TW202019543A - 具有包含經局部薄化彎曲區帶之強化細絲之起褶襉空氣過濾器 - Google Patents

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葛蘭 歐文 喬治森
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布蘭達 卡莉娜 巴爾德拉斯
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美商3M新設資產公司
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Abstract

一種起褶襉空氣過濾器介質，其具有在該起褶襉空氣過濾器之至少一面上的複數個連續接觸式強化細絲。該等細絲具有經局部薄化彎曲區帶，該等經局部薄化彎曲區帶之各者與該起褶襉空氣過濾器介質之褶襉尖端或褶襉谷對位。

Description

具有包含經局部薄化彎曲區帶之強化細絲之起褶襉空氣過濾器
在空氣過濾應用中(例如，在熱通風空氣調節(heating-ventilating-air conditioning,HVAC)系統、室內空氣清淨器等等中)，通常使用起褶襉過濾器。
本文揭示一種起褶襉空氣過濾器介質，其包含在該起褶襉空氣過濾器之至少一面上的複數個連續接觸式強化細絲。該等細絲包含經局部薄化彎曲區帶，該等經局部薄化彎曲區帶之各者與該起褶襉空氣過濾器介質之一褶襉尖端或褶襉谷對位。本發明之此些及其他態樣將經由下文的詳細說明而顯而易見。然而，無論如何，不應將本案發明內容解釋為限制可主張的申請標的，不論此申請標的是在最初 申請之申請案的申請專利範圍內所提出，或是在審理中以修改或是其他方式呈現的申請專利範圍中皆然。
1‧‧‧纖維性空氣過濾帶材/帶材
2‧‧‧第一側
3‧‧‧第二側
10‧‧‧起褶襉空氣過濾器介質/起褶襉過濾器介質/介質
20‧‧‧第一側褶襉
21‧‧‧第一側褶襉尖端
22‧‧‧第一側褶襉谷
23‧‧‧第一側褶襉壁/褶襉壁
25‧‧‧第一面
30‧‧‧第二側褶襉
31‧‧‧第二側褶襉尖端
32‧‧‧第二側褶襉谷
33‧‧‧第二側褶襉壁/褶襉壁
35‧‧‧第二面
40‧‧‧連續接觸式強化細絲/強化細絲/細絲
40'‧‧‧細絲
40"‧‧‧細絲
40a‧‧‧細絲/強化細絲
40b‧‧‧細絲/強化細絲
40c‧‧‧細絲/強化細絲
41‧‧‧經局部薄化彎曲區帶/彎曲區帶
41'‧‧‧經局部薄化彎曲區帶/彎曲區帶
41"‧‧‧經局部薄化彎曲區帶/彎曲區帶
41'''‧‧‧經局部薄化彎曲區帶/彎曲區帶
41a‧‧‧彎曲區帶
41a'‧‧‧彎曲區帶
41b‧‧‧彎曲區帶
42‧‧‧部分
50‧‧‧折疊線
50'‧‧‧虛線
50"‧‧‧折疊線
50'''‧‧‧折疊線
70‧‧‧擠壓設備
71‧‧‧熔融擠壓物
72‧‧‧背襯輥/輥
73‧‧‧工具輥/輥
75‧‧‧脊
76‧‧‧承載帶
77‧‧‧尖端
78‧‧‧表面
100‧‧‧空氣過濾器
101‧‧‧周緣支撐框架/框架
LAF‧‧‧長軸
TBZ‧‧‧彎曲區帶厚度
TF‧‧‧細絲厚度
WBZ‧‧‧彎曲區帶寬度
WF‧‧‧細絲寬度
圖1係一例示性起褶襉空氣過濾器介質之一第一側的透視圖，該例示性起褶襉空氣過濾器介質包含在該起褶襉空氣過濾器介質之一第一面上的例示性連續接觸式強化細絲。
圖2係一例示性纖維性空氣過濾帶材之一光學照片，該例示性纖維性空氣過濾帶材在該帶材之一第一面上帶有例示性連續接觸式強化細絲，展示經部分地折疊成(folded into)一起褶襉組態。
圖3係一例示性纖維性空氣過濾帶材之一光學照片，該例示性纖維性空氣過濾帶材在該帶材之一第一面上帶有例示性連續接觸式強化細絲，展示呈平坦帶材組態。
圖4係用於在纖維性空氣過濾帶材上設置連續接觸式細絲且沿該等細絲之細長長度在所選位置處形成經局部薄化彎曲區帶的例示性設備及程序的示意圖。
圖5係沿細絲之橫向軸觀看的例示性連續接觸式強化細絲之細長長度之一部分的側視圖。
圖6a係沿細絲之長軸觀看的例示性連續接觸式強化細絲的剖面切片圖。
圖6b係沿細絲之長軸觀看的圖6a之例示性連續接觸式強化細絲之例示性經局部薄化彎曲區帶的剖面切片圖。
圖7a係沿細絲之長軸觀看的另一例示性連續接觸式強化細絲的剖面切片圖。
圖7b係沿細絲之長軸觀看的圖7a之例示性連續接觸式強化細絲之例示性經局部薄化彎曲區帶的剖面切片圖。
圖8係一例示性框架式空氣過濾器之第一側透視圖，該例示性框架式空氣過濾器包含一起褶襉空氣過濾器介質，該起褶襉空氣過濾器介質具有在該起褶襉空氣過濾器介質之一第一面上的連續接觸式強化細絲。
各圖式中相似的元件符號代表相似的元件。除非另外指示，本說明書內所有圖式與繪圖都未依照比例，並且係經選取用於例示本發明不同實施例之目的。尤其是，許多組件的尺寸僅供例示，並且除非明確指示，否則應當可從該等圖式推斷許多組件的尺寸之間並無關聯。
用語定義
雖然可在本揭露中使用諸如「頂部(top)」、「底部(bottom)」、「上(upper)」、「下(1ower)」、「之下(under)」、「之上(over)」、「前(front)」、「後(back)」、「向上(up)」與「向下(down)」、以及「第一(first)」與「第二(second)」等詞，仍應理解該 些詞在使用時僅為相對概念，除非另有註明。具體而言，起褶襉空氣過濾器介質之第一側的用語表示帶有強化細絲的起褶襉空氣過濾器介質之一側。在一些實施例中，額外的強化細絲亦可存在於第二側上。如本文中所使用，「大致上(generally)」一詞當作特性、屬性或關係的修飾詞時，除非另有具體定義，否則意味著所屬技術領域中具有通常知識者可輕易辨識該特性、屬性或關係，但是不需要絕對精準或完美匹配(例如可量化特性之+/-20%之內)；「實質上(substantially)」一詞表示高度近似(例如可量化特性之+/-10%之內)，但是同樣不需要絕對精準或完美匹配。「基本上(essentially)」一詞表示高度近似(例如可量化特性之加或減2%之內)；將理解的是，用語「至少基本上(at least essentially)」包含「精確(exact)」匹配之具體情況。然而，甚至「精確(exact)」匹配或使用例如相同、等於、完全相同、均勻的、恆定的、及類似者的任何其他表徵詞據了解應在適用於特定環境、而非要求絕對精準或完美匹配的一般公差或測量誤差之內。應理解，本文中所引用的數值參數(尺寸、比率等等)係藉由使用自該參數之數個測量導出的平均值計算而得(除非另有註明)。
如圖1中之例示性實施例中所示，本文揭示一種起褶襉空氣過濾器介質10，該起褶襉空氣過濾器介質包含一纖維性空氣過濾帶材1，該纖維性空氣過濾帶材包含複數個連續接觸式強化細絲40，該複數個連續接觸式強化細絲熔融接合至介質10/帶材1的第一側2之第一面25。強化細絲40的至少一些各自包含複數個經局部薄化彎曲區帶41。彎曲區帶41沿各細絲40之細長長度相間隔，且因此沿帶材 1的折疊方向相間隔。各彎曲區帶41與第一側褶襉尖端21或第一側褶襉谷22對位。
如本文詳細說明，強化細絲40經熔融接合至帶材1之第一面25。「熔融接合(melt-bonded)」意指細絲經接合至帶材之第一面之纖維，其之達成係藉由使細絲生成為與纖維性帶材之第一面接觸的材料熔融流、並經冷卻及固化以熔融接合至帶材之第一面。在沉積於帶材1之第一面25上之後，細絲經處理(例如，在至少稍微柔軟或半熔融條件下)，以賦予該等細絲經局部薄化彎曲區帶41。該細絲沉積及該形成彎曲區帶之細絲處理兩者皆係在帶材1呈「平坦」(即，非起褶襉)組態情況中完成(然而這兩個步驟不一定必須彼此在線內(in-line)完成，如本文稍後所討論)。各種細絲40之彎曲區帶41至少大致上、實質上、或基本上彼此線性地對準，以共同界定帶材1中的折疊線(圖1中指示例示性折疊線50)。在細絲40硬化之後，例如藉由大致上沿帶材1之折疊方向施加力而給帶材1「打褶襉(gathered)」(摺疊化(accordionized))。經局部薄化彎曲區帶41的存在將導致帶材1優先沿折疊線50折疊，該等折疊線係由組合地作用的彎曲區帶41所建立。因此，強化細絲40可強化帶材1，同時仍允許帶材1折疊成起褶襉組態以形成起褶襉空氣過濾器介質10。因此，強化細絲40可例如排除使帶材1具備經常用於起褶襉介質中之類型的強化金屬絲網(wire mesh)的任何需求。此外，在至少一些實施例中，以此方式建立折疊線50可消除對帶材1預刻痕(即，在賦予帶材1強化細絲40之前)以使帶材1令人滿意地起褶襉的任何需要。
