CN111182958B - 过滤器介质 - Google Patents

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Abstract

一种过滤器介质包括隔膜和保护性罩布，其固定到隔膜的表面。隔膜包括具有小于1微米直径的第一聚合物的纤维，罩布包括第二聚合物的纤维。该第一聚合物是疏水性的且具有大于90度的接触角，且第二聚合物是亲水性的且具有小于90度的接触角。

Description

过滤器介质
技术领域
本发明涉及一种过滤器介质，适用于从空气流移除固体物质。
背景技术
结合膨体聚四氟乙烯(ePTFE)的隔膜的过滤器介质是已知的。隔膜为相对脆弱且易于在传输和操纵过程中损坏。因此，保护性罩布通常被提供在隔膜的一侧或两侧。
ePTFE隔膜为相对昂贵的，但是能够实现比相同压力降的其它介质更高的分离效率。该隔膜还在冲洗时能够相对良好地释放灰尘。无论如何，在灰尘释放中的任何改善都将改善过滤器介质的效率，且由此是期望的。
发明内容
本发明提供了一种过滤器介质，其包括隔膜和固定到隔膜表面的保护性罩布(scrim)，其中隔膜包括具有小于1微米直径的第一聚合物的纤维，且罩布包括第二聚合物的纤维，该第一聚合物具有大于90度的接触角，且第二聚合物具有小于90度的接触角。
隔膜由此由疏水性纤维形成，且罩布有亲水性纤维形成。通过使用包括直径小于1微米的纤维的隔膜，相对高的分离效率可在在相对低的压力降下实现。此外，通过使用疏水性纤维，相对良好的灰尘释放可在清洗时实现。
对传统过滤器介质的研究显示，在清洗之后，灰尘继续被保存在隔膜的暴露表面上。此外，灰尘看起来会聚在暴露表面的与罩布的纤维相邻的区域中。本发明由此以以下事实为基础：罩布的纤维由疏水性聚合物形成。疏水性纤维的使用看起来对于意图被清洗的过滤器介质而言是明智的。实际上，是隔膜的纤维的疏水特性影响了清洗时的有效灰尘释放。然而，通过使用疏水性纤维于罩布，相对高的接触角阻止水渗透到隔膜的与罩布的纤维相邻的区域。本发明还基于以下事实，通过使用亲水性，而不是疏水性，聚合物于罩布，水在清洗时被更好地促使进入隔膜的那些区域，且由此增加的脏物释放可被实现。
第一聚合物可为聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)。该特定聚合物具有相对较高的接触角，且由此在清洗时可实现相对较好的灰尘释放。更具体地，隔膜可由膨体聚四氟乙烯(ePTFE)形成。ePTFE具有益处在于，具有小于1微米的疏水性纤维可以使用相对成熟的工业工艺大批量制造。
罩布可具有在10g/m2和50g/m2之间的单位表面重量。这于是具有益处在于罩布能够对隔膜提供充分保护，且不会过度地限制穿过过滤器介质的空气流动。
术语“纤维”被贯穿本文使用，且应理解为包括纤丝(譬如在ePTFE中发现的那些)或其他具有小于1微米直径的结构特征。
附图说明
为了本发明可被更容易地理解,本发明的实施例现在将要参考附图通过实例而被描述，其中：
图1是依照本发明的过滤器介质的透视图；
图2是传统过滤器介质的俯视图，突出显示了在清洗后存在的脏物；
图3示出了穿过传统过滤器介质的两个横截面视图，两个视图表示过滤器介质的清洗的不同阶段；以及
图4示出了穿过本发明的过滤器介质的两个横截面视图，两个视图表示过滤器介质的清洗的不同阶段。
图1的过滤器介质1包括隔膜2和保护性纱布(scrim)3，其固定到隔膜2的表面4。
具体实施方式
隔膜2由第一聚合物的纤维5形成，其具有小于1微米的直径。第一聚合物是疏水性的，且具有大于90度的接触角。适当的可选材料包括，但不局限于，具有约110度接触角的聚四氟乙烯(PTFE)，具有约102度接触角的聚丙烯(PP)，和具有约96度接触角的聚乙烯(PE)。膨体聚四氟乙烯(ePTFE)具有特定益处，在于聚合物具有相对较高的接触角，且具有小于1微米的纤维可以使用相对成熟的工业工艺大批量制造。
