DE202010009671U1

DE202010009671U1 - Schmelzblas-Filtermaterial, zugehörige Einsatzmöglichkeiten und Verwendungen

Info

Publication number: DE202010009671U1
Application number: DE201020009671
Authority: DE
Original assignee: Hollingsworth and Vose Co
Current assignee: Hollingsworth and Vose Co
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2020-07-01

Abstract

Ein Filterelement, umfassend:
einen Einlass;
einen Auslass;
ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Filtermaterial, wobei das Filtermaterial umfasst:
eine erste, zum Einlass schauende Substratschicht, wobei die Substratschicht eine Luftpermeabilität von mindestens 70 CFM hat; und
eine zweite Schicht, umfassend ein Schmelzblasmaterial, die stromabwärts zur ersten Substratschicht angeordnet ist.

Description

Gebiet
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen sowohl Filtermaterialien als auch zugehörige Anordnungen, Systeme und Verfahren.
Hintergrund
Filtermaterialien werden in einer Vielfalt von Systemen eingesetzt. Die Filtermaterialien werden typischerweise dazu verwendet, um unerwünschte Stoffe (z. B. Teilchen) aus einer Flüssigkeit oder einem Gas zu entfernen, indem die Flüssigkeit oder das Gas durch das Filtermaterial geleitet wird.
Kurzfassung
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen sowohl Filtermaterialien als auch zugehörige Anordnungen, Systeme und Verfahren.
In einem Aspekt werden Filterelemente bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst das Filterelement einen Einlass, einen Auslass und ein Filtermaterial, das zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist. Das Filtermaterial enthält eine erste Substratschicht, die dem Einlass zugewandt ist, wobei die Substratschicht eine Luftdurchlässigkeit von mindesten 70 CFM (beispielsweise zumindest 100 CFM, zumindest 125 CFM, zumindest 150 CFM) hat. Das Filtermaterial kann auch eine zweite Schicht enthalten, die ein stromabwärts zur ersten Schicht angeordnetes Schmelzblasmaterial umfasst.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Filterelement einen Einlass, einen Auslass und ein Filtermaterial, das zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist. Das Filtermaterial enthält eine erste, oberste Schicht, die ein Substrat umfasst, und eine zweite Schicht, die ein stromabwärts zur ersten Schicht angeordnetes Schmelzblasmaterial umfasst. Das Filtermaterial hat ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 70 g/m².
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Filterelement einen Einlass, einen Auslass und ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Filtermaterial. Das Filtermaterial enthält eine erste Substratschicht, die dem Einlass zugewandt ist, wobei die Substratschicht eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 70 CFM (beispielsweise mindestens 100 CFM, mindestens 125 CFM, mindestens 150 CFM) hat. Das Filtermaterial kann auch eine zweite Schicht enthalten, die eine Vielzahl von Kunstfasern mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 1,5 μm umfasst. In einigen Ausführungsformen können die Kunstfasern Schmelzblasfasern oder Elektrospinnfasern sein.
In einem anderen Aspekt werden Verfahren zum Filtern eines Fluids bereitgestellt. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Durchleiten eines Fluids (beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit) durch ein Filtermaterial. Das Filtermaterial enthält eine erste, oberste Schicht, die ein Substrat mit einer Luftdurchlässigkeit von mindestens 70 CFM (beispielsweise mindestens 100 CFM, mindestens 125 CFM, mindestens 150 CFM) umfasst. Die zweite Schicht enthält ein stromabwärts zur ersten Schicht angeordnetes Schmelzblasmaterial.
In einer anderen Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Filtern eines Fluids das Durchleiten eines Fluids durch ein Filtermaterial. Das Filtermaterial enthält eine erste, oberste Schicht, die ein Substrat umfasst, und eine zweite, stromabwärts zur ersten Schicht angeordnete Schicht, die ein Schmelzblasmaterial umfasst. Das Filtermaterial hat ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 70 g/m².
In dem oben beschriebenen Filtermaterial kann die erste Substratschicht eine Luftdurchlässigkeit von zwischen 100 CFM und 300 CFM (beispielsweise zwischen 160 CFM und 200 CFM) haben. Die erste Substratschicht kann ein Grundgewicht von mindestens 150 g/m² haben. Die Dicke der Substratschicht kann mindestens 400 μm betragen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die erste Substratschicht ein organisches Polymer.
Die zweite Schicht kann Schmelzblasfasern mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 1,5 μm (beispielsweise ein mittlerer Durchmesser von höchstens 0,8 μm oder höchstens 0,6 μm) umfassen. Die Dicke der zweiten Schicht kann von 30 μm bis 100 μm betragen.
Wahlweise enthält das Filtermaterial eine dritte Schicht, die einen Gitterstoff oder einen Klebstoff umfasst. Zusätzlich kann das Filtermaterial im Wesentlichen frei von einer Ölbeschichtung sein.
Das Filtermaterial kann ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 150 g/m² (beispielsweise mindestens 200 g/m²) haben. Des Weiteren kann das Filtermaterial eine Luftdurchlässigkeit von 100 bis 200 CFM besitzen. Das Filtermaterial kann eine anfängliche Staubrückhalteeffizienz von wenigstens 90% für 10 μm Partikel haben, und/oder eine anfängliche Staubrückhalteeffizienz von wenigstens 95% für 20 μm Teilchen.
Das Filterelement kann ein Kraftfahrzeugfilter (z. B. ein Luftfilter für Kraftfahrzeuge) sein.
In einem Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der eine erste, eine zweite und eine dritte Schicht enthält. Die zweite Schicht enthält ein Schmelzblasmaterial. Die dritte Schicht enthält einen Klebstoff und befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Schicht.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der eine erste Schicht, eine zweite Schicht und eine dritte Schicht enthält. Wahlweise kann die dritte Schicht ein Gitterstoff sein. Die zweite Schicht enthält ein Schmelzblasmaterial. Der Gitterstoff befindet sich zwischen der ersten und der zweiten Schicht, oder die zweite Schicht befindet sich zwischen der ersten Schicht und dem Gitterstoff.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der eine erste, zweite und dritte Schicht enthält. Die zweite Schicht enthält ein Schmelzblasmaterial, und die dritte Schicht befindet sich zwischen erster und zweiter Schicht. Der Gegenstand ist ein Filtermaterial.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung eine Anordnung, die ein Gehäuse und ein in dem Gehäuse montiertes Filtermaterial enthält. Das Filtermaterial kann beispielsweise irgendeiner der in den nachfolgenden drei Paragraphen beschriebenen Gegenstände sein.
In einem noch anderen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer anfänglichen Staubrückhalteeffizienz von mindestens 90%, und einem Staubaufnahmevermögen von mindestens 50 g/m².
In einem noch anderen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer periodischen Staubrückhalteeffizienz von mindestens 90% und einem Staubaufnahmevermögen von mindestens 50 g/m².
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer anfänglichen Reinigungsfähigkeits-Testzeit von mindestens 4 Stunden.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer Rückhalteeffizienz für Rußteilchen von mindestens 80%.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer Filtrationseffizienz für NaCl-Teilchen von mindestens 30% und einer Rückhalte-Testzeit für NaCl-Teilchen von mindestens 40 Minuten.
In noch einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer Flüssigkeitsfiltrationseffizienz von mindestens 45%.
In einem noch weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung ein Verfahren, das das Bilden eines jeden Gegenstandes und/oder Filtermaterials, die in den nachfolgenden Paragraphen der Kurzfassung beschrieben sind, einschließt.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Verfahren, das das Ankleben eines Schmelzblasmaterials an einen ein Substrat umfassenden Gegenstand einschließt, um ein Filtermaterial bereitzustellen.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Verfahren, das das Stützen eines Schmelzblasmaterials mit einem Gitterstoff zum Bereitstellen eines ersten Artikels, und das Verbinden des ersten Gegenstandes mit einem Substrat einschließt, um ein Filtermaterial bereitzustellen.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial, das eine erste und eine zweite Schicht einschließt. Die zweite Schicht kann sich von der ersten Schicht unterscheiden. Die zweite Schicht enthält ein erstes Schmelzblasmaterial. Die erste Schicht kann beispielsweise ein Schmelzblasmaterial oder ein Elektrospinnmaterial sein. In einigen Ausführungsformen werden die erste und zweite Schicht durch eine andere Schicht gestützt.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial, das eine erste, zweite und dritte Schicht einschließt. Die zweite Schicht enthält eine Vielzahl von Fasern, und die zweite Schicht hat eine Dicke von wenigstens 5 μm. Die dritte Schicht enthält einen Gitterstoff oder einen Klebstoff.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung irgendeinen der Gegenstände und/oder Filtermaterialien, die in den nachfolgenden Paragraphen der Kurzfassung beschrieben sind, mit einer gealterten Reinigungsfähigkeits-Testzeit, die mindestens 70% der anfänglichen Reinigungsfähigkeits-Testzeit ist.
In noch einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer gealterten Reinigungsfähigkeits-Testzeit, die mindestens 70% der anfänglichen Reinigungsfähigkeits-Testzeit ist.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand oder ein Filtermaterial, wie in irgendeinem der nachfolgenden Paragraphen der Kurzfassung beschrieben, mit einer Flüssigkeitsfiltrations-Retentionseffizienz von mindestens 60%.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung ein Filtermaterial mit einer Flüssigkeitsfiltrations-Retentionseffizienz von mindestens 60%.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der ein Substrat und ein mit dem Substrat verbundenes Schmelzblasmaterial enthält.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung eine Schmelzblasschicht mit einer Vielzahl von Gipfeln und Tälern, wobei der Abstand zwischen benachbarten Tälern mindestens 400 μm beträgt.
In noch einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der eine erste Schicht und eine mit der ersten Schicht verbundene zweite Schicht enthält, wobei die zweite Schicht Fasern mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 1,5 μm umfasst.
In einem Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, enthaltend eine erste Schicht mit erster und zweiter Seite; eine zweite Schicht, umfassend ein Schmelzblasmaterial; und ein Material zwischen der ersten Seite der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Der Gegenstand hat eine Riffelungskanalweite von mindestens 150 mil, eine Riffelungstiefe von mindestens 8 mil auf der ersten Seite der ersten Schicht und eine Riffelungstiefe von mindestens 8 mil auf der zweiten Seite der ersten Schicht.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht mit erster und zweiter Seite; eine zweite, Fasern umfassende Schicht; und ein Material zwischen der ersten Seite der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Mindestens 5% der Fasern in der zweiten Schicht erstrecken sich über eine Distanz von mindestens 0,3 μm in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der zweiten Schicht ist. Der Gegenstand hat eine Riffelungskanalweite von mindestens 150 mil, eine Riffelungstiefe von mindestens 8 mil auf der ersten Seite der ersten Schicht, und eine Riffelungstiefe von mindestens 8 mil auf der zweiten Seite der ersten Schicht.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht mit erster und zweiter Seite; eine zweite Schicht, die Fasern mit einer geometrischen Standardabweisung im Faserdurchmesser von mehr als 1,3 umfasst; und ein Material zwischen der ersten Seite der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Der Gegenstand hat eine Riffelungskanalweite von mindestens 150 mil, eine Riffelungstiefe von mindestens 8 mil auf der ersten Seite der ersten Schicht, und eine Riffelungstiefe von mindestens 8 mil auf der zweiten Seite der ersten Schicht.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung eine erste Schicht mit erster und zweiter Seite; eine zweite Schicht, die ein Schmelzblasmaterial umfasst; und ein Material zwischen der ersten Seite der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Der Gegenstand ist ein geriffelter Gegenstand mit einer beibehaltenden Riffelung von mindestens 25%.
In einem Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht mit erster und zweiter Seite; eine Fasern umfassende zweite Schicht, wobei sich mindestens 5% der Fasern in der zweiten Schicht über eine Distanz von mindestens 0,3 μm in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der zweiten Schicht ist, erstrecken; und ein Material zwischen der ersten Seite der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Der Gegenstand ist ein geriffelter Gegenstand mit einer beibehaltenen Riffelung von mindestens 25%.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht mit erster und zweiter Seite; eine zweite Schicht, die Fasern mit einer geometrischen Standardabweichung im Faserdurchmesser von mehr als 1,3 umfasst; und ein Material zwischen der ersten Seite der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Der Gegenstand ist ein geriffelter Gegenstand mit einer beibehaltenen Riffelung von mindestens 25%.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, einschließend eine erste Schicht; eine zweite Schicht, die ein Schmelzblasmaterial umfasst; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Der Klebstoff ist in mindestens 70% der Fläche zwischen der ersten und der zweiten Schicht vorhanden.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht; eine Fasern umfassende zweite Schicht; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Der Klebstoff ist in mindestens 70% der Fläche zwischen der ersten und der zweiten Schicht vorhanden, und mindestens 5% der Fasern in der zweiten Schicht erstrecken sich über eine Distanz von mindestens 0,3 μm in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der zweiten Schicht ist.
In einem Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der enthält eine erste Schicht; eine zweite, Fasern umfassende Schicht; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Der Klebstoff ist in mindestens 70% der Fläche zwischen der ersten und der zweiten Schicht vorhanden, und die Fasern in der zweiten Schicht haben eine geometrische Standardabweichung im Faserdurchmesser von mehr als 1,3.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der enthält eine erste Schicht; eine zweite, ein Schmelzblasmaterial umfassende Schicht; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Die mittlere Haftfestigkeit zwischen der ersten und der zweiten Schicht ist mindestens 0,5 Ounce pro inch.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der enthält eine erste Schicht; eine zweite, Fasern umfassende Schicht, wobei sich mindesten 5% der Fasern in der zweiten Schicht über eine Distanz von mindestens 0,3 μm in einer Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der zweiten Schicht ist; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Die mittlere Haftfestigkeit zwischen der ersten und der zweiten Schicht ist mindestens 0,5 Ounce pro inch.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der enthält eine erste Schicht; eine zweite Schicht, die Fasern mit einer geometrischen Standardabweichung im Faserdurchmesser von mehr als 1,3 umfasst; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Die mittlere Haftfestigkeit zwischen der ersten und der zweiten Schicht ist mindestens 0,5 Ounce pro inch.
In einem Aspekt umfasst die Offenbarung einen Gegenstand, der enthält eine erste Schicht; eine zweite, ein Schmelzblasmaterial umfassende Schicht; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Der Klebstoff hat eine offene Zeit von mindestens 15 Sekunden.
In einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht; eine zweite, Fasern umfassende Schicht; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Der Klebstoff hat eine offene Zeit von mindestens 15 Sekunden, und mindestens 15% der Fasern in der zweiten Schicht erstrecken sich über eine Distanz von mindestens 0,3 μm in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der zweiten Schicht ist.
In einem weiteren Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht; eine zweite, Fasern umfassende Schicht; und einen Klebstoff zwischen der ersten und der zweiten Schicht. Der Klebstoff hat eine offene Zeit von mindestens 15 Sekunden, und die Fasern in der zweiten Schicht haben eine geometrischen Standardabweichung von mehr als 1,3.
In einem zusätzlichen Aspekt zeigt die Offenbarung einen Gegenstand, der einschließt eine erste Schicht, und eine zweite, ein Schmelzblasmaterial umfassende Schicht. Der Gegenstand hat einen Beta-Zerfall von höchstens 20% bei einer Teilchengröße von 4 μm.
In noch einem anderen Aspekt zeigt die Offenbarung ein Verfahren, das die Verwendung eines Drucks von 20 Pound pro linearem inch bis 40 Pound pro linearem inch zum Anhaftenlassen eines Schmelzblasmaterials an einen ein Substrat umfassenden Artikel einschließt, um ein Filtermaterial bereitzustellen.
Die Ausführungsformen können einen oder mehrere der folgenden Vorteile aufweisen.
Ausführungsformen können einen oder mehrere der folgenden Vorteile bereitstellen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Filtermaterial verhältnismäßig dauerhaft, verhältnismäßig gut im Einfangen feiner Teilchen, verhältnismäßig gut im Rückhalten von Material (z. B. Staub), sein, es kann verhältnismäßig gute Reinigungsfähigkeit, verhältnismäßig guten Rußeinfang, und/oder verhältnismäßig gute Flüssigkeitsfiltration zeigen. In einigen Ausführungsformen kann das Filtermaterial gleichzeitig Vorteile zeigen, die typischerweise durch wenigstens einige bekannte Filtermedien gleichzeitig nicht bereitgestellt werden. Als ein Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen das Filtermaterial effektiv im Einfangen feiner Teilchen sein, während es auch verhältnismäßig dauerhaft ist. Als anderes Beispiel fängt in einigen Ausführungsformen das Filtermaterial effizient Teilchen ein, während es ebenfalls eine gute Fähigkeit im Rückhalten von Materialien (z. B. Staub) besitzt. Als ein weiteres Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen das Filtermaterial erhöhte Teilchenrückhalteeffizienz zeigen, während es das Teilchenaufnahmevermögen beibehält oder erhöht. In bestimmten Ausführungsformen können sowohl das Filtermaterial als auch die zugehörigen Filtersysteme auf eine verhältnismäßig schnelle, billige und/oder einfache Weise hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen können die hier beschriebenen Prozesse dazu verwendet werden, um einen geriffelten Gegenstand (z. B. geriffeltes Filtermaterial) bereitzustellen, der gute Riffelungseigenschaften aufweist. Als ein Beispiel kann ein geriffelter Gegenstand ein Substrat einschließen (das so geriffelt ist wie bereitgestellt), welches darauf angeordnet eine Klebstoff- und Zusatzschicht besitzt, worauf die Riffelungseigenschaften (z. B. Riffelungstiefe) des Endprodukts sich nicht wesentlich unterscheidet von der Riffelungstiefe des Substrats, wie es bereitgestellt war, bevor die Klebstoff- und Zusatzschichten darauf aufgebracht wurden. Als ein anderes Beispiel kann ein geriffelter Gegenstand ein Substrat einschließen (das wie bereitgestellt geriffelt ist), das eine darauf aufgebrachte Klebstoff- und Zusatzschicht besitzt, worauf die Riffelungseigenschaften (z. B. Riffelungstiefe) der Seite des Gegenstandes mit der Klebstoff- und Zusatzschicht sich nicht wesentlich von der Riffelungstiefe der anderen Seite des Gegenstandes unterscheidet.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Offenbarung kann auf der Grundlage sowohl der untenstehenden Beschreibung als auch der Figuren besser verstanden werden, wobei:
1 ein Querschnitt eines Filtermediums ist;
2 ein Querschnitt eines gefalteten Filtermaterials ist;
3 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Filteranordnung enthaltend ein Filtermaterial ist;
4 ein Querschnitt eines geriffelten Filtermaterials ist;
5 eine schematische Darstellung eines Systems ist, das so gestaltet ist, dass es in der Herstellung eines Filtermaterials verwendet werden kann;
6 ein Querschnitt einer Schmelzblasschicht ist; und
7 eine schematische Darstellung eines Systems ist, das so gestaltet ist, dass es in der Herstellung eines Filtermaterials verwendet werden kann.
