CN115666755A - 过滤复合材料 - Google Patents

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Abstract

本披露描述了一种包含多层过滤介质的过滤复合材料。在一些实施例中，该过滤复合材料优选基本上不含玻璃或不含玻璃。当该复合材料不含玻璃或基本上不含玻璃时，该复合材料优选表现出与类似的含玻璃过滤介质相当或比其更好的容量和效率。该复合材料包含：第一非织造过滤介质，其包含双组分纤维、具有在1微米至5微米范围内的纤维直径的效率纤维、和微纤化纤维；任选的第二非织造过滤介质；以及第三非织造过滤介质，其包含具有至少0.1微米且小于1微米的纤维直径的效率纤维。

Description

过滤复合材料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月3日提交的美国临时申请号63/004,926和2020年9月21日提交的美国临时申请号63/081,159的权益，将这些临时申请的披露内容通过援引以其全文并入本文。
背景技术
过滤介质，如用于燃料过滤的过滤介质，通常包括玻璃微纤维。然而，在某些类型的过滤期间，担心玻璃微纤维可能从过滤介质释放，导致环境污染，或者在过滤燃料的情况下，导致对内燃机的损伤。
发明内容
本披露描述了包含多层过滤介质的复合材料、制造这些复合材料的方法、以及使用这些复合材料的方法。这些组合物优选基本上不含玻璃或不含玻璃，并表现出与类似的含玻璃过滤介质相当或比其更好的容量和效率。
在一方面，本披露描述了一种复合材料，其包含第一非织造过滤介质；任选地，第二非织造过滤介质；以及第三非织造过滤介质。该复合材料基本上不含玻璃纤维。该第一非织造过滤介质包含40wt％至90wt％的第一双组分纤维，其具有在5微米至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；0wt％至25wt％的第一大效率纤维，该第一大效率纤维具有在1微米至5微米范围内的纤维直径；以及10wt％至60wt％的第一微纤化纤维，其中大部分该微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸。该任选的第二非织造过滤介质包含40wt％至90wt％的第二双组分纤维，其具有在5微米至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；0wt％至25wt％的第二大效率纤维，该第二大效率纤维具有在1微米至5微米范围内的纤维直径；以及10wt％至60wt％的第二微纤化纤维，其中大部分该微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸。该第三非织造过滤介质包含具有至少0.1微米且小于1微米的纤维直径的小效率纤维。
在一些实施例中，双组分纤维的结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且双组分纤维的粘合剂聚合物部分具有在100℃至190℃范围内的熔点。
在一些实施例中，第一大效率纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，第二大效率纤维包括PET，或者第一大效率纤维和第二大效率纤维都包括PET。
在一些实施例中，小效率纤维具有在0.6微米至0.8微米范围内的纤维直径。
在一些实施例中，小效率纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在一些实施例中，复合材料基本上不含树脂。
在一些实施例中，复合材料不含玻璃纤维。
在一些实施例中，第一非织造过滤介质、第二非织造过滤介质和第三非织造过滤介质是离散的层。
在一些实施例中，非织造过滤介质被配置成使液体通过第一非织造过滤介质、然后通过第二非织造过滤介质、并然后通过第三非织造过滤介质。
在一些实施例中，非织造过滤介质进一步包含支撑层。第三非织造过滤介质可能与支撑层接触。
在一些实施例中，微纤化纤维包括微纤化纤维素纤维。
在另一方面，本披露描述了一种过滤液体流的方法，该方法包括使包含污染物的液体流通过如本文所述的复合材料，并从该液体流中除去该污染物。液体流可能包含空气。
在另一方面，本披露描述了一种制造如本文所述的复合材料的方法，该方法包括独立地制造该第一非织造过滤介质、该第二非织造过滤介质和该第三非织造过滤介质。
如本文所用，微米(micron)等同于微米(micrometer)(μm)。
如本文所用，“纤维”具有大于3:1、并且优选大于5:1的长径比(即，长度与横向尺寸之比)。例如，玻璃纤维典型地具有大于100:1的长径比。在此上下文中，“横向尺寸”是纤维的宽度(二维中)或直径(三维中)。术语“直径”或者是指纤维的圆形截面的直径，或者是指纤维的非圆形截面的最大截面尺寸。纤维长度可以是有限长度或无限长度，这取决于希望的结果。
如本文所用，“β比率”或“β”是如实例中所述，在稳流条件(ISO16889:2008)下上游颗粒与下游颗粒的比率。过滤器效率越高，β比率越高。β比率定义如下：
Figure BDA0003644642950000031
其中Nd,U是直径为d或更大的颗粒的每单位流体体积的上游颗粒计数，并且Nd,D是直径为d或更大的颗粒的每单位流体体积的下游颗粒计数。如果存在，附于β的下标(例如，d)指示正在报告的比率的粒径。
如本文所用，术语“基本上不含”指示过滤介质不含有在任何实质性的程度上有助于过滤介质的活性或作用的量的所列组分(例如，玻璃纤维或树脂)。该术语旨在包括包含对过滤介质的过滤特性没有提供任何实质性贡献的微量组分。例如，基本上不含玻璃的过滤介质可以包括小于1wt％玻璃纤维。例如，基本上不含树脂的过滤介质可以包括小于5wt％树脂。
如本文所用，术语“不含”指示过滤介质不含有一定量的所列组分(例如，玻璃纤维或树脂)。例如，“不含玻璃”过滤介质不包括任何玻璃，并且“不含树脂”介质不包括任何树脂。
除非另有说明，否则对标准方法(例如，ASTM、TAPPI等)的任何提及均指代提交本披露时该方法的最新可用版本。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些益处的本发明实施例。然而，在相同的或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的叙述不意味着其他实施例不是有用的，并且不旨在将其他实施例排除在本发明的范围之外。
在说明书和权利要求书中出现术语“包含”及其变体的情况下，这些术语不具有限制性意义。此类术语应理解为暗示包括陈述的步骤或要素或者一组步骤或要素，但不排除任何其他步骤或要素或者任何其他组的步骤或要素。
“由……组成”意指包括并且限于在短语“由……组成”中包含的任何内容。因此，短语“由……组成”指示所列出的要素是必需的或强制性的，并且可能不存在其他要素。“基本上由……组成”意指包括在该短语中列出的任何要素，并且限于不妨碍或有助于本披露中对于所列出的要素而指定的功能或作用的其他要素。因此，短语“基本上由……组成”指示所列出的要素是必需的或强制性的，但其他要素是任选的并且可以存在或可以不存在，具体取决于它们是否实质性地影响所列出的要素的功能或作用。
除非另有说明，否则“一个/种”、“该”和“至少一个/种”可互换使用，并且意指一个/种或多于一个/种。
如本文所用，术语“或”通常以其包括“和/或”的通常意义采用，除非上下文另外明确指出。
术语“和/或”意指所列出的要素中的一个或全部或者所列出的要素中的任何两个或更多个的组合。
