细玻璃过滤介质的制作方法
【专利摘要】描述了适用于多种应用的过滤介质和相关组分、系统及其相关方法。所述过滤介质可包括具有基材和至少一个细纤维层的复合过滤介质结构。所述细纤维层可包含平均纤维直径小于2微米的多根玻璃纤维；或者，所述细纤维层中按重量计至少70％的玻璃纤维的纤维直径小于2微米。所述细纤维层还可包含含氟化合物成分、有机硅成分，并且可任选地包含按重量计小于细纤维层的2％的粘结剂成分。所述过滤介质可表现出相对高的伽马值和有利的机械特性二者。
【专利说明】
细玻璃过滤介质
技术领域
[0001 ]本申请所述的方面一般涉及具有提高的过滤特性的过滤介质。
【背景技术】
[0002] 多种过滤介质可在许多应用中用于移除污染物。根据其期望的用途，过滤介质可 被设计成具有不同的性能特征。例如，相对低效率的过滤介质可用于加热、通风、制冷、空调 应用。对于需要不同性能特征的应用（例如，非常高的效率），例如洁净室或生物医学的应 用，可使用高效颗粒空气(ffiPA)过滤器和超低渗透空气(ULPA)过滤器。
[0003] 过滤介质可由一个或更多个纤维网形成。纤维网提供允许流体(例如，气体、空气） 流过过滤介质的多孔结构。流体内包含的污染物颗粒可在纤维状网上或其中进行捕获。过 滤介质的特征，例如表面积和单位面积重量影响包括流体流过过滤器的过滤效率、压降和 阻力的过滤性能。一般而言，较高的过滤效率会导致较高的流体流动阻力，这导致更高的压 降用于以给定的速率通过过滤器。
[0004] 需要可用于多种应用的过滤介质，所述过滤介质具有理想平衡的特性，所述特性 包括流体流过所述过滤介质的高效率和低阻力，从而导致高的伽马值。
【发明内容】
[0005] 提供了适用于多种应用的过滤介质和相关组分、系统及其相关方法。
[0006] 在一个示例性实施方案中，提供了过滤介质。所述过滤介质包括基材;包含多根玻 璃纤维的第一层，其中所述第一层中按重量计至少70%的多根玻璃纤维的纤维直径小于2 微米；以及包含多根玻璃纤维的第二层，其中所述第二层中按重量计至少70%的所述多根 玻璃纤维的纤维直径小于2微米。
[0007] 在另一个示例性实施方案中，提供了过滤介质。所述过滤介质包括基材;包含多根 玻璃纤维的第一层，所述多根玻璃纤维的平均纤维直径小于2微米；以及包含多根玻璃纤维 的第二层，所述多根玻璃纤维的平均纤维直径小于2微米。
[0008] 在又一个示例性实施方案中，提供了过滤介质。所述过滤介质包括基材；以及包含 含氟化合物成分、有机硅成分和多根玻璃纤维的至少一个层，其中所述至少一个层中按重 量计至少70%的多根玻璃纤维的纤维直径小于2微米，所述至少一个层任选地包含粘结剂 成分，其中粘结剂成分按重量计构成所述至少一个层的〇%至2%。
[0009] 在再一个示例性实施方案中，提供了制造过滤介质的方法。所述过滤介质包括通 过湿法成网法将包含在第一溶剂中的多根纤维的第一混合物设置在表面上以形成基材;当 所述基材在所述表面上时，将包含在第二溶剂中的多根玻璃纤维的第二混合物设置在所述 基材上以形成至少一个层，其中所述至少一个层中按重量计至少70%的多根玻璃纤维的纤 维直径小于2微米;将所述第一溶剂至少部分地从所述第一混合物中移除；以及将所述第二 溶剂至少部分地从所述第二混合物中移除。
[0010] 在一个示例性实施方案中，提供了过滤介质。所述过滤介质包括基材；以及包含多 根玻璃纤维的至少一个层;其中所述过滤介质表现出的伽马值大于12并且机器方向拉伸强 度大于3.0镑/英寸。
[0011] 在另一个示例性实施方案中，提供了过滤介质。所述过滤介质包括基材；以及包含 多根玻璃纤维的至少一个层；其中所述过滤介质表现出的伽马值大于12并且挺度大于 400gu〇
[0012] 前述是由所附权利要求限定的本发明的非限制性概述。根据以下描述其他方面、 实施方案、特征和优点将变得明显。并入本申请中的每个参考文献通过引用将其全部内容 并入本申请。在并入的参考文献与本说明书之间存在冲突或不一致的情况下，以本说明书 为准。
【附图说明】
[0013] 附图不旨在按比例绘出。为了清楚的目的，可能没有在每幅图中标记出每一个组 件。在图中：
[0014] 图1是根据一个或更多个实施方案的过滤介质的电子显微照片；
[0015]图2a至2d示出了产生根据一些实施方案的过滤介质的一种方法的示意性流程图； [0016]图3a至3d示出了产生根据一些实施方案的过滤介质的另一种方法的示意性流程 图；
[0017] 图4是示出平均纤维直径对一些实施例中描述的过滤介质的性能影响的图；
[0018] 图5a至5c是示出了多种结构设置对一些实施例中描述的过滤介质的性能影响的 图；
[0019]图6a至6b是示出了多种试剂对一些实施例中描述的过滤介质的性能影响的图；以 及
[0020] 图7a至7b是示出了多种试剂的相对量对一些实施例中描述的过滤介质的性能影 响的图。
【具体实施方式】
[0021] 描述了过滤介质和相关组分、系统及其相关方法。本申请所述的过滤介质可包括 基材和形成在所述基材上的一个或更多个细纤维层。所述细纤维层可包含细玻璃纤维。由 于其全部成分和在一些情况下产生过滤介质的方式，所以过滤介质可表现出包括提高的伽 马值的期望特性，其大于常规过滤介质的伽马值。如下文进一步指出和定义，高伽马值的特 征在于流体流过过滤介质的低阻力和过滤介质的高效率。过滤介质还可表现出有利的机械 特性，例如，其允许过滤介质被打褶，同时还具有高伽马值。
[0022] 在一些实施方案中，基材可设置为用于过滤介质的基础层（例如，支撑体或衬板 (backing))，并且细纤维层可设置为用于过滤介质的效率层(efficiency layer)。例如，作 为基础层，基材可向过滤介质提供机械支撑和/或成褶性;并且效率层可用于捕获颗粒，如 细颗粒(例如，尺寸小于1微米的颗粒)和/或粗颗粒(例如，尺寸大于1微米的颗粒），而同时， 允许流体(例如，空气、液体)从其中穿过。在一些实施方案中，过滤介质的多个层(例如，基 材、细纤维层)虽然粘附在一起或以其他方式相互设置，但其以彼此不同的方式形成，例如 使得过滤介质的每个层中的某些组分能够根据合适的需要而保持分离。
[0023] 根据本公开内容的方面，过滤介质的细纤维层可包含多根细玻璃纤维，其中所述 细玻璃纤维的平均纤维直径小于2微米。或者，在一些情况下，每个细纤维层中按重量计至 少70 %的细玻璃纤维的纤维直径可小于2微米。
[0024] 在一些实施方案中，纤维介质的细纤维层可包含含氟化合物成分、有机硅成分，并 且几乎没有乃至完全没有粘结剂成分存在于细纤维层中。也就是说，虽然基材可包含粘结 剂成分，例如，使得过滤介质表现出成褶性，但是粘结剂成分仅仅任选地存在于过滤介质的 细纤维层中。在一些实施方案中，如果有的话，优选的是在细纤维层中存在最少量的粘结 剂。例如，过滤介质的细纤维层中的粘结剂成分的量按重量计可为细纤维层的〇%至2%。
[0025] 本申请描述的方法提供了用具有大量粘结剂的某些层(例如，基材)和具有相对少 量的粘结剂的另一些层(例如，细纤维层)产生过滤介质的能力，其引起过滤介质具有有利 组合的特性。例如，过滤介质可包括一个或更多个玻璃纤维层，其中所述过滤介质表现出的 伽马值大于12并且机器方向拉伸强度大于3.0镑/英寸(例如，3.0镑/英寸至200镑/英寸）。 或者，包括一个或更多个玻璃纤维层的过滤介质表现出的伽马值可大于12并且挺度大于 400gu(例如，400gu至3000gu)。一般而言，拉伸强度和挺度的这些值可提供允许过滤介质被 打褶的特性。
[0026] 虽然在过去可将一种或更多种粘结剂并入过滤介质的玻璃纤维层中，例如，向所 述层提供结构完整性，但是，当将这样的粘结剂应用至过滤介质的细纤维层时，在一些情况 下，其可易于在玻璃纤维之间形成障碍物(例如，粘结剂织带、网络）。这些的障碍物可具有 不期望覆盖整个过滤介质的孔的倾向（例如，"孔堵塞(pore blinding)"）。当过滤介质中的 纤维网的孔以这种方式覆盖时，通过过滤介质的压降会增加，这反过来会导致伽马值总体 减小（即，倘若总效率保持不受影响）。
[0027] 因此，尽管将细玻璃纤维与含氟化合物成分和有机硅成分一起并入细纤维层中用 于产生过滤介质，但是，在一些情况下，过滤介质中存在的粘结剂抵消了其他组分(例如，含 氟化合物、有机硅)可以以其他方式对伽马值产生的影响。
[0028] 因此，在一些实施方案中，可制造被用作效率层的细纤维层使得几乎没有乃至完 全没有粘结剂存在于整个层中。然而，可以理解的是，粘结剂可存在于过滤介质的其他部 分，例如基材或基础层。例如，在一些情况下，粘结剂可用于向基材和全部过滤介质提供强 度和挺度。并且，在另一些情况下，可以优选的是将至少少量的粘结剂并入过滤介质的一个 或更多个细纤维层中。
[0029] 在一些情况下，可能有益的是过滤介质包括多个细纤维层(例如，多个效率层）。有 时，单个细纤维层可包括允许颗粒从其中穿过的小开口（例如，针孔(pinhole))或变薄的区 域，导致过滤介质的总效率降低。这样的开口或薄弱点可在细纤维层中特别常见，其中细纤 维层中的玻璃纤维的平均纤维直径是小的(例如，小于2微米、小于1微米）。通过使多个细纤 维层互相层叠，更有效地阻挡小颗粒穿过过滤介质，同时在很大程度上，流体从其中流过不 受阻碍。因此，在一些实施方案中，多个细纤维层可以互相重叠以抵消可由小开口或薄弱点 (其可存在于单纤维层中）造成的不利影响。
[0030] 在一些实施方案中，根据本共公开内容的过滤介质可通过以下步骤制造:沿着成 形器的机器方向形成基材；以及还沿着相同的机器方向形成布置在所述基材上的至少部分 由细玻璃纤维构成的一个或更多个层。在一些实施方案中，沿着相同的机器方向、以与基材 连续的方式、在与用于形成基材相同的成形器上形成细纤维层。例如，可彼此单独地形成过 滤介质的基材层和细纤维层并对其进行层合，或者可在相同的机器上沿着相同的生产线形 成每个层。可同时形成每个层，或者可在连续工艺期间连续地形成每个层。
[0031] 下面对用于这种形成的多种工艺进一步进行描述，例如，使用多层压力成形器和/ 或多个流衆箱设置。此外，下面还进一步描述，可通过抄取法(beater addition process) 提供用作相应基材层和/或细纤维层前体的纤维混合物。
[0032] 如上所述，过滤介质可包括基材以及粘附或以其他方式设置在所述基材上的一个 或更多个细纤维层。细纤维层可以以任意适当的组合包括任意合适数量的组分，例如细玻 璃纤维、含氟化合物成分、有机硅成分、一种或更多种添加剂或试剂或者任意其他合适的组 分。
[0033] 在一些实施方案中，细纤维层包含合适数量的细玻璃纤维。所述细玻璃纤维可具 有例如在纤维直径和纤维长度的特定范围内的适当的尺寸。可通过适当的方法测量细玻璃 纤维的多种尺寸。其他非玻璃纤维类型也可包含在细纤维层中。
[0034] 如上所述，细玻璃纤维的特征在于可具有相对小的纤维直径。
[0035] 过滤介质的细纤维层的细玻璃纤维的直径可在合适的范围内。在一些实施方案 中，细纤维层包含纤维直径小于5.0微米、小于4.0微米、小于3.0微米、小于2.0微米、小于 1.5微米、小于1.0微米、小于0.5微米、小于0.3微米或小于0.1微米的细玻璃纤维。例如，并 入到细纤维层中的细玻璃纤维的纤维直径可为0.01微米至5.0微米、0.05微米至3.0微米、 0.08微米至3.0微米、0.08微米至2.0微米、0.08微米至1.0微米、0.08微米至0.5微米、0.08 微米至1.0微米、0.1微米至2.0微米、0.1微米至1.0微米、0.1微米至0.5微米、0.1微米至0.3 微米、0.15微米至2.0微米、0.15微米至1.0微米、0.15微米至0.5微米、0.15微米至0.3微米、 0.3微米至2.0微米、0.3微米至1.0微米、0.3微米至0.5微米、0.5微米至2.0微米、0.5微米至 1.0微米、1.0微米至2.0微米或任意其他合适的范围。应理解的是，不限制于上述范围，并且 根据本公开内容的细玻璃纤维的纤维直径可在这些范围之外。
[0036] 在多个实施方案中，过滤介质的细纤维层中合适百分比的玻璃纤维的纤维直径可 在任意上述范围中。例如，细纤维层中按重量计至少60%、至少70%、至少75%、至少80%、 至少85%、至少90 %、至少95%、至少97 %、至少99%或约100 %的玻璃纤维的纤维直径可小 于5.0微米、小于4.0微米、小于3.0微米、小于2.0微米、小于1.5微米、小于1微米、小于0.5微 米、小于0.3微米或小于0.1微米。或者，细纤维层中按重量计至少60%、至少70%、至少 75 %、至少80 %、至少85 %、至少90 %、至少95 %、至少97 %、至少99 %或约100 %的玻璃纤维 的纤维直径可为0.01微米至5.0微米、0.05微米至3.0微米、0.08微米至3.0微米、0.08微米 至2.0微米、0.08微米至1.0微米、0.08微米至0.5微米、0.08微米至1.0微米、0.1微米至2.0 微米、0.1微米至1.0微米、0.1微米至0.5微米、0.1微米至0.3微米、0.15微米至2.0微米、 0.15微米至1.0微米、0.15微米至0.5微米、0.15微米至0.3微米、0.3微米至2.0微米、0.3微 米至1.0微米、0.3微米至0.5微米、0.5微米至2.0微米、0.5微米至1.0微米、1.0微米至2.0微 米或任意其他合适的范围。
[0037] 在一些实施方案中，过滤介质的细纤维层的细玻璃纤维的平均直径可在任意上述 范围中。例如，过滤介质的细纤维层的细玻璃纤维的平均纤维直径可小于5.0微米、小于4.0 微米、小于3.0微米、小于2.0微米、小于1.0微米、小于0.5微米、小于0.3微米或小于0.1微 米。或者，细纤维层的细玻璃纤维的平均纤维直径可为0.01微米至5.0微米、0.05微米至3.0 微米、0.08微米至3.0微米、0.08微米至2.0微米、0.08微米至1.0微米、0.08微米至0.5微米、 0.08微米至1.0微米、0.1微米至2.0微米、0.1微米至1.0微米、0.1微米至0.5微米、0.1微米 至0.3微米、0.15微米至2.0微米、0.15微米至1.0微米、0.15微米至0.5微米、0.15微米至0.3 微米、0.3微米至2.0微米、0.3微米至1.0微米、0.3微米至0.5微米、0.5微米至2.0微米、0.5 微米至1.0微米、1.0微米至2.0微米或任意其他合适的范围。在一些情况下，细玻璃纤维的 平均直径分布可为对数正态分布（log-normal)。然而，可以理解的是，细玻璃纤维可以以任 意其他适当的平均直径分布(例如，高斯分布)提供。
