TW202019544A - 包括經再蓬鬆紡絲黏合網之空氣過濾器介質，以及其製造及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一種經再蓬鬆紡絲黏合非織造網，其展現從小於8.0%至至少3.0%之實度，且展現至少0.30之品質因子。製造一經再蓬鬆網之方法；以及使用一經再蓬鬆網作為一空氣過濾網(例如，作為一過濾器介質或其之一層)之方法。

Description

包括經再蓬鬆紡絲黏合網之空氣過濾器介質，以及其製造及使用方法
空氣過濾器介質廣泛用於自空氣移除微粒物質之目的。
在廣泛之發明內容中，本文揭露一種經再蓬鬆紡絲黏合非織造網，其展現從小於8.0%至至少3.0%之實度(solidity)，且展現至少0.30之品質因子。亦揭露一種製造一經再蓬鬆網之方法。亦揭露使用一經再蓬鬆網作為一空氣過濾網，例如，作為一過濾器介質或其之一層。此等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。
各圖式中相似的元件符號代表相似的元件。某些元件可能存在有相同或等效的複數者；在此類情況下，一元件符號可僅指示一或多個代表性元件，但應瞭解，此類元件符號適用於所有此等相同元件。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。雖然可在本揭露中使用諸如「頂部(top)」、「底部(bottom)」、「上部(upper)」、「下部(lower)」、「之下(under)」、「之上(over)」、「前(front)」、「後(back)」、 「朝外(outward)」、「朝內(inward)」、「向上(up)」與「向下(down)」、以及「第一(first)」與「第二(second)」等用語，仍應理解該些用語在使用時僅屬相對性概念，除非另有註明。
如本文中所使用，用語「大致上(generally)」當作特性或屬性的修飾詞時，除非另有具體定義，否則意指所屬技術領域中具有通常知識者可輕易辨識該特性或屬性，但是不需要高度近似(例如可量化特性之+/-20%之內)。除非另有具體定義，否則用語「實質上(substantially)」表示高度近似(例如可量化特性之+/-10%之內)。「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。如本文中所使用，諸如「基本上不含(essentially free of)」及類似者等用語不杜絕存在某極低(例如，低於0.1%或更少)的材料量，此係因為會發生在例如使用經受常規清潔程序的大量生產設備時。用語「經組態以(configured to)」及類似用語之約束性至少與用語「經調適以(adapted to)」一樣，且需要執行特定功能的實際設計意圖，而非僅是執行此一功能的實體能力。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)。
1‧‧‧空氣過濾器介質/介質
9‧‧‧前驅物紡絲黏合網/前驅物網
10‧‧‧網/經再蓬鬆網/經再蓬鬆空氣過濾網
11‧‧‧纖維/熔紡纖維
12‧‧‧斷裂纖維間黏合/黏合
14‧‧‧區黏合/黏合
15‧‧‧物項/斷裂纖維末端
401‧‧‧褶襉
402‧‧‧褶襉尖端
403‧‧‧支撐紗幕
404‧‧‧周緣支撐框架/框架
圖1係例示性經再蓬鬆紡絲黏合非織造網之一部分的俯視圖在1250倍放大率的掃描電子顯微照片。
圖2係例示性經再蓬鬆紡絲黏合非織造網之另一部分的俯視圖在740倍放大率的掃描電子顯微照片。
圖3係例示性前驅物紡絲黏合非織造網之一部分的俯視圖在20倍放大率的光學照片，可從該例示性前驅物紡絲黏合非織造網獲得經再蓬鬆網。
圖4係例示性經再蓬鬆紡絲黏合非織造網之一部分的俯視圖在20倍放大率的光學照片。
圖5係包含如本文所揭露之經再蓬鬆紡絲黏合非織造網的例示性空氣過濾器介質之一部分的立體圖。
用語「紡絲黏合(spunbonded)」係指包含熔紡纖維的非織造網，該等纖維之至少一些者展現例如如由自生黏合所提供的纖維間黏合，如本文稍後所述。
用語「熔紡(meltspun)」係指藉由從一組孔口擠出細絲且允許細絲冷卻並固化以形成纖維而形成的纖維，其中細絲通過氣室(其可含有移動空氣流)，以輔助使細絲冷卻且通過抽絲(attenuation)(亦即，拉絲(drawing))單元以至少部分地拉伸細絲。
如本文中所使用，「實度(solidity)」表示無因次分率(通常以%記述)，其表示纖維網的總體積被實心(例如，聚合纖維)材料佔據的比例。若需進一步解釋及用於獲得實度的方法，請參閱[實例]段落。蓬鬆度(loft)係100%減去實度，並且表示該網的總體積未被實心材料佔據的比例。
用語「品質因子(Quality Factor)」係過濾器介質自空氣過濾粒子的整體性能之效能指標，且在本文中稍後定義及論述。
用語「自支撐(self-supporting)」表示展現足夠機械完整性以待處置及經受習知網處置程序(例如，捲繞、退繞及類似者)的紡絲黏合網(無論是否已經再蓬鬆)。
本文揭露一種空氣過濾器介質，其包含一經再蓬鬆紡絲黏合非織造網，該經再蓬鬆紡絲黏合非織造網展現從小於8.0%至至少3.0%之一實度，且展現至少0.30之一品質因子。用語「紡絲黏合(spunbonded)」係指包含熔紡纖維的非織造網，該等纖維之至少一些 者展現例如如由自生黏合所提供的纖維間黏合，如本文稍後所述。用語「熔紡(meltspun)」係指藉由從一組孔口擠出細絲且允許細絲冷卻並固化以形成纖維而形成的纖維，其中細絲通過氣室(其可含有移動空氣流)，以輔助使細絲冷卻且通過抽絲(attenuation)(亦即，拉絲(drawing))單元以至少部分地拉伸細絲。熔紡可與熔噴區別在於，熔噴涉及將憑藉位於緊密鄰近擠出孔口的吹氣孔口所引入的細絲擠壓成會聚高速空氣流。