在參照圖1進一步詳述中，例示性起褶襉空氣過濾器介質10包含第一側2及第二側3且包含纖維性空氣過濾帶材1。在一些實施例中，介質10可基本上由帶材1組成(即，帶材1可提供介質10)；在其他實施例中，帶材1可係多層空氣過濾器介質10之一層。起褶襉空氣過濾器介質10的形狀往往可係矩形(其具體地包括正方形形狀)，其中起褶襉過濾器介質10因此具有大致上矩形周緣(其不排除在過濾器介質10之周緣中的不規則性、凹口、倒角或成角度角隅、或類似者)。因此，過濾器介質10及纖維性空氣過濾帶材1通常具有四個主邊緣，如圖1中之例示性實施例中所示。亦如圖1所示，起褶襉空氣過濾器介質10及其纖維性空氣過濾帶材1包含帶有第一面25之第一側2及帶有第二面35之第二側3。起褶襉空氣過濾器介質10及纖維性空氣過濾帶材1之第一側2包含複數個第一側褶襉20，該複數個第一側褶襉經定向成至少大致上相對於彼此平行。各第一側褶襉20包含第一側褶襉尖端21，且各相鄰對之第一側褶襉20包含在第一側褶襉谷22中終止的第一側褶襉壁23。起褶襉空氣過濾器介質10及纖維性空氣過濾帶材1之第二側3包含複數個第二側褶襉30，該複數個第二側褶襉至少大致上相對於彼此平行且與第一側褶襉20呈相對面向組態。各第二側褶襉30包含第二側褶襉尖端31，且各相鄰對之第二側褶襉30包含在第二側褶襉谷32中終止的第二側褶襉壁33。
起褶襉空氣過濾器介質10包含複數個連續接觸式強化細絲40，如圖1中之例示性實施例中所見。依據定義，連續接觸式強化細絲40與起褶襉空氣過濾器介質10之第一面25連續接觸，且連同 纖維性空氣過濾帶材1起褶襉以構成起褶襉過濾器介質10；事實上，強化細絲40將決定其中纖維性空氣過濾帶材1折疊以形成起褶襉組態的方式，如在本文中之論述而明白。
強化細絲40可由可經擠製或以其他方式獲得為熔融流的任何材料製成，且與纖維性空氣過濾帶材1之第一側之第一面25接觸，以便接合至該第一面；且，當如此接合時，可提供所欲的強化性質。此類材料可包括任何適合的可熔融遞送(例如，可擠製)熱塑性塑膠或熱固性有機聚合材料(無論天然存在的或合成的)。因此，普通聚合材料(包括但不限於例如諸如聚丙烯、聚乙烯、及其共聚物之聚烯烴；聚(乳酸)；聚醯胺；聚對苯二甲酸乙二酯等等)可用以形成強化細絲。此類有機聚合材料往往由相對高分子量聚合物、共聚物或摻合物組成。另外，可存在次成分，例如，抗氧化劑、著色劑、色素、染料、處理助劑等等。在一些實施例中，強化細絲40可係非彈性。如本文中所定義的非彈性涵蓋不具有相對高的可逆延伸性(例如藉由可逆地延長至例如100%或更多而不經受塑性變形之能力所示範)特性的諸如天然橡膠、SBR橡膠、萊卡(lycra)等之彈性材料的任何固體材料。在一些實施例中，強化細絲40可由展現至少1.0、2.0、或3.0GPa之楊氏模數的材料製成。在一些實施例中，強化細絲40可由熱熔融黏著劑組成物製成。
連續接觸式強化細絲40係當纖維性帶材呈「平坦」組態時設置在該帶材之面上且接合至該面的細絲(例如，股線(strand))。為了方便起見，使用用語「平坦(flat)」來與起褶襉組態區 別；應理解，在許多實施例中，「平坦」帶材可例如憑藉在細絲設置在帶材上時與背襯輥接觸，及/或藉由之後捲成大型卷(jumbo roll)，而可展現沿一維的輕微曲率。(此類「平坦」帶材將展現零的高斯曲率。)在使帶材起褶襉之後，根據定義，連續接觸式強化細絲將沿循帶材的起褶襉結構，以便與帶材之面連續接觸，而不會有其中細絲未與帶材之面接觸的任何間隙或間斷。如本文所揭示之連續接觸式強化細絲有別於股線，股線係藉由沉積一珠可硬化液體至已經呈起褶襉組態的纖維性帶材上，使得該液體適形於起褶襉結構(例如，流動至褶襉谷中)，且然後經硬化(即使在沉積該液體之後且在該液體硬化之前，起褶襉組態稍微改變)而形成。因此，如本文所揭示的連續接觸式強化細絲排除例如美國專利第7235115號中所揭示之類型的股線。如本文所揭示之連續接觸式強化細絲亦有別於細絲、股線、或大致上僅接合至褶襉尖端且不沿循起褶襉結構的任何細長物項。因此，如本文所揭示的連續接觸式強化細絲排除例如PCT國際專利公開案第WO2017/213926號中揭示之類型的「橋接」細絲。
在一些實施例中，強化細絲可在組成上相容於、在組成上類似於、或基本上在組成上相同於該細絲被熔融接合至其的非織造帶材之至少一些纖維的有機聚合材料。這些概念經定義且詳細描述於美國專利臨時專利申請案第62/346179號以及對應之PCT國際專利公開案第WO2017/213926號中，該兩案之全文為此目的以引用方式併入本文中。
如從圖1顯而易見，在一些實施例中，當沿所得起褶襉空氣過濾器介質之上游-下游方向觀看時，強化細絲40可展現至少實質上線性外觀。如亦從圖1顯而易見，各強化細絲40之總體長軸將平均上經定向成至少大致上、實質上、或基本上正交於(例如，在90度的+/-約5度內)起褶襉過濾器介質10之褶襉方向(其中褶襉方向意指平行於褶襉尖端21及31之方向，如由圖1中之褶襉方向箭頭表示)。在一些實施例中，所有強化細絲40全體可經定向成至少基本上正交於褶襉方向。在一些實施例中，所有強化細絲40全體可至少大致上、實質上、或基本上對準起褶襉過濾器介質10之折疊方向(介質之折疊方向係介質沿其折疊且「摺疊化」(壓縮)以呈現起褶襉組態的整體方向)；折疊方向正交於褶襉方向，且正交於所得起褶襉介質之上游/下游方向)。
在一些實施例中，強化細絲40可至少大致上、實質上、或基本上至少局部彼此平行。在一些實施例中，強化細絲40可沿起褶襉介質之褶襉方向相間隔(例如，均勻地相間隔)，再次如圖1之例示性設計中顯而易見。按所欲，細絲可包含在個別細絲之間的適合間隔。在各項實施例中，細絲間隔可平均至少1、2、4、6、8、16或24mm。在額外實施例中，細絲間隔可平均至多50、40、30、20、15、12、10、或8mm。細絲間隔可實質上或基本上均勻或可變化。無論具體配置為何，一組適合的細絲將共同包含一高度開放式結構(open structure)(在各種實施例中，其包含大於至少80、90、或95%開放式區域)，以允許充分氣流通過起褶襉過濾器介質10。
因此，強化細絲40採取個別提供(例如，擠製至纖維性空氣過濾帶材1之主表面上)的細絲形式，且無法直接或間接藉由任何其他實體(惟起褶襉過濾器介質除外)而彼此連接。因此，此排除例如整個附接至纖維性帶材之面的既存實體(例如，紗布(scrim))之部分的細絲。此外，如本文中所揭示之任何此類細絲組將有別於提供在起褶襉過濾器之下游側上(且往往接合至支撐周緣框架)的一或多個非細絲支撐結構，以剛性化以此方式形成的空氣過濾器。換言之，如本文所揭示之一組強化細絲不涵蓋例如經常提供於起褶襉過濾器之下游側上的卡紙板或金屬之經穿孔片材、或卡紙板或金屬之條狀物。在一些實施例中，無此類輔助組分(例如，經穿孔片材、條狀物等等)存在。在其他實施例中，除強化細絲外，亦可存在任何此類輔助組件。在一些具體實施例中，起褶襉空氣過濾器介質不包括任何種類的強化層(例如，金屬絲網)，該強化層接合(例如，黏著地接合)至介質之主表面且連同介質一起起褶襉。
