CN112004587A - 高破裂强度的湿法成网的非织造过滤介质及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

提供了纤维质过滤介质及其制造方法。根据优选的实施方案，过滤介质包括湿法成网的热区域压延的非织造纤维质幅材，其包括合成短纤维，和基于纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的分散在整个纤维质幅材中的皮芯双组分短纤维。纤维质幅材呈现出大于10bar、优选大于约12bar、例如大于约15bar的干和湿破裂强度。

Description

高破裂强度的湿法成网的非织造过滤介质及其生产方法
技术领域
本文公开的实施方案一般地涉及非织造过滤介质。在优选的形式中，非织造过滤介质包含低密度纤维质幅材(例如，小于约0.45g/cm3)，其呈现出高的干和湿破裂强度(例如，大于约10bar)和相对较小(例如，小于约40μm并且，在一些实施方案中，小于约25μm)的平均流量孔径，其尤其适合于用作用于气体和液体的过滤介质。
背景技术
纺粘非织造物现在广泛用于空气过滤，例如集尘器过滤器、燃气轮机进气过滤器、粉末涂料过滤器和喷砂过滤器，以及用于液体过滤器，例如水池和温泉过滤器、废水过滤器、冷却剂过滤器，因为此类应用需要大于10bar的高的干和湿破裂强度。这种高的破裂强度要求可通过使用纺粘非织造物作为过滤介质来满足，但是通常不能通过其他类型的过滤介质(例如由纤维素纤维湿法成网的非织造介质和熔喷介质形成的介质)来满足。
但是，纺粘介质不能满足当前对高过滤效率和长寿命的要求。在这方面，纺粘介质在过滤效率方面具有固有的局限，因为其纤维直径在15～18μm的范围内，其相对较粗，从而阻止了常规的纺粘介质克服根据EN779:2012标准的M级过滤器的效率标准。
另外，常规的纺粘介质由于在纤维质幅材中的点粘合而具有较低的粉尘保持能力。通常，通过热点压延(hot point-calendering)来处理用于高的干和湿破裂强度应用的纺粘介质，以确保在幅材内的纤维的相互粘合。由于纤维对纤维的点粘合(即，由于纺粘介质完全由在点压延条件下熔融的热塑性纤维组成)，这样的点粘合导致整个纺粘过滤介质区域的约20％基本上是“死空间”。因此，结果是，与其他类型的过滤介质相比，常规的纺粘介质具有较低的粉尘保持能力。
为了克服常规的纺粘介质的低效率，可将其他技术(例如纳米纤维涂覆或用ePTFE膜层压)添加至纺粘介质。但是，这些另外的处理要求必然会增加过滤介质的成本和/或导致过滤器的使用寿命非常短。
湿法成网的非织造过滤介质通常比典型的纺粘介质具有更高的过滤效率和粉尘保持能力。因为可通过湿法成网法由宽范围的可能的纤维直径形成湿法成网的非织造介质，所以可采用与形成常规的纺粘介质的纤维相比直径显著更细的纤维，例如0.8旦尼尔纤维(其直径为约9μm)，0.3旦尼尔纤维(其直径为约5.5μm)和0.06dtex纤维(其直径为约2.6μm)。但是，已知典型的湿法成网的非织造过滤介质不能用于那些需要高的干和湿破裂强度的过滤应用，因为常规的湿法成网的过滤介质的干和湿破裂强度小于10bar，即使湿法成网的过滤介质可用粘合剂树脂饱和和/或提供有粘合剂纤维。
因此，非常期望提供具有高的干和湿破裂强度(即，大于10bar)的纤维质湿法成网的过滤介质，因此其可用于传统上由纺粘介质服务的应用中。目的是满足本文公开的实施方案所针对的这样的需求。
发明内容
根据本文公开的实施方案的过滤介质包括区域压延(area-calendered)的湿法成网的非织造纤维质幅材，其具有大于10bar、通常大于12bar、例如大于约15bar的高的干和湿破裂强度。压延的湿法成网的非织造纤维质幅材还将显示出高的过滤效率和粉尘保持能力，这是常规的纺粘过滤介质无法实现的。
本文公开的实施方案通过以下实现：提供湿法成网的非织造纤维质幅材，基于纤维质幅材的总重量计，其包含在约20和约80重量％之间的对称的皮芯型(sheath-coretype)双组分短纤维(staple fibers)，其余为其他合成短纤维，其中使非织造幅材经历热区域压延粘合。与典型地用于纺粘介质的点压延粘合相比，存在大于20重量％的皮芯型双组分纤维允许实施区域粘合，从而实现显著较少的过滤“死空间”。较高比例的皮芯型双组分纤维以及这样的纤维在整个非织造湿法成网垫中的均匀分散允许本文公开的实施方案的过滤介质实现与由连续长丝组成的纺粘介质相比至少相当的并且通常更好的干和湿破裂强度，即使本发明的纤维质幅材含有大量的相对较短切(例如1～24mm)的短纤维而没有连续长丝。
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
将参考附图，其中：
图1是根据如下所述的实施例1的常规的湿法成网的纤维质幅材的沿着这样的介质的厚度截取的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图2是根据本文公开并且如下作为实施例2描述的实施方案的纤维质幅材的沿着这样的介质的厚度截取的横截面的SEM图像，其显示出介质在介质的整个深度上都含有热粘合的粘合剂纤维，据信这有助于由此呈现出的高的干和湿破裂强度；