網10係一經再蓬鬆紡絲黏合網。用語「經再蓬鬆(relofted)」表示經受後處理步驟的紡絲黏合非織造網，該後處理步驟增加紡絲黏合非織造網之蓬鬆度(降低實度)。依據定義，經再蓬鬆網將係如上文所定義的自支撐。可識別經再蓬鬆紡絲黏合網，並且至少藉由斷裂纖維間黏合的存在來區別經再蓬鬆紡絲黏合網與未經再蓬鬆的紡絲黏合網，如本文稍後詳細論述。在圖1及圖2中呈現的掃描電子顯微照片中指出經再蓬鬆網10之纖維11的例示性斷裂纖維間黏合12。
已發現一種再蓬鬆程序尤其對已經包含高蓬鬆度(亦即，如表現為低於10%之實度)的紡絲黏合前驅物網執行時，賦予顯著優勢。例如，經再蓬鬆紡絲黏合網可展現相對於前驅物紡絲黏合網的氣流阻力(如藉由如本文中[實例]段落中所討論的壓降測量所表現)之顯著降低(例如，至多50%)。然而，經再蓬鬆紡絲黏合網可僅展現空浮粒子穿透網能力(如由本文[實例]段落中所討論之百分比穿透率測量所表現)之相當小的增加。藉由品質因子捕獲此有利之性 質組合，品質因子係經常用於空氣過濾器介質的眾所皆知的效能指標且考量壓降及百分比穿透率兩者，如本文[實例]段落中所討論者。已發現使高蓬鬆度紡絲黏合網再蓬鬆顯著增強(增加)品質因子(例如，增加高達50%、70%、或甚至90%或更多倍數)，考慮到高蓬鬆度紡絲黏合網剛開始時經常展現相對高的品質因子，這是令人驚訝的結果。更進一步，已發現經再蓬鬆紡絲黏合網展現顯著增強的容塵量，如本文[工作例]中所證明。
藉由後處理前驅物紡絲黏合網9來產生經再蓬鬆網10。圖3中的光學照片展示例示性前驅物紡絲黏合網9。前驅物網9包含熔紡纖維11。根據上述所提供之熔紡纖維的定義及說明，顯而易見，熔紡纖維及所得紡絲黏合網可有別於熔噴網(例如，憑藉在抽絲程序期間賦予至熔紡纖維的分子定向)。熔紡纖維亦可有別於短纖維，與一般係連續(惟偶發性發生的纖維斷裂除外)的熔紡纖維相比而言，短纖維一般切割成所欲長度。熔紡纖維及紡絲黏合網亦可有別於例如經梳理網(carded web)(經梳理網一般展現由梳棉程序賦予的明顯纖維對準，纖維對準不存在於紡絲黏合網中)，且亦可有別於氣流成網之網、濕式成網之網等。
熔紡纖維11可由能夠被熔紡的任何適合有機聚合材料所製成。在各種實施例中，此類纖維可包含聚烯烴(例如，聚丙烯、聚乙烯等)、聚(對苯二甲酸乙二酯)、尼龍、及任何其等之共聚物及/或摻合物。在一些實施例中，熔紡纖維11之至少一些或全部係單組分纖維。用語「單組分(monocomponent)」係指纖維之有機聚合材料且 表示連續相之均勻聚合組成物延伸橫跨該纖維的剖面及整個長度之一纖維。在一些便利的實施例中，單組分纖維可係聚丙烯纖維。用語單組分不需要有機聚合組分材料係纖維的唯一組分。反而是，在各種實施例中，可針對任何所欲目的而存在任何合適的添加劑(例如，抗氧化劑、塑化劑、加工助劑等之一或多者)。在具體實施例中，該纖維可包括帶電添加劑，以用於允許賦予穩定電荷(「駐極體」)給纖維的之目的。
如上文所定義及描述之單組分纖維排除多組分纖維，諸如雙組分纖維。然而，在替代實施例中，熔紡纖維11之至少一些或全部可係包含至少兩種相之不同有機聚合組成物的多組分纖維。此類纖維可具有選自例如鞘芯型(sheath-core)、並列型(side-by-side)、海島型(islands-in-the-sea)等的任何合適組態。在一些實施例中，此類纖維可包括至少一種有機聚合相，該有機聚合相具有促進或增強熔紡纖維彼此黏合(例如，熔融黏合(melt-bonding))的組成物。多組分纖維可適合地包括處於纖維之相之至少一者的上文提及之添加劑(例如，帶電添加劑)之任何者。
可使用任何合適的熔紡法來產生(例如，擠製、固化及抽絲)及收集熔紡纖維。在一些實施例中，可使用美國專利第8240484號中提出的設備及方法，該案全文以引用方式併入本文中。如在‘484專利中所詳細描述，該案中所揭露之方法可允許形成前驅物熔紡網，該等前驅物熔紡網展現相對高蓬鬆度，例如，如藉由小於例如8.0%之實度所表現。
熔紡纖維可具有例如如藉由光學檢測統計學上有意義數目個纖維所判定的任何合適的平均直徑。在各種實施例中，熔紡纖維可展現至少1、2、4、6、10、15、或20微米的平均纖維直徑；在進一步實施例中，熔紡纖維可展現至多50、40、30、25、18、或12微米的平均纖維直徑。在許多實施例中，熔紡纖維將展現單峰的纖維直徑分布；亦即，在此類實施例中，前驅物網9及衍生自其之經再蓬鬆網10將不包含展現例如細纖維及粗纖維之相異群體的複合混合物。(應注意，大致上，纖維性質(例如，諸如本文中所述之纖維直徑)將理解為適用於前驅物網9及衍生自其之經再蓬鬆網10)。