如前文所提及，強化細絲40具備沿各細絲40之細長長度相間隔且沿帶材1之折疊方向相間隔的彎曲區帶41，如藉由在圖1中所識別之三個代表性彎曲區帶41所例示。各彎曲區帶41與第一側褶襉尖端21或第一側褶襉谷22對位。此意指彎曲區帶之至少一部分被接合至褶襉尖端或褶襉谷且適形於褶襉尖端或褶襉谷地彎曲。
圖2中之例示性實施例中繪示這些配置，該圖係帶有強化細絲40的實際纖維性空氣過濾帶材1的光學照片，其中顯示該帶材已部分完成形成為起褶襉組態的程序。雖然如圖2中所展示之帶材1 尚未完全呈現其最終起褶襉組態，但是在程序上已足以識別特性且可識別特徵。因此，識別沿強化細絲40a之長軸相間隔的例示性經局部薄化彎曲區帶41’及41”。如從圖2顯而易見，相鄰強化細絲的最接近相鄰彎曲區帶41(例如，細絲40a、40b及40c之彎曲區帶41’、41a及41b)至少大致上沿折疊線(由圖2的虛線50’識別)線性對準。細絲40a及40b的最接近相鄰彎曲區帶41”及41a’同樣至少大致上沿折疊線50”對準。
這些配置係藉由熔融接合(例如，擠壓接合)細絲40至帶材1之第一面25來達成；且，同時細絲仍然至少稍微柔軟或半熔融的，使細絲配備經局部薄化彎曲區帶41。此係以帶材1呈「平坦」(即，非起褶襉)組態中完成。此繪示於圖3中，其係在已配備強化細絲40之後呈平坦組態的帶材1的光學照片。
因此，如圖3中顯而易見，在帶材1之至少一第一面25上提供例如呈至少大致上平行間隔開組態的複數個強化細絲40。細絲40之細長軸平均上經定向沿將變成帶材1之折疊方向者。提供沿各強化細絲之長軸相間隔的彎曲區帶41。(圖3中識別沿強化細絲40a之長軸相間隔的代表性彎曲區帶41’、41”、及41'''。)
如從圖3顯而易見，相鄰強化細絲的所選彎曲區帶(例如，細絲40a、40b及40c之彎曲區帶41’、41a及41b及41a)至少大致上彼此線性地對準，以便界定一折疊線(由圖3的虛線50’所識別)。細絲40a及40b的最接近相鄰彎曲區帶41”及41a’同樣至少大 致上對準以界定一相鄰折疊線50”。圖3中亦識別又另一折疊線50'''。折疊線50用來共同界定一褶襉方向。
如可從檢查圖2及圖3而理解，經引導例如沿帶材1之折疊方向施加的力將導致帶材1優先沿由彎曲區帶41共同建立的折疊線50折疊。此提供包含與折疊線50對準之褶襉方向的起褶襉空氣過濾器介質10。連續最接近相鄰的折疊線50形成褶襉尖端21及褶襉谷22。因此，應注意，彎曲區帶41必須允許在兩個方向上彎曲，而非僅一個方向。即，參照圖2，彎曲區帶41’與(初始)褶襉尖端21對位，而相鄰彎曲區帶41”與(初始)褶襉谷22對位。因此，在形成褶襉尖端21時所需的彎曲區帶41”彎曲方向與形成褶襉谷22時所需的彎曲區帶41’彎曲方向相反。此性質將稱為彎曲區帶41需要可雙向彎曲。
由於梁部或板的彎曲勁度往往近似沿循梁部或板的厚度之三次方，所以厚度減小可造成有利的大幅勁度減小，且因此允許簡易彎曲。圖1之代表性描繪以及如圖2及圖3所示之工作例帶材的實際照片繪示彎曲區帶41在沿纖維性空氣過濾帶材1共同建立折疊線50中的角色。這些折疊線50允許帶材1優先沿折疊線50折疊以形成起褶襉空氣過濾器介質10。如前文所提及，在許多實施例中，此可在不需要執行如將帶材1預刻痕的此類動作來賦予折疊線至帶材的情況中完成(雖然在一些實施例中，此可例如作為經本文所揭露之程序的附屬動作完成)。
藉由提供具有經局部薄化區帶的強化細絲40來建立彎曲區帶41。現在將論述可達成此的例示性方式。參照圖4，在一些實施例中，可藉由將提供熔融擠壓物71流的任何所欲擠壓設備70及方法來產生強化細絲40，以此形式該熔融擠壓物流可擠壓接合至纖維性空氣過濾帶材1之第一面25(當帶材1處於「平坦」(未起褶襉)狀況中時，如前文所提及)。「擠壓接合(extrusion-bonded)」意指細絲經接合至帶材之第一面的纖維，其之達成係藉由使細絲被擠製為與纖維性帶材之第一面接觸的材料熔融流並經固化以熔融接合至帶材之第一面。在一些實施例中，熔融流可在接觸纖維性帶材的面之前被部分固化(例如，藉由與冷卻輥接觸)；此類方法仍受到擠壓接合的協助。依據定義，如本文中所揭示之熔融接合(例如，擠壓接合)及由此形成之熔融接合有別於諸如藉由例如超音波接合、溶劑接合、憑藉壓敏黏著劑或可光固化黏著劑接合等等達成之方法及所得接合。
擠壓設備70可係任何種類的擠製機(例如，單螺桿擠製機、雙螺桿擠製機等等)，該擠製機包含用於將有機熱塑性或熱固性材料擠製成處於間隔開關係的熔融流的孔口。各強化細絲可藉由自模具之孔口擠製熔融材料之流動流來形成。細絲之尺寸可例如藉由改變擠製機螺桿速度及/或藉由改變纖維性空氣過濾帶材相對於所擠製的熔融材料流移動之速度來改變。在大多數實施例中，熔融流將在至少大致上與移動中之纖維性空氣過濾帶材之機器方向(即，運動之縱向方向)對準的方向(且至少大致上正交於當隨後使帶材起褶襉時所建立的褶襉方向)擠製。
在一些實施例中，可藉由例如美國專利第7235115號及第8419817號中所描述的一般類型之沉積設備及方法來設置強化細絲40在纖維性空氣過濾帶材1之第一面25的第一面25上(當帶材1處於「平坦」狀況中時，如所提及)，該兩案之全文為此目的以引用方式併入本文中。此類設備經組態以沉積熔融流至基材之表面上，且有時稱為格柵熔融器或灑落膠(drizzle-glue)沉積器。經常，特殊組成物(例如，熱熔融黏著劑組成物)搭配此類設備使用。此類組成物可包括例如基於聚丙烯之組成物、基於乙烯乙酸乙烯酯之組成物等等，且按所欲，可包括例如各種蠟、增黏劑等等。任何此類組成物在熔融至一至少半熔融狀態且設置於一平坦纖維性帶材上且經冷卻及固化以熔融接合至該帶材時，可提供如本文所揭示之強化細絲。
如沉積於帶材1之第一面上的細絲40例如當仍處於經部分固化(例如，柔軟或甚至半熔融)狀況中時可被處理，以包括經局部薄化彎曲區帶41。在一種方法中，此可藉由在帶材1之第一面(帶有細絲之面)係由例如背襯輥支撐時，使固體構件沿經部分固化細絲之細長長度在所選位置處撞擊至纖維性帶材1之第二面上而達成。由固體構件所施加的力可引起細絲局部變形以形成經局部薄化彎曲區帶41。
在一些便利的實施例中，此可藉由使用包含工具輥73之設備來執行，該工具輥包括多個脊75(由例如任何合適的金屬(例如，鋼)所製成)。脊75延伸橫跨輥73的側向(橫幅)廣度延伸且圍繞輥73圓周地相間隔，如圖4中的例示性實施例所示。工具輥73 與背襯輥72(例如，鋼輥)組合使用。上述的複數個熔融流可經設置(例如，經擠製)至背襯輥72之表面78上。在一些實施例中，背襯輥72的溫度可設定為所欲的設定點，以建立熔融流固化成細絲的速度。纖維性空氣過濾帶材1可饋入至工具輥73與背襯輥72之間的夾持中，如圖4所示。因此，將使帶材1之第一面與承載在背襯輥72之表面78上的經部分固化細絲接觸。隨著輥反向旋轉且經部分固化細絲及帶材1移動通過夾持，工具輥73之脊75之尖端77將撞擊在帶材1之第二面上。尖端77與背襯輥72之表面78之間「捏夾」帶材及經部分固化細絲的力將導致經部分固化細絲之局部變形，以形成所欲的經局部薄化區帶。
隨著輥73及72旋轉，輥73的連續脊75週期性地撞擊在帶材1上，使得脊75之尖端77沿細絲40撞擊在間隔開的位置，以導致所欲的經局部薄化。經局部薄化區帶沿細絲之細長長度間隔開的距離將由脊尖端77沿工具輥73之表面圓周地相間隔的距離所建立。因為脊75經定向成其等之長軸與帶材1之橫幅方向(細絲40沿橫幅方向相間隔)對準，所以任何特定脊75撞擊在多個細絲上將在該多個細絲中同時形成多個經局部薄化區帶。因此，以此方式形成之彎曲區帶將自動至少大致上彼此線性對準，如由脊75所決定。舉具體實例而言，如圖2及圖3所示的彎曲區帶41’、41a、及41b全部皆由單一脊75沿細絲40a、40b、及40c在這些位置處的撞擊而同時形成，且全部彼此對準。
