具有高容尘量的可形成瓦楞的纤维网的制作方法

专利名称：具有高容尘量的可形成瓦楞的纤维网的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及过滤，并且更具体地，涉及具有高容尘量并且可用于过滤元件中的可形成瓦楞的纤维网。
背景技术：
过滤元件可在多种应用中用来除去污染物。这样的元件可包括纤维网。纤维网提供允许流体(例如，气体、液体)流过元件的多孔结构。在流体中包含的污染物颗粒可被截留在纤维网上。取决于应用，纤维网可设计为具有不同的性能特性。纤维网可使用常规设备来制造。在制造过程中，纤维可在连续过程中铺设以生产网。这导致具有“纵向”(machine direction)和垂直于纵向的“”(cross-machine direction)的纤维排列和纤维网，所述纵向定义为其中网沿加工设备移动的方向。由于纤维排列，除其它影响以外，纤维网沿纵向的性质可不同于沿横向的性质。在一些应用中，增加纤维网的有效表面积可能是有利的。例如，可使纤维网形成波形以增加表面积。如果这样的波纹沿纤维网的纵向延伸，则其一般称作褶皱 (corrugation) 0如果波纹沿横向延伸，则其被称作“瓦楞(flute)”。波纹状纤维网可与背衬层结合以形成流体可流过的通道。一些过滤元件构造可利用通过使用有瓦楞的网或通过使用有褶皱的网提供的通道和增加的表面积。网的纵向和横向性质可在其用于特定构造的适用性方面发挥作用。对于多种应用，使过滤介质的容尘量增加可能是有利的。此外，对于一些应用，过滤介质可制造为具有低的厚度。然而，在制造过滤介质中，当保持孔径和效率时，在过滤介质具有高的容尘量和低的厚度之间可能存在权衡。

发明内容
本文描述具有高容尘量的可形成瓦楞的纤维网。在一个方面中，提供一种纤维网。所述纤维网具有纵向和横向。所述纤维网包括沿横向延伸的一系列瓦楞。所述纤维网具有大于约^rig/cm2的容尘量和小于约30密尔的厚度。在一个方面中，提供一种纤维网。所述纤维网具有大于约2%的纵向拉伸伸长率、 大于约2%的横向拉伸伸长率、大于约;3mg/cm2的容尘量和小于约30密尔的厚度。在一个方面中，提供一种制造纤维网的方法。所述方法包含形成纤维混合物；形成树脂配制物；以非压缩的方式向所述纤维混合物添加所述树脂配制物，然后干燥所述纤维混合物；和干燥具有所述树脂配制物的所述纤维混合物以形成纤维网。所述纤维网能够通过包括沿横向延伸的一系列瓦楞而具有瓦楞。所述纤维网具有大于约^rig/cm2的容尘量， 并且所述纤维网具有小于约30密尔的厚度。在一个方面中，提供一种过滤流体的方法。所述方法包括使用包括纤维网的过滤元件过滤流体。所述纤维网包括沿横向延伸的一系列瓦楞。所述纤维网具有大于约;3mg/cm2的容尘量和小于约30密尔的厚度。本发明的其它方面、实施方案、优点和特征将从以下详细描述变得明显。


附图无意于按比例绘制。在附图中，各图中图示的每个相同或接近相同的组件用相同的标记来表示。为了清楚起见，可能不是每个部件都在每个图中标出。在附图中图1描绘根据一些实施方案的具有沿横向延伸的瓦楞的纤维网；图2描绘根据一些实施方案的用于利用树脂涂覆纤维网的涂覆方法；图3描绘根据一些实施方案的层合到背衬并卷绕成螺旋状的瓦楞纤维网；图4描绘根据一些实施方案的两个纤维网实例的Palas过滤性能的图，其显示累积灰尘重量与压降的变化。