Ausführliche Beschreibung
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen sowohl Filtermaterialien, als auch zugehörige Anordnungen, Systeme und Verfahren. 1 ist ein Querschnitt eines beispielhaften Filtermaterials 10, das ein Substrat 12, eine Zwischenschicht 14 und eine Schmelzblasschicht 16 enthält. 2 stellt eine typisch gefaltete Konfiguration des Filtermaterials 10 dar. 3 zeigt eine aufgeschnittene Perspektive einer beispielhaften Filteranordnung 100, die ein Filtergehäuse 101, eine Filterkartusche 102, ein inneres Sieb 108 und ein äußeres Sieb 103 einschließt. Das Filtermaterial 10 ist in der Filterkartusche 102 angeordnet. Während der Verwendung tritt ein Gas in die Anordnung 100 über eine Öffnung 104 ein und tritt dann durch das innere Sieb 108, das Filtermaterial 10 und das äußere Sieb 103 hindurch. Das Gas verlässt dann die Filteranordnung 100 über die Öffnung 106.
I. Filtermaterial
A. Substrat
Das Substrat 12 wird im Allgemeinen dazu verwendet, um dem Filtermedium 10 eine mechanische Integrität zu verleihen.
Das Substrat 12 kann aus einer oder mehreren Materialschichten gebildet werden. Beispiele für Materialien schließen Gläser, Cellulosen, synthetische Materialien, Keramiken, Polymere (beispielsweise organische Polymere), Baumwolle, Hanf, Karbon und Metalle ein. In einigen Ausführungsformen besteht ein Substrat aus einem organischen Polymer. Typischerweise enthält das Substrat 12 Fasern aus einem oder mehreren Materialien. Beispielhafte Klassen von Fasern schließen natürliche Fasern, Kunstfasern, organische Fasern (z. B. organische Polymerfasern) und anorganische Fasern ein. Kombinationen von Fasern und/oder Materialien können verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Substrat 12 eine oder mehrere Schichten enthalten, die keine Fasern enthalten. Beispiele nichtfaseriger Materialien, die in dem Substrat 12 verwendet werden können, schließen offenzellige Schaumstrukturen ein. Offenzellige Schaumstrukturen können beispielsweise aus Polymeren bestehen, wie etwa Polyolefine und Polystyrole. In bestimmten Ausführungsformen ist das Substrat im Wesentlichen frei von einer Ölbeschichtung.
Das Substrat 12 kann unter Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen wird das Substrat 12 durch ein Verfahren hergestellt, das eine Gewebeherstellung (z. B. naßgelegt, trockengelegt, direkt gelegt), Kardieren, Spinnbonden, Schmelzblasen und Filmfibrillation einschließt. Die spezielle Konfiguration des Substrats kann von der beabsichtigten Anwendung des Filtermaterials abhängen, und die spezielle Konfiguration kann verändert werden, um die gewünschten strukturellen Eigenschaften zu erhalten, einschließlich Steifheit, Festigkeit, Faltbarkeit, Temperaturbeständigkeit. Beispielsweise kann, wenn das Filtermedium 10 ausgelegt ist für die Verwendung in Hochleistungs-Luftfiltrationssystemen, Filtrationssystemen für eine Gasturbine, Kraftfahrzeug-Luftfiltrationssystemen, und/oder Impulsreinigungsanwendungen, das Substrat 12 ein nassgelegtes Papier sein, wie etwa Cellulose oder eine Synthetik/Cellulose-Mischung. Als anderes Beispiel kann, wenn das Filtermedium 10 ausgelegt ist für die Verwendung in HVAC-Filtrationssystemen, Flüssigkeitsfiltrationssystemen, HEPA-Filtrationssystemen, und/oder Batterieseparatoren, das Substrat 12 ein nassgelegtes Papier (beispielsweise bestehend aus Cellulose, Glas und/oder Kunstfasern), kardierte Vlies-Stoffe, Spinnvliese, Schmelzblasprodukte oder luftgelegt (beispielsweise Kunststoff oder Cellulose) sein.
Im Allgemeinen kann das Substrat 12 jede gewünschte Dicke aufweisen. Typischerweise ist das Substrat mindestens 200 μm (beispielsweise 300 μm, 400 μm, 500 μmm, 600 μm) dick, und/oder höchstens 1500 μm (beispielsweise 1400 μm, 1300 μm, 1200 μm, 1100 μm, 1000 μm) dick. In einigen Ausführungsformen hat das Substrat 12 eine Dicke von 200 μm bis 1500 μm (z. B. 200 μm bis 1000 μm, 400 μm bis 1000 μm). In der vorliegenden Bezugnahme wird die Dicke des Substrats 12 gemäß TAPPI T411 bestimmt.
Das Grundgewicht des Substrats 12 wird üblicherweise so ausgewählt, dass das Substrat 12 dem Filtermedium 10 ein gewünschtes Maß an mechanischer Integrität verleiht. In bestimmten Ausführungsformen hat das Substrat 12 ein Grundgewicht von mindestens 25 g/m² (beispielsweise mindestens 50 g/m², 75 g/m², 100 g/m², 125 g/m², 150 g/m², 200 g/m²) und/oder höchstens 500 g/m² (z. B. höchstens 400 g/m², 300 g/m², 200 g/m², 150 g/m²). Beispielsweise hat in einigen Ausführungsformen das Substrat 12 ein Grundgewicht von 25 g/m² bis 200 g/m² oder von 25 g/m² bis 400 g/m² (beispielsweise von 50 g/m² bis 200 g/m², von 75 g/m² bis 150 g/m²). In der vorliegenden Bezugnahme wird das Grundgewicht gemäß ASTM D-846 bestimmt.
Das Substrat 12 kann so gestaltet sein, dass es jede gewünschte Luftdurchlässigkeit besitzt. In einigen Ausführungsformen hat das Substrat 12 eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 3 Kubikfuß pro Minute (CFM) (beispielsweise mindestens 10 CFM, 25 CFM, 50 CFM, 75 CFM, 100 CFM, 140 CFM, 160 CFM, 180 CFM) und/oder höchstens 400 CFM (beispielsweise höchstens 300 CFM, 200 CFM, 150 CFM, 100 CFM). Beispielsweise hat das Substrat 12 in bestimmten Ausführungsformen eine Luftdurchlässigkeit von 2 CFM bis 400 CFM (beispielsweise von 10 CFM bis 300 CFM, von 25 CFM bis 200 CFM, von 100 CFM bis 300 CFM, von 160 CFM bis 200 CFM). Wie vorliegend verwendet, wird die Luftdurchlässigkeit bei einem Druck von 0,5 inch Wassersäule gemäß ASTM F778-88 bestimmt. Das Substrat 12 kann auch so gestaltet sein, dass es jede gewünschte Filtrationseffizienz besitzt. In bestimmten Ausführungsformen hat das Substrat 12 eine NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz (gemessen mit einer Flussrate von 32 l/min) von weniger als 10% (beispielsweise weniger als 8%, weniger als 5%) (siehe untenstehende Diskussion hinsichtlich des Tests für die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz).
Während es in 1 als kontinuierlich dargestellt ist, kann das Substrat 12 in einigen Ausführungsformen diskontinuierlich sein. Beispielsweise könnte das Substrat 12 aus Filamenten (Garnen) hergestellt sein, die ihrerseits kontinuierlich oder diskontinuierlich sein könnten. Zusätzlich oder alternativ könnte das Substrat 12 in der Form eines Materials mit Löchern darin (beispielsweise in Form eines Netzes) vorliegen. Zusätzlich oder alternativ könnte das Substrat 12 in der Form von Materialflicken (Tupfen) sein.
B. Zwischenschicht
1. Klebstoff
In einigen Ausführungsformen besteht die Schicht 14 aus einem Klebstoff (beispielsweise einem Heißkleber, einem druckempfindlichen Kleber, einem thermoplastischen Kleber, einem wärmehärtbaren Kleber), der an die Schichten 12 und 16 adhäriert ist. Im Allgemeinen ist der Klebstoff ein Polymer. Beispiele von Polymeren schließen Ethylenvinylacetat-Copolymere, Polyolefine (beispielsweise Polyethylene, Polypropylene, amorphes Polyolefin), Polyamide (beispielsweise Nylons), Epoxide, Cyanoacrylate, Polyurethane (beispielsweise Feuchtigkeits-ausgehärtete Polyurethane) und Polyester ein. In einigen Ausführungsformen ist der Klebstoff ein Ethylenvinylacetat-Copolymer. Beispiele kommerziell erhältlicher Materialien schließen Klebstoffe aus amorphem Polyolefin ein, die von Bostik (Wauwatosa, Wis.) unter den Handelsnamen HM 4379, M2751 und H3199 und von Heartland (Germantown, Wis.) unter dem Handelsnamen H312 erhältlich sind. Beispiele von kommerziell erhältlichen Materialien schließen auch Copolyester ein, die von Bostik (Waiwatosa, Wis.) unter den Handelsnamen HM4199, HM4156 und Vitel 4361B erhältlich sind. Beispiele kommerziell erhältlicher Materialien schließen ferner Polyamide ein, die von Bostik (Waiwatosa, Wis.) unter den Handelsnamen HM 4289LV und HM4229 erhältlich sind.
In einigen Ausführungsformen besteht die Schicht 14 aus einem Gewebe aus Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 4 μm, mit einer geometrischen Standardabweichung von 1,4.
Die Dicke der Klebstoffschicht 14 kann im Allgemeinen wie gewünscht gewählt werden. In einigen Ausführungsformen beträgt die Dicke der Klebstoffschicht 14 mindestens 5 μm (z. B. mindestens 10 μm, mindestens 25 μm) und/oder höchstens 100 μm (beispielsweise höchstens 75 μm, höchstens 50 μm). Beispielsweise kann die Dicke der Klebstoffschicht 14 von 5 μm bis 100 μm (beispielsweise von 5 μm bis 75 μm, von 5 μm bis 50 μm, von 30 μm bis 100 μm) betragen, wie durch Rasterelektronenmikroskopie bestimmt.
Im Allgemeinen kann das Grundgewicht der Klebstoffschicht 14 wie gewünscht ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen hat die Klebstoffschicht 14 ein Grundgewicht von höchstens 10 g/m² (höchstens 8 g/m², höchstens 5 g/m²) und/oder wenigstens 0,5 g/m² (beispielsweise wenigstens 1 g/m², wenigstens 2 g/m²). Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Klebstoffschicht 14 ein Grundgewicht von 0,5 g/m² bis 10 g/m² (beispielsweise von 1 g/m² bis 8 g/m², von 2 g/m² bis 5 g/m²) haben.
Während in 1 als kontinuierlich gezeigt, kann in einigen Ausführungsformen die Klebstoffschicht 14 diskontinuierlich sein. Beispielsweise könnte die Klebstoffschicht 14 in der Form eines Materials mit darin befindlichen Löchern (beispielsweise in der Form eines Netzes) sein. Zusätzlich oder alternativ könnte die Klebstoffschicht 14 in der Form von Flicken (beispielsweise Tüpfel) eines Materials sein. Typischerweise ist die Menge an Klebstoff 14 zwischen den Schichten 12 und 16 ausreichend, um eine geeignete Adhäsion zwischen den Schichten 12 und 16 im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung des Gegenstandes 10 bereitzustellen. Beispielsweise ist in einigen Ausführungsformen der Klebstoff 14 in mindestens 70% (beispielsweise mindestens 75%, mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90%, mindestens 95%, mindestens 99%, 100%) der Fläche zwischen den Schichten 12 und 14 vorhanden.
Im Allgemeinen wird der Klebstoff 14 so ausgewählt, dass die mittlere Haftfähigkeit zwischen den Schichten 12 und 16 mindestens 0,5 Ounce pro inch Weite (beispielsweise mindestens 1 Ounce pro inch Weite, mindestens 1,5 Ounce pro inch Weite) beträgt. In einigen Ausführungsformen wird der Klebstoff 14 so ausgewählt, dass die mittlere Haftfähigkeit zwischen den Schichten 12 und 16 höchstens 4 Ounces pro inch Weite beträgt. Vorliegend wird die ”mittlere Haftfähigkeit” der ersten Schicht/Klebstoff/zweiten-Schicht-Konfiguration folgendermaßen bestimmt. Der Test ist eine modifizierte Version von ASTM D903, unter Verwendung eines Thwing-Albert Intellect II Zugfestigkeits-Prüfgeräts.
Proben werden als 2 inches × 7 inches Probestücke geschnitten, und das Abziehen wird in Maschinenrichtung ausgeführt. TUFFLEX (TF4150 85447)-Band von Intertape Inc. (Montreal, Quebec, Kanada) wird auf die Länge der beschichteten Oberfläche der Proben aufgebracht, so dass es fest auf der oberen Schicht klebt, um die Trennung des Laminats zu ermöglichen. Vorabziehen mit einem halben inch wird verwendet, um die Ablösung zu starten. Das Querhaupt des Prüfgeräts und der obere Druckluftprobenhalter bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 12 inches pro Minute vom stationären unteren Druckluftprobenhalter. Der Test ist abgeschlossen, wenn sich das Querhaupt und der obere Druckluftprobenhalter 4 inches aus der anfänglichen Position bewegen. Die maximale Haftfestigkeit und die minimale Haftfestigkeit werden als eine Funktion der mit der Kraftmessdose gemessenen Auflast aufgezeichnet. Die mittlere Haftfestigkeit wird aus den mit der Kraftmesszelle während des gesamten Tests gemessenen Lasten berechnet. Alle Haftfestigkeiten werden auf die Hälfte dividiert, um eine Haftfestigkeit pro inch Weite durch Division durch 2 anzuzeichnen.
Im Allgemeinen wird der Klebstoff 14 so ausgewählt, dass er eine passende Offenzeit für den untenstehenden Herstellungsprozess hat. Beispielsweise sollte die Offenzeit des Klebstoffs 14 ausreichend sein, so dass er zwischen der Zeit, zu der er auf eine Schicht (beispielsweise Schicht 12 oder Schicht 16) aufgetragen wird, und der Zeit, zu der der Klebstoff 14 die andere Schicht (beispielsweise Schicht 16 oder Schicht 12) kontaktiert, nicht nicht-klebend wird. In einigen Ausführungsformen hat der Klebstoff 14 eine Offenzeit von mindestens 15 Sekunden (beispielsweise mindestens 20 Sekunden, mindestens 30 Sekunden, mindestens 40 Sekunden). In bestimmten Ausführungsformen hat die Schicht 14 eine Offenzeit von höchstens 60 Sekunden. So weit vorliegend, wird die ”Offenzeit” eines Klebstoffs bestimmt gemäß ASTM D4497 unter Verwendung eines 1/16 inch weiten Klebstoffbettes.
2. Gitterstoff
In einigen Ausführungsformen dient die Schicht 14 als Trägerschicht (Gitterstoff) für die Schmelzblasschicht 16 (siehe unten diskutierten Prozess). In solchen Ausführungsformen wird der Gitterstoff 14 typischerweise mit den Schichten 12 und 16 verbunden (beispielsweise miteinander laminiert).
Der Gitterstoff 14 kann beispielsweise aus einem Polymer bestehen. Beispiele für Polymere schließen Polyester, Polyamide und Polyolefine ein. Wahlweise besteht der Gitterstoff 14 aus einem nicht gewebten Spinnvliesmaterial oder einem kardierten nicht-gewebten Material. In einigen Ausführungsformen besteht der Gitterstoff 14 aus einem Polypropylen-Spinnvlies.
Im Allgemeinen kann die Dicke des Gitterstoffs 14 wie gewünscht ausgewählt werden. In bestimmten Ausführungsformen ist der Gitterstoff 14 mindestens 50 μm (beispielsweise mindestens 100 μm, mindestens 200 μm) dick und/oder höchstens 1000 μm (beispielsweise 900 μm, 750 μm) dick. Beispielsweise kann die Dicke des Gitterstoffs 14 von 50 μm bis 1000 μm (beispielsweise von 100 μm bis 900 μm, von 250 μm bis 750 μm) dick sein. Soweit vorliegend betroffen, wird die Dicke des Gitterstoffs gemäß TAPPE T411 bestimmt.
Im Allgemeinen kann das Grundgewicht des Gitterstoffs 14 wie gewünscht ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen hat der Gitterstoff 14 ein Grundgewicht von höchstens 100 g/m² (höchstens 90 g/m², höchstens 75 g/m²) und/oder mindestens 5 g/m² (beispielsweise mindestens 10 g/m², mindestens 20 g/m²). Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Gitterstoffschicht 14 ein Grundgewicht von 5 g/m² bis 100 g/m² (beispielsweise von 5 g/m² bis 90 g/m², von 5 g/m² bis 75 g/m²) haben.
Während in 1 als kontinuierlich gezeigt, kann der Gitterstoff 14 in einigen Ausführungsformen diskontinuierlich sein. Beispielsweise könnte der Gitterstoff 14 in der Form eines Materials mit darin befindlichen Löchern (beispielsweise in der Form eines Netzes) sein. Zusätzlich oder alternativ könnte der Gitterstoff 14 in der Form von Flicken (beispielsweise Tüpfel) eines Materials sein.
