CN111989147B - 对于过滤与线电子放电加工(wedm)工艺相关的流体的尤其有用的过滤介质 - Google Patents

对于过滤与线电子放电加工(wedm)工艺相关的流体的尤其有用的过滤介质 Download PDF

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Abstract

提供了纤维质过滤介质及其制造和使用方法，其中介质包括湿法成网的非织造纤维质幅材，所述非织造纤维质幅材具有基于纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的双组分短纤维和基于纤维质幅材的总重量计约10重量％至约50重量％的原纤化的莱赛尔短纤维。纤维质幅材呈现出大于3bar的湿破裂强度，例如在约3bar至约6bar之间，并且尤其适合用于过滤与线电子放电加工(WEDM)相关的工艺流体(例如水)。

Description

对于过滤与线电子放电加工(WEDM)工艺相关的流体的尤其有 用的过滤介质
技术领域
本文公开的实施方案一般地涉及用于过滤工艺流体的纤维质过滤垫或幅材。特别地，本文公开的实施方案涉及纤维质过滤介质，其包括纤维质幅材，所述纤维质幅材包含皮芯型双组分纤维和原纤化的粘合剂纤维(例如原纤化的莱塞尔微纤维)，所述纤维质幅材的湿破裂强度为3bar或更大。本文所公开的纤维质过滤介质尤其可用于过滤与线电子放电加工(WEDM)工艺相关的工艺流体(例如水)。
背景技术
放电加工(EDM)是一种受控工艺，其用于通过使用放电使导电材料(典型地为硬质金属)成形。EDM用于制造固定装置、模头、模具、生产部件和其他原型，其可尤其用于航空航天、汽车和电子行业。EDM典型地用于复杂形状或小型工件，其无法用常规的切削工具制造。通过两个电极之间的一系列的循环电流放电将材料从工件上移除，所述两个电极之间被介电流体隔开。使用电火花作为切削工具，以切削(腐蚀)工件以产生具有期望形状的最终部件。
工业EDM机有3种不同的类型：冲模EDM，线切割EDM(WEDM)和钻孔EDM。冲模EDM由电极和浸入隔绝流体(例如油或其他介电流体)中的工件组成。线切割EDM(WEDM)通常在需要低残余应力时使用，因为它不使用高切削力来移除材料。WEDM典型地使用去离子水作为介电流体。钻孔EDM用于非常特殊的应用，这些应用需要在金属上制造孔。
WEDM机中使用的切割工艺会腐蚀工件和线电极的材料，从而导致介电流体(去离子水)中出现小颗粒碎屑。使用过滤系统用于在去离子水再循环回到火花隙(电极线和工件之间的空间)之前从去离子水中除去固体污染物。有效的过滤对于保持切割速度、防止机器的磨损和确保最终产品的尺寸精度至关重要。
用于WEDM的过滤介质必须限制在3-6bar之间的高湿破裂强度。当在差压(DP)超过2.5bar(典型地为3bar)润湿时替换WEDM过滤器介质。因此，介质的最小破裂强度必须为3bar。作为WEDM机的安全要求，一旦压差超过6bar，介质应破裂。因此，介质的最大破裂强度应限制为6bar。
典型地，大多数电子放电加工(EDM)过滤器介质都用酚醛或丙烯酸树脂饱和，以满足3bar的最小破裂强度要求。例如，美国专利No.8,662,316公开了一种用玻璃和纤维素浆制成的湿法成网的EDM过滤器介质，其中以5-20重量％的量施加合成树脂粘合剂以提高介质的破裂强度。日本专利申请2002085918公开了一种类似的介质，其由玻璃纤维和纤维素浆制成，用最高达20重量％的粘合剂树脂饱和。中国专利申请102444054描述了一种湿法成网的介质，其由玻璃、聚酯和木浆的组合制成，用酚醛树脂饱和。美国专利No.5,288,402公开了一种两层介质，其中使用丙烯酸树脂来使两层都饱和。韩国专利No.10-0946979公开了一种两层的层压介质，其中通过使用热熔粘合剂树脂将聚合物熔喷层粘合至纺粘非织造物。日本专利申请2003038918描述了一种两层液体过滤介质，其中将树脂粘合剂施加至一个层。(以上引用的每个专利出版物均明确地通过引用的方式并入本文。)
但是，在传统的EDM过滤器介质中使用的粘合剂树脂倾向于填充介质的孔，从而导致较小的颗粒捕获面积，由此缩短了过滤器寿命。另外，树脂饱和的介质还含有离子物质，这些离子物质可作为溶解的污染物释放在去离子水中。离子材料的高释放缩短了EDM系统中的离子交换树脂的寿命时间，其调节了去离子水的电导率。由于离子材料会增加去离子水的电导率，因此可导致放电干扰和加工不精确。
因此，非常期望提供一种无粘合剂树脂的纤维质过滤介质，其可令人满意地用于过滤破裂强度在约3bar至约6bar之间的范围内的WEDM工艺流体。因此，目的是满足本文公开的实施方案所针对的这样的期望属性。
发明内容
本文公开的实施方案涉及纤维质过滤介质，其尤其可用于过滤WEDM工艺流体。纤维质过滤介质的优选的形式可用于过滤与电子放电加工(EDM)、特别是线电子放电加工(WEDM)相关的工艺流体，并且包括纤维质幅材，基于纤维质幅材的总重量计，所述纤维质幅材包含约20重量％至约80重量％的双组分粘合剂纤维，优选皮芯型双组分纤维用作粘合剂纤维，以及在约10重量％至约50重量％的原纤化的莱赛尔短纤维，例如莱赛尔微纤维。