具体实施例方式本文描述的纤维网可以并入过滤介质和过滤元件中。纤维网可以呈现高的容尘量。此外，纤维网可以呈现低的厚度。纤维网可以通过使用一般的非压缩涂覆过程(例如， 幕涂法)用树脂涂覆湿法纤维的混合物来形成。网也可以足够柔性和/或可变形，以使他们可以被加工为包括沿网横向延伸的一系列波纹(也称作瓦楞)，而不使网明显开裂或撕裂。瓦楞增加网的有效表面积，这可增强过滤性能。瓦楞还提供网表面分离，其可在得到的过滤元件内形成流体可以流过其中的通道。例如，通道可以形成在有瓦楞的纤维网与施加到网的背衬之间。如下文进一步描述的，纤维网可包括多种组分(例如，不同的纤维类型、 树脂)，所述组分根据合适的过程来选择和组合，以赋予期望的高容尘量、低厚度和机械性质。网可以并入用于多种应用的各种类型的过滤元件中，尤其是包括得益于容尘量增加的那些。纤维网可以由一种或更多种类型的纤维与树脂配制物形成，以提供机械和化学性质。如下文进一步描述的，树脂配制物可以包括若干组分，包括树脂、交联剂和其它添加剂。 然而，在一些实施方案中，添加剂可以和树脂配制物分开提供到纤维网。在一些情况下，纤维(一种或多种)可以是纤维网的主要成分。也就是说，在这些情况下，总纤维重量百分数可以大于网中任何其它组分的重量百分数。例如，纤维组分(一种或多种)可以占纤维网总重量的约50%至约95%。在一些实施方案中，纤维占纤维网重量的约55%至约90% (例如，约60%至约85% )。在某些实施方案中，树脂配制物可以包括纤维网的非纤维组分(一种或多种)的剩余部分。在一些实施方案中，树脂配制物占纤维网总重量的约至约50%。在一些实施方案中，树脂配制物占纤维网重量的约5%至约 45% (例如，约20%至约40% )。应理解，在一些实施方案中，纤维网可以包括上文指出的范围以外的纤维组分 (一种或多种)和/或树脂配制物。一般地，纤维网的纤维组分(一种或多种)可以由任何合适的组成来形成。合适的组成包括纤维素、合成材料和玻璃。如下文进一步描述的，可优选使用纤维素纤维作为纤维网中的单一纤维组成；但是，在其它情况下，可以使用不同纤维组成的共混物。合适的纤维素纤维组成包括软木纤维、硬木纤维及其组合。软木纤维素纤维的实例包括源自于松树、雪松、高山冷杉、花旗松和云杉树的木材的纤维。硬木纤维素纤维的实例包括源自于桉树(例如，尾巨桉(Grandis))、枫树、桦树以及其它落叶树的木材的纤维。合适的合成纤维包括由芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚酯(例如，PET)、来塞尔纤维(lyocell)、人造纤维及其组合形成的纤维。应理解，也可使用其它类型的合成纤维。也可使用多种合成纤维构造。在一些实施方案中，合成纤维可以具有单一组成；或者在其它实施方案中，合成纤维可以具有多种组成。也就是说，单个合成纤维在一些实施方案中可以具有单一组成；或者在其它实施方案中，单个合成纤维可以具有多种组成。当纤维具有多种组成时，纤维可以称作多组分纤维。多组分纤维的一个实例是包括第一材料和第二材料的双组分纤维。多组分纤维的组分可以具有其组分的多种空间排列，包括芯-鞘构造(例如，第一材料可以是围绕为核材料的第二材料的鞘材料)、并排构造、分段的盘状排列、三瓣式排列(例如，第一材料可以在叶瓣的尖端)以及一种组分的局部区域化于另一组分中的排列(例如，“海中岛”)。合适的玻璃纤维可以包括短切原丝玻璃纤维或微玻璃纤维。如上文指出的，纤维网可以包括一次纤维类型，在这些实施方案的一些中，纤维素纤维可以是一次纤维类型。