C. Schmelzblasschicht
Die Schicht 16 wird über einen Schmelzblasprozess gebildet, wie untenstehend diskutiert. Im Allgemeinen wird die Schicht 16 aus Fasern mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 1,5 μm gebildet (beispielsweise höchstens 1,4 μm, höchstens 1,3 μm, höchstens 1,2 μm, höchstens 1,1 μm, höchstens 1 μm, höchstens 0,8 μm, höchstens 0,6 μm) und/oder mindestens 0,2 μm (beispielsweise mindestens 0,3 μm, mindestens 0,4 μm, mindestens 0,5 μm), wie unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie gemessen. Als ein Beispiel besteht in einigen Ausführungsformen die Schicht 16 aus Fasern mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 μm bis 1,5 μm (beispielsweise von 0,3 μm bis 1,4 μm, von 0,4 μm bis 1,3 μm). Als anderes Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Schicht 16 aus Fasern mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 μm bis 0,5 μm bestehen (beispielsweise von 0,3 μm bis 0,5 μm, von 0,4 μm bis 0,5 μm, von 0,2 μm bis 0,4 μm, von 0,2 μm bis 0,3 μm, von 0,3 μm bis 0,4 μm). In anderen Ausführungsformen besteht die Schicht 16 aus Fasern mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 μm bis 0,8 μm (beispielsweise von 0,3 μm bis 0,8 μm, von 0,4 μm bis 0,8 μm, von 0,2 μm bis 0,8 μm, von 0,2 μm bis 0,6 μm, von 0,3 μm bis 0,6 μm). Im Allgemeinen erstrecken sich mindestens 5% (beispielsweise mindestens 10%, mindestens 25%, mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 75%) der Fasern in dem Schmelzblasmaterial über eine Distanz von wenigstens 0,3 μm in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche der zweiten Schicht ist, wie durch den Pfeil in 1 angedeutet.
Es sollte so verstanden werden, dass während die Schmelzblasschicht 16 stromaufwärts vom Substrat 12 in 1 dargestellt ist, die Schmelzblasschicht in anderen Ausführungsformen stromabwärts zum Substrat 12 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann ein Filtermaterial, das ein Substrat und eine Schmelzblasschicht enthält, innerhalb eines Filterelements so aufgebaut sein, dass das Substrat zu einem Einlass eines Filterelements schaut, und die Schmelzblasschicht stromabwärts vom Substrat angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen kann ein durch das Filterelement fließendes Fluid durch das Substrat treten, bevor es durch die Schmelzblasschicht tritt. Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich.
Typischerweise besteht das Schmelzblasmaterial aus einem oder mehreren Polymeren. Beispielhafte Polymere schließen Polyolefine (beispielsweise Polypropylene), Polyester (beispielsweise Polybutylenterephthalat, Polybutylennaphthalat), Polyamide (beispielsweise Nylons), Polycarbonate, Polyphenylensulfide, Polystyrole, Polyurethane (beispielsweise thermoplastische Polyurethane) ein. Wahlweise kann das Polymer oder können die Polymere Fluoratome enthalten. Beispiele solcher Polymere schließen PVDF und PTFE ein. In bestimmten Ausführungsformen ist das Schmelzblasmaterial im Wesentlichen frei von einer Ölbeschichtung. Die Schicht 16 kann im Allgemeinen jede gewünschte Dicke haben. In einigen Ausführungsformen ist die Schicht 16 mindestens 5 μm (beispielsweise mindestens 10 μm, mindestens 20 μm, mindestens 40 μm, mindestens 60 μm) dick und/oder höchstens 250 μm (beispielsweise 200 μm, 150 μm, 100 μm, 750 75 μm) dick. Beispielsweise kann die Schicht 16 von 5 μm bis 250 μm (beispielsweise von 10 μm bis 200 μm, von 20 μm bis 150 μm, von 50 μm bis 100 μm) dick sein. Die Dicke der Schicht 16 wird unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie bestimmt. Ohne sich an die Theorie binden zu wollen, glaubt man, dass es unter Verwendung des vorliegend beschriebenen Prozesses möglich ist, eine Schicht aus Schmelzblasfasern zu erhalten, die dicker ist als typischerweise und/oder wirtschaftlich für eine Schicht aus elektrogesponnenen Fasern machbar ist und/oder die dünner und/oder wirtschaftlich machbar ist, als typischerweise für Schichten aus Schmelzblasfasern der Fall ist (beispielsweise aufgrund der Betrachtung von z. B. mechanischer Integrität).
Das Grundgewicht der Schicht 16 kann typischerweise wie gewünscht gewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Grundgewicht der Schicht 16 mindestens 1 g/m² (beispielsweise mindestens 10 g/m², mindestens 25 g/m²) und/oder höchstens 100 g/m² (höchstens 90 g/m², höchstens 75 g/m²). Beispielsweise hat in bestimmten Ausführungsformen die Schicht 16 ein Grundgewicht von 1 g/m² bis 100 g/m² (beispielsweise von 1 g/m² bis 10 g/m², von 1 g/m² bis 20 g/m², von 10 g/m² bis 90 g/m², von 25 g/m² bis 75 g/m²). Ohne sich an die Theorie halten zu wollen, glaubt man, dass es unter Verwendung der vorliegend beschriebenen Prozesse möglich ist, eine Schicht aus Schmelzblasfasern zu erhalten, die ein Grundgewicht hat, das größer ist als typischerweise und/oder wirtschaftlich für eine Schicht aus elektrogesponnen Fasern machbar ist, und/oder das ein Grundgewicht hat, das kleiner ist als typischerweise für eine Schicht aus Schmelzblasfasern der Fall ist (beispielsweise aufgrund von Betrachtungen von z. B. der mechanischen Integrität und/oder gleichzeitiger Laminierung).
Die Luftdurchlässigkeit der Schicht 16 kann auch wie gewünscht verändert werden. In einigen Ausführungsformen hat die Schicht 16 eine Luftdurchlässigkeit von höchstens 500 CFM (beispielsweise höchstens 400 CFM, höchstens 300 CFM, höchstens 250 CFM, höchstens 200 CFM, höchstens 150 CFM, höchstens 100 CFM, höchstens 75 CFM, höchstens 50 CFM) und/oder mindestens 20 CFM (beispielsweise mindestens 50 CFM, mindestens 75 CFM, mindestens 100 CFM, mindestens 150 CFM, mindestens 200 CFM). Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Luftdurchlässigkeit der Schicht 16 von 20 CFM bis 500 CFM betragen (beispielsweise von 30 CFM bis 100 CFM, von 50 CFM bis 250 CFM, von 100 CFM bis 200 CFM). Typischerweise wird die Luftdurchlässigkeit der Schicht 16 (Perm) durch die Gleichung (1/Perm) = (1/Perm₁) + (1/Perm₂) bestimmt, wobei Perm die Luftdurchlässigkeit eines Filtermaterials 10 ist (einschließlich der Schichten 12, 14 und 16), Perm₁ die Luftpermeabilität der Schmelzblasschicht 16 ist, und Perm₂ die Luftdurchlässigkeit der Substratschicht 12 ist. Beispielsweise würde die Luftdurchlässigkeit des Filtermaterials 10, bei dem die Schmelzblasschicht 16 eine Luftdurchlässigkeit von 300 CFM und das Substrat 12 eine Luftdurchlässigkeit von 70 CFM hat, 56,8 CFM sein, weil 1/56,8 = 1/300 + 1/70.
Während in 1 als kontinuierlich gezeigt, kann die Schicht 16 in einigen Ausführungsformen diskontinuierlich sein. Beispielsweise könnte die Schicht 16 in der Form eines Materials mit darin befindlichen Löchern (beispielsweise in der Form eines Netzes) sein. Zusätzlich oder alternativ könnte die Schicht 16 in der Form von Flicken (beispielsweise Tüpfel) des Materials sein.
D. Filtermaterial-Eigenschaften
Im Allgemeinen kann die Dicke des Filtermaterials 10 wie gewünscht ausgewählt werden. Die Dicke des Filtermaterials 10 ist der Abstand von der Außenoberfläche der Schicht 12 zur Außenoberfläche der Schicht 16. In Ausführungsformen, in denen die Schicht 14 ein Klebstoff ist, kann das Filtermaterial 10 eine Gegenstandsdicke haben, die mindestens 200 μm (beispielsweise mindestens 300 μm, mindestens 400 μm, mindestens 500 μm, mindestens 600 μm) ist und/oder eine Dicke von höchstens 1500 μm (beispielsweise höchstens 1400 μm, höchstens 1300 μm, höchstens 1200 μm, höchstens 1100 μm, höchstens 1000 μm, höchstens 750 μm) haben. Beispielsweise hat das Filtermaterial 10 in solchen Ausführungsformen eine Dicke von 200 μm bis 1500 μm (beispielsweise von 300 μm bis 1000 μm, von 400 μm bis 750 μm). In Ausführungsformen, in denen die Schicht 14 ein Gitterstoff ist, kann das Filtermaterial 10 eine Gegenstandsdicke haben, die mindestens 200 μm (beispielsweise mindestens 300 μm, mindestens 400 μm, mindestens 500 μm, mindestens 600 μm) ist und/oder eine Dicke von höchstens 2500 μm (beispielsweise höchstens 2000 μm, höchstens 1500 μm) haben. Beispielsweise hat in solchen Ausführungsformen das Filtermaterial 10 eine Dicke von 200 μm bis 2500 μm (beispielsweise von 300 μm bis 2000 μm, von 400 μm bis 1500 μm).
Im Allgemeinen kann das Filtermaterial 10 jedes gewünschte Grundgewicht haben. In Ausführungsformen, in denen die Schicht 14 ein Klebstoff ist, kann das Filtermaterial 10 ein Grundgewicht von höchstens 500 g/m² (beispielsweise höchstens 400 g/m², höchstens 300 g/m², höchstens 250 g/m², höchstens 200 g/m²) haben und/oder mindestens 30 g/m² (beispielsweise mindestens 75 g/m², mindestens 100 g/m², mindestens 150 g/m²) haben. In Ausführungsformen, in denen die Schicht 14 ein Gitterstoff ist, kann das Filtermaterial 10 ein Grundgewicht von höchstens 600 g/m² (beispielsweise höchstens 500 g/m², höchstens 400 g/m², höchstens 300 g/m²) haben und/oder mindestens 50 g/m² (beispielsweise mindestens 100 g/m², mindestens 150 g/m², mindestens 200 g/m²) haben.
Die Luftdurchlässigkeit des Filtermaterials 10 kann im Allgemeinen wie gewünscht ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist die Luftdurchlässigkeit des Filtermaterials 10 höchstens 300 CFM (beispielsweise höchstens 200 CFM, höchstens 180 CFM, höchstens 150 CFM, höchstens 100 CFM) und/oder mindestens 1 CFM (beispielsweise mindestens 10 CFM, mindestens 25 CFM, mindestens 50 CFM, mindestens 70 CFM, mindestens 100 CFM, mindestens 125 CFM, mindestens 150 CFM). Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen das Filtermaterial 10 eine Luftdurchlässigkeit von 1 CFM bis 300 CFM (beispielsweise von 10 CFM bis 200 CFM, von 25 CFM bis 100 CFM, von 100 CFM bis 200 CFM, von 140 CFM bis 190 CFM) haben.
In einigen Ausführungsformen kann das Filtermaterial 10 eine gute Fähigkeit zum Rückhalten von Staub zeigen. Beispielsweise hat in einigen Ausführungsformen das Filtermaterial 10 eine anfängliche Staubrückhalteeffizienz von mindestens 80% (beispielsweise mindestens etwa 85%, mindestens etwa 90%) (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des Tests für die anfängliche Staubrückhalteeffizienz). In bestimmten Ausführungsformen hat das Filtermaterial 10 eine periodische Staubrückhalteeffizienz, die mindestens etwa 90% (beispielsweise mindestens etwa 95%, mindestens etwa 97%) (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des Tests für die periodische Staubrückhalteeffizienz) beträgt. In einigen Ausführungsformen hat das Filtermaterial 10 eine anfängliche Staubrückhalteeffizienz von mindestens 80% (beispielsweise mindestens etwa 85%, mindestens etwa 90%) und eine periodische Staubrückhalteeffizienz, die mindestens etwa 90% (beispielsweise mindestens etwa 95%, mindestens etwa 97%) beträgt.
In einigen Ausführungsformen kann das Filtermaterial 10 gute Eigenschaften hinsichtlich des Staubaufnahmevermögens haben. Beispielsweise kann das Filtermaterial 10 in bestimmten Ausführungsformen ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 50 g/m² (beispielsweise mindestens 60 g/m², mindestens 70 g/m², mindestens 80 g/m², mindestens 100 g/m², mindestens 125 g/m², mindestens 150 g/m², mindestens 175 g/m², mindestens 200 g/m², mindestens 225 g/m², mindestens 250 g/m²) (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des Tests für das Staubrückhaltevermögen) haben. Das Staubaufnahmevermögen des Filtermaterials kann von dem Mechanismus der Staubaufnahme abhängen. Beispielsweise kann ein Filtermaterial, das für Tiefenfiltration ausgelegt ist, ein höheres Staubaufnahmevermögen haben als ein Filtermaterial, das für Oberflächenfiltration ausgelegt ist. In einigen Ausführungsformen ist das Filtermaterial für Tiefenfiltration ausgelegt, beispielsweise wenn eine Substratschicht stromaufwärts von einer Schmelzblasschicht angeordnet ist, wie vorliegend beschrieben.
In bestimmten Ausführungsformen hat ein vorliegend beschriebenes Filtermaterial ein oben beschriebenes Staubaufnahmevermögen, während es im Wesentlichen frei von einem Öl ist, das alle Bereiche des Filtermaterials oder Teile davon beschichtet. Beispielsweise enthalten bestimmte im Stand der Technik bekannte Tiefenfilter eine oder mehrere Schichten (beispielsweise eine Faserschicht), die mit einem Öl behandelt sind, um die Fähigkeit des Filters zur Staubaufnahme zu erhöhen. Während Öl dazu verwendet werden kann, um in einigen vorliegend beschriebenen Ausführungsformen die Fähigkeit zur Staubaufnahme zu verstärken, enthalten andere Ausführungsformen keine solchen ölbehandelten Schichten für bestimmte Anwendungen, wie etwa bestimmte Kraftfahrzeug-Luftfiltrationsanwendungen.
In einigen Ausführungsformen hat das Filtermaterial 10 sowohl gute Eigenschaften hinsichtlich der Staubaufnahme als auch hinsichtlich des Staubaufnahmevermögens. Als ein Beispiel hat das Filtermaterial 10 in einigen Ausführungsformen eine anfängliche Staubrückhalteeffizienz von mindestens 80% (beispielsweise mindestens etwa 85%, mindestens etwa 90%) und ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 50 g/m² (beispielsweise mindestens 60 g/m², mindestens 70 g/m²). Als anderes Beispiel hat das Filtermaterial 10 in einigen Ausführungsformen eine periodische Staubrückhalteeffizienz von mindestens 90% (beispielsweise mindestens etwa 95%, mindestens etwa 97%) und ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 50 g/m² (beispielsweise mindestens 60 g/m², mindestens 70 g/m²). Ohne sich an die Theorie binden zu wollen, glaubt man, dass die gleichzeitige. Bereitstellung guter Staubaufnahmeeigenschaften und guter Eigenschaften hinsichtlich des Staubaufnahmevermögens sich zumindest in einigen Ausführungsformen aus den vorliegend beschriebenen Prozessen ergeben können, durch welche der Gegenstand eine Schicht aus Schmelzblasfasern einschließen kann, die einen verhältnismäßig kleinen mittleren Faserdurchmesser (beispielsweise 0,8 μm oder weniger) hat und weniger dicht ist und dicker ist als elektrogesponnene Beschichtungen.
In bestimmten Ausführungsformen hat das Filtermaterial 10 gute Eigenschaften hinsichtlich der Aufnahme feiner Teilchen. Als ein Beispiel hat in einigen Ausführungsformen das Filtermaterial 10 eine NaCl-Teilchenaufnahme-Testzeit von mindestens 40 Minuten (beispielsweise mindestens 50 Minuten, mindestens 60 Minuten, mindestens 2 Stunden) (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des NaCl-Teilchenaufnahmetests).
In einigen Ausführungsformen kann Staub verhältnismäßig einfach von dem Filtermaterial 10 entfernt werden. Zum Beispiel hat das Filtermaterial 10 in einigen Ausführungsformen eine anfängliche Reinigungsfähigkeits-Testzeit von mindestens 4 Stunden (beispielsweise mindestens 5 Stunden, mindestens 6 Stunden) (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des anfänglichen Reinigungsfähigkeitstests). In bestimmten Ausführungsformen hat das Filterelement 10 eine gealterte Reinigungsfähigkeits-Testzeit von 70 (beispielsweise mindestens 80%, mindestens 90%) der anfänglichen Reinigungsfähigkeits-Testzeit (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des gealterten Reinigungsfähigkeitstests).
In einigen Ausführungsformen kann das Filtermaterial 10 eine gute NaCl-Teilchenfiltrationseffizienz und eine gute NaCl-Teilchenaufnahme zeigen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen das Filtermaterial 10 eine NaCl-Teilchenfiltrationseffizienz von mindestens 30% (z. B. mindestens 40%, mindestens 50%) haben und eine NaCl-Teilchenaufnahme-Testzeit von mindestens 40 Minuten (beispielsweise mindestens 50 Minuten, mindestens 60 Minuten) haben (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des NaCl-Teilchenaufnahmeeffizienztests und des NaCl-Teilchenaufnahmetests). Ohne dass es gewünscht ist, sich an die Theorie zu binden, glaubt man, dass die gleichzeitige Bereitstellung einer guten NaCl-Teilchenfiltrationseffizienz und einer guten NaCl-Teilchenaufnahme sich zumindest in einigen Ausführungsformen aus den vorliegend beschriebenen Prozessen ergeben kann, durch welche der Gegenstand eine Schicht aus Schmelzblasfasern enthalten kann, die einen verhältnismäßig kleinen mittleren Faserdurchmesser hat (beispielsweise 0,8 μm oder weniger) und die weniger dicht ist und die dicker ist als elektrogesponnene Beschichtungen.