此外在本文中，通过端点叙述数值范围包括归入该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
在本文中，“最大为”某个数字(例如，最大为50)包括该数字(例如，50)。
术语“在该范围内(in the range/within a range)”(以及类似的陈述)包括所陈述范围的端点。
对于本文所披露的包括离散步骤的任何方法，可以按任何可行的顺序来进行这些步骤。并且，在适当时，可以同时进行两个或更多个步骤的任何组合。
所有的标题均是为了方便阅读者，而不应当用于限制标题后面的正文的含义，除非如此指定。
贯穿本说明书提及的“一个实施例”、“实施例”、“某些实施例”或“一些实施例”等意指结合该实施例描述的具体特征、构型、组成、或特性包括在本披露的至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书中的各处出现此类短语不一定指的是本披露的同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、构型、组成或特性可以按任何合适的方式进行组合。
除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的所有表示组分数量、分子量等的数字都应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。如在本文中与所测量的量结合使用的，术语“约”是指测量的量的变化，如由进行测量并且以与测量目的和所使用的测量设备的精度相称的谨慎水平进行操作的技术人员所预期的。因此，除非另外相反地指明，在本说明书和权利要求书中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可以取决于本发明所寻求获得的所希望的特性而不同。至少，并且不是试图限制权利要求的范围的等同原则，每个数值参数至少应根据所报告的有效位的个数并且通过应用一般舍入方法进行解释。
虽然阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实例中阐述的数值是尽可能精确报导的。然而，所有数值固有地含有必然由在其相应的测试测量中发现的标准偏差所产生的范围。
本发明的以上概述不旨在描述本发明的每个披露的实施例或每种实现方式。以下描述更具体地举例说明了说明性实施例。在整个本申请中的几处，通过实例清单提供指导，这些实例可以以各种组合来使用。在每种情况下，所列举的列表仅用作代表性组并且不应被解释为排他性列表。
附图说明
图1A示出了如实例1所述制备的复合材料的负载容量。图1B示出了包括如实例1所述制备的细纤维层的复合材料的效率。
图2A示出了示例性复合材料的示意图，在一些实施例中，该复合材料可以如实例1中所述制备。图2B示出了示例性复合材料的示意图。图2C示出了示例性复合材料的示意图，在一些实施例中，该复合材料可以如实例2中所述制备。
具体实施方式
本披露描述了包含多层过滤介质的复合材料、制造这些复合材料的方法、以及使用这些复合材料的方法。这些组合物优选基本上不含玻璃或不含玻璃，并表现出与类似的含玻璃过滤介质相当或比其更好的容量和效率。
复合材料
在一方面，本披露描述了一种复合材料，其包含多个非织造过滤介质。在一些实施例中，每个非织造过滤介质优选基本上不含玻璃或不含玻璃。
复合材料包含第一非织造过滤介质、任选的第二非织造过滤介质和第三非织造过滤介质。第一非织造过滤介质包括第一双组分纤维；第一大效率纤维，其具有在1微米至5微米范围内的纤维直径；和第一微纤化纤维。第二非织造过滤介质，如果存在，包括第二双组分纤维；第二大效率纤维，其具有在1微米至5微米范围内的纤维直径；和第二微纤化纤维。第三非织造过滤介质包含具有至少0.1微米且小于1微米的纤维直径的小效率纤维。如本文所用，“大效率纤维”是具有在1微米至5微米范围内的纤维直径的纤维。如本文所用，“小效率纤维”是具有至少0.1微米且小于1微米的纤维直径的纤维。
在一些实施例中，小效率纤维优选包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在一些实施例中，第一大效率纤维优选包括PET。在一些实施例中，第二大效率纤维优选包括PET。
在一些实施例中，可以选择或处理一种或多种复合材料的纤维或复合材料层以改变介质的静电荷。电荷典型地包括在聚合物表面处或附近俘获的正电荷或负电荷层、或储存在聚合物本体中的电荷云。电荷还可以包括极化电荷，这些极化电荷在分子的偶极子对齐时被冻结。使材料经受电荷的方法是本领域技术人员众所周知的。这些方法包括例如热法、液体接触法、电子束法、等离子体法和电晕放电法。
在一些实施例中，复合材料进一步包含支撑层。
在一些实施例中，第一非织造过滤介质、任选的第二非织造过滤介质(如果存在)和第三非织造过滤介质是离散的层。即，在第一非织造过滤介质与第二非织造过滤介质之间或者在第二非织造过滤介质与第三非织造过滤介质之间不存在梯度。如果不存在第二非织造过滤介质，则在第一非织造过滤介质与第三非织造过滤介质之间不存在梯度。
在一些实施例中，第一非织造过滤介质与第二非织造过滤介质接触，并且第二非织造过滤介质与第三非织造过滤介质接触。当复合材料进一步包含支撑层时，第三非织造过滤介质可以与支撑层接触。
在一些实施例中，复合材料被配置成使液体通过第一非织造过滤介质、然后通过第二非织造过滤介质、并然后通过第三非织造过滤介质。
在一些实施例中，当复合材料包含支撑层时，复合材料被配置成使液体通过第一非织造过滤介质、然后通过第二非织造过滤介质、然后通过第三非织造过滤介质、并然后通过支撑层。
在一些实施例中，第一非织造过滤介质与第三非织造过滤介质接触。当复合材料进一步包含支撑层时，第三非织造过滤介质可以与支撑层接触。
在一些实施例中，复合材料被配置成使液体通过第一非织造过滤介质、然后通过第三非织造过滤介质。当复合材料进一步包含支撑层时，复合材料被配置成使液体通过第一非织造过滤介质、然后通过第三非织造过滤介质、并然后通过支撑层。
在一些实施例中，复合材料基本上不含树脂。在一些实施例中，复合材料不包含树脂。
复合材料基本上不含玻璃(包括例如玻璃纤维)。在一些实施例中，复合材料不包含玻璃。
在示例性实施例中，复合材料包含第一非织造过滤介质、任选的第二非织造过滤介质和第三非织造过滤介质。第一非织造过滤介质包含：40wt％至90wt％的第一双组分纤维，该第一双组分纤维具有在5微米至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；0wt％至25wt％的第一大效率纤维；以及10wt％至60wt％的第一微纤化纤维，其中大部分该微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸。任选的第二非织造过滤介质包含：40wt％至90wt％的第二双组分纤维，该第二双组分纤维具有在5微米至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；0wt％至25wt％的第二大效率纤维；以及10wt％至60wt％的第二微纤化纤维，其中大部分该微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸。第三非织造过滤介质包含小效率纤维。
图2C中示出了一个示例性实施例。
如实例1中所述，与没有细纤维层的复合材料相比，向过滤介质复合材料中添加1μm直径的电纺细纤维层提高了复合材料的效率。如实例2中进一步描述的和如图2C所示，细纤维层可以由包括小效率细纤维的层代替，并且预期所得复合材料具有与包括细纤维层的复合材料相似的效率。