图3是以下对比实施例1的对比纺粘介质的沿着其厚度截取的横截面的SEM图像；
图4是以下对比实施例2的对比纺粘介质的沿着其厚度截取的横截面的SEM图像；
图5是实施例1的标准湿法成网的介质和如下所述的实施例2的本发明介质的孔径范围的图形比较；
图6是如下所述的实施例2的本发明介质与如下所述的对比实施例1和2的典型纺粘介质的孔径范围的图形比较；
图7是如下所述的实施例2的本发明介质的表面的SEM图像；
图8和9是如下所述的对比实施例1和2的典型纺粘介质的表面的SEM图像；
图10是根据本文公开的发明的实施方案采用的压延方法的示意图；并且
图11-13是根据以下实施例2、对比实施例1和对比实施例2的介质的选定压降曲线的图。
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”是具有高的长度对直径的长径比的纤维质或丝状结构(体)。
“长丝”表示极长或无限(indefinite，不确定)长度的纤维。
“短纤维”意指自然地具有或已经被切割或进一步加工成具有确定的或单独的长度的确定的、相对较短的段的纤维。
“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”、“幅材”或“垫”是指大量的这样的纤维中的纤维和/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。
术语“热塑性材料”意指在特定温度以上变得柔韧或可模制然后在冷却时返回至固体状态的聚合物材料。
具体实施方式
本文公开的实施方案的压延的非织造湿法成网介质可为100％合成短纤维的形式，例如，完全由合成聚合物纤维组成的纤维质介质，任选地含有其他合成短纤维(例如玻璃或其他无机纤维)。因此，在优选的形式中，本文公开的实施方案的非织造介质将基本上(如果不是全部的话)不含纤维素或其他天然短纤维。在尤其优选的形式中，本文公开的实施方案的压延介质将包含由20-80％的双组分短纤维组成的湿法成网的非织造幅材，其余为合成短纤维，优选合成聚合物短纤维。
A.双组分短纤维
根据本文公开的实施方案的非织造纤维质幅材包含合成双组分短纤维。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。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190℃之间，典型地在约140至190℃之间，更优选在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℃)。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。双组分纤维的皮部分也可包含其他热塑性聚合物材料，包括聚亚烷基(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)。
基于纤维质幅材中的纤维的总重量计，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60重量％之间，或甚至约30重量％至50重量％(+/-0.5重量％)。
B.合成短纤维
本文所描述的实施方案的非织造纤维质幅材还将包含合成纤维，其包括在约20重量％至约80重量％之间的热塑性材料短纤维，例如在约40重量％至约75重量％之间，基于纤维质幅材的总重量计。优选地，热塑性材料短纤维的平均直径将小于约20μm，例如在约2.5μm至约15μm之间，长度在约1mm至约24mm之间，例如在约3mm至约12mm之间。
在本文公开的实施方案的实践中采用的合成短纤维可实际上为由热塑性聚合物材料形成的任何短纤维。因此，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)，聚亚烷基(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。
在某些优选的形式中，非织造纤维质幅材将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20重量％至约80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30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24mm之间。
基于纤维质幅材的总重量计，在湿法成网的纤维质介质中采用的合成短纤维还可包括在约5重量％至约30重量％、典型地在10重量％至约20重量％之间的再生纤维素纤维，优选地莱赛尔(lyocell)短纤维。莱赛尔短纤维的平均直径可为约25μm或更小，典型地15μm或更小，例如在约10μm至约15μm之间。莱赛尔短纤维的平均长度典型地在约1mm至约8mm之间，或在约2mm至约6mm之间，或约3mm至约4mm。优选的莱赛尔纤维可商购自Shelton,CT的Engineered Fibers Technology,LLC，其商品名为