現在帶有強化細絲40(其包含經局部薄化區帶41)的纖維性帶材1可纏繞背襯輥72至任何所欲程度，例如以使細絲40更完全固化。然後，可例如藉由一承載帶76或藉由任何適合的帶材處理設備，使所得物品被載運遠離輥72及73。
在另一方法中，熔融流可直接設置(例如，擠製)至纖維性帶材1之第一面25上，而非例如將其擠製至背襯輥上，然後轉移至纖維性帶材1之第一面。在此一方法中，在其第一面上帶有經部分固化細絲之帶材1可由背襯輥支撐且帶入包含上述一般類型之脊形工具輥的夾持中。隨著帶材1通過夾持及輥旋轉，連續的脊尖端週期性地撞擊在多個細絲上，以穿透至細絲之特定位置中以導致所欲的局部薄化。因此，此類方法涉及將固體構件(例如，工具輥之脊形尖端)直接撞擊經部分固化細絲以使細絲變形。此類方法從上述方法(其中固體構件(例如，脊形尖端)撞擊至帶有細絲之帶材的第二(後)面上以使細絲變形)變化。然而，兩種方法皆達成類似目的，且兩者皆涵蓋在本文所揭示之如下概念中：沿細絲之細長長度在所選位置處施加一力，以使該等所選位置處的該等經部分固化細絲局部變形，以形成沿該等經部分固化細絲之該等細長長度相間隔的經局部薄化區帶。
然而，例如，隨著例如藉由一承載帶76或藉由任何適合的帶材處理設備，使帶有細絲之帶材1被載運遠離輥72及73，達成細絲局部變形，然後，可允許具有形成於其中之經局部薄化彎曲區帶41的強化細絲40固化。然後，可將帶有細絲之帶材1遞送至任何所欲的下游程序(例如，褶襉形成程序)，或可經儲存直到要執行此 類下游處理。應理解，圖4係一通用簡化表示。可使用任何合適的帶材處理設備(包括例如惰輥、操縱輥等等)以促進及最佳化本文中所揭示之程序。
上文之論述已考量其中在細絲完全硬化之前、在強化細絲中形成經局部薄化彎曲區帶的實施例。有利地，此類方法可與例如擠壓或灑落膠沉積之程序在線內進行。然而，在一些實施例中，強化細絲可在於其中形成經局部薄化彎曲區帶之前至少實質上硬化。此可例如藉由使用如上文所述之類似方法來完成，惟可能需要例如加熱工具輥的至少脊尖端使得其可局部軟化(例如，熔融)強化細絲並使強化細絲變形除外。增加在變形程序中施加的壓力亦可係有幫助的。此類方法可允許帶有細絲之纖維性帶材可被儲存(例如，儲存為「大型」(中間)卷)，直到希望賦予細絲經局部薄化彎曲區之等類時候為止。
圖5以通用理想化表示來展示一例示性強化細絲40。在強化細絲40的不是經局部薄化彎曲區帶41之部分42中可包含任何所欲的平均直徑。應注意，用語直徑涵蓋在細絲具有非圓形或不規則剖面的情況中所使用的等效直徑。等效直徑將係具有與所討論之非圓形形狀相同的面積的圓形之直徑。在各種實施例中，平均直徑可係至多約3.0、2.5、2.0、1.5、1.0、0.5、0.2、或0.1mm。在進一步實施例中，細絲可包含至少約0.05、0.10、0.20、0.40、或0.80mm的平均直徑。如本文所揭示，強化細絲40經熔融接合(例如，經擠壓接合)至纖維性帶材1之面，且有別於形成纖維性帶材本身的纖維。 (例如，原先所收集以形成非織造纖維性帶材的纖維)。如本文別處所討論，可有利的是，強化細絲的集體勁度應高於纖維性帶材本身的勁度，使得帶有細絲之纖維性帶材的折疊行為很大程度上由強化細絲之彎曲區帶所支配。因此，在各種實施例中，強化細絲40(在非薄化部分42中)的平均直徑可大於纖維性帶材1之纖維的平均直徑達至少5、10、20、40、80、或100倍。(所有此類平均將獲自數目平均計算，而非重量平均計算。)
當以剖面檢視時，強化細絲可包含任何適合的形狀(例如，大致上圓形、矩形、長橢圓形等)。此類形狀可例如取決於：當其撞擊帶材1之表面或支撐(背襯)輥之表面時(例如，半熔融)初始細絲之黏度、材料濕潤至帶材1中或散布於整個帶材1之表面或支撐輥之表面的傾向等。圖6a及圖7a中以剖面切片圖(沿細絲40之部分42之長軸觀看)展示可能的細絲形狀(在非薄化部分42中)的例示性通用表示。無論具體形狀，任何細絲(再次，在不是經局部薄化彎曲區帶41的部分42中)將展現一細絲厚度TF，如圖6a及圖7a中所指示。圖5中亦指示細絲厚度TF，圖係包括經局部薄化彎曲區帶41且亦包括不是經局部薄化彎曲區帶的部分42的細絲40之細長長度之一部分的通用表示的側視圖。(圖5指示細絲之長軸LAF；應強調的是，圖5以及圖6及圖7係理想化表示，且如由工業生產程序所製成的經局部薄化彎曲區帶可稍微不同於在這些圖中展示的通用表示。)在強化細絲40之給定位置處的細絲厚度TF係沿正交於纖維性帶材1之平面的方向在細絲及帶材之該位置處的細絲尺寸，如從圖5顯而易 見。強化細絲40將包含細絲寬度WF，亦如圖6a及圖7a之例示性實施例所示。在給定位置處的細絲寬度WF係細絲之橫向尺寸；即，沿與起褶襉介質之褶襉方向對準的方向之尺寸。
細絲40之經局部薄化彎曲區帶41的性質可相對於細絲40之非薄化部分42的性質來討論(請注意，部分42之性質係如在不存在任何變形/薄化力的情況中原本經設置且硬化在帶材之面上的細絲之彼等性質)。經局部薄化彎曲區帶將具有彎曲區帶厚度TBZ，如圖5中所展示。圖6b及圖7b中亦識別彎曲區帶厚度TBZ，該等圖係圖6a及圖7a之例示性強化細絲之彎曲區帶41的剖面切片圖。
彎曲區帶厚度TBZ將係沿彎曲區帶在任何位置處的最小厚度。對於強化細絲40的彎曲區帶41，彎曲區帶厚度TBZ可相對於相同細絲40之相鄰非薄化部分42的細絲厚度TF來評估。為了方便起見，介於相同細絲之彎曲區帶與最接近相鄰彎曲區帶之間的半途位置可使用成為獲得部分42之細絲厚度TF的適合位置。這些值可用以定義一薄化比，該薄化比定義為彎曲區帶厚度除以細絲厚度。如本文所揭示，經局部薄化彎曲區帶將展現小於0.5的薄化比(其在理想情況中，可預期會導致幾乎90%的彎曲勁度減小)。在各種實施例中，此一薄化比可小於0.4、0.3、0.25、0.20、0.15、或0.10。舉具體實例而言，相對於圖7a所描繪之細絲40的相鄰部分42，圖7b描繪的例示性經局部薄化彎曲區帶41展現大約0.3的薄化比。
由於在許多方便的實施例中藉由局部位移例如經半固化細絲的材料而形成經局部薄化區帶41(而非例如藉由中斷形成細絲之 熔融材料的流動)，在一些實施例中，細絲40的局部薄化可導致細絲材料之局部橫向散布。這對於圖2及圖3之各種經局部薄化彎曲區帶(例如，區帶41’、41a、及41b)更顯而易見。以類似於薄化比的方式，對於任何給定的彎曲區帶，彎曲區帶寬度WBZ可經定義且可與細絲寬度WF相比較，以獲得橫向散布比(transverse spreading ratio)。在各種實施例中，經局部薄化彎曲區帶可展現至少1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、或3.0之橫向散布比。舉具體實例而言，相對於在圖6a中所描繪之細絲40的相鄰部分42，在圖6b所描繪之例示性經局部薄化彎曲區帶41展現大約2.5的橫向散布比。由於材料位移，在一些情況中，稍微較厚的唇部或膨出部可存在於緊接在彎曲區帶41邊界的細絲部分42之端部處；當獲得上文提及之細絲厚度TF時，可忽略此類特徵。
經局部薄化彎曲區帶41可經組態以具有充分允許所欲彎曲的任何值之細長長度(沿細絲40的長軸)。超過此最小需求，彎曲區帶41可具有任何所欲細長長度，其可經選取例如以促進由彎曲區帶促進其形成的褶襉尖端或谷之一所欲曲率半徑。在各種實施例中，經局部薄化彎曲區帶41可包含至少0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、3.0、或5.0mm之細長長度。在進一步實施例中，經局部薄化彎曲區帶41可包含至多20、10、6.0、4.0、或2.0mm之細長長度。
按所欲，經局部薄化彎曲區帶41可順著強化細絲40之細長長度間隔開。應瞭解，此距離將建立褶襉尖端與褶襉谷之間的褶襉壁23/33之尺寸，且將大致上限制可達成的褶襉間隔及褶襉高度之 組合。在各種實施例中，彎曲區帶可間隔開達至少0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、7.0、或9.0cm。在進一步實施例中，彎曲區帶41可間隔開達至多11、10、8.0、6.0、或3.5cm。