在一些实施方案中，网中所有的纤维均可以都是纤维素纤维。在一些实施方案中，纤维网可以包括约50至约95重量百分数的纤维素纤维。在一些实施方案中，纤维网可以包括约55至约90重量百分数(例如，60至85重量百分数)的纤维素纤维。在这些实施方案的一些中，网内的纤维素纤维可以包括软木和硬木纤维两者。例如，纤维网可以包括约0至约95重量百分数(如30至60重量百分数，或35至50重量百分数) 的软木以及约0至约95重量百分数(例如，20至40重量百分数，或25至35重量百分数) 的硬木。应理解，一些实施方案可以包括在上文指出的范围以外的纤维组成和重量百分数。 在一些情况下，纤维素纤维可以自然吸收水至一定的百分数(如纤维重量的3-5% )。一般地，纤维素纤维可以具有任意合适的尺寸。在一些实施方案中，纤维素纤维的平均直径小于约50微米。例如，平均纤维直径可以为约5微米至约50微米。软木和硬木纤维素纤维的一般尺寸可以根据获得纤维素纤维的树的类型变化。软木纤维素纤维的直径一般可以小于约50微米，约10微米至约40微米，或者约20微米至约30微米。软木纤维素的长径比可以为约10至约300、约20至约200或约30至约50。硬木纤维素纤维的直径一般可以小于约50微米，约5微米至约50微米，或约10微米至约20微米。在一些实施方案中，硬木纤维素的长径比可以为约10至约300、约20至约200或约30至约60。纤维网可以包括多于一种类型的纤维，例如纤维素纤维与合成纤维的共混物。在一些情况下，纤维素纤维的重量百分数可以大于合成纤维的重量百分数。在其它情况下，合成纤维的重量百分数可以大于纤维素纤维的重量百分数。在一些实施方案中，主要的纤维类型可以是合成纤维，例如，纤维网总重量的约50 %至约95 %、约55 %至约90 %、约60 %至约85%可以是合成纤维。在一些实施方案中，网中所有的纤维都可以是合成的。除纤维组分(一种或多种)以外，纤维网包括适当的树脂配制物。如上文指出的， 树脂配制物可以包括多种不同的组分如树脂，和交联剂，以及其它添加剂。在一些实施方案中，树脂配制物可以为纤维网总重量的约至约50%、约5%至约45%或约20%至约 40%。树脂一般是树脂配制物的主要组分。也就是说，树脂一般是树脂配制物以重量计的最大组分。在一些情况下，树脂可以是为纤维网重量的约至约50%、约5%至约45% 或约20%至约40%。一般地，可以使用任何合适的树脂。合适的树脂的实例包括聚合物，如苯乙烯丙烯酸、丙烯酸、聚乙烯氯乙烯、丁苯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯氯乙烯、聚氯乙烯、聚腈、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基醇衍生物、淀粉聚合物、环氧树脂、酚树脂及其组合，包括其含水与含溶剂的物质两者。应理解，其它树脂组合物也可以是合适的。在一些实施方案中，树脂可以呈现小于约60°C、约10°C至约55°C或约20°C至约40°C的玻璃化转变温度。 在一些情况下，树脂可以为胶乳形式，如水基乳液。树脂可以呈现自交联或非交联行为。例如，自交联树脂可以包括在呈现交联行为的骨架中的单体(例如，N-羟甲基丙烯酰胺或其它交联基团)。如果树脂材料不是自交联的，则可以向树脂材料添加适当的交联剂。基于树脂配制物总重量(干燥时)，交联剂的重量百分数可以小于约20重量百分数，为约1至约10重量百分数，并且在一些情况下，为约 0. 