前驅物網9(及衍生自其之經再蓬鬆網10)係紡絲黏合網，意指包含至少一些纖維間黏合之網。纖維間黏合意指在纖維彼此接觸的位置處小數目個(一般係五個或更少；在大多數情況中，兩個)纖維之間的黏合(例如，熔融黏合)。在纖維間黏合中，各纖維實質上保持其個別形質(character)(例如，外觀及形狀)。依據定義，纖維間黏合有別於其中大量纖維彼此黏合的多纖維黏合，多纖維黏合可選地存在且於本文稍後論述。在許多實施例中，纖維間黏合係自生黏合。此係指藉由使一叢熔紡纖維經受高溫(例如，如藉由使用烘箱及/或控溫之空氣流而達成)而獲得的纖維間熔融黏合，而不需將固體接觸壓力施加至網。在一些實施例中，此類黏合可係所謂的氣流黏結(through-air bonding)，其係例如藉由使用如在美國專利申請案第2008/0038976號中詳細討論的控制加熱裝置將加熱空氣引導至網且穿過網來執行，該案全文為此目的以引用方式併入本文中。在具體實施 例中，該黏合可藉由使用如在美國專利第9976771號中揭露之設備及方法來執行黏合，該案全文為此目的以引用方式併入本文中。將理解的是，自生黏合(autogenous bonding)(例如，氣流黏結)可使纖維彼此黏合以形成自支撐網，而無需顯著壓實或緻密化網(例如，擠壓或以其他方式顯著降低網的蓬鬆度)。因此，自生黏合及所得黏合有別於例如藉由壓延、超音波黏合、及類似程序所執行之黏合。在一些實施例中，纖維間黏合可介於單組分纖維(例如，如‘771專利中所述)；在其他實施例中，纖維間黏合可介於多組分(例如，雙組分)纖維之特定組分之間。
在一些實施例中，紡絲黏合前驅物網(且因此衍生自其之經再蓬鬆網)可(除了上述的纖維間黏合外，亦)可選地包含藉由壓延、超音波黏合、及類似者所達成之黏合例示的類型之多纖維區黏合(multi-fiber area-bond)。圖3的光學照片中可見例示性壓延之區黏合14。作為此類區黏合的特性，可見各黏合14包含許多(例如，十或更多個)纖維區段，該等纖維區段已被熔化且在相對寬的區上壓密在一起，以在黏合區中實質上失去其個別的形質(外觀及形狀)。在一些實施例中，紡絲黏合網可包括相對低位準的此類區黏合；此類位準可增強網的機械完整性，而不會顯著地不利地影響網之性質(例如，過濾效能)。在各種實施例中，此類區黏合可以大於0%、但小於網的5.0%、4.0%、3.0%、2.5%、2.0%、1.5%、1.0%、或0.5%之面積百分比存在於前驅物網中或存在於衍生自其之經再蓬鬆網中。舉具 體實例而言，圖3之網包含似乎以估計為在1.3%至1.5%範圍內之面積百分比存在的多纖維區黏合。
在各種實施例中，經再蓬鬆網衍生自其之前驅物紡絲黏合非織造網可展現不大於10.0%、9.0%、8.0%、或7.0%之實度(作為平均值)。在一些實施例中，經再蓬鬆網衍生自其之前驅物紡絲黏合非織造網可包括已經賦予電荷(例如，通常稱為駐極體的準永久性電荷)的至少一些纖維。在各種實施例中，網可例如電暈帶電或水帶電。應瞭解，在此類實施例中，應執行任何後續的再蓬鬆程序，使得不會不可接受地減少駐極體電荷。使纖維與網帶電之方法及可增強纖維接收及保持電荷之能力的添加劑揭露於例如美國專利第US8613795號與第8790449號以及美國專利申請公開案第2016/0206984號，所有這些專利之全文為此目的以引用方式併入本文中。
可對任何合適的紡絲黏合網執行如本文所揭露之再蓬鬆程序。可尤其合適的紡絲黏合網包括例如在頒予給Berrigan的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10.0%之實度的網。頒予給Fox的美國專利第8162153號中描述可適合再蓬鬆的特定高蓬鬆度紡絲黏合網(例如，展現小於8.0%之實度)以及製造此類網之方法，該案全文以引用方式併入本文中。
前驅物紡絲黏合網9經受再蓬鬆程序以形成經再蓬鬆網10。如前文所提及，再蓬鬆程序係應用至前驅物紡絲黏合網以增加網 的蓬鬆度(降低網的實度)的後處理步驟。在此程序中，上文所描述的纖維間黏合之顯著百分比(例如，大於5%)斷裂，使得斷裂的黏合12係可見的，例如，如圖1。所屬技術領域中具有通常知識者將輕易理解的是，在習知處置及處理紡絲黏合網中可能會發生小數量的斷裂纖維間黏合。然而，在生產及處置紡絲黏合網之所屬技術領域中具有通常知識者將輕易理解到，(如在任何真實情境網生產程序中統計學上會偶發性發生的)此類現象將可有別於其中纖維間黏合之顯著百分比係經有目的地斷裂以增加網之蓬鬆度的本例項。
紡絲黏合網可鑑於顯著數量的已經斷裂之纖維間黏合存在而被識別為經再蓬鬆網。經再蓬鬆網可展現其他識別特徵。例如，在經再蓬鬆網中，纖維之至少一些者已實體移動、彼此分開、變形、重新配置、或類似者，使得網可展現更原纖化外觀。換言之，經再蓬鬆網可明顯地比其所衍生自的前驅物網更「毛茸茸(fuzzy)」。實際上，在不定期目視檢驗時，經再蓬鬆網可比一般紡絲黏合網更「毛茸茸」。
在網包含可選之多纖維區黏合之實施例中，此類性質可尤其顯而易見。由如圖3中所示之前驅物網9所證實，在典型紡絲黏合網中，任何多纖維區黏合14可容易地觀察為壓扁區，在該等壓扁區內的纖維已失去其個別的特性，且非常少或無個別纖維上覆於黏合區。如圖4所示，衍生自此類前驅物網之經再蓬鬆網可使其至少一些纖維重新配置，使得一些或大部分區黏合至少部分被上覆纖維遮蔽。
在一些情況中，經再蓬鬆網之至少一些纖維可展現指示纖維已暴露於與再蓬鬆程序相稱的顯著剪切的特性(例如，應力發白、應力破裂、裂紋、定向、頸縮等)。因此，具有通常知識者將理解，可藉由得自於再蓬鬆程序的個別纖維及/或整個網的數個特性之任何者或全部來識別經再蓬鬆紡絲黏合網。如下文所討論，可鑑於圖2中可見之經斷裂纖維(如物項15)之存在，而將已藉由諸如針軋(needle-punching)及/或水纏結(hydroentangling)的方法來經再蓬鬆之紡絲黏合網輕易識別成已經受此類程序。