实例1的结果是出乎意料的，因为之前已经报道过在介质层之间产生界面是不希望的，并且相反应该追求梯度结构。(参见例如美国公开号2014/0360145。)不希望受理论束缚，据信在介质层(包括例如非织造过滤介质层，其包括包含小效率细纤维的层和充当负载层的过滤介质层)之间产生界面可以允许比使用梯度结构更高的效率，因为每层的不均匀性在整个介质的深度上并不一致。
第一和第二非织造过滤介质
第一非织造过滤介质和任选的第二非织造过滤介质(如果存在)各自包括双组分纤维、具有在1微米至5微米范围内的纤维直径的大效率纤维、和微纤化纤维。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者充当负载层，即分布在整个介质的深度上收集污染物的位置的过滤介质。图2C中描述了其中第一和第二非织造过滤介质都充当负载层的示例性实施例。图2B示出了其中不包括第二非织造过滤介质的示例性实施例。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者具有至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、或至少10％的实度。在一些实施例中，非织造过滤介质具有最大为5％、最大为6％、最大为7％、最大为8％、最大为9％、最大为10％、最大为11％、最大为12％、最大为13％、最大为14％、最大为15％、最大为16％、最大为17％、最大为18％、最大为19％、或最大为20％的实度。在示例性实施例中，第一非织造过滤介质具有在5％至15％范围内的实度。在示例性实施例中，第二非织造过滤介质具有在5％至15％范围内的实度。在一些实施例中，实度优选如实例中所述进行测量。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者具有至少20g/m2、至少24g/m2、至少25g/m2、至少30g/m2、至少35g/m2、至少40g/m2、至少50g/m2、至少60g/m2、或至少70g/m2的基重。在一些实施例中，非织造过滤介质具有最大为25g/m2、最大为30g/m2、最大为35g/m2、最大为40g/m2、最大为50g/m2、最大为60g/m2、最大为70g/m2、最大为75g/m2、最大为80g/m2、最大为85g/m2、最大为90g/m2、最大为95g/m2、最大为100g/m2、或最大为105g/m2的基重。在示例性实施例中，第一非织造过滤介质具有在24g/m2至100g/m2范围内的基重。在示例性实施例中，第二非织造过滤介质具有在24g/m2至100g/m2范围内的基重。在一些实施例中，基重优选使用ASTM D646-13测量。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者具有至少0.5微米、至少1微米、至少1.5微米、至少2微米、至少3微米、至少5微米、或至少10微米的孔径。在一些实施例中，非织造过滤介质具有最大为5微米、最大为10微米、最大为15微米、或最大为20微米的孔径。在示例性实施例中，第一非织造过滤介质具有在0.5微米至20微米范围内的孔径。在示例性实施例中，第二非织造过滤介质具有在0.5微米至20微米范围内的孔径。在另一示例性实施例中，第一非织造过滤介质具有在2微米至15微米范围内的孔径。在另一示例性实施例中，第二非织造过滤介质具有在2微米至15微米范围内的孔径。如本文所用，孔径是指平均流动孔径，如ASTM F316-03中所述计算。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者具有至少0.1mm、至少0.12mm、至少0.15mm、或至少0.2mm的厚度。在一些实施例中，非织造过滤介质具有最大为0.2mm、最大为0.4mm、最大为0.5mm、最大为0.7mm、或最大为1mm的厚度。在示例性实施例中，第一非织造过滤介质具有在0.12mm至1mm范围内的厚度。在示例性实施例中，第二非织造过滤介质具有在0.12mm至1mm范围内的厚度。在一些实施例中，过滤介质的厚度优选地根据TAPPI T411 om-15测试方法使用1.5psi的脚压来测量。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者具有在0.5英寸水下至少1ft3/ft2/min、在0.5英寸水下至少5ft3/ft2/min、或在0.5英寸水下至少10ft3/ft2/min的渗透性。在一些实施例中，非织造过滤介质具有在0.5英寸水下最大为10ft3/ft2/min、在0.5英寸水下最大为20ft3/ft2/min、在0.5英寸水下最大为50ft3/ft2/min、在0.5英寸水下最大为75ft3/ft2/min、或在0.5英寸水下最大为100ft3/ft2/min的渗透性。在示例性实施例中，第一非织造过滤介质具有在0.5英寸水下1ft3/ft2/min至在0.5英寸水下100ft3/ft2/min范围内的渗透性。在示例性实施例中，第二非织造过滤介质具有在0.5英寸水下1ft3/ft2/min至在0.5英寸水下100ft3/ft2/min范围内的渗透性。在另一示例性实施例中，第一非织造过滤介质具有在0.5英寸水下10ft3/ft2/min至在0.5英寸水下75ft3/ft2/min范围内的渗透性。在另一示例性实施例中，第二非织造过滤介质具有在0.5英寸水下10ft3/ft2/min至在0.5英寸水下75ft3/ft2/min范围内的渗透性。在一些实施例中，透气率优选根据ASTM D737-18测量。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者基本上不含树脂。在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者不包括树脂。
在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者基本上不含玻璃纤维。在一些实施例中，第一和第二非织造过滤介质中的任一者或两者不包括玻璃纤维。
双组分纤维
第一和第二过滤介质各自包括双组分纤维。任何合适的双组分纤维可以用于每种介质，并且双组分纤维可以根据介质的预期用途来选择。
在一些实施例中，第一和第二过滤介质中的每一个包括至少25wt％、至少30wt％、至少35wt％、至少40wt％、至少45wt％、至少50wt％、至少55wt％、至少60wt％、至少65wt％、或至少70wt％的双组分纤维。在一些实施例中，第一和第二过滤介质中的每一个包括最大为30wt％、最大为35wt％、最大为40wt％、最大为45wt％、最大为50wt％、最大为55wt％、最大为60wt％、最大为65wt％、最大为70wt％、最大为75wt％、最大为80wt％、最大为85wt％、最大为90wt％的双组分纤维。在示例性实施例中，第一过滤介质包括40wt％至90wt％的双组分纤维。在示例性实施例中，第二过滤介质包括40wt％至90wt％的双组分纤维。在另一示例性实施例中，第一过滤介质包括40wt％至75wt％的双组分纤维。在示例性实施例中，第二过滤介质包括40wt％至75wt％的双组分纤维。
在一些实施例中，双组分纤维具有至少1微米、至少5微米、至少10微米、至少15微米、或至少20微米的纤维直径。在一些实施例中，双组分纤维具有最大为5微米、最大为10微米、最大为15微米、最大为20微米、最大为25微米、最大为30微米、最大为35微米、最大为40微米、最大为45微米、或最大为50微米的纤维直径。在示例性实施例中，双组分纤维具有在5微米至50微米范围内的纤维直径。在另一示例性实施例中，双组分纤维具有在5微米至25微米范围内的纤维直径。在另一示例性实施例中，双组分纤维具有14微米的纤维直径。
