具有优化梯度的过滤介质的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实施方案总体上设及过滤介质，并且更具体地设及具有性质的梯度的过滤介 质。
【背景技术】
[0002] 过滤元件可W用于在各种应用中去除污染物。运种元件可W包括可W由纤维网形 成的过滤介质。过滤介质提供了允许流体(例如，气体、液体)流过介质的多孔结构。包含在 流体内的污染物颗粒(例如，粉尘颗粒、烟尘颗粒)可W被捕获在过滤介质上或者被捕获在 其中。根据应用，过滤介质可W被设计成具有不同的性能特性。
[0003] 在一些应用中，过滤介质可W具有性质的梯度。运种梯度可W被优化W引起过滤 介质的性能特性的改善。
【发明内容】
[0004] 提供了一种具有性质的梯度的过滤介质W及与其相关联的相关组件、系统和方 法。
[000引在一组实施方案中，提供了一系列的过滤介质。在一个实施方案中，过滤介质具有 横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的梯度。该梯度由对在横跨过滤介质的至少部分 厚度的不同点处确定的平均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示。该指数函数具有如下 形式：
[0006] 平均孔径（X) =a*exp化 *x)
[0007] 其中X对应于沿着过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于 或等于0且小于或等于1的值，并且k大于或等于0.1且小于或等于1.75。指数函数是使用最 小二乘线性回归模型来确定的，并且指数函数的确定系数大于或等于约0.9。
[0008] 在另一个实施方案中，过滤介质具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的 梯度。该梯度由对在横跨过滤介质的至少部分厚度的不同点处确定的平均孔径的至少四个 数值拟合的指数函数来表示。该指数函数具有如下形式：
[0009] 平均孔径（x)=a*e邱化*x)
[0010] 其中X对应于沿着过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于 或等于0且小于或等于1的值，并且k大于或等于0.1且小于或等于1.75。指数函数是使用最 小二乘线性回归模型来确定的。指数函数的确定系数大于或等于约0.7,并且指数函数的确 定系数大于使用最小二乘线性回归模型对于平均孔径的至少四个数值拟合的线性函数的 所有确定系数。
[0011] 在另一组实施方案中，提供了一种方法。在一个实施方案中，方法包括提供具有横 跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的梯度，其中梯度由对在横跨过滤介质的至少部分 厚度的不同点处确定的平均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示。该指数函数具有如下 形式：
[0012] 平均孔径（x)=a*e邱化*x)
[0013] 其中X对应于沿着过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于 或等于0且小于或等于1的值，并且k大于或等于0.1且小于或等于1.75。指数函数是使用最 小二乘线性回归模型来确定的，并且指数函数的确定系数大于或等于约0.9。该方法还可W 包括使用过滤介质对液体进行过滤。
[0014] 当连同附图一起考虑时，根据本发明的各个非限制性实施方案的W下详细描述， 本发明的其他优点和新颖特征将变得明显。在本说明书与通过引用并入的文件存在相互矛 盾和/或不一致的公开内容的情况下，W本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个 文件彼此存在相互矛盾和/或不一致的公开内容，那么W具有较后的有效日期的文件为准。