該再蓬鬆之圖案及面積覆蓋將為此使得該經再蓬鬆網將展現以整體方式、於該網之一宏觀區(例如至少10平方公分)予以平均之所欲性質。因此，應瞭解，諸如實度、粒子百分比穿透率、壓降、品質因子等的性質係對經再蓬鬆網之一合適宏觀區求得的平均性質。用語「經再蓬鬆(relofted)」需要網之至少30%的面積經再蓬鬆，使得可獲整個網的例如品質因子之整體增強。在各種實施例中，網面積之至少約40%、60%、80%、90%、95%、98%、或基本上100%可經再蓬鬆。此類面積百分比將被理解為從網之(多個)經再蓬鬆面積(如由該(多個)經再蓬鬆面積之周長所界定)對網之總面積的比率所得出。
在一些實施例中，可藉由對實體執行數個局部撞擊及使實體穿透進入及/或通過前驅物網來實現該再蓬鬆程序。在一些實施例中，此類再蓬鬆程序係一種針軋程序。因此，本文中所引用的經再蓬鬆及經針軋之網係表示已藉由針軋來經再蓬鬆之網，而非已經再蓬鬆 且亦針對一些其他目的而已經針軋之網。針軋係指其中將許多倒鉤針(barbed needle)穿入及/或穿透一質量的纖維，並接著反轉該等倒鉤針以使得纖維變得纏結之一程序。所屬技術領域中具有通常知識者將理解到，針軋一般係用作一種將在諸如梳理(carding)、扯鬆(garnetting)、氣流成網(例如Rando-Weber)等的乾式成網(dry-laid)程序中收集的纖維以機械方式互鎖之方法。亦即，針軋通常被認為係一種用於將纖維「黏合(bonding)」在一起以例如形成自支撐網的程序。相比而言，本工作將針軋施用至已經黏合之非織造網以包含如本文稍早所討論之纖維間黏合。亦即，在本情況中，針軋係用於斷開一絲紡黏合網之已存在的纖維間黏合之至少一些者，如由顯現為在圖1中所示針軋網之掃描電子顯微照片中的經破壞或斷裂之黏合12所證明。
針軋向來被認為會斷開纖維，如由在圖2中所示針軋網之掃描電子顯微照片中的斷裂纖維末端15所證明。確實，針軋已被提到其因為在網中產生穿孔而對於過濾效率具有不良影響(參見例如美國專利第7015158號中[先前技術]的討論)。因此，結果令人驚訝的是，在本工作中，已發現針軋係一種將紡絲黏合非織造前驅物網再蓬鬆的便利且成功之方法，用於提供展現增加之膨鬆度且展現優異過濾效能的空氣過濾網，如藉由品質因子及容塵量所表現者。
針軋可以任何合適方式來執行。雖然各個別的針穿透可能被認為僅影響網的局部區，但本工作中已發現，可執行針軋使得經針軋之區域共同提供跨網或其(多個)經再蓬鬆面積之長度及寬度展 現相對均勻性質之經再蓬鬆網(或係構成該網之總面積的至少30%的一或多個面積)。因此，在各種實施例中，該網可在網之每平方公分至少4、8、12、16、20、24、30、35、或40個針軋孔(punches)的針軋密度下予以針軋。程序及設備參數(例如，針的間距/密度、針擊速率、推動網通過針軋設備的速度等)可依所欲調整，以達成所欲之均勻度以及達到所欲之蓬鬆度增加。該網可通過多次針軋及/或可自該網之兩側予以針軋，以例如進一步增強面積均勻度，儘管此可能並非必要。
在一些實施例中，該再蓬鬆程序可係一水纏結程序。因此，本文中所引用的經再蓬鬆及經水纏結之網係表示已藉由水纏結來經再蓬鬆之網，而非已經再蓬鬆且亦針對一些其他目的而已經水纏結之網。水纏結係指使用非常精細的高速水噴射(而非倒鉤針)來纏結纖維之程序。因此，在水纏結中，撞擊/穿透之實體係水噴射流；水纏結有時稱為「水力針刺(hydraulic needling)」。所屬技術領域中具有通常知識者將理解到，水纏結已常(例如替代針軋)用於在諸如梳理、扯鬆、氣流成網(例如Rando-Weber)等的乾式成網程序中已收集之以機械方式「黏合(bonding)」的纖維。相比而言，如本文所揭露，水纏結係施用至已經黏合之非織造網以包含如本文稍早所討論之纖維間黏合。亦即，水纏結係用來斷開一絲紡黏合網之已存在的纖維間黏合之至少一些者，以提供展現增強空氣過濾性質之一空氣過濾網。
水纏結可以任何合適方式來執行。因此，程序及設備參數(諸如，水噴射的間距密度、水速及水壓、水至網的撞擊角度、推動網通過水纏結設備的速度等)可依所欲調整。具體而言，水噴射流在紡絲黏合網上衝擊之密度(例如由水噴射流間距及網通過水纏結設備的速度所確立者)可係任何合適值，例如網之每平方公分至少4、8、12、16、20、24、30、35、或40次撞擊。該網可通過多次水纏結及/或可自該網之兩側予以水纏結(如有需要者)。
尋常技術人員將瞭解到，諸如針軋及水纏結的程序可造成可作為實體「黏合(bond)」的纖維纏結。即便相對較少的纖維間黏合保持未斷裂狀態，此類纖維纏結可有利於經再蓬鬆網之完整性/自支撐性。然而，在許多實施例中，許多未斷裂的纖維間黏合可能仍存在於以此方式經再蓬鬆之網中。
可對任何空氣過濾網上執行再蓬鬆程序，以賦予改善的過濾效能。然而，已發現再蓬鬆程序(然而已執行)尤其適合用於對在已擁有相對高蓬鬆度的網執行。亦即，已發現，使高蓬鬆度網再蓬鬆顯著地降低穿過網的壓降，同時對穿過網之粒子百分比穿透率具有小或可忽略的影響。此導致顯著改良的品質因子。當對相對低蓬鬆度的網(例如，具有10%或更高的實度)執行再蓬鬆時，壓降再次顯著降低；然而，穿過網之粒子百分比穿透率顯著增加。因此，考量這兩者因素，未顯著改善品質因子。
