mm H2O、大于或等于约20mm H2O、大于或等于约22mm H2O、或者大于或等于约25mm H2O.上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约0.5mm H2O且小于或等于约30mm H2O、大于或等于约1mm H2O且小于或等于约15mm H2O)。如本文所述的压降可以根据EN 779 2012确定。
在一些实施方案中，过滤介质的随时间的压降变化可以相对低。例如，在一些实施方案中，按照EN 779 2012标准(不同之处在于使用0.3微米NaCl颗粒代替ASHRAE粉尘)所确定的在负载NaCl 25分钟之后过滤介质的压降变化可以小于或等于约12mm H2O、小于或等于约11mm H2O、小于或等于约10mm H2O、小于或等于约9mm H2O、小于或等于约8mm H2O、小于或等于约7mm H2O、小于或等于约6mm H2O、小于或等于约5mm H2O、或者小于或等于约4mmH2O。在一些情况下，压降变化可以大于或等于约3mm H2O、大于或等于约4mm H2O、大于或等于约5mm H2O、大于或等于约6mm H2O、大于或等于约7mm H2O、大于或等于约8mm H2O、大于或等于约9mm H2O、大于或等于约10mm H2O、或者大于或等于约11mm H2O。应理解，上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约3mm H2O且小于或等于约12mm H2O、大于或等于约5mmH2O且小于或等于约8mm H2O)。压降变化可以通过从负载NaCl 25分钟之后的压降减去初始压降来确定。
在一些实施方案中，根据EN 779 2012在负载ASHRAE粉尘25分钟之后所确定的过滤介质的压降变化可以大于或等于约3mm H2O、大于或等于约7mm H2O、大于或等于约10mmH2O、大于或等于约15mm H2O、大于或等于约20mm H2O、大于或等于约25mm H2O、大于或等于约40mm H2O、大于或等于约50mm H2O、大于或等于约60mm H2O、大于或等于约70mm H2O、大于或等于约80mm H2O、或者大于或等于约90mm H2O。在一些情况下，压降变化可以小于或等于约100mm H2O、小于或等于约90mm H2O、小于或等于约75mm H2O、小于或等于约60mm H2O、小于或等于约50mm H2O、小于或等于约40mm H2O、小于或等于约30mm H2O、小于或等于约20mmH2O、或者小于或等于约10mm H2O。应理解，上述范围的组合是可能的(例如，大于或等于约3mm H2O且小于或等于约100mm H2O、大于或等于约7mm H2O且小于或等于约75mm H2O)。压降变化可以通过从ASHRAE粉尘25分钟之后的压降减去初始压降来确定。
在一些实施方案中，过滤介质中的过滤层的重量百分比可以大于或等于约5％、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％、大于或等于约70％、或者大于或等于约80％。在一些情况下，过滤介质中的过滤层的重量百分比可以小于或等于约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％、小于或等于约20％、或者小于或等于约10％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约5％且小于或等于约90％、大于或等于约10％且小于或等于约50％)。
在一些实施方案中，过滤介质中的一个或更多个支撑层的重量百分比可以大于或等于约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％、大于或等于约70％、或者大于或等于约80％。在一些情况下，过滤介质中的一个或更多个支撑层的重量百分比可以小于或等于约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％、或者小于或等于约30％。上述范围的组合也是可能的(例如，大于或等于约20％且小于或等于约90％、大于或等于约40％且小于或等于约80％)。