5至约2. 5重量百分数。纤维网可以包括小于约1重量百分数的交联剂。合适的交联剂的实例包括三聚氰胺甲醛、烷基化三聚氰胺甲醛、N-烷基三聚氰胺、DMDHEU、环氧树脂、氮丙啶和/或其组合。应认识到，其它交联剂和/或重量百分数也可以是合适的。纤维网也可以包括可以添加来赋予期望特性的其它常规添加剂。例如，为了赋予抗菌性和/或抗真菌性质，网可以包括合适的抗菌剂和/或抗真菌剂，如银或基于银的化合物、铜或基于铜的化合物、二碘甲基聚砜、甲基perac印t、5-氯_2_(2，4_ 二氯苯氧基)苯酚、三氯生、疏基吡啶(pyrithion)衍生物、卤化的苯氧化合物和2-疏基吡啶-1-氧化锌等。在一些实施方案中，纤维网可以包括阻燃剂，如三氧化锑、十溴二苯醚、卤化的聚合物、 卤化的化合物、基于磷的化合物(例如，磷酸氢二铵)、基于铝的化合物、基于氮的化合物、 硫酸镁以及胍等。在一些实施方案中，纤维网可以包括导电材料，如石墨、炭黑、金属(例如，铝、铁、铜)、导电聚合物和/或树脂(例如，聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚(苯乙炔)、聚 (3-烷基噻吩)的衍生物等)、掺杂的材料(例如，掺杂磷的、掺杂硼的)以及导电盐等。如上文指出的，在一些实施方案中，添加剂可以作为独立于树脂配制物的组分存在。纤维网可以引入过滤介质中。过滤介质可以包括单个纤维网，或具有不同特性的多于一个纤维网。过滤介质也可以包括除纤维网(一个或多个)之外的其它组分，如背衬、 层合的稀松布(scrim)和/或如上文描述的额外的添加剂。如上文指出的，本文描述的纤维网可以包括一系列瓦楞。瓦楞例如可以为正弦波
图案的形式。在某些优选实施方案中，瓦楞在图1中所示的横向上延伸。如图所示，纤维网
10具有纵向20和横向22。纤维网10具有瓦楞12，瓦楞12具有峰和谷，在峰和谷处瓦楞平
行于横向22前进。如上文指出的，横向22垂直于纵向20，并且纵向20定义为其中纤维网
沿加工设备移动的方向。然而，应理解，并非全部实施方案均限于沿横向延伸的瓦楞。当认
为纤维网是可形成瓦楞时，纤维网可以经历瓦楞过程，使得不发生纤维网的明显开裂或撕 m农。纤维网的瓦楞可以在一定的频率和幅度范围内。例如，瓦楞的频率可以为大于约 1瓦楞/英寸，约1瓦楞/英寸至约20瓦楞/英寸，或约4瓦楞/英寸至约8瓦楞/英寸。瓦楞的幅度范围可以为约ι密尔至约100密尔，约5密尔至约75密尔，或约10密尔至约45 密尔。如本文使用的，幅度定义为峰顶和谷底之间的距离。一般地，在给定的纤维网中，瓦楞在整个网上一般具有类似的幅度和类似频率，但这不是必须的。还应理解，上述范围以外的瓦楞频率和幅度也是可能的。在一些实施方案中，可以优选的是纤维网足够柔性和/或可变形，以利于形成上述有瓦楞结构。柔性和可变形性可以用多种机械性质来表征，包括Mullen顶破测试和拉伸测试。一般地，Mullen顶破强度测试测量刺穿纤维网所需的压力作为纤维网在规定条件下的承载能力的指标。Mullen顶破强度可以在干和湿两种条件下对纤维网进行测量。在一些实施方案中，纤维网的干Mullen顶破强度可以大于约15psi，15psi至约90psi，或约 20psi至约60psi。此外，原样(固化之前)湿Mullen顶破强度可以为约5psi至80psi，约 7psi至约50psi，或约IOpsi至约35psi。