Figure BDA0002725814050000061
莱赛尔纤维，其具有约1.7旦尼尔和约4mm的短长度。
玻璃微纤维也可任选地存在于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0-20重量％、典型地小于约10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。
C.任选的组分
在纤维质幅材中还可存在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，这些添加剂可以最高达约30重量％、优选最高达约20重量％、例如在约1重量％至约20重量％之间的量被包括。如果将阻燃纤维并入到纤维质幅材中，则基于纤维质幅材的总重量计，可使用在约40至约80重量％之间的阻燃纤维。
D.制造方法
本文所描述的非织造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，可将预定量的合成纤维和皮芯双组分短纤维(连同任何任选的组分，例如玻璃纤维、碱性热塑性材料纤维和/或添加剂)和水置于制浆机或打浆机中。通过制浆机或打浆机将纤维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，纤维形成为具有由许多工艺变量确定的特性的非织造纤维质幅材或片材，所述工艺变量包括例如浆料流速、机器速度和排水参数。所形成的幅材可任选地在仍湿的同时被压缩，以压实纸和/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，干燥的纤维质幅材可通过任何常规方式(例如浸渍、喷涂、辊(凹版)施加等)施加有粘合剂树脂。随后可施加热量以干燥幅材。
然后可将非织造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、优选一系列的两对相对的压延辊，如图10所示。压延辊进行运行以将一堆(mass)的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过滤介质的非织造纤维质幅材。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合成短纤维粘合。
所得的非织造纤维质幅材可以过滤介质的形式原样采用，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。举例来说，可将纤维质幅材层压至由基重为例如约1至约50g/m2的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)形成的膜，或者可提供多层(例如两个或三个纤维质幅材层)过滤介质，由此这样的多层中的一层是根据本文公开的实施方案的热区域压延的纤维质幅材层。
E.介质性质
所得的热区域压延的纤维质幅材将呈现出大于10bar、典型地大于12bar、例如大于15bar的高的干和湿破裂强度。这些高的干和湿破裂强度可通过如本文所描述的热区域压延来实现，其通过幅材使双组分短纤维的皮熔化从而引起双组分短纤维的余下的芯组分和合成短纤维在整个纤维质幅材中彼此粘合。
纤维质幅材的密度将典型地小于约0.45g/cm3，例如小于约0.40g/cm3。
纤维质幅材的孔径范围将典型地为25μm或更小，更典型地为22μm或更小，通常为20μm或更小，最小孔径典型地还为25μm或更小，或更典型地为22μm或更小。平均流量孔径可为40μm或更小，典型地为35μm或更小，例如30μm或更小，并且最大孔径为50μm或更小，典型地为45μm或更小，例如40μm或更小。
过滤介质能够根据EN779:2012标准分类为F7过滤器介质，即对于0.4μm颗粒，过滤介质的平均过滤效率为60-80％并且最小过滤效率为至少35％。
本发明将通过其以下的非限制性实施例进一步说明。
实施例
1.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测量，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量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量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量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量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的单位。