本文所述的过滤介质可以使用合适的工艺来生产，例如使用非湿法成网工艺或湿法成网工艺。在一些实施方案中，本文所述的纤维网和/或过滤介质可以使用非湿法成网工艺(例如吹制或纺丝工艺)生产。在一些实施方案中，纤维网(例如，细纤维网)和/或层可以通过静电纺丝工艺形成。在一些实施方案中，静电纺丝利用高的电压差以由本体聚合物溶液产生聚合物溶液的细射流。当聚合物通过电势和静电排斥力克服溶液的表面张力而带电时形成射流。在施加至溶液的电排斥力的作用下，射流被拉成细纤维。射流在飞行中干燥并被收集在接地的收集器上。在该过程中快速的溶剂蒸发导致形成随机布置成网的聚合物纳米纤维。在一些实施方案中，使用非熔体纤维化工艺制备静电纺丝纤维。静电纺丝纤维可以用任何合适的聚合物制成，所述聚合物包括但不限于有机聚合物、无机材料(例如，二氧化硅)、杂化聚合物、及其任意组合。在一些实施方案中，本文所述的合成纤维可以由静电纺丝工艺形成。
在某些实施方案中，纤维网(例如，第一粗纤维网、第二粗纤维网、细纤维网、粗纤维网)、过滤层、粗纤维层和/或整个过滤介质可以通过熔喷系统(例如2008年11月7日提交的名称为“Meltblown Filter Medium”的美国公开第2009/0120048号和2010年12月17日提交的名称为“Fine Fiber Filter Media and Processes”的美国公开第2012-0152824号中描述的熔喷系统，其各自通过引用整体并入本文以用于所有目的)形成。在某些实施方案中，纤维网(例如，第一纤维网、第二纤维网)和/或整个过滤介质可以通过熔纺或离心纺丝工艺形成。
在一些实施方案中，可以使用非湿法成网工艺(例如气流成网工艺或梳理工艺)来形成一个或更多个纤维网或层(例如，支撑层)。例如，在气流成网工艺中，可以将合成纤维混合，同时将空气吹到传送带上。在一些实施方案中，在梳理工艺中，通过辊和与辊相关联的延伸部(例如，钩、针)操作纤维。在一些情况下，通过非湿法成网工艺形成纤维网可能更适合于生产高度多孔的介质。在一些实施方案中，可以使用非湿法成网工艺(例如，静电纺丝、熔喷)形成第一纤维网，并且可以使用湿法成网工艺形成第二纤维网。可以使用任何合适的工艺(例如，层合、轧光)将第一纤维网和第二纤维网组合。
在一些实施方案中，本文所述的纤维网、层和/或过滤介质可以使用湿法成网工艺来生产。通常，湿法成网工艺包括将一种或更多种类型的纤维混合在一起，例如，可以将一种类型的聚合物短纤维与另一种类型的聚合物短纤维和/或与不同类型的纤维(例如，合成纤维和/或玻璃纤维)混合在一起，以提供纤维浆料。浆料可以是例如水基浆料。在某些实施方案中，纤维在混合在一起(例如，以在混合物中实现更大程度的均匀性)之前任选地单独储存或组合储存在不同储存罐中。
在形成过滤介质期间或之后，可以根据各种已知技术进一步处理过滤介质。例如，可以使用涂覆方法来在过滤介质中包含树脂。任选地，可以使用诸如层合、共打褶或整理的工艺来将另外的纤维网形成和/或添加到过滤介质。如本文所述，在一些实施方案中，过滤介质的两个或更多个纤维网(例如，细纤维网和粗纤维网)可以单独形成并通过任何合适的方法(例如，层合、轧光、整理或通过使用粘合剂)来组合。两个或更多个纤维网可以使用不同的工艺(例如，静电纺丝、熔喷)或相同的工艺(例如，熔喷)来形成。例如，各纤维网可以通过非湿法成网工艺(例如，熔喷工艺、熔纺工艺、离心纺丝工艺、静电纺丝工艺、干法成网工艺、气流成网工艺)、湿法成网工艺、或任何其他合适的工艺来独立地形成。
可以通过任何合适的方法将不同的纤维网粘附在一起。例如，可以使用压缩技术(例如，层合)来粘附纤维网。纤维网也可以通过化学结合、粘合剂和/或在任一侧上彼此熔融结合来粘附。
层合可以包括例如在特定的压力和温度下使用平的层合机或任何其他合适的装置将两个或更多个纤维网(例如，第一纤维网和第二纤维网)压缩在一起，持续一定的停留时间(即，在压力和热下所花费的时间量)。例如，压力可以为约5psi至约150psi(例如，约30psi至约90psi、约60psi至约120psi、约30psi至60psi、或约90psi至约120psi)；温度可以为约75°F.至约400°F.(例如，约75°F.至约300°F.、约200°F.至约350°F.、或约275°F.至约390°F.)；以及停留时间为约1秒至约60秒(例如，约1秒至约30秒、约10秒至约25秒、或约20秒至约40秒)。压力、温度和停留时间的其他范围也是可能的。