完全固化的湿Mullen顶破强度可以为约IOpsi 至IOOpsiJ^] 15psi至约70psi，或约20psi至约40psi。原样湿Mullen测试对完全固化的 Mullen测试之比可以为约0. 1至约1. 0，约0. 3至约0. 95，或约0. 7至约0. 9。Mullen顶破 ^itlljii^ffl Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI)白勺t示if T 403om-91中“纸的顶破强度”来测量。纤维网可以在纵向具有与横向相比不同的拉伸性质。在一些实施方案中，在纵向上的拉伸伸长率值可以小于横向的拉伸伸长率值，而在纵向上的拉伸强度值可以大于在横向上的拉伸强度值。例如，纤维网的纵向拉伸伸长率可以大于约2%，为约2%至约8%，或约3 %至约5 %。纤维网的横向拉伸伸长率可以大于约2 %，为约2 %至约15 %，或约4 %至约10%。纤维网的纵向拉伸强度可以大于约10磅/英寸(例如，约10磅/英寸至50磅/ 英寸，或约20磅/英寸至30磅/英寸)。纤维网的横向拉伸强度可以大于约3磅/英寸 (例如，约7磅/英寸至约30磅/英寸，或约10磅/英寸至约20磅/英寸)。在一些情况下，横向拉伸强度可以大于或小于纵向拉伸强度。纵向拉伸强度与横向拉伸强度之间之比可以为约0. 5至约5、约1至约4，或约1. 5至约2. 5的范围。拉伸测试采用TAPPI标准T 494om-88，“纸和纸板的拉伸断裂性能(使用恒定速率的伸长设备)”，使用2”/分钟的牵引力速率来测量。在一些实施方案中，纤维网的纵向湿格林挺度(Gurley stiffness)可以测量为大于约10mg，为约IOmg至约2000mg，或约50mg至约500mg。在一些实施方案中，纤维网的纵向干格林挺度可以测量为大于约200mg，为约200mg至约3000mg，或约400mg至约1200mg。 格林挺度测试采用TAPPI标准测试543，“纸的弯曲挺度”来进行。一般地，纤维网可以具有任意合适的基重。例如，纤维网的基重可以为约20g/m2 至约150g/m2、约60g/m2至约80g/m2或约30g/m2至约100g/m2的范围。纤维网的基重根据 TAPPI标准T410om-93来测量。一般地，纤维网可以具有任意合适的厚度。合适的厚度包括但不限于小于约30密尔，为约2密尔至约25密尔，或约5密尔至约15密尔。纤维网厚度根据TAPPI T 411om_89， “纸、纸板以及复合板的厚度(纸厚度)”，使用Emveco (www, emveco. com)制造的电子纸厚度测微仪3. 3Model 200-A来测定，并在1. 5psi下测试。纤维网可以具有一定范围的渗透率。例如，纤维网的渗透率可以为约5立方英尺每分钟每平方英尺(cfm/sf)至约200cfm/sf，约5cfm/sf至约100cfm/sf，约10cfm/sf至约 80cfm/sf，或约15cfm/sf至约50cfm/sf。纤维网的渗透率根据TAPPI方法T251来测量。纤维网的渗透率是流阻的反函数，并且可以用弗雷泽渗透率测试仪(Frazier Permeability Tester)来测量。弗雷泽渗透率测试仪测量以跨样品的固定压差穿过单位面积样品的每单位时间空气体积。渗透率可以表示为在0. 5英寸水压差下的立方英尺每分钟每平方英尺。在一些实施方案中，纤维网的PMI平均流动孔径可以是例如，大于约5微米，为约 5微米至约50微米，或约10微米至约20微米。