In gewissen Ausführungsformen kann das Filtermaterial 10 gute Flüssigkeitsfiltrationseigenschaften haben. Beispielsweise hat in bestimmten Ausführungsformen das Filtermaterial 10 eine Flüssigkeitsfiltrationseffizienz von mindestens 45% (beispielsweise mindestens 50%, mindestens 60%), bei einer gegebenen Teilchengröße (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des Flüssigkeitsfiltrationseffizienztests). Als ein anderes Beispiel hat das Filtermaterial 10 in einigen Ausführungsformen eine Flüssigkeitsfiltrations-Retentionseffizienz von mindestens 60% (beispielsweise mindestens 65%, mindestens 70%), bei einer gegebenen Teilchengröße und Zeit (siehe untenstehende Diskussion für die Beschreibung des Flüssigkeitsfiltrationseffizienztests).
In bestimmten Ausführungsformen kann der Gegenstand 10 einen Beta-Zerfall von höchstens 20% (beispielsweise höchstens 15%, höchstens 10%, höchstens 5%) bei einer Teilchengröße von 4 μm haben. In einigen Ausführungsformen hat der Gegenstand 10 einen Beta-Zerfall von mindestens 1% bei einer Teilchengröße von 4 μm. Wie vorliegend verwendet, wird der ”Beta-Zerfall bei einer Teilchengröße von 4 μm” eines Gegenstandes bestimmt gemäß der ISO 16889:1999-Testprozedur.
In einigen Ausführungsformen kann ein Gegenstand geriffelt sein. Wahlweise kann ein geriffelter Gegenstand auch gefaltet sein.
4 zeigt einen Gegenstand 30 mit einem Substrat 12, einem Klebstoff 14 und einer Schmelzblasschicht 16. Der Gegenstand 30 hat ein wiederholtes Riffelungsmuster mit einer Riffelungskanalweite, die durch einen Abstand ”c” gekennzeichnet ist, die der Abstand von einem Peak zu seinem nächstbenachbarten Peak in dem wiederholten Riffelungsmuster ist. Im Allgemeinen kann der Gegenstand 30 jede gewünschte Riffelungskanalweite haben. In einigen Ausführungsformen beträgt die Riffelungskanalweite ”c” mindestens 150 mil (beispielsweise mindestens 160 mil, von 167 mil bis 173 mil, mindestens 225 mil, mindestens 250 mil, von 247 mil bis 253 mil, von 150 mil bis 335 mil).
In einigen Ausführungsformen hat der Gegenstand 30 eine Riffelungstiefe auf einer Seite 12A des Substrats 12, die mit einem Abstand ”d1” gekennzeichnet ist, die der Abstand von einem Peak der Schicht 16 zu einem Tal der Schicht 16 in dem wiederholten Riffelungsmuster ist. In einigen Ausführungsformen beträgt die Riffelungstiefe ”d1” mindestens 8 mils (beispielsweise mindestens 10 mils, mindestens 12 mils, mindestens 14 mils, mindestens 16 mils) und/oder höchstens 25 mils (beispielsweise höchstens 20 mils).
In bestimmten Ausführungsformen hat der Gegenstand 30 eine Riffelungstiefe auf einer Seite 12B des Substrats 12, die mit einem Abstand ”d2” gekennzeichnet ist, die der Abstand von einen Peak der Seite 12B des Substrats 12 zu einem Tal von Seite 12B des Substrats 12 in dem wiederholten Riffelungsmuster ist. In einigen Ausführungsformen ist die Riffelungstiefe ”d2” mindestens 8 mils (beispielsweise mindestens 10 mils, mindestens 12 mils, mindestens 14 mils, mindestens 16 mils) und/oder höchstens 25 mils (beispielsweise höchstens 20 mils).
In einigen Ausführungsbeispielen hat der Gegenstand 30 eine beibehaltene Riffelung von mindestens 25% (beispielsweise mindestens 30%, mindestens 40%, mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%). Wie vorliegend betreffend, wird ”beibehaltene Riffelung” des Gegenstandes 30 dadurch bestimmt, dass man die Riffelungstiefe ”d1” durch den Abstand von einem Peak der Seite 12A des Substrats 12 zu einem Tal der Seite 12A des Substrats 12 (gemessen bevor Schicht 14 auf die Seite 12A des Substrats 12 aufgebracht wird) in dem wiederholten Riffelungsmuster dividiert wird, und dieser Wert mit 100% multipliziert wird. Ohne zu wünschen, dass man sich an die Theorie bindet, glaubt man, dass die beibehaltene Riffelung sich aus den vorliegend beschriebenen Prozessen ergibt, in denen Schicht 12 auf einem separaten Gewebe von Schicht 16 gebildet wird, und diese Schichten darauffolgend aneinander geklebt werden. In mancher Hinsicht kann die Auswahl eines passenden Druckes die beibehaltene Riffelung verstärken, nämlich wenn der gewählte Druck hoch genug ist, um die gewünschte Verklebung zu erreichen, während er niedrig genug ist, um vorteilhafte Eigenschaften der beibehaltenen Riffelung zu erzielen.
In einigen Ausführungsformen, beispielsweise wenn es für bestimmte Tiefenfiltrationsanwendungen, wie etwa Kraftfahrzeugluftanwendungen, verwendet wird, hat ein vorliegend beschriebenes Filtermaterial ein Grundgewicht von 60 lbs/ream bis 90 lbs/ream (beispielsweise etwa 70 lbs/ream). Die Dicke des Filtermaterials kann von 400 μm bis 700 μm sein (beispielsweise etwa 500 μm). Das Filtermaterial kann eine Permeabilität von 150 CFM bis 190 CFM (beispielsweise etwa 145 CFM) haben. Das Filtermaterial kann eine MD-Gurley-Steifheit von 4000 mg bis 5000 mg (beispielsweise etwa 4500 mg) haben. Der Mullen-Istwert kann von 10 psi bis 50 psi (beispielsweise etwa 40 psi) sein. Der Nass-Mullen-Istwert kann von 15 psi bis 55 psi (beispielsweise etwa 45 psi) betragen. Der ausgehärtete Nass-Mullen-Wert kann von 15 psi bis 55 psi (beispielsweise etwa 45 psi) betragen.
In einigen Fällen kann das Filtermaterial eine anfängliche Staubrückhalteeffizienz für 10-μm-Teilchen von mindestens 90% (beispielsweise mindestens 92%, mindestens 94%) und/oder eine anfängliche Staubrückhalteeffizienz für 20-μm-Teilchen von mindestens 95% (beispielsweise mindestens 96%, mindestens 98%) haben. Das Staubrückhaltevermögen des Filtermaterials kann mindestens 200 g/m² sein (beispielsweise mindestens 225 g/m²). Wenn das Filtermaterial unter Verwendung des Palas-Tests geprüft wird, kann die Zeit zum Erreichen von 1800 Pa mindestens 52 Minuten betragen (beispielsweise mindestens 70 Minuten, mindestens 90 Minuten, mindestens 100 Minuten). Das Filtermaterial kann geriffelt oder glatt sein.
Das Filtermaterial kann eine oder mehrere Schichten enthalten, die ein Schmelzblasmaterial enthalten. In einigen Fällen schließt das Schmelzblasmaterial PBT oder alle anderen geeigneten Fasern ein. Die Fasern können einen mittleren Faserdurchmesser von 0,3 μm bis 0,6 μm (beispielsweise etwa 0,4 μm) haben. Das Grundgewicht der Schmelzblasschicht kann von 0,2 bis 8 g/m² (beispielsweise etwa 2,5 g/m²) sein.
Das Filtermaterial kann wahlweise eine Klebstoffschicht mit einem Grundgewicht von 2 g/m² bis 4 g/m² (beispielsweise etwa 3,2 g/m²) haben. Jeder geeignete Klebstoff kann verwendet werden. In manchen Fällen ist ein Klebstoff wünschenswert, der bis mindestens 200°F (beispielsweise mindestens 220°F) stabil ist.
Solche Filtermaterialien können weiterhin ein Substrat enthalten. Das Substrat kann aus jeglichem geeigneten Material, wie etwa einem organischen Polymer, bestehen. In einigen Fällen umfasst das Substrat Cellulosefasern. Das Substrat kann wahlweise ein Harz, wie etwa ein vorgehärtetes Lösungsmittel-Phenolharz enthalten. Das Substrat kann eine FR-Klassifizierung von F1 oder höher (beispielsweise K1) haben. In einigen Ausführungsformen hat das Substrat eine Rauchklassifizierung von S1 oder höher. Das Grundgewicht des Substrats kann von 60 bis 80 lb/ream (beispielsweise etwa 65 lb/ream) betragen. Die Dicke des Substrats kann von 480 μm bis 600 μm (beispielsweise etwa 530 μm) sein. Das Substrat kann eine Permeabilität von 160 CFM bis 200 CFM (beispielsweise etwa 185 CFM) besitzen. Das Substrat kann eine MD-Gurley-Steifheit von 4000 mg bis 5000 mg (beispielsweise etwa 4500 mg) besitzen. Der Mullen-Ist-Wert des Substrats kann von 10 psi bis 50 psi (beispielsweise etwa 40 psi) betragen. Der Nass-Mullen-Istwert des Substrats kann von 15 psi bis 55 psi (beispielsweise etwa 45 psi) sein. Das Substrat kann einen ausgehärteten Naß-Mullen-Wert von 30 psi bis 80 psi (beispielsweise etwa 65 psi) enthalten. Das Substrat kann ferner enthalten ein Naß-Mullen-Verhältnis von 60% bis 80% (beispielsweise etwa 70%). Wenn es in ein Filterelement integriert wird, kann das Substrat stromaufwärts bezüglich der Schmelzblasschicht angeordnet werden, beispielsweise so, dass das Substrat zum Einlass des Filterelements schaut.
II. Filteranordnungen und Systeme
Die Filteranordnung 100 kann irgendeines aus einer Vielfalt von Filteranordnungen sein. Beispiele von Filteranordnungen schließen Gasturbinen-Filteranordnungen, Hochleistungsluftfilteranordnungen, Kraftfahrzeugluftfilteranordnungen, HVAC-Luftfilteranordnungen, HEPA-Filteranordnungen, Vakkumschlauchfilteranordnungen, Treibstofffilteranordnungen und Ölfilteranordnungen ein. Solche Filteranordnungen können in entsprechende Filtersysteme eingebaut werden (Gasturbinenfiltersysteme, Hochleistungsluftfiltersysteme, Kraftfahrzeugluftfiltersysteme, HVAC-Luftfiltersysteme, HEPA-Filtersysteme, Vakuumschlauchfiltersysteme, Treibstofffiltersysteme und Ölfiltersysteme). Vakuumschlauch- bzw. Beutelfiltersysteme werden üblicherweise in Hausstausaugern verwendet. In solchen Ausführungsformen kann das Filtermaterial wahlweise durch Beschichten eines Papiers mit dem Schmelzblasmaterial hergestellt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Filtermaterial unter Verwendung eines naß-gelegten oder trocken-gelegten Produkts (beispielsweise Cellulose, Polymer, Glas) hergestellt werden. Das Filtermaterial kann wahlweise in jede beliebige einer Vielfalt von Konfigurationen (z. B. Tableau, zylindrisch) gefaltet werden.
Die Orientierung des Filtermaterials 10 bezüglich des Gasflusses durch eine Filteranordnung/Filtersystem kann im Allgemeinen wie gewünscht ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist die Schmelzblasschicht 16 stromaufwärts von einem Substrat 12 in der Richtung des Gasflusses durch die Filteranordnung/das Filtersystem angeordnet. In bestimmten Ausführungsformen ist die Schmelzblasschicht 16 stromabwärts vom Substrat 12 in der Richtung des Gasflusses durch die Filteranordnung/das Filtersystem. Als ein Beispiel kann in einigen Ausführungsformen, in denen das Gasfiltersystem ein Gasturbinenfiltersystem oder ein Hochleistungsluftfiltersystem ist, die Schmelzblasschicht 16 stromaufwärts vom Substrat 12 in der Richtung des Gasflusses durch die Filteranordnung/das Filtersystem angeordnet sein. Als ein anderes Beispiel kann in einigen Ausführungsformen, in denen eine verbesserte Tiefenfiltration gewünscht wird, die Schmelzblasschicht 16 stromabwärts vom Substrat 12 in der Richtung des Gasflusses durch die Filteranordnung/das Filtersystem angeordnet sein.
III. Verfahren zum Herstellen von Filtermaterialien
1. Klebstoff
Im Allgemeinen beinhaltet in Ausführungsformen, in denen eine Klebstoffschicht 14 verwendet wird, das Herstellungsverfahren das Aufbringen der Schicht 14 auf das Substrat 12 und darauffolgend das Aufbringen der Schmelzblasschicht 16 auf den Klebstoff 14, so dass innerhalb des Filtermaterials 10 das Substrat 12 und die Schmelzblasschicht 16 beide an die Klebstoffschicht 14 angeklebt werden.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Herstellung des Filtermaterials 10 mit einer Klebstoffschicht 14 einen kontinuierlichen (beispielsweise Rolle-zu-Rolle-) Prozess. Der Prozess kann beispielsweise die Verwendung von mehrfachen Rolle-zu-Rolle-Systemen umfassen. Als ein Beispiel kann ein Rolle-zu-Rolle-System verwendet werden, um die Schmelzblasschicht 16 zu bilden, und ein anderes Rolle-zu-Rolle-System kann dazu verwendet werden, um die Schicht 14 an das Substrat 12 zu kleben. In einem solchen System können die Rolle-zu-Rolle-Systeme so ausgelegt werden, dass in einer kontinuierlichen Weise die Klebstoffschicht 14 die Schmelzblasschicht 16 kontaktiert und diese beiden Schichten aneinander geklebt werden.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 200, das dazu verwendet werden kann, um ein Filtermaterial 10 mit einer Klebstoffschicht 14 zu bilden. Das System 200 enthält ein erstes Rolle-zu-Rolle-System 210 und ein zweites Rolle-zu-Rolle-System 220.
Das System 210 enthält Rollen 212a, 212b, 212c und 212d, die ein fortlaufendes Band 214 antreiben, wenn sich die Rollen drehen. Das System 212 enthält ebenfalls einen Extruder 216. Wenn sich die Rollen 212a bis 212d drehen, wird das Polymer bzw. werden die Polymere (beispielsweise wahlweise mit einem oder mehreren Additiven) durch Vakuum in den Extruder 216 gezogen, und das Polymer wird vom Beginn des Extruders zu seinem Ende erwärmt (im Allgemeinen langsam), um dem Polymer bzw. den Polymeren zu erlauben, leichter zu fließen. Das erwärmte Polymer bzw. die erwärmten Polymere wird/werden in eine Schmelzpumpe. eingespeist, die den Durchsatz (lb/h) des Polymers bzw. der Polymere kontrolliert. Das Polymer bzw. die Polymere geht bzw. gehen dann durch eine Austrittsdüse mit einer Reihe von Löchern. Man glaubt, dass in einigen Ausführungsformen der Durchsatz an Polymer pro Loch einen verhältnismäßig starken Einfluss auf den Faserdurchmesser haben kann. Heiße Hochgeschwindigkeitsluft beaufschlagt das Polymer auf jeder Seite der Austrittsdüse, wenn das Polymer aus der Austrittsdüse herauskommt. Man glaubt, dass diese Luft die Faser auf die endgültige Fasergröße abschwächen kann. Man glaubt, dass in einigen Ausführungsformen, wenn der Prozessluftdurchsatz zunimmt, der Faserdurchmesser abnehmen kann und/oder dass, wenn die Prozesslufttemperatur zunimmt, der Faserdurchmesser abnehmen kann. In dem Bereich, wo die Faserabschwächung auftritt, ist Kühlluft vorhanden, die einen Bereich schafft, wo die Faserbildung das ganze Jahr hindurch bei der gleichen Temperatur stattfindet. Der Abstand von der Austrittsdüse zum Kollektor erlaubt es, die Dichte des Materials zu kontrollieren (beispielsweise wenn der Kollektorabstand erhöht wird, verringert sich die Fasergeschwindigkeit, und die Fasertemperatur wird reduziert, so dass die Packungsdichte der Fasern geringer wird, was zu einem offeneren Gewebe führt). Wenn der Abstand vergrößert wird, verringert sich im Allgemeinen die Geschwindigkeit der Faser, was ein offeneres Filtermaterial erzeugt. Der Sog des Kollektors wird ebenfalls kontrolliert, was auch die Offenheit des Materials beeinflusst. Man glaubt, dass in einigen Ausführungsformen das Gewebegrundgewicht des Filtermaterials abnehmen kann, wenn die Bandgeschwindigkeit erhöht wird, und/oder dass das Grundgewicht des Filtermaterials zunehmen kann, wenn der Polymerdurchsatz erhöht wird.
Die Größe der Löcher und die Anzahl von Löchern pro inch für die Düse können im Allgemeinen wie gewünscht ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Austrittsdüse 35 Löcher pro inch mit 0,0125'' Löchern haben. In bestimmten Ausführungsformen kann die Austrittsdüse 70 Löcher pro inch mit 0,007'' Löchern haben. Andere Austrittsdüsen können wahlweise verwendet werden.
