TW202115292A - 高性能紡絲黏合空氣過濾網 - Google Patents

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賈伯 約翰 塞嫩
約翰 當勞德 史戴爾特
莎曼薩 朵瑞絲 史密斯
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威廉 約翰 可派琪
布萊恩 李 葛哈得
安德魯 羅伯特 福克斯
亞歷山大 保羅 芙雷吉
麥克 瑞查 貝瑞根
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Abstract

一種單層紡絲黏合空氣過濾網，其包括具有從3.0微米至9.0微米之實際纖維直徑的熔紡自體黏合駐極體纖維。該空氣過濾網展現從8.0微米至19微米之一平均流動孔大小，並展現從0.55至2.5之平均流動孔大小對孔大小範圍之一比率。亦揭示製作此類網之方法以及使用此類網執行空氣過濾之方法。

Description

高性能紡絲黏合空氣過濾網
已發現紡絲黏合網用在各種應用中，包括用於尿布及/或個人護理物品的背襯、地毯背襯、地工織物、及類似物。常依靠此類紡絲黏合網以例如供應結構補強、障壁性質等等。
概括而言，本文揭示紡絲黏合空氣過濾網，其等包含具有從3.0微米至9.0微米之一實際纖維直徑的熔紡自體黏合駐極體纖維。該等空氣過濾網展現從8至19微米之一平均流動孔大小，並展現從0.55至2.5之平均流動孔大小對孔大小範圍之一比率。亦揭示製作此類網之方法以及使用此類網執行空氣過濾之方法。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。
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「第一(first)」與「第二(second)」等用語，但是仍應理解除非另有註明，否則彼等用語在使用時僅為相對概念。
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)。用語「基本上(essentially)」意指極高度近似(例如，針對可量化性質在 正負2%內，除非以其他方式具體定義)。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。
那些在所屬技術領域中具有通常知識者將理解，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，小於0.1wt.%)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。除非另有註明，當瞭解本文中所引用之數值(例如，尺寸、比率等等)可計算為由所涉之(多個)參數之適當數目的測量值導出之平均值。
10:擠壓頭(模具)
11:料斗
12:擠壓機
13:泵
14:氣體抽出(真空)裝置
15:長絲/長絲流
16:衰減器
16a:半部或側
16b:半部或側
17:氣空間/充氣空間
18:空氣流/空氣
19:纖維收集器/收集器表面/收集器
20:熔紡纖維質量/紡絲黏合網
21:排氣裝置
23:空氣輸送裝置
24:衰減室
24a:入口空間或喉部
27:傾斜式進入壁/進入壁/壁
27a:進入邊緣或表面
28:主體部分/主體
28a:位置
28b:表面
29:凹入區域
30:氣隙/間隙
31:導管
32:氣刀
36:板材
40:淬滅空氣輸送裝置/裝置
41:出口/淬滅空氣出口
42:氣流平滑實體/實體/主要篩網
43:次要實體(篩網)
44:次要實體(篩網)
45:次要實體(篩網)
46:次要實體(篩網)
47:源導管/項目
101:受控的加熱裝置
110:紗幕
112:周邊框架
114:起褶襉過濾器
151:中心線
188:空氣流
α:角度
〔圖1〕係可用以形成如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網之例示性設備的示意圖。
〔圖2〕係可用在圖1之設備中之例示性衰減器的側視圖。
〔圖3〕係可用以將淬滅空氣輸送至長絲流之例示性空氣輸送裝置的側視圖。
〔圖4〕係具有周邊框架及紗幕之起褶襉過濾器的部分剖面的透視圖。
詞彙
用語「長絲(filament)」大致上係用以指稱由一組孔口擠出的熱塑性材料熔融流，且用語「纖維(fiber)」大致上係用以指稱包含其之固化長絲及網。僅為了方便描述而使用這些稱號。在如本文所述之程序中，在部分固化的長絲之間可沒有牢固的分界線，且纖維仍包含稍軟、膠黏、及/或半熔融表面。
用語「熔紡(meltspun)」係指藉由從一組孔口擠出長絲且允許長絲冷卻並固化以形成纖維而形成的纖維，其中長絲通過含有移動空氣流的空間，以協助冷卻(例如，淬滅)長絲，且長絲接著通過衰減單元以至少部分地拉伸長絲。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。因此，熔紡纖維及熔紡網可與熔噴纖維及網有所區別，且亦與例如電紡纖維及網有所區別，如在非織物網形成之技術領域中具有通常知識者所深入瞭解的。
「紡絲黏合(spunbonded)」意指非織物網，其包含作為纖維質量收集且經受一或多個黏合操作以將至少一些纖維黏合至其他纖維的一組熔紡纖維。
「自體黏合(autogenously bonded)」意指藉由黏合操作而黏合之非織物網，該黏合操作涉及在不施加固體接觸壓力至網上的情況下暴露至升高溫度。
「起褶襉(pleated)」意指空氣過濾網，其至少部分已經摺疊以形成包含數列大致上平行、相對定向之摺痕的組態。
「空氣過濾(air-filtration)」網意指經組態以從移動空氣流過濾微粒的非織物纖維網。空氣過濾網將包含駐極體纖維。
本文揭示紡絲黏合非織物空氣過濾網，其包含熔紡駐極體纖維。空氣過濾網(air-filtration web)意指纖維網，其經組態以從通過該纖維網之空氣流捕集至少微粒物質。按定義，空氣過濾網(或通常係空氣過濾層)將展現至少0.15的品質因數(當在每分鐘32公升 (LPM，對應於5cm/s的面速度)下以NaCl測試時，如本文稍後所討論者)。普通的技術人員將輕易辨識出熔紡駐極體纖維；提供熔紡及駐極體纖維之方法稍後係在本文中描述。在各種實施例中，熔紡駐極體纖維可構成紡絲黏合非織物空氣過濾網之纖維的至少90、95、98、99、或基本上100%(按數目)。因此，在一些實施例中，熔紡駐極體纖維可係網中存在的唯一纖維(例如，此一網可無熔噴纖維)。
網之熔紡駐極體纖維展現從3.0微米至9.0微米之實際纖維直徑。如在工作例之測試方法中所提及，實際纖維直徑係網纖維總體之集體(平均)性質。在各種實施例中，熔紡駐極體纖維可展現至少3.5、4.0、4.5、或5.0微米的實際纖維直徑。在進一步的實施例中，熔紡駐極體纖維可展現至多8.5、8.0、7.5、7.0、或6.5微米的實際纖維直徑。
孔大小特徵化
本作已揭示紡絲黏合空氣過濾網之結構、幾何及/或功能特性之特徵可在於網之格隙空間(孔)的性質(而非例如僅受到纖維本身的性質之支配)。換言之，已發現，纖維的配置方式(且因此，纖維之間的格隙空間的特性)在判定網的過濾性能方面扮演重要角色(而非僅藉由例如纖維直徑來判定過濾性能)。
因此，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可藉由與孔大小有關的各種參數(以單獨及各種組合兩種方式考慮)來特徵化並與所屬技術領域中之紡絲黏合空氣過濾網有所區別。例如，此類網之 特徵可在於根據工作例之測試方法中所呈現之程序測量之網的平均流動孔大小。本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網將展現從8微米至19微米之平均流動孔大小。空氣過濾網之特徵亦可在於最大測量孔大小(常稱為網之「起泡點(bubble point)」)、最小測量孔大小、及孔大小範圍(最大與最小的孔大小之間的差值)。平均流動孔大小按定義將落在孔大小範圍內。
本作已揭露平均流動孔大小對孔大小範圍之比率充當具體可用的品質因數(figure of merit)，以特徵化紡絲黏合空氣過濾網。(舉特定實例而言，展現平均流動孔大小18、最大孔大小34、及最小孔大小10的網將展現18/(34-10)或0.75的比率。)已發現大於0.55之平均流動孔大小/孔大小範圍比率指示提供增強之空氣過濾的孔配置，如本文之工作例中所證實者。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，平均流動孔大小/孔大小範圍比率將受到平均流動孔大小的絕對值、最大孔及最小孔之大小的絕對值、孔大小範圍的值(也就是孔大小分布之總廣度)之影響；以及受到孔大小分布的任何偏度(也就是平均流動孔大小可朝最小孔大小或朝最大孔大小偏斜的程度)之影響。此比率因此與例如係僅偏度測量、僅絕對孔大小測量、或僅孔大小分布之廣度測量的參數不同。在不希望受到理論或機制約束的情況下，假定作為上述比率之基礎的所有因素在達成由本文所揭示之網論證之增強空氣過濾中可扮演至少一些角色。
在各種實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現至少9.0、9.5、10、10.5、或11.0微米的平均流動孔大小。在進一步的實施例中，網可展現至多18、17、16、15、或14微米的平均流動孔大小。在各種實施例中，如本文所揭示之空氣過濾網可展現小於35、33、或29微米之最大孔大小(起泡點)。在進一步的實施例中，網可展現大於15、18、或21微米的最大孔大小。在各種實施例中，如本文所揭示之空氣過濾網可展現小於15、14、13、或12微米之最小孔大小。在進一步的實施例中，網可展現大於5.0、6.0、或7.0微米的最小孔大小。在各種實施例中，如本文所揭示之空氣過濾網可展現至少10、11、12、或13微米的孔大小範圍。在進一步的實施例中，網可展現至多25、20、19、18、或17微米的孔大小範圍。
在各種實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現至少0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、或0.95的平均流動孔大小對孔大小範圍的比率(表1中的「MFPS/範圍」)。在進一步的實施例中，如本文所揭示之空氣過濾網可展現小於1.5、1.3、1.2、1.1、1.0、或0.9的平均流動孔大小對孔大小範圍的比率。在各種實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現從10微米至18微米或從10微米至15微米的平均流動孔大小，結合從10微米至25微米或從10微米至20微米的孔大小範圍。
所強調的是，本文所揭示之配置不僅仰賴例如針孔或極大孔的消除或減少或者提供極小孔的優勢。反而是，如在上文所討論之各種參數中所擷取的孔大小分布之總體特性看起來才是重要的。例 如，本配置可允許執行優越的微粒過濾(例如，HEPA過濾)，而不使纖維網受到將劇烈增加空氣阻力之極度小孔的支配。換言之，本作可提供之孔大小分布有利地置中於最佳位置(例如，就平均流動孔大小而言)，且亦有利地窄且未經偏斜(例如，無可降低過濾微粒能力的極大孔，且亦未受到可導致高氣流阻力之極小孔的支配)。在不希望受到理論或機制約束的情況下，本文之工作例論證本文所揭示之紡絲黏合網能夠提供對過濾微粒之增強能力，而不遭遇過高的壓降。(此有利的過濾細微粒能力可特別表現在達到HEPA過濾之能力中，如將從本文之討論及工作例明顯可見。)
雖然不一定需要以便提供本文所揭示之增強的空氣過濾性能，可為了最佳性質而選擇紡絲黏合網之各種其他參數。在一些實施例中，可選擇諸如蓬鬆度、基礎重量、及/或厚度的性質，以例如為所欲目的賦予具體範圍的物理性質。在一些實施例中，此類性質可經選擇以便賦予所欲勁度，此可有助於允許紡絲黏合網起褶襉及/或維持起褶襉組態。
本文所揭示之網的蓬鬆度將在本文中就實度特徵化(如本文所定義且如報告於工作例之測試方法中的程序所測量者)。「實度(solidity)」意指無因次分率(通常以百分比報告)，其表示纖維網的總體積由實心(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。在一些實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現大於8.0%至18% 的實度(對應於從約82%至小於92.0%的蓬鬆度)。在各種實施例中，如本文所揭示之網可展現大於8.5%、9.0%、11%、13%、或15%的實度。在進一步的實施例中，如本文所揭示之網可展現至多16%、15%、14%、12%、或10%的實度。