在一些实施例中，双组分纤维具有至少0.1cm、至少0.5cm、或至少1cm的纤维长度。在一些实施例中，双组分纤维具有最大为0.5cm、最大为1cm、最大为5cm、最大为10cm、或最大为15cm的纤维长度。在示例性实施例中，双组分纤维具有在0.1cm至15cm范围内的纤维长度。在另一示例性实施例中，双组分纤维具有6mm的纤维长度。
在一些实施例中，双组分纤维包括结构聚合物部分和热塑性粘合剂聚合物部分，结构聚合物部分具有比粘合剂聚合物部分的熔点高的熔点。
结构聚合物部分和粘合剂聚合物部分可以由任何合适的材料制成。例如，结构聚合物部分可以包括PET，并且粘合剂聚合物部分可以包括共聚物PET(coPET)。在另外的实例中，结构聚合物部分可以包括PET，并且粘合剂聚合物部分可以包括聚乙烯(PE)、PET、尼龙、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、间-芳族聚酰胺、或对-芳族聚酰胺。在另外的实例中，粘合剂聚合物部分可以包括聚乙烯(PE)、聚乳酸(PLA)、尼龙、乙烯-乙烯醇(EVOH)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)(例如KYNAR)、或者被设计成具有比芯结构聚合物更低的熔融温度的任何其他聚合物或改性聚合物。
在一些实施例中，结构聚合物部分是双组分纤维的芯，并且热塑性粘合剂聚合物部分是双组分纤维的鞘。
在一些实施例中，双组分纤维的结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且双组分纤维的粘合剂聚合物部分具有最大为115℃的熔点。示例性双组分纤维(其中结构聚合物部分具有至少240℃的熔点并且粘合剂聚合物部分具有最大为115℃的熔点)是271P，从Advansa公司(德国哈姆(Hamm,Germany))可获得的14μm直径的纤维。
在一些实施例中，双组分纤维的结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且双组分纤维的粘合剂聚合物部分具有在100℃至190℃范围内的熔点。在一个示例性实施例中，双组分纤维的结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且双组分纤维的粘合剂聚合物部分具有在120℃至170℃范围内的熔点。在另一示例性实施例中，双组分纤维的结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且双组分纤维的粘合剂聚合物部分具有在140℃至160℃范围内的熔点。
示例性双组分纤维(其中结构聚合物部分具有至少为240℃的熔点并且粘合剂聚合物部分具有在100℃至190℃范围内的熔点)是TJ04CN(具有110℃的粘合剂聚合物部分熔点)、TJ04BN(具有150℃的粘合剂聚合物部分熔点)，二者均从日本大阪的帝人纤维株式会社(Teijin Fibers Limited)可获得；271P(具有110℃的粘合剂聚合物部分熔点)，从德国哈姆的Advansa公司可获得；和T-202或T-217(各自具有180℃的粘合剂聚合物部分熔点)，二者均从田纳西州约翰逊城的纤维创新技术公司(Fiber Innovation Technology,Inc.ofJohnson City,TN)可获得。
在一些实施例中，第一双组分纤维和第二双组分纤维可以包括两种不同的双组分纤维或双组分纤维的两种不同组合。在示例性实施例中，双组分纤维可以包括第一双组分纤维(其中结构部分具有至少240℃的熔点并且粘合剂聚合物部分具有最大为115℃的熔点)和第二双组分纤维(其中结构聚合物部分具有至少240℃的熔点并且粘合剂聚合物部分具有在100℃至190℃范围内的熔点)。例如，双组分纤维可以包括Advansa 271P和TJ04BN。
大效率纤维
第一和第二过滤介质可各自包括“大效率纤维”，其中如本文所用的“大效率纤维”是具有在1微米至5微米范围内的纤维直径的纤维。在一些实施例中，第一和第二过滤介质中的一者或两者不包括大效率纤维。
在一些实施例中，大效率纤维优选是PET纤维。在一些实施例中，大效率纤维可以基本上由PET组成。在一些实施例中，大效率纤维可以由PET组成。
另外或可替代地，小效率纤维可以包括尼龙、腈纶、人造丝、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-乙烯醇(EVOH)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、或其他合适的可熔融聚合物。
在一些实施例中，第一和第二过滤介质中的每一个包括至少0wt％、至少0.1wt％、至少1wt％、至少5wt％、至少10wt％、至少15wt％、至少20wt％、或至少25wt％的大效率纤维。在一些实施例中，第一和第二过滤介质中的每一个包括最大为15wt％、最大为20wt％、或最大为25wt％的大效率纤维。在示例性实施例中，第一过滤介质包括0wt％至25wt％的大效率纤维。在示例性实施例中，第二过滤介质包括0wt％至25wt％的大效率纤维。在另一示例性实施例中，第一过滤介质包括10wt％至25wt％的大效率纤维。在另一示例性实施例中，第二过滤介质包括10wt％至25wt％的大效率纤维。
在一些实施例中，大效率纤维具有至少1微米、至少1.5微米、至少2微米、至少3微米、或至少4微米的纤维直径。在一些实施例中，大效率纤维具有最大为1.5微米、最大为2微米、最大为3微米、最大为4微米、或最大为5微米的纤维直径。例如，在示例性实施例中，大效率纤维具有在2微米至4微米范围内的纤维直径。在另一示例性实施例中，大效率纤维具有2.7微米的纤维直径。在另外的示例性实施例中，大效率纤维具有2.5微米的纤维直径。
在实例中，大效率纤维包括PET并且具有2.7微米的纤维直径。
在一些实施例中，大效率纤维具有至少0.5mm、至少1mm、或至少1.5mm的长度。在一些实施例中，大效率纤维具有最大为10mm、最大为11mm、最大为12mm、或最大为15mm的长度。在示例性实施例中，大效率纤维具有在1mm至15mm范围内的长度。在另外的示例性实施例中，大效率纤维具有在1mm至12mm范围内的长度。
在一些实施例中，当大效率纤维包括PET时，该PET具有至少250℃、更优选至少275℃、甚至更优选至少290℃的熔点。
微纤化纤维
第一和任选的第二过滤介质各自包括微纤化纤维。如本文所用，微纤化纤维是已经被加工以产生具有比未加工的纤维更高表面积、支化结构的纤维的纤维。
在一些实施例中，微纤化纤维可以是微纤化丙烯酸纤维，其包括例如原纤化CFF纤维(从康涅狄格州谢尔顿的工程纤维技术公司(Engineered Fiber Technology)可获得)。在一些实施例中，微纤化纤维可以是微纤化纤维素纤维，其包括例如人造丝，如莱赛尔(Lyocell)或天丝(TENCEL)。在一些实施例中，微纤化纤维可以是微纤维化对-芳族聚酰胺纤维，其包括例如TWARON Pulp(帝人芳纶公司(Teijin Aramid,B.V.)，荷兰)。在一些实施例中，微纤化纤维可以是微纤维化液晶聚合物(LCP)纤维，其包括例如微纤化VECTRAN纤维(从康涅狄格州谢尔顿的工程纤维技术公司可获得)。在一些实施例中，微纤化纤维可以是微纤化聚对亚苯基苯并双噁唑(PBO)纤维，其包括例如原纤化ZYLON纤维(从康涅狄格州谢尔顿的工程纤维技术公司可获得)。