[0038] 根据本公开内容的细玻璃纤维可具有任意合适的长度。在一些实施方案中，过滤 介质的细纤维层包含平均纤维长度为以下范围的细玻璃纤维:〇. 01mm至60.0mm、0.02mm至 60.0mm、0.03mm至60.0mm、0.05mm至60.0mm、1.0mm至60.0mm、2.0mm至60.0mm、3.0mm至 60?0mm、4?0mm至60?0mm、5?0mm至60?0mm、0?01mm至50?0mm、0?01mm至40?0mm、0?01mm至 30.0mm、0.01mm至25.4mm、0.01mm至25.0mm、0.01mm至20.0mm、0.01mm至10.0mm、0.02mm至 50.0mm、0.02mm至40.0mm、0.02mm至30.0mm、0.02mm至25.4mm、0.02mm至25.0mm、0.02mm至 20?0mm、0?02mm至10?0mm、0?03mm至50?0mm、0?03mm至40?0mm、0?03mm至30?0mm、0?03mm至 25?4mm、0?03mm至25?0mm、0?03mm至20?0mm、0?03mm至10?0mm、0?05mm至50?0mm、0?05mm至 40.0mm、0.05mm至30.0mm、0.05mm至25.4mm、0.05mm至25.0mm、0.05mm至20.0mm、0.05mm至 10.0mm、1.0mm 至 50.0mm、1.0mm 至 40.0mm、1.0mm 至 30.0mm、1.0mm ^25.4mm、1.0mm ^25.0mm、 1 ? 0mm至20 ? 0mm、1 ? 0mm至10 ? 0mm或任意其他合适的范围。与关于平均直径分布类似，细玻璃 纤维的平均长度分布可为对数正态分布。然而，可以根据任意其他合适的平均长度分布(例 如，高斯分布)提供本申请所述的细玻璃纤维。应注意本申请所述的细玻璃纤维的纤维长度 可落在上述范围之外。
[0039] 根据本公开内容，全部过滤介质复合物(例如，包括基材(例如，稀松织物）、细纤维 层、其他层和/或其他过滤组件的过滤介质）中细玻璃纤维的百分比可落在合适的范围中。 在一些实施方案中，细玻璃纤维按重量计可构成全部过滤介质的至少0.5%、至少1.0%、至 少1.5%、至少2.0%、至少2.5%、至少3.0%、至少3.5 %、至少4.0%、至少4.5%、至少 5.0%、至少10%、至少20%、至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%或约80% 或者任意其他合适的范围。或者，在一些实施方案中，细玻璃纤维按重量计可构成全部过滤 介质的0.5%至80%、1 ?0%至80%、1.5%至80%、2.0%至80%、2.5%至80%、3.0%至 80%、0.5%至70%、1.0%至70%、1.5%至70%、2.0%至70%、2.5%至70%、3.0%至70%、 0.5%至70%、1.0%至70%、1.5%至70%、2.0%至70%、2.5%至70%、3.0%至70%、0.5% 至60%、1.0%至60%、1.5%至60%、2.0%至60%、2.5%至60%、3.0%至60%、1.0%至 60 %、1.0% 至 50 %、1.0% 至 40 %、1.0 % 至30 %、1.0% 至 20 %、1.0% 至 10.0%、5.0% 至 50%、5.0%至40%、5.0%至30%、5.0%至20%、10%至50%、10%至40%、10%至30%、 10%至20%或任意其他合适的范围。
[0040] 根据本公开内容的另一些方面，可使用任意适当的细玻璃纤维，如微玻璃纤维，或 其他类型的玻璃纤维。
[0041] 在一些实施方案中，过滤介质的某些层(例如，细纤维层、基材层)并入合适百分比 的含氟化合物成分(例如，包含至少一个氟原子的有机成分或无机成分)和/或有机硅成分 (例如，含有娃-碳键的化合物）。向过滤介质的层中添加含氟化合物成分和有机娃成分二者 或者仅添加所述成分之一可用于提高过滤介质的整体性能，例如，可增加过滤介质的伽马 值。
[0042] 若干因素可有助于过滤介质在并入含氟化合物成分和/或有机硅成分时表现出提 高的伽马值。不希望受到理论的限制，下面将讨论许多这样的因素。
[0043] 由于氟的存在，含氟化合物成分一般具有强电负性的官能团。因此，认为通过过滤 介质的颗粒可被静电吸引至含氟化合物，捕获颗粒，从而导致效率的提高。
[0044] 另一方面，有机硅成分可具有导致过滤介质的一个或更多个层的整体密实性 (solidity)下降的特性，使得所述层更加一致。这可具有减少可以以其他方式在所述层中 上升的针孔的量，也导致过滤介质效率的提高。
[0045] 在一些实施方案中，有机娃成分可有效地减小粘结剂成分的表面张力，允许粘结 剂更容易地围绕所述层的纤维流动。当粘结剂成分能够更均匀地覆盖纤维时，由于增加的 流动能力，粘结剂织带更不易于形成，导致过滤介质的压降降低，因此，伽马值增加。
[0046] 在一些实施方案中，并入过滤介质的细纤维层或其他层中的含氟化合物成分和有 机硅成分的组合可导致协同效应，其中全部过滤介质表现出比预期高的伽马值。在一些情 况下，过滤介质这种增加的伽马值不是缺少含氟化合物成分和有机硅成分之一的过滤介质 中，或者在过滤介质的一个或个多个层自身具有含氟化合物成分和有机硅成分之一的过滤 介质中观察的伽马值。
[0047] 为什么含氟化合物成分和有机硅成分组合的化学物质一起导致特别有利的伽马 值的一个原理是，有机硅与含氟化合物相互作用的趋势使得含氟化合物迀移至纤维的表 面。如上所讨论的，通过过滤介质的颗粒可通过含氟化合物的存在而被固定。因此，当有机 硅的存在促进含氟化合物更显著地位于纤维的表面上时，过滤介质的效率会增加，导致伽 马值的增加。
[0048] 因此，根据合适的比例将含氟化合物成分和有机硅成分二者一起并入细纤维层中 可导致这样的过滤介质:其具有比如果过滤介质的细纤维层仅并入所述组分之一而没有并 入其他组分更大的性能提高。也就是说，纤维层(例如，细纤维层）中的含氟化合物成分和有 机硅成分一起的组合可导致比单独使用所述试剂之一更好的整体性能（例如，更大的伽马 值)。
[0049] 然而，应该理解的是，在一些情况下，仅并入特定的含氟化合物成分而没有有机硅 成分或者并入特定的有机硅成分而没有含氟化合物成分的过滤介质(或者过滤介质的细纤 维层或基材层)可导致表现出比并入含氟化合物成分和有机硅成分二者的过滤介质相比较 更好的性能特征的过滤介质。对于一些应用来说，虽然不是每个应用，但是可以优选的是含 氟化合物成分和/或有机硅成分不存在于过滤介质中的某些层(例如，细纤维层、基材层、其 他层）。
[0050] 如上所述，本申请所述的过滤介质的细纤维层或其他层可包含合适的含氟化合物 成分。在一些实施方案中，含氟化合物成分包含有机氟，例如但不限于含氟脂肪族化合物、 含氟芳香族化合物、含氟聚合物（例如，氟碳嵌段共聚物、氟碳丙烯酸酯、氟碳甲基丙烯酸 酯）。根据本公开内容使用的含氟化合物成分还可包括含氟弹性体、含氟硅酮、含氟硅烷、含 氟硅氧烷、氟代多面体低聚硅倍半硅氧烷(Fluoro-POSS)、氟化树枝状聚合物或其他氟化成 分。可并入根据本公开内容的过滤介质的细纤维层或其他层的含氟化合物成分的多个实例 包括Daikin TG5243、Ruco 1046、Repearl F35、AGE400、AGE600、AGE550D、Phobol 8195等。 可以理解的是，任何其他合适的含氟化合物成分和/或其组合可适当地用于本申请中提到 的多个实施方案。
[0051]含氟化合物成分可构成过滤介质的细纤维层或其他层(例如，基材层、中间层）的 合适的重量百分数。在一些实施方案中，含氟化合物成分按重量计构成过滤介质、细纤维层 或其他层的小于10 %、小于8 %、小于6 %、小于4%、小于2 %、小于1 %、小于0.1 %、小于 0.01 %、小于0.005%或小于0.001 %。在一些实施方案中，含氟化合物成分的范围可为过滤 介质、过滤介质的细纤维层或其他适当层的按重量计0.001 %至10%、〇.001 %至8.0%、 0.001%至6.0%、0.001%至4.0%、0.001%至2.0%、0.001%至1.0%、0.001%至0.1%、 0.001 %至0.01 %、0.001 %至0.005%、0.01 %至 10%、0.01 %至8.0%、0.01 %至6.0%、 0.01%至4.0%、0.01%至2.0%、0.01%至1.0%、0.1%至10.0%、0.1%至8.0%、0.1%至 6?0%、0? 1 %至4.0%、0.1 %至2?0%、0? 1 %至 1 ?0%、0? 5%至10 ?0%、0? 5%至8 ?0%、0? 5% 至6 ?0%、0? 5%至4.0%、0? 5%至2.0%、0? 5%至1.0%、1.0%至10.0%、1.0%至8.0%、 1.0%至6.0%、1.0%至4.0%或1.0%至2.0%。
[0052]如上所述，过滤介质的细纤维层或其他合适的层可包含合适的有机硅成分。在一 些实施方案中，可被并入本公开内容的实施方案中的有机娃成分可包含聚硅烷(其中娃原 子彼此直接连接）、聚硅氧烷(其中硅原子通过氧原子连接）、聚硅氮烷(其中硅原子通过胺 键连接）、聚娃硫烧(其中娃原子通过硫原子连接）、聚娃亚烷基(polysilalkylene)、聚娃亚 芳基(polysilarylene)、聚硅亚烷基硅氧烷、聚硅亚芳基硅氧烷、聚硅亚烷基硅烷、氨基硅 酮、环氧基硅酮、聚二甲基硅氧烷或含其他合适硅的分子。例如，可合适地使用聚硅氧烷，如 从Momentive获得的产品SF30。或者，可被并入到根据本公开内容的过滤介质的细纤维层或 其他层中的有机娃成分的多个实例包括从Schill和Seilacher获得的Strucksilon F-84、 从Basildon获得的Serashine EM 302C等。
[0053]在一些情况下，并入到本公开内容的实施方案中的有机硅成分本质上可为线性、 环状、支化、单体、低聚或多聚的。在一些实施方案中，合适的有机硅成分可包含一种或更多 种末端或支化的侧链官能团，例如氯、羟基、甲基、胺基等。可以理解的是任意其他合适的有 机硅成分和/或其组合可适当地用于本申请提到的实施方案中。
[0054]与关于含氟化合物成分的类似，根据本公开内容，有机硅成分可构成过滤介质的 细纤维层或其他层(例如，基材层、中间层）的合适重量百分数。在一些实施方案中，有机硅 成分按重量计构成过滤介质、过滤介质的细纤维层或其他层的小于10%、小于8%、小于 6%、小于4%、小于2%或小于1 %。在一些实施方案中，有机硅成分的范围按重量计可为过 滤介质、过滤介质的细纤维层或其他合适层的0.001 %至10%、〇.001 %至8.0%、0.001 %至 6?0%、0? 001%至4?0%、0? 001%至2.0%、0.001%至1 ?0%、0? 001%至0.1%、0? 001%至 0.01%、0.001%至0.005%、0.01%至10%、0.01%至8.0%、0.01%至6.0%、0.01%至 4 ?0%、0? 01 %至2 ?0%、0? 01 %至1 ?0%、0? 1 %至10 ?0%、0? 1 %至8 ?0%、0? 1 %至6.0%、 0.1%至4.0%、0.1%至2.0%、0.1%至1.0%、0.5%至10.0%、0.5%至8.0%、0.5%至 6.0%、0.5%至4.0%、0.5%至2.0%、0.5%至1.0%、1.0%至10.0%、1.0%至8.0%、1.0% 至6.0%、1.0%至4.0%或 1.0%至2.0%。
[0055] 氟碳成分和有机硅成分的组合量可构成过滤介质、过滤介质的细纤维层或其他层 的合适重量百分数。例如，关于氟碳成分或有机硅成分的上述列出的合适的重量百分数可 应用于过滤介质、过滤介质的细纤维层或其他层中的氟碳成分和有机硅成分一起的组合。
[0056] 如上所述，根据本公开内容的过滤介质的一些细纤维层或其他层可包含含氟化合 物成分，不存在有机硅成分；相反地，过滤介质的一些细纤维层或其他层可包含有机硅成 分，不存在含氟化合物成分。
[0057] 或者，细纤维层或其他层可包含含氟化合物成分和有机硅成分二者，在这种情况 下，含氟化合物成分和有机硅成分可根据合适的比例提供。在一些实施方案中，细纤维层中 含氟化合物成分与有机硅成分之比(含氟化合物:有机硅，FC: Si)为1:199至199:1、1:149至 149:1、1:99至99:1、1:49至49:1、1:9至9:1、1:8至8:1、1:7至7:1、1:6至6:1、1:5至5:1、1:4 至4:1、1:3至3:1、1:2至2:1或1:1、199:1至1:1、149:1至1:1、99:1至1:1、49:1至1:1、19:1至 1:1、9:1至1:1、9:1至5:1、5:1至1:1、5:1至2:1、5:1至3:1、4:1至3:1、4:1至2:1、1:199至1: 1、 1:149至1:1、1:99至1:1、1:49至1:1、1:19至1:1、1:9至1:1、1:9至1:5、1:5至1:1、1:5至1: 2、 1:5至1: 3、1:4至1: 3、1:4至1: 2。细纤维层中含氟化合物成分与有机硅成分之比可在这些 范围之外变化。
[0058] 在一些实施方案中，当将含氟化合物成分和有机硅成分并入过滤介质的细纤维层 或其他层中时，可以优选的是含氟化合物成分的量比有机硅成分相比较更大。例如，5:1至2 :1 (例如4:1至2:1，或3:1)的细纤维层中含氟化合物与有机硅之比可产生过滤介质的一些 实施方案的特别高的伽马值。
[0059]过滤介质的一个或更多个层（例如，细纤维层、基材层、中间层）可包含另外的组 分，例如，与纤维的重量百分数相比，所述另外的组分可构成过滤介质或过滤介质中的层的 相对小的重量百分数。
[0060] 在一些实施方案中，通过抄取法（以下关于细纤维层和基材层进一步更详细地进 行描述），多种试剂，如絮凝剂(flocculent)、凝结剂(coagulant)可用于粘附或以其他方式 将某些组分沉积至纤维上以便有助于形成过滤介质的层。
[0061] 在一些实施方案中，可向过滤介质的一个或更多个层提供粘结剂成分。可将粘结 剂成分并入到基材层中，并且可任选地提供至细纤维层。如上所讨论的，在一些情况下，但 不必是全部的，当细纤维层被用作效率层时，粘结剂成分可具有在玻璃纤维之间形成网的 趋势，堵塞所述层的孔，会导致在使用期间通过过滤介质的压降的增加。因此，在一些实施 方案中，虽然不是在所有情况中所要求的，但是可以优选的是细纤维层基本上不含粘结剂 成分。然而，在一些实施方案中，在过滤介质的一个或个多个层(例如，基材层）中并入粘结 剂成分可向过滤介质提供额外或另外提高的机械强度和成褶性。