在一些實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現每平方公尺60至200克之基礎重量。在各種實施例中，如本文所揭示之網可展現每平方公尺至少70、80、90、或100克的基礎重量。在進一步的實施例中，如本文所揭示之網可展現至多每平方公尺180、160、150、140、130、120、或110克之基礎重量。在各種實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現至少0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、或3.0mm的厚度。在進一步的實施例中，如本文所揭示之網可展現至多5.0、4.0、3.5、2.5、1.5、0.7、或0.5mm的厚度。(厚度及基礎重量將根據實度測量中所用的程序測量。)
具有所收集質量之纖維的纖維可以任何所欲方式黏合以形成紡絲黏合網。在一些實施例中，可執行黏合以致例如依所欲避免網在黏合程序中的過度永久壓實以便達成具有特定蓬鬆度的網。在一些實施例中，纖維可如本文所述般自體黏合；此一程序一般導致微量或無網的永久壓實。在一些實施例中，此類自體黏合可例如藉由點黏合(例如藉由以合適溫度及壓力操作的壓延輥所達成)來增補。在一些此類情況下，點黏合可保持為將提供所欲的黏合增強卻不過度地壓實大面積的網之最小值。例如，在各種實施例中，可執行點黏合使得點黏合佔據小於4.0、3.0、2.0、或1.0%的網面積(如實際點黏合的集 體面積對網的總面積之比率)。在進一步的實施例中，可執行點黏合使得點黏合佔據至少0.1、0.2、0.4、或0.8%的網面積。
如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可例如依所欲展現任何合適的勁度，以便網可接受起褶襉。在各種實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現至少500、600、700、800、900、或1000的格利勁度(Gurley Stiffness)(根據本文工作例中所概述之程序測量)。在進一步的實施例中，網可展現小於2000、1500、1200、或1100的格利勁度。所屬技術領域中具有通常知識者將輕易理解，可如何選擇諸如例如蓬鬆度、基礎重量、及/或厚度(以及黏合方法及/或條件)之參數以影響網的勁度。
過濾性能
如本文所述之網可展現例如結合低壓降之增強的粒子過濾性能(在空氣過濾中)。過濾性能之特徵可在於眾所周知的參數中之任一者，該等參數包括例如百分比穿透率(及與其相反之捕集效率，其係100減去百分比穿透率)、壓降、品質因數等等。用於評估此類及參數之各種空氣過濾參數及程序係描述於工作例之測試方法中。在各種實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可包含至少約0.25、0.3、0.35、0.40、0.50、0.75、1.0、1.25、或1.5的品質因數(QF)。在各種實施例中，當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl、在85LPM下以NaCl、在32LPM下以酞酸二辛酯(DOP)或在85LPM下以DOP測試時可達成此一QF。
在各種實施例中，在每分鐘85公升的流量率(14cm/s的面速度)下，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現小於25、23、20、或17mm的水之氣流阻力(亦即壓降，根據本文之測試方法中所概述之程序測量)。
在一些實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現HEPA過濾，其在本文中係定義為展現至少低至0.3μm大小的粒子之至少99.97%的粒子捕集效率(換言之，允許0.03或更小的百分比穿透率)。如本文中所定義，展現HEPA過濾表示具體表示當根據本文之測試方法中所揭示的程序在每分鐘32公升下使用以大約0.26μm之質量平均直徑(根據TSI CERTITEST自動化過濾器測試器型號8130之資料表，其對應於大約0.075μm之計數平均直徑)產生之NaCl粒子時達成至少99.97%的捕集效率。在各種實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現小於0.02、0.01、或0.008的百分比穿透率(根據本文之測試方法中所揭示之程序在每分鐘32公升下以NaCl粒子測量)。在一些實施例中，當使用DOP粒子(在每分鐘32公升下)而非NaCl粒子測試時，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可達成或超越HEPA性能。
在用於測試及評等室內空氣清淨器性能之修訂版中國國家標準(GB/T 18801-2015，2016年3月1日生效)中可見另一空氣過濾性能測量。該標準包括用於微粒之清淨空氣輸出率(CADR)。CADR係包括風扇及過濾器兩者的性能之空氣過濾裝置(例如室內空氣清淨器)的總空氣清淨性能的測量，且其以例如m3/小時的體積流量 單位報告。該標準亦包括用於微粒捕集之新式使用壽命測試，稱為微粒CCM(累積清淨質量)。簡而言之，微粒CCM測試測量當裝置性能(以CADR計)已下降至其起始值的50%時，空氣過濾裝置之過濾器介質能夠捕集的(來自香菸煙霧之)微粒量。微粒CCM係以所捕集之粒子(香菸煙霧粒子)的毫克數測量；在具有P1至P4之位準的離散量表上報告性能，其中4係最高等級。
本文所揭示之一些實施例係關於室內空氣清淨器，其配備過濾器介質，該過濾器介質包含如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網(例如由其組成)。在一些實施例中，按照中國國家標準，此一室內空氣清淨器展現P4微粒CCM。在一些實施例中，具有小於1.5m2的面積之紡絲黏合空氣過濾網之室內空氣清淨器展現按照中國國家標準之P4微粒CCM。在一些實施例中，具有小於1.2m2的面積之紡絲黏合空氣過濾網之室內空氣清淨器展現按照中國國家標準之P4微粒CCM。
作為本研究之部分，已使用空氣過濾性能測試，該空氣過濾性能測試係衍生自上述之中國國家測試，但經配置以特徵化空氣過濾介質之性能而非特徵化過濾器介質及在其中使用該介質之通電空氣過濾裝置(諸如室內空氣清淨器)之操作行為(例如受風扇影響)的組合效應。此測試係稱為介質CCM測試，並詳細描述於美國臨時專利申請案第62/379772號中、在公開為WO2018/039231之所得的國際(PCT)申請案中、及在所得之美國專利申請案第16/328401中，其等之全文係全部以引用方式併入本文中。
在介質CCM測試中，過濾器介質的樣本係增量地暴露至越來越大量的污染物(香菸煙霧)。依據至污染物之此累積暴露，定期監測過濾器介質的過濾性能。過濾性能係就捕集效率(移除NaCl挑戰粒子的效率；換言之，100減去百分比穿透率)進行測量，如WO’9231公開案中所述。當捕集效率已降至其初始值(也就是，在至污染物之任何暴露之前的值)的一半時，測試結束。介質CCM值因此係過濾器介質必須暴露以導致過濾性能下降一半之污染物總量(報告為過濾器介質之每平方公尺的香菸數)的測量。較高的介質CCM值指示過濾器介質在其過濾性能顯著下降之前能夠耐受較大的污染物位準。
在各種實施例中，當根據介質CCM測試進行測試時，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現大於每平方公尺100、150、300、300、400、500、600、或700香菸的介質CCM。
普通的技術人員將理解，中國國家標準之微粒CCM測試及介質CCM測試評估空氣過濾器維持初始過濾性能之能力，但所報告的評分不包括實際初始性能(或最終性能)。因此，這些測試僅揭露某些過濾器性能的態樣。例如，空氣過濾器可例如就百分比穿透率、捕集效率、及/或品質因數展現高CCM但不良的「絕對」過濾性能，指示空氣過濾器性能相當穩定但過濾性能之絕對量值不良。
本文的討論闡明，在至少一些實施例中，本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可展現優越的絕對過濾性能(就例如百分比穿透率、捕集效率、品質因數等評估)，且亦可展現優越的CCM值，意指即使在微粒顯著污染過濾器之後仍保有此優越的過濾性能。值得注意 的是，可由本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網達成之CCM值顯著高於由習知之紡絲黏合空氣過濾網所展現者，如由本文之工作例所證明者。
進一步須注意，在至少一些實施例中，本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可達成HEPA過濾性能。就本發明者的理解，此類性能(例如，在無例如本文於稍後所討論之熔噴纖維及其他纖維的情況下以紡絲黏合纖維層所達成之HEPA性能)尚未針對所屬技術領域之紡絲黏合空氣過濾網論證。事實上，本文之討論闡明，由紡絲黏合網達成此增強的過濾性能係非預期的結果。
須強調，空氣過濾器的粒子過濾性能可根據若干不同性能態樣予以特徵化，且過濾器不一定需要展現每一可行性能參數的優勢值，以便係有利的。因此，即使過濾器不展現例如特別低的壓降，過濾器仍可展現例如有利的低百分比穿透率，及/或有利的高介質CCM等，其仍將會使過濾器可用於各種過濾應用。
本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可達成優越的過濾性能(例如，HEPA過濾)，而不需要在網中包括可觀數目的所謂奈米纖維。奈米纖維意指纖維直徑小於1.0μm(如該個別纖維的直徑測量，而非如上述之纖維總體的平均實際纖維直徑)之纖維。雖然已在所屬技術領域中使用奈米纖維以增強過濾網移除微粒的能力，此類纖維展現各種缺點。例如，其等可難以製作(例如，需要諸如電紡之特殊化程序)。此外，奈米纖維之小尺寸可賦予網高氣流阻力及/或使網如此脆弱，使得其難以起褶襉及/或必須設置於第二支撐層上。因此，本揭露使用在使網能夠輕易起褶襉而不需支撐層之大小範圍內的熔紡纖維； 且，其等係經配置使得提供格隙孔以達成優越的微粒移除而無高氣流阻力的缺點。
因此，在一些實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可係至少大致上無奈米纖維。大致上無奈米纖維意指網的每20個纖維中少於1個纖維係奈米纖維。在一些實施例中，熔紡空氣過濾網實質上無(每50個中少於1個纖維)或基本上無(每100個中少於1個纖維)奈米纖維。在進一步的實施例中，熔紡過濾網可大致上、實質上、或基本上無具有小於0.5μm、1.5μm、2.0μm、或3.0μm之直徑的纖維。
類似地，本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網係由熔紡纖維形成，擁有勝過熔噴網之優點。熔噴網(雖然已發現用在例如HEPA過濾中)一般如此脆弱，使得其等必須伴隨(例如，層壓或以其他方式黏合至)一或多個支撐層或網，使得組合結構具有足夠的機械整體性、具有充分的勁度以便起褶襉(若係所欲)等等(例如在美國專利5721180的先前技術中所討論者)。
因此，在一些實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可例如在無任何其他過濾層(諸如，例如熔噴層、奈米纖維層等)的情況下充當獨立過濾層。此外，在一些實施例中，本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網將至少大致上、實質上、或基本上無(如上文所定義)熔噴纖維、及/或多組分纖維、及/或捲曲纖維、及/或美國專利公開案第2015/0135668號中所述之通用類型的「纖維束(fiber bundles)」。也就是，不需要包括此類實體以達成本文所揭示之效應。