平均流动孔径使用ASTM标准F 316，“膜过滤器的孔径特性-泡点”来测量。纤维网也可以由Palas过滤性能来表征。这样的测试基于以下参数纤维网的测试过滤器面积为100. Ocm2 ；面速度为20. Ocm/秒；尘质量浓度为200. Omg/m3 ；尘/气溶胶为 SAE精细；总体积流量为约120. OL/分钟，并且无排放。Palas过滤性能一般根据ISO程序 5011:2000，“内燃机和压缩机的空气进气清洁设备-性能测试”来测量。Palas过滤测试用于测量容尘量。容尘量是当跨纤维网的压降达到1500 时， 纤维网在暴露于细尘之前的重量与纤维网在暴露于细尘之后的重量的差值除以纤维网的面积。容尘量可以根据每平方厘米的介质(例如，通过IOOcm2测试面积)捕获的尘的重量(mg)来确定。在一些实施方案中，容尘量可以大于约ang/cm2，大于约;3mg/cm2，大于约 3. 5mg/cm2,为约 2mg/cm2 至约 8mg/cm2，约 3mg/cm2 至约 8mg/cm2,约 3mg/cm2 至约 5mg/cm2, 或约 3. 5mg/cm2 至约 5mg/cm2。初始分级效率可以用Palas过滤测试来表征。在一些实施方案中，对于约为0. 3 微米尺寸的颗粒，纤维网的初始分级效率可以大于约50%，为约50%至约99%，或约60% 和约90%之间。在一些实施方案中，对于约为1.0微米大小的颗粒，纤维网的初始分级效率 (给定颗粒尺寸的效率)可以大于约80%，约80%至约99. 99%，或约90%至约99. 99%。 可认识到，颗粒尺寸越大，则颗粒越容易被捕获。初始尘滞留也可以使用Palas过滤测试来表征。在一些实施方案中，纤维网的初始尘滞留(对于尘中所有颗粒的效率)可以大于约60%，为约70%至约100%，或约80% 至约100%。初始压降也可以通过I^las过滤测试来表征。在一些实施方案中，初始压降可以小于 500Pa，为约 80Pa 至约 300Pa，约 99. 99Pa 至约 300Pa，约 200Pa 至约 300Pa，约 80Pa 至约 200Pa，或约 80Pa 至约 99. 9Pa。应理解，在一些实施方案中，纤维网可以具有上文指出的范围之一或更多个之外的性能值。一般地，纤维网可以使用常规技术和设备来加工。例如，在一些实施方案中，可以用湿法过程来形成纤维网。合适的技术可涉及在单独的过程中形成树脂配制物和纤维混合物，随后是将两者合并的合适步骤(例如，涂覆或浸渍)。具体过程部分取决于所用的具体组分。本领域技术人员知悉用于这种加工的合适参数和设备。以下段落包括适合于生产包括纤维素纤维组分的纤维网的过程的示例性描述。纤维网形成过程可涉及将软木和硬木纤维素纤维混合在一起以形成包括浆状纤维共混物的纤维混合物。在一些实施方案中，将纤维素纤维与水添加到制浆机，并搅拌，直到纤维得以适当分散。然后向纤维分散体添加额外的水以稀释到期望的稠度(例如，纤维含量为总纤维/水分散体的约0.01%至约6%)。在一些实施方案中，纤维素纤维可以与其它纤维(例如，诸如聚酯的合成纤维，)共混。例如，可以向纤维素纤维的分散体添加其它纤维，然后用水额外稀释以达到期望稠度(例如，纤维含量为总纤维/水分散体的约0. 01% 到约6% )。持续混合纤维的分散体，然后继而使用合适的片料成型设备成型为纤维网，所述片料成型设备例如为斜网成型机(delta former)、斜网、长网机或圆网成型机。