在一些实施例中，第一和第二过滤介质中的每一个包括至少10wt％、至少15wt％、至少20wt％、至少25wt％、至少30wt％、至少35wt％、至少40wt％、至少50wt％、或至少55wt％的微纤化纤维。在一些实施例中，过滤介质包括最大为15wt％、最大为20wt％、最大为25wt％、最大为30wt％、最大为35wt％、最大为40wt％、最大为45wt％、最大为50wt％、最大为55wt％、或最大为60wt％的微纤化纤维。在示例性实施例中，过滤介质包括10wt％至60wt％的微纤化纤维。在另一示例性实施例中，过滤介质包括10wt％至40wt％的微纤化纤维。
在一些实施例中，微纤化纤维可以包括微纤化纤维素。如本文所用，本文中的微纤化纤维素(MFC)是指如由G.Chinga-Carrasco在Nanoscale Research Letters[纳米研究快报],2011；6:417中定义的材料：“MFC材料可以由以下组成：(1)纳米纤丝、(2)纤丝状细粒、(3)纤维碎片和(4)纤维。这暗示MFC不一定与微纤丝、纳米纤丝或任何其他纤维素纳米结构同义。然而，正确生产的MFC材料包含作为主要组分的纳米结构，即纳米纤丝。”这些成分的直径(或对于微纤化纤维素纤维而言，“横向尺寸”)在同一文件的表1中重现并且为如下：(1)纳米纤丝(<0.1μm)；(2)纤丝状细粒(<1μm)；(3)纤维或纤维碎片(10至50μm)。
此外，如本文中所使用的术语“微纤化纤维素”不包括干磨纤维素(也称为微粉化纤维素或微细纤维素)，并且不包括通过由酸水解去除无定形部分而获得的微晶纤维素，如美国专利号5,554,287所述的。
在一些实施例中，大部分(即，大于一半)的微纤化纤维具有最大为1微米、最大为1.5微米、最大为2微米、最大为3微米、或最大为4微米的横向尺寸(例如，二维中的宽度)。在一些实施例中，大部分微纤化纤维具有至少0.5微米或至少0.7微米的横向尺寸。在示例性实施例中，大部分微纤化纤维具有在0.5微米至4微米范围内的横向尺寸。在另一示例性实施例中，大部分微纤化纤维具有在0.5微米至1.5微米范围内的横向尺寸。在另外的示例性实施例中，大部分微纤化纤维具有最大为2微米的横向尺寸。
在一些实施例中，将微纤化纤维并入(即，遍及分布)纤维介质中，从而形成过滤介质(filter media)(在本文中也称为“过滤介质(filtration medium)”或“过滤介质(filter medium)”)。
第三非织造过滤介质
第三非织造过滤介质包括“小效率纤维”，其中如本文所用的“小效率纤维”是具有至少0.1微米且小于1微米的纤维直径的纤维。
在一些实施例中，小效率纤维优选包括PET。在一些实施例中，小效率纤维可以基本上由PET组成。在一些实施例中，小效率纤维可以由PET组成。
另外或可替代地，小效率纤维可以包括尼龙、腈纶、人造丝、聚丙烯、聚乙烯、乙烯-乙烯醇(EVOH)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)、或其他合适的可熔融聚合物。
在一些实施例中，除了小效率纤维之外，第三非织造过滤介质还可以包括纤维和组分。这些附加的纤维和组分可以包括双组分纤维、单组分可热熔纤维、树脂等。
当第三非织造过滤介质可以包括除小效率纤维之外的纤维和组分时，第三非织造过滤介质优选包括至少10wt％、至少15wt％、至少20wt％、至少25wt％、至少30wt％、至少35wt％、至少40wt％、或至少45wt％的小效率纤维。在一些实施例中，第三非织造过滤介质包括最大为15wt％、最大为20wt％、最大为25wt％、最大为30wt％、最大为35wt％、最大为40wt％、最大为45wt％、或最大为50wt％的小效率纤维。
在一些实施例中，小效率纤维具有至少0.1微米、至少0.2微米、至少0.3微米、至少0.4微米、至少0.5微米、至少0.6微米、或至少0.7微米的纤维直径。在一些实施例中，小效率纤维具有最大为0.7微米、最大为0.8微米、最大为0.9微米、或小于1微米的纤维直径。例如，在示例性实施例中，小效率纤维具有至少0.4微米且小于1微米的纤维直径。在另一示例性实施例中，小效率纤维具有在0.6微米至0.8微米范围内的纤维直径。在另外的示例性实施例中，小效率纤维具有0.7微米(700nm)的纤维直径。
在一些实施例中，小效率纤维具有至少0.5mm、至少1mm、或至少1.5mm的长度。在一些实施例中，小效率纤维具有最大为10mm、最大为11mm、最大为12mm、或最大为15mm的长度。在示例性实施例中，小效率纤维具有在1mm至15mm范围内的长度。在另外的示例性实施例中，小效率纤维具有在1mm至12mm范围内的长度。
在一个示例性实施例中，小效率纤维是PET纤维，其具有0.7微米的纤维直径。
在一些实施例中，当小效率纤维包括PET时，小效率纤维的PET具有至少250℃、更优选至少275℃、甚至更优选至少290℃的熔点。
支撑层
在一些实施例中，复合材料包含支撑层(也称为稀松布)。可以使用任何合适的支撑层。
支撑层可以包括任何合适的多孔材料或由任何合适的多孔材料制成。在一些实施例中，支撑层可以优选为聚合物的。
用于支撑层的合适材料的实例包括纺粘、湿法成网、梳理或熔喷非织造材料，或其组合，包括例如纺粘-熔喷-纺粘材料。纤维可以呈织造物或非织造物的形式。合成非织造物的实例包括聚酯非织造物、尼龙非织造物、聚烯烃(例如，聚丙烯)非织造物、聚碳酸酯非织造物，或者它们的共混非织造物或多组分非织造物。片状支撑层(例如，纤维素网、合成网和/或玻璃网或组合网)是过滤器支撑层的典型实例。合适的支撑层的其他实例包括纺粘型织物中的聚酯或双组分聚酯纤维或聚丙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯、或聚乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯双组分纤维。
在一些实施例中，支撑层包括多个纤维或股。支撑层的纤维或股是连续的或非连续的。连续纤维(例如股)是通过“连续的”纤维形成工艺制成，如熔喷工艺、熔纺工艺、挤出工艺、织造纱线、铺设稀松布、和/或纺粘工艺，并且典型地具有比非连续纤维更长的长度，如以下更详细描述的。非连续纤维例如是短纤维，其通常被切割(例如从长丝上)或形成为非连续的离散纤维，以具有特定的长度或长度范围。
在某些实施例中，支撑层的多个纤维或股包括合成纤维或股(例如，合成聚合物纤维或股)。支撑层的合成纤维或股可以是连续纤维。合适的合成纤维/股的非限制性实例包括聚酯、芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚烯烃(例如，聚乙烯如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、和/或线性低密度聚乙烯)、乙烯-乙酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚丙烯、Kevlar、Nomex、卤化聚合物(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、腈纶、聚苯醚、聚苯硫醚、热塑性弹性体(例如，热塑性聚氨酯)、聚甲基戊烯及其组合。
在一些实施例中，支撑层的平均孔径为100微米或更小，并且通常至少0.5微米。
在一些实施例中，支撑稀松布的孔隙率为20％或更大，并且典型地不超过90％。
示例性的支撑层包括从俄亥俄州辛辛那提的中西部过滤公司(MidwestFiltering)以商品名FINON C303NW和FINON C3019 NW可获得的支撑层，或者以商品名CEREX 23200(赛雷克斯高级织物公司(Cerex Advanced Fabrics)，加纳(Cantoment)，佛罗里达州)可获得的支撑层。CEREX 23200包括尼龙6,6，具有8.4密耳(0.21mm)厚度，67.8g/m2基重，28％实度以及615.1的渗透性/实度。其他的示例性稀松布材料描述于例如美国专利公开2009/0120868中。