用於製作之方法及設備
圖1顯示例示性設備(從側面觀看，亦即，沿著設備的側向方向)，其可用以形成如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網。在使用此一設備之一例示性方法中，將聚合纖維成形材料引入料斗11中，在擠壓機12中熔融，並經由泵13泵送至擠壓頭10中。呈彈丸或其他微粒形式的實心聚合材料係最常使用並熔融成液體、可泵送狀態。
擠壓頭(模具)10可係習知的噴絲頭或紡絲套件(spin pack)，通常包括以規則圖案(例如，筆直列、交錯列、或類似者)配置的多個孔口。孔口將沿著該擠壓頭的長軸隔開，該長軸一般與熔紡設備的側軸對準。纖維成形液體之多個長絲15係擠壓自擠壓頭之孔口並行進通過充氣空間17至衰減器16。多個擠壓長絲15在本文中將統稱為長絲流，其將具有與擠壓頭之長軸對準的側向範圍(寬度)，且其大多由擠壓頭之孔口列的長度規定。(熔紡設備的側向方向及長絲流在圖1的視圖中進出平面。)如從擠壓頭發出的長絲流(且如圖1明顯可見的，在隨著其接近衰減器而聚集成更緊縮的流之前)將具有在圖1的視圖中左右延伸的前後範圍，且將具有如圖1所示之前後中心線151。(前後方向一般對應於纖維收集器19(例如輸送帶)沿其行進的方向。)
此一熔紡設備常經組態使得長絲流以圖3所指示的通用方式垂直向下行進。長絲流15在抵達衰減器16之前行進通過氣空間17的距離可改變，長絲所暴露的條件亦然。在一些實施例中(例如， 在圖1之例示性配置中)，熔紡設備可係「開放」系統，其中氣空間17之至少一些部分與周圍環境流體連通。在其他實施例中，熔紡設備可係封閉系統，其中氣空間17係例如由一或多個圍板、殼體、或類似者圍封，使得氣空間17基本上沒有與周圍環境流體連通的部分。
在一些實施例中，以抽吸模式操作且經定位為相對靠近擠壓頭的排氣裝置21可用以從擠壓頭的鄰近處移除空氣流188。在一些實施例中(取決於例如排氣裝置21位於的特定位置)，此一空氣流188可稍微有助於長絲15之淬滅。然而，在許多實施例中，此一空氣流188主要可用以移除擠壓期間所釋出的非所欲氣態材料或煙氣，因此空氣流188在本文中將稱為排氣空氣流。在各種實施例中，此一排氣裝置21可概略地定位為與擠壓頭10齊平(如本文之圖1中的通用圖示所描繪)及/或可稍微延伸至擠壓頭下面(例如，如美國專利第7807591號之圖1中所示之處理空氣流18a的例示性裝置)。
在氣空間17中，至少一淬滅空氣輸送裝置40可用以引導至少一淬滅空氣流18朝向擠壓長絲15的流以降低擠壓長絲15的溫度，例如使得長絲變為至少部分地固化成纖維。(雖然本文為了方便起見而使用用語「空氣(air)」，應瞭解，其他氣體及/或氣體混合物可用在本文所揭示之淬滅及拉伸程序中)。此一(或多個)氣流18常可沿著至少大致上橫向於長絲流(如圖1中)的方向經引導朝向長絲流，主要可作用以達成降低纖維的溫度，且因此將稱為淬滅空氣流以與上文提及之可選的排氣空氣流188有所區別。在一些實施例中，淬滅空氣流18或一組流可經引導僅從一側(例如，從前側或從後側)朝向擠 壓長絲。在一些實施例中，兩個此類淬滅空氣輸送裝置40可用以從兩個大致上相對(例如，前及後)側引導空氣流朝向擠壓長絲，如圖1之淬滅空氣流18的例示性配置。在一些實施例中，可透過一組空氣輸送裝置輸送淬滅空氣流，該組空氣輸送裝置係呈堆疊配置(例如沿著長絲流的路徑隔開)，並可獨立地進行操作。例如，在圖1之例示性配置中，描繪第二組空氣輸送裝置23，其等經配置在上述的一組空氣輸送裝置40的下方(在所描繪之配置中，第二組空氣輸送裝置23並未主動輸送空氣流)。
淬滅空氣的溫度可係任何合適值(例如，從約40F至約80F)。在一些實施例中，淬滅空氣可係周圍空氣(例如，用在周圍空氣於熔紡操作常駐的環境中所展現的任何溫度下)。然而，在許多實施例中，淬滅空氣(例如，在引導淬滅空氣至長絲流上的空氣輸送裝置的出口處所測量的)展現60 F或更低的溫度可係有幫助的。在各種實施例中，可在小於55、51、或47度F的溫度下輸送淬滅空氣。在進一步的實施例中，可在至少40、44、48、或52度F的溫度下輸送淬滅空氣。
淬滅空氣之流量率(面速度，如在近接空氣輸送裝置之出口位置處所測量的)可係允許達成本文所揭示之效應的任何合適值。在一些實施例中，淬滅空氣可以每秒0.25至2.0公尺的面速度輸送。在進一步的實施例中，淬滅空氣可以每秒0.50至1.0公尺的面速度輸送。
可操縱(多個)淬滅空氣流之特性(具體係淬滅氣流之空間均勻性及時間均勻性)以利於製造具有獨特增強過濾性質的網，如本文稍後所詳細討論者。
至少部分固化的長絲15接著通過衰減器16(在下文更詳細地討論)並可接著沉積至收集器表面(例如大致上平坦(其意指包含大於15cm之曲率半徑)的收集器表面19)上，以經收集為熔紡纖維質量20。在各種實施例中，收集器表面19可包含例如具有至少15cm之半徑的單一連續收集器表面(諸如由連續帶或滾筒或卷材提供)。收集器19可大致上多孔，且氣體抽出(真空)裝置14可經定位在收集器下面，以協助纖維至收集器上的沉積。介於衰減器出口與收集器之間的距離121可變化以獲得不同效應。在一些實施例中，熔紡設備可例如以線內配置包含二(或更多個)擠壓/淬滅/衰減設備。此一配置可循序地沉積纖維，以便建構具有所欲總厚度之纖維質量(相對於以來自單一擠壓/淬滅/衰減設備之纖維建構此厚度)。例如，如下文所述，可接著將纖維質量黏合在一起；所得之物品將視為單層熔紡/紡絲黏合網。
在收集之後，熔紡纖維之收集質量20(網)可經受一或多個黏合操作，以例如增強網的整體性及/或可處理性。在一些實施例中，此類黏合可包含自體黏合，在本文中經定義為在升高溫度(例如，藉由使用烘箱及/或溫度受控的空氣流所達成者)下執行而不將固體接觸壓力施加至網上之黏合。此類黏合可藉由將加熱空氣引導至網上來執行，例如藉由使用圖1之受控的加熱裝置101。此類裝置(有時稱為 透空黏合器)及使用此類裝置的方法係進一步在Berrigan等人之美國專利申請案第2008/0038976號中詳細討論，其全文係以引用方式併入本文中。
在一些實施例中(例如，若所欲的是增強有別於由自體黏合所提供的黏合)，可係有用的是執行次要或增補黏合步驟(例如，點黏合或壓延)。如本文稍早所提及，在一些實施例中，任何此類黏合方法可(例如藉由使用合適地配備一些小突起的壓延輥)提供共同佔據小部分的網總面積(例如，小於例如4.0、3.0、2.0、或1.0百分比)的點黏合。
如此製成之紡絲黏合網20可傳送至其他設備(諸如壓紋站、層壓機、切割器及類似者、經捲繞成儲存卷材等)。
熔紡程序、衰減方法及設備、及黏合方法及設備(包括自體黏合方法)的各種態樣係進一步在例如美國專利第6607624號及第7807591號中詳細描述，其等之完整揭露的全文係以引用方式併入本文中。
圖2係例示性衰減器16之放大側視圖，長絲15可通過該衰減器。衰減器16用以至少部分地拉伸長絲15，並可額外地用以冷卻及/或淬滅長絲15(有別於可在通過擠壓頭10與衰減器16之間的距離之過程中所發生的長絲15之任何冷卻及/或淬滅)。此類至少部分地拉伸可用以達成各長絲之至少一部分的至少部分定向，其中由其產生固化纖維之強度的同等改善(因而進一步使此類纖維與例如並非以此方式拉伸的熔噴纖維有所區別)。
在一些情況下，例示性衰減器16可包含分開的兩個半部或側16a及16b，以便在其等之間界定衰減室24，如圖2之設計。雖然作為兩個半部或側存在(在此具體例中)，衰減器16作用如一個一體式裝置，且將首先以其組合形式進行討論。例示性衰減器16包括傾斜式進入壁27，其等界定衰減室24的入口空間或喉部24a。進入壁27較佳地在進入邊緣或表面27a處彎曲，以使攜載擠壓長絲15的空氣流平滑地進入。壁27係附接至主體部分28，並可具備凹入區域29，以在主體部分28與壁27之間建立氣隙30。可通過導管31將空氣引入間隙30中。衰減器主體28可在28a處彎曲以使空氣從氣刀32平滑地傳入室24中。可選擇衰減器主體之表面28b的角度(α)，以判定氣刀影響通過衰減器之長絲流的所欲角度。
衰減室24可具有均勻的間隙寬度；或者，如圖2所繪示，間隙寬度可沿衰減器室的長度變化。界定衰減室24之縱向長度之至少一部分的壁可採取與主體部分28分開且附接至該主體部分的板材36之形式。
在一些實施例中，衰減器16之某些部分(例如，側16a及16b)可能夠例如回應於系統擾動而朝向及/或遠離彼此移動。在一些情況下，此類能力可係有利的。
衰減器16及其可行變體之進一步細節可見於Berrigan等人之美國專利申請案第2008/0038976號以及美國專利第6607624號及第6916752號中，為此目的，其等之全部係以引用方式併入本文中。
淬滅
在本研究中，已發現偏離習知的熔紡程序操作可製成獨特且有利的網。本發明者已發現，此可藉由小心控制用於上述淬滅操作中之淬滅空氣的特性而成為可行。具體而言，已發現在氣流於時間及空間上極度均勻的條件下將淬滅氣流輸送至長絲流係一顯著因數。也就是說，已發現最小化(達遠大於此前已知之用於熔紡長絲之淬滅者)氣流波動(包括但不限於例如渦流、漩渦、顫動等等)之存在、大小、及/或持續時間導致如此製成之熔紡纖維之特性的顯著增強。
在此協助下，已藉由在淬滅氣流路徑中定位一或多個氣流平滑實體而達成氣流均勻性的顯著增強。具體地，已發現將一或多個此類氣流平滑實體定位在用以輸送淬滅空氣至長絲流的空氣輸送裝置之出口處或附近(例如相對靠近長絲流)可係有幫助的。(該實體經定位使得所有氣流必須通過該實體；換言之，氣流沒有任何部分可圍繞氣流平滑實體的周界邊緣繞道而行。)在至少一些情況下，氣流均勻性可藉由使用沿著淬滅氣流路徑之至少一部分串接隔開的多個氣流平滑實體而進一步增強。例如，在空氣輸送裝置沿著氣流路徑於截面積遭遇一或多個變化(例如擴大)及/或方向改變的情況下，此類配置具體可係特別有幫助的。
氣流平滑實體可係包含合適通道(例如直通開口)之任何項目(例如片材材料)，該等通道允許氣態流體的適當流量率通過其中。此一片材材料可選自例如網篩(具有規則圖案(諸如編織篩)或具有不規則圖案(諸如擴張金屬或燒結金屬網)之任一者)。此一 片材材料亦可選自穿孔片材(例如，具有經合適選擇的孔洞大小及孔洞圖案之微穿孔金屬片材)。大致上，可使用擁有適當流阻及適當機械整體性之必要組合的任何材料。材料的直通開口不需為例如在穿孔片材中所發現之類型的良好界定孔口。而是，材料可包含迂曲路徑，其等在總體組合中提供所欲的流阻。在許多實施例中，此一氣流平滑實體可定位為至少大致上橫向於淬滅氣流，例如使得氣流以靠近法線入射的角度撞擊氣流平滑實體。
從上文的討論將理解，最小化用以將淬滅空氣流輸送至長絲流之任何空氣輸送裝置(例如管道)中之彎折、彎頭、大小過渡、及類似者亦可係有幫助的。類似地，最小化以可中斷氣流之方式突出進入管道內部中之諸如螺栓、螺釘、螺帽、凸緣等之項目的數目可係有幫助的。最小化空氣輸送管道中之任何大小過渡的突變度可係同樣有幫助的。同樣地，已發現將(多個)氣流平滑實體包括在管道大小的過渡處或附近係有幫助的，如下文所討論者。
淬滅氣流之空間均勻性的特徵可在於在空氣輸送裝置之出口的區域上方的不同位置處之氣流測量以及就達成之變異係數報告結果。在各種實施例中，氣流面速度的(空間)變異係數可小於8、6、4、3、或2%。可針對出口之任何具體位置處之氣流速度的時間變異達成類似結果。
為此一淬滅空氣流定大小(例如，由空氣輸送裝置之出口規定)使得其相對於長絲流的總側向範圍(寬度)係寬的亦可係有幫助的。換言之，不僅淬滅氣流應盡可能均勻，此均勻氣流應發生在 大到足以使所有長絲經歷類似氣流(而非例如由於經定位在淬滅空氣流的非常邊緣處而使一些長絲經歷不同氣流場)的側向寬度上方。因此，在許多實施例中，空氣輸送裝置的出口可延伸至少稍微超出絲通過其等經擠壓之孔口組的側向邊界。在各種實施例中，空氣輸送裝置之出口可比孔口組之長度長至少10、20、40、或80%。
亦已發現，使淬滅氣流從兩側(如圖1之空氣流18)而非僅從單側撞擊長絲流可係有幫助的。此實際上係稍微反直觀的，因為看起來可係在長絲流中間相遇並例如迎面相撞的兩相對空氣流可產生不均勻性。然而，迄今已發現雙側淬滅在至少一些態樣中優於單側淬滅。亦可係有幫助的是組態熔紡擠壓頭(模具)，使得長絲通過其發出之孔口經適當地隔開，以促成通過長絲流之淬滅空氣的均勻流。
因此將理解，本文所揭示之配置可提供的是，隨著淬滅空氣從淬滅空氣輸送裝置之出口出射，淬滅空氣的局部空氣流量率(例如，特徵在於面速度)在出口的長度及廣度上方且隨時間將極度均勻。須注意，相較於所屬技術領域之熔紡程序中習知使用的淬滅氣流，對在時間及空間上極度均勻之淬滅氣流的所欲性並非意指淬滅氣流係或必須係層流。