在本文公开的实施方案中采用的原纤化的莱赛尔微纤维将被充分原纤化，以呈现出约100mL或更小的加拿大标准游离度(Canadian Standard Freeness)(CSF)。优选地，原纤化的莱赛尔纤维含有小于10重量％的长于1.0mm的莱赛尔纤维。本文公开的实施方案的纤维质幅材可如下制备：使用标准湿法成网工艺并且随后使湿法成网的介质经历热压延处理，从而基本上(优选完全地)使双组分纤维的较低熔点的聚合物皮组分熔化，由此将双组分纤维的余下的芯粘合至介质中的其他纤维。
将双组分粘合剂纤维和原纤化的莱赛尔短纤维(例如莱赛尔微纤维)以下文所述的指定比例组合使用，产生具有3bar或更大的高湿破裂强度的纤维质幅材，而不必向介质添加另外的粘合剂树脂。双组分粘合剂纤维赋予介质非常高的破裂强度，而又不损害介质的孔隙率，因为即使在热压延之后，纤维芯仍在介质中保持其形状。引人关注的是，由于莱赛尔原纤维与介质的其他原纤维和/或其他纤维质组分在均匀混合并且分布在整个介质中时的机械互锁(如在本发明的介质的SEM图像中所见)，原纤化的莱赛尔微纤维还起到粘合剂纤维的作用。相邻纤维的这种机械互锁将因此发现这样的彼此相邻的纤维有助于在不存在另外的粘合剂树脂的情况下的较高的湿破裂强度。莱赛尔是一种亲水性材料，其能够保留良好的湿强度(例如，与在湿条件下仅保留10-20％的干破裂强度的纤维素介质相比，莱赛尔介质在湿条件下保持70-90％的干破裂强度)。这样，根据本文公开的实施方案的纤维质过滤介质的这些性质对于水处理过滤器、尤其是用于EDM的水处理过滤器是期望的。
与现有技术相比，根据本文公开的实施方案的纤维质幅材呈现出更多数量的孔、更小的孔径和更高的空隙率。因此，根据本文公开的实施方案的纤维质幅材有利地具有对于5μm颗粒的>95％的高颗粒过滤效率和与常规的EDM过滤器介质相比更长的使用寿命。本文公开的实施方案的纤维质幅材还呈现出离子材料的非常低的释放，因此可用于制造对化学物质敏感的液体处理过滤器。
通过参考以下的详细描述，将更好地理解根据本发明的各个实施方案的这些和其他属性。
附图说明
图1是根据下文的实施例1中描述的实施方案的无粘合剂的纤维质过滤介质的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图2是下文的对比实施例1的含有粘合剂树脂的对比纤维质介质的SEM图像；并且
定义
如本文和所附权利要求书中所使用，以下术语旨在具有如下定义。
“纤维”是具有高的长度与直径的长径比的纤维质或丝状结构(体)。
“短纤维”意指自然地具有或已经被切割或进一步加工成确定的、相对较短的段或单独的长度的纤维。
“纤维质”意指主要由纤维和/或短纤维组成的材料。
术语“非织造物”或“幅材”意指幅材或垫中的纤维和/或短纤维的集合，其是随机互锁、缠结和/或彼此粘合的，从而形成一个自支撑结构元件。
术语“合成纤维”和/或“人造纤维”是指由纤维形成物质制成的纤维，所述纤维形成物质包括由化学化合物合成的聚合物、改性或转化的天然聚合物和硅质(玻璃)材料。这样的纤维可通过常规的熔融纺丝、溶液纺丝、溶剂纺丝和类似的长丝生产技术来生产。
“纤维素纤维”是由纤维素组成或衍生的纤维。
“游离度”是短纤维的稀悬浮液(即1L水中3g短纤维)可排干的速率的度量(以mL为单位)，如制浆造纸工业技术协会(TAPPI)加拿大标准方法T 227om-94(1994)中所述(通常在本文中称为“加拿大标准游离度”或“CSF”)，其全部内容明确地通过引用的方式并入本文。
“原纤维”是与短纤维相关的微小、细小的不规则线状元件。
“原纤化的”或意指固有地具有或已被进一步作用以形成许多原纤维的短纤维。实现原纤化的纤维的原纤化程度可通过这样的纤维的稀悬浮液的游离度来确定。举例来说，在本文公开的实施方案中使用的原纤化的莱赛尔微纤维将因此被充分原纤化，以呈现出约100mL或更小、优选约90mL或更小、典型地在约20至约80mL之间的加拿大标准游离度(CSF)。有利地，原纤化的莱赛尔短纤维将呈现出约65mL(+/-5mL)的CSF。优选的莱赛尔短纤维将含有小于10重量％、优选小于8重量％的长于1.0mm的莱赛尔短纤维。
术语“热塑性材料”意指在特定温度以上变得柔韧或可模制并且在冷却时返回至固体状态的塑料。适合用于本实施方案的示例性的热塑性材料纤维包括：聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)等)，聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)，聚丙烯腈(PAN)，和聚酰胺(尼龙，例如尼龙-6、尼龙6,6、尼龙-6,12等)。优选的是呈现出良好的耐化学性和耐热性的PET纤维，这对于将介质用作油过滤器而言是重要的性质。
术语“硅质”纤维主要意指“玻璃”纤维，例如玻璃微纤维。这样的纤维典型地是短纤维，并且通常具有在约200至约1000之间或更大的长径比(长度与直径的比)。因此，优选的玻璃微纤维的平均直径将为约0.1μm至约5μm(典型地为约0.4μm至约2.6μm)，并且平均长度为20μm至约5mm。可采用不同直径的玻璃微纤维的混合物，例如，平均直径为约2.5μm±约0.1μm的相对较大的玻璃微纤维和平均直径为约0.5μm±约0.1μm的相对较小的玻璃微纤维的混合物。