[0062] -般而言，粘结剂成分可包含任意合适的材料。粘结剂成分可包含热塑性成分、热 固性成分或其组合。例如，粘结剂成分可包含丙烯酸类、丙烯酸系树脂(例如，丙烯酸系热固 性树脂）、环氧树脂、乙烯基丙烯酸类、胶乳乳液、腈、苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸类、苯乙烯-丁 二稀橡胶、聚氯乙稀、乙稀_氯乙稀、聚稀经、聚卤乙稀、聚乙稀酯、聚乙稀醚、聚硫酸乙稀酯、 聚磷酸乙烯酯、聚乙烯胺、聚酰胺、聚酰亚胺、聚二唑、聚三唑、聚碳化二亚胺、聚砜、聚碳 酸酯、聚醚、聚亚芳基氧化物、聚酯、聚芳酯、酚醛树脂、苯酚-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树 月旨、甲醛-脲、乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯、乙基-乙酸乙烯酯共聚物或其他合适的成分。 粘结剂成分本质上可为阴离子的、阳离子的或非离子的。可提供粘结剂成分作为基于水的 系统或基于溶剂的系统。
[0063] 如所讨论的，粘结剂成分可任选地存在于过滤介质的一个或更多个层(例如，细纤 维层、基材层）中。在一些实施方案中，粘结剂成分按重量计可构成过滤介质、过滤介质的细 纤维层或其他适当的层的少于40%、少于30%、少于20%、少于10%、少于5.0%、少于 4.0 %、少于3.0 %、少于2.0 %、少于1.0 %、少于0.5 %或少于0.1 %。例如，粘结剂成分按重 量计可构成过滤介质、过滤介质的细纤维层或其他适当的层的0 %至40 %、0 %至30 %、0 % 至20%、0%至10%、0%至5 ?0%、0%至4.0%、0%至3?0%、0%至2?0%、0%至1 ?0%、0%至 0.5%或0%至0.1 %。在一些实施方案中，过滤介质、过滤介质的细纤维层或其他层基本上 不含粘结剂成分。
[0064] 可以理解的是，过滤介质的细纤维层或其他层可包含上述范围之外的粘结剂成 分。例如，提供在基材中的粘结剂成分的百分比可大于并入细纤维层中的粘结剂成分的百 分比。上述范围还可作为整体应用至全部过滤介质。同样地，过滤介质还可包含这些范围之 外的粘结剂成分。
[0065] 过滤介质的一个或更多个层可适当地包含其他成分。在一些实施方案中，过滤介 质的多个层(例如，细纤维层、基材层等)可包含一种或更多种添加剂或试剂(通常以小量/ 百分比），例如抗细菌剂、杀真菌剂、阻燃剂、染料、分散剂、表面活性剂、消泡剂、偶合剂、交 联剂、增稠剂、催化剂、氨、填料、光学增亮剂、吸收剂、抗静电剂等。应理解的是，本申请所述 的过滤介质不限于上述组分和重量百分数，其他组分和重量百分数也是可能的。
[0066] 如所讨论的，过滤介质可包括位于一个或更多个基材层上或其中的一个或更多个 细纤维层。在一些实施方案中，基材层向过滤介质提供支撑和/或成褶性。因此，基材层可表 现出许多特性，如高度的成褶性、挺度、强度等。
[0067] 基材层可以是湿法成网或干法成网、织造或非织造的，并且由任意合适组合的材 料形成。例如，基材层可包含玻璃纤维(粗玻璃纤维和/或细玻璃纤维)和/或合成纤维。在一 些实施方案中，基材层的纤维可包含适当组合的材料，如玻璃、纤维素(例如，莱赛尔、人造 丝、再生纤维素、硬木、软木等）、聚酯、聚酰胺、聚烯烃、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、聚烯烃、芳香聚酰胺、陶瓷、碳、丙烯酸等。基材层还可包含双组分纤维、多组 分纤维、粘结剂纤维或其他合成纤维。
[0068] 在一些实施方案中，基材层可以是用于过滤介质的细纤维层的稀松织物和/或其 他合适的衬板。在一些实施方案中，基材层包含表现出高水平透气率的干法成网的非织造 织物。在一些实施方案中，基材层包含位于过滤介质一侧的粘结剂(例如，低熔点粘合剂）以 促进过滤介质的基材层粘结与另一些层的粘结，或者过滤介质的基材层与另一个层前体的 粘结。
[0069] 基材层可包含另外的非纤维组分，例如粘结剂成分和/或添加剂。例如，基材层可 包含粘结剂成分、防水剂、硅酮、抗菌剂、杀真菌剂、阻燃剂、染料、分散剂、表面活性剂、消泡 剂、外部交联剂、增稠剂、催化剂、pH调节剂、填料、光学增亮剂、吸收剂、抗静电剂、助留剂、 抗迀移添加剂等。基材层可包含未列于本申请中的另外的组分。
[0070] 基材层可表现出任意适当组的结构特征。例如，基材层可具有合适的结构、重量、 厚度、单位面积重量等。在一些实施方案中，基材层可连接至细纤维层。合适的基材的实例 可包括，例如，湿法成网在线衬板、熔喷层、干法成网衬板、压延或热压的衬板、纺粘层、水刺 层、热粘结层、过滤膜、稀松织物或任意其他合适的结构。可以理解的是，基材可以是可打褶 的和/或用作保护层，或者可以是其上放置过滤介质的其他层的另一类型的结构。
[0071] 根据本公开内容的方面，可形成过滤介质以便具有任意合适的分层设置。如上所 讨论的，过滤介质可具有粘附或以其他方式位于一个或更多个基材层上的一个或更多个细 纤维层。
[0072] 在一些情况下，如上所述，一个或更多个细纤维层可具有位于整个细纤维层多个 区域(随机地)的针孔和/或变薄区域。然而，在一些实施方案中，从过滤的角度来看，可通过 使多个细纤维层在基材上互相层叠来加固过滤介质。多个细纤维层(例如，两个、三个、四 个、五个、六个或更多个细纤维层）的这种一起的层叠可用来有效地覆盖针孔，所述针孔可 存在于单个细纤维层的特定位置。因此，可提高过滤介质的总效率，导致伽马值的增加。
[0073] 在一些实施方案中，可形成过滤介质使得多个细纤维层设置在位于相应的上游端 和下游端的相反放置的基材层之间。位于过滤介质的相反上游端和下游端的基材层可为设 置在其之间的细纤维层提供保护，保持过滤介质的效率并且限制来自细纤维层的细玻璃的 脱落。
[0074] -般而言，基材层可具有比细纤维层更多开放的构造。因此，通过具有位于过滤介 质的相反端的基材层，更多的粉尘能够被捕获到基材层中，导致过滤介质的总容尘量的增 加。
[0075] 在一些实施方案中，与细纤维层相比，基材层的挺度和强度更大。因此，基材层可 向过滤介质提供增加程度的保护。与不存在基材层的过滤介质相比，所述基材层还可向过 滤介质提供更大程度的成褶性。
[0076] 在一些实施方案中，一个或更多个中间层可位于细纤维层与基材层之间。中间层， 例如，可具有不同于基材层或细纤维层的特征。图1示出了包括细纤维层20、中间层30和基 材层40的过滤介质10的一个实施的横截面图。在该实施方案中，基材层40是开放的层，起到 捕获大粉尘聚集体的粗粒预过滤器的作用。中间层30可通过捕获大的、单个颗粒用作较小 粗粒预过滤器。层30、层40二者提供相对高水平的深度过滤，导致更高容尘量的过滤介质。 细纤维层20(本质上相比较更致密)可用作效率层。
[0077] 应该理解的是，过滤介质可包括除纤维网之外的其他部分(例如，包含纤维的基材 层、细纤维层等）。在一些实施方案中，可将一种或更多种结构特征件和/或加固元件并入过 滤介质中。此外，过滤介质的非织造玻璃纤维网可与另外的结构组分(如织造的支撑材料、 聚合网或金属网）组合。这样另外的结构组分可向全部过滤介质给予增加的机械特征（例 如，挺度、拉伸强度等。例如，可在过滤介质上设置筛衬板，提供另外的挺度和强度。在一些 情况下，筛衬板可有助于保持过滤介质的打褶构造。例如，筛衬板可以是膨胀的金属网或挤 出的塑料网。
[0078] 过滤介质可具有多种期望的特性和特征，在一些情况下，其可根据使用过滤介质 的特定应用变化。例如，本申请所述的过滤介质可根据期望应用的需求具有变化的单位面 积重量、密实性、厚度和/或其他特征。
[0079] 过滤介质或单个层(例如，细纤维层）的某些特征如单位面积重量、密实性、厚度或 其他特征可根据某些因素（例如给定的过滤应用（例如，HEPA、ASHRAE、ULPA等）的要求（例 如，结构、性能要求），和用于形成过滤介质的材料变化。例如，包含粗纤维和/或较低单位面 积重量的层的过滤介质可一般地更适用于ASHRAE应用;相反地，包含较细纤维和/或具有较 大单位面积重量的层的过滤介质可一般地更适用于HEPA应用。
[0080] 过滤介质和过滤介质中的层可具有任意合适的单位面积重量。然而，过滤介质或 过滤介质中的层的单位面积重量可根据应用变化。如本申请所测定的，根据TAPPI 410测量 过滤介质或过滤介质的单个层的单位面积重量。
[0081] 如上所讨论的，过滤介质的单位面积重量可根据使用过滤介质的应用变化。在一 些实施方案中，过滤介质（例如，包括细纤维层和基材）的单位面积重量的范围可为l.Ogsm (gsm，克/平方米）至 1000gsm、l .Ogsm至900gsm、l .Ogsm至800gsm、l .Ogsm至600gsm、l .Ogsm 至400gsm、1?Ogsm至200gsm、1?Ogsm至100gsm、2?Ogsm至800gsm、2?Ogsm至600gsm、2?Ogsm至 400gsm、2?Ogsm至200gsm、2?Ogsm至100gsm、5?Ogsm至1000gsm、5?Ogsm至800gsm、5?Ogsm至 600gsm、5?Ogsm至400gsm、5?Ogsm至200gsm、5?Ogsm至lOOgsrn、lOgsm至lOOOgsm、lOgsm至 800gsm、lOgsm至600gsm、lOgsm至400gsm、lOgsm至200gsm、lOgsm至lOOgsrn、50gsm至 lOOOgsm、50gsm至800gsm、50gsm至600gsm、50gsm至400gsm、50gsm至200gsm、50gsm至 lOOgsrn、lOOgsm至lOOOgsm、lOOgsm至800gsm、lOOgsm至600gsm、lOOgsm至400gsm或lOOgsm至 200gsm。本申请所述的过滤介质表现出的单位面积重量可在上述范围之外。
[0082] 过滤介质的细纤维层还可具有任意合适的单位面积重量。一般地，如上所讨论的， 具有太低单位面积重量的细纤维层太薄和/或表现出低密实性，其可具有存在于细纤维层 中的许多针孔和/或薄弱点，其会影响整体性能，导致过滤介质的效率和伽马值降低。另一 方面，当细纤维层中纤维的纤维包装密度太高时，对应于单位面积重量、厚度和/或密实性 的增加，流过过滤出介质的流体可被进一步阻塞，导致压降增加，因此，伽马值减小。
[0083] 在一些实施方案中，单个的或组合在一起的细纤维层的单位面积重量的范围可为 0?lgsm至300gsm、0?lgsm至200gsm、0?lgsm至150gsm、0?lgsm至100gsm、0?5gsm至300gsm、 0.5gsmS200gsm、0.5gsmSl50gsm、0.5gsmS100 gsm、0.5gsmS50gsm、1.0gsmS300gsm、 1?Ogsm至200gsm、1?Ogsm至150gsm、1?Ogsm至lOOgsm、1?Ogsm至50gsm、1?Ogsm至40gsm、 1?Ogsm至30gsm、1?Ogsm至20gsm、5?Ogsm至50gsm、5?Ogsm至40gsm、5?Ogsm至30gsm、5?Ogsm 至20gsm、10?Ogsm至300gsm、10?Ogsm至200gsm、10?Ogsm至150gsm、10?Ogsm至lOOgsm、 10 ? Ogsm 至 50gsm、50gsm 至 300gsm、50gsm 至 200gsm、50gsm 至 150gsm 或 50gsm 至 lOOgsm。本申 请所述的过滤介质的细纤维层表现出的单位面积重量可在上述范围之外。
[0084] 过滤介质和过滤介质的细纤维层可表现出适当水平的密实性。与关于单位面积重 量的类似，过滤介质和/或细纤维层的密实性会影响过滤介质的整体性能特征。例如，低密 实性可导致效率的降低，然而太高的密实性会导致通过过滤介质的压降的增加。
[0085] 过滤介质可表现出任意适当水平的密实性。如同单位面积重量，过滤介质的密实 性可根据使用过滤介质的应用变化。在一些实施方案中，过滤介质（例如，包括细纤维层和 基材）的密实性的范围可为0.001 %至75%、0.001 %至60%、0.001 %至50%、0.001 %至 40%、0.001%至30%、0.001%至20%、0.001%至10%、0.001%至1.0%、0.001%至0.1%、 0.001%至0.01%、0.01%至75%、0.01%至60%、0.01%至50%、0.01%至40%、0.01%至 30%、0.01%至20%、0.01%至10%、0.01%至1.0%、0.1%至75%、0.1%至60%、0.1%至 50%、0.1%至40%、0.1%至30%、0.1%至20%、0.1%至10%、0.1%至1.0%、1.0%至 75%、1.0%至60%、1.0%至50%、1.0%至 40%、1.0%至30%、1.0%至20%、1.0%至 10%、 10 ?0% 至75%、10.0%至60%、10.0%至50%、10.0%至40%、10.0%至30%或 10.0%至 20%。本申请所述的过滤介质表现出的密实性水平可在上述范围之外。
[0086] 过滤介质的细纤维层可表现出适当水平的密实性，其可根据过滤应用的类型变 化。对于多个实施方案，细纤维层的密实性可在关于过滤介质的上述范围中。本申请所述的 细纤维层表现出的密实性水平还可在上述范围之外。
[0087] 过滤介质和过滤介质中的细纤维层可具有任意合适的厚度，如本申请所提到的， 其根据TAPPI 411确定。在一些实施方案中，对于过滤介质或厚度太小的过滤介质中的细纤 维层而言，效率会降低(例如，由于捕获小颗粒的能力降低），减小了伽马值;然而如果过滤 介质或细纤维层的厚度太高，则压降会增加(例如，通过不允许流体自由地流过过滤介质）， 也减小了伽马值。
[0088]过滤介质可具有任意合适的厚度。过滤介质的厚度可为30微米至60mm、30微米至 50 ? 8mm、30 微米至 50mm、30 微米至 40mm、30 微米至 30mm、30 微米至 25 ? 4mm、30 微米至 20mm、30 微米至l〇mm、30微米至1.0mm、30微米至500微米、30微米至200微米、40微米至60mm、40微米 至50.8mm、40微米至50mm、40微米至40mm、40微米至30mm、40微米至25.4mm、40微米至20mm、 40微米至10mm、40微米至1.0mm、40微米至500微米、40微米至200微米、40微米至100微米、40 微米至50微米、100微米至60mm、100微米至50 ? 8mm、100微米至50mm、100微米至40mm、100微 米至30mm、100微米至25.4mm、100微米至20mm、100微米至10mm、100微米至1.0mm、100微米至 500微米、100微米至200微米、30微米至100微米、30微米至50微米、1mm至60mm、10mm至60mm、 20mm至60mm、30mm至60mm、40mm至60mm或50mm至60mm。本申请所述的过滤介质的厚度可在上 述范围之外。