【附图说明】
[0015] 将参照附图通过实例的方式描述本发明的非限制性实施方案，附图为示意性的并 且无意于按比例绘制。在附图中，所示出的每个相同或几乎相同的部件通常由单一附图标 记表示。为了清楚起见，在每个附图中并非每个部件都进行了标记，本发明的每个实施方案 的在没必要说明的地方示出的每个部件也没有标记W使得本领域的普通技术人员能够理 解本发明。在附图中：
[0016] 图IA至图IB是根据一组实施方案的平均孔径与厚度关系的示意图(A) W及具有横 跨过滤介质的一部分的性质的梯度的过滤介质的示意图(B);
[0017] 图2A至图2B是根据某些实施方案的平均孔径的各种梯度的曲线(A) W及对于平均 孔径的各种梯度的压降与装载时间关系的曲线(B);
[0018] 图3A至图3C是根据一组实施方案的平均孔径的各种梯度的曲线(A)、对于平均孔 径的各种梯度的压降与装载时间关系的曲线(B) W及对于平均孔径的各种梯度的平均的00 等级与颗粒尺寸关系的曲线(C); W及
[0019] 图4A至图4B是根据某些实施方案的具有各种k值的平均孔径的指数梯度的曲线 (A) W及各种过滤性能与k值关系的曲线(B)。
【具体实施方式】
[0020] 提供了一种具有性质的梯度的过滤介质W及与运种介质相关联的方法。该过滤介 质包括通过其流体穿过介质的孔。在一些实施方案中，平均孔径横跨过滤介质的至少部分 上改变W产生平均孔径的梯度。例如，平均孔径的梯度可W横跨过滤介质的至少部分厚度。 如下面进一步描述的，梯度可W由凸函数(例如，指数函数)来表示。运样的梯度可W对过滤 介质赋予期望的性能，包括增强的过滤性能(例如，相对高的容尘量和效率、长寿命)W及其 他益处。过滤介质可W特别适合于设及过滤液体(例如，液压、燃料、润滑油、水）的应用，然 而所述介质也可W用于其他应用(例如，空气）。
[0021] 在一些实施方案中，平均孔径与过滤介质的厚度之间可W存在关系，使得平均孔 径的梯度可W由数学函数来表示。图IA中示出了非限制实例。图IA示出了在沿着平均孔径 的梯度的各个位置处的平均孔径的曲线。该图的y轴是平均孔径，并且X轴是过滤介质的归 一化厚度，使得零对应于梯度的最下游位置，并且1对应于梯度的最上游位置。在一些实施 方案中，回归分析可W用于生成充分表示不同厚度处的平均孔径值的回归函数30。例如，沿 着梯度在不同厚度处确定的平均孔径的不同值的回归分析可W产生如图I所示的具有强的 拟合优度的函数。
[0022] 在一些实施方案中，平均孔径的梯度可W通过凸函数来最佳地表示，使得对于凸 函数的拟合优度的测量结果比对于其他函数的拟合优度更强。最佳地表示平均孔径的梯度 的凸函数可W是指数函数。在一些实施方案中，指数函数可W具有如下形式：
[0023] 平均孔径（x)=a*e 邱化 *x) (1)
[0024] 其中X是在某一平均孔径处的过滤介质的归一化厚度，a是W微米为单位的常量， 并且k是常量。指数函数可W通过使用最小二乘线性回归模型W对于平均孔径的四个或更 多个(例如，至少6个、至少8个、至少10个、至少12个、至少15个、至少20个)数值进行拟合来 确定。
[0025] 在一些实施方案中，使用四个数值。平均孔径的数值可W在横跨梯度的至少部分 厚度的不同的任意点处确定。例如，如图IB所示，具有上游40和下游45的过滤介质35可W具 有IOmm的厚度(t)。过滤介质可W具有从Omm的深度至6mm的深度的平均孔径的梯度。平均孔 径的数值可W在梯度内的点处确定，使得每个点对应于不同的深度。在一些实施方案中，被 点跨越的梯度的部分（即，所选择的厚度部分)横跨过滤介质的梯度部分的厚度的大于或等 于约20% (例如，大于或等于约30%、大于或等于约40%、大于或等于约50%、大于或等于约 60%、大于或等于约70%、大于或等于约80% )。在一些情况下，平均孔径的数值可W在包括 两个或更多个层的梯度部分的不同层内确定。例如，平均孔径的每个数值可W被确定为使 得每个点对应于具有四个或更多个层的梯度部分的不同层。过滤介质内的不同深度处的平 均孔径对应于由平均孔径和厚度限定的点，平均孔径和厚度可W在平均孔径与厚度关系的 图上绘出，如图IA中所示。