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。
空气过滤器分类：空气过滤性能根据测试标准EN779:2012,“Particulate airfilters for general ventilation”(通过引用的方式全文并入本文)测定。根据该标准，空气过滤介质的性能分级为三组九类过滤器：粗过滤器：“G1-G4”，中过滤器：“M5-M6”和细过滤器：“F7-F9”。M类和F类过滤器的分级基于对于0.4μm颗粒的平均效率(即保留在过滤器上的0.4μm颗粒的数量分数)。F类滤波器还需要满足另外的最低效率标准，即最低效率是以下三个值中任一个的最低值：初始效率，放电效率或整个测试加载过程中的效率。
空气过滤性能：空气过滤性能通过国际标准化组织(ISO)16890,“Air filtersfor general ventilation”(通过引用的方式全文并入本文)测定。
脉冲喷射(Pulsejet)可清洁性：可清洁过滤器介质的可清洁性通过ISO11057:2011,“Air quality–Test method for filtration characterization of cleanablefilter media”(通过引用的方式全文并入本文)测定。
2.材料
采用以下材料：
LMF50：4旦尼尔、6mm长(4De*6mm)的短双组分低熔纤维，可商购自HuvisCorporation。
PET：采用的聚对苯二甲酸乙二酯纤维具有1.4旦尼尔、12mm长(1.4De*12mm)，可商购自Toray Industries，0.5旦尼尔、5mm长(0.5De*5mm)，可商购自Huvis corporation，以及0.3dtex、5mm(0.3Dt*5mm)，可商购自Teijin Ltd。
3.介质实施例
以下实施例1和2的样品是通过上述的湿法成网方法制备的，其中实施例2的样品已经经历区域压延。
实施例1：通过以上描述的方法制备基础基材，以形成100％合成纤维湿法成网的非织造介质，其包含30重量％LMF50 4De*6mm双组分短纤维以及由30重量％PET 0.5De*5mm短纤维(Huvis)、20重量％PET 1.4De*12mm(Toray)和20重量％PET 0.3dt*5mm(Teijen)组成的PET短纤维的混合物。基材的基重为210g/m2，平坦片层厚为0.94mm，并且空气渗透率为80cfm。
实施例2：在75kN/m的压延辊隙压力和210℃的压延温度下压延介质实施例1的基础基材，以获得压延的湿法成网的非织造介质，其基重为210g/m2，平坦片层厚为0.60mm，并且空气渗透率为26cfm。
对比实施例1(Kolon Finon L2270NW)：对比实施例1的对比介质是可商购的PET纺粘介质，其常规用于由Kolon Industries(KOLON Tower,11,Kolon-ro,Gwacheon-si,Gyeonggi-do,South Korea)生产的APC(空气污染控制)过滤器介质，其基重为277g/m2，层厚为0.61mm，并且空气渗透率为25cfm。
对比实施例2(Toray FSE21602A)：对比实施例2的对比介质是另一种可商购的PET纺粘介质，其常规用于由Toray Advanced Materials Korea Inc.(FKI Tower 35,36Fl.,24Yeoui-daero,Yeongdeungpo-gu,Seoul,South Korea)生产的APC(空气污染控制)过滤器介质，其基重为204g/m2，层厚为0.48mm，并且空气渗透率为28cfm。
4.实验结果
4.1实验结果1
测试以上描述的介质实施例以测定孔径数据(最小、平均流量和最大孔径)并且确定孔数。另外，测试每个介质实施例的干和湿破裂强度。数据显示在以下表1中。
表1
表1：本发明介质与对比实施例的物理性质
Figure BDA0002725814050000121
以上数据显示，与标准湿法成网的基材(实施例1)和对比纺粘介质实施例相比，本发明的介质(实施例2)具有小得多的最大和平均流量孔径。本发明的介质(实施例2)还呈现出比标准湿法成网的样品或典型的纺粘介质更多的每单位面积的孔数。与标准湿法成网的基材(实施例1)相比，本发明的介质(实施例2)具有增加的孔数，据信这是由于热压延辊的压制而在介质表面附近的几个子区域的固结引起的。与典型的纺粘介质(对比实施例1和2)相比，本发明的介质(实施例2)另外还具有大得多的孔数，据信这是通过后者的热压延实现的区域粘合而不是前者中的纤维的点粘合的结果。本发明的介质(实施例2)还呈现出更大的空隙率，表明本发明的介质比典型的纺粘介质(对比实施例1和2)更多孔。