[0089] 过滤介质的单个或组合在一起的细纤维层还可具有任意合适的厚度。过滤介质中 细纤维层的厚度可为10微米至60mm、10微米至50.8mm、10微米至50mm、10微米至40mm、10微 米至30mm、10微米至25.4mm、10微米至20mm、10微米至10mm、10微米至1.0mm、10微米至500微 米、10微米至200微米、10微米至100微米、10微米至50微米、20微米至60mm、20微米至 50.8mm、20 微米至 50mm、20 微米至 40mm、20 微米至 30mm、20 微米至 25.4mm、20 微米至 20mm、20 微米至l〇mm、20微米至1.0mm、20微米至500微米、20微米至200微米、20微米至100微米、20微 米至50微米、40微米至60mm、40微米至50.8mm、40微米至50mm、40微米至40mm、40微米至 30_、40微米至25.4111111、40微米至20_、40微米至101]1111、40微米至1.01]1111、40微米至500微米、 40微米至200微米、40微米至100微米、40微米至50微米、100微米至60mm、100微米至50.8mm、 100微米至50mm、100微米至40mm、100微米至30mm、100微米至25.4mm、100微米至20mm、100微 米至10mm、100微米至1.0mm、100微米至500微米、100微米至200微米、20微米至100微米或20 微米至50微米。可以理解的是，本申请所述过滤介质的细纤维层厚度可在上述范围之外。
[0090] 可以优选的是过滤介质表现出某些机械特性。例如，根据本公开内容的非织造过 滤介质可表现出提高的性能特征和有利的机械特性二者。这样的非织造过滤介质可表现出 高的伽马值(例如，大于12的伽马值)和相对高的拉伸强度(例如，大于3.0镑/英寸或3.0镑/ 英寸至200镑/英寸的MD拉伸强度）和/或挺度（例如，大于400gu或400gu至3000gu的gurley 挺度），特别地是当与更常规的非织造过滤介质相比时。在一些实施方案中，过滤介质的某 些机械特性(例如，拉伸强度、挺度)随着支撑结构(如金属网或聚合物网和/或织物材料)的 添加而提尚。
[0091] 过滤介质的拉伸强度特性可适当地变化。根据TAPPI 494测量拉伸强度。
[0092] 在一些实施方案中，非织造过滤介质在机器方向上的拉伸强度可大于1.0镑/英 寸、大于2.0镑/英寸、大于3.0镑/英寸、大于5.0镑/英寸、大于10镑/英寸、大于20镑/英寸、 大于30镑/英寸、大于40镑/英寸、大于50镑/英寸、大于60镑/英寸、大于70镑/英寸、大于80 镑/英寸、大于90镑/英寸、大于100镑/英寸或大于150镑/英寸。或者，非织造过滤介质在机 器方向上的拉伸强度可为1.0镑/英寸至200镑/英寸、1.0镑/英寸至150镑/英寸、1.0镑/英 寸至100镑/英寸、1.0镑/英寸至50镑/英寸、1.0镑/英寸至20镑/英寸、1.0镑/英寸至10镑/ 英寸、3.0镑/英寸至200镑/英寸、3.0镑/英寸至150镑/英寸、3.0镑/英寸至100镑/英寸、3.0 镑/英寸至50镑/英寸、3.0镑/英寸至20镑/英寸、3.0镑/英寸至10镑/英寸、5.0镑/英寸至 200镑/英寸、5.0镑/英寸至150镑/英寸、5.0镑/英寸至100镑/英寸、5.0镑/英寸至50镑/英 寸、5.0镑/英寸至20镑/英寸、5.0镑/英寸至10镑/英寸、20镑/英寸至200镑/英寸、100镑/英 寸至200镑/英寸、150镑/英寸至200镑/英寸、20镑/英寸至150镑/英寸、20镑/英寸至50镑/ 英寸、50镑/英寸至100镑/英寸、100镑/英寸至150镑/英寸、20镑/英寸至100镑/英寸或20 镑/英寸至50镑/英寸。应该理解的是，本申请所述的过滤介质在机器方向上的拉伸强度可 在上述范围之外。
[0093] 如上所讨论的，全部过滤介质在机器方向上的拉伸强度可通过适当地向过滤介质 的非织造部分中添加支撑结构例如金属网或聚合物网和/或织造材料来增加。例如，具有安 装或放置在其上的金属网或聚合物网和/或织造材料的过滤介质在机器方向上的拉伸强度 可大于1.0镑/英寸、大于2.0镑/英寸、大于3.0镑/英寸、大于5.0镑/英寸、大于10镑/英寸、 大于20镑/英寸、大于30镑/英寸、大于40镑/英寸、大于50镑/英寸、大于60镑/英寸、大于70 镑/英寸、大于80镑/英寸、大于90镑/英寸、大于100镑/英寸、大于150镑/英寸、大于200镑/ 英寸或大于250镑/英寸。或者，包括金属网/聚合物网和/或织造材料的过滤介质在机器方 向上的拉伸强度可为1.0镑/英寸至300镑/英寸、1.0镑/英寸至250镑/英寸、1.0镑/英寸至 200镑/英寸、1.0镑/英寸至150镑/英寸、1.0镑/英寸至100镑/英寸、1.0镑/英寸至50镑/英 寸、1. 〇镑/英寸至20镑/英寸、1.0镑/英寸至10镑/英寸、3.0镑/英寸至300镑/英寸、3.0镑/ 英寸至200镑/英寸、3.0镑/英寸至150镑/英寸、3.0镑/英寸至100镑/英寸、3.0镑/英寸至50 镑/英寸、3.0镑/英寸至20镑/英寸、3.0镑/英寸至10镑/英寸、5.0镑/英寸至300镑/英寸、 5.0镑/英寸至200镑/英寸、5.0镑/英寸至150镑/英寸、5.0镑/英寸至100镑/英寸、5.0镑/英 寸至50镑/英寸、5.0镑/英寸至20镑/英寸、5.0镑/英寸至10镑/英寸、20镑/英寸至300镑/英 寸、20镑/英寸至200镑/英寸、20镑/英寸至150镑/英寸、20镑/英寸至100镑/英寸或20镑/英 寸至50镑/英寸。本申请所述的全部过滤介质在机器方向上的拉伸强度可在上述范围之外。
[0094] 非织造过滤介质可具有任意合适的挺度特性。在一些实施方案中，非织造过滤介 质的挺度可大于50gu、大于100gu、大于200gu、大于300gu、大于400gu、大于500gu、大于 600gu、大于700gu、大于800gu、大于900gu或大于lOOOgu、大于1500gu、大于2000gu或大于 2500gu。例如，非织造过滤介质的挺度可为50gu至3000gu、60gu至3000gu、70gu至3000gu、 80gu至3000gu、90gu至3000gu、100gu至3000gu、200gu至3000gu、300gu至3000gu、400gu至 3000gu、500gu至3000gu、600gu至3000gu、700gu至3000gu、800gu至3000gu、900gu至3000gu、 lOOOgu至3000gu、2000gu至3000gu、50gu至2000gu、60gu至2000gu、70gu至2000gu、80gu至 2000gu、90gu至2000gu、lOOgu至2000gu、200gu至2000gu、300gu至2000gu、400gu至2000gu、 500gu至2000gu、600gu至2000gu、700gu至2000gu、800gu至2000gu、900gu至2000gu或lOOOgu 至2000gu。本申请所述的非织造过滤介质的挺度值可在上述范围之外。
[0095]如进一步所讨论的，全部过滤介质的挺度可通过向过滤介质的非织造部分中适当 地添加支撑结构例如如金属网或聚合物网和/或织造材料来提高。例如，具有安装或布置在 其上的金属网/聚合物网和/或织造材料的过滤介质的挺度可大于50gu、大于lOOgu、大于 200gu、大于 300gu、大于400gu、大于 500gu、大于600gu、大于 700gu、大于 800gu、大于 900gu、 大于lOOOgu、大于1500gu、大于2000gu、大于2500gu、大于3000gu或大于3500gu。或者，具有 金属网/聚合物网和/或织造材料的过滤介质的挺度可为50gu至4000gu、100gu至4000gu、 200gu至4000gu、300gu至4000gu、400gu至4000gu、500gu至4000gu、600gu至4000gu、700gu至 4000gu、800gu至4000gu、900gu至4000gu、lOOOgu至4000gu、2000gu至4000gu、3000gu至 4000gu、50gu至3000gu、60gu至3000gu、70gu至3000gu、80gu至3000gu、90gu至3000gu、lOOgu 至3000gu、200gu至3000gu、300gu至3000gu、400gu至3000gu、500gu至3000gu、600gu至 3000811、70(^11至3000811、800811至3000811、900811至3000811、1000811至3000811、2000811至 3000gu、50gu至2000gu、60gu至2000gu、70gu至2000gu、80gu至2000gu、90gu至2000gu、lOOgu 至2000gu、200gu至2000gu、300gu至2000gu、400gu至2000gu、500gu至2000gu、600gu至 2000gu、700gu 至 2000gu、800gu 至 2000gu、900gu 至 2000gu 或lOOOgu 至 2000gu。本申请所述的 全部过滤介质的挺度值可在上述范围之外。
[0096] 本公开内容的挺度测量如根据TAPPI T543 om-94干过滤介质在机器方向上以单 位gu(相当于毫克)记录的Gurley挺度(抗弯曲性)进行测量。
[0097] 可以理解的是，根据本公开内容的过滤介质可表现出可提供优于现有技术优点的 其他机械特性。
[0098] 根据本公开内容的过滤介质可表现出某些过滤性能特性。
[0099] 例如，过滤介质可通过渗透率来表征，通常以百分数表示，如下定义：
[0100] % 渗透率= C/Cq*100
[0101] 其中c是在颗粒通过过滤介质之后所测量的颗粒浓度，并且Co是在颗粒通过过滤 介质之前所测量的颗粒浓度。过滤效率如下定义：
[0102] %效率=100-%渗透率
[0103] 渗透率/效率的典型测试包括使小颗粒流过过滤介质并且测量通过过滤介质的颗 粒的百分数。如本申请所测定的，效率的最初渗透测试（"低效率测试"）使用TAI 100P透度 计进行，并且包括以约5.3cm/秒的通过过滤介质的面速度使过滤介质暴露于直径约0.3微 米的D0P气溶胶颗粒。如果测量的过滤介质的效率小于或等于90%，则确定所测量该值为过 滤介质的效率，并且在一些情况下可归类为适用于ASHRAE应用的过滤介质。对于所测量的 效率水平大于90%而言，使用适合于较高效率过滤介质的后续渗透测试。使用TSI 3160透 度计进行这种后续渗透测试（"高效率测试"），并且使过滤介质经受以约2.5cm/秒的通过过 滤介质的面速度移动的直径为约0.12微米的颗粒。
[0104] 如所讨论的，本申请所述的过滤介质可用于可需要某些水平效率的广泛范围的应 用。
[0105] 在一些情况下，其中可使用过滤介质的应用的类型可部分通过过滤介质的过滤性 能来确定。例如，根据本公开内容的过滤介质可根据最高的EN 1822过滤器分类(例如，超低 渗透空气(ULPA))分类，并因此如通过高效率测试所测量的，所述过滤介质表现出的效率可 为99.95%至99.999995%。或者，过滤介质可适用于HVAC应用，其根据如通过低效率测试所 测量的70%至80%效率来分类。对于HEPA应用而言，如通过高效率测试所测量的，过滤介质 表现出的效率大于90 %。
[0106] 或者，本申请所述的过滤介质可表现出相比较低的效率，例如，如通过低效率测试 所测量的，为2%至20%。在一些实施方案中，使用适当的低效率测试和/或高效率测试，过 滤介质表现出的效率可为2 % 至99.9999995%、5 % 至99.9999995 %、10% 至99.9999995 %、 20%至99.9999995%、30%至99.9999995%、40%至99.9999995%、50%至99.9999995%、 60%至99.9999995%、70%至99.9999995%、80%至99.9999995%、90%至99.9999995%、 95 % 至99.9999995 %、99.9 % 至99.9999995 %、99.95 % 至99.9999995 %、9.995 % 至 99.9999995 %、99.9995 % 至99.9999995 %、99.99995 % 至99.9999995 %、99.999995 % 至 99.9999995%、2 % 至99.999995 %、5 % 至99.999995 %、10 % 至99.999995 %、20 % 至 99.999995%、30 % 至 99.999995 %、40 % 至 99.999995 %、50 % 至 99.999995 %、60 % 至 99.999995%、70 % 至 99.999995 %、80 % 至 99.999995 %、90 % 至 99.999995 %、95 % 至 99.999995%、99.9%至99.999995%、99.95%至99.999995%、9.995%至99.999995%、 99.9995 %至 99.999995%、99.99995% 至 99.999995%、2% 至50%、5 %至50 %、10% 至 50%、20%至50%、30%至50%、40%至50%、50%至99%、50%至99%、60%至99%、70%至 99%、80%至99%、90%至99%、95%至99%、95%至99.99%或95%至99.9%。可以理解的 是，本申请所述的过滤介质可表现出任意合适范围的效率，其可以是取决于应用的，包括上 述范围之外的效率水平。
[0107] 如本申请所述，通过过滤介质的小颗粒的渗透百分数（即，过滤介质的效率)可一 般地与过滤介质中的玻璃纤维的尺寸有关。例如，将细纤维(较高的表面积)并入过滤介质 的一个或更多个层中会引起渗透百分数的降低（即，较高的效率），然而将粗纤维(较低表面 积)并入过滤介质的一个或更多个层中会引起渗透百分数的增加(即，较低的效率）。