使用复合材料的方法
在另一方面，本披露描述了使用本文所述的复合材料的方法。
在一些实施例中，使用复合材料的方法包括过滤液体流。例如，此种方法可以包括使包含污染物的液体流通过复合材料，并从液体流除去污染物。
液体流可以包括例如燃料、液压油、工艺用水、空气、柴油发动机流体(DEF)、柴油发动机润滑油、漏气等及其组合。
在一些实施例中，使用复合材料的方法包括使液体流通过第一非织造过滤介质、然后通过第二非织造过滤介质、然后通过第三非织造过滤介质。
制造复合材料的方法
在另外的方面，本披露描述了制造复合材料的方法。
在一些实施例中，第一非织造过滤介质和第二非织造过滤介质可以被独立制造。在一些实施例中，第一非织造过滤介质和第三非织造过滤介质可以被独立制造。在一些实施例中，第二非织造过滤介质和第三非织造过滤介质可以被独立制造。在一些实施例中，第一非织造过滤介质、第二非织造过滤介质和第三非织造过滤介质可以被独立制造。当非织造过滤介质被独立制造时，即使它们通过相同的方法形成，它们也不是在同一工艺中制造的。例如，即使三种过滤介质中的每一种是使用湿法成网工艺制造的，如果它们被独立制造，它们是在三个单独的湿法成网工艺中形成，并然后置于与彼此接触，而不是在单一的湿法成网工艺中形成。
在一些实施例中，第一非织造过滤介质、第二非织造过滤介质和第三非织造过滤介质中的至少一种是使用湿法成网工艺形成。在一些实施例中，第一非织造过滤介质、第二非织造过滤介质和第三非织造过滤介质是使用湿法成网工艺形成。
在一些实施例中，制造复合材料的方法包括将第一非织造过滤介质置于与第二非织造过滤介质接触，或者将第二非织造过滤介质置于与第三非织造过滤介质接触，或者两者。
当复合材料包含支撑层时，方法可以进一步包括将第三非织造过滤介质置于与支撑层接触。在一些实施例中，方法可以包括在支撑层上形成第三非织造过滤介质。
在一些实施例中，制造复合材料的方法包括将第一非织造过滤介质与第二非织造过滤介质结合，或者将第二非织造过滤介质与第三非织造过滤介质结合，或者两者。可以使用任何合适的结合手段，其包括例如层压。
示例性复合材料方面
方面A1是一种包含以下的复合材料：第一非织造过滤介质，其包含：40wt％至90wt％的第一双组分纤维，该第一双组分纤维具有在5微米至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；0wt％至25wt％的第一大效率纤维，该第一大效率纤维具有在1微米至5微米范围内的纤维直径；以及10wt％至60wt％的第一微纤化纤维，其中大部分该微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸；任选地，第二非织造过滤介质，其包含：40wt％至90wt％的第二双组分纤维，该第二双组分纤维具有在5至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；0wt％至25wt％的第二大效率纤维；以及10wt％至60wt％的第二微纤化纤维，其中大部分该微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸；以及第三非织造过滤介质，其包含具有至少0.1微米且小于1微米的纤维直径的小效率纤维；其中该复合材料基本上不含玻璃纤维。
方面A2是如方面A1所述的复合材料，其中该第一双组分纤维包括结构聚合物部分和热塑性粘合剂聚合物部分，其中该结构聚合物部分具有比该粘合剂聚合物部分的熔点高的熔点。
方面A3是如方面A1或A2所述的复合材料，其中该第二双组分纤维包括结构聚合物部分和热塑性粘合剂聚合物部分，其中该结构聚合物部分具有比该粘合剂聚合物部分的熔点高的熔点。
方面A4是如方面A2或A3所述的复合材料，其中该双组分纤维的该结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且该双组分纤维的该粘合剂聚合物部分具有最大为115℃的熔点。
方面A5是如方面A2或A3所述的复合材料，其中该双组分纤维的该结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且该双组分纤维的该粘合剂聚合物部分具有在100℃至190℃范围内的熔点。
方面A6是如方面A5所述的复合材料，其中该双组分纤维的粘合剂聚合物部分具有在140℃至160℃范围内的熔点。
方面A7是如方面A1至A6中任一项所述的复合材料，其中该第一双组分纤维或该第二双组分纤维包括至少两种不同的双组分纤维。
方面A8是如方面A1至A7中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质包含40wt％至60wt％的该第一双组分纤维。
方面A9是如方面A1至A8中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质包含40wt％至60wt％的该第二双组分纤维。
方面A10是如方面A1至A9中任一项所述的复合材料，其中该第一大效率纤维具有2.7微米的纤维直径。
方面A11是如方面A1至A10中任一项所述的复合材料，其中该第一大效率纤维包括PET。
方面A12是如方面A1至A11中任一项所述的复合材料，其中该第二纤维大效率纤维具有2.7微米的纤维直径。
方面A13是如方面A1至A12中任一项所述的复合材料，其中该第二大效率纤维包括PET。
方面A14是如方面A1至A13中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质包含至少10wt％的该第一大效率纤维。
方面A15是如方面A1至A14中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质包含至少10wt％的该第二大效率纤维。
方面A16是如方面A1至A15中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质的大部分微纤化纤维具有最大为2微米的横向尺寸。
方面A17是如方面A1至A16中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质的大部分微纤化纤维具有最大为2微米的横向尺寸。
方面A18是如方面A1至A17中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质的大部分微纤化纤维具有在0.5微米至1.5微米范围内的横向尺寸。
方面A19是如方面A1至A18中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质的大部分微纤化纤维具有在0.5微米至1.5微米范围内的横向尺寸。
方面A20是如方面A1至A19中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质包含10wt％至40wt％的微纤化纤维。
方面A21是如方面A1至A20中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质包含10wt％至40wt％的微纤化纤维。
方面A22是如方面A1至A21中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质具有在5％至15％范围内的实度。
方面A23是如方面A1至A22中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质具有在24g/m2至100g/m2范围内的基重。