因此，如本文所揭露之再蓬鬆程序可採用相對高蓬鬆度的網且增加蓬鬆度至甚至更高的值，並且在此過程中可增加過濾參 數，諸如，品質因子及容塵量。在各種實施例中，待被再蓬鬆的前驅物網可展現小於10.0%、9.0%、8.0%、7.0%、或6.0%之實度。在各種實施例中，該再蓬鬆程序可使該實度減少達至少0.1%、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、或3.0%。(此百分比係以本身的實際實度表達；亦即，若具有8.0%實度的前驅物網經再蓬鬆而具有6.5%之實度，則實度減少1.5%)。在各種實施例中，經再蓬鬆網可展現小於9.0%、8.0%、7.0%、6.0%、5.0%或4.0%之實度。在進一步實施例中，經再蓬鬆網可展現大於1.0%、2.0%或3.0%之實度。應注意，如品質因子所表徵的過濾效能之顯著且實用的增加不一定需要所測得之實度大幅降低。因此，在一些情況中，小到例如0.2%、0.1%、或甚至0.05%的實度減少可仍然對應於有用的品質因子增加。在各種實施例中，經再蓬鬆空氣過濾網可展現至少0.5、0.7、1.0、1.3、或1.5的品質因子。
經再蓬鬆網可包含任何合適的基礎重量。在例如其中再蓬鬆程序係對網具有整體延展效果的機械加工程序的實施例中，基礎重量可從前驅物網的重量稍微減少，否則基礎重量可保持相對不變。在各種實施例中，經再蓬鬆網可展現不大於每平方公尺300、200、150、100、90、或80克之基礎重量。在進一步實施例中，經再蓬鬆網可展現每平方公尺至少30、40、或50克的基礎重量。值得注意的，使已經高蓬鬆度的空氣過濾網再蓬鬆可賦予容塵量之顯著增加(例如，增加兩倍或更多，如本文之[工作例]所證明)，而不需要網必須具有高基礎重量(例如，每平方公尺100克或更多)或必須包含 深壓紋(例如，袋狀)凹穴。在各種實施例中，經再蓬鬆空氣過濾網可展現至少每平方公尺30、40、50或60克之容塵量。
如前文所提及，在一些實施例中，可使經再蓬鬆空氣過濾網10起褶襉。因此，如圖5中之例示性實施例中所示，經再蓬鬆空氣過濾網10可提供空氣過濾器介質1或係該空氣過濾器介質之一層，該空氣過濾器介質1經起褶襉以包含褶襉401及褶襉尖端402。「經起褶襉(pleated)」意指一基材(無論是單層或多層)至少部分已摺疊以形成成列之大致上平行相反定向之摺疊，如具有通常知識者所熟知。使空氣過濾介質起褶襉一般用以增加標稱(平面投射)區內可用的介質之總表面積；一般而言，起褶襉不會明顯改變介質之固有性質，例如，諸如蓬鬆度及粒子百分比穿透率。
經起褶襉網之褶襉高度及褶襉間隔可在任何合適的範圍中。褶襉高度(褶襉幅度)係沿正交於經起褶襉網之整體主平面之方向、自上游尖端至下游尖端之距離。在各種實施例中，褶襉高度可係至少4、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110、90、70、50、35、25或14mm。褶襉間隔係沿著在過濾器介質之主平面中的方向、介於最接近相鄰同側褶襉尖端之間的距離。在各種實施例中，褶襉間隔可係至多約30、25、20、15、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。褶襉可具有任何所欲曲率半徑；例如，褶襉的外觀可係相對地正弦，或者褶襉可相對尖銳。
若需要，經起褶襉空氣過濾器介質1(無論僅僅呈經再蓬鬆空氣過濾網10之形式，或呈多層結構之形式，該多層結構之網10係過濾層)可以任何合適方式予以穩定。此可尤其實用於例如再蓬鬆程序明顯降低介質之硬度的情況中。因此，例如在一些實施例中，空氣過濾器介質可配備有任何合適的一或多個褶襉穩定物項。一般而言，此類物項可採取構件、條、細絲、一叢細絲、經穿孔之卡紙板片材等之形式。此類褶襉穩定物項可僅接觸(例如，經黏合至)褶襉之尖端(如同圖5中所示之例示性支撐紗幕403)；或此類褶襉穩定物項可至少部分地沿循介質之褶襉，且因此亦可黏合至褶襉壁及/或谷。前者類型的褶襉穩定物項可包括(例如)紙板條、聚合股線等。後者類型的褶襉穩定物項可包括(例如)線網目或小孔線網型金屬格柵(例如，其等係施加至過濾器介質，接著與其等一起起褶襉)、施加至經起褶襉介質之灑落膠(drizzle glue)珠粒、在起褶襉之前擠製至介質之表面上的細絲等等。
在一些實施例中，經起褶襉介質可具備橋接細絲，該等橋接細絲黏合至經起褶襉介質之主側之褶襉尖端，以便與該介質不連續地接觸。在一些實施例中，橋接細絲可係美國臨時專利申請案第62/346179號及PCT專利申請公開案第WO 2017/213926號中所述之一般類型，該兩案全文為此目的以引用方式併入本文中。在一些實施例中，經起褶襉介質可具備連續的接觸細絲，該等連續的接觸細絲與該經起褶襉介質連續接觸(亦即，該等接觸細絲沿著該介質起褶襉)。在一些實施例中，該等連續的接觸細絲可係美國臨時專利申請 案第62/714,186號(代理人案號碼80992US002)標題為「PLEATED AIR FILTER WITH REINFORCING FILAMENTS COMPRISING LOCALLY-THINNED BENDING ZONES」中所述之一般類型，該案全文為此目的以引用方式併入本文中。
若需要，例如於圖5中以例示性方式所示，一周緣支撐框架404可安裝在空氣過濾器介質1(例如，經起褶襉空氣過濾器介質1)之主邊緣上，該空氣過濾器介質包含一經再蓬鬆空氣過濾網10。在圖5中，已省略框架404之一部分以展示褶襉401；再者，強調由於圖5係例示性表示，且強調介質1之具體特徵(例如，褶襉尖端402之形狀)可自所描繪者變化。在許多便利的實施例中，一空氣過濾器介質係矩形(該用語涵蓋方形形狀)，其中在四個主邊緣上安裝一周緣支撐框架。此一框架可提供支撐及剛性化，使得所得框架式空氣過濾器可安裝在合適的地點中，例如，安裝在HVAC中之回風管中、安裝在室內空氣清淨機之隔室中等。