在強化細絲40中之經局部薄化區帶41的存在使纖維性空氣過濾帶材1能夠優先地且易於沿藉由經局部薄化區帶41建立的折疊線50折疊。同時，強化細絲40之非薄化部分42的存在可有利地提供以此方式形成之褶襉壁23/33可相當勁硬。在繼形成經局部薄化彎曲區帶41之後的任何所欲時間，在其至少一面上帶有強化細絲40的纖維性空氣過濾帶材1可在將其折疊成起褶襉組態以形成起褶襉空氣過濾器介質10的操作中予以處理。在許多實施例中，可至少大致上沿帶材1之長軸(即，沿折疊方向，如圖1所示)施加力以促進帶材的折疊。然而，為了確保折疊方向在各連續折疊線處交替(即，為了形成連續褶襉尖端及褶襉谷)，在一些情況中，可賦予至少一些力(例如，沿將變成起褶襉空氣過濾器介質之上游/下游方向者)，以在所欲方向驅使帶材1之各種區段，使得帶材以所欲「摺疊化」方式折疊。除了沿折疊方向的力，或替代沿折疊方向的力，亦可施加此類力。無論所施加之力及/或操縱的具體本質，此類帶材折疊及定位程序通常稱為「打褶襉(gathering)」程序。具有通常知識者將理解，許多設備可用於執行此類程序。此類設備可依賴於例如一或多個螺旋形螺旋輸送機、具有複數個間隔開的凹槽或夾板的一或多個輸送機等等。任何此類裝置可在由彎曲區帶順著強化細絲之細長長度間隔開的距離所建立的大致上限制內設定上文提及之褶襉間隔、褶襉高度等等。例如美國 專利第4976677號、第5389175號、第7235115號、及第9808753號中揭示各種設備及程序，其中至少某些裝置或子程序可實用於「打褶襉」操作。
在任何上述方法中，若需要，可藉由使用經使用習知刻痕程序(例如，諸如旋轉刻痕)而預刻痕(即，在細絲沉積之前)的介質來可選地增強介質被打褶襉的能力。然而，在許多實施例中，在細絲40中本文所揭示之彎曲區帶的存在可使此類測量不必要。因此，在一些實施例中，纖維性帶材1不是經預刻痕帶材。
在本說明書中，在一些情況中，使帶有細絲之纖維性帶材通過工具輥73之突出脊75與背襯輥之間的夾持已導致在帶材未帶有細絲的區域中至少一些力被傳輸至帶材本身。因此，在一些情況中，在帶有細絲之纖維性帶材中已可見與折疊線50對準(疊置在折疊線上)的輕微凹陷或壓痕。因此，本配置可具有類似於習知帶材刻痕的至少一輕微效應；然而，據認為強化細絲中的彎曲區帶的存在係達成本文所揭示之折疊行為的顯著(例如主要)促成者。即，據信在許多情況中，是強化細絲之彎曲區帶41的低彎曲勁度(與細絲之剩餘部分42的較高彎曲勁度相比較之下)造成了強化細絲40及其所附接的帶材1的優先折疊，而非折疊行為由帶材1本身主導。
一旦纖維性帶材1經折疊成所欲褶襉組態，以此方式形成之起褶襉空氣過濾器介質10可以任何適當方式例如裝框或以其他方式捕獲或保持在所欲組態。若需要，熱定型可可選地用來促進細絲及/或帶材維持起褶襉組態之傾向。
在一些實施例中，細絲沉積(例如，擠壓)設備及局部薄化設備可搭配打褶襉設備設置在線內，使得緊接在強化細絲充分硬化之後，纖維性空氣過濾帶材可被折疊成所欲起褶襉組態。例如，擠壓/局部薄化程序線可直接輸出呈平坦形式且在其上帶有強化細絲的纖維性空氣過濾帶材至打褶襉站(gathering station)。在其他實施例中，帶有強化細絲的平坦帶材可例如被捲成大型卷，直到準備好要被打褶襉及起褶襉。在一些實施例中，帶有強化細絲之纖維性空氣過濾帶材可經打褶襉成其中褶襉全面且完全壓在一起(即，完全經摺疊化)以形成可儲存之褶襉包的組態。然後，按所欲，可使褶襉包處在所欲褶襉間隔(例如，其可依從壓縮組態展開)及經處理(例如，裝框)。
起褶襉空氣過濾器介質10可包含經組態以允許細絲熔融接合至其的任何合適之纖維性空氣過濾帶材。此可例如藉由提供帶材之至少一些纖維至少在組成上相容於細絲之有機聚合材料、藉由提供帶材包含纖維之間的足夠數目及大小的間隙空間以允許初始細絲穿透至其中、或此類措施之任何組合而達成。可能適合的材料可採取任何形式，包括例如非織造物，諸如合成或天然纖維之熔噴或紡絲黏合網。可使用製作非織物帶材的任何適合方法(例如，熔噴，熔紡，氣流，梳棉等等)。過濾器介質10亦可包括吸著劑、催化劑、及/或活性碳(無論呈例如粒狀體、纖維、織物及模製形狀之形式)。亦可使用多層介質(例如，層壓介質)作為過濾器介質10。例如，此類介質可由上文論述之介質之層壓層或層壓至過濾器介質之一或多個層之其他基材所組成。在一些實施例中，預過濾器層可用在變成成品空氣過 濾器之上游側的過濾器介質10之一側上。在其中起褶襉空氣過濾器介質10包含多層介質的情況中，將理解到，前文所揭示之概念(例如，在纖維性空氣過濾帶材之主表面上設置強化細絲、使彎曲區帶與褶襉尖端或褶襉谷接觸等等)涵蓋其中細絲設置於多層結構(例如，多層纖維性帶材)之最外層的面上、彎曲區帶與多層結構之最外層的面接觸等等的情況。
在一些實施例中，纖維性帶材包括聚烯烴纖維(例如，聚乙烯、聚丙烯、及其共聚物)。在一些具體實施例中，纖維性空氣過濾帶材包含聚丙烯纖維或基本上由聚丙烯纖維組成(注意，此後者狀況不排除例如駐極體組成成分及/或處理添加劑、UV穩定劑等等之存在，如習慣上搭配聚丙烯使用者)。無論具體組成物為何，在一些實施例中，纖維性空氣過濾帶材可經選取使得強化細絲可經選擇為至少在組成上相容於纖維性空氣過濾帶材。在各種實施例中，包含聚丙烯均聚物纖維、或基本上由聚丙烯均聚物纖維組成之非織造纖維性空氣過濾帶材(例如，包含駐極體之紡絲黏合或熔噴網，如下文所述)可與同樣包含聚丙烯均聚物、或基本上由聚丙烯均聚物組成之強化細絲組合使用。
應注意，甚至在無例如至少在組成上類似於纖維性空氣過濾帶材之纖維的有機聚合材料的細絲的情況下(及在無展現任何壓敏黏著性質之細絲材料的情況下)，細絲至纖維性帶材的適當接合可發生。此類接合可例如藉由初始細絲之熔融材料透入帶材之纖維之間的間隙空間中來達成。且在一些具體實施例中，細絲組成物可經選取 (例如，其可係熱熔融黏著劑組成物)以展現對纖維性帶材之增強的接合能力。
在具體實施例中，纖維性空氣過濾帶材1可係包含例如任何帶電材料的駐極體材料，例如，如美國專利第RE 30782號中描述之分裂原纖化(fibrillated)帶電纖維。此類帶電纖維可藉由習知手段形成為非織物帶材，且可選地結合至一紗布，諸如美國專利第5230800號中揭示之形成一外支撐層。在其他具體實施例中，纖維性空氣過濾帶材1可係熔噴微纖維非織造帶材，例如，諸如美國專利第4813948號中揭示者，其可選地於帶材形成期間結合至一次要層(secondary layer)(如彼專利所揭示)，或後續依任何習知方式結合至一輔助帶材。在一些實施例中，纖維性空氣過濾帶材1可係經熔紡(例如，紡絲黏合)非織造帶材。可特別適合的紡絲黏合帶材包括例如在Berrigan之美國專利申請公開案第20080038976號中所述之一般類型者。若需要，任何此類介質可帶電以形成一駐極體。在一些實施例中，紡絲黏合網可係高蓬鬆度紡絲黏合網。如本文中所使用，此係指展現小於8.0%之實度的網。在Fox之美國專利第8162153號中揭示高蓬鬆度紡絲黏合網、製造高蓬鬆度紡絲黏合網之方法、及測量網之實度之方法，該案全文以引用方式併入本文中。在一些實施例中，紡絲黏合網可係經再蓬鬆紡絲黏合網。此類材料描述於美國臨時專利申請案第62/714,188號(代理人檔案號碼80806US002，名稱為「AIR-FILTER MEDIA COMPRISING A RELOFTED SPUNBONDED WEB,AND METHODS OF MAKING AND USING」且於2018年8 月3日提出申請)中，該案之全文為此目的以引用方式併入本文中。其他此類材料係描述於國際(PCT)專利申請案第PCT/CN2018/098455號(代理人檔案號碼80995WO002，名稱為「AIR-FILTER MEDIA INCLUDING A RELOFTED SPUNBONDED WEB,AND METHODS OF MAKING AND USING」且於2018年8月3日提出申請)及所得美國專利申請案第__/______號(代理人檔案號碼80995US003，名稱為「AIR-FILTER MEDIA INCLUDING A RELOFTED SPUNBONDED WEB,AND METHODS OF MAKING AND USING」)中，該兩案之全文為此目的以引用方式併入本文中。若需要，任何此類介質可帶電以形成一駐極體。