显著地，与其他实施例相比，本发明的介质(实施例2)呈现出非常紧密、狭窄的孔径范围(参见图5和6)。孔径范围是重要的参数，因为它表明介质内的孔的大小的变化。较窄的孔径范围表明介质内的孔的分布更均一，从而提高了介质的过滤性能。另外，与典型的纺粘介质相比，压延的本发明的介质还具有较小的孔径和低得多的幅材密度。据信，介质的孔径范围、堆积(密度)和孔结构的差异导致较高的过滤效率和粉尘保持能力。
4.2实验结果2
过滤性能测试根据EN779:2012测试标准，使用由(Greschbachstraβe3b76229Karlsruhe Germany)生产的Palas MFP 3000进行。在没有IPA放电的情况下和基于测试标准EN779:2012的附录A中的IPA放电方法在有IPA放电的情况下测试本发明的介质和对比实施例。数据在以下表2中提供。
表2：本发明的介质与对比实施例的空气过滤性能
Figure BDA0002725814050000131
以上表2中的数据显示，实施例2的本发明的介质比对比实施例1和2的典型的纺粘介质具有更高的效率。在用IPA使介质放电后，实施例2的效率不受影响。当与对比实施例1和2的纺粘介质相比时，这是明显不同的。实施例2的本发明的介质包括亲水性的短切合成纤维(由于在制造过程中使用的油和表面活性剂残留在纤维的表面上)。然而，纺粘介质中的纤维没有上油，因此与本文公开的实施方案的本发明的介质相比，它们在IPA放电后具有更高的静电荷和更大的效率下降。
如表2中的数据所示，与对比实施例1和2的常规的纺粘介质相比，根据本文公开的本发明的实施方案的本发明的介质除了对于0.4μm颗粒的显着更好的初始和放电效率之外还呈现出总体上更好的平均效率以及更好的粉尘保持能力。因此，根据EN779:2012标准，本发明的介质被分级为F7过滤器介质，而对比实施例1和2的常规的纺粘过滤介质只可分别获得较小的M5和M6等级。
4.3实验结果3
还根据ISO 11057:2011测试标准，使用FilTEq GmbH测试仪(Amthausstr.14,D-76227Karlsruhe,Germany)测试实施例2的本发明的介质以及对比实施例1和2的对比介质的脉冲喷射清洁。每个测试包括以下4个阶段：
第1阶段(调理)：30个加载循环，使用差压控制的脉冲喷射清洁并且清洁设定点为1000Pa
第2阶段(老化)：10,000个脉冲喷射清洁循环，每个间隔为5秒
第3阶段(稳定化)：10个加载循环，使用差压控制的脉冲喷射清洁
第4阶段(测量)：2小时加载循环，使用差压控制的脉冲喷射清洁
脉冲喷射清洁测试的数据显示在以下表3中。
表3：本发明的介质(实施例2)以及对比实施例1和2的介质的脉冲喷射清洁性能
Figure BDA0002725814050000141
以上表3中的数据显示，与对比实施例1和2的对比纺粘介质相比，本发明的介质在第30个循环时的循环时间有利地长了约2-5倍。从图11-13可以看出，实施例2的本发明的介质还花费更长的时间达到目标压降，这导致更长的循环时间。老化后，湿法成网的压延的介质的循环时间继续保持比纺粘介质明显更长(3-10倍长)。另外，实施例2的湿法成网的压延的本发明的介质在第30个循环时和在老化后测量时，也呈现出比对比实施例1和2的对比实施例低得多的粉尘渗透率。
4.4实验结果 包含阻燃纤维的纤维质幅材
以下公开了由阻燃PET纤维制成的实施方案，其无需任何另外的化学处理。
使用与实施例2中公开的相同的方法制造纤维质幅材，并且包含100％PET纤维，其中约65重量％的纤维是可商购自Toray Industries的阻燃PET纤维。纤维质幅材包含25重量％RM PET 4De*6mm纤维(Huvis)，10重量％PET 0.3dt*5mm纤维(Teijin)，45重量％FRPET 1.4D*6mm纤维(Toray)，和20重量％FR PET 3D*12mm纤维(Toray)。
所得的纤维质过滤介质为F1类阻燃剂，其通过DIN 53 438标准测试。物理性质显示在以下表4中。
表4.包含阻燃纤维的本发明的介质的物理性质
Figure BDA0002725814050000151
4.5实验结果多层过滤介质
在以下实施例(实施例A至D)中，将本发明的非织造纤维质幅材与另外的纤维质介质合在一起以提供多层过滤介质。
实施例A：多层过滤介质，其中将热区域压延的纤维质幅材层压至薄的铝化纺粘层。所得的多层过滤介质具有非常低的电阻，低于1000欧姆。
实施例B：纤维质幅材用PVDF纳米纤维涂覆。
实施例C和D：将纤维质幅材与膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)层压。根据EN1822-1测试标准，所得的两层过滤具有高的过滤效率，并且可分类为E12或H13类过滤介质。
实施例A至D的物理性质显示在表5中。
表5.由多个纤维质幅材层形成的纤维质过滤介质的实施例
Figure BDA0002725814050000161
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，其包括湿法成网的热区域压延的非织造纤维质幅材，所述纤维质幅材包含：
合成短纤维；和