轧光可以包括例如在特定的压力、温度和线速度下使用轧光辊将两个或更多个纤维网(例如，第一纤维网和第二纤维网)压缩在一起。例如，压力可以为约5psi至约150psi(例如，约30psi至约90psi、约60psi至约120psi、约30psi至60psi、或约90psi至约120psi)；温度可以为约75°F.至约400°F.(例如，约75°F.至约300°F.、约200°F.至约350°F.、或约275°F.至约390°F.)；以及线速度可以为约5ft/分钟至约100ft/分钟(例如，约5ft/分钟至约80ft/分钟、约10ft/分钟至约50ft/分钟、约15ft/分钟至约100ft/分钟、或约20ft/分钟至约90ft/分钟)。压力、温度和线速度的其他范围也是可能的。
在一些实施方案中，进一步处理可以包括对过滤介质进行打褶。在一些情况下，过滤介质或其多个纤维网可以通过在彼此相隔的适当间距处形成划线，使过滤介质被折叠来适当地被打褶。应理解，可以使用任何合适的打褶技术。
过滤介质可以包括任何合适数量的纤维网，例如，至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少10个、至少12个、或至少15个纤维网。在一些实施方案中，过滤介质可以包括多至20个纤维网。
在一组实施方案中，过滤介质可以包括通过静电纺丝工艺形成的细纤维网，所述细纤维网粘附(例如，粘合地)至通过另一种工艺(例如，熔喷工艺)形成的粗纤维网和/或粗纤维层。在另一个实施方案中，过滤介质可以包括通过熔喷工艺形成的细纤维网，所述细纤维网粘附(例如，粘合地)至通过熔喷工艺形成的粗纤维网和/或粗纤维层。例如，细纤维网(例如，静电纺丝纤维网)可以粘合地被结合至粗纤维网和/或粗纤维层(例如，熔喷纤维网)。合适的粘合剂的非限制性实例包括丙烯酸类共聚物、乙基乙酸乙烯酯(EVA)、共聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物、热塑性弹性体、聚碳酸酯、有机硅、及其组合。粘合剂可以使用不同的方法施加，例如喷涂(例如，如果使用基于溶剂或水的粘合剂则是溶液喷涂，或者如果使用热熔体粘合剂则是熔体喷涂)、浸涂、吻辊(kiss roll)、刮刀涂覆和凹版涂覆。在一些实施方案中，细纤维网(例如，静电纺丝纤维网)和粗纤维网(例如，熔喷纤维网)可以使用通过喷涂施加的聚合物粘合剂(例如，丙烯酸类共聚物)来粘合地结合。例如，静电纺丝纤维网(例如，包含尼龙纤维)和熔喷纤维网(例如，包含聚丙烯纤维)可以使用通过喷涂施加的聚合物粘合剂(例如，丙烯酸类共聚物)来粘合地结合。
可以使用各种制造技术使一些或所有层形成为波形配置，但是在一个示例性实施方案中，过滤层、支撑层中的至少一个和任何另外的纤维网或层以期望的布置从空气进入侧到空气流出侧彼此相邻地定位，并且组合的层在以不同速度行进的第一移动表面与第二移动表面之间传送，例如第二表面以比第一表面的速度更慢的速度行进。可以使用抽吸力(例如，真空力)在层从第一移动表面向第二移动表面行进时将层朝向第一移动表面拉动，然后朝向第二移动表面拉动。速度差使层在传送到第二移动表面上时形成z方向波，从而在层中形成峰和谷。可以改变各表面的速度以获得每英寸期望数量的波。也可以改变表面之间的距离以确定峰和谷的幅度，并且在一个示例性实施方案中，距离被调整为0.025”至4”。例如，峰和波的幅度可以为约0.1”至2.0”，例如，约0.1”至1.0”、或约0.1”至2.0。对于某些应用，峰和波的幅度可以为约0.1”至1.0”、约0.1”至0.5”、或约0.1”至0.3”。也可以改变不同层的特性以获得期望的过滤介质配置。在一个示例性实施方案中，过滤介质具有每英寸约2至6个波，高度(整体厚度)为约0.025”至2”，然而这可以根据预期应用而显著改变。例如，在另一些实施方案中，过滤介质可以具有每英寸约2至4个波，例如，每英寸约3个波。如图8A所示，单个波W从一个峰的中部延伸到相邻峰的中部。