纱布3包括第二聚合物的纤维6。第二聚合物是亲水性的，且具有小于90度的接触角。适当的可选材料包括，但不局限于，具有约72度接触角的聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthala，PET)，具有约70度接触角的尼龙6，6或尼龙7，7，具有约63度接触角的聚乙二醇(PEG)，和具有约61度接触角的聚醋酸乙烯酯(PVA)。
纤维6为无纺的，其具有约30g/m2的单位面积重量。替代的单位面积重量是可能的。例如，较低的单位面积重量可具有提供更大开口面积的益处，且具有较小的压力降。然而，由罩布3提供的保护可能会变差。较高的单位面积重量可提供对隔膜2更好的保护。然而，罩布3可能呈现对运动通过介质的空气流较大的限制，由此导致较高的压力降。在10g/m2和50g/m2之间的单位面积重量提供了在保护性和压力降这两个竞合因素之间的良好平衡。
罩布3通过热绑定固定到隔膜2的表面。替代方法可等同地被使用，例如粘合剂或超声焊接。
本发明的过滤器介质1产生于对传统过滤器介质11的研究，该传统过滤器介质11具有ePTFE的隔膜12，保护性罩布13被绑定到该隔膜。研究的一个目的时更好地理解和改善在清洗时脏物从过滤器介质11的释放。如图2所示，罩布13的纤维可被认为是将隔膜12的暴露表面分为一系列格子。研究发现，在清洗传统过滤器介质11之后，脏物8沿每个格子的边缘继续存在于暴露表面14上。这表明罩布13的纤维在阻止所有脏物释放。该问题的可能方案将为移除罩布13或使用具有较低单位面积重量且由此较高开口面积的罩布13。尽管两个方案均将增加清洗时释放的脏物量，两个方案都使得隔膜12受到保护更少。本发明由此以以下事实为基础：罩布13的纤维16由疏水性聚合物形成，在此例中为聚乙烯。疏水性聚合物的使用看起来对于意图被清洗的过滤器介质而言是明智的。实际上，是隔膜12的纤维15的疏水特性对清洗时的有效灰尘释放负责。然而，通过使用疏水性聚合物于罩布13，纤维16的相对较高的接触角阻止水渗透到格子的边缘。本发明是基于该认识和以下事实，通过使用亲水性，而不是疏水性，聚合物于罩布，增加的灰尘释放可在清洗时被实现。
图3示出了传统过滤器介质11在清洗中的两个阶段，且图4示出了本发明的过滤器介质1在清洗中的相同阶段。对于传统过滤器介质11，罩布13的疏水性纤维16并不容易变湿。结果，增加的压力或搅拌被需要，以便于将水9向下驱动到隔膜12的表面14，如图3(a)所示。附加地，一旦水9抵达隔膜12的表面14，罩布13的疏水性纤维16阻止水9在纤维16下方向外扩散,如图3(b)所示。在本发明的过滤器介质1的情况下，罩布3的亲水性纤维6将水9进一步向下拉入每个格子。结果，较少的压力或搅拌被需要，以便于将水9向下驱动到隔膜3的表面4，如图4(a)所示。附加地，一旦水9抵达隔膜2的表面4，罩布3的亲水性纤维6更好地促使水9在纤维6下方向外扩散,如图4(b)所示。结果，隔膜2的增加的湿润被观察到且由此对于相同的压力或搅拌，更多的脏物8被释放。
本发明的过滤器介质1由此具有益处在于清洗后的过滤器介质1的效率将被改善，而不会折损由罩布3向隔膜2提供的保护。
在上述实施例中，罩布3的纤维6由单个亲水性聚合物形成。然而，将理解上述益处也将由具有涂覆有亲水性聚合物的芯部(例如疏水性聚合物芯部)的纤维6实现。因此，当在权利要求中提及包括第二聚合物的罩布时，应理解这意味着至少纤维的外表面由第二聚合物形成。

Claims (3)

1.一种过滤器介质，包括隔膜和固定到隔膜表面的保护性罩布，其中所述隔膜包括具有小于1微米直径的第一聚合物的纤维，所述罩布包括第二聚合物的纤维，其中该第一聚合物具有大于90度的接触角，且第二聚合物具有小于90度的接触角。
2.如权利要求1所述的过滤器介质，其中所述第一聚合物为聚四氟乙烯。
3.如权利要求1或2所述的过滤器介质，其中所述罩布具有在10g/m2和50g/m2之间的单位面积重量。
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