基于纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的分散在整个纤维质幅材中的皮芯双组分短纤维，其中
纤维质幅材呈现出大于10bar的干破裂强度。
2.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的干破裂强度大于约12bar，优选大于约15bar。
3.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大于约10bar，优选大于约12bar，更优选大于约15bar。
4.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的最小孔径为25μm或更小，优选22μm或更小。
5.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40μm或更小，优选35μm或更小，更优选30μm或更小。
6.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50μm或更小，典型地45μm或更小，例如40μm或更小。
7.根据实施方案3所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的孔径范围为25μm或更小，典型地22μm或更小。
8.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中过滤介质能够根据EN779:2012标准分类为F7过滤器介质。
9.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其包含基于纤维质幅材的总重量计小于10重量％的玻璃纤维。
10.根据实施方案8所述的纤维质过滤介质，其中玻璃纤维是玻璃微纤维。
11.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中合成纤维包含至少两种不同类型的合成纤维的混合物。
12.根据实施方案10所述的纤维质过滤介质，其中合成纤维包含平均直径在约2.5μm至约10μm之间的第一类型的合成纤维和平均直径在约10μm至约20μm之间的第二类型的合成纤维。
13.根据实施方案11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，并且第二类型的合成纤维的平均长度在约5mm至约24mm之间。
14.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中，基于纤维质幅材的总重量计，合成短纤维包含在约5重量％至约30重量％之间、典型地在10重量％至约20重量％之间的再生纤维素纤维。
15.根据实施方案13所述的纤维质过滤介质，其中再生纤维素纤维包括莱赛尔纤维。
16.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。
17.根据实施方案15所述的纤维质过滤介质，其中，基于纤维质幅材的总重量计，所述至少一种添加剂包含约40至约80重量％的量的阻燃纤维。
18.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中合成短纤维是选自以下的聚合物的形式：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，尼龙-6，尼龙6,6，尼龙-6,12，以及其组合19.根据实施方案1所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维的皮和芯由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)形成，其中形成皮的PET的熔化温度低于形成芯的PET的熔化温度。
20.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合成短纤维和基于纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的皮芯双组分短纤维；和
(b)使来自步骤(a)的湿法成网的纤维质幅材经历热区域压延，以使双组分短纤维的皮熔化，从而使合成短纤维彼此粘合并且获得干破裂强度大于10bar的纤维质幅材。
21.根据实施方案19所述的方法，其中步骤(b)在约1kN/m至约150kN/m之间的压延压力条件和在约110℃至约250℃之间的压延温度条件下实施，其中压延线速度在约1m/min至约50m/min之间。
**********************
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 (22)

1.纤维质过滤介质，其包括湿法成网的热区域压延的非织造纤维质幅材，所述纤维质幅材包含：