普通技術人員將理解，若高蓬鬆度紡絲黏合網(具體而言，具有小於例如6.0%之實度的非常高蓬鬆度網)例如被捲成巨型捲，且在等待下一處理步驟時保持在該巨型捲狀況中或以該巨型捲狀況予以儲存，則該等高蓬鬆度紡絲黏合網會易受壓實影響。此類壓實可為持久性或永久性，且可能不利地影響過濾效能。然而，使熔紡/黏合程序直接與起褶襉及/或框化在線(inline)操作會很麻煩。因此，可能難以產生高蓬鬆度紡絲黏合網及將該網直接饋入至褶襉及/或框化程序，使得保持蓬鬆度。
相比而言，使再蓬鬆程序(例如，針軋操作及/或水纏結操作)與起褶襉及/或框化程序在線操作可相對簡單直接。因此，在一些實施例中，可使空氣過濾網再蓬鬆之程序與使該網起褶襉之程序及/或將該網框化之程序在線執行。此可有利地允許經再蓬鬆網被直接輸入至起褶襉及/或框化之程序，而無需該經再蓬鬆網曾被捲成巨型捲。
依據定義，如本文所揭露之經再蓬鬆網係空氣過濾網。此意指該經再蓬鬆網有目的地經組態以執行移動中氣體流的粒子過濾，且具體意指該經再蓬鬆網展現至少0.30之品質因子。(除非另有指定，否則本文中對品質因子的所有參考係指藉由用鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)測試而獲得的品質因子)。此一經再蓬鬆網可在獨立基礎上作為空氣過濾介質；或，該經再蓬鬆網可用作多層空氣過濾介質之一過濾層。經再蓬鬆空氣過濾網將有別於例如經組態為用於吸液體之吸收性材料的非織造網，例如，用於諸如衛生產品、尿布組件、清潔擦拭物等的應用。具體而言，帶電以提供自空氣流捕獲粒子之增強能力的經再蓬鬆空氣過濾網將有別於經組態以吸收液體的網。
在具體實施例中，經再蓬鬆空氣過濾網(例如，帶電網)將至少基本上不含親水性纖維、粉末、或類似者(例如，經常包括於非織造網中以促進水吸收的纖維素漿纖維)。如將對於空氣過濾網所預期，在至少一些實施例中，經再蓬鬆空氣過濾網將不包含任何貫通孔(through-hole)、貫通縫隙(through-slit)、貫通孔隙(through- aperture)；或者，大致上而言，將允許空浮粒子通行通過該網而不會遇到任何纖維的任何通道。
例示性實施例清單
實施例1係一種空氣過濾器介質，其包含一經再蓬鬆紡絲黏合非織造網，該經再蓬鬆紡絲黏合非織造網展現從小於8.0%至至少3.0%之一實度，且展現至少0.30之一品質因子，其中該經再蓬鬆紡絲黏合非織造網係一經針軋網、一經水纏結網、或一經針軋及水纏結網。
實施例2係如實施例1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含從小於7.0%至至少4.0%之一實度。
實施例3係如實施例1至2中任一者之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含至少一些帶電之熔紡纖維。
實施例4係如實施例1至3中任一者之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含至少一些水帶電之熔紡纖維。
實施例5係如實施例1至4中任一者之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含係單組分纖維的至少一些熔紡帶電纖維。
實施例6係如實施例1至5中任一者之空氣過濾器介質，其中該空氣過濾網包含至少約0.70之一品質因子。
實施例7係如實施例1至5中任一者之空氣過濾器介質，其中該網包含至少約1.0之一品質因子。
實施例8係如實施例1至7中任一者之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含纖維間黏合且亦包含斷裂纖維間黏合。
實施例9係如實施例1至8中任一者之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含以不大於2.5%面積比存在的多纖維區黏合。
實施例10係如實施例1至9中任一者之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網係一經起褶襉之經再蓬鬆網。
實施例11係如實施例1至10中任一者之空氣過濾器介質，其進一步包含一周緣支撐框架，該周緣支撐框架安裝在該空氣過濾器介質之四個主邊緣之各者上。
實施例12係如實施例1至11中任一者之空氣過濾器介質，其中該網係一經針軋網。
實施例13係如實施例1至11中任一者之空氣過濾器介質，其中該經網係一經水纏結網。
實施例14係一種過濾一流動空氣流之方法，該方法包含使該流動空氣流通過如實施例1至13中任一者之空氣過濾器介質。
實施例15係一種使一紡絲黏合前驅物網再蓬鬆之程序，該程序包含：針軋及/或水纏結包含不大於10%之一實度的一紡絲黏合前驅物網以產生一經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網，該經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網包含從小於8.0%至至少3.0%之一實度，且包含至少0.30之一品質因子。
實施例16係如實施例15之程序，其中該再蓬鬆程序係一種針軋程序。
實施例17係如實施例15之程序，其中該再蓬鬆程序係一種水纏結程序。
實施例18係如實施例15至17中任一者之程序，其中該再蓬鬆程序係與使該經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網起褶襉的一後續程序在線執行。