[0026] 如本文所使用的，归一化厚度X指代对应于沿梯度的厚度的位置的无量纲厚度。归 一化厚度值基于梯度的所选择部分的厚度来计算。例如，参照图1B，梯度部分55的部分(例 如，从Omm的深度至6mm的深度、从Imm的深度至4mm的深度、从3mm的深度至5mm的深度等）可 W被选择用于回归分析。对于给定深度的归一化厚度值可W通过从给定深度减所选择厚度 部分的最下游深度并且除W梯度部分的所选择厚度部分的厚度减所选择部分的最下游深 度来计算。例如，梯度部分的所选择厚度部分可W从2mm至6mm变化。所选择部分的厚度为 4mm。在运种情况下，在4mm的深度处所确定的平均孔径的归一化厚度为0.5(即，归一化厚度 =(4-2)/(6-2) =0.5)。通常，梯度部分的所选择部分的最下游位置为0，并且梯度部分的所 选择部分的最上游位置为1。
[0027] 在一些实施方案中，常量a可W与过滤介质的某些结构性质有关。在一些情况下，a 与梯度的所选择部分的下游位置(例如，X = O)的平均孔径有关。例如，在一些实施方案中，a 的值可W大于或等于约0.1微米、大于或等于约0.2微米、大于或等于约0.5微米、大于或等 于约1微米、大于或等于约5微米，大于或等于约10微米、大于或等于约20微米、大于或等于 约30微米、大于或等于约40微米、大于或等于约50微米、大于或等于约60微米、或大于或等 于约75微米。在一些情况下，a的值可W小于或等于约100微米、小于或等于约80微米、小于 或等于约60微米、小于或等于约50微米、小于或等于至约40微米、小于或等于约30微米、小 于或等于约20微米、小于或等于约10微米、或小于或等于约5微米。上述参考范围的所有组 合都是可能的（例如，大于或等于约0.1微米并且小于或等于约100微米、大于或等于约0.2 微米并且小于或等于约60微米）。3的其他值是可能的。
[0028] 在一些实施方案中，常量k可W与过滤介质的某些过滤性能有关。例如，k可W部分 地由于空气阻力与平均孔径之间的关系而与梯度的所选择部分的空气阻力有关。在某些实 施方案中，具有k的特定值的平均孔径的指数梯度与具有k的其他值的平均孔径的指数梯度 相比可W具有增强的过滤性能(例如，容尘量）。例如，在一些实施方案中，对于如下k值可W 获得增强的过滤性能:大于或等于约0.1、大于或等于约0.25、大于或等于约0.35、大于或等 于约0.45、大于或等于约0.55、大于或等于约0.65、大于或等于约0.8、大于或等于约1.0、大 于或等于约1.25、或大于或等于约1.5。在一些情况下，对于如下k值可W获得增强的过滤性 能:小于或等于1.75、小于或等于约1.5、小于或等于约1.25、小于或等于约1、小于或等于约 0.75、小于或等于约0.65、小于或等于约0.55、小于或等于约0.45、小于或等于约0.35、或小 于或等于约0.1。上述参考范围的所有组合都是可能的（例如，大于或等于约0.1并且小于或 等于约1.5、大于或等于约0.25并且小于或等于约0.75) "k的其他值是可能的。在一些实施 方案中，在不考虑k的值的情况下采用平均孔径的指数梯度可W获得增强的过滤性能。