在图8A所示的实施方案中，当过滤层12和支撑层是波形的时，所得过滤层12在其各表面(即，空气进入侧I和空气流出侧O)上具有复数个峰P和谷T，如图9所示。支撑层延伸跨越峰P并延伸到谷T中，使得支撑层也具有波形配置。本领域技术人员应理解，过滤层的空气进入侧I的峰P将在空气流出侧O具有相应的谷T。因此，下游支撑层延伸到谷T中，并且正好与同一谷T相对的是峰P，上游支撑层延伸跨越峰P。由于下游支撑层延伸到过滤层的空气流出侧O的谷T中，因此下游支撑层(如果设置的话)保持空气流出侧O的相邻峰P彼此相隔一定距离并保持空气流出侧O的相邻谷T彼此相隔一定距离。上游支撑层(如果设置的话)同样可以保持过滤层的空气进入侧I的相邻峰P彼此相隔一定距离并且可以保持过滤层的空气进入侧I的相邻谷T彼此相隔一定距离。因此，过滤层具有与平面配置的过滤层的表面积相比显著增加的表面积。在某些示例性实施方案中，与平面配置的相同层的表面积相比，波形配置的表面积增加至少约50％，并且在一些情况下增加多至120％。
在一个或更多个支撑层保持过滤层呈波形配置的实施方案中，可能期望减小谷中的自由体积(例如，未被任何纤维占据的体积)的量。即，谷中的相对高百分比的体积可以被支撑层占据，以给予纤维层结构支撑。例如，谷中的至少95％或基本上所有可用体积可以填充有支撑层并且支撑层的密实度可以为约1％至90％、约1％至50％、约10％至50％、或约20％至50％。另外，如图8A的示例性实施方案中所示，支撑层延伸跨越峰并延伸到谷中可以使得支撑层的跨越峰与覆盖层18接触的表面积与其跨越谷时的相似。类似地，支撑层的跨越峰与图8B中所示的覆盖层18B接触的表面积与其跨越谷时的相似。例如，支撑层的跨越峰与顶层或底层接触的表面积可以与支撑层的跨越谷与覆盖层接触的表面积相差小于约70％、小于约50％、小于约30％、小于约20％、小于约10％、或小于约5％。
在某些示例性实施方案中，一个或更多个支撑层的纤维密度可以在峰处比其在谷中更大；以及，在一些实施方案中，纤维质量在峰处比其在谷中更小。在一些实施方案中，这可以由支撑层相对于过滤层的粗度引起。特别地，在层从第一移动表面向第二移动表面传送时，过滤层的相对细的性质可以使支撑层围绕在过滤层中形成的波而一致。在支撑层延伸跨越峰P时，行进的距离小于各支撑层行进以填充谷的距离。因此，支撑层可以在峰处紧密，因此与层行进通过以形成环形配置的谷相比，在峰处具有增加的纤维密度。
一旦层形成为波形配置，就可以通过使粘合纤维活化以实现纤维的结合来保持波形形状。可以使用各种技术来使粘合纤维活化。例如，如果使用具有芯和鞘的双组分粘合纤维，则可以在施加热时使粘合纤维活化。如果使用单组分粘合纤维，则可以在施加热、蒸汽和/或一些其他形式的温热水分时使粘合纤维活化。本领域技术人员还应理解，除了使用粘合纤维之外，可以任选地使用各种技术使层彼此配合。层还可以是单独结合的层，和/或他们可以在成波形之前彼此配合，包括结合。
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)单独形成的纤维网粘附(例如，层合)在一起以形成多网结构来形成。各纤维网可以具有不同的平均纤维直径。在一些实施方案中，一个或更多个网(例如，2个网、3个网、4个网、所有层)在其整个厚度上也可以具有相对恒定的平均纤维直径。通常，可以使用用于对层进行粘附的任何合适的工艺(例如，层合、热点结合、超声、轧光、胶网、共打褶、整理)。如本文所述，这样的工艺可以在过滤介质的整个厚度上产生平均孔径的梯度。
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。任选地，可以使用诸如层合、热点结合、超声、轧光、胶网、共打褶或整理的工艺将另外的层形成和/或添加到梯度部分。例如，可以通过热点结合、轧光、胶网或超声工艺将多于一个层(例如，熔喷层、非梯度层)接合在一起以形成层(例如，第二层)。