Das System 220 enthält Rollen 222a, 222b, 222c und 222d, die das Substrat 12 antreiben, wenn sich die Rollen drehen. Zwischen den Rollen 222a und 222b enthält das Sysstem 220 eine Station 226, die einen Klebstoff auf das Substrat 12 aufbringt. In einem an die Rollen 222b und 212a angrenzenden Bereich kontaktiert der Klebstoff die Schmelzblasschicht 16, und die Schmelzblasschicht 16 wird vom Band 214 entfernt und an den Klebstoff angeklebt. Der Verbundwerkstoff aus Substrat/Klebstoff/Schmelzblasschicht läuft dann durch eine Aufladestation 228. Die Aufladestation 228 wird zum Aufladen des Verbundwerkstoffs (im Allgemeinen insbesondere die Schmelzblasschicht) verwendet. Man glaubt, dass dies zu einem Filtermaterial mit verstärkten Feinteilchenaufnahmeeigenschaften führen kann. Man glaubt, dass der Aufladeprozess Ladungen in dem Schmelzblasmaterial einbetten kann.
Die Station 226 kann im Allgemeinen wie gewünscht ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen (beispielsweise wenn es wünschenswert ist, eine verhältnismäßig hohe Klebstoffbedeckung zu haben) kann die Station 226 ein Klebstoffdosiersystem sein. Das Klebstoffdosiersystem kann so ausgelegt sein, dass es eine verhältnismäßig stark dispergierte und gleichförmige Menge von Klebstoff aufbringt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Station 226 ein Nordson-Precision-Metered-Gear-Klebstoffauftraggerätesystem mit Signature-Düsen, die 12 Düsen pro inch aufweisen können, die die Bahnen von dispergiertem Klebstoff mit einem 2 mm-Spalt zwischen den Mittelpunkten der Bahnen liefern, und wobei jede Düse eine Öffnung mit 0,06 inch Durchmesser hat.
Im Allgemeinen wird die Temperatur so gewählt, dass das Material, das in die Schicht 16 geformt werden soll, geeignet weich gemacht wird (beispielsweise Schmelzen). Als ein Beispiel wird in einigen Ausführungsformen das Material auf eine Temperatur von mindestens 350°F erhitzt (beispielsweise mindestens 375°F, mindestens 400°F) und/oder höchstens 600°F (beispielsweise 550°F, höchstens 500°F). Beispielsweise kann das Material auf eine Temperatur von 350°F bis 600°F (beispielsweise von 375°F bis 550°F, von 400°F bis 500°F) erwärmt werden.
Im Allgemeinen ist die Prozessluft die erhitzte Luft auf beiden Seiten der Austrittsdüse, wo die Fasern geformt werden. Diese erwärmte Luft (typischerweise die gleiche Temperatur wie die Austrittsdüse) trifft auf die Fasern auf und hilft dabei, die Fasern auf die endgültige Fasergröße abzuschwächen. Man glaubt, dass in einigen Ausführungsformen der Faserdurchmesser verringert werden kann, wenn das Luftvolumen zunimmt. Das Volumen der Prozessluft kann geeignet ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen beträgt das Prozessluftvolumen mindestens 2500 Pounds/h-Meter (beispielsweise mindestens 2750 Pounds/h-Meter, mindestens 3000 Pounds/h-Meter) und/oder höchstens 4000 Pounds/h-Meter (beispielsweise höchstens 3750 Pounds/h-Meter, höchstens 3500 Pounds/h-Meter). Beispielsweise kann das Prozessluftvolumen von 2500 Pounds/h-Meter bis 4000 Pounds/h-Meter betragen (beispielsweise von 2750 Pounds/h-Meter bis 3750 Pounds/h-Meter, von 3000 Pounds/h-Meter bis 3500 Pounds/h-Meter).
Das durch die Vakuumvorrichtung 218 erzeugte Vakuum kann geeignet ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Vakuum mindestens 10 inch Wassersäule (beispielsweise mindestens 12 inch Wassersäule, mindestens 14 inch Wassersäule) und/oder höchstens 26 inch Wassersäule (beispielsweise höchstens 23 inch Wassersäule, höchstens 20 inch Wassersäule). Beispielsweise kann das Vakuum von 10 inch Wassersäule bis 26 inch Wassersäule betragen (beispielsweise von 12 inch Wassersäule bis 23 inch Wassersäule, von 14 inch Wassersäule bis 20 inch Wassersäule).
Das Band 214 kann aus irgendeinem Material bestehen, das die Bildung der Schicht 16 auf dem Band 214 erlaubt, und das auch die Entfernung der Schicht 16 vom Band 214 erlaubt, wenn die Schicht 16 die Klebstoffschicht 14 kontaktiert. Beispiele von Materialien, aus denen das Band 214 bestehen kann, schließen Polymere (beispielsweise Polyester, Polyamide), Metalle und/oder Legierungen (beispielsweise Edelstahl, Aluminium) ein.
Die Geschwindigkeit, mit der sich das Band 214 bewegt, kann wie gewünscht ausgewählt werden, um die Schicht 16 zu bilden. In einigen Ausführungsformen bewegt sich das Band 214 mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10 ft/min (beispielsweise mindestens 20 ft/min, mindestens 30 ft/min) und/oder höchstens 300 ft/min (beispielsweise höchstens 200 ft/min, höchstens 100 ft/min). Beispielsweise kann sich das Band 214 mit einer Geschwindigkeit von 10 ft/min bis 300 ft/min (beispielsweise von 20 ft/min bis 200 ft/min, von 30 ft/min bis 100 ft/min) bewegen.
Im Allgemeinen kann die Temperatur des Klebstoffs, wenn er auf das Substrat 12 aufgebracht wird, so ausgewählt werden, dass er ein geeignetes Maß an Klebrigkeit hat, wenn er mit der Schicht 16 in Berührung kommt. In Ausführungsformen, in denen der Klebstoff ein Heißkleber ist, kann dies das Erhitzen des Klebstoffs vor seinem Aufbringen auf das Substrat 12 beinhalten. Beispielsweise kann der Klebstoff, bevor er auf das Substrat 12 aufgebracht wird, auf eine Temperatur von mindestens 350°F (beispielsweise mindestens 370°F, mindestens 380°F) und/oder höchstens 450°F (beispielsweise 430°F, höchstens 420°F) erhitzt werden. Beispielsweise kann das Material auf eine Temperatur von 350°F bis 450°F (beispielsweise von 370°F bis 430°F, von 380°F bis 420°F) erhitzt werden.
Das Substrat wird typischerweise durch die Klebstoffstation mittels der Zugkraft, die über einen bei den Rollen 212a und 222b gebildeten Walzenspalt erzeugt wird, zugeführt. Durch Kontaktieren des Substrats 12 angrenzend an die Rolle 222b (beispielsweise eine Gummirolle, wie etwa eine 70-Shore A EPDM-Gummirolle) mit Schmelzblasmaterial 16 angrenzend an die Rolle 212a (beispielsweise eine Edelstahlrolle, wie etwa eine Edelstahlrolle, die mit 0,025 inch gewölbt ist), wird die Geschwindigkeit des Bandes 214 und des Substrats 12 synchronisiert (beispielsweise so, dass sich das Substrat 12 ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Band 214 bewegt). Der Druck zwischen den Rollen 212a und 222b wird im Allgemeinen so ausgewählt, wie es für die beabsichtigte Verwendung des Gegenstandes 10 gewünscht ist. Beispielsweise wird in Ausführungsformen, in denen der Gegenstand 10 geriffelt ist, der Druck zwischen den Rollen 212a und 222b typisch ausgewählt, um eine gute Riffelungstiefe und Gleichförmigkeit für den Gegenstand 10 zu erzielen. In einigen Ausführungsformen ist der Druck zwischen den Rollen 212a und 222b von 20 Pounds pro linearem inch bis 40 Pounds pro linearem inch (beispielsweise von 25 Pounds pro linearem inch bis 35 Pounds pro linearem inch, von 28 Pounds pro linearem inch bis 32 Pounds pro linearem inch, von 29 Pounds pro linearem inch bis 31 Pounds pro linearem inch, 30 Pounds pro linearem inch).
Im Allgemeinen kann irgendeine Technik aus einer Vielfalt von Techniken verwendet werden, um den Verbundwerkstoff aus Substrat/Klebstoff/Schmelzblasschicht aufzuladen, um ein Elektret-Gewebe zu bilden. Beispiele schließen Wechselstrom- und/oder Gleichstrom-Koronaentladungstechniken und Aufladungstechniken auf Reibungsbasis ein. In einigen Ausführungsformen wird der Verbundwerkstoff einer Entladung von mindestens 1 kV/cm (beispielsweise mindestens 5 kV/cm, mindestens 10 kV/cm) und/oder höchstens 30 kV/cm (beispielsweise höchstens 25 kV/cm, höchstens 20 kV/cm) ausgesetzt. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen der Verbundwerkstoff einer Entladung von 1 kV/cm bis 30 kV/cm (beispielsweise von 5 kV/cm bis 25 kV/cm, von 10 kV/cm bis 20 kV/cm) ausgesetzt werden. Beispielhafte Prozesse werden beispielsweise im US-Patent Nr. 5,401,446 beschrieben, welche insoweit, als sie nicht inkonsistent mit der vorliegenden Offenbarung ist, vorliegend durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Im Allgemeinen kann irgendeine Bandkonfiguration verwendet werden. Beispielsweise hat in einigen Ausführungsformen das Band eine offene Struktur, wie etwa eine Netzstruktur. Ohne dass es gewünscht ist, sich an die Theorie zu binden, glaubt man, dass eine solche offene Struktur dazu führt, dass das Schmelzblasmaterial eine komplementäre Struktur zu der des Bandes hat, weil das Schmelzblasmaterial unter der Kraft der Blasluft steht. 6 zeigt einen Querschnitt des Schmelzblasmaterials 60 mit einer Reihe von Gipfeln 64 und Tälern 62, die von der komplementären Gestalt des Bandes herrühren. Ohne dass es gewünscht ist, sich an die Theorie zu halten, glaubt man, dass diese Struktur in dem Schmelzblasmaterial in dem Filtermaterial vorhanden sein kann, und dass während der Aufnahme von Staub oder anderen Teilchen sich der Staub in den Tälern aufbaut, was eine gute Staubentfernung während dem Pulsieren gestattet. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Abstand d zwischen angrenzenden Tälern 62 mindestens 400 μm (beispielsweise mindestens 500 μm, mindestens 700 μm) und/oder höchstens 2000 μm (beispielsweise höchstens 1500 μm, höchstens 1200 μm). In einigen Ausführungsformen beträgt der Abstand zwischen zwei angrenzenden Tälern 62 von 400 μm bis 2000 μm (beispielsweise von 500 μm bis 1500 μm, von 700 μm bis 1200 μm). In einigen Ausführungsbeispielen beträgt der Abstand h von einem Gipfel 64 bis zu einem Tal 62 mindestens 50 μm (beispielsweise mindestens 100 μm, mindestens 300 μm) und/oder höchstens 2000 μm (beispielsweise höchstens 1500 μm, höchstens 1000 μm). In einigen Ausführungsformen beträgt der Abstand h von einem Gipfel 64 zu einem Tal 62 50 μm bis 2000 μm (beispielsweise 200 μm bis 1500 μm, 300 μm bis 1000 μm).
2. Gitterstoff
Im Allgemeinen beinhaltet in Ausführungsformen, in denen die Gitterstoffschicht 14 verwendet wird, das Herstellungsverfahren das Aufbringen der Schmelzblasschicht 16 auf den Gitterstoff 14, darauffolgend das Aufbringen des Substrats 12 auf den Gitterstoff 14 und dann das Verbinden dieser drei Schichten miteinander.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Herstellung des Filtermaterials 10 mit der Gitterstoffschicht 14 einen kontinuierlichen Prozess (beispielsweise Rolle-zu-Rolle). Der Prozess kann beispielsweise die Verwendung eines mehrfachen Rolle-zu-Rolle-Systems beinhalten. Beispielsweise kann ein Rolle-zu-Rolle-System verwendet werden, um die Schmelzblasschicht 16 auf dem Gitterstoff 14 zu formen, und ein anderes Rolle-zu-Rolle-System kann verwendet werden, um das Substrat 12 zu tragen. In einem solchen System können die Rolle-zu-Rolle-Systeme so ausgelegt werden, dass auf eine kontinuierliche Weise der Verbundwerkstoff aus Schmelzblasschicht/Gitterstoff das Substrat 12 berührt, um einen dreilagigen Verbundwerkstoff zu bilden, und diese drei Schichten darauffolgend miteinander verbunden werden.
7 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 300, das dazu verwendet werden kann, um eine Schmelzblasschicht 16 auf einem Gitterstoff 14 zu bilden. Das System 300 schließt Rollen 302a, 302b, 302c und 302d ein, die ein fortlaufendes Band 304 bewegen, wenn sich die Rollen drehen. Der Gitterstoff 14 wird auf das Band 304 aufgebracht. Das System 302 schließt auch einen Extruder 306 ein. Wenn sich die Rollen 302a bis 302d drehen, wird der Extruder 306 aufgeheizt, und das Material, aus dem die Schicht 16 gebildet werden soll (beispielsweise ein Polymer in Pelletform), wird in den aufgeheizten Extruder 306 eingeführt. Das Material wird erweicht (beispielsweise geschmolzen) und durch eine Austrittsdüse 307 in die Form von Filamenten gedrückt. Die Filamente werden unter dem Einfluss einer Vakuumeinrichtung 308 auf der gegenüberliegenden Seite von Band 304 relativ zur Austrittsdüse 307 in Richtung des Gitterstoffes 14 bewegt. Die Wirkung des Vakuums ist es, die Filamente zu strecken und sie gegen die Oberfläche des Gitterstoffs 14 zu drücken, um die auf dem Gitterstoff 14 aufgebrachte Schmelzblasschicht 16 bereitzustellen.
Die für den in 7 dargestellten Prozess verwendeten Prozessbedingungen können im Allgemeinen nach Wunsch ausgewählt werden, um die Schicht 16 zu bilden. Im Allgemeinen wird die Temperatur so ausgewählt, dass das Material, das in die Schicht 16 geformt werden soll, geeignet erweicht (beispielsweise schmilzt). Als ein Beispiel wird das Material in einigen Ausführungsformen auf eine Temperatur von mindestens 350°F (beispielsweise mindestens 375°F, mindestens 400°F) und/oder höchstens 600°F (beispielsweise 550°F, höchstens 500°F) erhitzt. Zum Beispiel kann das Material auf eine Temperatur von 350°F bis 600°F (beispielsweise von 375°F bis 550°F, von 400°F bis 500°F) erhitzt werden.
Im Allgemeinen ist die Prozessluft die erhitzte Luft auf jeder Seite der Austrittsdüse, wo die Fasern gebildet werden. Diese erhitzte Luft (typischerweise von der gleichen Temperatur wie die Austrittsdüse) trifft auf die Fasern und hilft, die Fasern auf die endgültige Fasergröße zu verkleinern. Man glaubt, dass in einigen Ausführungsformen eine Erhöhung des Luftvolumens zu einem verringerten Faserdurchmesser führen kann. Das Prozessluftvolumen kann geeignet ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Prozessluftvolumen mindestens 2500 Pounds/h-Meter (beispielsweise mindestens 2750 Pounds/h-Meter, mindestens 3000 Pounds/h-Meter) und/oder höchstens 4000 Pounds/h-Meter (beispielsweise höchstens 3750 Pounds/h-Meter, höchstens 3500 Pounds/h-Meter). Beispielsweise kann das Prozessluftvolumen von 2500 Pounds/h-Meter bis 4000 Pounds/h-Meter (beispielsweise von 2750 Pounds/h-Meter bis 3750 Pounds/h-Meter, von 3000 Pounds/h-Meter bis 3500 Pounds/h-Meter) betragen.
Das von der Vakuumeinrichtung 308 erzeugte Vakuum kann geeignet ausgewählt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Vakuum mindestens 10 inch Wassersäule (beispielsweise mindestens 12 inch Wassersäule, mindestens 14 inch Wassersäule) und/oder höchstens 26 inch Wassersäule (beispielsweise höchstens 23 inch Wassersäule, höchstens 20 inch Wassersäule). Beispielsweise kann das Vakuum von 10 inch Wassersäule bis 26 inch Wassersäule (beispielsweise von 12 inch Wassersäule bis 23 inch Wassersäule, von 14 inch Wassersäule bis 20 inch Wassersäule) sein.
Die Geschwindigkeit, mit der sich das Band 304 bewegt, kann so gewählt werden, wie es gewünscht ist, um die Schicht 16 zu bilden. In einigen Ausführungsbeispielen bewegt sich das Band 304 mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10 ft/min (beispielsweise mindestens 20 ft/min, mindestens 30 ft/min) und/oder höchstens 300 ft/min (beispielsweise höchstens 200 ft/min, höchstens 100 ft/min). Beispielsweise kann sich das Band 304 mit einer Geschwindigkeit von 10 ft/min bis 300 ft/min (beispielsweise von 20 ft/min bis 200 ft/min, von 30 ft/min zu 100 ft/min) bewegen.
Der Verbundwerkstoff aus Gitterstoff/Schmelzblasschicht wird von dem Band 304 entfernt, und das Substrat 12 wird auf dem Gitterstoff 14 aufgebracht. Typischerweise beinhaltet dies, dass der Gitterstoff 14 auf ein Band (beispielsweise Band 214) aufgebracht wird und dann die Schmelzblasfasern direkt auf den Gitterstoff 14 aufgeblasen werden. Der Gitterstoff 14 kann einen Klebstoff aufweisen, der aufgebracht wird, bevor das Schmelzblasmaterial aufgeblasen wird, oder die Kraft und die Hitze der Schmelzblasfasern kann dazu verwendet werden, um die zwei Schichten miteinander zu verkleben. Die relevanten Prozessbedingungen sind im Allgemeinen die gleichen wie oben. Die drei Schichten werden dann miteinander verbunden.