實施例19係如實施例15至18中任一者之程序，其中該再蓬鬆程序係與安裝一周緣支撐框架在該經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網之主邊緣的一後續程序在線執行。
實例 測試方法
實度及蓬鬆度
實度係藉由將測得的非織造纖維網總體密度除以構成網的實心部分的材料密度來判定。網的總體密度可藉由以下方式來判定：先測量網的重量(例如，10-cm乘以10-cm的一段)。將測得的網重量除以網面積以提供網的基礎重量，其係g/m2來記述。網的厚度可藉由以下方式來測量：獲得(例如，藉由模切)網的一直徑135mm圓盤並且在一直徑100mm的230g重量居中放在該網上面的情況中來測量網厚度。網的總體密度係藉由將網的基礎重量除以網的厚度來判定，並且記述為g/m3。
然後實度係藉由將非織造纖維網的總體密度除以包含該網的實心細絲的材料(例如，聚合物)密度來判定。若供應商未說明材料密度，則可藉由標準方法測量總體聚合物的密度。實度係無因次分率，通常以百分比記述。
蓬鬆度通常記述為100%減去實度(例如，實度7%等於蓬鬆度93%)。
百分比(%)穿透率、壓降、及品質因子
使用含有DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)液滴之挑戰氣溶膠，以85公升/分鐘之流速遞送(除非另有指明)，以提供14cm/s之面速度，並使用TSI(註冊商標)型號8130高速自動化過濾器測試儀((可購自TSI Inc.,Shoreview,MN)評估，來判定非織造纖維網之百分比(粒子)穿透率、壓降及過濾品質因子(QF)。對於DOP測試，氣溶膠可含有具有約0.185μm直徑之粒子，且自動化過濾器測試儀可在加熱器關閉且粒子中和器開啟的情況中進行操作。可在過濾器入口及出口處採用經校準光度計以測量粒子濃度及穿過過濾器之%粒子穿透率。可採用MKS壓力轉換器(可購自MKS Instruments,Wilmington,MA)以測量穿過過濾器之壓降(△P，mm H2O)。可使用方程式：
Figure 108127614-A0202-12-0024-1
 可用來從壓降與百分比(粒子)穿透率來計算QF。
容塵量(DHC)
根據ASHRAE Standard 52.2(「Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size」)中的一般方法測量過濾器的容塵量(及其他過濾性質，例如，諸如捕獲效率、重量法效率(Arrestance)、及最小效率測試值(minimum efficiency reporting value，MERV)。容塵量測試涉及：將該網組態為過濾器(例如，經起褶襉及/或框架式過濾器)、將過濾器安裝至測試管中、及使用如ASHRAE 52.2標準中所指定的合成粉塵使過濾器經歷增量粉塵負荷步驟。容塵量係在所有該等增量粉塵負荷步驟期間由空氣過濾器樣本所捕獲之合成粉塵的總重量。在本例中，如下文所述使用於測試容塵量的樣本起褶襉。因此，針對所有樣本的容塵量經正規化為空氣過濾器樣本之表面積，且以每平方公尺塵克記述。
工作例
獲得高蓬鬆度紡絲黏合網。大致上根據美國專利第8240484號中所述之程序來製造及收集熔紡纖維。大致上根據美國專利第9976771號中所述之程序，該等所收集纖維已自生黏合以形成自支撐、紡絲黏合網，且亦已使用‘484專利中所述之一般方式的壓延方法而已區黏合。估計該等區黏合以該網的約1.5%至1.6%之面積百分比存在。該等網已大致上根據美國專利申請公開案第2012/0017910 號中所述之程序經水帶電。獲得之該等網分為兩個等級：等級55，其展現每平方公尺約55克之基礎重量及約7.5之實度；及等級75，其展現每平方公尺約75克之基礎重量及約7.9之實度。該兩等級的材料經獲得作為平坦網樣本。
該等平坦網樣本係藉由針軋予以再蓬鬆。該等針的提供方式(呈一上側針軋(topside-punching)配置，其包括一頂部洞板及一底部洞板，兩者之間具有大約50mm的垂直間距)係32列，各列延伸橫跨一85cm之側向(橫幅(crossweb))寬度且該等列沿一28.5cm之順幅(downweb)範圍間隔開。各列有104根針(因此列內的針間距大約係8mm)。該等針係一般類型，可以商標名稱F20-9-28-7-B,Needle # 5230160,15×18×30×3.5 RB得自Foster Needle Co.；Manitowoc,WI。在每分鐘約1.5公尺之速率下將網以連續方式通過針軋機(needle-puncher)。當網通過該針軋單元時，其係在每分鐘約150針刺數的速率下經受針軋，針刺深度為60mm。根據這些參數，估計網係以網材料之每平方公分約40個針軋孔的密度來予以針軋。該針軋僅從一側(其頂部側)執行。
即便在不定期目視檢驗時，網之膨鬆度增加是相當顯而易見的。亦即，相較於原樣之網(as-received web)，該經再蓬鬆網明顯更厚且「更毛茸茸(fuzzier)」，且少有仍可見之區黏合區；而是，區黏合區似乎被上覆這些區的纖維所遮蔽。該經再蓬鬆網展現非常均勻的外觀。
表1呈現這些經再蓬鬆樣本連同原樣之網的實度及品質因子。此等因子運用於平坦網樣本。各資料點係多個測量的平均值。如本文所提及，所有此類測量係在經再蓬鬆網的宏觀區上獲得；因此，結果係總體值。
亦包括用於經再蓬鬆等級55樣本的容塵量(DHC)。針對DHC測試，使樣本起褶襉以形成具有16吋x 20吋之整體(標稱)大小的經起褶襉過濾器，其中褶襉高度係0.75吋及褶襉密度係每吋約1.1個褶襉。使「原樣(as-is)」(未經再蓬鬆)等級55對照樣本以類似方式起褶襉。