本文所述的非梯度层可以使用任何合适的工艺生产，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)或非湿法成网工艺(例如，干法成网工艺、气流成网工艺、熔喷工艺、静电纺丝工艺、离心纺丝工艺或梳理工艺)生产。在一些实施方案中，过滤介质可以在形成之后经历进一步处理。在一些实施方案中，进一步处理可以包括打褶。在一些情况下，过滤介质或其多个层可以通过在彼此相隔的适当间距处形成划线，使过滤介质被折叠来适当地被打褶。应理解，可以使用任何合适的打褶技术。
应理解，除了本文所述的一个或更多个层之外，过滤介质还可以包括其他部分。在一些实施方案中，进一步处理包括并入一个或更多个结构特征和/或加强元件。例如，可以将过滤介质与另外的结构特征(例如，聚合物网状物和/或金属网状物)组合。在一个实施方案中，可以在过滤介质上设置筛网背衬，从而提供进一步的刚度。在一些情况下，筛网背衬可以有助于保持打褶配置。例如，筛网背衬可以是扩展的金属网或挤出的塑料网状物。
在一些实施方案中，本文所述的层可以为非织造网。非织造网可包含无取向纤维(例如，网内的纤维随机排列)。非织造网的实例包括通过如本文所述的湿法成网工艺和非湿法成网工艺制成的网。非织造网还包括纸，例如基于纤维素的网。
本文所述的过滤介质可以用于整个过滤布置或过滤元件。在一些实施方案中，过滤介质包括一个或更多个另外的层或组件。另外的层(例如，第三层、第四层)的非限制性实例包括熔喷层、湿法成网层、纺粘层、梳理层、气流成网层、水刺层、力纺层(例如，离心纺丝层)或静电纺丝层。
过滤介质可以被并入到各种合适的过滤元件中以用于包括气体过滤和液体过滤的各种应用。适用于气体过滤的过滤介质可以用于HVAC、HEPA、面罩和ULPA过滤应用。例如，过滤介质可以用于供热和空调管中。在另一实例中，过滤介质可以用于呼吸器和面罩应用(例如，外科术面罩、工业面罩和工业呼吸器)。过滤元件可以具有本领域已知的任何合适的配置，包括袋式过滤器和板式过滤器。用于过滤应用的过滤组合件可以包括各种过滤介质和/或过滤元件中的任一者。过滤元件可以包括上述过滤介质。过滤元件的实例包括燃气轮机过滤元件、集尘器元件、重型空气过滤元件、汽车空气过滤元件、用于大排量汽油发动机(例如，SUV、皮卡车、卡车)的空气过滤元件、HVAC空气过滤元件、HEPA过滤元件、ULPA过滤元件、真空袋式过滤元件、燃料过滤元件和油过滤元件(例如，润滑油过滤元件或重型润滑油过滤元件)。
过滤元件可以并入相应的过滤系统(燃气轮机过滤系统、重型空气过滤系统、汽车空气过滤系统、HVAC空气过滤系统、HEPA过滤系统、ULPA过滤系统、真空袋式过滤系统、燃料过滤系统和油过滤系统)中。过滤介质可以任选地被打褶成各种配置(例如，板、柱形)中的任一种。
过滤元件还可以是任何合适的形式，例如径向过滤元件、板式过滤元件或槽流元件(channel flow element)。径向过滤元件可以包括被限制在两个柱形形状的开放线网状物内的打褶的过滤介质。在使用期间，流体可以从外部通过打褶的介质流到径向元件的内部。
在一些情况下，过滤元件包括可以被设置成围绕过滤介质的壳体。壳体可以具有各种配置，其中配置根据预期应用而改变。在一些实施方案中，壳体可以由被设置成围绕过滤介质的周边的框架形成。例如，框架可以围绕周边热密封。在一些情况下，框架具有围绕大致矩形的过滤介质的全部四个侧面的大致矩形配置。框架可以由各种材料形成，包括例如纸板、金属、聚合物、或合适材料的任何组合。过滤元件还可以包括本领域已知的各种其他特征，例如用于使过滤介质相对于框架稳定的稳定化特征、间隔件或任何其他合适的特征。
如上所述，在一些实施方案中，可以将过滤介质并入袋式(或口袋式)过滤元件中。袋式过滤元件可以通过任何合适的方法形成，例如，通过将两个过滤介质放置在一起(或者对半折叠单个过滤介质)，并使三侧(或者如果是折叠的话，两侧)彼此相接，使得只有一侧保持开放，从而在过滤器内形成口袋。在一些实施方案中，可以将多个过滤口袋附接至框架以形成过滤元件。应理解，过滤介质和过滤元件可以具有各种不同的构造，并且具体构造取决于使用过滤介质和过滤元件的应用。在一些情况下，可以向过滤介质添加基底。
过滤元件可以具有与上文关于过滤介质描述的特性的相同的特性值。例如，在过滤元件中也可以发现上述初始压降、随时间的压降、厚度和/或定重。