起褶襉空氣過濾器介質10(且因此纖維性空氣過濾帶材1，該纖維性空氣過濾帶材提供空氣過濾器介質10或係該空氣過濾器介質之一層)之褶襉高度、褶襉間隔、及褶襉尖端曲率半徑可在任何適合的範圍中，且可根據美國臨時專利申請案第62/346179號及對應之PCT國際專利公開案第WO2017/213926號中之描述來評估，該兩案之全文為此目的以引用方式併入本文中。在各種實施例中，介質10之褶襉高度可係至少約6、8、10、12、14、16、18、20、30、或40mm。在進一步實施例中，褶襉高度可係至多約120、100、80、6042、32、22、20、15、12、10、或8mm。在各種實施例中，褶襉間隔可係至多約48、24、12、10、8、6或4mm。在進一步實施例中，褶襉間隔可係至少約3、5、7、9或11mm。在各種實施例中，褶襉尖端之曲率半徑可係至多約4.0、3.0、2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、 1.0、0.8、0.6、0.4、0.3、或0.2mm。在進一步實施例中，褶襉尖端之曲率半徑可係至少約0.1、0.15、0.25、0.35、0.45、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、或1.7mm。將瞭解，具有小曲率半徑的起褶襉介質可經常包含相對尖銳尖端、平坦壁、「Z字形(zig-zag)」樣式褶襉，該等褶襉有別於例如展現具有大曲率半徑之褶襉「尖端」的正弦褶襉。
在一些實施例中，如本文所揭示之起褶襉空氣過濾器介質10可具有安裝至其邊緣之周緣支撐框架101，例如，如圖8中所示。在一些實施例中，此類框架可係通道框架。通道框架係其中該框架之各主要部分(例如，各自安裝於起褶襉空氣過濾器介質之主邊緣上的四個部分)係至少實質上U形剖面的一者。此類通道框架在所屬技術領域中係眾所周知的(例如，在美國專利第8685129號中所述者)。框架可採取提供所有四個框架部分的單件材料(例如，「盒子」框架)的形式；或，框架可藉由將兩個、三個、或四個框架件(例如，兩個U形件)彼此附接以形成成品框架來形成。在具體實施例中，通道框架(例如盒式框架)可包含提供下游支撐之一或多個下游支撐構件(其可共同形成例如美國專利第8685129號中揭示之一般類型的下游支撐格柵)。在其他實施例中，周緣支撐框架可係捏夾框架(例如，在美國專利第9174159號中所揭示之一般類型者)。框架101可由任何適合的材料製成，例如模製塑膠、塑合板(chipboard)等等。
在其中例如藉由機械化風扇或鼓風機系統激起的移動中空氣希望被過濾的任何合適的環境或情勢中，起褶襉纖維性空氣過濾帶材1(因此起褶襉空氣過濾器介質10)可用作為空氣過濾器100，或作為多層空氣過濾器100之一層或組件。此類空氣過濾器100可發現例如在任何空調系統(包括例如HVAC(熱通風空氣調節)系統)、室內空氣清淨器、汽車引擎、或機艙空氣過濾應用等等中使用。在具體實施例中，過濾器100經組態以供在強制空氣HVAC系統中使用。
使用用語「上游(upstream)」以指示移動中的空氣(例如，在HVAC系統中)自其撞擊在過濾器介質上的空氣過濾器之側。使用用語「下游(downstream)」以指示空氣透過其離開過濾器介質的空氣過濾器之側。通常由製造商標記(或以其他方式指定)起褶襉過濾器以識別將過濾器依適當定向安裝在HVAC系統中之順序的上游側及下游側；因此，上游及下游等詞可用來區別起褶襉過濾器之兩側，即使過濾器尚未定位在HVAC系統中。在具體實施例中，包含如本文所揭示之起褶襉空氣過濾器介質10的空氣過濾器100可經組態使得空氣過濾器之第一側2(包含強化細絲40之側)係空氣過濾器的下游側。此可提供移動中空氣的力使纖維性帶材1固持抵靠細絲40，而非起作用以將帶材1與細絲40分開，在一些情況中可係有利的。然而，只要細絲40良好地接合至帶材1，空氣過濾器100可經組態使得空氣過濾器之第一側2係空氣過濾器的上游側。如所提及，在一些實施例中，強化細絲40可存在於空氣過濾器的上游側與下游側兩者上。
例示性實施例清單
實施例1係一種起褶襉空氣過濾器介質，其包含：一纖維性空氣過濾帶材，其具有一第一側及一第二相對面向側，該第一側具有一第一面，該第二相對面向側具有一第二面，且其中該纖維性空氣過濾帶材包含複數個相對面向之褶襉，該複數個相對面向之褶襉具有一褶襉方向，且具有複數個第一側褶襉尖端及第一側褶襉谷以及第二側褶襉尖端及第二側褶襉谷，其中該纖維性空氣過濾帶材包含複數個連續接觸式強化細絲，該複數個連續接觸式強化細絲熔融接合至該纖維性空氣過濾帶材之該第一側之該第一面，且其中該等連續接觸式強化細絲之至少一些各自包含沿該纖維性空氣過濾帶材之一折疊方向相間隔的複數個經局部薄化彎曲區帶，各經局部薄化彎曲區帶與該纖維性空氣過濾帶材之該第一側之一第一側褶襉尖端或一第一側褶襉谷對位。
實施例2係如實施例1之起褶襉空氣過濾器介質，其中連續最接近相鄰的經局部薄化彎曲區帶與連續最接近相鄰的第一側褶襉尖端及第一側褶襉谷對位。
實施例3係如實施例1至2中任一項之起褶襉空氣過濾器，其中該等連續接觸式強化細絲至少實質上彼此平行且沿該褶襉方向相間隔，且經定向使得各連續接觸式強化細絲之一長軸至少實質上正交於該褶襉方向。
實施例4係如實施例1至3中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等連續接觸式強化細絲至少基本上彼此平行且包含最接近相鄰細絲之間自約2mm至約30mm之一中心至中心間隔。
實施例5係如實施例1至4中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該複數個彎曲區帶之該等經局部薄化彎曲區帶沿該纖維性空氣過濾帶材之該折疊方向均勻地相間隔。
實施例6係如實施例1至5中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材包含至少約20mm之一褶襉高度。
實施例7係如實施例1至6中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材包含至少約80mm之一褶襉高度。
實施例8係如實施例1至7中之任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中不同連續接觸式強化細絲之經局部薄化彎曲區帶沿與該纖維性空氣過濾帶材之該褶襉方向對準的一至少實質上線性路徑相間隔，使得該等經局部薄化彎曲區帶共同建立折疊線，該等折疊線與該褶襉方向對準，且該纖維性空氣過濾網沿該等折疊線折疊以形成褶襉尖端及褶襉谷。
實施例9係如實施例1至8中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等經局部薄化彎曲區帶之至少一些展現小於0.3之一薄化比。
實施例10係如實施例1至9中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等經局部薄化彎曲區帶之至少一些展現大於1.4之一橫向散布比。