如上文指出的，树脂配制物可以在与纤维网分开的过程中制备。例如，包括树脂、 交联剂(如果存在的话)和添加剂的树脂配制物的组分在混合器中混合，并用水稀释到合适的固体水平(例如，约至约50%的固体，或约5%至约15%的固体)。固体水平定义为液体介质中(溶液或分散体中)固体的百分数。一般地，混合物应是相对均勻且连续的。 在一些情况下，如上文指出的，添加剂可以与树脂配制物分别添加到纤维网。在适当混合纤维组分(一种或多种)时，可以使用非压缩性涂覆技术将树脂配制物混合物的一部分施加到纤维网。非压缩性涂覆技术可以在基本上不减小网厚度的同时涂覆纤维网。在一些实施方案中，使用幕帘式涂覆机以非压缩的方式利用树脂配制物涂覆纤维网。图2图示幕帘式涂覆过程的一个实施方案。如图所示，沿传送带60 (在虚线箭头所描绘的方向上)朝树脂涂覆机70和真空80拖拉湿法纤维组分(一种或多种)10a。树脂涂覆机70包括树脂配制物72，其通过重力作为料流施加到传送带60上的湿法纤维。同时，真空80将树脂配制物72朝传送带60牵引穿过湿纤维组分(一种或多种)，形成涂覆树脂的纤维组分(一种或多种)10b。在一些情况下，除了牵引树脂配制物穿过纤维之外，真空也可以施加足够的拉力来将实际纤维组分(一种或多种)朝传送带牵引，降低纤维组分(一种或多种)的总体厚度。此外，各种涂覆条件如线速度(如传送带相对于纤维组分(一种或多种)移动的速度)以及真空的强度均可影响纤维网中树脂含量的残留量。应理解，图2中所示的过程和配置可以具有多种改变。可以理解，可以使用其它一般的非压缩性技术来将树脂配制物施加到湿法纤维组分(一种或多种)以形成纤维网。例如，可以用于以非压缩的方式将树脂配制物添加到湿法纤维组分(一种或多种)的技术包括但不限于马鞍式压机涂覆(gap sized press coating)、喷涂、槽施加、泡沫施加以及刮刀涂布等。举例来说，在马鞍式压机涂覆中，在凹印机的旋转筒之间提供有间隙，以使纤维网的挤压受限。泡沫涂覆涉及与图2中对于幕帘式涂覆所示类似的过程，只是代之以向纤维组分(一种或多种)提供的具有一般大于或等于lg/ml的比重(例如，用于幕帘式涂覆)的树脂配制物料流，向纤维组分(一种或多种) 提供的泡沫料流具有一般小于lg/ml的比重。在泡沫涂覆中，树脂配制物的料流包括截留的气体。在一些实施方案中，可以将树脂配制物的一部分以湿相添加到纤维组分(一种或多种)，并且可以将树脂配制物的一部分在干燥之后添加到纤维组分(一种或多种)。例如， 纤维网的树脂配制物的一部分在干燥之前，使用非压缩性涂覆技术(例如，幕帘式涂覆)施加到湿法纤维组分(一种或多种)，所述部分大约为纤维网的全部树脂配制物重量的约1至约99%、约10至约80%，或约30至约60%。纤维网的树脂配制物的另一部分(或剩余部分)可以在纤维网干燥之后施加。在一些实施方案中，纤维网的全部树脂配制物在干燥之前使用一般非压缩性涂覆技术施加到湿法纤维组分(一种或多种)，以形成纤维网。纤维网使用合适的方法来干燥，所述方法可以利用超声或微波技术、蒸汽箱、红外加热器(燃气的和/或电的)，或空气烘箱。典型的干燥时间可以为约5秒至约10分钟(例如，约5分钟)，并且干燥温度可以为约100° F至约500° F(例如，约300° F)。如上文提及的，纤维网的树脂配制物混合物的另一部分或剩余部分可以随后添加到干燥的纤维网。例如，树脂配制物混合物可以作为涂料提供在纤维网上。