[0108] 基于上述的空气渗透率/效率测试使用ATI 100P透度计测量通过过滤介质的压 降，也称为流动阻力。除非另有说明，否则本申请所讨论的压降是在上述低效率测试开始时 所测量的初始压降。在一些实施方案中，在测试期间通过过滤介质的初始压降小于200mm H2O、小于 150mm H2O、小于 100mm H2O、小于50mm H2O、小于 10mm H2O、小于5.0mm H2O、小于 1.0mm H2O或小于0.5mm H2O。例如，在测试期间通过过滤介质的初始压降可为0.1mm H2O至 200mm H2〇、0.5mm H2O至200mm H2O、1.0mm H2O至200mm H20、5.0mm H2O至200mm H2〇、10mm H2O至200mm H2〇、20mm H2O至200mm H2〇、50mm H2O至200mm H2O、100mm H2O至200mm H2O、 0.1mm H2O至 100mm H2〇、0.5mm H2O至 100mm H2O、1.0mm H2O至 100mm H2〇、5.0mm H2O至 100mm H2〇、10mm H2O至 100mm H2〇、20mm H2O至 100mm H2〇、50mm H2O至 100mm H2〇、0.1mm H2O至50mm H2〇、0.5mm H2O至50mm H2O、1.0mm H2O至50mm H2〇、5.0mm H2O至50mm H2〇、10mm H2O至50mm H2O或20mm H2O至50mm H2〇、0.1mm H2O至 10mm H2〇、0.2mm 出0至5.〇111111 H2〇、0.3mm H2〇至 1.0mm H2〇、0.4mm H2O至0.8mm H2〇、10mm H2O至 100mm H2〇、20mm H2O至80mm H2〇、30mm H2O至 70mm H2〇、40mm H2O至60mm H2〇、50mm H2O至 150mm H2〇、60mm H2O至 140mm H2〇、70mm H2O至 130mm H2〇、80mm H2O至120mm H2O或90mm H2O至110mm H2O。可以理解的是，本申请所述的过 滤介质可表现出任意合适范围的初始压降，包括上述范围之外的压降值。
[0109] 对于过滤应用来说，通常有用的是基于通过过滤介质的渗透率与压降之间的关系 评价多种过滤介质。因此，过滤介质可根据伽马值来评价，所述伽马值根据下式表示：
[0110] 伽马值=[_log( %渗透率/100)/压降，mmH20) ] * 100
[0111] -般而言，期望的是通过过滤介质的压降是低的，允许流体流过过滤介质；同时， 还期望的是过滤介质表现出相对高的效率，其中粉尘颗粒被捕获并且阻止其渗透通过过滤 介质。基于上式，当通过过滤介质的压降降低时，伽马值增加，并且当过滤介质的效率提高 时，伽马值也增加。因此，根据上述关系，斜率越陡或者伽马值越高表示过滤性能越好。
[0112] 如由使用上述渗透测试所测量的效率值和初始压降值计算的，根据本公开内容的 过滤介质可具有适当高的伽马值。也就是说，在确定伽马值中，当使用低效率测试所测量的 效率小于或等于90%时，将由低效率测试测量的效率值和压降值二者输入到伽马值计算 中。然而，当使用低效率测试所测量的效率大于90%时，将由高效率测试所测量的效率值和 由低效率测试所测量的初始压降值输入到伽马值计算中。在一些实施方案中，过滤介质的 伽马值大于4、大于5、大于6、大于7、大于8、大于10、大于12、大于14、大于16、大于18、大于 20、大于22或大于24。在一些情况下，本申请所述的过滤介质的伽马值可为2至25、10至25、 15至25、20至25、2至20、4至20、6至20、8至20、10至20、12至20、14至20、16至20、2至16、4至 16、6至 16、8至 16、10至16、12至16、2至12、4至12、6至12、8至12、10至12、2至8、4至8或6至8。 应该理解的是，过滤介质表现出的伽马值可在上述范围之外。
[0113] 本申请所述的过滤介质可表现出适当的容尘量。容尘量为当达到通过过滤介质的 特定压降时过滤介质暴露于一定量的细粉尘之前的重量与其暴露于细粉尘之后的重量之 差除以纤维网的面积。容尘量可根据每平方厘米的介质（例如，通过100cm 2的测试面积）中 捕获的粉尘的重量(mg)来确定。如本申请所确定的，使用ASHRAE 52.2平板实验台以15fpm 速度测量容尘量，其中当测量容尘量时的最终压降为1.5英寸的H20柱。虽然不排除其他过 滤应用的容尘量测量，但是可以理解的是，该容尘量测试可特别应用于表现出的效率小于 或等于90 %的过滤介质。
[0114]在一些实施方案中，过滤介质的容尘量可大于5g/m2、大于10g/m2、大于20g/m 2、大 于 30g/m2、大于 40g/m2 或大于 50g/m2、大于 100g/m2、大于 150g/m2、大于 200g/m2、大于 250g/ m2、大于 300g/m2、大于 400g/m2、大于 500g/m2、大于 600g/m2、大于 700g/m2、大于 800g/m2 或大 于 900g/m2。或者，过滤介质的容尘量可为 5g/m2 至 100(^/1112、58/1112至90(^/1112、58/111 2至80(^/ 1112、5区/1112至70(^/1112、5区/111 2至60(^/1112、5区/1112至50(^/1112、5区/111 2至40(^/1112、5区/1112至30(^/1112、 100g/m 2 至700g/m2、200g/m2至600g/m2、200g/m 2至400g/m2、400g/m2至600g/m2、10g/m 2至 300g/m2、20g/m2 至 300g/m2 或 50g/m2 至 300g/m2、100g/m2 至 300g/m2、150g/m2 至 300g/m2、200g/ m2 至 300g/m2、5g/m2 至 200g/m2、10g/m2 至 200g/m2、20g/m2 至 200g/m2、50g/m2 至 200g/m2、100g/ m2 至 200g/m2、150g/m2 至 200g/m2、5g/m2 至 50g/m2、10g/m2 至 40g/m2、20g/m2 至 30g/m2、30g/m2 至 50区/1112、4〇8/1112至5〇8/1112、5〇8/111 2至15〇8/1112、7〇8/1112至13〇8/1112、9〇8/111 2至11(^/1112、15〇8/1112至 300g/m2、180g/m 2至250g/m2或200g/m2至230g/m2。过滤介质表现出的容尘量值可在上述范围 之外。
[0115] 过滤介质可表现出合适的透气率特征。如本申请所确定，根据ASTM D737用 Frazier渗透测试仪测量渗透率。在一些实施方案中，过滤介质的透气率可大于0.5立方英 尺/(分钟?平方英尺）（cfm/sf)、大于0.6cfm/sf、大于l.Ocfm/sf、大于1.3cfm/sf、大于 1 ? 5cfm/sf、大于2 ? Ocfm/sf、大于5 ? Ocfm/sf、大于 10cfm/sf、大于 20cfm/sf、大于30cfm/sf、 大于 40cfm/sf、大于 50cfm/sf、大于 100cfm/sf、大于 200cfm/sf、大于 500cfm/sf、大于 700cfm/sf、大于1000cfm/sf或大于1300cfm/sf。或者，过滤介质的透气率可为0.5cfm/sf至 1500cfm/sf、0?6cfm/sf至1350cfm/sf、1?Ocfm/sf至1000cfm/sf或1?3cfm/sf至300cfm/sf。 过滤介质表现出的透气率可在上述范围之外。
[0116] 过滤介质的细纤维层还可表现出合适的透气率特征。对其中并入细纤维层的过滤 介质进行独立地测试，在一些实施方案中，细纤维层的透气率可为〇.lcfm/sf至1500cfm/ sf、0 ? 2cfm/sf 至1000cfm/sf、0 ? 5cfm/sf 至 1000cfm/sf 或1 ? Ocfm/sf 至 500cfm/sf。细纤维层 表现出的透气率可在上述范围之外。
[0117] 可使用任意合适的方法产生本申请所述的过滤介质。在一些实施方案中，可使用 非织造、湿法成网加工技术或其他适当的方法分别形成过滤介质的单个层。
[0118] 在一些实施方案中，例如，与并入包含细玻璃纤维和粗玻璃纤维的共混物的单个 层的过滤介质相比较，使根据本公开内容的多个细纤维层在基材上互相控制层叠导致过滤 介质表现出更高的伽马值。
[0119] 本申请所述的过滤介质的层可沿着相同的机器线连续地形成或者可互相单独地 形成（例如，在单独的成形器/网上或者在单独的生产运行中），并且然后层合或放置在一 起。因此，可根据期望的加工条件和材料组合调整各个过滤介质的单个层以具有特定的特 性。
[0120] 例如，在常规的成形方法中，无论通过喷涂、真空和/或其他方法施加，向过滤介质 中添加粘结剂成分(例如，胶乳树脂)可在纤维浆料从流浆箱或压力成形器中出来之后在成 形网的表面上发生。因此，粘结剂成分在形成期间或之后渗透通过整个过滤介质。
[0121] 然而，根据本公开内容，在网上形成纤维网之前如在流浆箱混合阶段期间并且在 一些情况下在流浆箱混合阶段之前（例如，通过抄取法），还可在上游发生粘结剂成分的添 加。因此，使用本申请所述的方法，可以控制将粘结剂或任意其他组分(例如，含氟化合物、 有机硅等)应用至过滤介质的一个或更多个层，独立于其他层，其中在形成期间或之后在不 同层之间的组分仅有少量的交叉迀移(如果有）。因此，通过使粘结剂成分与细纤维层分离 并且并入基材中，可以产生根据本公开内容的过滤介质以表现出除良好机械特性(例如，允 许过滤介质打褶的机械特性)之外的高伽马值。因此，可维持提供过滤介质的成褶性的粘结 剂的有益效果，同时降低或基本上排除将以其他方式降低过滤介质的伽马值的粘结剂的不 利效果。
[0122] 在一些实施方案中，过滤介质的一个或更多个层可通过在水溶液中使细玻璃纤维 和其他组分混合以形成细玻璃纤维的浆料来产生。然后细玻璃纤维的浆料可在成形网的表 面上被适当地脱水或干燥。例如，细玻璃纤维可以与一种或更多种组分(例如，含氟化合物、 有机硅组分)组合以形成充当用于细纤维层前体的纤维浆料。
[0123] 在一些实施方案中，除形成细纤维层之外，在形成用于基材的前体或用于形成基 材的基材层中，纤维(例如，细玻璃纤维、粗玻璃纤维、合成纤维)的共混物可与多种组分(例 如，粘结剂树脂)混合在一起进入相应的纤维浆料中。基材和一个或更多个细纤维层可组合 成具有有利特性的过滤介质。
[0124] 在一些实施方案中，一旦适当地形成第一层，则第二层可直接地形成在第一层上； 例如，第一层和第二层可沿着彼此相同的线形成。在一些实施方案中，基材层和细纤维层以 连续的方式沿着相同的线形成。也就是说，如本领域的技术人员所理解的，基材层或其他合 适的层可在造纸机网的表面上形成；并且细纤维层或其他合适的层可在相同的造纸机上、 在造纸机的相同或不同的网上形成。或者，基材可以是预制造的纤维网，并且细纤维层可放 置在或以其他方式位于基材上。
[0125] 如上所讨论的，虽然过滤介质的基材可包含任意合适组合的组分(如玻璃纤维、合 成纤维、粘结剂成分、添加剂等），但是在一些实施方案中，过滤介质的细纤维层可包含细玻 璃纤维和其他组分(例如，含氟化合物和有机硅成分），如果有的话，也只是少量的粘结剂成 分。
[0126] 因此，本申请所述的方法可提供形成过滤介质的基材层或其他层的能力，所述过 滤介质可包含合适量的粘结剂成分和一个或更多个细纤维层，所述一个或更多个细纤维层 可基本上不含粘结剂成分。虽然可在相同的机器系统上沿着连续的线发生基材层和细纤维 层的形成，但是几乎没有乃至完全没有从基材层至细纤维层的交叉污染，或者在一些情况 下，反之亦然。
[0127] 产生具有沿着相同的连续线（例如，成形网/机器)形成或单独形成（例如，在不同 的网/机器上形成）的多个层的过滤介质可具有某些优点。例如，每个层可经历独立的处理 和/或包含一种或更多种组分而不会影响过滤介质的其他层。
[0128] 对于一些实施方案而言，如上所讨论的，可以期望的是，基材起相对开放的基础层 (例如，开放的非织造稀松织物）的作用，还表现出某种程度的成褶性以及为细纤维层提供 支撑。因此，可以期望的是，基材包含粘结剂成分。
[0129] 还可以期望的是，细纤维层起效率层的作用，允许流体从其中流过同时还捕获了 小粉尘颗粒。因此，可以优选的是，细纤维层包含含氟化合物成分和/或有机硅成分，但也可 以基本上不合粘结剂成分，其可以以其他方式阻碍流体(例如，空气、液体)流动，导致压降 的增加。
[0130] 在一些实施方案中，细纤维层和/或基材层可使用湿法成网法使用适用于造纸的 设备，例如水力碎浆机、成形器(例如，压力成形器)或流浆箱、干燥机和/或转换器形成。例 如，在形成每个细纤维层和/或基材层中，可在一个或更多个碎浆机中制备浆料或纤维混合 物。纤维混合物可在碎浆机之中或在从碎浆机出来之后经历抄取法以形成合适的悬液。纤 维混合物(或其悬液)可被栗送至流浆箱或压力成形器中，其中混合物可以或不可以与其他 混合物组合，或者可以或不可以添加添加剂。
[0131] 可以理解的是，本申请所述的过滤介质可根据任意合适组合的制造技术制造，下 面描述了所述制造技术的实例。
[0132] 在一些实施方案中，过滤介质通过多层压力成形器流浆箱产生。图2a至2d中示出 了使用时双层压力成形器流浆箱的示意性非限制性实例。如图所示，成形系统100包括具有 两个隔室112、114的多层压力成形器110,在所述两个隔室中混合相应的玻璃纤维浆料。如 以下进一步描述，相应隔室中的内容物可在进入压力成形器(或其他合适的流浆箱)之前或 在压力成形器自身的隔室中经历适当的抄取法(未在图中示出）。
[0133] 图2a中的虚线箭头示出了纤维混合物的内容物进入到压力成形器的相应隔室中。 可以期望的是，混合物进入压力成形器或其他合适的流浆箱以在搅拌或形成期间保持均匀 的稠度。因此，例如，当进入压力成形器时，混合物可被分到多个入口（未示出），其中混合物 被注入到压力成形器的合适的隔室中。
[0134] 压力成形器110的隔室112、114通过隔板（lamella)120隔开，所述隔板120用来分 离包含于相应隔室中的材料。一旦准备如图2b所示的形成方法，相应的纤维层22、42从压力 成形器110的相应隔室中出来。在一些实施方案中，如图所示，隔板120可任选地由压力成形 器进一步向下游延伸，以进一步防止两种水性浆料之间的组分的混合。因此，在所示的实施 方案中，纤维层42直接出来到形成网130的表面上，同时纤维层22保持在隔板120上，与纤维 层42分离。
[0135] 形成为过滤介质的基材层的下纤维层42在形成上纤维层22之前通过向下的真空 干燥经历脱水，形成为过滤介质的效率层。下纤维层42如虚线箭头所示的在向下方向上进 行脱水。因此，下纤维层42的内容物被固定，由于脱水和至少部分的干燥，降低了这样的内 容物迀移至上纤维层22的可能性。