最大孔径、最小孔径和平均流量孔径使用被称为毛细管流动孔隙测量法的技术来测量。首先用润湿流体润湿非织造纤维质幅材样品的样品，使得样品中的所有孔都被填充。将压力增加的非反应气体施加至湿样品的一侧，以从孔中置换润湿流体。测量样品下游的气体压力和气体流速，并且对于湿样品作图。在样品干燥后，重复测试以对于干样品绘制类似的曲线。“最大孔径”由起泡点(即首先检测到流动通过湿样品的空气的气体压力)来计算。术语“平均流量孔径”由通过湿样品的流量为通过干样品的流量的50％时的气体压力计算。术语“最小孔径”由湿流速曲线与干流速曲线合并时的压力来计算。术语“孔径范围”定义为“最大孔径”和“最小孔径”的差(即孔径范围＝最大孔径–最小孔径)。
具体实施方式
本文公开的实施方案中的纤维质过滤介质将包括非织造纤维质幅材，所述非织造纤维质幅材包含呈均匀湿法成网混合物形式的约20重量％至约80重量％的量的双组分短纤维粘合剂纤维和约10重量％至约50重量％的量的原纤化的莱赛尔纤维的均匀湿法成网混合物，各自均基于纤维质幅材的总重量计。纤维质幅材的某些优选的实施方案的双组分短纤维重量/原纤化的莱赛尔纤维重量的重量比将在0.5至3的范围内。
根据某些实施方案，过滤介质的纤维质幅材将基本上不含粘合剂树脂。“基本上不含”意指可存在最低量的粘合剂树脂，其不影响介质的过滤性质，例如，基于纤维质幅材的总重量计，为0-3重量％。在尤其优选的实施方案中，过滤介质完全不含粘合剂树脂，即，介质不含有(含有0重量％)的粘合剂树脂。
A.双组分短粘合剂纤维
在本文公开的实施方案的过滤介质中采用的纤维质幅材包含用作粘合剂纤维的合成双组分短纤维。优选地，双组分短纤维是皮芯双组分短纤维。如本身已知的那样，双组分短纤维将通过从分开的挤出机中挤出聚合物源而形成并且纺在一起形成单根纤维，例如以皮芯布置。典型地，将两种单独的聚合物挤出，但是双组分纤维可包括从分开的挤出机中挤出相同的聚合物材料，其中在每个挤出机中的聚合物材料具有稍微不同的性质(例如熔点)。挤出的聚合物沿双组分纤维的横截面布置在基本上恒定定位的不同区域中，并且沿着双组分纤维的长度基本上连续地延伸。在本文公开的实施方案的实践中采用的双组分纤维的构型优选是基本上对称的皮芯双组分纤维，由此聚合物皮以皮与芯的面积比在约25/75至约75/25之间、典型地在约50/50至约70/30之间完全围绕并包裹聚合物芯。
双组分短纤维优选为双组分聚对苯二甲酸乙二酯(PET)短纤维，其具有围绕较高熔点PET芯的较低熔点PET皮。在优选的形式中，双组分PET短纤维将包括：PET皮，其熔点在约120℃至约180℃之间，典型地在约150℃至约180℃之间，例如约165℃(+/-3℃)；和PET芯，其熔点比PET皮的熔点高至少约50℃，典型地至少约75℃，例如约100℃(+/-5℃)。因此，双组分短纤维的PET芯的熔点可在约220℃至约280℃之间，典型地在约250℃至约270℃之间，例如约260℃(+/-5℃)。
双组分纤维的芯部分可包含热塑性聚合物材料。因此，示例性的芯材料包括聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)和聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)等)。另一方面，双组分纤维的皮部分也可包含其他热塑性聚合物材料，例如聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)和聚酰胺(尼龙，例如尼龙-6、尼龙6,6、尼龙-6,12等)。在本文公开的实施方案的实践中采用的一种优选的双组分短纤维是可商购自Huvis Corporation的LMF50双组分短纤维，其具有约4的旦尼尔和约6mm的长度。
基于纤维质幅材的总重量计，双组分短纤维将以20重量％至约80重量％的量存在于过滤介质中，例如在约25重量％至约35重量％之间，或甚至约30重量％(+/-0.5重量％)。
B.原纤化的莱赛尔纤维
如前所简述，基于纤维质幅材的总重量计，原纤化的莱赛尔短纤维将以约10重量％至约50重量％的量、典型地12重量％至约45重量％的量、例如约25重量％(+/-3重量％)用在纤维质幅材中。原纤化的莱赛尔纤维的存在的量应足以使得纤维质幅材的双组分短纤维重量/原纤化的莱赛尔纤维重量的重量比在0.5至3之间的范围内。
原纤化的莱赛尔短纤维最优选为纳米纤维，即平均直径为约1000纳米或更小、或有时为约400纳米或更小、例如约100纳米的短纤维。一些尤其优选的实施方案将包括约250纳米的原纤化的纤维素短纤维。在本文公开的实施方案中采用的莱赛尔短纤维的长度典型地大于约0.4mm。优选地，莱赛尔短纤维将包含小于10％、例如小于8％的长度小于1mm的莱赛尔纤维。
优选地，莱赛尔短纤维是高度原纤化的。具体地，可将莱赛尔短纤维原纤化至具有约100mL或更小、优选约90mL或更小、例如在约20mL至约80mL之间的加拿大标准游离度(CSF)的程度。有利地，原纤化的莱赛尔短纤维将呈现出约65mL(+/-5mL)的CSF。
C.任选的纤维质组分
除了以上所述的双组分和原纤化的莱赛尔短纤维之外，纤维质幅材和/或过滤介质还可包含一种或多种其他合成纤维质组分。另外的纤维质组分可例如为由热塑性聚合物材料形成的合成短纤维。因此，可采用的示例性的热塑性材料短纤维包括：聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)等)，聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)，聚丙烯腈(PAN)，和聚酰胺(尼龙，例如尼龙-6、尼龙6,6、尼龙-6,12等)。优选的是呈现出适合于过滤最终用途应用的良好的耐化学性和耐热性的PET纤维。