已證實可為本文所揭示之目的而用於輸送均勻的淬滅空氣流至長絲流之空氣輸送裝置40的一說明性實例係描繪於圖3。空氣輸送裝置40(其在圖3中係沿著熔紡設備的側軸觀看；也就是，沿著與圖1之視圖相同的方向)可以圖1所繪示之通用方式輸送空氣流18。淬滅空氣18係例如在實質上法向於長絲流15的方向上通過裝置40的 出口41輸送。雖然未圖示於圖3，在許多實施例中，可在長絲流之相對側上提供類似(例如鏡像)裝置40，使得兩裝置在前後方向上支托長絲流以圖1所示之通用方式輸送相對的空氣流18(也就是，執行雙側淬滅)。
在一些實施例中，空氣輸送裝置40之出口41可定位為相對靠近長絲流15。在各種實施例中，出口41可定位(在最接近長絲流的點處)為離長絲流15的前後中心線151不超過25、20、18、15、或13cm。在進一步的實施例中，出口41可定位為離中心線151至少7、10、或13cm。
空氣輸送裝置40可包含至少一氣流平滑實體42；在各種實施例中，此一實體的位置與出口41的距離可在25、20、15、10、5、或2cm內。在一些實施例中，此一實體42可定位在出口41的1.0cm內(例如基本上與該出口齊平)，如圖3之例示性設計。在許多實施例中，此一實體42可採取上文所提及之通用類型之片材材料的形式(例如網篩或類似者)。一般而言，此一實體將定位(定向)，使得實體的主平面至少大致上、實質上、或基本上法向於流過實體的空氣流(如圖3)。類似地，此一實體42常可定位，使得從實體出射之淬滅氣流沿著至少大致上、實質上、或基本上法向於長絲流的方向撞擊至長絲流15上。
任何此類氣流平滑實體42可包含%開口面積及開口大小之任何合適組合。在各種實施例中，氣流平滑實體42可包含至少20、25、30、或35的%開口面積。在進一步的實施例中，氣流平滑實體42 可包含至多70、60、50、或40的%開口面積。在各種實施例中，氣流平滑實體可包含至少一吋的千分之1、2、3、4、或5的平均開口大小(所有此類大小均係直徑，或在例如由網篩線所界定之非圓形開口的情況下係等效直徑)。在進一步的實施例中，氣流平滑實體可包含至多一吋的千分之200、150、100、50、20、10、5.5、4.5、3.5、2.5、或2.0的平均開口大小。在具體實施例中，氣流平滑實體可包含從30至40的%開口面積及從一吋的千分之2.0至4.0的平均開口大小。在具體實施例中，氣流平滑實體可採取網篩形式(例如，400篩目、325篩目、270篩目、200篩目、或160篩目的篩網)。
在一些實施例中，空氣輸送裝置40可包含氣流平滑實體42(其係主要氣流平滑實體(意指位置最靠近長絲流))，連同位於主要實體上游之一或多個次要氣流平滑實體(沿著空氣輸送路徑)。具體地，若空氣輸送裝置包含相對小直徑(或等效直徑)的源導管47並在出口41處擴大至較大的最終尺寸(如圖3的例示性設計)，可例如在空氣輸送裝置擴大的位置處或附近提供一或多個篩網。在圖3的例示性實施例中顯示一個此類配置，其中次要實體(篩網)43、44、45、及46係提供用於總數五個氣流平滑實體。在一些實施例中，氣流平滑實體之氣流阻率可沿著氣流路徑之下游方向增加，例如，其中相較於上游的氣流平滑實體，主要氣流平滑實體係流阻最大的(例如，採取較密的篩目或篩網的形式)。雖然在圖3中不可見，在一些實施例中，除了沿著氣流的下游方向如圖3所示般沿著長絲流15的運動方 向(例如在垂直方向上)擴大以外，空氣輸送裝置可在側向方向上擴大(例如，擴大至比上文提及之長絲流更寬的總寬度)。
例示性空氣輸送裝置40，包括氣流平滑篩網的類型、間距等等的進一步細節可見於本文之工作例中。
雖然未圖示於圖3中，在一些實施例中，可以堆疊配置提供多個淬滅空氣輸送裝置40，該堆疊方式例如沿著長絲流15之運動方向隔開(例如，其中下部空氣輸送裝置對應於圖1之次要空氣輸送裝置23)。在其上發生淬滅之氣空間17的部分因而可劃分成多個區，在該等區中獨立地控制淬滅空氣。在此類區中，氣流特性、空氣流量率、及/或淬滅空氣的溫度可依所欲獨立地控制。如工作例中所提及，在一些情況下，次要空氣輸送裝置23(即使存在的話)可不需要主動操作以輸送淬滅空氣。也就是說，在一些情況下，可藉由「主要」空氣輸送裝置達成充分淬滅。在其他情況下，取決於例如長絲15之數目及流量率，主動操作次要空氣輸送裝置可係有幫助的。在一些情況下，即使次要空氣輸送裝置看起來並未執行可觀量的額外淬滅，此一裝置之主動使用可協助指引長絲流進入衰減器中。
圖3中並未描繪用於在擠壓頭(如早先所討論者)之近接處移除排氣空氣流的排氣裝置。任何此類項目一般將定位為高於淬滅空氣出口41(例如粗略地與擠壓頭10齊平)(例如，如圖1所示之排氣裝置21)及/或介於擠壓頭10與出口41之間。在一些實施例中，可規定在已將淬滅空氣輸送至長絲流之後，從長絲流的鄰近處主動排氣淬滅空氣。然而，在一些實施例中，可無需為此類目的而提供專用 的淬滅空氣移除系統。(普通的技術人員將理解，在許多情況下，上述衰減器16可用以移除大量的淬滅空氣。)
基於本文之揭露，對熔紡所屬技術領域中具有通常知識者將容易明白針對任何具體熔紡操作達成合適的淬滅條件配置。
本發明者已發現，如上述之配置可允許以允許達成增強的空氣過濾之配置收集固化的熔紡長絲。可被合理地問及，且已是本發明者眾多考量之主題的係熔紡操作之淬滅區段中的上游條件可如何影響纖維在後續(衰減)拉伸操作之後於下游收集時的配置方式。本研究已闡明，上游淬滅條件在所得網之幾何及結構特性上的任何此類影響係難以察覺的。在藉由視覺顯微鏡及電子顯微鏡(兩者均使用表面(平面)觀看並使用切片截面觀看)及藉由X光顯微術檢查網的過程中，尚未能在根據本文揭示之方法製作的熔紡網與以習知方式製作的熔紡網之間觀察到纖維配置方式之任何顯而易見的差異。然而，已一致地發現使用本文所揭示之配置得出與以習知方式製作之熔紡網不同的孔大小特性(具體係平均流動孔大小對孔大小範圍的比率，如下文所討論者)。並且，已一致地發現具有此類性質之熔紡/紡絲黏合網展現增強的空氣過濾性能，如本文之工作例中所證實者。這些孔大小特性中的一致差異及空氣過濾性能中的同等差異指示在本作中，纖維經配置以提供格隙孔之方式有某處明顯不同。
因而將理解(不管下列可作為所觀察到之行為的基礎之關於特定網特徵或纖維配置的討論)，如本文所揭示之孔大小特徵化(具體係平均流動孔大小對孔大小範圍之比率的使用)可充當預測增 強的空氣過濾性能之存在或缺乏的品質因數。也就是說，顯而易見的是纖維網之格隙孔的迂曲度之具體組態一致地在此比率的特定值中表明；並且，這些比率值與增強的空氣過濾性能一致地具有關聯性。(具體而言，已發現此比率之某些值在與絕對纖維直徑之某些值結合存在時指示達到HEPA過濾之能力。)
在不希望受到任何假定的理論或機制限制的情況下，可行的是，本文所揭示之淬滅條件作用以減少網中之局部「缺陷(defect)」的數目。在此上下文中，「缺陷」係可導致通過纖維網之格隙孔的路徑之迂曲性的局部變化之任何實體。此一缺陷能夠可想像地採取例如對生纖維的形式(用語「對生(twinned)」表示彼此接觸同時仍柔軟且最終彼此黏合的二(或更多個)纖維的區段)。可行的是，對生纖維或其他此類實體的存在即使處於此前不認為有害的低位準仍可導致纖維以提供通過網之格隙孔之局部較不迂曲的路徑之配置著陸於收集帶上。雖然過去不認為將此類發生認定為問題(例如，除非發生的程度導致針孔或其他輕易可辨識的問題)，進一步減少此類現象的存在(例如，低於此前認為可接受的位準，且甚至減少並非輕易可例如藉由任何已知的光學或SEM檢查方法來量化)可允許增強的過濾性能。此類成就具體可用於過濾微粒(例如用於達成HEPA過濾)。
須強調，上文的假設未經證實，且一些其他現象(或現象之組合)可扮演一角色。任何此類現象可涉及歷史上不被視為「缺陷」的實體。例如，在如本文所使用之缺乏高均勻性的淬滅氣流的情況下，不同長絲之不同節段或局部區域可經受不同的冷卻條件，使得 在固化之後，節段在勁度或一些相關性質上有所不同(例如，由於結晶及/或定向差異)。雖然此類難以察覺的差異正規上可不被視為「缺陷」，此類實體(例如勁度不同的纖維節段)可依然具有導致纖維以造成迂曲度之局部變化的配置收集之上述假定效應。因此，根據本文所揭示之配置進行操作可例如減少或消除具有減小的局部迂曲度之區域，而具有過濾性能的有利結果。
上文的討論明顯涉及一些關於所涉及之特定機制的推測。儘管有此事實，且雖然再次不希望受限於可行的理論或機制，本發明者可佐證熔紡空氣過濾網之長期存在的問題來源(亦即，無法達成增強的空氣過濾(諸如，例如HEPA過濾)、缺乏特殊措施(諸如，例如包括奈米纖維))已識別為起因於無法理解極度精確地控制淬滅氣流之時間及空間均勻性的優點。例如，許多描述習知熔紡的專利若曾提及淬滅條件，僅報告淬滅空氣之溫度及淬滅空氣之體(總體)流量率。簡而言之，直到現在都未曾理解，可修改提供淬滅氣流之慣例方式以達成現在所揭露之過濾性能的有利增強。
本發明者熟悉且本發明者可佐證並未採取本文所揭示之特殊措施的熔紡操作之實例包括例如在美國專利第6607624號、第6916752號、第7807591號、第7947142號、第8372175號、美國公開專利申請案第2008/0038976號以及PCT國際專利公開案第WO 2018/039231號中所述之熔紡操作。在此情況下，無法推斷那些文獻中所述之紡絲黏合網以及藉由類似描述之熔紡操作製成之紡絲黏合網將固有地展現本文所揭示之網的孔大小特性或過濾性能。
此外，本發明者斷定，發現此缺乏淬滅氣流均勻性係問題來源係非預期的。事實上，熔紡紡絲黏合網無法執行例如HEPA過濾在歷史上已被視為固有限制，而非起源於某些以熔紡配置可解決的問題。也就是說，一般不認為所屬技術領域中之紡絲黏合空氣過濾網係「有缺陷的」；反而是，僅認為此類網無法例如達成HEPA過濾性能。本發明者因而斷定，發現熔紡/紡絲黏合網可達成如本文之工作例所證實之增強的空氣過濾係非預期的。
在各種實施例中，可使用任何方便的熱塑性纖維成形聚合材料來形成如本文所揭示之網。此類材料可包括例如聚烯烴(例如聚丙烯、聚乙烯等)、聚(對苯二甲酸乙二酯)、尼龍、聚(乳酸)、以及這些之任何者的共聚物及/或摻合物。在一些實施例中，聚丙烯可係特別有利的，如本文於別處所提及者。
在一些實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可包括至少一些所謂的多組分纖維(例如雙組分纖維)。此類纖維可包含例如鞘芯組態、並列式組態、所謂的海中之島組態；或大致上任何所欲的多組分組態。
然而，雖然在一些實施例中，多組分纖維能夠可選地存在，本文所揭示之紡絲黏合網不需要含有多組分纖維以便達成如本文所揭示之增強的空氣過濾性質(或以便達成起褶襉的能力)。因此，在各種實施例中，紡絲黏合空氣過濾網之每10、20、或50個纖維中有小於一個多組分纖維。在特定實施例中，紡絲黏合空氣過濾網將係單組分網，其在本文中定義為意指該網基本上無多組分纖維(亦即，多 組分纖維(若存在的話)的存在至少在網的每100個纖維中小於一個纖維)。用語單組分(monocomponent)適用於纖維之(多個)聚合取代基，且並未排除添加劑(例如充電添加劑，如本文於別處所討論者)、加工助劑等等的存在。雖然在一些方便的實施例中，單組分纖維可係均聚物(例如聚丙烯)，此並非嚴格必需的。反而是，在要求跨纖維截面及順纖維長度的均勻聚合組成物時，用語單組分僅排除上述之通用類型的雙組分(多組分)纖維。用語單組分因而允許除了均聚物以外的共聚物及互溶摻合物，如普通的技術人員將輕易瞭解者。
若纖維係單組分纖維，則可係有利的是在執行纖維的自體黏合時特別謹慎。具體地，謹慎的溫度監測及/或控制可增強黏合之均勻性。因此，在一些實施例中，美國專利第9976771號中所述之通用類型的設備及方法可用以撞擊加熱空氣以便執行自體黏合。
在最小化多組分纖維的存在量時，如本文所揭示之網在至少某些實施例中可係有利的。例如，如本文所揭示之網可包含單組分纖維，該等單組分纖維實質上包含聚丙烯，其可極易接受充電(例如，若為了過濾應用所欲)。包含可察覺量的例如聚乙烯之多組分纖維可無法經充電，因為聚乙烯較無法接受及留置電荷。