Während dieses Prozesses können die drei Schichten wahlweise miteinander laminiert werden. In einigen Ausführungsformen werden die Schichten mittels Ultraschall miteinander verbunden (beispielsweise mittels Ultraschall miteinander punktverbunden). In einigen Ausführungsformen können die Schmelzblasschicht 16, der Gitterstoff 14 und das Substrat 12 unter Anwendung von Ultraschallenergie zwischen einem schwingenden Aluminiumhorn (1/2'' Kontaktweite, von Branson Ultrasonics, Danbury, Conn.) und einer gravierten Kontaktrolle verbunden werden. In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die Verwendung einer Hornschwingung bei 20 kHz, wobei das Aufbringen von 20 bis 30 psi Kontaktdruck bei einer Amplitude von 20 bis 35 μm bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 25 bis 45 ft/min den Verbundwerkstoff an Punkten verbindet, die weniger als 10% (beispielsweise weniger als 8%, weniger als 5%, weniger als 3%) der die durch die Gravierung auf der Kontaktrolle bestimmten Gesamtfläche umfassen.
Die folgenden Beispiele sind exemplarisch und bedeuten keine Beschränkung.
IV. Beispiele
A. Testprotokolle
1. NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienztest
Eine 100 cm² große Oberfläche des Filtermaterials wurde mit NaCl(Natriumchlorid)-Teilchen mit einem mittleren Massendurchmesser von 0,26 μm bei einer geometrischen Standardabweichung von weniger als 1,83, einer Konzentration von 15 bis 20 mg/cm³ und einer Flächengeschwindigkeit von 5,3 cm/s mit einer automatisierten Filtertesteinheit TS18130 CertiText.TM von TSI, Inc., ausgerüstet mit einem Natriumchloridgenerator, getestet. Das Instrument maß einen Druckabfall über das Filtermaterial und den resultierenden Eindringwert auf einer momentanen Basis bei einer Flussrate kleiner als oder gleich 115 Liter pro Minute (lpm). Momentane Aufzeichnungen wurden definiert als eine Druckabfall-/Penetrationsmessung. Dieser Test ist beschrieben in ASTM D2 986-91. Die Filtrationseffizienz für NaCl-Teilchen ist [100 – (C/C₀)]·100%, wobei C die Teilchenkonzentration nach dem Durchgang durch den Filter war und C₀ die Teilchenkonzentration vor Durchgang durch den Filter war.
2. Anfängliche Staubaufnahmeeffizienz, periodische Staubaufnahmeeffizienz und Staubaufnahmevermögen
Eine 100 cm² große Oberfläche des Filtermaterials wurde mit Feinstaub (0,1 bis 80 μm) bei einer Konzentration von 200 mg/cm³ mit einer Flächengeschwindigkeit von 20 cm/s für eine Minute beaufschlagt. Die Staubaufnahmeeffizienz wurde gemessen unter Verwendung eines Palas MFP2000 Fotodetektors für die partielle Effizienz. Die Staubaufnahmeeffizienz war [(100 – [C/C₀)]·100%], wobei C die Staubteilchenkonzentration nach Durchgang durch den Filter und C0 die Teilchenkonzentration vor Durchgang durch den Filter war. Die Staubaufnahmeeffizienz wurde gemessen nach 1 min und wird vorliegend als die anfängliche Staubaufnahmeeffizienz bezeichnet. Die Staubaufnahmeeffizienz wurde auch periodisch nach 1 min gemessen und wird vorliegend als die periodische Staubaufnahmeeffizienz bezeichnet. Das Staubaufnahmevermögen wird gemessen, wenn der Druck 1800 Pa erreicht, und ist die Differenz im Gewicht des Filtermaterials vor Belastung mit Feinstaub und dem Gewicht des Filtermaterials nach der Belastung mit Feinstaub.
3. Anfänglicher Reinigungsfähigkeitstest und gealterter Reinigungsfähigkeitstest
Ein AC-Feinstaub mit 16 g/h wurde durch das Filtermaterial bei einer Flächengeschwindigkeit von 5 cm/s durchgeschickt und dann einem 150 ms Puls bei 4 bar ausgesetzt, um Teilchen von dem Material zu entfernen, wenn das Material einen Druck von 10 mbar erreichte. Dieser Prozess (Belastung mit dem AC-Feinstaub unter den genannten Bedingungen bis zum Erreichen eines Drucks von 10 mbar) wird insgesamt 30-mal wiederholt, und die anfängliche Reinigungsfähigkeitszeit ist die Zeitdauer, die nötig ist, um die 30 Durchgänge abzuschließen. Das Material wird dann durch kontinuierliche Belastung mit AC-Staub (12 g/h) für 10.000 Durchläufe gealtert und 14-mal/min gepulst. Nach diesem Alterungsprozess wird das Filtermaterial erneut mit dem AC-Feinstaub unter den oben beschriebenen Bedingungen 30-mal belastet, und die gealterte Reinigungsfähigkeitszeit ist die Zeitdauer, die nötig ist, um diese 30 Durchgänge abzuschließen. Dieser Test wird ausgeführt auf einem Palas MMTC-2000 Reinigungsfähigkeitsteststand nach der VDI-3926 Typ-2-Prozedur mit einer Testfläche von 177 cm².
4. NaCl-Teilchenaufnahmetest
Eine Oberfläche von 100 cm² wurde mit einem Aerosol von 0,4 bis 0,5 μm NaCl-Teilchen bei 2 Konzentration mit einer Flächengeschwindigkeit von 8,3 cm/s mit einem gesamten Durchflussvolumen von 45 l/min belastet. Die NaCl-Teilchenaufnahmetestzeit ist die Zeitdauer, die nötig ist, um einen Druck von 1800 Pa zu erreichen.
5. Flüssigkeitsfiltrationseffizienztest und Flüssigkeitsfiltrationsretentionseffizienz
Unter Verwendung eines FTI Multipass Filterprüfstandes (Fluid Technologies Inc., Stillwater, Oklahoma) wird ein A2-Feinstaub bei einer Rate von 0,3 l/min in Mobil MIL-H-5606-Kraftstoff für eine Gesamtflussrate von 1,7 l/min eindosiert, um das Filtermedium gemäß ISO 16889 in Kontakt zu bringen, bis ein Enddruck von 174 kPa über dem Grundlinien-Filterdruckabfall erreicht ist. Teilchenauszählungen (Teilchen pro ml) werden bei der ausgewählten Teilchengröße (in diesem Fall 4, 5, 7, 10, 15, 20, 25 und 30 μm) stromaufwärts und stromabwärts von dem Filtermaterial an 10 Punkten gleichmäßig über die Testzeit verteilt genommen. Die mittleren Teilchenauszählungen stromaufwärts und stromabwärts werden bei jeder ausgewählten Teilchengröße aufgenommen. Aus der mittleren Teilchenzahl stromaufwärts (eindosiert-C₀) und der mittleren Teilchenzahl stromabwärts (durchgegangen-C) wird der Testwert der Flüssigkeitsfiltrationseffizienz für jede ausgewählte Teilchengröße bestimmt durch die Beziehung [(100[C/C₀])·100%]. Die Flüssigkeitsfiltrations-Retentionseffizienz als Funktion der Zeit und der Teilchengröße kann ebenfalls durch Vergleichen der Teilchenzahlen stromaufwärts und stromabwärts (und durch Bestimmen der Effizienz [(100 – [C/C₀])·100%]) an den zehn aufeinanderfolgenden Punkten in dem Test gemessen werden.
B. Beispiele
1. Probe A
Die Probe A wurde hergestellt durch Bilden eines 7 g/m² (gsm) Schmelzblasgewebes aus 0,8 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt mit einem auf 475°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 36 lbs Polymer/h aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 475°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3900 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 390 lbs/h erfolgt. Das Schmelzblasmaterial wurde aufgefangen und sofort auf einen nicht-gewebten Spinnvliesgitterstoff aus Polypropylen mit 10 gsm (Celestra von Fiberweb Corporation, Nashville, Tenn.), der sich auf einem Kollektorband mit 55 ft/min bewegt, mit einem Unterdruck von ungefähr 18 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz gebunden wird. Das Schmelzblasmaterial ließ man an das Spinnvlies anhaften, wodurch sich eine Verbundwerkstoffstruktur mit einer Stärke von 0,005'', ein Grundgewicht von 18 gsm, einer Luftdurchlässigkeit von 91 CFM bei 0,5'' Wassersäule ergab. Das resultierende Filtermaterial hatte einen Druckabfall von 1,5 mm H₂O bei 10,5 FPM Flächengeschwindigkeit, wie mit einem TSI 8130 Filtrationstester bestimmt wurde. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz war 82,2%.
Die schmelzgeblasene Nanofaser/Gitterstoff-Kombination ließ man auf eine Trägerschicht anhaften, die aus einer Cellulosefaser besteht, welche aus 17% Vinylacetat-Harz und 83% Cellulosefaser besteht, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 139 gsm und einer Luftdurchlässigkeit von 80 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Das Nanofaser/Spinnvlies-Schmelzblasprodukt wurde mit Ultraschall auf einen Celluloseträger punktgeklebt (3% Klebefläche), wobei der Celluloseträger auf der stromabwärtigen Seite des Schmelzblas-Nanofaser-Gitterstoffs angeordnet ist, und wobei der Gitterstoff stromaufwärts von der Schmelzblas-Nanofaser angeordnet ist.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 156 gsm, eine Dicke von 0,030'' und eine Luftpermeabilität von 38 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 87,5%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 11%). Der Spinnvlies-Gitterstoff hatte im Wesentlichen keine Fähigkeit, Feinteilchen einzufangen.
2. Probe B
Probe B wurde hergestellt unter Bildung eines 1 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,25 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt mit einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 2 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 70 Löchern pro inch durch Blasformen mit auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3250 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 350 lbs/h erfolgt. Das Schmelzblasmaterial wurde aufgefangen und sofort auf einen 10 gsm Spinnvliesgitterstoff aus Polypropylen (Celestra von Fiberweb Corporation, Nashville, Tenn.), der sich auf einem Kollektorband mit 30 ft/min bewegt, mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch eine 7 inch breiten Schlitz gebunden. Das Schmelzblasmaterial ließ man auf dem Spinnvlies festhaften, wodurch sich eine Verbundwerkstoffstruktur mit einer Dicke von 0,0034'', einem Grundgewicht von 11 gsm, einer Luftpermeabilität von 328 CFM bei 0,5'' Wassersäule ergab. Das resultierende Filtermaterial hatte einen Druckabfall von 0,4 mm H₂O bei 10,5 FPM Flächengeschwindigkeit, wie mit einem TSI 8130 Filtrationstester bestimmt. Die NaCl-Teilchenfiltrationseffizienz betrug 47%.
Die schmelzgeblasene Nanofaser/Gitterstoff-Kombination ließ man auf eine Trägerschicht anhaften, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 17% Vinylacetatharz und 83% Cellulosefaser enthielt, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 139 gsm und einer Luftpermeabilität von 80 CFM bei 0,5'' Wasser. Das Schmelzblasmaterial Nanofaser/Spinnvlies wurde mit Ultraschall auf einen Celluloseträger geklebt, wobei der Celluloseträger auf der stromabwärtigen Seite des Schmelzblas-Nanofasergitterstoffs angeordnet war und wobei der Gitterstoff stromaufwärts zur Schmelzblas-Nanofaser angeordnet war.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 156 gsm, eine Dicke von 0,032'' und eine Luftpermeabilität von 53 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 53%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 11%). Der Spinnvlies-Gitterstoff hat im Wesentlichen keine Fähigkeit, Feinteilchen einzufangen.
3. Probe C
Probe C wurde hergestellt durch Bilden eines 2 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,32 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt mit einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 12 lbs Polymer pro Stunde aus einer Ausgangsdüse mit 70 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3250 lbs/h, während die Abschreckung mit 55°F Luft bei 350 lbs/h erfolgt. Das Schmelzblasmaterial wurde aufgefangen und sofort auf einen 10 gsm Spinnvlies-Propylen-Gitterstoff (Celestra von Fiberweb Corporation, Nashville, Tenn.), der sich auf einem sich mit 75 ft/min bewegenden Kollektorband bewegt, mit einem Unterdruck von ungefähr 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz aufgeklebt. Das Schmelzblasmaterial ließ man dem Spinnvlies anhaften, wodurch sich eine Verbundwerkstoffstruktur mit einer Dicke von 0,0052'', einem Grundgewicht von 12 gsm, einer Luftpermeabilität von 335 CFM bei 0,5'' Wassersäule ergab. Das resultierende Filtermaterial hatte einen Druckabfall von 0,3 mm H₂O bei 10,5 FPM Flächengeschwindigkeit, wie mit einem TSI 8130-Filtrationstester bestimmt wurde. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 36%.
Die schmelzgeblasene Nanofaser/Gitterstoff-Kombination ließ man auf eine Trägerschicht anhaften, die aus einer Cellulosefaser besteht, welche 17% Vinylacetatharz und 83% Cellulosefaser enthält, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 139 gsm und einer Luftpermeabilität von 80 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Das Schmelzblasmaterial Nanofaser/Spinnvlies wurde mit Ultraschall auf einen Celluloseträger geklebt, wobei der Celluloseträger auf der Stromabwärtsseite des schmelzgeblasenen Nanofaser-Gitterstoffs angeordnet war und wobei der Gitterstoff stromaufwärts von der Schmelzblas-Nanofaser angeordnet war.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 156 gsm, eine Dicke von 0,031'' und eine Luftpermeabilität von 56 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz war 49%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 11%).
4. Probe D
Probe D wurde hergestellt durch Bilden eines 5 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,7 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 70 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3250 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 490 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde aufgesammelt und sofort auf einen 10 gsm nicht-gewebten Spinnvlies-Gitterstoff aus Polypropylen (Celestra von Fiberweb Corporation, Nashville, Tenn.), der sich auf einem sich mit 50 ft/min bewegenden Kollektorband bewegt, mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz gebunden. Das Schmelzblasmaterial ließ man auf dem Spinnvlies anhaften, wodurch sich eine Verbundwerkstoffstruktur mit einer Dicke von 0,004'', einem Grundgewicht von 15 gsm, einer Luftpermeabilität von 111 CFM bei 0,5'' Wassersäule ergab.
Die schmelzgeblasene Nanofaser-/Gitterstoff-Kombination ließ man auf eine Trägerschicht anhaften, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 17% Vinylacetatharz, 15% Polyesterfasern und 68% Cellulosefaser enthielt, nicht gewebt, nassgelegt, mit einem Grundgewicht von 122 gsm und einer Luftpermeabilität von 94 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Das schmelzgeblasene Nanofaser/Spinnvlies ließ man auf dem Celluloseträger anhaften, indem man ein Heißschmelzkleberspray (Bostik HM 4379 Amorphous Polyolefin (APO)) mit einem Flächengewicht von 4 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Kleber belegte Schicht auf die Schmelzblas-/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen zwei Gummirollen aufklebte. Der Gegenstand wurde in ein Filterelement mit einer Gittergewebeschicht, die zum Einlass schaut, und der Schmelzblas-Nanofaser in der Mitte und dem Celluloseträger, der zur stromabwärtigen Seite schaut, geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 136 gsm, eine Dicke von 0,031'' und eine Luftpermeabilität von 51 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz war 68%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 11%).
5. Probe E
Probe E wurde hergestellt durch Bilden eines 5 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,5 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 70 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3250 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 490 lbs/h erfolgt. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem bloßen Kollektorband, das sich mit 45 ft/min bewegte, mit einem Unterdruck von ungefähr 20 inches Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz aufgefangen. Das freistehende Nanofaser-Schmelzblasmaterial hatte eine Dicke von weniger als 0,001'', ein Grundgewicht von 5 gsm, eine Luftpermeabilität von 100 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser ließ man auf eine Trägerschicht anhaften, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 17% Vinylacetatharz, 15% Polyesterfasern und 68% Cellulosefasern enthielt, nicht gewebt, nassgelegt, mit einem Grundgewicht von 122 gsm und einer Luftpermeabilität von 94 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Das Schmelzblas-Nanofaser/Spinnvlies ließ man an dem Celluloseträger anhaften, indem man ein Heißschmelzkleberspray (Bostik HM 4379 APO) mit einem Flächengewicht von 4 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Kleber belegte Schicht auf die Schmelzblas/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem für das Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendetem Band und einer Gummirolle festklebte. Der Gegenstand wurde in ein Filterelement mit zum Einlass schauender Schmelzblas-Nanofaser und zur stromabwärtigen Seite schauendem Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 133 gsm, eine Dicke von 0,029'' und eine Luftpermeabilität von 50 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz war 63%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 1%). Die mittlere Haftfestigkeit der Nanofaserschicht auf dem Grundsubstrat betrug 0,5 Ounces/inch Breite.
6. Probe F
Die Probe F wurde hergestellt durch Bilden eines 5 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,7 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 70 Löchern pro inch, formgeblasen durch auf 435°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3900 lbs/h, während die Abschreckung mit 55°F Luft bei 520 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 60 ft/min bewegenden blanken Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inches Wassersäule durch eine 7 inch breiten Schlitz aufgesammelt. Das freistehende Nanofaser-Schmelzblasprodukt hatte eine Dicke von weniger als 0,001, ein Grundgewicht von 5 gsm, eine Luftpermeabilität von 172 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser ließ man an eine Substratschicht anhaften, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 17% Vinylacetatharz und 83% Cellulosefasern enthielt, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 125 gsm und einer Luftpermeabilität von 32 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den Celluloseträger gebunden, indem man ein Heißschmelzkleberspray (Bostik HM 4379 APO) mit einem Flächengewicht von 4 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Klebstoff belegte Schicht mit der Schmelzblas/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem für das Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Band und einer Gummirolle klebte. Der Gegenstand wurde in ein Filterelement mit der zum Einlass schauenden Schmelzblas-Nanofaser und dem zur Stromabwärtsseite schauenden Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 134 gsm, eine Dicke von 0,027'' und eine Luftpermeabilität von 27 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz war 50%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 20%).