實施例11係如實施例1至10中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材展現與該等折疊線對準之細長凹陷。
實施例12係如實施例1至11中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材包含一非織造帶材，該非織造帶材包含有機聚合纖維，該等有機聚合纖維之至少一些係包含駐極體之一組成物。
實施例13係如實施例1至12中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等強化細絲經擠壓接合至該纖維性空氣過濾帶材之該第一側之該第一面。
實施例14係如實施例1至13中任一項之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等經局部薄化彎曲區帶係可雙向彎曲。
實施例15係一種空氣過濾器，其包含如實施例1至14中任一項之起褶襉空氣過濾器介質。
實施例16係如實施例15之空氣過濾器，其中該空氣過濾器經組態使得該起褶襉空氣過濾器介質之該第一側係該空氣過濾器之一下游側。
實施例17係如實施例15至16中任一項之空氣過濾器，其中一周緣支撐框架經安裝至該起褶襉空氣過濾器介質之四個主邊緣，使得該空氣過濾器係一框架式空氣過濾器。
實施例18係一種過濾空氣之方法，該方法包含：將如實施例15至17中任一項之空氣過濾器定位於一空氣處理系統中；及操作該空氣處理系統使得移動中的空氣被激起穿過該起褶襉空氣過濾器介質，以過濾被激起穿過該起褶襉空氣過濾器介質的該空氣。
實施例19係一種過濾空氣之方法，該方法包含：將包含如實施例1至14中任一項之起褶襉空氣過濾器介質的一空氣過濾器定位於一空氣處理系統中；及操作該空氣處理系統使得移動中的空氣被激起穿過該起褶襉空氣過濾器介質，以過濾被激起穿過該起褶襉空氣過濾器介質的該空氣。
實施例20係一種製造一起褶襉空氣過濾器介質之方法，該方法包含：形成有機聚合材料之複數個熔融流，且部分地固化該等熔融流成複數個平行間隔開的細長經部分固化細絲；使該等經部分固化細絲與一移動中的平坦纖維性空氣過濾帶材之一第一面接觸，使得該等經部分固化細絲與該纖維性空氣過濾帶材之該第一面連續接觸；沿該等經部分固化細絲之各者的該等細長長度在所選位置處施加一力，以使在該等所選位置處的該等經部分固化細絲局部變形，以形成經局部薄化區帶，該等經局部薄化區帶沿該等經部分固化細絲之該等細長長度相間隔；允許該等經部分固化細絲固化成強化細絲，該等強化細絲接合至該纖維性空氣過濾帶材之該第一面；然後，將該纖維 性空氣過濾帶材打褶襉，使得該纖維性空氣過濾帶材沿由該等強化細絲之該等經局部薄化區帶所共同建立的折疊線折疊，以形成一起褶襉空氣過濾器介質。
實施例21係如實施例20之方法，其中該方法包含將該複數個熔融流擠製至一冷卻輥之一表面上，以形成經部分固化細絲，且其中該方法亦包含將該纖維性空氣過濾帶材帶入在該冷卻輥與一工具輥之尖端之間的一夾持，使得該工具輥之該等尖端撞擊在該纖維性空氣過濾帶材之一第二面上，以沿該等經部分固化細絲之各者的該等細長長度在所選位置處施加該力。
實施例22係如實施例20至21中任一項之方法，其附帶條件係，該方法不包括在使該等經部分固化細絲與該平坦纖維性空氣過濾帶材之該第一面接觸之前，將該平坦纖維性空氣過濾帶材預刻痕的一步驟。
實例
獲得美國專利第8162153號中描述之一般類型且具有每平方公尺大約65克之基礎重量的非織造纖維性帶材。帶材係呈平坦帶材(未起褶襉)形式。該帶材係相對柔軟且輕柔，且尚未預刻痕；據認為該帶材在其如所接收形式中係不可起褶襉的(即，在外部支撐不存在的情況中，其不會保持起褶襉組態)。使用圖4所描繪之一般類型的設備來處理帶材。該設備包含溫度可控制之鋼面背襯輥及脊形工具輥。背襯輥具有12吋之直徑，且工具輥具有10吋之直徑；兩個輥 係大約30吋寬。該等脊各自包含經定向橫跨工具輥之橫向寬度的長軸。工具輥之脊依大約1吋間距繞輥圓周地相間隔(自脊尖端至脊尖端，脊尖端之間具有谷)。
因為希望賦予間隔開大約4吋的經局部薄化彎曲區帶，所以製成插入至工具輥之每第四谷中的插入件。該等插入件係經由使用Objet CONNEX 500列印機(可購自Strachenys；Eden Prairie,MN)搭配Polyjet Vera White材料進行3D列印所製成。各插入件係細長的(具有大約30吋之長度，以匹配工具輥)且包含細長三角形部分，該細長三角部分可經配裝至工具谷中，且包含徑向面向外的平坦部分，該平坦部分包含自其延伸之細長脊。各脊在其基部大約160密耳寬且突出高於插入件之平坦部分大約50密耳且包含具有大約25密耳之曲率半徑的尖端。藉由使用圓周地纏繞工具輥之橫向端部的細絲帶而使插入件固持就位在工具輥之谷中。因此，裝備有如所述之插入件的經修改工具輥可用作為具有如所製成的4吋脊尖端間距之工具輥的代理。
使用習知擠壓設備擠製聚丙烯(以商標名稱M3766購自Total Petrochemicals)。使用包含約略48個孔口(依大約½吋的間距)的模具，以便提供覆蓋大約24吋之跨距的48個熔融流。經熔融聚丙烯流被擠製至背襯輥之面上，背襯輥被控制至大約60℉之設定點。背襯輥(以大約94pli的壓力)夾持抵靠該經修改工具輥，且纖維性帶材在經修改工具輥上之短纏繞之後被饋入夾持中。
隨著背襯輥及經修改工具輥反向旋轉，纖維性帶材被載運至夾持中，同時擱置在經修改工具輥之插入件之尖端上。經熔融聚丙烯流當擱置在背襯輥的表面上時被載運至夾持中，在其等的行程期間被部分地固化。隨著經部分固化細絲及纖維性非織造帶材接近夾持，纖維性帶材之前表面與經部分固化細絲接觸。在夾持中，插入件脊之尖端壓抵纖維性帶材的後面，因此局部地捏夾帶材及插入件脊尖端與背襯輥之面之間的經部分固化細絲。此造成經部分固化細絲的局部變形。在通過夾持之後，帶有經部分固化細絲之纖維性帶材與背襯輥持續繞大約180度之繞角接觸。此刻，細絲被實質上固化(且良好地接合至纖維性帶材)，且帶材可從程序移除且按所欲處理。
此處理導致帶有含經局部薄化彎曲區帶之強化細絲的纖維性帶材。圖2及圖3呈現以此方式生產之工作例樣本的光學照片。定性目視檢驗指示，彎曲區帶包含小於0.3的薄化比(據信，實際值低於該值相當多)及至少1.5之橫向散布比。在強化細絲之間的一些區域中，微凹陷(壓痕)在帶材中係可見的。應注意，已以上述方式處理的一些強化細絲包含(沿強化細絲的長軸)位於似乎已部分薄化且加寬的區帶之側面的經局部薄化彎曲區帶。據信，這起因於上述插入件具有自插入件之平坦區域未充分遠地向外突出的脊尖端。因此，在一些情況中，插入件之平坦區域(緊鄰脊)明顯接觸經部分固化細絲，造成緊鄰經局部薄化彎曲區帶的區帶輕微平坦化。此被認為係使用經修改工具輥的人為產物，且不會減損帶材起褶襉的能力。
用手打褶襉24吋寬如上文所述之帶有含彎曲區帶之強化細絲的纖維性帶材的長度。經發現，當打褶襉力施加至帶材時，該帶材容易且可控制地摺疊化成起褶襉組態。未觀察到一些彎曲區帶在褶襉尖端處在一個方向彎曲之能力與其他彎曲區帶在褶襉谷處在另一方向彎曲之能力的明顯差異。長度被完全壓縮(摺疊化)達一時間週期，然後，稍微展開至其最終褶襉間隔以供裝載至過濾器製造夾具中。由於彎曲區帶之大間隔(4吋)，所得起褶襉介質係「深起褶襉(deep-pleated)」介質，其具有在4吋之一般範圍中的褶襉高度及在1吋之一般範圍中的褶襉間隔。褶襉尖端及谷係相當尖銳的(定性視覺檢測指示褶襉尖端包含大約1mm或更小之曲率半徑)。褶襉尖端與谷之間的帶有細絲之褶襉壁的勁度令人滿意(且比在強化細絲不存在的情況中所接收的纖維性帶材更勁硬)。起褶襉介質被裝載至過濾器製造夾具中之後，能夠輕易地於被裝框成習知盒子框架，以生產標稱尺寸20×25×4吋之框架式空氣過濾器。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解，本文所揭示之特定例示性元件、結構、特徵、細節、結構設計等等都可在許多實施例中修改及/或結合。所有此類變化及組合皆經本案發明人設想而全都在本發明的範圍內，並非只有經選擇作為例示性說明的那些代表性設計。因此，本發明的範疇應不侷限於本文中描述的特定例示結構，而是至少延伸至申請專利範圍之語言所述之結構及這些結構的等效物。本說明書中明確敘述作為替代者之元件中的任一者皆可如所欲以任何組合明確包括於申請專利範圍內或排除自申請專利範圍外。本說明書 中以開放式語言(例如：包含(comprise)及其衍生語)敘述之元件或元件組合中的任一者，皆可視為另外以封閉式語言(例如：組成(consist)及其衍生語)及半封閉式語言(例如：基本上組成(consist essentially)、及其衍生語)來敘述。倘若本說明書之內容與以引用方式併入本說明書中之任何文件之揭露間有任何衝突或差異，應以本說明書的內容為主。