在至少一些實施例中，本文所揭示之網將包含熔紡纖維，其等係至少大致上連續的纖維，意指相對長(例如大於15cm)、無限長度的纖維。此類大致上連續的纖維可與例如常係相對短(例如5cm或更短)及/或切斷為有限長度的短纖維形成對比。所屬技術領域中具有通常知識者亦將理解，相較於一般的熔噴纖維，熔紡纖維將例 如經由其等之較大長度及/或已在熔紡纖維上執行較大拉伸的證據(例如定向)而與例如熔噴纖維有所區別。大致上，普通的技術人員將理解，紡絲黏合網中之個別纖維及/或纖維配置將使紡絲黏合網與其他類型的網(例如，熔噴網、梳理網、氣流成網之網、濕式成網之網等等)有所區別。亦須注意，按定義，如本文所揭示之熔紡纖維(且其等之特徵在於個別纖維直徑及/或此類纖維之總體的實際纖維直徑)並非得自分裂、原纖化、或以其他方式將原始製成的較大直徑纖維分開成多個較小纖維。
在一些實施例中，可添加各種添加劑至熔紡纖維及/或至紡絲黏合網(如上文所提及，此類添加劑可存在於單組分纖維中)。在一些實施例中，可存在氟化添加劑或處理(例如若係所欲)，以便增強網的抗油性。在其他實施例中，不存在氟化添加劑或處理。在一些實施例中，熔紡纖維基本上將無(亦即，將包括按重量小於0.1%之)天然及/或合成烴增黏劑樹脂，包括但不限於天然松香及松酯、C5戊二烯衍生物、C9樹脂油衍生物、及類似材料。
在至少一些實施例中，如本文所揭示之紡絲黏合網可如所屬技術領域中眾所周知般進行充電(例如藉由水充電、電暈充電等等)。所得之網將因此包括所謂的駐極體纖維，亦即，展現至少準穩定電荷的纖維。在一些實施例中，纖維可包括充電添加劑(例如，添加作為熔紡程序中之熔融添加劑)以增強纖維接受及留置電荷的能力。可使用任何合適的充電添加劑；可係合適的各種充電添加劑係描述於例如美國專利申請公開案第2019/0003112號中。
水充電程序之一個實例包括：以足以賦予增強過濾之駐極體電荷至網的壓力及期間，使水的噴射流或水滴流撞擊紡絲黏合網，並接著使該網乾燥。最佳化賦予纖維之過濾增強駐極體電荷所必需的壓力可依據所用的噴霧器類型、形成纖維之聚合物類型、纖維中之充電添加劑(若存在的話)的類型及濃度、及網的厚度及密度而變化。可藉由任何適合噴射裝置來提供水噴射流或水滴流。潛在可用之噴霧裝置的一個實例係用於液壓纏結非織物網纖維之設備。描述水充電之代表性專利包括美國專利第5496507號；第5908598號；第6375886號；第6406657號；第6454986號；及第6743464號。描述電暈充電程序之代表性專利包括美國專利第30782號、第31285號、第32171號、第4375718號、第5401446號、第4588537號、及第4592815號。
在一些實施例中，一或多個額外層(例如，支撐層、預過濾層、及類似者)可連同本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網一起存在。例如，在一些實施例中，經組態以移除氣體或蒸氣的層(例如，包含一或多個諸如活性碳之吸著劑的層)可連同本文所述之微粒空氣過濾網一起存在。在一些實施例中，可存在進一步增強粒子過濾的層。在一些實施例中，任何此類層可僅接近或抵靠空氣過濾網並列(例如，未附接至該空氣過濾網)。在其他實施例中，任何此類層可與空氣過濾網組合(例如藉由層壓)以形成多層(層壓體)過濾物品。
然而，本文所揭示之空氣過濾網的一優點在於，若係所欲，在一些實施例中，網可作為單層(獨立層)使用；亦即，無任何其他過濾層(例如，執行粒子過濾的層)存在。此達成明顯勝過在其 中需要多個空氣過濾層組合起作用以便達成例如HEPA過濾之所屬技術領域中的配置之優點。
在一些實施例中，如本文所揭示之網可經起褶襉以形成用於在空氣過濾中使用之起褶襉過濾器。在一些實施例中，如本文所述之起褶襉過濾器可係自支撐的，意指(例如，當過濾器以20吋乘20吋(51cm×51cm)之常見標稱尺寸提供時，起褶襉過濾器不會在經受一般於強制空氣通風系統中遭遇的空氣壓力(例如0.4吋(1.0cm)的水)時過度崩塌或翹曲。在一些實施例中，包含如本文所揭示之熔紡自體黏合駐極體纖維之紡絲黏合空氣過濾網可係單層(獨立層)，例如其具有至少600、800、或1000mg之格利勁度，使得網可輕易起褶襉且一旦起褶襉即係自支撐的。因此，在一些實施例中，空氣過濾器(例如起褶襉空氣過濾器)可製作為其中過濾器中唯一的空氣過濾網(或唯一的任何種類網)係本文所揭示之網。本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網及用於製造此類網之方法的其他態樣係於在2019年8月13日申請之美國臨時專利申請案第62/886129號中討論，代理人案號第82117US002號，該案標題為「Spunbonded Air Filtration Web」且與本案同日提出申請，其全文係以引用方式併入本文中。
如本文所述之起褶襉過濾器可包含一或多個紗幕及/或周邊框架，以增強起褶襉過濾器之穩定性。圖4顯示例示性起褶襉過濾器114，其具有過濾器介質，該過濾器介質包含如本文所述之紡絲黏合網20(例如由該紡絲黏合網組成)；該起褶襉過濾器進一步包含周邊框架112及紗幕110。雖然在圖4中顯示為與過濾器介質之一面不 連續接觸的平面狀構造，在一些實施例中，紗幕110可連同過濾器介質一起起褶襉(例如，以便與過濾器介質實質上連續接觸)。紗幕110可包含非織物材料、金屬線、玻璃纖維等等。然而，在一些實施例中，可不存在此類紗幕。在一些實施例中，如本文所揭示之起褶襉紡絲黏合空氣過濾網可承載複數個在起褶襉網的至少一主面(例如上游面及/或下游面)上經黏合至褶襉尖峰的橋接長絲。提供此類橋接長絲之方法及可配置其等之方式係揭示於例如美國臨時專利申請案第62/346179號及以第WO 2017/213926號公開之所得PCT(國際)專利申請案中，其兩者之全文係以引用方式併入本文中。在一些實施例中，如本文所揭示之起褶襉紡絲黏合空氣過濾網可承載例如美國專利第7896940號所述之通用類型的複數個連續黏著股線。此類股線(有時稱為黏著劑珠或雨膠)實質上可係非線性的(例如，其等可遵循起褶襉結構之峰及谷)。
本文所揭示之紡絲黏合空氣過濾網可發現用在任何環境或情形中，其中所欲的是從移動空氣流移除至少一些粒子(例如微粒)。在一些實施例中，此一過濾器可用在暖通空調(HVAC)系統(例如住宅HVAC系統)中。在一些實施例中，此一過濾器可用在室內空氣清淨器(RAP)中。在具體實施例中，此一過濾器可用以達成HEPA過濾(例如，用於清潔室內環境或類似者)。
例示性實施例及組合
第一實施例係一種紡絲黏合空氣過濾網，其包含具有從3.0微米至9.0微米之實際纖維直徑的熔紡自體黏合駐極體纖維；其中該網展現從8微米至19微米之一平均流動孔大小，並展現從0.55至2.5之平均流動孔大小對孔大小範圍的一比率。
實施例2係如第一實施例之空氣過濾網，其中該網展現從大於8.0%至18.0%之一實度、每平方公尺從60至200克之一基礎重量、及至少500之一格利勁度。
實施例3係如實施例1至2中任一項之空氣過濾網，其中該等熔紡自體黏合駐極體纖維係單組分纖維。
實施例4係如實施例1至3中任一項之空氣過濾網，其中該網包含具有從4.0微米至8.0微米之一實際纖維直徑的熔紡自體黏合駐極體纖維。
實施例5係如實施例1至3中任一項之空氣過濾網，其中該網包含具有從5.0微米至8.0微米之一實際纖維直徑的熔紡自體黏合駐極體纖維。
實施例6係如實施例1至5中任一項之空氣過濾網，其中該網係至少實質上無奈米纖維。
實施例7係如實施例1至6中任一項之空氣過濾網，其中該網展現從0.70至1.2之平均流動孔大小對孔大小範圍之一比率。
實施例8係如實施例1至6中任一項之空氣過濾網，其中該網展現從0.75至1.0之平均流動孔大小對孔大小範圍之一比率。
實施例9係如實施例1至8中任一項之空氣過濾網，其中該網展現從10微米至15微米之一平均流動孔大小。
實施例10係如實施例1至9中任一項之空氣過濾網，其中該網展現從10微米至20微米之一孔大小範圍。
實施例11係如實施例1至9中任一項之空氣過濾網，其中該網展現11微米至18微米之一孔大小範圍。
實施例12係如實施例1至11中任一項之空氣過濾網，其中該網展現從9.0%至16%之一實度。
實施例13係如實施例1至12中任一項之空氣過濾網，其中該網展現每平方公尺從80至140克之一基礎重量。
實施例14係如實施例1至13中任一項之空氣過濾網，其中該網展現至少800之一格利勁度。
實施例15係如實施例1至14中任一項之空氣過濾網，其中當在每分鐘85公升(LPM)下進行測試時，該網展現小於25mm H2O之一壓降。
實施例16係如實施例1至14中任一項之空氣過濾網，其中當在每分鐘85公升(LPM)下進行測試時，該網展現小於20mm H2O之一壓降。
實施例17係如實施例1至16中任一項之空氣過濾網，其中當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時，該網展現至少約0.50 1/mm H2O之一品質因數。
實施例18係如實施例1至16中任一項之空氣過濾網，其中當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時，該網展現至少約1.0 1/mm H2O之一品質因數。
實施例19係如實施例1至18中任一項之空氣過濾網，其中當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時、及/或當在每分鐘32公升(LPM)下以DOP進行測試時，該網展現99.97百分比或更高之一捕集效率。
實施例20係如實施例1至19中任一項之空氣過濾網，其中該網展現每平方公尺網面積大於500參考香菸的一介質CCM。
實施例21係如實施例1至20中任一項之空氣過濾網，其中該網係至少實質上無熔噴纖維。
實施例22係一種空氣過濾物品，其包含如實施例1至21中任一項之紡絲黏合空氣過濾網。
實施例23係如實施例22之空氣過濾物品，其中該紡絲黏合空氣過濾網係該空氣過濾物品之唯一的空氣過濾層。
實施例24係如實施例1至21中任一項之空氣過濾網、或如實施例22至23中任一項之空氣過濾物品，其中該空氣過濾網係起褶襉以包含多列相對面向的褶襉。
實施例25係一種從一移動空氣流過濾至少粒子之方法，該方法包含使該移動空氣流通過如實施例1至21中任一項之空氣過濾網、或通過如實施例22至23中任一項之空氣過濾物品。
實施例26係如實施例25之方法，其中該空氣過濾網或該空氣過濾物品係安裝在一強制空氣HVAC系統之一空氣處理單元中。
實施例27係如實施例25之方法，其中該空氣過濾網或該空氣過濾物品係安裝在一室內空氣清淨器中。
實施例28係如實施例25至27中任一項之方法，其中當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時、及/或當在每分鐘32公升(LPM)下以DOP進行測試時，該方法達成99.97百分比或更高之一捕集效率。
實例
測試方法
格利勁度
可使用來自Gurley Precision Instruments之型號4171E的GURLEY抗彎折測試器判定格利勁度。從網模切矩形3.8cm×5.1cm樣本，其中樣本長側與網橫向(橫幅)方向對準。將樣本載入抗彎折測試器中，其中樣本長側處於網固持夾鉗中。在兩方向上使樣本撓曲，即，其中測試臂緊壓第一主樣本面並接著緊壓第二主樣本面，將兩次測量的平均值記錄為勁度(單位係毫克)。測試係視為破壞性測試，且若需要進一步的測量，則利用全新的樣本。
百分比穿透率、壓降、及過濾品質因數
百分比穿透率、壓降、及過濾品質因數可使用TSITM型號8130或型號8127之高速自動化過濾器測試器(可商購自TSI Inc.)，使用以32公升/分之流量率輸送之含有NaCl或DOP粒子的挑戰氣溶膠來判定。在一些情況下，可以85公升/分之流量率執行測試，如所提及者。除非另有說明，所記錄的結果係初始值(例如，初始百分比穿透率、初始品質因數等等，如所屬技術領域中具有通常知識者所徹底瞭解者)。
當以NaCl、粒子進行測試時，根據TSI CERTITEST自動化過濾器測試器型號8130之資料表，將以大約0.26μm的質量平均直徑(大約0.075μm的計數中位直徑)產生粒子。針對NaCl測試，可在加熱器及粒子中和器兩者均開啟的情況下操作自動化過濾器測試器。當以DOP粒子進行測試時，根據TSI CERTITEST自動化過濾測試器型號8130之資料表，將以大約0.33μm的質量平均直徑(大約0.20μm的計數中位直徑)產生粒子。(在本文所用的特定測試協定中，計數介質直徑係對準0.185μm。)針對DOP測試，可在加熱器關斷而粒子中和器開啟的情況下操作自動化過濾器測試器。百分比穿透率及品質因數一般在NaCl與DOP測量之間將有所不同；壓降對兩情況而言一般將係類似的。