方面A24是如方面A1至A23中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质具有0.5微米至20微米的孔径。
方面A25是如方面A1至A24中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质具有在0.12mm至1mm范围内的厚度。
方面A26是如方面A1至A25中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质具有在0.5英寸水下1ft3/ft2/min至在0.5英寸水下100ft3/ft2/min范围内的渗透性。
方面A27是如方面A1至A26中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质具有在5％至15％范围内的实度。
方面A28是如方面A1至A27中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质具有在24g/m2至100g/m2范围内的基重。
方面A29是如方面A1至A28中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质具有0.5微米至20微米的孔径。
方面A30是如方面A1至A29中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质具有在0.12mm至1mm范围内的厚度。
方面A31是如方面A1至A30中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质具有在0.5英寸水下1ft3/ft2/min至在0.5英寸水下100ft3/ft2/min范围内的渗透性。
方面A32是如方面A1至A31中任一项所述的复合材料，其中该小效率纤维具有至少0.4微米且小于1微米的纤维直径。
方面A33是如方面A1至A32中任一项所述的复合材料，其中该小效率纤维具有在0.6微米至0.8微米范围内的纤维直径。
方面A34是如方面A1至A33中任一项所述的复合材料，其中该小效率纤维包括具有0.7微米的纤维直径的纤维。
方面A35是如方面A1至A34中任一项所述的复合材料，其中该小效率纤维PET包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
方面A36是如方面A1至A35中任一项所述的复合材料，其中该复合材料基本上不含树脂。
方面A37是如方面A1至A36中任一项所述的复合材料，其中该复合材料不含玻璃纤维。
方面A38是如方面A1至A37中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质、该第二非织造过滤介质和该第三非织造过滤介质是离散的层。
方面A39是如方面A1至A38中任一项所述的复合材料，其中该非织造过滤介质被配置成使液体通过该第一非织造过滤介质、然后通过该第二非织造过滤介质、并然后通过该第三非织造过滤介质。
方面A40是如方面A1至A39中任一项所述的复合材料，该非织造过滤介质进一步包含支撑层。
A41是如方面A40所述的复合材料，该支撑层包含多孔聚合物材料。
方面A42是如方面A40或A41所述的复合材料，其中该非织造过滤介质被配置成使液体通过该第一非织造过滤介质、然后通过该第二非织造过滤介质、然后通过该第三非织造过滤介质、并然后通过该支撑层。
方面A43是如方面A40至A42中任一项所述的复合材料，其中该第三非织造过滤介质与该支撑层接触。
方面A44是如方面A1至A43中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质与该第二非织造过滤介质接触，并且该第二非织造过滤介质与该第三非织造过滤介质接触。
方面A45是如方面A1至A44中任一项所述的复合材料，其中该第一大效率纤维包括PET并且该PET具有至少250℃、至少275℃、或至少290℃的熔点。
方面A46是如方面A1至A45中任一项所述的复合材料，其中该第二大效率纤维包括PET并且该PET具有至少250℃、至少275℃、或至少290℃的熔点。
方面A47是如方面A1至A46中任一项所述的复合材料，其中该第一非织造过滤介质的微纤化纤维包括微纤化纤维素纤维。
方面A48是如方面A1至A47中任一项所述的复合材料，其中该第二非织造过滤介质的微纤化纤维包括微纤化纤维素纤维。
使用复合材料方面的示例性方法
方面B1是一种过滤液体流的方法，该方法包括使包含污染物的液体流通过“示例性复合材料方面”(方面A1至A48)中任一项所述的复合材料，并从该液体流中除去该污染物。
方面B2是如方面B1所述的方法，其中该液体流包括燃料、液压油、工艺用水、空气、柴油发动机流体(DEF)、柴油发动机润滑油、或漏气或其组合。
方面B3是如方面B1或B2所述的方法，其中使液体流通过该第一非织造过滤介质、然后通过该第二非织造过滤介质、然后通过该第三非织造过滤介质。
制造复合材料方面的示例性方法
方面C1是一种制造“示例性复合材料方面”(方面A1至A48)中任一项所述的复合材料的方法，该方法包括独立地制造该第一非织造过滤介质、该第二非织造过滤介质和该第三非织造过滤介质。
方面C2是如方面C1所述的方法，其中该第一非织造过滤介质、该第二非织造过滤介质和该第三非织造过滤介质是使用湿法成网工艺形成。
方面C3是如方面C1或C2所述的方法，该方法进一步包括将该第一非织造过滤介质置于与该第二非织造过滤介质接触，或者将该第二非织造过滤介质置于与该第三非织造过滤介质接触。
方面C4是如方面C3所述的方法，该方法进一步包括将该第一非织造过滤介质与该第二非织造过滤介质结合，或者将该第二非织造过滤介质与该第三非织造过滤介质结合，或者两者。
方面C5是如方面C4所述的方法，其中结合包括层压。
方面C6是如方面C1至C5中任一项所述的方法，该方法进一步包括将该第三非织造过滤介质置于与支撑层接触。
本发明通过以下实例进行说明。应理解，具体实例、材料、量以及程序应根据如在此所阐述的本发明的范围和精神广义地解释。
实例
以下示例中使用的所有试剂、起始材料和溶剂均购自商业供应商(例如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司)，除非另有说明，否则无需进一步纯化即可使用。
介质表征
液体过滤性能测试
使用圆形平板计算压差和4μmβ(β4μm)。如ISO 16889:2008(液压传动过滤器-评价滤芯过滤性能的多次通过法(Hydraulic fluid power—Filters—Multi-pass methodfor evaluating filtration performance of a filter element))中所述测试介质，除了使用ISO细测试粉尘代替ISO中等测试粉尘装载液压流体。介质面积为0.0507m2；测试流速为2L/分钟，并且测试进行至200kPa的终端元件压差。
实度
使用以下等式计算非织造层(包括例如非细纤维层或包括细纤维层和非细纤维层的复合材料)的实度(c)：
c＝BW/ρZ
其中BW是基重，ρ是纤维的密度，并且Z是介质的厚度。
根据TAPPI T411 om-15，标题为“Thickness(caliper)of paper,paperboard,andcombined board[纸、纸板和组合板的厚度(卡尺)]”测量厚度；使用1.5psi的脚压。使用TAPPI T410测量基重。
实例1
该实例描述了通过使用包括细纤维层的复合材料获得的提高的效率和寿命。
制备平板，其包括稀松布(1oz/yd2聚酯，以商品名Reemay销售)和叠加在稀松布上的