在使用期间，在流体(例如，空气)流动通过过滤介质时，过滤介质将污染物颗粒机械地捕获在过滤介质上。过滤介质不需要带电以增强对污染物的捕获。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，过滤介质可以是带电的。
实施例
实施例1
该实施例描述了包括包含粗纤维网和细纤维网的过滤层的波形过滤介质的压降和包括包含粗纤维网但没有细纤维网的过滤层的波形过滤介质的压降。包括包含细纤维网的过滤层的过滤介质具有较低的初始压降和随时间的压降变化。
两种波形过滤介质均包括定位在两个梳理纤维网之间的过滤层，所述梳理纤维网包含平均纤维直径为约15微米的合成纤维。波形过滤介质1包括包含熔喷纤维网和静电纺丝纤维网的过滤层。熔喷纤维网包含平均纤维直径为1.8微米且定重为14g/m2的聚丙烯纤维，静电纺丝层包含平均纤维直径为约0.08微米且定重为0.2g/m2的尼龙纤维。波形过滤介质2包括包含与波形过滤介质1相同的熔喷纤维网的过滤层，但不包括静电纺丝层。
对各波形过滤介质的100cm2样品确定初始压降和随时间的压降。在图10中，在负载NaCl之前确定初始压降。使用配备有氯化钠生成器的自动过滤器测试单元(例如来自TSI,Inc的8130CertiTestTM)在负载35mgNaCl气溶胶期间测量随时间的压降。气溶胶中的NaCl颗粒的平均直径为0.3微米。在负载NaCl期间，面速度为14cm/秒并且负载样品30分钟。
在图11中，在根据EN779 2012进行的容尘量测试期间也确定了初始压降和随时间的压降。粉尘具有12.7cm/秒的面速度，并且测量容尘量直至达到以W.C.计至少1.7的压力。
相对于时间的压降和相对于粉尘进料的压降的图分别示于图10和图11中。
如图10和11所示，过滤介质1在负载盐和粉尘期间分别具有比过滤介质2更低的初始压降。
实施例2
该实施例描述了具有由两个数学方程式表征的梯度的两种过滤介质和没有梯度的过滤介质的性能模拟。具有梯度的过滤介质具有较低的初始压降和在负载NaCl 25分钟之后的压降变化。
使用可以模拟波形过滤介质的性能特征的软件进行模拟。构建包括包含两个熔喷层(两个层)的过滤层的波形过滤介质、包括包含三个熔喷层(三个层)的过滤层的波形过滤介质和包括包含一个熔喷层(一个层)的过滤层的波形过滤介质的计算模型。三种波形过滤介质具有相同的定重和效率。对于包含两个层的过滤层，各层的定重为9g/m2。最上游层的平均纤维直径为4微米，最下游层的平均纤维直径为1微米。包含两个层的过滤层中的平均纤维直径中的一些落在数学方程式之外。然而，平均纤维直径中的大于或等于约90％落在由数学方程式限定的区域内。对于包含三个层的过滤层，各层的定重为6g/m2。最上游层的平均纤维直径为5.5微米，中间层的平均纤维直径为2.4微米，最下游层的平均纤维直径为0.8微米。单个过滤层的定重为18g/m2，且平均纤维直径为1.2微米。图12示出了在过滤层的整个无量纲厚度上的平均纤维直径的变化。图12还示出了表征包含两个层的波形过滤介质和包含两个层的波形过滤介质中的梯度的数学方程式。数学方程式的A最大、A最小、B最大、B最小分别为1.5、1.2、12和2.5。对各种波形过滤介质进行负载NaCl期间的压降模拟。
表1.波形过滤介质的特性
具有由两个数学方程式表征的平均纤维直径梯度的波形过滤介质具有较低的初始压降和在负载NaCl 25分钟之后的随时间的压降变化，如表1所示。
由此已经描述了本发明的至少一个实施方案的若干方面，应理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、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精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅作为示例。
Claims (31)
1.一种过滤介质，包括：