[0136] 如图2c所示，允许细纤维层22、42沿着成形网130适当地进一步向下游移动并且通 过隔板120的末端，以便将上纤维层22放置于下纤维层42上。由于下纤维层42已经经历了适 当程度的脱水，所以然后可对上纤维层22进行适当地脱水。如此，纤维层22、42二者同时在 向下的方向上进行脱水，如虚线箭头所示。
[0137] 在一些实施方案中，可以期望的是，保持下纤维层42的某些内容物(例如，粘结剂 成分)远离上纤维层22;然而，可允许的是，上纤维层22的内容物渗入或以其他方式迀移到 下纤维层42(例如，含氟化合物成分、有机硅成分）中。根据过滤介质的最终应用，可以理解 的是，沿着相同的连续线形成或单独地形成并且然后层合或以其他方式粘附在一起的多个 层中的每个可适当地调整以包含任意合适组合的组分。
[0138] 由于对两个层进行适当地脱水并例如形成在成形网或筛上，所以细纤维层20可适 当地粘附或以其他方式位于基材层40上(如图2d所示）以形成过滤介质。
[0139] 在一些实施方案中，在脱水期间或之后，湿法成网的纤维网可通过一系列滚筒干 燥器以在适当的温度(例如，约275°F至325°F或适用于干燥的任意其他温度）下干燥。对于 一些情况而言，典型的干燥时间可变化直到复合纤维的含水量是期望的。在一些情况下，湿 法成网的干燥可使用红外线加热器进行。在一些情况下，干燥将有助于固化纤维网。此外， 经干燥的纤维网可适当地卷绕用于下游过滤介质的处理。
[0140] 或者，在一些实施方案中，过滤介质可使用利用沿着成形线位于合适位置的多个 流浆箱的设置来产生。
[0141] 图3a至3d示出了成形系统200的示意性非限制性实例，所述成形系统200包括沿着 连续成形线位于第一位置的第一流浆箱210,和第一位置下游沿着相同成形线位于第二位 置的第二流浆箱220。每个流浆箱210、220包括隔室，其中引入相应的玻璃纤维混合物并搅 拌。如上所讨论的，每个流浆箱中的内容物可在进入流浆箱之前或在流浆箱本身中经历适 当的抄取法。
[0142] 图3a示出了举例说明纤维混合物的内容物(例如，纤维玻璃浆料)进入相应的流浆 箱的虚线箭头。为了混合物进入相应的流浆箱以在搅拌和形成期间保持合适的均匀稠度， 如果优选的话，可向各流浆箱提供相应纤维混合物进入的多个入口（未示出）。
[0143] 在一些实施方案中，第一流浆箱210可包括用于形成基材层(例如，基础层、稀松织 物、衬板等）的组分的混合物;并且第二流浆箱220可包含用于形成细纤维层(例如，效率层 等）的组分的混合物。当适当地混合并准备形成(例如，在网或筛上）时，各纤维浆料从流浆 箱出来并且在成形网230的表面上其上合适的位置处形成。
[0144] 图3b示出了下纤维层42,其从第一流浆箱210中出来，形成过滤介质的基材层。在 上纤维层22从第二流浆箱出来之前，下纤维层42通过真空经历向下的脱水。下纤维层42在 向下的方向上进行脱水，如虚线箭头所示。
[0145] 在一些实施方案中，第二流浆箱220位于第一流浆箱210下游的形成区域中，其中 下纤维层42适当地固定在成形网230上，例如，使得基本上已经形成干纤维网。在一些情况 下，可以优选的是，只有对下纤维层42进行合适地干燥之后，将形成为细纤维层的上纤维层 22设置在下纤维层42上，从而减小来自下纤维层42的组分迀移到上纤维层22的机会。
[0146] 如图3c所示，下纤维层42沿着成形网230向下游进一步移动，并且当充分脱水（例 如，使得下纤维层的内容物合适地被固定)时，上纤维层22从第二流浆箱220中出来并设置 在第一纤维层上。
[0147] 在这个实施方案中，上纤维层22通过上方喷衆成形器(top former，未示出）施加 的真空在向上的方向（如虚线箭头所示)上经历脱水。因此，纤维层22、42二者在不同的方向 上同时脱水，进一步减小每个纤维层中内容物互混的机会。可以理解的是，在一些情况下， 可以优选的是两个纤维层在相同方向上进行脱水和/或不使用上方喷浆成形器。
[0148] 如图3d所示，当两个层合适地进行脱水并形成时，细纤维层20可适当地粘附或以 其他方式位于基材层40上以形成过滤介质。
[0149] 可以理解的是，可使用本申请所述的方法的多种组合。例如，多层压力成形器可与 第二流浆箱(设置在多层压力成形器的下游)结合使用。或者，甚至可沿着成形线设置更多 的流浆箱、压力成形器、真空箱、上方喷浆成形器、抄取隔室、供给线/管道等，以可以以连续 的工艺沿着相同的机器方向形成多个纤维层。
[0150] 在一些实施方案中，而不是直接地将第二纤维层放置在第一纤维层上，而是第一 纤维层或第二纤维层可在单独的网（图中未示出）上形成，或者可预制造，并且可在部分或 完全地固定之后将两个层放到一起。
[0151] 因此，本申请所述的方法可用于产生具有设置在基材上的多个细纤维层的过滤介 质。例如，多个流浆箱(例如，用于形成多层或单层设置、压力成形器等)可沿着机器或成形 网位于合适的位置以便多于一个的纤维层可以以连续的方式形成并位于合适的基材上。或 者，除了在单个机器/网设置上的连续线工艺之外，细纤维层可单独地形成(例如，在单独的 成形网/机器上），并且随后层合、放置和/或粘附一个至另一个的顶部。在这些方法的每一 个中，过滤介质的多个层以受控的方式形成，其中每个层可经历独立的处理和/或包含一种 或更多种组分而不影响过滤介质的其他层。
[0152] 在一些实施方案中，浆料从第二流浆箱中流出的速度可与网速度密切匹配，以便 减小当上纤维层设置在下纤维层上时破环任意纤维层的机会。可通过调整第二流浆箱的流 动特征、排出速率、流速以及使用上方喷浆成形器的合适构造和/或用于向上和/或向下脱 水的其他真空箱，控制层之间的互混量。
[0153] 为了进一步减小两层之间的内容物不期望混合的机会，可降低上层的形成区域中 的排出速率，以向下层的内容物向上迀移到上层提供更少的机会。
[0154] 还可通过以比常规制浆工艺相比较更温和的方式对纤维制浆来改善两层的隔离。 在一些情况下，仅使用轻微水平的搅拌或最少量的酸分离并分散纤维可有助于避免纤维不 期望的破碎或切断，这可以反过来导致纤维层之间内容物的泄漏。
[0155] 在一些实施方案中，如果期望进一步减小层的互混，再参照图1，可在基材40与细 纤维层20之间添加中间层30。例如，可通过在多层压力成形器中提供额外的隔室或者通过 向所诉系统提供额外的流浆箱来添加中间层30。在一些实施方案中，中间层30可由平均纤 维直径比基材40小但比细纤维层20大的纤维混合物构成。在一些实施方案中，中间层30可 有效地捕获小纤维，并因此减少细纤维层的细纤维迀移到基材中的机会。或者，在一些实施 方案中，可在中间层和基材之间设置细纤维层，用于保护和改善的耐久性。
[0156] 可适当地调整由流浆箱下游的真空成形器所引起的流浆箱流率和排出速率以获 得合适的薄原料速度(例如，将浆料从流浆箱或压力成形器中出来的速度)和网速度之比。 例如，可通过使流浆箱流率和排出速率的组合调整第二纤维层(例如，形成为细纤维层）的 速度以大致匹配第一纤维层(例如，形成为基材层)的速度。在一些实施方案中，薄原料速度 与网速度或第二纤维层的流率之比为0.1至1.5、0.3至1.3或0.8至1.2。
[0157] 如所讨论的，除玻璃纤维之外的组分可并入用于过滤介质的每个相应层的配料 (例如，在进入流浆箱或压力成形器之前、期间或之后）。在一些实施方案中，可在基材层和 细纤维层的形成中使用单个化学物质。例如，关于细纤维层，可在流浆箱阶段之前、期间或 之后向纤维混合物中添加含氟化合物成分和有机硅成分。或者，关于基材层，也在相对于流 浆箱的任意阶段，可向除了任选地包含含氟化合物成分和/或有机硅成分之外的纤维混合 物中添加粘结剂成分。作为实例，可向基材层提供胶乳粘结剂和氟碳化合物(例如，含氟丙 烯酸酯）以表现出成褶性，然而，所述胶乳粘结剂可与细纤维层保持分离。
[0158] 如上所讨论的，在一些实施方案中，在进入流浆箱和/或压力成形器之前或在流浆 箱和/或压力成形器中，使用抄取法形成纤维聚集体和其中的内容物。例如，可在向流浆箱 或压力成形器中在注入混合物之前在合适的隔室(例如，管道、容器）中进行抄取法。在这样 的方法中，向水中添加纤维和多种组分(例如，含氟化合物成分、有机硅成分）以便形成包含 纤维混合物的含水浆料。多种组分可包含例如，含氟化合物成分和/或有机硅成分，其可允 许纤维混合物保持一般地均匀稠度以及提高纤维网的伽马值特征。
[0159] 在抄取法中，纤维混合物可包含含有并入到纤维网中的多种组分的浆料，并且可 经历例如，通过安装在轴状主轴上的旋转叶片提供的合适搅拌。可在合适的温度如约50F至 约100F下，或在该范围之外的温度下搅拌浆料。可搅拌浆料保持合适的时间段以导致在浆 料中期望的百分比固体，例如，1%至10%。还可在连续搅拌期间依次向批料中添加多种组 分。
[0160]絮凝剂和凝结剂，无论是添加到碎衆机、容置箱(holding chest)中、或者一致地 添加至纤维混合物，可用于形成短和/或薄纤维的小絮凝物。絮凝的纤维可一般地具有迀移 到基础介质(例如，基材层)的低趋势，并因此可改善过滤介质的层分离和整体性能。在一些 实施方案中，絮凝剂可用于使粘结剂成分不稳定，导致颗粒(例如，胶乳颗粒）的凝聚，其可 进一步减少粘结剂向细纤维层的迀移。
[0161]在一些实施方案中，例如，可通过絮凝剂或促凝剂向纤维混合物施加静电荷。可向 纤维混合物中添加一种或更多种离子试剂作为絮凝剂或凝结剂以向纤维混合物的纤维和/ 或其他组分给予静电荷。离子试剂可以是用于向纤维混合物给予净正电荷的阳离子试剂或 者是向纤维混合物给予净负电荷的阴离子试剂。例如，在湿法成网法期间，可向纤维混合物 中添加离子试剂以引起其中的纤维和/或其他组分表现出净正静电荷或净负静电荷，产生 具有正电荷或负电荷组分的悬液。
[0162] 在一些实施方案中，离子试剂包含以下中的至少一种：改性淀粉、矾(例如，硫酸 铝、硫酸钾铝）、聚胺、聚酰胺、水溶性阳离子多价盐、阳离子改性淀粉、聚丙烯酰胺、非离子 聚环氧乙烷、阳离子膨润土、页硅酸铝、阳离子聚胺衍生物、伯胺、甲胺、乙醇胺、仲胺、二甲 胺、甲基乙醇胺、双胍、阳离子氨基-硅化合物、阳离子纤维素衍生物、阳离子淀粉、季聚二醇 胺缩合物、季胶原多肽、阳离子甲壳质衍生物、三聚氰胺-甲醛、环胺、叔胺、三甲胺、氮丙啶、 哌啶、N-甲基哌啶、苯胺、芳香族胺、二烯丙基二甲基卤化铵、季铵盐、银-胺-卤化物、季胺、 季酰胺、季酰亚胺、苄烷铵、硅胶、阳离子瓜耳胶、阳离子聚酰胺-表氯醇加合物及其组合。所 述试剂可以是高度离子性的（例如，阳离子、阴离子），并因此，可以向纤维和其他组分给予 静电荷。该试剂可以包含包括以下的溶剂：例如，水、乙酸、丁醇、异丙醇、丙醇、乙醇、甲醇、 甲酸、醋酸乙酯、四氢呋喃、二氯甲烷、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、己烷、苯、甲苯、 二乙醚、氯仿、1，4_二嚷烷或其组合。可使用其他离子性试剂。
[0163] 可以以纤维混合物的任意合适重量百分数提供离子试剂。在一些实施方案中，可 以以纤维层的以下重量百分数向组成细纤维层或基材层的混合物提供离子试剂:按重量计 小于5.0%、小于3.0%、小于2.0%、小于1.0%、小于0.5%、小于0.1 %。例如，向细纤维层或 基材层提供的离子试剂的重量百分数按重量计可为纤维层的0.01 %至5.0%、0.05%至 5.0%、0.1%至5.0%、0.5%至5.0%、1.0%至5.0%、0.01%至1.0%、0.05%至1.0%、 0.1 %至1.0%或0.5%至1.0%。
[0164] 对于形成为基材的层，可通过抄取法向配料中添加玻璃纤维、粘结剂成分和/或其 他组分。在一些实施方案中，如上所讨论的，可以期望的是，基材表现出成褶性，可通过包含 粘附至纤维的合适的粘结剂成分(例如，胶乳树脂)来提供成褶性。一旦应用合适的静电荷， 并且达到了混合物的纤维或其他组分期望的等电点，则在溶剂中产生悬液(例如，由于静电 排斥)。
[0165] 对于形成为细纤维层的层，可组合细玻璃纤维、含氟化合物成分和/或有机硅成分 并通过抄取法加工，其可有助于保持含氟化合物成分和有机硅成分对纤维的粘附。在一些 情况下，虽然不是所有情况，但对于作为形成细纤维层(例如，效率层)的前体提供的纤维混 合物，可不考虑粘结剂成分。如上所讨论的，施加静电荷，并且与其混合的纤维和组分凝结 以在溶剂中形成悬液(例如，由于静电排斥）。
[0166] 在一些实施方案中，在将混合物运送至流浆箱(例如，作为浆料)之前，混合物可通 过离心式清洁器用于移除未纤维化的玻璃或丸粒。混合物可以或不可以通过另外设备如精 炼机或高频疏解机(def laker)以进一步提高纤维的分散。
[0167] 可以理解的是，本申请所述的用于形成过滤介质和过滤介质的单个层的方法不意 味着受限制。也就是说，可以以任意合适的方式组合和/或改进部分方法以产生具有良好特 征的过滤介质。
[0168] 本申请所公开的过滤介质可并入到用于多种应用(包括HEPA、ASHRAE、ULPA和其他 类型的空气过滤或净化）的各种过滤元件中。例如，过滤介质可用于加热和空气调节管道。 过滤介质还可用于与其他纤维组合作为预滤器，如例如，充当高效过滤应用(例如，HEPA)的 预滤器。过滤器元件可具有本领域已知的任意合适构造，包括袋式过滤器和板式过滤器。
[0169] 过滤介质可用于许多其他应用，如用于制药操作、医学应用（例如，血液过滤）、面 罩、机舱空气过滤、军事服装、HVAC系统(例如，用于工业区域或建筑物）、洁净室、水/燃料分 离、除湿轮、电池、超级电容器、太阳能电池或任意其他合适的应用。
[0170] 在一些情况下，过滤元件包括可设置在过滤介质周围的壳体。所述壳体可具有多 种构造，其中所述构造基于预期应用变化。在一些实施方案中，壳体可由设置在过滤介质周 边的框架构成。例如，可在所述周边周围对所述框架进行热封。在一些情况下，所述框架具 有围绕一般矩形过滤介质全部四边的一般矩形构造。所述框架可由多种材料包括例如，纸 板、金属、聚合物或任意组合的合适材料形成。过滤元件还可包括本领域已知的多种其他特 征件，如用于使过滤介质相对于框架、垫片稳定的稳定特征件或任意其他合适的特征件。