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(可商購自MKS Instruments)以測量通過過濾器之壓降(△P，mm H2O)。可使用方程式：
Figure 109127423-A0202-12-0042-1
 來計算QF。初始的品質因數QF值通常提供總體性能之可靠指示符，其中較高初始QF值指示較佳的過濾性能，且較低初始QF值指示降低的過濾性能。QF之單位係反壓降(以1/mm H2O報告)。
所有上述參數均在呈平坦網(未起褶襉)形式之過濾器介質樣本上進行測試，介質CCM及孔大小分布特徵化係如下文所述。壓降係以mm H2O報告；百分比穿透率係以百分比報告。如上文所提及，QF係以1/mm H20報告。
實度
實度係藉由將測得的纖維網體密度除以構成網的實心部分之材料密度來判定。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。
然後實度係藉由將網的體密度除以包含該網的實心纖維的材料(例如，聚合物)密度來判定。若供應商未說明材料密度，則 可藉由標準手段測量聚合物密度。實度係無因次分率，通常以百分比記述。膨鬆度係100減去實度。
實際纖維直徑(AFD)
網中之纖維的實際纖維直徑(AFD)係藉由經由Phenom Pure SEM掃描式電子顯微鏡以500倍或更大的放大率使網成像並利用Fibermatic影像分析程式(Phenom Pro-Suite的部分)來進行評估。針對各個網樣本獲得至少100個個別直徑測量值，並將這些測量的平均值報告為用於該網的AFD。試圖從測量中排除成束、對生、及雙聯纖維區段。
介質CCM
執行介質CCM測試以瞭解及比較香菸煙霧負載對粒子捕集之效應，使用類似於GB/T 18801-2015中國國家標準之方法(其測試完整的空氣淨化器裝置及過濾器之累積清潔質量(CCM)性能)，但其等係聚焦在評估過濾器介質而非裝置的總性能。
在介質CCM實驗中，(例如藉由模切)製備5.25吋(13.3cm)直徑圓形的過濾器介質，並將其放入夾具中，該夾具使4.5吋(11.4cm)直徑圓形的介質呈現暴露狀態。夾具係放置在測試室內，使得測試室經劃分成兩部分，其中過濾器介質樣本係其間唯一的內部路徑。
在移除過濾器的情況下，於測試室的一部分內燃燒呈香菸或其區段之形式的樣本。在此程序期間，風扇運轉，其將空氣從測試室的一部分抽空，並通過引向測試室的另一部分之外部導管發送空氣。風扇因此不斷地再循環空氣，將滿載煙霧的空氣抽拉通過過濾器介質樣本。風扇持續運行直到煙霧看起來(藉由目視觀察)完全從該室移除。接著以新的香菸樣本繼續測試，重複該程序直到測試完成。
過濾器介質捕集粒子的能力係藉由測試過濾器介質的捕集效率(亦即，100減去百分比穿透率，以百分比報告)而在香菸煙霧裝載程序的不同步驟處進行監測(包括初始值，在暴露至香菸煙霧之前)。在每分鐘85公升(14cm/s的面速度)下使用NaCl氣溶膠以TSI 8130自動化過濾器測試器測試捕集效率。
將二階多項式迴歸方程式應用於香菸量對捕集效率資料，以判定捕集效率已下降至其初始值之50%的點，此與GB/T標準的一般方法一致。此測試之輸出稱為介質CCM測試，且經正規化為過濾器介質面積。換言之，測試結果係依據導致捕集效率下降一半所需的香菸總數(每平方公尺的過濾器介質面積)來呈現。
如本文所揭示之介質CCM測試係以得自University of Kentucky之商標名稱為University of Kentucky,Tobacco-Health Research,Research Cigarettes 1R4F型之標準參考香菸執行。如從表1所明白者，以市售香菸(CAMEL牌香菸，可購自R.J.Reynolds Tobacco Company)進行的測試指示兩種類型的香菸緊密地彼此平行。 因此預期以最新版本的University of Kentucky Research Cigarettes(1R6F型)進行測試將具有類似結果。
孔大小特徵化
非織物樣本之孔大小分布係使用得自Porous Materials Inc.(PMI),Ithaca,NY之型號APP-1200-AEX的自動化波姆孔率儀(Perm Porometer)進行評估。設備軟體係Capwin，版本6.71.54，用於Windows 95或更高階作業系統的32位元版本。孔大小特徵化係基於ASTM F316-03中所概述之測試方法。
測試係基於毛細流動測孔術，其使用侵入(潤濕)液體以自發地填充非織物樣本的孔。接著以非反應氣體(一般而言，經過濾之住家壓縮空氣)加壓樣本的一側。逐漸地增加氣體壓力，直到液體開始從孔噴出(此首先從最大孔開始發生)。程序持續直到液體已從所有孔噴出，且整個孔大小範圍已經特徵化。在此程序期間，藉由感測在給定的施加差壓下之氣體流量率的增加來偵測孔的存在，該差壓係導因於在該施加壓力下之孔的排空。
發現本文所述類型之非織物樣本(對照例如習知的多孔膜片)由於材料性質在選擇樣本大小及測試溫度設定時而必須謹慎地考慮。測試係以參數檔設定在最大壓力下使用25mm直徑的樣本大小執行，該等參數檔設定係如用於自動化波姆孔率儀之PMI手冊中所指定者。(在測孔術中具有通常知識者如有需要可選擇稍微修改這些設 定，修改係根據例如PMI手冊第A-22頁之副標題為「高流量/低壓力測試」中所提及之建議的「較低」脈衝寬度或v2incr設定。)
在執行此類測試的過程中，發現某些潤濕液體(在各種表面張力下有多種可用)(具體係異丙醇及一些氟化潤濕液體)在潤濕液體於加壓氣體之增加的壓力下從最後的孔噴出之前展現開始從網樣本蒸發的傾向。已知，至少在一些情況下，潤濕液體的蒸發可犧牲結果的準確度。在執行擴大測試的過程中，發現可以商標名SILWICK購自PMI的潤濕液體似乎較不易受此現象影響。而且，雖然SILWICK確實比例如一些氟化潤濕液體具有稍高的表面張力(20.1達因/cm)，SILWICK顯現為令人滿意地潤濕所研究的紡絲黏合網。因此，SILWICK係在所有此類孔大小特徵化中用作潤濕液體。因而須注意，雖然如上文提及般大致上遵循ASTM F316-03中所概述的測試程序，卻使用不同的潤濕液體(亦即，SILWICK)。
欲執行測試，樣本係模切為25mm直徑的圓形，並使用小樣本接裝板(adapter plate)安裝在孔率儀中。下部接裝板係安裝在樣本室外部，隨後按順序係：小O環、上部接裝板、間距插入件、及樣本室的罩蓋。最後，將樣本室經由具有附接的編織(空氣)軟管之快接耦合器連接至孔率儀主體。
所有樣本均使用乾膜升壓/濕膜升壓(Dry-up/Wet-up)測量技術(可在毛細流動孔率儀選單的測試選擇一節獲取相關內容)進行測試，該技術根據PMI手冊(第A-16頁)「註1：乾膜升壓/濕膜升壓係五種模式中最常用且通常係最可靠者」。針對乾膜升壓/濕膜升 壓測試，樣本乾燥地放入樣本室中並開始測試。在完成乾膜升壓相之後，軟體提示操作員「插入飽和樣本」。此時，樣本室重新打開，樣本係以所選的潤濕流體潤濕，按前述做法放回室中，且無線電鈕點擊「好」以便繼續測試的濕膜升壓相。
測試各樣本的九(9)個複本(各複本係不同的25mm測試樣本，而非重新測量九次相同的實體樣本)。針對各測試，所報告之最大孔大小(Max；對應於「起泡點」)、平均流動孔大小(MFPS)、及最小孔大小(Min)係經由Capwin軟體程式之報告-執行報告一節的「分布摘要」選項記錄。分布摘要報告計算Min、MFPS、及Max之各者的平均數(對九個個別測試求平均值)。接著藉由從平均最Max減去平均Min來計算各組樣本之孔大小範圍。最後，藉由採用平均流動孔大小之平均值並將其除以孔大小範圍，計算並報告「MFPS/範圍」之比率(如表1中以粗體呈現者)。
工作例
工作例1(WE-1)
使用圖1及2所示之通用類型的熔紡/紡絲黏合設備，由聚丙烯形成單組分熔紡/紡絲黏合網。擠出頭(模具)在機器方向上具有18列孔口，各列具有沿著擠壓頭之側軸隔開的60個孔口，總共有1080個孔口。將18列劃分為藉由模具中心之67mm間隙(沿著擠壓頭的前後方向)分開的兩個9列區塊。孔口係以矩形圖案配置，在機器方向上具有2.7mm的間距，且在橫向上係7.0mm。機器(前後) 方向上之孔口庫的總寬度係11.0cm(從第一孔口的中心至最後孔口的中心)；側向(橫幅)方向上之孔口庫的總長度係41.3cm(從第一孔口的中心至最後孔口的中心)。
所用的聚丙烯具有23的熔融流量率指數，且係以商標名稱3766得自Total Petrochemicals。包括1.0wt.%的CHIMASSORB 944(Ciba Specialty Chemicals)以充當充電添加劑。(一般而言，任何此類充電添加劑係與聚丙烯預化合以提供濃縮物，其接著係以適當量添加至擠壓機，以達到充電添加劑所欲的wt.%。)在245℃的擠壓溫度下，熔融聚合物的流量率係大約每分鐘每孔口0.035克。
使用圖1所描繪之通用類型的排氣空氣設置。二個排氣裝置前後支托擠壓頭；各裝置之空氣入口沿擠壓頭之孔口庫的至少總長度在側向方向上延伸，且高度係大約5cm。擠壓頭鄰近處的空氣係以大約1m/s的速度通過這些裝置移除。
使用圖1所描繪之通用類型的淬滅空氣設置。兩個相對的淬滅空氣輸送裝置支托(在前後方向上)擠壓長絲流的上部部分。各空氣輸送裝置之出口的工作面之側向長度係大約82cm(因此，各出口大約是41cm孔口庫的兩倍長)，且工作高度大約32cm。出口之工作面的上部邊緣係粗略定位為與擠壓頭包含孔口的底表面齊平(亦即，在該底表面的1至2cm內)。
各上部淬滅空氣輸送裝置係以圖3所描繪之通用方式設置。空氣輸送裝置之出口係定位為與長絲流之中心線距離大約5.25吋(13.3cm)(在此位置處，長絲流在前後方向上係大約11cm寬；因此， 估計各空氣輸送裝置之出口從最靠近的長絲至出口係大約3吋(8cm))。呈金屬網篩形式的主要氣流平滑實體(325×325篩目；標稱線徑0.0014吋；百分比開口面積31)係定位在出口處；網篩的主面係定向為平行於擠壓頭的側軸。
空氣輸送裝置包含最終筆直部分(具有圖3所描繪的通用類型，並終止於上述出口)，其長度大約21吋(53cm)。在直形部分上方，裝置(導管)之截面積的尺寸及截面形狀從12吋(30.5cm)直徑的圓柱(具有如圖3標示為項目47之通用類型)改變為出口處之上述最終大小。提供四個次要氣流平滑實體，其等沿著裝置之直形部分串接隔開。全部四個均採用金屬網篩的形式(160×160篩目；標稱線徑0.0038吋；百分比開口面積37)。其等的位置係距離長絲流的中心線：11.4吋(29.0cm)、15.7吋(39.9cm)、18.6吋(47.2cm)、及26.5吋(67.30cm)(須注意，主要篩網的位置距離此中心線5.25吋(13.3cm))。導管之直形部分的最終區段(亦即，最後的次要篩網43與主要篩網42之間的部分，如圖4所示者)具有恆定的截面積；此最終區段的長度係大約6吋(15cm)。
第二組淬滅空氣輸送裝置係存在，其位置在上述之空氣輸送裝置的下面並具有類似尺寸；然而，此下部組的空氣輸送裝置並未進行操作(亦即，零氣流)。
上述的上部淬滅空氣輸送裝置係用以在13℃的溫度(針對工作例1至4及7至8，此溫度係靠近空氣輸送裝置之出口測量)下 及在大約0.7m/sec之面速度下供應淬滅空氣。面速度在空氣輸送裝置之出口的側向及垂直範圍內係極度均勻的。
在下列工作例之一些者中，淬滅空氣輸送裝置(及/或排氣空氣裝置)係以上述配置之修改版本設置。在下列的一些工作例中，設置中的一些差異係重點顯示。然而，咸信那些配置仍以類似於上文之方式作用，因此用於這些額外工作例之設置並未如上文那麼詳細地描述。從上文說明將理解，上文之設置及所有此類設置係處於「開放」組態，而非將熔紡設備圍封在圍板或類似物內於「閉合」狀態下進行操作。
利用在垂直向下通過上部的作用淬滅空氣輸送裝置及下部的非作用空氣輸送裝置之後、向下傳遞(通過高度大約18cm之空間)至具有美國專利第6607624號及第6916752號中所述之通用類型的可移動壁衰減器中之長絲。衰減器之操作係使用0.51mm之氣刀間隙、以21kPa之壓力饋送至氣刀的空氣、5.8mm之衰減器頂部間隙寬度、5.6mm之衰減器底部間隙寬度、15cm之衰減室長度、及52cm之側向方向上的開放寬度。從擠壓頭至衰減器之氣刀出口(亦即，圖2的位置28a)的距離係100cm，且從衰減器氣刀出口至收集帶的距離係76cm。從衰減器底部至收集帶的距離係61cm。熔紡纖維流係以約60cm的寬度沉積在收集帶上，其中在收集帶下建立大約3kPa的真空。收集帶係由9篩目的不鏽鋼製成，並以0.013m/s的速度移動。