Figure 108127614-A0202-12-0027-2
如從表1明顯可見，這些經再蓬鬆樣本的品質因子展現從約70%至約80%的增強(相對於原樣樣本的%增加)。相對於「原樣」網，用於測試容塵量的經再蓬鬆樣本(等級55)的容塵量展現非常大的增強。
變化
其他的針軋條件
樣本係在不同的針軋密度下予以針軋，該等針軋密度經估計係在每平方公分約30個針軋孔至每平方公分280個針軋孔的範圍中。並非所有這些樣本係以品質因子或容塵量進行表徵；然而，這些樣本看起來實體上類似於上文所描述的樣本，且據信它們至少大致上表現類似於(或更佳於)該等上文所描述的實例。
電暈帶電
獲得大致上類似於等級55之樣本，但該等樣本展現大約50之基礎重量，且已使用所屬技術領域中習知之方法予以電暈帶電，而非水帶電。該等樣本係以如上文所述之類似方式藉由針軋來再蓬鬆。相較於展現大約0.55之一品質因子的原樣樣本，該等經再蓬鬆樣本展現大約1.0之一品質因子。
前述實例已僅為了清楚理解而提供，並且無任何不必要的限制係自其理解。實例中描述之測試及測試結果旨為闡釋而非預測，並且可預期測試程序中的變化會得出不同結果。鑑於所使用的程序中涉及通常已知的公差，實例中的所有定量值應理解為係近似的。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。雖然本文中可能已論述各項理論及可能的機制，此類論述無論如何都不應該用來限制可主張的申請標的。倘若本說明書之內容與以引用方式併入本說明書中但不主張其優先權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‧‧‧空氣過濾器介質/介質
10‧‧‧網/經再蓬鬆網/經再蓬鬆空氣過濾網
11‧‧‧纖維/熔紡纖維
12‧‧‧斷裂纖維間黏合/黏合

Claims (19)

  1. 一種空氣過濾器介質，其包含一經再蓬鬆紡絲黏合非織造網，該經再蓬鬆紡絲黏合非織造網展現從小於8.0%至至少3.0%之一實度，且展現至少0.30之一品質因子，其中該經再蓬鬆紡絲黏合非織造網係一經針軋網、一經水纏結網、或一經針軋及水纏結網。
  2. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含從小於7.0%至至少4.0%之一實度。
  3. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含至少一些帶電之熔紡纖維。
  4. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含至少一些水帶電之熔紡纖維。
  5. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含係單組分纖維的至少一些熔紡帶電纖維。
  6. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該空氣過濾網包含至少約0.70之一品質因子。
  7. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該網包含至少約1.0之一品質因子。
  8. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含纖維間黏合且亦包含斷裂纖維間黏合。
  9. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網包含以不大於2.5%面積比存在的多纖維區黏合。
  10. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該經再蓬鬆網係一經起褶襉之經再蓬鬆網。
  11. 如請求項1之空氣過濾器介質，其進一步包含一周緣支撐框 架，該周緣支撐框架安裝在該空氣過濾器介質之四個主邊緣之各者上。
  12. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該網係一經針軋網。
  13. 如請求項1之空氣過濾器介質，其中該網係一經水纏結網。
  14. 一種過濾一流動空氣流之方法，該方法包含使該流動空氣流通過如請求項1之空氣過濾器介質。
  15. 一種使一紡絲黏合前驅物網再蓬鬆之程序，該程序包含：
    針軋及/或水纏結包含不大於10%之一實度的一紡絲黏合前驅物網以產生一經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網，該經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網包含從小於8.0%至至少3.0%之一實度，且包含至少0.30之一品質因子。
  16. 如請求項15之程序，其中該再蓬鬆程序係一針軋程序。
  17. 如請求項15之程序，其中該再蓬鬆程序係一水纏結程序。
  18. 如請求項15之程序，其中該再蓬鬆程序係與使該經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網起褶襉的一後續程序在線(in-line)執行。
  19. 如請求項15之程序，其中該再蓬鬆程序係與安裝一周緣支撐框架在該經再蓬鬆紡絲黏合空氣過濾網之主邊緣上的一後續程序在線執行。
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