玻璃微纤维也可任选地存在于例如与如前所述的其他合成纤维的掺混物中，其量足以提高纤维质介质作为过滤器的效率。典型地，基于纤维质幅材的总重量计，玻璃微纤维(如果存在的话)将以最高达约40重量％、典型地最高达约22重量％的量采用。可采用平均纤维直径在约0.2μm至约5μm之间、典型地在约0.5μm至约2.5μm之间±约0.1μm的玻璃微纤维。用于本文描述的实施方案的纤维质介质的优选的玻璃微纤维可以C04玻璃纤维(平均纤维直径为0.5μm)、C06玻璃纤维(平均纤维直径为0.65μm)和C26玻璃纤维(平均纤维直径为2.6μm)由Lauscha Fiber International of Summerville,SC商购获得。
其他非原纤化的纤维素短纤维可任选地与纤维质组分共混，以赋予过滤介质另外的刚度。因此，根据一些实施方案，基于介质的总纤维重量计，可采用添加0至最高达约40重量％、例如0重量％至约30重量％或至约25重量％的非原纤化的莱赛尔短纤维。
在某些优选的形式中，非织造纤维质幅材可包含不同尺寸的合成纤维的混合物。在这方面，介质可包含以下的混合物：基于纤维质幅材的总重量计，在约0重量％至约60重量％之间的至少一种类型的平均直径在约2.5μm至约10μm之间的合成聚合物纤维；和，基于纤维质幅材的总重量计，在约0重量％至约60重量％之间的平均直径在约10μm至约20μm之间的第二类型的合成聚合物纤维。第一类型的合成纤维的平均长度可在约1mm至约6mm之间，而第二类型的合成纤维的平均长度可在约5mm至约25mm之间。
D.任选的组分
在过滤介质和/或其纤维质幅材中还可采用在湿法成网的过滤介质中常规采用的添加剂，例如湿强度添加剂、光学増量剂(optical brighteners，荧光增白剂)、纤维保留剂、着色剂、分离助剂(例如硅酮添加剂和相关的催化剂)、阻燃剂或防火剂(例如以颗粒或纤维的形式)等。如果存在的话，基于纤维质幅材的总重量计，这些添加剂可以0重量％至最高达约25重量％、优选最高达约20重量％、例如在约0.1重量％至约20重量％之间的量被包括。
E.制造方法
本文所描述的纤维质幅材可通过任何常规的“湿法成网”造纸技术来制造。因此，例如，可将预定量的双组分短纤维、原纤化的莱赛尔纤维和任选地任何其他纤维或非纤维质组分与水混合并且置于制浆机或打浆机中。通过制浆机或打浆机将纤维和任选的其他组分均匀混合并且分散在水中，以形成浆料批料。还可对纤维进行一些机械加工，以影响物理参数，例如渗透率、表面性质和纤维结构。此后，可将浆料批料转移至混合箱，在此处添加另外的水并且将纤维均匀地共混。然后，可将共混的浆料转移至机器箱，在此处可合并一个或多个浆料批次，从而允许从分批式向连续过程的转移。通过搅拌确定并保持浆料的稠度，以确保纤维的均匀分散。在这方面，可任选地使浆料通过精磨机以调节物理参数。
然后将浆料转移至移动丝网筛网，在此处通过重力和抽吸除去水。当除去水时，湿法成网的垫中的纤维形成为具有由许多工艺变量确定的特性的纤维质非织造幅材或片材，所述工艺变量包括例如浆料流速、机器速度和排水参数。所形成的片材可任选地在仍湿的同时被压缩，以压实介质和/或改变其表面特性。然后，使湿的纤维质幅材移动通过包括加热的辊的干燥段(或用本领域术语“罐(cans)”)，在此处除去大部分的残留的夹带水。
然后可将干燥的纤维质幅材卷在辊上以进一步加工成成品纸片，或者直接通过至压延段，所述压延段包括至少一对、有时是一系列的两对相对的压延辊。压延辊进行运行以将一堆(mass)的基础片材形式的非织造湿法成网的纤维压制(固结)以形成如本文公开的纤维质幅材。在优选的形式中，压延辊将进行运行以在约1kN/m至约150kN/m的压延压力和110℃至约250℃的压延温度下压制非织造纤维质幅材，从而足以允许双组分短纤维组分的皮熔化并且与非织造纤维质幅材中的其他合成纤维组分形成粘合。压延机器线速度可选择在约1m/min至约50m/min之间。如本文所描述的压延机器线速度和升高的温度/压力产生纤维质幅材的热区域压延。
压延辊不将非织造纤维质幅材点粘合。相反，压延辊以上述方式在幅材的整个表面区域上施加基本上均一的压力和温度，从而均匀地压延幅材(即，区域压延)。由此，这样的热区域压延引起非织造幅材中的双组分短纤维的较低熔点的皮聚合物的相当大(如果不是全部的话)的部分熔化，由此使双组分短纤维的余下的热塑性芯组分彼此粘合并且与幅材中的其他纤维组分粘合。
所得的纤维质幅材可原样采用，或者可与另外的纤维质介质(例如在湿法成网过程中预形成的纤维质层或由多个层形成的幅材)合在一起(plied)。当多个纤维质幅材层提供过滤介质时，则优选地安置本文公开的实施方案的热区域压延的纤维质幅材层以成为过滤介质的最外层。
F.介质性质
所得的区域压延的纤维质幅材将呈现出等于或大于3bar且不大于约6bar的湿破裂强度。
纤维质幅材的密度典型地将大于约0.15g/cm3，例如大于约0.25g/cm3。
纤维质幅材的孔径范围将为20μm或更小，典型地，15μm或更小，平均流量孔径为20μm或更小，典型地15μm或更小，例如14μm或更小，并且最大孔径为25μm或更小，典型地20μm或更小，例如19μm或更小。