[0171] 如上所述，在一些实施方案中，可将过滤介质并入袋式(或囊式)过滤元件中。袋式 过滤元件可通过以下步骤形成:将两个过滤介质放置在一起(或对半折叠单个过滤介质）， 并且使三侧（如果是折叠的话，两侧)彼此匹配使得只有一侧保持开放，从而在过滤器内形 成囊。在一些实施方案中，可将多个过滤囊结合到框架中以形成过滤元件。可放置每个囊使 得开口端位于框架内，因此允许空气流进每个囊中。在一些实施方案中，框架可包括延伸到 每个囊并保留每个囊的矩形环。应该理解的是，框架实际上可具有任何构造，并且可使用本 领域已知的多种匹配技术以将所述囊与框架耦合。此外，框架可包括任意数量的囊，例如，6 至10个囊，这对于袋式过滤器来说是常见的。
[0172] 在一些实施方案中，袋式过滤器可包括任意数量的设置在其中的垫片，并且构造 以保持过滤器相对侧壁彼此一定的间隔距离。垫片可以是螺纹或在侧壁之间延伸的任意其 他元件。可以理解的是，本领域已知的用于袋式或囊式过滤器的多种特征件可并入到本申 请所公开的过滤介质中。
[0173] 应该理解的是，所述过滤介质和过滤元件可具有多种不同的构造并且特定的构造 取决于其中使用过滤介质和元件的应用。
[0174] 在使用期间，当流体(例如，空气)流过过滤介质时，过滤介质在纤维网上机械地捕 获污染物颗粒。过滤介质不需要带电荷以加强对污染物的捕获。因此，在一些实施方案中， 过滤介质是不带电荷。然而，在一些实施方案中，过滤介质可以是带电荷。
[0175] 在一些实施方案中，过滤介质可包含防水特性。在其他实施方案中，过滤介质不包 含防水特性。
[0176] 实施例
[0177] 下面的实施例旨在说明本发明的某些实施方案，而不应被解释为对本发明的限 制，并且未举例说明本发明的全部范围。
[0178] 在实施例中，一些过滤介质通过形成手抄纸制成，其为本领域技术人员已知的用 于产生少量过滤介质(例如，用于测试/实验目的）的技术。另一些过滤介质使用与上述类似 的连续在线形成工艺制成。
[0179] 实施例1至7 :多种结构设置
[0180]现在将对实施例1至7进行描述，其为制成用于高效HEPA应用的过滤介质。在这些 实施例的每个中，将过滤介质的层制造为手抄纸。因此，每个层在实验台桌面上产生，其中 将包含合适组合的组分的纤维混合物添加到手抄纸模具中。一旦放置在手抄纸模具中，纤 维混合物通过真空抽吸脱水并且随后通过热施加干燥，从而形成层。一旦形成，可在彼此之 上以合适的设置放置每个层以产生过滤介质。
[0181] 对实施例1至7进行描述以证明如何可通过逐步在基材上添加多个细纤维层来增 加伽马值。图1示出了以下进一步详细描述的实施例1至7的每个中的一般组合物。
[0182] 表1.实施例1至7的分层结构设置
[0184] 实施例1是包含玻璃微纤维和短切原丝纤维的共混物的常规过滤介质。将粘结剂 树脂并入实施例1的过滤介质中，然而，对于实施例2至7来说，不包含粘结剂树脂。
[0185] 在实施例2中，在基材上设置单个细纤维层。细纤维层的细玻璃纤维为Johns Mansville(JM)Code 90细玻璃纤维，标称平均直径为0.2微米至0.25微米。基材为预制的JM B-20玻璃纤维衬板材料。
[0186] 在实施例3和实施例4中，在基材上设置两个细纤维层。对于实施例3,两个细纤维 层的细玻璃纤维为JM Code 90细玻璃纤维，平均直径为0.2微米至0.25微米;而在实施例4 中，细纤维层之一的细玻璃纤维是JM Code 90细玻璃纤维，平均直径为0.2微米至0.25微 米，并且其他细纤维层的细玻璃纤维是JM 104细玻璃纤维，平均直径为0.4微米。实施例3和 实施例4的每个中的基材为预制的JM B-20玻璃纤维衬板材料。
[0187] 实施例5是包括两个细纤维层和两个基材层的四层过滤介质。两个细纤维层夹在 两个基材层之间。也就是说，基材层位于过滤介质的外部--过滤介质的上游侧上的一个 基材层和下游侧的另一个基材层。细纤维层之一的细玻璃纤维为50/50混合的JM Code 90 细玻璃纤维(平均直径为〇. 2微米至0.25微米)和JM 106纤维(平均直径为0.6微米）。其他细 纤维层的细玻璃纤维为JM Code 90细玻璃纤维，平均直径为0.2微米至0.25微米。实施例5 的过滤介质的两个基材(上游和下游)为预制的JM B-20玻璃纤维衬板材料。
[0188] 实施例6和7各自为包括四个细纤维层和两个基材层的六层过滤介质。四个细纤维 层位于两个基材层之间。与实施例5类似，一个基材层位于下游侧上而另一个基材层位于过 滤介质的上游侧上。在实施例6和7的每个中，细纤维层的三个中的细玻璃纤维为为JM Code 90细玻璃纤维，平均直径为0.2微米至0.25微米;第四个细纤维层的细玻璃纤维为JM 104细 玻璃纤维，平均直径为0.4微米。而且，在实施例6和7的每个中，上游基材为包含单位面积重 量为15gsm的PET非织造衬板材料的Reemay2250稀松织物;而下游基材为JM B-20玻璃纤维 可打褶衬板材料。虽然实施例6和实施例7的过滤介质具有相同组成的层，但是实施例7的过 滤介质在减小的真空下形成以降低过滤介质的整体密实性(例如，增加稠度）。
[0189] 实施例1至7的每个中的测量的伽马值特征，包括压降和渗透率列于以下提供的表 2中。
[0190] 表2.实施例1至7的伽马值特征
[0191]
[0192] 观察到实施例2至7的过滤介质的伽马值高于实施例1的过滤介质的伽马值，证明 在基材上包括细纤维层的过滤介质产生比常规纤维共混物更好的性能特征。
[0193] 此外，观察到并入较多数量的单个细纤维层的过滤介质的伽马值较高。例如，观察 到包括两个细纤维层的实施例3和4的过滤介质的伽马值分别为17.1和16.6,高于伽马值为 16.6的包括单个细纤维层的实施例2的过滤介质。
[0194] 此外，还观察到包括过滤介质的上游侧和下游侧二者上的基材的过滤介质的伽马 值较高。如表2所示，实施例5的过滤介质，具有位于相对的上游和下游侧上的基材，表现出 18.6的伽马值，高于实施例3和4的过滤介质（其仅具有位于上游侧的基材)的伽马值。还观 察到，位于过滤介质相对侧上的基材还用于保护细纤维层，为过滤介质提供更长的寿命。
[0195] 观察到实施例6和7的过滤介质(每个具有位于两个相对放置的基材层之间的四个 细纤维层)表现出甚至更高的伽马值，分别为18.6和19.4。
[0196] 此外，观察到与实施例6的过滤介质相比，处理实施例7的过滤介质降低了过滤介 质的整体密实性(即，通过在脱水期间调节真空功率)的效果进一步增加了伽马值。
[0197] 实施例8:伽马值对平均纤维直径
[0198] 此处，研究了过滤介质中细纤维层的平均直径对过滤介质的伽马值的影响。在该 实施例中，制造四种不同的过滤介质。每种过滤介质包括放置在JM B-20衬板基材上的具有 特定平均纤维直径的单个细纤维层。相应的单个细纤维层包含标称平均直径为0.25微米的 JM 90纤维、标称平均直径为0.30微米的JM 100纤维、标称平均直径为0.35微米的Lauscha B-02纤维以及标称平均直径为0.40微米的Lauscha B-04纤维。
[0199] 图4示出，观察到在细纤维层中并入较小直径的纤维的过滤介质的伽马值一般是 增加的。例如，观察到包括平均纤维直径为0.25微米的细纤维层的过滤介质的伽马值为约 20.5。另一方面，观察到包括平均纤维直径为0.4微米的细纤维层的过滤介质的伽马值为约 19.0〇
[0200] 实施例9至11:另外的结构设置
[0201] 在实施例9中，制备用于低效率ASHRAE应用的过滤介质由三个单独形成的层构成， 其以湿法成网工艺制造。使用根据本申请所述的方法的工艺形成该实施例。
[0202] 在用于形成实施例9的过滤介质的方法中，过滤介质的每个纤维层沿着相同的连 续线形成，其使用第一流浆箱和第二流浆箱，与图3a至3d中所示的类似。然而，在这些实施 例中，还构造第一流浆箱用于两个单独的纤维混合物流，与图2a至2d中所示的类似，其中隔 板允许第一层和第二层分开且同时形成。
[0203]在实施例9中，第一层的纤维是从PPG获得的粗短切原丝玻璃纤维。这些纤维的标 称长度为约6mm且标称直径为约6微米。第一层通过第一流浆箱的隔室之一产生。在干燥之 后，第一层的单位面积重量为60gsm至70gsm。
[0204] 第二层的纤维为粗玻璃纤维(JM 112玻璃纤维）。这些纤维的标称直径为约2.5微 米至3.5微米。第二层通过第一流浆箱的另一个隔室产生。在干燥之后，第二层的单位面积 重量为l〇gsm至15gsm。
[0205] 第三层还包含通过第二流浆箱处理的细玻璃纤维(JM 106玻璃纤维）。这些纤维的 标称直径为约0.6微米至0.65微米。在干燥之后，第三层的单位面积重量为5gsm至lOgsm。
[0206] 在形成第三层中，将氟碳和聚硅氧烷二者添加到第二流浆箱的细玻璃纤维中。当 对应于第三层的纤维混合物从第二流浆箱出来时，将纤维混合物设置在第一层和第二层 上，并且然后经历向下的真空脱水。因此，允许来自第三层的氟碳和聚硅氧烷从第三层向下 迀移并且通过第一层和第二层的每一层。在该实施例中，组合在一起的氟碳和聚硅氧烷按 重量计构成过滤介质的1 %，而纤维按重量计占过滤介质的99%。
[0207] 对于实施例9,使用上述测量初始压降和渗透率值的方法，测量的伽马值为约17至 18。特别地，测量的初始压降为5.1mm H20，并且测量的过滤介质的初始渗透率为13.5 %。使 用上述方法测量的实施例9的过滤介质的容尘量为约50g/m2至60g/m2直到通过过滤介质的 压强达到375Pa。通过比较，评估标准单个层过滤介质的容尘量为20g/m 2至25g/m2,并且评估 的相等渗透率的双层过滤介质的容尘量为30g/m2至35g/m 2。一般而言，期望表现出较高高容 尘量的过滤介质具有较长的寿命。
[0208] 对于实施例10而言，图5a示出了描述制成用于不同效率水平的不同过滤介质设置 的多个伽马值的图。显示了几个不同效率水平的过滤介质，一般地从低效率至亚ffiPA效率 水平。更具体地，使用上述D0P渗透测试，每种类型的过滤介质的效率水平为50%、65%、 85%、95% 和 98.4%。
[0209]对于每个水平的效率，产生三种类型的过滤介质：1)并入了细玻璃纤维(JM 106纤 维)和粗玻璃纤维(JM 112纤维）的单个纤维层;2)3gsm至lOgsm的细纤维层，具有平均直径 为0 ? 3微米至0 ? 6微米的细玻璃纤维(从Lauscha Fiber 1]1丨6111&1:;[0仙1获得;对于50%00?、 35 %D0P和15 %D0P效率，平均纤维直径为0.6微米的B-06玻璃纤维;对于5 % D0P效率，平均 纤维直径为0.4微米的B-04玻璃纤维;对于1.6 %D0P效率，平均纤维直径为0.35微米的B-02 玻璃纤维），粘附在可打裙的基材(其为无粘结剂的60gsm至65gsm的预制的玻璃/PET合成纤 维衬板)上，其中整个过滤介质用丙烯酸粘结剂、氟碳和聚硅氧烷树脂的混合物浸渍；以及 3)3gsm至lOgsm的细纤维层，具有平均直径为0.3微米至0.6微米的细玻璃纤维(从关于第2) 类型的过滤介质所述的Lauscha Fiber International获得的相同纤维），粘附在开放的可 打褶的基材上，其为无粘结剂的预制的可打褶的玻璃纤维衬板(JM B-20)，其中整个过滤介 质用氟碳聚合物在水中的1%溶液浸渍。当经历上述渗透测试时，第3)类型的过滤介质的开 放基材几乎没表现出压降，而第2)类型的过滤介质的基材开放更小并且当经历渗透测试时 表现出的压降为约l0Pa。
[0210] 如图所示，对于每个效率水平的组，具有细纤维和粗纤维的包含单个共混细纤维 层的过滤介质的所测量的伽马值最低，而包括放在开放的基材上的细纤维层(产生低压降） 的过滤介质的所测量的伽马值最高。
[0211] 对于实施例11，图5b为示出了两种不同过滤介质进料的粉尘与压降之间比较的 图。过滤介质之一为包含细玻璃纤维(JM 106纤维)和粗玻璃纤维(JM 112纤维）的混合物的 单个纤维层，单位面积重量为70gsm至80gsm。另一种过滤介质包括设置在基材上的lOgsm细 纤维层(JM 106)。基材为65gsm，并且相对于细纤维层设置在上游，并且包含按重量计30% 的粗纤维(JM 112纤维）和按重量计70%的PET纤维。如图所示，当粉尘装载到介质中时，双 层过滤介质的压降以比单层过滤介质更低的速率升高。因此，对于给定水平的向过滤介质 进料的粉尘，与没有基材的单层设置相比，观察到双层设置表现出较低的压降（即，允许流 体流过介质），其对应于伽马值的增加。
[0212]还与实施例11相关，多个层的影响在示于图5c的图中甚至更显著，其示出了图5b 相同的特征图，不同之处在于，在单纤维层(包含细玻璃纤维(JM 106纤维）和粗玻璃纤维 (JM 112纤维）的混合物）和实施例9的三层过滤介质设置(包括设置在粗纤维层上游的基 材，所述粗纤维层同样设置在细纤维层的上游)之间进行比较。
[0213] 此处，对于给定量的向过滤介质进料的粉尘，进一步降低压降，相应地导致更大的 伽马值。
[0214] 实施例12至15:氟碳和聚硅氧烷的影响
[0215] 在实施例12至15中研究了向细玻璃纤维介质中添加氟碳和聚硅氧烷的影响。在这 些实施例中，将1.5克的细玻璃纤维(JM 108A纤维）与添加到1L水中的20mL的H2S〇4混合30 秒。将12" X 12"稀松织物(Reemay 2250)放置在成形网的顶部并且用水填充手抄纸模具。将 纤维混合物添加到稀松织物上的手抄纸模具并且通过重力排出，在稀松织物上形成纤维。 然后在向整个滤介质中施加氟碳/聚硅氧烷(FC/Si)涂料之前通过真空吸嘴干燥在稀松织 物上形成的纤维混合物。然后在约80 °C的光干燥机上干燥之前再次对过滤介质进行真空干 燥。
[0216] 在实施例12中，不向形成的过滤介质中提供FC/Si涂料。在实施例13中，在1公升的 水性分散体(包含〇. 5克(干重）的氨基官能的硅氧烷）中浸涂过滤介质。在实施例14中，在1 公升的水性分散体(包含〇 . 5克(干重）的氨基官能的硅氧烷和2.0克(干重）的氟化丙烯酸 酯）中浸涂过滤介质。对于实施例13和实施例14而言，在涂覆之后，然后对每个过滤介质抽 真空并进行干燥。
[0217] 图6a举例说明了示出了对应于根据实施例12至14的过滤介质的所测量的伽马值 的图，所述过滤介质涂覆有和未涂覆有FC/Si制剂。示出了用组合的FC/Si制剂涂覆的实施 例14的过滤介质表现出的伽马值为约20.5,其大于未涂覆有FC/Si制剂的实施例12的过滤 介质的伽马值(约14.0的伽马值）。观察到实施例14还表现出比实施例13(约16.5的伽马值） 更大的伽马值，实施例13的过滤介质仅涂覆有氨基官能的硅氧烷，而未涂覆有氟化丙烯酸 酯。
[0218]图6b示出了显示仅为实施例12和14的细纤维层而没有稀松织物的所测量的伽马 值的图。该图证明了向细纤维层(不存在基材）中添加氟碳和聚硅氧烷提高了细纤维层的伽 马值。如图所示，观察到实施例14的过滤介质的伽马值为约19.1，而观察到实施例12的过滤 介质的伽马值为约12.4。