过滤层，所述过滤层包括定位成与细纤维网相邻的粗纤维网，其中沿所述细纤维网的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径和沿所述粗纤维网的厚度的两个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小为2.5微米，
B最大为12微米，
A最小为1.2，
A最大为1.5，
x对应于沿所述过滤层的至少一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，以及
其中：
沿所述细纤维网的厚度的两个或更多个位置包括顶表面位置和底表面位置，以及
沿所述粗纤维网的厚度的两个或更多个位置包括顶表面位置和底表面位置；以及
支撑层，所述支撑层保持所述过滤层呈波形配置并且维持所述过滤层的相邻波的峰和谷的分离，其中所述支撑层延伸跨越所述峰并延伸到所述谷中以填充所述谷,
其中所述过滤层的平均流量孔径小于或等于40微米。
2.一种过滤介质，包括：
过滤层，所述过滤层包括定位成与细纤维网相邻的粗纤维网，其中沿所述细纤维网的厚度的一个或更多个位置处的平均纤维直径和沿所述粗纤维网的厚度的一个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小为2.5微米，
B最大为12微米，
A最小为1.2，
A最大为1.5，
x对应于沿所述过滤层的至少一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，以及
其中：
沿所述细纤维网的厚度的一个或更多个位置包括所述细纤维网的半厚度位置，以及
沿所述粗纤维网的厚度的一个或更多个位置包括所述粗纤维网的半厚度位置；以及
支撑层，所述支撑层保持所述过滤层呈波形配置并且维持所述过滤层的相邻波的峰和谷的分离，其中所述支撑层延伸跨越所述峰并延伸到所述谷中以填充所述谷,
其中所述过滤层的平均流量孔径小于或等于40微米。
3.一种过滤介质，包括：
过滤层，其中沿所述过滤层的厚度的三个或更多个位置处的平均纤维直径大于或等于具有以下形式的任何指数函数：
且小于或等于具有以下形式的任何指数函数：
其中：
B最小为2.5微米，
B最大为12微米，
A最小为1.2，
A最大为1.5，
x对应于沿所述过滤层的至少一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，以及其中沿所述过滤层的厚度的三个或更多个位置包括x为0.25、x为0.5和x为0.75；以及
支撑层，所述支撑层保持所述过滤层呈波形配置并且维持所述过滤层的相邻波的峰和谷的分离，其中所述支撑层延伸跨越所述峰并延伸到所述谷中以填充所述谷,
其中所述过滤层的平均流量孔径小于或等于40微米。
4.根据权利要求3所述的过滤介质，其中所述过滤层包括粗纤维网和细纤维网。
5.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述粗纤维网的厚度和所述细纤维网的厚度的平均纤维直径的大于或等于60％落在所述指数函数之间。
6.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述粗纤维网的厚度和所述细纤维网的厚度的平均纤维直径的大于或等于70％落在所述指数函数之间。
7.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述粗纤维网的厚度和所述细纤维网的厚度的平均纤维直径的大于或等于80％落在所述指数函数之间。
8.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述粗纤维网的厚度和所述细纤维网的厚度的平均纤维直径的大于或等于90％落在所述指数函数之间。
9.根据权利要求3至4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述过滤层的厚度的平均纤维直径的大于或等于60％落在所述指数函数之间。
10.根据权利要求3至4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述过滤层的厚度的平均纤维直径的大于或等于70％落在所述指数函数之间。