本发明将通过其以下的非限制性实施例进一步说明。
(i)测试方法
采用以下测试方法获得以下表中报告的数据。
孔径：孔径(μm)通过美国材料与试验学会(ASTM)标准316-03(2011)(通过引用的方式全文并入本文)测定。以下的介质实施例的最小、最大和平均流量孔径以及孔数用由Quantachrome Instruments(1900Corporate Drive Boynton Beach,FL 33426USA)生产的Porometer 3G测试，所报告的孔径和孔数数据是两个样品的平均值，其中一个在介质的每一侧上进行测试。(即，在湿法成网的介质的情况下是丝网侧和毛毡侧)。
孔径和孔数数据使用被称为毛细管流动孔隙测量法的技术来测量。首先用润湿流体润湿样品，使得样品中的所有孔都被填充。将压力增加的非反应气体施加至湿样品的一侧，以从孔中置换液体。测量样品下游的气体压力和气体流速，并且对于湿样品作图。在样品干燥后，重复测试以对于干样品绘制气流相对于所施加的压力的曲线。使用这种毛细管孔隙测量法技术，可测定“最大孔径”、“最小孔径”和“平均流量孔径”。
最大孔径：使用上文描述的使用毛细管流动孔隙测量法技术的首先检测到通过介质的空气流的气体压力(即气泡首先开始流动的压力)，以计算最大孔径。
最小孔径使用上文描述的毛细管流动孔隙测量法技术由湿流速曲线与干曲线合并时的压力来测定。
平均流量孔径是使用上文描述的毛细管流动孔隙测量法技术在相同的压降下通过湿介质的流量为通过干介质的流量的50％时的孔直径。
孔径范围定义为最大孔径和最小孔径之间的差(即孔径范围＝最大孔径最小孔径)。
层厚(Caliper)：介质的层厚(厚度)根据国际标准化组织(ISO)标准ISO534(2011),“Paper and board-Determination of thickness,density and specificvolume”(通过引用的方式全文并入本文)进行测量。
空气渗透率：根据ASTM标准D737:Standard Test Method for Air Permeabilityof Textile Fabrics(通过引用的方式全文并入本文)在125Pa的水压差下测量介质的空气渗透率。通过介质的空气流量以立方英尺/分钟/平方英尺样品(cfm/sf或cfm)报告。
破裂强度：根据ISO标准2758(2014),“Paper-Determination of burstingstrength”(通过引用的方式全文并入本文)测量在干(“干破裂强度”)或湿(“湿破裂强度”)时使介质样品破裂所需的压力。结果以介质破裂时的千克力/平方米报告，然后转换为bar。
过滤效率和表观容量：过滤效率和表观容量根据国际标准化组织(ISO)标准ISO19438(2003),“Diesel fuel and petrol filters for internal combustion engines—Filtration efficiency using particle counting and contaminant retentioncapacity”测量。在以下测试条件下，使用ISO12103-1 A3中度测试粉尘对过滤器样品进行测试：面速率为0.344cm/sec并且终端压降为78.5kPa。
空隙率：空隙率通过以下程序测定：将具有初始重量(w1)的40mm x 40mm的介质的干测试件放入具有200cc的正丁醇的烧杯中，此后将其置于干燥器中，将干燥器抽空，直到没有目测观察到从测试件散发出的气泡为止。从烧杯中的正丁醇中移出测试件，并且在移出后立即称重以获得初始重量(w2)，并且在移出30秒后再称重以获得最终湿重(w3)。然后通过下式计算空隙率(％)：空隙率(％)＝(w3-w1)/(w3-w2)x 100。
(ii)材料
采用以下材料：
双组分短纤维：4旦尼尔、6mm长(4d*6mm)的短双组分低熔纤维(LMF)，可商购自Huvis Corporation。
原纤化的短纤维：采用可从Interlace Corporation以商品名INTERLACETM商购的微原纤维化的莱赛尔纤维，其平均长度(LWAFL)为1.11mm，平均纤维直径为20μm，并且平均 原纤维直径为150nm。
另外的纤维质组分：(1)0.3dtex*5mm的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)短纤维，可商购自Teijin Ltd.；(2)0.06dtx*1.5mm的CYPREXTM 1001PET微纤维，可商购自EastmanChemical Company；(3)1.7dtex*4mm的TENCELTM非原纤化的莱赛尔纤维，可商购自LenzingGroup；(4)0.8d*5mm的PET短纤维，可商购自Toray Industries
(iii)介质实施例
实施例1(本发明的介质)
制造具有以下表中所示的纤维组成的单层介质。除了以下表中所示的纤维外，没有使用其他湿端化学品。另外，在不存在任何添加的粘合剂树脂的情况下，使形成的介质经历加热区域压延。
实施例1：纤维质组分
纤维类型 重量百分比*
Teijin PET纤维0.3dtex*5mm 25重量％
Lenzing Tencel纤维1.7dtex*4mm 20重量％
Huvis PET双组份纤维LMF 4旦尼尔*6mm 30重量％