[0219]还研究了FC: Si比对实施例15中产生的过滤介质的影响，如图7a至7b所示。在并入 氟碳和聚硅氧烷二者的以上所提供的实施例中，FC: Si比为80:20,然而，对于实施例15的过 滤介质而言，测量其中FC: Si比是变化的过滤介质的伽马值和渗透率值。
[0220] 对于实施例15而言，根据实施例1至7所述的方法制造手抄纸。在该实施例中，使用 0.8克的细玻璃纤维(JM 108玻璃纤维，平均直径为0.8微米)并且将以下百分比率的FC: Si 与所述细玻璃纤维混合：〇: 100、25: 75、50: 50、75: 25和100:0。氟碳与聚硅氧烷之比基于 2.5g/l的总干固体重量，其用于每个样品。还制备了没有氟碳或聚硅氧烷的对照例。将细纤 维层粘附至聚酯基材(Reemay 2004聚酯稀松织物）。
[0221] 如图7a所示，比较仅具有FC涂料(100%FC)或仅具有Si涂料(0%FC)的过滤介质与 对照过滤介质(不存在FC和Si )，单独存在于相应过滤介质中的氟碳或聚硅氧烷显示伽马值 的提高;然而，一起包含氟碳和聚硅氧烷两者的过滤介质产生甚至更好的伽马值结果。
[0222] 如进一步所示，导致过滤介质的最高伽伽马值的过滤介质中的FC: Si之比为约75: 25的FC:Si。
[0223] 图7b进一步示出了有助于观察到伽马值增加的一个因素是对于以75: 25的FC: Si 比涂覆的过滤介质，过滤介质的渗透百分数基本上被降低。观察表明与没有氟碳和/或聚硅 氧烷的纯机械过滤介质相比，用氟碳和聚硅氧烷的适当共混物涂覆的过滤介质在捕获粉尘 颗粒方面更有效。
[0224] 实施例16:高伽马值和机械特性
[0225] 在另一个实施例中，制造用于HVAC应用的过滤介质，使用布置在稀松织物上的预 制的玻璃稀松织物(来自Owens Corning的0C B5a)和细纤维层（由标称平均直径为1.0微米 的Lauscha B-10纤维构成）。包含细纤维层和玻璃稀松织物的过滤介质还用氟碳:聚硅氧烷 之比为3:1的氟碳和聚硅氧烷饱和。
[0226] 使用上述测试方法，测量过滤介质的伽马值以及挺度和机器方向拉伸强度。观察 到伽马值为17.2,观察到在机器方向上测量的挺度为lOOOgu，并且观察到机器方向拉伸强 度为2.7kN/m(15.5镑/英寸）。相比之下，具有可接受的机械特性(如lkN/m的MD拉伸强度和 700gu的挺度)的一些常规HVAC过滤介质表现出较低的伽马值，通常为10或更小。
[0227] 因此，实施例16的过滤介质由两个层(基材和细纤维层)组成，并且表现出高伽马 值和有利机械特性(即，高挺度和拉伸强度)的独特组合。
[0228] 至此已经描述了本发明的至少一个实施方案的几个方面，应理解，对本领域技术 人员而言将容易进行各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进旨在为本公开内容的一 部分，并且旨在本发明的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅为示例。
【主权项】
1. 一种过滤介质，包括： 基材； 包含多根玻璃纤维的第一层，其中所述第一层中按重量计至少70%的所述多根玻璃纤 维的纤维直径小于2微米;以及 包含多根玻璃纤维的第二层，其中所述第二层中按重量计至少70%的所述多根玻璃纤 维的纤维直径小于2微米。2. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一层或所述第二层包含含氟化合物成 分或有机娃成分。3. 根据权利要求2所述的过滤介质，其中所述第一层或所述第二层包含含氟化合物成 分和有机娃成分。4. 根据权利要求3所述的过滤介质，其中所述第一层或所述第二层包含的含氟化合物 成分与有机娃成分之比为5:1至2:1。5. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一层或所述第二层任选地包含粘结剂 成分，其中所述粘结剂成分按重量计构成所述第一层或所述第二层的〇%至2%。6. 根据权利要求5所述的过滤介质，其中所述第一层或所述第二层基本上不含所述粘 结剂成分。7. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一层或所述第二层中的所述多根玻璃 纤维的平均纤维直径小于1微米。8. 根据权利要求1所述的过滤介质，还包括另外的层，所述另外的层相对于所述第一层 和所述第二层单独地形成。9. 根据权利要求1所述的过滤介质，还包括另外的基材，其中所述第一层和所述第二层 设置在所述基材与所述另外的基材之间。10. 根据权利要求9所述的过滤介质，其中所述基材或所述另外的基材位于所述过滤介 质的上游侧，另一个基材位于所述过滤介质的下游侧。11. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中当使用以约2.5cm/秒的面速度移动的尺寸为 约0.12微米的颗粒对所述过滤介质进行渗透测试时，所述过滤介质表现出大于7的伽马值。12. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中当使用以约5.3cm/秒的面速度移动的尺寸为 约0.3微米的颗粒对所述过滤介质进行渗透测试时，所述过滤介质表现出大于7的伽马值。13. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出大于10g/m2的容尘量。14. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中当使用以约2.5cm/秒的面速度移动的尺寸为 约0.12微米的颗粒对所述过滤介质进行渗透测试时，所述过滤介质表现出大于99%的效 率。15. 根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出小于200mm H2O的初始压 降。16. -种过滤介质，包括： 基材； 包含多根玻璃纤维的第一层，所述多根玻璃纤维的平均纤维直径小于2微米；以及 包含多根玻璃纤维的第二层，所述多根玻璃纤维的平均纤维直径小于2微米。17. -种过滤介质，包括： 基材；以及 包含含氟化合物成分、有机硅成分和多根玻璃纤维的至少一个层，其中所述至少一个 层中按重量计至少70%的所述多根玻璃纤维的纤维直径小于2微米，所述至少一个层任选 地包含粘结剂成分，其中所述粘结剂成分按重量计构成所述至少一个层的0%至2%。18. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述含氟化合物成分按重量计构成所述至 少一个层的0.01 %至10%。19. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述有机硅成分按重量计构成所述至少一 个层的0.01%至10%。20. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述至少一个层包含的含氟化合物成分与 有机硅成分之比为19:1至1:1。21. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述至少一个层包含的含氟化合物成分与 有机硅成分之比为5:1至2:1。22. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述含氟化合物成分向所述多根玻璃纤维 提供净电荷。23. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述含氟化合物成分包含氟碳丙烯酸酯，所 述有机娃成分包含氨基娃酮。24. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述粘结剂成分按重量计构成所述至少一 个层的0%至1%。25. 根据权利要求17所述的过滤介质，其中所述至少一个层基本上不含所述粘结剂成 分。26. -种制造过滤介质的方法，包括： 通过湿法成网法将第一混合物设置到表面上以形成基材，所述第一混合物包含在第一 溶剂中的多根纤维； 当所述基材在所述表面上时，将第二混合物设置到所述基材上以形成至少一个层，所 述第二混合物包含在第二溶剂中的多根玻璃纤维，其中所述至少一个层中按重量计至少 70%的所述多根玻璃纤维的纤维直径小于2微米； 将所述第一溶剂至少部分地从所述第一混合物中移除；以及 将所述第二溶剂至少部分地从所述第二混合物中移除。27. 根据权利要求26所述的方法，其中所述表面包括造纸机的网。28. 根据权利要求26所述的方法，还包括通过抄取法形成所述第一混合物。29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述抄取法包括向所述第一混合物的所述多根 纤维中添加絮凝剂和粘结剂成分。30. 根据权利要求29所述的方法，其中使所述第二混合物保持基本上不含所述粘结剂 成分。31. 根据权利要求26所述的方法，还包括通过抄取法形成所述第二混合物。32. 根据权利要求31所述的方法，其中所述抄取法包括向所述第二混合物的所述多根 玻璃纤维中添加絮凝剂、含氟化合物成分和有机硅成分。33. 根据权利要求26所述的方法，其中将所述第一溶剂至少部分地从所述第一混合物 中移除包括向所述第一混合物施加真空。34. 根据权利要求26所述的方法，其中将所述第二溶剂至少部分地从所述第二混合物 中移除包括通过上方喷浆成形器向所述第二混合物施加真空。35. 根据权利要求26所述的方法，其中将所述第一混合物设置在所述表面上的步骤发 生在第一位置，将所述第二混合物设置在所述基材上的步骤发生在第二位置，所述第一位 置沿着生产线相对于所述第二位置处于上游。36. 根据权利要求35所述的方法，其中所述第一混合物的所述多根纤维和所述第一溶 剂在第一流浆箱中组合，所述第二混合物的所述多根玻璃纤维和所述第二溶剂在第二流浆 箱中组合。37. 根据权利要求35所述的方法，其中所述第一混合物的所述多根纤维和所述第一溶 剂在流浆箱的第一隔室中组合，所述第二混合物的所述多根玻璃纤维和所述第二溶剂在所 述流浆箱的第二隔室中组合，所述流浆箱具有分隔所述第一隔室和第二隔室的隔板。38. 根据权利要求37所述的方法，其中所述流浆箱包括压力成形器。39. -种过滤介质，包括： 基材；以及 包含多根玻璃纤维的至少一个层； 其中所述过滤介质表现出大于12的伽马值和大于3.0镑/英寸的机器方向拉伸强度。40. 根据权利要求39所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出12至30的伽马值。41. 根据权利要求39所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出的3.0镑/英寸至200 镑/英寸机器方向拉伸强度。42. 根据权利要求39所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出12至30的伽马值和3.0 镑/英寸至200镑/英寸的机器方向拉伸强度。43. 根据权利要求42所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出大于400gu的挺度。44. 根据权利要求43所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出400gu至3000gu的挺 度。45. 根据权利要求39所述的过滤介质，其中所述至少一个层包含含氟化合物成分或有 机硅成分，其中所述至少一个层中按重量计至少70%的所述多根玻璃纤维的纤维直径小于 2微米，所述至少一个层任选地包含粘结剂成分，其中所述粘结剂成分按重量计构成所述至 少一个层的0 %至2 %。46. 根据权利要求39所述的过滤介质，其中所述至少一个层包括： 包含多根玻璃纤维的第一纤维层，其中所述第一纤维层中按重量计至少70%的所述多 根玻璃纤维的纤维直径小于2微米，以及 包含多根玻璃纤维的第二纤维层，其中所述第二纤维层中按重量计至少70%的所述多 根玻璃纤维的纤维直径小于2微米。47. 根据权利要求39所述的过滤介质，其中所述过滤介质是非织造的。48. -种过滤介质，包括： 基材；以及 包含多根玻璃纤维的至少一个层； 其中所述过滤介质表现出大于12的伽马值和大于400 gu的挺度。49. 根据权利要求48所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出12至30的伽马值。50. 根据权利要求48所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出400gu至3000gu的挺 度。51. 根据权利要求48所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出12至30的伽马值和 400gu至3000gu的挺度。52. 根据权利要求51所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出大于3.0镑/英寸的机 器方向拉伸强度。53. 根据权利要求52所述的过滤介质，其中所述过滤介质表现出3.0镑/英寸至200镑/ 英寸的机器方向拉伸强度。54. 根据权利要求48所述的过滤介质，其中所述至少一个层包含含氟化合物成分和有 机硅成分，其中所述至少一个层中按重量计至少70%的所述多根玻璃纤维的纤维直径小于 2微米，所述至少一个层任选地包含粘结剂成分，其中所述粘结剂成分按重量计构成所述至 少一个层的0 %至2 %。55. 根据权利要求48所述的过滤介质，其中所述至少一个层包括： 包含多根玻璃纤维的第一纤维层，其中所述第一纤维层中按重量计至少70%的所述多 根玻璃纤维的纤维直径小于2微米，以及 包含多根玻璃纤维的第二纤维层，其中所述第二纤维层中按重量计至少70%的所述多 根玻璃纤维的纤维直径小于2微米。56. 根据权利要求48所述的过滤介质，其中所述过滤介质是非织造的。
【文档编号】B01D39/08GK105899274SQ201480072459
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月4日
【发明人】大卫·F·西利, 苏达卡尔·贾加纳坦, 兰德尔·凯斯勒, 大卫·瓦勒里
【申请人】霍林斯沃思和沃斯有限公司