[0029] 如本文中所述，平均孔径的梯度可W由对于平均孔径相对于厚度的分布具有强的 拟合优度的凸函数(例如，指数函数)来表示。例如，回归模型(例如，非线性、线性最小二乘） 可W用于拟合过滤介质的具有梯度的部分中的平均孔径相对于厚度的分布。凸函数(例如， 指数函数）的拟合优度可W是相对强的和/或可W比使用相同的回归模型生成的另一函数 (例如，线性函数、凹函数)大。在其中使用线性最小二乘回归模型的实施方案中，拟合优度 可W通过从零（即，没有拟合)至1(完全拟合)变化的确定系数(R 2)来确定。在一些运样的实 施方案中，对在横跨平均孔径的梯度的至少部分厚度的不同点处确定的平均孔径的四个或 更多个数值拟合的指数函数的R 2可W为大于或等于约0.7、大于或等于约0.75、大于或等于 约0.8、大于或等于约0.85、大于或等于约0.9、大于或等于约0.95、大于或等于约0.97、大于 或等于约0.98、或大于或等于约0.99。例如，在一些实施方案中，对于四个值的指数函数拟 合的R 2可W大于或等于约0.9。在一些情况下，对于六个值的指数函数拟合的R2可W大于或 等于约0.85。在某些实施方案中，对于十个值的指数函数拟合的R 2可W大于或等于约0.8。 在其他实施方案中，对于15个或更多个值的指数函数拟合的R2大于或等于约0.75。线性最 小二乘回归模型可W通过利用本领域技术人员已知的线性化方法应用于函数。
[0030] 在某些实施方案中，凸函数(例如，指数函数）的确定系数(R2)可W大于使用最小 二乘线性回归模型生成的其他函数。例如，凸函数(例如，指数函数)可W具有最大的确定系 数(R 2)，并且可W被称为对于分布的最佳拟合函数。在一些实施方案中，凸函数(例如，指数 函数)的确定系数比使用最小二乘线性回归模型对于平均孔径的四个或更多个数值的一个 或更多个类的函数(例如，线性，二次)拟合的所有确定系数大。例如，凸函数(例如，指数函 数)的确定系数可W比使用最小二乘线性回归模型对于平均孔径的四个或更多个数值的线 性、二次、凹、反曲、和/或周期函数拟合的所有确定系数大。
[0031] 应当理解的是，虽然已经在平均孔径的梯度方面描述了具有性质的梯度的过滤介 质，但是过滤介质可W具有替代平均孔径的梯度或除了平均孔径的梯度之外的另一性质 (例如，纤维配比、密实度)的梯度。例如，在一些实施方案中，具有横跨过滤介质的至少部分 厚度的平均孔径的指数梯度的过滤介质可W具有纤维配比的梯度（即，纤维类型的百分比 变化)和/或密实度的梯度。在某些实施方案中，如本文中所述，过滤介质可W具有替代平均 孔径的梯度或除了平均孔径的梯度之外的纤维特性(例如，平均纤维直径、纤维类型、平均 纤维长度、原纤化水平）的梯度。在一些情况下，过滤介质可W具有横跨过滤介质的至少部 分厚度的密实度的凸梯度(例如，指数梯度），使得密实度的最高数值出现在梯度的最下游 点处，并且最低密实度出现在梯度的最上游点处。在某些情况下，过滤介质可W具有横跨过 滤介质的至少部分厚度的平均纤维直径的凸梯度(例如，指数梯度）。通常，过滤介质可W具 有能够获得所期望的过滤和/或机械性能的任意性质或性质组合的梯度。
[0032] 如本文所述，过滤介质可W具有横跨过滤介质的至少部分厚度的平均孔径的梯 度。在一些实施方案中，平均孔径的梯度可W横跨整个过滤介质。在一些运样的实施方案 中，过滤介质可W是单个层或具有形成梯度的多个层。在其他实施方案中，平均孔径的梯度 可W横跨过滤介质的一部分。在一些运样的情况下，过滤介质的具有平均孔径的梯度的部 分可W是单个层的一部分，或者是多层过滤介质的至少一个层。在一些情况下，过滤介质的 具有平均孔径的梯度的部分可W横跨多层过滤介质的一个或更多个层。例如，梯度可W横 跨多层过滤介质的1个、2个、3个、4个、5个、6个等层的厚度。在一些运样的实施方案中，多层 梯度的每个层可W具有不同的平均孔径，使得对于多层梯度的不同层处确定的平均孔径的 四个或更多个数值的凸函数(例如，指数函数)拟合具有强的拟合优度，如本文所述。在某些 实施方案中，多层梯度中的至少一层可W具有恒定的平均孔径，即，平均孔径横跨层的厚度 不变化。例如，多层梯度可W包括四个层(例如，被层压在一起），每个所述层具有横跨层的 厚度的恒定的平均孔径，并且每个所述层具有与其他层不同的平均孔径。
[0033] 在一些实施方案中，单个或多个层梯度可W通过层的一个或更多个特性的变化来 形成。在某些实施方案中，纤维特性和/或结构性