7. Probe G
Probe G wurde hergestellt durch Bilden eines 3 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,7 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 70 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 435°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 4250 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 520 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 100 ft/min bewegenden blanken Kollektorband mit einem Unterdruck von ungefähr 17 inch Wassersäule durch eine einen 7 inch breiten Schlitz gesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von weniger als 0,001'', ein Grundgewicht von 3 gsm, eine Luftpermeabilität von 300 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an eine Trägerschicht gebunden, die aus Cellulose bestand, welche 17% Vinylacetatharz und 83% Cellulosefasern enthielt, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 125 gsm und einer Luftpermeabilität von 32 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Das Schmelzblas-Nanofaser/Spinnvlies wurde auf dem Celluloseträger gebunden, indem man ein Heißschmelzkleberspray (Bostik HM 4379 APO) mit einem Flächengewicht von 4 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Kleber belegte Schicht auf die Schmelzblas/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem zum Sammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Band und einer Gummirolle klebte. Der resultierende Gegenstand wurde in einen Filter mit der zum Einlass schauenden Schmelzblas-Nanofaser und dem zur stromabwärtigen Seite schauenden Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 129 gsm, eine Dicke von 0,025'' und eine Luftpermeabilität von 29 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 37%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 20%).
B. Probe H
Probe H wurde hergestellt durch Bilden eines 3 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,7 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer/h aus einer Austrittsdüse mit 70 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 440°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 4360 lbs/h, während die Abschreckung mit 55°F Luft bei 490 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 100 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 17 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz gesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von weniger als 0,001'', ein Grundgewicht von 3 gsm, eine Luftpermeabilität von 307 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an die Trägerschicht gebunden, die aus Cellulosefasern bestand, welche 17% Vinylacetatharz und 83% Cellulosefasern enthielt, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 139 gsm und einer Luftpermeabilität von 89 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den Celluloseträger gebunden, indem man ein Heißschmelzkleberspray (Bostik HM 4379 APO) mit einem Flächengewicht von 2 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Kleber belegte Schicht an die Schmelzblas/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem für das Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Band und einer Gummirolle klebte. Der resultierende Gegenstand wurde in einen Filter mit dem zum Einlass schauenden Celluloseträger und der zur stromabwärtigen Seite schauenden Schmelzblas-Nanofaserschicht geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 143 gsm, eine Dicke von 0,029'' und eine Luftpermeabilität von 69 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 30%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten, steifen Strukturträgersubstrat (ungefähr 9%).
9. Probe I
Probe I wurde hergestellt durch Bilden eines 11 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,7 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 30 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 70 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 440°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 4360 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 490 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 37 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz gesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von weniger als 0,003'', ein Grundgewicht von 11 gsm, Luftpermeabilität von 66 cfm bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an eine kartierte, nicht gewebte steife Verstärkungsträgerschicht aus Polymerfasern mit einem Grundgewicht von 107 gsm und einer Luftpermeabilität von 435 CFM bei 0,5'' Wassersäule gebunden.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den kartierten, nicht gewebten, steifen Verstärkungsträger gebunden, indem man ein Heißschmelzkleberspray (Bostik HM 4379 APO) mit einem Flächengewicht von 4 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Kleber belegte Schicht an die Schmelzblas/Nanofaser durch Kontaktdruck zwischen einem für das Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Band und einer Gummirolle klebte. Der resultierende Gegenstand wurde in einen Filter mit dem zum Einlass schauenden kartierten, nicht gewebten, steifen Verstärkungsträger und der zur stromabwärtigen Seite schauenden Schmelzblas-Nanofaserschicht geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 113 gsm, eine Dicke von 0,024'' und eine Luftpermeabilität von 57 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 88 Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 20%).
10. Probe J
Probe J wurde hergestellt durch Bilden eines 24 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,5 μm PBT-Fasern (Ticona Celanex 2008), hergestellt aus einem auf 530°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 550°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 2600 lbs/h. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 30 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz aufgesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von 0,008'', ein Grundgewicht von 24 gsm, eine Luftpermeabilität von 79 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an eine Trägerschicht gebunden, die aus Cellulose bestand, welche 17% Vinylacetatharz, 85% Cellulosefasern enthielt, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 165 gsm und einer Luftpermeabilität von 12 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die 4 Schichten des Schmelzblas-Nanofaser/Spinnvlies wurden mit Ultraschall an einen Celluloseträger geklebt, wobei der Celluloseträger auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet war und das Schmelzblas-Nanofaser-Gittergewebe auf der stromabwärtigen Seite angeordnet war.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 287 gsm, eine Dicke von 0,045'' und eine Luftpermeabilität von 7 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
11. Probe K
Probe K wurde hergestellt durch Bilden eines 10 gsm Schmelzblasgewebes aus 2 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 500°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 240 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 500°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3250 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 350 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde gesammelt und sofort auf einen 10 gsm Spinnvlies-Gitterstoff aus Polypropylen (Celestra von Fiberweb Corporation, Nashville, Tenn.), der sich auf einem sich mit 250 ft/min bewegenden Kollektorband bewegt, mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz geklebt. Zu diesem Schmelzblas/Gitterstoff-Verbundwerkstoff wurde eine Nanofaserschicht hinzugefügt, indem man ein 4 gsm Schmelzblasgewebe aus 0,5 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3250 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 350 lbs/h erfolgte, formte.
Der resultierende Dreischicht-Verbundwerkstoff hatte eine Schmelzblas-Nanofaser auf der oberen Oberfläche, eine herkömmliche Schmelzblasstruktur darunter und einen Gitterstoff auf der unteren Oberfläche. Der resultierende Verbundwerkstoff hatte ein Grundgewicht von 25 gsm, eine Dicke von 0,012'' und eine Luftpermeabilität von 84 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 88%.
12. Probe L
Probe L wurde hergestellt durch Bilden eines 5 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,4 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 450°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 4360 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 490 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 45 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz aufgesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von weniger als 0,001'', ein Grundgewicht von 5 gsm, eine Luftpermeabilität von 150 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an einer geriffelten Trägerschicht befestigt, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 20% Vinylacetatharz, 80 Cellulosefasern enthielt, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 114 gsm und einer Luftpermeabilität von 16 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die geriffelte Trägerschicht hatte eine Riffelungskanalweite von 0,170''. Die Riffelungstiefe der Trägerschicht war 0,022'' auf der zu beschichtenden Filzseite, die gegenüberliegende (Faden-)seite hatte eine Riffelungstiefe von 0,022'', gemessen mit dem IAS-Laserriffelungsanzeigegerät.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den Celluloseträger gebunden, indem man einen Heißkleber (Bostik M2751-Klebstoff), erhitzt auf 400°F und bei 410°F mit einem Flächengewicht von 6 g/m² auf den Celluloseträger gesprüht, aufbrachte und dann sofort die mit Klebstoff belegte Schicht mit der Schmelzblas/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem zum Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Edelstahlband und einer Gummirolle bei einem Spaltdruck von 30 Pounds pro linearem inch (PLI) klebte. Der resultierende Gegenstand wurde in einen Filter mit der zum Einlass schauenden Schmelzblas-Nanofaser und dem zur stromabwärtigen Seite schauenden Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 125 gsm, eine Dicke von 0,026'' und eine Luftpermeabilität von 14 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 62 Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 26%). Dieser Verbundwerkstoff hatte eine Riffelungstiefe von 0,012'' auf der Schmelzblas-Nanofaser-beschichteten Seite und 0,016'' auf der umgekehrten, unbeschichteten (Faden-)seite. Die mittlere Haftfestigkeit der Nanofaserschicht auf dem Grundsubstrat betrug 2,4 Ounces pro inch Breite.
13. Probe M
Probe M wurde hergestellt durch Formen eines 5 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,4 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Company, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 450°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 4360 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 490 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 45 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz aufgesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von weniger als 0,001'', ein Grundgewicht von 5 gsm, eine Luftpermeabilität von 150 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an einer geriffelten Trägerschicht gebunden, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 20% Vinylacetatharz, 80% Cellulosefaser, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 114 gsm und einer Luftpermeabilität von 16 CFM bei 0,5'' Wassersäule enthielt. Die geriffelte Trägerschicht hatte eine Riffelungskanalweite von 0,22''. Die Riffelungstiefe der Trägerschicht war 0,022'' auf der zu beschichtenden Filzseite, die gegenüberliegende (Faden-)seite hatte eine Riffelungstiefe von 0,022'', gemessen mit dem IAS-Laser-Riffelungsanzeigegerät.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den Celluloseträger gebunden, indem man einen Heißkleber (Bostik M2751-Klebstoff), erhitzt auf 400°F und gesprüht bei 410°F mit einem Flächengewicht von 6 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Klebstoff belegte Schicht an die Schmelzblas-/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem zum Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Edelstahlband und einer Gummirolle mit einem Spaltdruck von 30 Pounds pro linearem inch (PLI) klebte. Der Gegenstand wurde in ein Filterelement mit der zum Einlass schauenden Schmelzblas-Nanofaser und dem zur stromabwärtigen Seite schauenden Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 125 gsm, eine Dicke von 0,029'' und eine Luftpermeabilität von 14 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 63 Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (ungefähr 26%). Dieser Verbundwerkstoff hatte eine Riffelungstiefe von 0,016'' auf der Schmelzblas-Nanofaser-beschichteten Seite und 0,018'' auf der umgekehrten, unbeschichteten (Faden-)seite. Die mittlere Haftfestigkeit der Nanofaserschicht an dem Grundsubstrat war 2,0 Ounces pro inch Weite.
14. Probe N
Probe N wurde hergestellt durch Bilden eines 5 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,4 μm Polypropylenfasern (Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Corporation, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 450°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 450°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 4360 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 490 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 45 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz gesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von weniger als 0,001'', ein Grundgewicht von 5 gsm, und eine Luftpermeabilität von 150 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an eine geriffelte Trägerschicht gebunden, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 20% Vinylacetatharz, 80% Cellulosefaser, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 122 gsm und einer Luftpermeabilität von 28 CFM bei 0,5'' Wassersäule enthielt. Die geriffelte Trägerschicht hatte eine Riffelungskanalweite von 0,170''. Die Riffelungstiefe der Trägerschicht war 0,013'' auf der zu beschichtenden Filzseite, die gegenüberliegende (Faden-)seite hatte eine Riffelungstiefe von 0,013'', gemessen mit dem IAS-Laser-Riffelungsanzeigegerät.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den Celluloseträger gebunden, indem man einen Heißkleber (Bostik M2751-Klebstoff), erhitzt auf 400°F und gesprüht bei 410°F mit einem Flächengewicht von 6 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Klebstoff belegte Schicht an die Schmelzblas-/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem für das Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Edelstahlband und einer Gummirolle bei einem Spaltdruck von 30 Pounds pro linearem inch (PLI) klebte. Der resultierende Gegenstand wurde in einen Filter mit der zum Einlass schauenden Schmelzblas-Nanofaser und dem zur stromabwärtigen Seite schauenden Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 134 gsm, eine Dicke von 0,021'' und eine Luftpermeabilität von 24 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 62%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (etwa 20%). Dieser Verbundwerkstoff hatte eine Riffelungstiefe von 0,08'' auf der Schmelzblas-Nanofaser-beschichteten Seite und 0,011'' auf der umgekehrten, unbeschichteten (Faden-)seite. Die mittlere Haftfähigkeit der Nanofaserschicht auf dem Grundsubstrat war 2 Ounces pro inch Weite.
15. Probe O
Probe O wurde hergestellt durch Formen eines 25 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,6 μm PBT-Fasern (Ticona JKX), hergestellt aus einem auf 550°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 80 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 575°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 2500 lbs/h. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 40 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz gesammelt.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an die Trägerschicht gebunden, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 20% Phenolharz und 80% Cellulosefaser, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Grundgewicht von 200 gsm und einer Luftpermeabilität von 2 CFM bei 0,5'' Wassersäule enthielt. Die Gesamtdicke war 0,029'' und die Riffelungstiefe betrug 0,013''.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den Celluloseträger gebunden, indem man einen Heißkleber (Bostik Vitel 4361B-Klebstoff), erhitzt auf 450°F und gesprüht bei 450°F, mit einem Flächengewicht von 8 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Klebstoff belegte Schicht an die Schmelzblas-/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem für das Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Edelstahlband und einer Gummirolle bei einem Spaltdruck von 35 Pounds pro linearem inch (PLI) klebte. Die resultierende Struktur wurde in ein Filtermedium mit der zum Einlass schauenden Schmelzblas-Nanofaser und dem zur stromabwärtigen Seite schauenden Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 233 gsm, eine Gesamt-Dicke von 0,024'' und eine Luftpermeabilität von 1,9 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Dieser Verbundwerkstoff hatte eine Riffelungstiefe von 0,06'' auf der Schmelzblas-Nanofaser-beschichteten Seite und 0,010'' auf der umgekehrten, unbeschichteten (Faden-)seite. Die mittlere Haftfähigkeit der Nanofaserschicht auf dem Grundsubstrat war 3,5 Ounces pro inch Weite.
16. Vergleichsbeispiel
Das Vergleichsbeispiel 1 wurde hergestellt durch Bilden eines 5 gsm Schmelzblasgewebes aus 0,7 μm Polypropylenfasern ((Exxon PP3546 G, ExxonMobil Chemical Corporation, Houston, Texas), hergestellt aus einem auf 425°F erhitzten Polymer bei einer Rate von 20 lbs Polymer pro Stunde aus einer Austrittsdüse mit 35 Löchern pro inch, blasgeformt durch auf 435°F erhitzte Prozessluft bei einer Flussrate von 3900 lbs/h, während das Abschrecken mit 55°F Luft bei 520 lbs/h erfolgte. Das Schmelzblasmaterial wurde auf dem sich mit 60 ft/min bewegenden bloßen Kollektorband mit einem Unterdruck von etwa 20 inch Wassersäule durch einen 7 inch breiten Schlitz gesammelt. Die freistehende Schmelzblas-Nanofaser hatte eine Dicke von weniger als 0,001'', ein Grundgewicht von 5 gsm, eine Luftpermeabilität von 172 CFM bei 0,5'' Wassersäule.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an die geriffelte Trägerschicht gebunden, die aus einer Cellulosefaser bestand, welche 17% Vinylacetatharz und 83% Cellulosefaser, nicht gewebt, nassgelegt mit einem Basisgewicht von 125 gsm und einer Luftpermeabilität von 32 CFM bei 0,5'' Wassersäule enthielt. Die geriffelte Trägerschicht hatte eine Riffelungskanalweite von 0,170''. Die Riffelungstiefe der geriffelten Trägerschicht war 0,015'' auf der zu beschichtenden Filzseite, die gegenüberliegende (Faden-)seite hatte eine Riffelungstiefe von 0,015'', gemessen mit dem IAS-Laser-Riffelungsanzeigegerät.
Die Schmelzblas-Nanofaser wurde an den Celluloseträger gebunden, indem man ein Heißkleberspray (Bostik 4379 PVA Copolymerkleber) mit einem Flächengewicht von 3 g/m² auf den Celluloseträger aufbrachte und dann sofort die mit Kleber belegte Schicht an die Schmelzblas-/Nanofaser-Cellulose durch Kontaktdruck zwischen einem für das Aufsammeln der Schmelzblasfasern verwendeten Band und einer Gummirolle klebte. Der resultierende Gegenstand wurde in einen Filter mit zum Einlass schauenden Schmelzblas-Nanofaser und dem zur stromabwärtigen Seite schauenden Celluloseträger geformt.
Das Filtermaterial hatte ein Grundgewicht von 134 gsm, eine Dicke von 0,027'' und eine Luftpermeabilität von 27 CFM bei 0,5'' Wassersäule. Die NaCl-Teilchen-Filtrationseffizienz betrug 50%. Dies ist eine Verbesserung gegenüber dem unbeschichteten Cellulosesubstrat (etwa 20%). Dieser Verbundwerkstoff hatte eine Riffelungstiefe von weniger als 0,001'' auf der Schmelzblas-Nanofaser-beschichteten Seite und 0,015'' auf der umgekehrten, unbeschichteten (Faden-)seite. Dieses Material wurde verwendet, um ein Element mit einer Falthöhe von 1,13'', Elementhöhe von 14,375'' und Faltzahl von 155 auf einer 3'' Mittenröhre (16,5 Faltungen pro inch Mittenröhre ID) zu bauen. Das Staubaufnahmevermögen war um 25% bei einer Flächengeschwindigkeit von 300 CFM per SAE J726-Protokoll im Vergleich zu herkömmlichen Materialien verringert. Beim Untersuchen der Filter und Faltpakete hat sich herausgestellt, dass die nicht gebundene Schmelzblas-Nanofaser die durch die Faltgelenke gebildeten Filtereinlässe durch zusätzlichen Luftwiderstand blockierte.
Diese Materialien wurden auch in einem Element mit einer Falthöhe von 0,88'', Elementhöhe von 3,125'' und Faltzahl von 200 um ein 10''-Rohr herum (6,4 Faltungen pro inch Mittenrohr ID) verwendet. Das Element wurde gemäß SAE J726-Protokoll unter Verwendung einer Flächengeschwindigkeit von 65 CFM geprüft. Mit dieser weniger dicht gefalteten Konstruktion (etwa 6 Faltungen pro inch gegenüber 17 Faltungen pro inch) war das Staubaufnahmevermögen 11% höher als bei den herkömmlichen Materialien.
Beispiele L-O zeigten, dass die Verwendung des vorliegend beschriebenen Verfahrens in einem geriffelten Filtermaterial mit überragenden Riffelungseigenschaften, wie etwa der Riffelungstiefe, resultiert.
C. Diskussion
Die folgende Diskussion stellt einige allgemeine Beobachtungen auf der Grundlage relevanter Daten bereit. Die Faserdurchmesser von 100 Fasern bei 1000X wurden unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie (SEM) gemessen. Der Faserdurchmesser wurde berechnet (D, Log D, RNS D, D2/D), gemeinsam mit der geometrischen Standardabweichung, um die Verteilung der Faserdurchmesser zu bestimmen. Die mittleren (log D) Faserdurchmesser wurden als Bezugsgröße verwendet, um die unterschiedlichen Proben zu charakterisieren. Die Schmelzblas-Nanofasern waren beträchtlich feiner als normale Schmelzblasfasern, annähernd wie elektrogesponnene, aber mit einer signifikant breiteten Verteilung (etwa 2 GSTD Schmelzblas-Nanofasern gegenüber <1,3 für Elektrospinn-Nanofasern).