1‧‧‧纖維性空氣過濾帶材/帶材
2‧‧‧第一側
3‧‧‧第二側
10‧‧‧起褶襉空氣過濾器介質/起褶襉過濾器介質/介質
20‧‧‧第一側褶襉
21‧‧‧第一側褶襉尖端
22‧‧‧第一側褶襉谷
23‧‧‧第一側褶襉壁/褶襉壁
25‧‧‧第一面
30‧‧‧第二側褶襉
31‧‧‧第二側褶襉尖端
32‧‧‧第二側褶襉谷
33‧‧‧第二側褶襉壁/褶襉壁
35‧‧‧第二面
40‧‧‧連續接觸式強化細絲/強化細絲/細絲
40'‧‧‧細絲
40"‧‧‧細絲
41‧‧‧經局部薄化彎曲區帶/彎曲區帶
42‧‧‧部分
50‧‧‧折疊線

Claims (21)

  1. 一種起褶襉空氣過濾器介質，其包含：
    一纖維性空氣過濾帶材，其具有一第一側及一第二相對面向側，該第一側具有一第一面，該第二相對面向側具有一第二面，且其中該纖維性空氣過濾帶材包含複數個相對面向之褶襉，該複數個相對面向之褶襉具有一褶襉方向，且具有複數個第一側褶襉尖端及第一側褶襉谷以及第二側褶襉尖端及第二側褶襉谷，
    其中該纖維性空氣過濾帶材包含複數個連續接觸式強化細絲，該複數個連續接觸式強化細絲熔融接合至該纖維性空氣過濾帶材之該第一側之該第一面，
    且，
    其中該等連續接觸式強化細絲之至少一些各自包含沿該纖維性空氣過濾帶材之一折疊方向相間隔的複數個經局部薄化彎曲區帶，各經局部薄化彎曲區帶與該纖維性空氣過濾帶材之該第一側之一第一側褶襉尖端或一第一側褶襉谷對位。
  2. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中連續最接近相鄰的經局部薄化彎曲區帶與連續最接近相鄰的第一側褶襉尖端及第一側褶襉谷對位。
  3. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器，其中該等連續接觸式強化細絲至少實質上彼此平行且沿該褶襉方向相間隔，且經定向使得各連續接觸式強化細絲之一長軸至少實質上正交於該褶襉方向。
  4. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等連續接觸式強化細絲至少基本上彼此平行且包含最接近相鄰細絲之間自約2mm 至約30mm之一中心至中心間隔。
  5. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該複數個彎曲區帶之該等經局部薄化彎曲區帶沿該纖維性空氣過濾帶材之該折疊方向均勻地相間隔。
  6. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材包含至少約20mm之一褶襉高度。
  7. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材包含至少約80mm之一褶襉高度。
  8. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中不同連續接觸式強化細絲之經局部薄化彎曲區帶沿與該纖維性空氣過濾帶材之該褶襉方向對準的一至少實質上線性路徑相間隔，使得該等經局部薄化彎曲區帶共同建立折疊線，該等折疊線與該褶襉方向對準，且該纖維性空氣過濾帶材沿該等折疊線折疊以形成褶襉尖端及褶襉谷。
  9. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等經局部薄化彎曲區帶之至少一些展現小於0.3之一薄化比。
  10. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等經局部薄化彎曲區帶之至少一些展現大於1.4之一橫向散布比。
  11. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材展現與該等折疊線對準之細長凹陷。
  12. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該纖維性空氣過濾帶材包含一非織造帶材，該非織造帶材包含有機聚合纖維，該等有機聚合纖維之至少一些係包含駐極體之一組成物。
  13. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等強化細絲擠壓接 合至該纖維性空氣過濾帶材之該第一側之該第一面。
  14. 如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質，其中該等經局部薄化彎曲區帶係可雙向彎曲。
  15. 一種空氣過濾器，其包含如請求項1之起褶襉空氣過濾器介質。
  16. 如請求項15之空氣過濾器，其中該空氣過濾器經組態使得該起褶襉空氣過濾器介質之該第一側係該空氣過濾器之一下游側。
  17. 如請求項15之空氣過濾器，其中一周緣支撐框架經安裝至該起褶襉空氣過濾器介質之四個主邊緣，使得該空氣過濾器係一框架式空氣過濾器。
  18. 一種過濾空氣之方法，該方法包含：
    將如請求項15之空氣過濾器定位於一空氣處理系統中；及操作該空氣處理系統使得移動中的空氣被激起穿過該起褶襉空氣過濾器介質，以過濾被激起穿過該起褶襉空氣過濾器介質的該空氣。
  19. 一種製造一起褶襉空氣過濾器介質之方法，該方法包含：
    形成有機聚合材料之複數個熔融流，且部分地固化該等熔融流成複數個平行間隔開的細長經部分固化細絲；
    使該等經部分固化細絲與一移動中的平坦纖維性空氣過濾帶材之一第一面接觸，使得該等經部分固化細絲與該纖維性空氣過濾帶材之該第一面連續接觸；
    沿該等經部分固化細絲之各者的該等細長長度在所選位置處施加一力，以使在該等所選位置處的該等經部分固化細絲局部變形，以形成經局部薄化區帶，該等經局部薄化區帶沿該等經部分固化細絲之該等細長長度相間隔；
    允許該等經部分固化細絲固化成強化細絲，該等強化細絲接合至該纖維性空氣過濾帶材之該第一面；
    然後，
    將該纖維性空氣過濾帶材打褶襉(gathering)，使得該纖維性空氣過濾帶材沿由該等強化細絲之該等經局部薄化區帶所共同建立的折疊線折疊，以形成一起褶襉空氣過濾器介質。
  20. 如請求項19之方法，其中該方法包含將該複數個熔融流擠製至一冷卻輥之一表面上，以形成經部分固化細絲，且其中該方法亦包含將該纖維性空氣過濾帶材帶入在該冷卻輥與一工具輥之尖端之間的一夾持，使得該工具輥之該等尖端撞擊在該纖維性空氣過濾帶材之一第二面上，以沿該等經部分固化細絲之各者的該等細長長度在所選位置處施加該力。
  21. 如請求項19之方法，其附帶條件係，該方法不包括在使該等經部分固化細絲與該平坦纖維性空氣過濾帶材之該第一面接觸之前，將該平坦纖維性空氣過濾帶材預刻痕的一步驟。
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