合成短纤维；和
基于纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的分散在整个纤维质幅材中的皮芯双组分短纤维，其中
纤维质幅材呈现出大于10bar的干破裂强度。
2.根据权利要求1所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的干破裂强度大于约12bar，优选大于约15bar。
3.根据权利要求1或2所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的湿破裂强度大于约10bar，优选大于约12bar，更优选大于约15bar。
4.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的密度小于约0.45g/cm3，例如小于约0.40g/cm3。
5.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的最小孔径为25μm或更小，优选22μm或更小。
6.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40μm或更小，优选35μm或更小，更优选30μm或更小。
7.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的最大孔径为50μm或更小，典型地45μm或更小，例如40μm或更小。
8.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中纤维质幅材的孔径范围为25μm或更小，典型地22μm或更小。
9.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中过滤介质能够根据EN779:2012标准分类为F7过滤器介质。
10.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其包含基于纤维质幅材的总重量计小于10重量％的玻璃纤维。
11.根据权利要求10所述的纤维质过滤介质，其中玻璃纤维是玻璃微纤维。
12.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中合成纤维包含至少两种不同类型的合成纤维的混合物。
13.根据权利要求12所述的纤维质过滤介质，其中合成纤维包含平均直径在约2.5μm至约10μm之间的第一类型的合成纤维和平均直径在约10μm至约20μm之间的第二类型的合成纤维。
14.根据权利要求13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，并且第二类型的合成纤维的平均长度在约5mm至约24mm之间。
15.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中，基于纤维质幅材的总重量计，合成短纤维包含在约5重量％至约30重量％之间、典型地在10重量％至约20重量％之间的再生纤维素纤维。
16.根据权利要求15所述的纤维质过滤介质，其中再生纤维素纤维包括莱赛尔纤维。
17.根据前述权利要求中任一项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。
18.根据权利要求17所述的纤维质过滤介质，其中，基于纤维质幅材的总重量计，所述至少一种添加剂包含约40至约80重量％的量的阻燃纤维。
19.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中合成短纤维是选自以下的聚合物的形式：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，尼龙-6，尼龙6,6，尼龙-6,12，以及其组合。
20.根据前述权利要求中任一项所述的纤维质过滤介质，其中双组分短纤维的皮和芯由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)形成，其中形成皮的PET的熔化温度低于形成芯的PET的熔化温度。
21.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合成短纤维和基于纤维质幅材的总重量计约20重量％至约80重量％的皮芯双组分短纤维；和
(b)使来自步骤(a)的湿法成网的纤维质幅材经历热区域压延，以使双组分短纤维的皮熔化，从而使合成短纤维彼此粘合并且获得干破裂强度大于10bar的纤维质幅材。
22.根据权利要求21所述的方法，其中步骤(b)在约1kN/m至约150kN/m之间的压延压力条件和在约110℃至约250℃之间的压延温度条件下实施，其中压延线速度在约1m/min至约50m/min之间。
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