Die Schmelzblas-Nanofasern waren beträchtlich feiner, aber nicht so fein wie die elektrogesponnenen Nanofasern.
Betrachtet man die Querschnittsflächen, so zeigte sich, dass die Schmelzblas-Nanofaser sich ziemlich von der Elektrospinn-Nanofaser unterschied. Die Elektrospinn-Nanofaser hatte eine Nanofaser-Schichtdicke von 1 μm bis 4 μm, wohingegen die Schmelzblas-Nanofaser eine Nanofaser-Schichtdicke von 17 μm bis 30 μm aufwies.
Für industrielle Reinigungsanwendungen kann die Anwendung von Schmelzblas-Nanofasern die Verwendung von eher offenem Grundmaterial (Proben B und E) erlauben, was die Einschränkung verringern und die Lebensdauer des Filters ausdehnen würde, während es die Effizienz der Staubaufnahme beibehalten oder leicht erhöhen würde. Die Lebensdauer von Schmelzblas-Nanofaser-beschichteten Materialien bietet eine substanzielle Erhöhung in der Betriebsdauer im Vergleich zum Standard-Celluloss-Einsatzgüte (H&V FA6176).
Proben E, F und G hatten größeres Staubaufnahmevermögen als die Grundmaterialien der Standardanwendung (ungefähr 16 bis 40% Verbesserung gegenüber Standardeinsatzgüte-Material). Es ist bemerkenswert, dass im Vergleich der Proben F und G die Probe G ein geringeres angewendetes Gewicht der Schmelzblas-Nanofaser und auch weniger Staubaufnahmevermögen hatte, was darauf hindeutet, dass die Menge der Schmelzblas-Nanofasern eine Rolle beim Gesamtstaubaufnahmevermögen des Verbundwerkstoffes spielt.
Die Schmelzblasfasern schienen einen besseren, homogeneren Staubkuchen zu erzeugen, und der Staubkuchen selbst war leichter durch Pulsieren zu entfernen, was eine gleichmäßige Form der Oberflächen- und Tiefenfiltration ergab. Mit einer offenen Schmelzblasstruktur niedriger Dichte mit einigen Tiefen (Proben B, D und E) wurde Staub in offenen Trichtern gebildet, der leicht entfernt wurde. Im Vergleich zur Elektrospinn-Nanofaser, die nur Oberflächenfiltrationseigenschaften hat, kann die reinigungsfähige Staubkapazität mehr beschränkt sein. Für Cellulosematerialien vom Standard-Anwendungsgrad war die Druckerhöhung von der Alterung her untragbar hoch und kann deshalb so interpretiert werden, als dass nach dem Altern praktisch kein Reinigungsfähigkeitsverhalten vorhanden ist. Schmelzblas-Nanofaserbeschichtungen der Probe B, D und E haben eine sehr gute Beibehaltung des Reinigungsfähigkeitsverhaltens nach dem Altern (mehr als 70% vom Anfang) gezeigt.
Es war klar, dass die Aufnahmekapazität für Feinteilchen durch das Vorhandensein der Schmelzblas-Nanofasern stark verbessert wurde, so wie es auch für die Elektrospinn-Nanofasern gegenüber der Cellulose mit Standardanwendungsgüte zutrifft. Die Schmelzblas-Nanofaser hatte die einzigartige Eigenschaft der Kapazität zugefügter Teilchen, die den Druckanstieg über den Filter mit der Akkumulation feiner Teilchen verringert und die Lebensdauer des Filters im Vergleich zu Cellulose mit Standardanwendungsgüte nahezu verdoppelt. Man glaubt, dass Elektrospinn-Nanofaser die Filterlebensdauer aufgrund der Erfassung von Feinteilchen an der äußersten Oberfläche tatsächlich verringert, wenn die Nanofaser stromaufwärts angewendet wird, und an der Cellulose/Nanofaser-Grenzfläche, wenn die Nanofaserschicht stromabwärts angeordnet ist, was den Druckabfall stark erhöht. Im Fall des Schmelzblas-Nanofaser-Verbundwerkstoffs werden die Teilchen auch in der Schmelzblasschicht gesammelt, was die Aufnahmekapazität für Feinteilchen erhöht.
Die gleichen Beobachtungen für die Hochleistungsluft-Güteklassen können auch für die Autoluft-Güteklassen gemacht werden. Unterschiede in der Teilchenaufnahmeeffizienz für die Hochleistungsluft-Güteklassen zwischen den Nanofaserbeschichteten Güteklassen und der Standardanwendungscellulose sind weniger dramatisch aufgrund seiner feinporigen Struktur und niedrigeren Permeabilität. Diese feine Grundporenstruktur wird jedoch mit Feinteilchen verstopft, was rasch zu einem rapiden Druckanstieg führt, was die nutzbare Lebensdauer stark einschränkt. Die Anwendung von Schmelzblas-Nanofasern durch verbesserte Teilchenerfassung weitet die Lebensdauer stark auf über 300% aus.
Die Kapazität der Schmelzblas-Nanofaser-Güteklassen übersteigt diejenige der Standardanwendungscellulose und der Elektrospinn-Nanofaser-beschichteten stark.
Es sollte bemerkt werden, dass eine zweite Standardanwendungscellulose mit Probe B verglichen wurde, weil die Beschichtungsorientierung der Cellulosegrundfolie auf der mehr offenen Seite (Filz) war, während für Kraftfahrzeugluft die Beschichtung normalerweise auf der Fadenseite sein würde. Die Belastung der Fadenseite (die eine feinere Porenstruktur hat) irgendeines Cellulosematerials mit einem Staubstrom, wird die Kapazität aufgrund der Anwesenheit feiner Poren verringern. Unter diesen Bedingungen hat die Schmelzblas-Nanofaser einen verringernden Effekt auf die Feinteilchenkapazität des Verbundwerkstoffmaterials.
Gemäß dem Flüssigkeits-Filtrations-Effizienztest verstärkt die Nanofaser-beschichtete Cellulose die Filtrationsleistung für Cellulosematerialien stark, wohingegen elektrogesponnene Nanofaser nur eine vorübergehende Verbesserung in der Leistungsfähigkeit gibt und relativ rasch seine Vorteile aufgrund der Abnahme der feinen Faserstruktur verliert. Die Teilchenaufnahmeeffizienz bei Teilchengrößen von 4 μm und 10 μm werden durch die Zugabe von Schmelzblas-Nanofasern gegenüber herkömmlichen Cellulosemitteln verbessert. Bei einer Teilchengröße von 25 μm wurde die Teilchenaufnahmeeffizienz durch die Zugabe der Schmelzblas-Nanofasern nicht verbessert. Die Größe, mit der Teilchen mit 90% Effizienz bzw. 99% Effizienz aufgenommen werden können, ist beträchtlich feiner für Probe J (5,5 μm bzw. 8,1 μm), verglichen mit Cellulose (11,1 μm bzw. 17,9 μm). Die Größe, bei der Teilchen mit 90% Effizienz bzw. 99% Effizienz aufgenommen werden können, ist auch beträchtlich feiner für Probe J (5,5 μm bzw. 8,1 μm), verglichen mit Elektrospinnfasern (9,8 μm bzw. 14,6 μm).
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind auch andere Ausführungsformen möglich.
Während Ausführungsformen beschrieben worden sind, in denen ein Gitterstoff zwischen einem Substrat und einer Schmelzblasschicht angeordnet ist, kann in bestimmten Ausführungsformen die Schmelzblasschicht beispielsweise zwischen dem Substrat und dem Gitterstoff angeordnet sein.
Während Ausführungsformen beschrieben worden sind, in denen ein Filtermaterial drei Schichten einschließt, kann ein Filtermaterial beispielsweise wahlweise mehr Schichten einschließen. In einigen Ausführungsformen kann ein Filtermaterial mehr als ein Substrat, mehr als eine Zwischenschicht (beispielsweise mehr als einen Klebstoff, mehr als einen Gitterstoff) und/oder mehr als eine Schmelzblasschicht aufweisen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen ein Filtermaterial eine Schmelzblasschicht mit Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser und eine zweite Schmelzblasschicht mit Fasern mit einem davon verschiedenen mittleren Faserdurchmesser einschließen. Ein Filtermaterial kann auch zusätzliche Schichten einschließen.
Während Ausführungsformen beschrieben worden sind, in denen ein Filtermaterial eine Schmelzblasschicht hat, kann ein Filtermedium als ein weiteres Beispiel wahlweise mehr als eine Schmelzblasschicht einschließen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Filtermaterial eine auf einer Schmelzblasschicht aufgebrachte Schmelzblasschicht einschließen.
Während bestimmte Verfahren zum Herstellen eines Filtermaterials beschrieben worden sind, können als zusätzliches Beispiel andere Methoden auch verwendet werden. Als ein Beispiel kann in einigen Ausführungsformen das Substrat aus einem zweikomponentigen Film bestehen (beispielsweise ein Material mit verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt und ein Material mit verhältnismäßig hohem Schmelzpunkt), auf dem das Schmelzblasmaterial ausgeformt wird. Darauffolgend wird das Material mit relativ niedrigem Schmelzpunkt erhitzt, so dass das Material schmilzt (beispielsweise durch die Wärme von dem Schmelzblasmaterial und/oder durch Erwärmen in einem Ofen), gefolgt durch Abkühlen (beispielsweise auf Raumtemperatur), um ein Filtermaterial bereitzustellen, das das direkt auf das Substrat geklebte Schmelzblasmaterial einschließt. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat beispielsweise aus zwei Schichten bestehen, wobei eine Schicht aus dem Material mit relativ niedrigem Schmelzpunkt besteht und die andere Schicht aus dem Material mit relativ hohem Schmelzpunkt besteht. In solchen Ausführungsformen kann das Schmelzblasmaterial auf das Material mit relativ niedrigem Schmelzpunkt aufgebracht werden. Darauffolgend wird das Material mit relativ niedrigem Schmelzpunkt erwärmt, so dass das Material schmilzt (beispielsweise über die Wärme aus dem Schmelzblasmaterial und/oder durch Heizen in einem Ofen), und Kühlen (beispielsweise auf Raumtemperatur) stellt ein Filtermaterial bereit, das das direkt auf das Substrat geklebte Schmelzblasmaterial einschließt. Die Materialien (Material mit relativ niedrigem Schmelzpunkt, Material mit relativ hohem Schmelzpunkt), aus dem das Substrat besteht, können irgendein Material mit den geeigneten Schmelzeigenschaften sein. Typischerweise sind solche Materialien Polymere. In einigen Ausführungsformen kann das Material mit relativ niedrigem Schmelzpunkt einer der oben beschriebenen Klebstoffe sein (beispielsweise kann das Substrat ein Film bestehend aus einem Verbundmaterial sein, das den Klebstoff einschließt). Wahlweise kann ein Gitterstoff und/oder zusätzliche andere Schichten aus Materialien in das Filtermaterial eingearbeitet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das Substrat ein oder mehrere zusätzliche Materialien enthalten.
Während Ausführungsformen beschrieben worden sind, in denen ein Schmelzblasmaterial mit einem Substrat über chemische Bindung unter Verwendung eines Klebstoffs oder über mechanische Verbindung unter Verwendung von Ultraschall oder Schmelzen/Kühlen verbunden ist, können in einigen Ausführungsformen als weiteres Beispiel andere Arten mechanischer Verbindung verwendet werden. Beispiele schließen Nähen, Heften, hydrodynamisches Verschließen und Vernadeln ein. In einigen Verfahren, wie etwa Vernadeln und hydrodynamisches Verschließen, kann das Schmelzblasmaterial mit anderen Schichten (beispielsweise dem Substrat) durchsetzt werden.
Während Ausführungsformen beschrieben worden sind, in denen Schmelzblasmaterial verwendet worden ist, können in noch einem anderen Beispiel zusätzlich oder alternativ andere Materialien verwendet werden. Allgemeiner kann ohne Einschränkung des verwendeten Materials oder des Prozesses zum Herstellen der Fasern ein Material mit Fasern mit mittlerem Durchmesser von höchstens 1,5 μm (beispielsweise höchstens 1,4 μm, höchstens 1,3 μm, höchstens 1,2 μm, höchstens 1,1 μm, höchstens 1 μm) und/oder mindestens 0,2 μm (beispielsweise mindestens 0,3 μm, mindestens 0,4 μm, mindestens 0,5 μm), gemessen unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie, in dem, was oben als die Schmelzblasschicht beschrieben ist, verwendet werden. In anderen Ausführungsformen wird das Material unter Verwendung von Schmelzprozessen (beispielsweise einem Schmelzblasprozess, Spunbond, Extrusion und Filmblasextrusion) gebildet. In einigen Ausführungsformen kann das Material mit kleinem mittleren Durchmesser durch andere Verfahren gebildet werden. Als ein Beispiel kann das Material mit kleinem mittleren Durchmesser hergestellt werden, indem man eine Faser mit relativ großem Durchmesser nimmt und sie in die Form des Materials mit kleinem mittleren Durchmesser streckt. Andere Verfahren schließen die ”Inseln im Meer”- und ”Tortenstück”-Methoden zum Bilden von Fasern ein, wie etwa beschrieben in US-Patenten 5,783,503 ; 5,935,883 und 6,858,057 , die hiermit durch Bezugnahme nur insoweit aufgenommen werden, als dass sie mit dem Rest der vorliegenden Offenbarung konsistent sind. In einigen Ausführungsformen ist das Material nicht polymerisch (beispielsweise ein Glas, eine Keramik). Beispielsweise kann das Material ein nassgelegtes Glas sein. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat aus einem nassgelegten Glas mit einem relativ großen mittleren Durchmesser (beispielsweise höchstens 2 μm, höchstens 3 μm, 3 μm bis 4 μm) bestehen, und der Filter kann eine Schicht aus nassgelegter Glasfaser mit einem relativ kleinen mittleren Durchmesser (beispielsweise höchstens 1,5 μm) anstelle der Schmelzblasschicht einschließen, wobei das Filtermaterial ein Klebstoffmaterial einschließen kann oder nicht.
Obwohl Ausführungsformen beschrieben worden sind, in denen das Filtermaterial geriffelt und/oder gefaltet ist, kann als ein weiteres Beispiel das Filtermaterial allgemeiner in irgendeiner Weise aus einer Vielfalt gewünschter Arten geformt sein. Solche Formen sind allgemein im Stand der Technik bekannt. Beispiele von Formen schließen genoppte, gerillte, geprägte und durch Klebstoffkugel getrennte Beutelstruktur oder Röhrenstruktur ein.
Andere Ausführungsformen sind in den Ansprüchen angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5401446 [0128]
- US 5783503 [0224]
- US 5935883 [0224]
- US 6858057 [0224]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ASTM D-846 [0068]
- ASTM F778-88 [0069]
- ASTM D4497 [0078]
- ISO 16889:1999-Testprozedur [0101]
- ASTM D2 986-91 [0140]
- VDI-3926 Typ-2-Prozedur [0142]
- ISO 16889 [0144]
- SAE J726-Protokoll [0204]
- SAE J726-Protokoll [0205]

Claims

Ein Filterelement, umfassend: einen Einlass; einen Auslass; ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Filtermaterial, wobei das Filtermaterial umfasst: eine erste, zum Einlass schauende Substratschicht, wobei die Substratschicht eine Luftpermeabilität von mindestens 70 CFM hat; und eine zweite Schicht, umfassend ein Schmelzblasmaterial, die stromabwärts zur ersten Substratschicht angeordnet ist.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die erste Substratschicht eine Luftpermeabilität von zwischen 100 CFM und 300 CFM hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die erste Substratschicht eine Luftpermeabilität von zwischen 160 CFM und 200 CFM hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die erste Substratschicht ein Grundgewicht von mindestens 150 g/m² hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die erste Substratschicht eine Dicke von mindestens 400 μm hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die zweite Schicht Schmelzblasfasern mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 1,5 μm umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die zweite Schicht Schmelzblasfasern mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 0,8 μm umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die zweite Schicht Schmelzblasfasern mit einem mittleren Durchmesser von höchstens 0,6·μm umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die zweite Schicht eine Dicke hat von 30 μm bis 100 μm.
Filterelement nach Anspruch 1, ferner umfassend eine dritte Schicht, die einen Gitterstoff oder ein Klebstoffmaterial umfasst.
Filterelement nach Anspruch 1, worin das Filtermaterial im Wesentlichen frei von einer Ölbeschichtung ist.
Filterelement nach Anspruch 1, worin das Filtermaterial ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 150 g/m² hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin das Filtermaterial ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 200 g/m² hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin das Filtermaterial eine Luftpermeabilität von 100 bis 200 CFM hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin das Filtermaterial eine anfängliche Staubaufnahmeeffizienz von mindestens 90% für 10 μm-Teilchen hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin das Filtermaterial eine anfängliche Staubaufnahmeeffizienz von mindestens 95% für 20 μm-Teilchen hat.
Filterelement nach Anspruch 1, worin das Filterelement ein Kraftfahrzeugluftfilter ist.
Filterelement nach Anspruch 1, worin die erste Substratschicht ein organisches Polymer umfasst.
Filterelement, umfassend: einen Einlass; einen Auslass; ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Filtermaterial, wobei das Filtermaterial umfasst: eine erste, oberste Schicht, umfassend ein Substrat; und eine zweite, ein Schmelzblasmaterial umfassende Schicht, die stromabwärts von der ersten Schicht angeordnet ist, worin das Filtermaterial ein Staubaufnahmevermögen von mindestens 70 g/m² hat.
Filterelement, umfassend: einen Einlass; einen Auslass; ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Filtermaterial, wobei das Filtermaterial umfasst: eine erste, zum Einlass schauende Substratschicht, wobei die Substratschicht eine Luftpermeabilität von mindestens 70 CFM hat; und eine zweite Schicht, die eine Vielfalt von Kunstfasern mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 1,5 μm umfasst.
Filterelement nach Anspruch 20, worin das Filterelement ein Kraftfahrzeugluftfilter ist.