原纤化的莱赛尔短纤维 25重量％
*基于纤维的总重量计
实施例2(本发明的介质)
制造具有以下表中所示的纤维组成的两层介质(重量％基于介质中的总纤维重量计)。除了以下表中所示的纤维外，没有使用其他湿端化学品。另外，在不存在任何添加的粘合剂树脂的情况下，使形成的介质经历加热区域压延。
实施例2：纤维组分
顶层–25g/m2，35.7重量％或总介质基重
纤维类型 重量百分比*
Eastman PET Cyphrex 10001 0.06dtex*1.5mm 30重量％
Huvis PET双组份纤维LMF 4旦尼尔*6mm 30重量％
原纤化的莱赛尔短纤维 40重量％
*基于顶层中的纤维的总重量计
底层–45g/m2，64.3重量％或总介质基重
纤维类型 重量百分比
Toray PET纤维0.8d*5mm 45重量％
Lenzing Tencel纤维1.7dtex*4mm 25重量％
Huvis PET双组份纤维LMF 4旦尼尔*6mm 30重量％
*基于底层中的纤维的总重量计
对比实施例1
通过韩国的
Figure BDA0002725658510000131
使用Fourdrinier扁平丝网造纸机生产用酚醛树脂饱和的100％基于纤维素的单层介质(19.5重量％树脂，基于介质总重量计)。该对比实施例1的介质是用于WEDM工艺流体过滤的已知介质产品的典型代表。
根据实施例1和2以及对比实施例1的本发明接枝的物理性质总结在下表1中。
表1
物理性质 单位 实施例1 实施例2 对比实施例1
克重 g/m<sup>2</sup> 74 73 155
层厚 mm 0.28 0.30 0.42
密度 g/cm<sup>3</sup> 0.26 0.24 0.37
空气渗透率(@125Pa) cfm 10.5 11.9 7.5
干破裂强度 Kg/cm<sup>2</sup> 4.8 4.2 2.4
湿破裂强度 Bar 4.2 3.4 3.1
最小孔径 μm 5.7 4.7 5.6
最大孔径 μm 19.0 17.2 22.3
平均流量孔径 μm 14.8 10.2 15.7
孔数 #/3.14cm<sup>2</sup> 3516 20740 2263
孔径范围 μm 13.3 12.5 16.8
<u>空隙率</u> ％ 79.1 80.8 72.5
(iv)实验结果
使实施例1和2以及对比实施例1的纤维质介质经历破裂强度和性能测试，结果总结在以下的实验结果1和实验结果2的表中。
Figure BDA0002725658510000151
以上数据显示，实施例1和2的本发明的介质呈现出大于3bar(但小于6bar)的湿破裂强度，即使在介质中不存在其他湿端化学品和粘合剂树脂。
实施例1(参见图1)的本发明的介质具有单层，因此可与具有单层的对比实施例1(参见图2)进行比较。数据显示，即使实施例1的本发明的介质比对比实施例1的介质具有低得多的克重和更薄的层厚，本发明的介质仍呈现出高得多的效率和更长的寿命。
数据还显示，实施例1和2的本发明的介质各自的表观容量/层厚均大于对比实施例1，即对于实施例1和2为2.7和1.5，而对于对比实施例1为1.3。
**********************
实施方案
本发明的实施方案包括i.a.以下：
1.纤维质过滤介质，其包括湿法成网的非织造纤维质幅材，所述非织造纤维质幅材包含：
基于纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的双组分短纤维；和
基于介质中的纤维的总重量计约10重量％至约50重量％的原纤化的莱赛尔短纤维，其中
纤维质幅材呈现出3bar或更大的湿破裂强度。
2.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的湿破裂强度为约3bar至约6bar。
3.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中原纤化的莱赛尔短纤维具有约100mL或更小的加拿大标准游离度(CSF)。
4.根据实施方案3所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的平均流量孔径为20μm或更小，优选15μm或更小，例如约10μm(+/-2μm)。
5.根据实施方案4所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的最大孔径为25μm或更小，典型地20μm或更小，例如约19μm(+/-2μm)。
6.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材包含至少一种其他纤维组分，所述其他纤维组分包括选自以下的纤维：聚酯(例如聚对苯二甲酸亚烷基酯，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇(PBT)等)，聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯等)，聚丙烯腈(PAN)，聚酰胺(尼龙，例如尼龙-6、尼龙6,6、尼龙-6,12等)，纤维素和玻璃。
7.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中介质基本上不含粘合剂树脂。