Figure BDA0003644642950000251
10XP(唐纳森公司(Donaldson Company,Inc.)明尼苏达州明尼阿波利斯)(图2A，左图)，或者使用相同的稀松布(在其上具有电纺形成层的1μm直径细纤维)以及叠加在细纤维层上的
Figure BDA0003644642950000252
10XP(图2A，右图)。
如图1A所示，与没有细纤维层的平板相比，添加细纤维层提高了平板的负载容量(即寿命)。如图1B所示，与没有细纤维层的平板相比，添加细纤维层提高了平板的效率。
这些结果是出乎意料的，因为之前已经报道过在介质层之间产生界面是不希望的，并且相反应该追求梯度结构。(参见例如美国公开号2014/0360145。)
不希望受理论束缚，据信在介质层之间产生界面可以允许更高的效率，因为每层的不均匀性在整个介质的深度上并不一致。
实例2
在包括稀松布、700nm直径的PET纤维层和如实例1中所述制备的手抄片(handsheet)的平板中，预期与实例1中报道的相同的负载容量和效率的提高，该手抄片包括40％-60％14μm直径的双组分纤维、0％-25％2.5μm直径的PET纤维和10％-40％1μm直径的原纤化人造丝纤维(图2B)。
不希望受理论束缚，据信700nm直径的PET纤维层将充当效率层，并且手抄片将充当负载层。可变效率(否则如果单独使用手抄片会观察到)预期将通过与700nm直径的PET纤维(充当效率层)组合而消除。
不希望受理论束缚，据信在介质层之间产生界面可以允许更高的效率，因为每层的不均匀性在整个介质的深度上并不一致。
将本文引用的所有专利、专利申请和出版物以及可以电子方式获得的材料的全部披露内容通过援引并入。在本申请的披露内容与通过援引并入本文的任何文献的披露内容之间存在任何不一致的情况下，应以本申请的披露内容为准。上述详细说明和实例仅是为了获得清楚的理解而给出。不应由此理解为不必要的限制。本发明并不限于所示和所述的准确细节，对本领域的技术人员显而易见的变型将包括在由权利要求书所限定的本发明内。

Claims (15)

1.一种复合材料，所述复合材料包含：
第一非织造过滤介质，其包含：
40wt％至90wt％的第一双组分纤维，所述第一双组分纤维具有在5微米至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；
0wt％至25wt％的第一大效率纤维，所述第一大效率纤维具有在1微米至5微米范围内的纤维直径；以及
10wt％至60wt％的第一微纤化纤维，其中大部分所述微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸；
任选地，第二非织造过滤介质，其包含：
40wt％至90wt％的第二双组分纤维，所述第二双组分纤维具有在5微米至50微米范围内的纤维直径和0.1cm至15cm的纤维长度；
0wt％至25wt％的第二大效率纤维，所述第二大效率纤维具有在1微米至5微米范围内的纤维直径；以及
10wt％至60wt％的第二微纤化纤维，其中大部分所述微纤化纤维具有最大为4微米的横向尺寸；以及
第三非织造过滤介质，其包含具有至少0.1微米且小于1微米的纤维直径的小效率纤维；
其中所述复合材料基本上不含玻璃纤维。
2.如权利要求1所述的复合材料，其中，所述双组分纤维的结构聚合物部分具有至少240℃的熔点，并且所述双组分纤维的粘合剂聚合物部分具有在100℃至190℃范围内的熔点。
3.如权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述第一大效率纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，或者其中，所述第二大效率纤维包括PET或两者。
4.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述小效率纤维具有在0.6微米至0.8微米范围内的纤维直径。
5.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述小效率纤维包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
6.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述复合材料基本上不含树脂。
7.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述复合材料不含玻璃纤维。
8.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述第一非织造过滤介质、所述第二非织造过滤介质和所述第三非织造过滤介质是离散的层。
9.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述非织造过滤介质被配置成使液体通过所述第一非织造过滤介质、然后通过所述第二非织造过滤介质、并然后通过所述第三非织造过滤介质。
10.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，所述非织造过滤介质进一步包含支撑层。
11.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述第三非织造过滤介质与所述支撑层接触。
12.如前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中，所述微纤化纤维包括微纤化纤维素纤维。
13.一种过滤液体流的方法，所述方法包括：
使包含污染物的液体流通过前述权利要求中任一项所述的复合材料，并且
从所述液体流中除去所述污染物。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述液体流包含空气。
15.一种制造如权利要求1所述的复合材料的方法，所述方法包括：独立地制造所述第一非织造过滤介质、所述第二非织造过滤介质和所述第三非织造过滤介质。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4309845C2 (de) 1993-03-26 1996-10-31 Seitz Filter Werke Filtermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
US8308834B2 (en) * 2007-03-05 2012-11-13 Bha Group, Inc. Composite filter media
DE202007013215U1 (de) 2007-09-19 2009-02-12 Mann+Hummel Gmbh Getriebeölfilter mit abströmseitiger Meltblownlage
JP5865058B2 (ja) 2011-12-19 2016-02-17 株式会社マーレ フィルターシステムズ フィルター用ろ材およびその製造方法、ならびにフィルター
US20210154607A1 (en) * 2018-04-16 2021-05-27 Ahlstrom-Munksjö Oyj Filtration media especially useful for filtering fluids associated with wire electron discharge machining (wedm) processes

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