如帶上所承載之經收集的熔紡纖維(網)的質量接著通過受控加熱黏合裝置下方以將纖維的至少一些者自體黏合在一起。空 氣係在出口狹槽(其在機器方向上係38mm)處以大約11m/sec的速度通過黏合裝置而供應。隨著網通過黏合裝置下方，空氣出口距離所收集的網係約25mm。通過受控加熱裝置之狹槽的空氣溫度係大約156℃，如在用於讓加熱空氣進入殼體的進入點處所測量者。在網通過黏合裝置下方之後，可將環境溫度空氣強制吸引過網，以將網冷卻至大約環境溫度。
如此製成的網係以充分的整體性黏合以係自支撐的及可使用正規程序及器械處理的；網可藉由正規繞緊成儲存卷材而纏繞或可經受各種操作(諸如起褶襉及組裝成過濾裝置(諸如起褶襉過濾器面板))，而不需包括諸如背襯層之共平面支撐結構。此對下列之所有額外工作例均為真。
網係根據美國專利第5496507號中所教示的技術以去離子水水充電並經乾燥。(以類似方式充電所有其他的工作例網。)
工作例2(WE-2)
除了下列差異以外，工作例2係以類似於工作例1之方式製備。使用可以商標名稱ACHIEVE ADVANCED PP1605購自ExxonMobil之具有熔融流量率指數32的聚丙烯。組合聚合物及充電添加劑係以每分鐘每孔口0.031克之速率擠壓。收集帶以0.010m/s之速度移動。空氣係在出口狹槽處以大約9m/sec的速度及157℃的溫度通過黏合裝置而供應。
工作例3(WE-3)
除了下列差異以外，工作例3係以類似於工作例1之方式製備。組合聚合物及添加劑係以每分鐘每孔口0.027克之速率擠壓。使用5.3mm之衰減器底部間隙寬度。收集帶以0.008m/s之速度移動。在收集帶下方建立的真空係大約4kPa。上部淬滅速度係大約0.6m/s。從擠壓頭至衰減器氣刀出口的距離係108cm。
工作例4(WE-4)
除了下列差異以外，工作例4係以類似於工作例3之方式製備。使用可以商標名稱ACHIEVE ADVANCED PP1605購自ExxonMobil之具有熔融流量率指數32的聚丙烯。
工作例5(WE-5)
除了下列差異以外，工作例5係以類似於工作例1之方式製備。從擠壓頭至衰減器氣刀出口的距離係104cm。擠壓溫度係245℃，且組合聚合物及添加劑係以每分鐘每孔口0.031克之速率擠壓。收集帶以0.010m/s之速度移動。在收集帶下方建立的真空係大約4kPa。空氣係在157℃的溫度下通過黏合裝置而供應。上部淬滅空氣速度係大約0.9m/sec，且淬滅空氣溫度係設定為17℃的標稱設定點。(對工作例5、6、及比較例3而言，記錄用以冷卻空氣的冷凍器之標稱設定點。)
二個排氣裝置支托擠壓頭；各裝置之空氣入口沿擠壓頭之孔口庫的至少總長度在側向方向上延伸，且高度係大約2.5cm。未記錄排氣空氣速度。
使用經修改的上部淬滅空氣設置。設置仍仰賴支托(在前後方向上)擠壓長絲流的上部部分之兩個相對的淬滅空氣輸送裝置。各空氣輸送裝置之出口的工作面之側向長度係大約55cm，其中工作高度大約30cm。排氣裝置係經定位在淬滅空氣輸送裝置的頂上，其中排氣裝置的上部邊緣係粗略定位為與擠壓頭包含孔口的底表面齊平(亦即，在該底表面的1至2cm內)。
各空氣輸送裝置之出口係定位為距離長絲流之中心線大約5.0吋(13cm)。呈金屬網篩形式的主要氣流平滑實體(325×325篩目；標稱線徑0.0014吋、百分比開口面積31)係定位在出口處；網篩的主面係定向為平行於擠壓頭的側軸。
空氣輸送裝置包含最終筆直部分(終止於上述出口)，其長度係大約21吋(53cm)。在此直形部分上方，裝置(導管)之截面積並未顯著擴大。次要氣流平滑實體係在沿著此筆直部分之中的位置處提供(在主要氣流平滑實體後方(上游)大約3.4吋(8.6cm)處。此次要氣流平滑實體係325×325網篩，實質上類似於第一氣流平滑實體且類似地定向。另一次要氣流平滑實體係在更遠上游的一點處提供(第二325×325網篩的後方大約8.0吋(20cm)處)。此實體係穿孔金屬板，其包含提供百分比開口面積40之0.125吋(0.32cm)直徑的孔。
工作例6(WE-6)
除了下列差異以外，工作例6係以類似於工作例5之方式製備。使用可以商標名稱AchieveTM Advanced PP1605購自ExxonMobil之具有熔融流量率指數32的聚丙烯。收集帶以0.009m/s之速度移動。
比較例
比較例1(CE-1)
除了下列差異以外，比較例1係以類似於工作例1之方式製備。使用可以商標名稱3860X購自Total Petrochemicals之具有熔融流量率指數100的聚丙烯。從擠壓頭至衰減器氣刀出口的距離係100cm，且從衰減器氣刀出口至收集帶的距離係66cm。擠壓溫度係240℃，且組合聚合物及添加劑係以每分鐘每孔口0.107克之速率擠壓。收集帶以0.010m/s之速度移動。將空氣以55kPa的壓力饋送至氣刀。熔紡纖維流係以約50cm的寬度沉積在收集帶上，其中在收集帶下建立大約2kPa的真空。收集帶以0.042m/s之速度移動。空氣係在154℃的溫度下通過黏合裝置而供應。
在此比較例中，下部淬滅空氣輸送裝置係作用的；空氣係以大約0.2m/秒的面速度及13℃的溫度供應。在此情況下，下部淬滅空氣輸送裝置主要操作以增強將長絲指引至衰減器中。一些額外淬滅可已藉由下部淬滅空氣輸送裝置達成，但咸信相較於藉由上部淬滅空氣輸送裝置達成之淬滅效應，此可係相當小。
比較例2(CE-2)
除了下列差異以外，比較例2係以類似於工作例1之方式製備。從擠壓頭至衰減器氣刀出口的距離係128cm，且從衰減器氣刀出口至收集帶的距離係71cm。擠出頭具有各60個孔口的26列，其中孔口至孔口的間距如工作例1，由模具中間的119mm間隙分開而分割成兩個13列的區塊，得出總數1560個孔口。組合聚合物及添加劑係以每分鐘每孔口0.072克之速率擠壓。使用不同的可移動壁衰減器，但亦大致上類似於美國專利第6607624號及第6916752號中所示者，具有7.9mm的衰減器頂部間隙寬度、7.4mm的衰減器底部間隙寬度、及14cm之衰減室長度。收集帶以0.037m/s之速度移動。在收集帶下方建立的真空係大約4kPa，且網的寬度係大約53cm。上部淬滅空氣溫度係10℃。以大約0.4m/sec的面速度及10℃的溫度將空氣供應至下部淬滅盒(空氣輸送裝置)。空氣係在出口狹槽處以8m/sec通過黏合裝置而供應，該出口狹槽在機器方向上延伸76mm。空氣係在154℃的溫度下通過黏合裝置而供應。
比較例3(CE-3)
除了下列差異以外，比較例3係以類似於工作例1之方式製備。從擠壓頭至衰減器氣刀出口的距離係109cm，且從衰減器至收集帶的距離係69cm。擠出頭具有各60個孔口的26列，其中孔口至孔口的間距如工作例1，由模具中間的119mm間隙分開而分割成兩個 13列的區塊，得出總數1560個孔口。組合聚合物及添加劑係以每分鐘每孔口0.083克之速率擠壓。使用不同的可移動壁衰減器，但亦類似於美國專利第6607624號及第6916752號中所示者，具有8.1mm的衰減器頂部間隙寬度、7.1mm的衰減器底部間隙寬度、及14cm之衰減室長度。收集帶以0.039m/s之速度移動。未測量建立於收集帶下的真空。黏合裝置之空氣出口距離所收集的網約38mm。使用上文於工作例5中描述之類型之經修改的上部淬滅空氣設置。頂部淬滅空氣速度係大約1.2m/秒，且頂部淬滅空氣溫度係設定為17℃。以大約0.2m/秒的面速度及17℃的溫度將空氣供應至下部淬滅盒。各淬滅盒之出口在垂直尺寸中具有30cm的開口氣流(工作面)，且工作面之開口寬度在橫向上係55cm。使用兩個高度25mm的排氣空氣流；未測量排氣速度。空氣係在154℃的溫度下通過黏合裝置而供應。
比較例4(CE-4)
比較例4係熔紡帶電可起褶襉紡絲黏合空氣過濾網，其係常用於針對中介性能(非HEPA)室內空氣清淨器之空氣過濾器中的類型。網包含單組分聚丙烯纖維(亦包含充電添加劑)，且係使用習知的熔紡(具體係淬滅)方法(亦即，未使用本文所揭示之特殊方法)製成。
比較例5(CE-5)
比較例5係美國專利第7947142號之實例3中所揭示的熔紡紡絲黏合空氣過濾網，其係為此目的而以引用方式併入本文中。網包含單組分聚丙烯纖維(亦包含充電添加劑)，如’142專利中所述。網係使用如‘142專利中所述之習知的熔紡方法(亦即，未使用本文所揭示之特殊方法)製成。本文針對比較例2之列於表1的條目係用於此網之精確資料，如‘142專利之表3A中所揭示者。
比較例5r(CE-5r)
比較例5r含有得自‘142專利之實例3之空氣過濾網的歷史(留存)樣本的資料。此樣本可用是因為本申請案的某些發明者亦是‘142專利的發明者，並將(不帶電的)實體樣本儲存在檔案庫中。使用此留存樣本以便評估尚未在‘142專利中測試之具體性質(例如孔大小特性)，以用於與上文提出之工作例比較的目的。(須強調，不僅‘142專利中未提出孔大小性質，其等未經評估，當時並不如本作現在所揭露的一般理解此類性質的角色。)
發現由於樣本老化，留存樣本將無法令人滿意地保留電荷(此係老化樣本常見的現象)。因此，未在老化樣本上測試實際的過濾性能(例如，百分比穿透率、品質因數、及CCM)。然而，咸信如由上述之測孔術方法所特徵化之用以提供格隙空間的纖維配置將極少有變化(若有的話)。
針對比較例5r之列於表1的資料因而係得自此留存樣本之最近測試的資料。
參考例
為了充當用於特徵化高效率過濾性能的基線而製得兩個參考例。這些網之兩者均係熔噴網(亦即，吹製微纖維(BMF)網)，其等係常用於針對例如室內空氣清淨器或無塵室的高性能空氣過濾器中之類型。兩網均包含單組分聚丙烯纖維(亦包含充電添加劑)。各網係製得為獨立的BMF層，並係極弱且輕薄(格利勁度在20至60的範圍內)，如BMF網的典型者。此類網不可起褶襉，且對實際商用於空氣過濾器中而言，該等網一般係設置在支撐網上以允許其等成功地起褶襉。(此類支撐網常係習知的紡絲黏合網，除了褶襉所賦予者以外，其對BMF網的過濾性能具有極少效應。)針對本測試，製得BMF網作為獨立層，如所提及者。
一個此類網係如本文所定義之執行HEPA的過濾網(捕集效率99.97或更高)。該網係用於室內空氣清淨器之Filtrete Advanced Allergen,Bacteria & Virus Filter(由3M Company銷售)中所用的通用類型(經設置於支撐網上之後)。
另一者係高效率過濾網(百分比穿透率0.037，對應於捕集效率99.963)，但並未在相當程度上達成HEPA過濾性能。該網係KJEA4187室內空氣清淨器(由3M China銷售)中所用的通用類型(經設置於支撐網上之後)。
這些過濾網之顯著特性在於(除了弱及不可起褶襉以外)，其兩者展現小於3.0μm(分別係2.7μm及2.9μm)之實際纖維直徑。
測試及評估
工作例及比較例之各種幾何/物理性質及孔大小特性係呈現於表1中。用於各種參數的單位如下：基礎重量-克每平方公尺(gsm)；厚度-密耳；實度-%；格利勁度-毫克；實際纖維直徑(AFD)-微米。平均流動孔大小、最大孔大小、最小孔大小、及孔大小範圍-全部均微米。平均流動孔大小/孔大小範圍比率(「MFPS/範圍」)-無因次。
工作例及比較例之各種空氣過濾性能參數亦呈現於表1中。用於這些的單位如下。每分鐘85公升下的壓降(PD，85 lpm)及每分鐘32公升下的壓降(PD，32 lpm)-兩者均以mm H20計。百分比穿透率，NaCl，每分鐘85公升(% Pen NaCl 85 lpm)；百分比穿透率，NaCl，每分鐘32公升(% Pen NaCl 32 lpm)；百分比穿透率，DOP，每分鐘85公升(% Pen DOP 85 lpm)；及百分比穿透率，DOP，每分鐘32公升(% Pen DOP 32 lpm)-全部均係百分比。品質因數，NaCl，85 lpm(QF NaCl 85 lpm)；品質因數，NaCl，32 lpm(QF NaCl 32 lpm)：品質因數，DOP，85 lpm(QF DOP 85 lpm)；品質因數，DOP，32 lpm(QF DOP 32 lpm)-全部均以1/mm H2O計。使用研究香菸之介質CCM(CCM研究)及使用CAMEL牌香菸之介質CCM(CCM CAMEL)-兩者均係每平方公尺過濾器面積的香菸數。