8.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其还包含合成短纤维组分的混合物，其包含基于纤维质幅材的总重量计在约0重量％至约60重量％之间的具有平均直径的第一类型的合成纤维，以及基于纤维质幅材的总重量计在约0重量％至约60重量％之间的具有平均直径的第二类型的合成纤维。
9.根据实施方案8所述的纤维质过滤介质，其中第一类型的合成纤维的平均长度在约1mm至约6mm之间，而第二类型的合成纤维的平均长度在约5mm至约25mm之间。
10.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其还包含基于纤维质幅材的总重量计在约0重量％至约40重量％之间、典型地在0重量％至约30重量％之间的再生纤维素纤维。
11.根据实施方案10所述的纤维质过滤介质，其中再生纤维素纤维包括非原纤化的莱塞尔纤维。
12.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中过滤介质还包含选自湿强度添加剂、光学増量剂、纤维保留剂、着色剂、燃料-水分离助剂和阻燃剂或防火剂的至少一种添加剂。
13.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材包含双组分短纤维和原纤化的莱赛尔纤维，其以双组分短纤维与原纤化的莱赛尔纤维的重量比在0.5至3的范围内而存在。
14.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维是皮/芯双组分短纤维，其具有包含熔化温度在约120℃至约180℃之间的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的皮。
15.根据实施方案14所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维的芯包含熔化温度在约220℃至约280℃之间的PET。
16.线电子放电机(EDM)，其包括包含根据实施方案1所述的纤维质过滤介质的过滤器单元。
17.制造纤维质幅材的方法，其包括：
(a)由水性纤维质浆料形成湿法成网的纤维质幅材，所述水性纤维质浆料包含基于湿法成网的纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的皮芯双组份短纤维和基于湿法成网的纤维质幅材的总重量计约10重量％至约50重量％的原纤化的莱赛尔短纤维；和
(b)使来自步骤(a)的湿法成网的片材经历热压延，以使双组分短纤维的皮熔化，从而使原纤化的莱赛尔短纤维彼此粘合并且获得湿破裂强度为3bar或更大的纤维质过滤介质。
18.根据实施方案17所述的方法，其中实施步骤(a)使得双组分短纤维和原纤化的莱赛尔纤维以双组分短纤维与原纤化的莱赛尔纤维的重量比在0.5至3的范围内而存在。
19.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维是皮/芯双组分短纤维，其具有包含熔化温度在约120℃至约180℃之间的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的皮，并且其中原纤化的莱赛尔短纤维具有约100mL或更小的加拿大标准游离度(CSF)。
20.在线电子放电加工(WEDM)期间过滤水的方法，该方法包括使与WEDM工艺相关的水通过根据实施方案1所述的纤维质过滤介质。
尽管已经结合当前被认为是最实际和优选的实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方案，而是相反，本发明旨在覆盖在其精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (28)

1.用于过滤与电子放电加工(EDM)相关的工艺流体的纤维质过滤介质，其包括湿法成网和热区域压延的非织造纤维质幅材，所述非织造纤维质幅材包含：
基于纤维质幅材的总重量计20重量%至80重量%的双组分短纤维；和
基于介质中的纤维的总重量计10重量%至50重量%的原纤化的莱赛尔短纤维，其中
纤维质幅材的平均流量孔径为20 μm或更小，纤维质幅材呈现出3 bar至6 bar的湿破裂强度，并且介质包含基于纤维质幅材的总重量计0-3重量%的粘合剂树脂。
2.根据权利要求1所述的纤维质过滤介质，其中原纤化的莱赛尔短纤维具有100 mL或更小的加拿大标准游离度(CSF)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的平均流量孔径为15 μm或更小。
4.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的最大孔径为25 μm或更小。
5.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材包含至少一种其他纤维组分，所述其他纤维组分包括选自以下的纤维：聚酯，聚烯烃，聚丙烯腈(PAN)，聚酰胺，纤维素和玻璃。
6.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其还包含合成短纤维组分的混合物，其包含基于纤维质幅材的总重量计在0重量%至60重量%之间的平均直径在2.5 µm至10 µm之间的第一类型的合成纤维，以及基于纤维质幅材的总重量计在0重量%至60重量%之间的平均直径在10 µm至20 µm之间的第二类型的合成纤维。