11.根据权利要求3至4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述过滤层的厚度的平均纤维直径的大于或等于80％落在所述指数函数之间。
12.根据权利要求3至4中任一项所述的过滤介质，其中沿所述过滤层的厚度的平均纤维直径的大于或等于90％落在所述指数函数之间。
13.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述细纤维网为熔喷纤维网。
14.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述粗纤维网为熔喷纤维网。
15.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述细纤维网的平均纤维直径大于或等于0.1微米且小于或等于15微米。
16.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述细纤维网的平均纤维直径大于或等于0.2微米且小于或等于8微米。
17.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述粗纤维网的平均纤维直径大于或等于0.5微米且小于或等于25微米。
18.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述粗纤维网的平均纤维直径大于或等于2微米且小于或等于15微米。
19.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述细纤维网的定重大于或等于2g/m2且小于或等于30g/m2。
20.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述细纤维网的定重大于或等于4g/m2且小于或等于20g/m2。
21.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述粗纤维网的定重大于或等于3g/m2且小于或等于40g/m2。
22.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述粗纤维网的定重大于或等于5g/m2且小于或等于30g/m2。
23.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤层的定重大于或等于10g/m2且小于或等于25g/m2。
24.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤层的厚度大于或等于5密耳且小于或等于17密耳。
25.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤层的所述平均流量孔径大于或等于10微米且小于或等于30微米。
26.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质的初始压降大于或等于1.0mm H2O且小于或等于15.0mm H2O。
27.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质的透气率大于或等于20CFM且小于或等于1000CFM。
28.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤介质的透气率大于或等于30CFM且小于或等于400CFM。
29.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述粗纤维网包含合成纤维。
30.根据权利要求1至2和权利要求4中任一项所述的过滤介质，其中所述细纤维网包含合成纤维。
31.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤介质，其中所述过滤层的所述平均流量孔径大于或等于2微米且小于或等于40微米。
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