Figure 109127423-A0202-12-0060-2
Figure 109127423-A0202-12-0061-3
從表1明顯可知，比較例1至比較例3展現本文中討論之平均流動孔大小(MFPS)對孔大小範圍之比率的有利值；然而，其等並未展現出已發現與達到HEPA過濾性能之能力相關聯之絕對纖維直徑範圍。因此，其等係列示為比較例，而不展現HEPA過濾性能。
從表1亦顯而易見的是，比較例4及比較例5既未展現本文中揭露之MFPS/孔大小範圍的有利值，亦未展現上文提及之絕對纖維直徑之有利範圍。因此，(針對比較例4的)可用過濾數據表明：所展現之百分比穿透率(2.05)遠低於HEPA過濾性能。
相比之下，工作例WE-1至WE-6皆展示如藉由在表1中以粗斜體強調之百分比穿透率值(在32 lpm下以NaCl測試)所示之HEPA過濾。應進一步注意，當以DOP(在32 lpm下)測試時，此等工作例亦符合HEPA過濾之標準，其一般係與以NaCl進行測試相比更困難的挑戰。
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。
10:擠壓頭(模具)
11:料斗
12:擠壓機
13:泵
14:氣體抽出(真空)裝置
15:長絲/長絲流
16:衰減器
17:氣空間/充氣空間
18:空氣流/空氣
19:纖維收集器/收集器表面/收集器
20:熔紡纖維質量/紡絲黏合網
21:排氣裝置
23:空氣輸送裝置
40:淬滅空氣輸送裝置/裝置
101:受控的加熱裝置
151:中心線
188:空氣流

Claims (22)

  1. 一種紡絲黏合空氣過濾網，其包含具有從3.0微米至9.0微米之實際纖維直徑的熔紡自體黏合駐極體纖維；
    其中該網展現從8微米至19微米之一平均流動孔大小，並展現從0.55至2.5之平均流動孔大小對孔大小範圍的一比率。
  2. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網展現從大於8.0%至18.0%之一實度、每平方公尺從60克至200克之一基礎重量、及至少500之一格利勁度(Gurley stiffness)。
  3. 如請求項1之空氣過濾網，其中該等熔紡自體黏合駐極體纖維係單組分纖維。
  4. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網包含具有從5.0微米至8.0微米之一實際纖維直徑的熔紡自體黏合駐極體纖維。
  5. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網係至少實質上無奈米纖維。
  6. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網展現從0.70至1.2之平均流動孔大小對孔大小範圍之一比率。
  7. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網展現從10微米至15微米 之一平均流動孔大小。
  8. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網展現10微米至20微米之一孔大小範圍。
  9. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網展現至少800之一格利勁度。
  10. 如請求項1之空氣過濾網，其中當在每分鐘85公升(LPM)下進行測試時，該網展現小於25mm H2O之一壓降。
  11. 如請求項1之空氣過濾網，其中當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時，該網展現至少約0.50 1/mm H2O之一品質因數。
  12. 如請求項1之空氣過濾網，其中當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時，該網展現至少約1.0 1/mm H2O之一品質因數。
  13. 如請求項1之空氣過濾網，其中當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時，該網展現99.97百分比或更高之一捕集效率。
  14. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網展現每平方公尺網面積大於500參考香菸的一介質CCM。
  15. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網係至少實質上無熔噴纖 維。
  16. 一種空氣過濾物品，其包含如請求項1之紡絲黏合空氣過濾網，其中該紡絲黏合空氣過濾網係該空氣過濾物品之唯一的空氣過濾層。
  17. 如請求項1之空氣過濾網，其中該網係起褶襉以包含多列相對面向的褶襉。
  18. 一種從一移動空氣流過濾至少粒子之方法，該方法包含使該移動空氣流通過如請求項1之空氣過濾網。
  19. 如請求項17之方法，其中該空氣過濾網係安裝在一強制空氣HVAC系統之一空氣處理單元中。
  20. 如請求項17之方法，其中該空氣過濾網係安裝在一室內空氣清淨器中。
  21. 如請求項18之方法，其中該方法當在每分鐘32公升(LPM)下以NaCl進行測試時達成99.97百分比或更高之一捕集效率。
  22. 如請求項18之方法，其中該方法當在每分鐘32公升(LPM)下以DOP進行測試時達成99.97百分比或更高之一捕集效率。
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Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE35206E (en) * 1992-03-26 1996-04-16 The University Of Tennessee Research Corporation Post-treatment of nonwoven webs
US5270107A (en) * 1992-04-16 1993-12-14 Fiberweb North America High loft nonwoven fabrics and method for producing same
ES2181800T3 (es) * 1994-10-31 2003-03-01 Kimberly Clark Co Medio filtrante no tejido, de alta densidad.
JP2002302862A (ja) * 2001-04-06 2002-10-18 Mitsui Chemicals Inc 不織布の製造方法及び装置
US20030082979A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-01 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Pulp and conjugate glass fiber composite with enhanced stiffness and permeability
US6916752B2 (en) * 2002-05-20 2005-07-12 3M Innovative Properties Company Bondable, oriented, nonwoven fibrous webs and methods for making them
US7807591B2 (en) * 2006-07-31 2010-10-05 3M Innovative Properties Company Fibrous web comprising microfibers dispersed among bonded meltspun fibers
US7947142B2 (en) * 2006-07-31 2011-05-24 3M Innovative Properties Company Pleated filter with monolayer monocomponent meltspun media
US20080274658A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-06 Simmonds Glen E Needlepunched nanoweb structures
US20110174158A1 (en) * 2008-05-13 2011-07-21 Research Triangle Institute Particle filter system incorporating electret nanofibers
JP2010234285A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Toray Ind Inc エアフイルター用濾材
US20120193282A1 (en) * 2009-04-07 2012-08-02 Wolf Scot G sorbent loaded webs for gravity filtration
US8162153B2 (en) * 2009-07-02 2012-04-24 3M Innovative Properties Company High loft spunbonded web
US8636833B2 (en) * 2009-09-16 2014-01-28 E I Du Pont De Nemours And Company Air filtration medium with improved dust loading capacity and improved resistance to high humidity environment
DE102013008402A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Irema-Filter Gmbh Faservlies und Verfahren zur Herstellung desselben
CN105518197A (zh) * 2013-09-03 2016-04-20 3M创新有限公司 熔纺工艺、熔纺非织造纤维网和相关过滤介质
WO2016033097A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 3M Innovative Properties Company Spunbonded web comprising polylactic acid fibers
WO2016081850A1 (en) * 2014-11-21 2016-05-26 E. I. Du Pont De Nemours And Company Melt spun filtration media for respiratory devices and face masks
US10343095B2 (en) * 2014-12-19 2019-07-09 Hollingsworth & Vose Company Filter media comprising a pre-filter layer
US20180133632A1 (en) * 2016-11-11 2018-05-17 Hollingsworth & Vose Company Filter media having a density variation
JP2018089585A (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 濾材、空気清浄フィルタ、ハイブリッド空気清浄フィルタ及び空気清浄機
US20180272258A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-27 Hollingsworth & Vose Company Filter media including a waved filtration layer having a gradient

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