7.根据权利要求6所述的纤维质过滤介质，其中第一类型的合成纤维的平均长度在1mm至6 mm之间，而第二类型的合成纤维的平均长度在5 mm至25 mm之间。
8.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其还包含基于纤维质幅材的总重量计在0重量%至40重量%之间的再生纤维素纤维。
9.根据权利要求8所述的纤维质过滤介质，其中再生纤维素纤维包括非原纤化的莱塞尔纤维。
10.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其中过滤介质还包含选自湿强度添加剂、光学增亮剂、纤维保留剂、着色剂、燃料-水分离助剂、和阻燃剂或防火剂的至少一种添加剂。
11.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材包含双组分短纤维和原纤化的莱赛尔纤维，双组分短纤维与原纤化的莱赛尔纤维的重量比在0.5至3的范围内。
12.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维是皮/芯双组分短纤维，其具有包含熔化温度在120℃至180℃之间的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的皮。
13.根据权利要求12所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维的芯包含熔化温度在220℃至280℃之间的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
14.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其中电子放电加工(EDM)选自线电子放电加工(WEDM)。
15.根据权利要求3所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的平均流量孔径为8 µm至12 μm。
16.根据权利要求4所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的最大孔径为20 μm或更小。
17.根据权利要求4所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的最大孔径为17 μm至21μm。
18.根据权利要求5所述的纤维质过滤介质，其中聚酯选自聚对苯二甲酸亚烷基酯。
19.根据权利要求18所述的纤维质过滤介质，其中聚对苯二甲酸亚烷基酯选自聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)。
20.根据权利要求5所述的纤维质过滤介质，其中聚烯烃选自聚乙烯和聚丙烯。
21.根据权利要求5所述的纤维质过滤介质，其中聚酰胺为选自尼龙-6、尼龙6,6、和尼龙-6,12的尼龙。
22.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其还包含基于纤维质幅材的总重量计在0重量%至30重量%之间的再生纤维素纤维。
23.根据权利要求1所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维是皮/芯双组分短纤维，其具有包含熔化温度在120℃至180℃之间的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的皮，并且其中原纤化的莱赛尔短纤维具有100 mL或更小的加拿大标准游离度(CSF)。
24.线电子放电机，其包括包含根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质的过滤器单元。
25.制造纤维质幅材的方法，其包括：
(a) 由水性纤维质浆料形成湿法成网的纤维质幅材，所述水性纤维质浆料包含基于湿法成网的纤维质幅材的总重量计20重量%至80重量%的皮芯双组份短纤维和基于湿法成网的纤维质幅材的总重量计10重量%至50重量%的原纤化的莱赛尔短纤维；和
(b) 使来自步骤(a)的湿法成网的片材经历热压延，以使双组分短纤维的皮熔化，从而使原纤化的莱赛尔短纤维彼此粘合并且获得湿破裂强度为3 bar至6 bar并且平均流量孔径为20 μm或更小的纤维质过滤介质，其中介质包含基于纤维质幅材的总重量计0-3重量%的粘合剂树脂。
26.根据权利要求25所述的方法，其中实施步骤(a)使得双组分短纤维和原纤化的莱赛尔纤维以双组分短纤维与原纤化的莱赛尔纤维的重量比在0.5至3的范围内而存在。
27.在线电子放电加工(WEDM)期间过滤水的方法，该方法包括使与线电子放电加工(WEDM)工艺相关的水通过根据权利要求1至23中任一项所述的纤维质过滤介质。
28.根据权利要求1至23中任一项所述的纤维质过滤介质在过滤与线电子放电加工(WEDM)相关的工艺流体中的用途。
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