在一些实施方案中，添加到纤维网的树脂配制物的另外一部分可以约为纤维网的全部树脂配制物重量的约 1至约99%、约20至约90%或约40至约70%。合适的涂覆方法的实例包括一般压缩性技术，如凹印涂覆和施胶挤压涂覆等；或者以最小化纸厚度减小方式的一般地非压缩性技术， 如幕帘式涂覆、间隙凹印涂覆、刀片涂覆以及喷涂等。然后使网和树脂配制物在适当条件下干燥并固化。例如，具有纤维的树脂涂料的干燥和固化时间可以为约0. 1秒至约10分钟(例如，约5分钟)，并且用于干燥和固化的温度可以为100° F至约500° F(例如，约300° F)。一旦树脂和纤维网适当干燥和固化，纤维网可以根据需要进一步加工，例如以形成瓦楞。在一些实施方案中，纤维组分(一种或多种)可以涂覆有多种树脂配制物，使得纤维网具有多层的树脂涂料或者树脂涂料中的多种树脂配制物。在一些实施方案中，在在先树脂配制物已干燥之后，可以向纤维组分(一种或多种)施加后续树脂配制物。在其它实施方案中，后续树脂配制物可以在干燥在先树脂配制物之前的湿法过程期间施加到纤维组分(一种或多种)。可认识到，可以使用树脂配制物的多种组合来涂覆纤维网(例如，形成树脂涂料梯度和/或形成多层树脂涂料)，以为纤维网提供期望的性质。瓦楞可以通过使纤维网通过具有限定瓦楞图案的凸/凹褶皱辊而形成在纤维网中。在一些实施方案中，瓦楞可以通过使纤维网变形、经冷却定型和交联来形成。在一些情况下，有瓦楞的纤维网可以层合到另一平坦介质以将瓦楞保持在合适的位置。在一些情况下，瓦楞过程在树脂尚未完全固化时原位进行，从而允许通过固化过程来形成瓦楞。在一些实施方案中，瓦楞作为构建并固化片材之后的二次过程来发生。在一些实施方案中，纤维网可以在瓦楞过程期间被加热。例如，纤维网在瓦楞过程期间的温度可以为约70° F至约 500° F。利用非压缩性涂覆技术向湿法纤维组分(一种或多种)施加树脂配制物可以为纤维网提供导致容尘量增加的多种特性。在一些情况下，在湿相期间以非压缩的方式将树脂引入纤维提供增强的总体纤维结构强度，使得纤维结构在整个制造过程中较不易塌缩。例如，纤维结构的可能塌缩可能因通过压缩性凹印/施胶挤压施加树脂而发生。为减小塌缩的机会，纤维结构可以通过由在湿相中非压缩性施加树脂引起的部分固化和随后的纤维干燥来增强。当纤维结构的强度足以避免塌缩时，可以维持纤维网的孔隙尺寸和/或孔隙度， 以通常提供提升的容尘量。结果，纤维网可以制造为兼具低厚度和高容尘量。在具有高容尘量和低厚度时，纤维网可以用于多种应用，同时通常提供较长过滤介质工作寿命。本文描述的纤维网可以引入多种合适的过滤介质和过滤元件中。应理解，过滤介质和过滤元件可以具有多种不同的构造，其具体构造取决于过滤介质和元件所用于的应用。例如，可以向有瓦楞的纤维网施加背衬，以形成包括背衬和网之间的一系列通道的过滤介质。在一些情况下，低厚度有瓦楞的纤维网允许对给定体积引入增加的通道频率。在一
11些情况下，较多的沟槽提供增加的通过纤维网通道的流体流动。可以卷绕组合件，以形成如下文进一步描述的螺旋状排列。在一些实施方案中，通道可以交替密封。该配置允许流体 (例如，空气)进入开放的通道，而密封物(一个或多个)引导流体通过网并进入相邻通道， 流体通过所述相邻通道行进并离开介质。在此方面，包括污染物的流体在网中行进并通过所述网过滤。通道可以分层，从而为过滤元件提供紧密、坚固的结构。在一些实施方案中， 过滤介质可以绕中轴螺旋和/或径向卷绕。图3图示包括有瓦楞的纤维网10的过滤介质的一个实施方案，所述有瓦楞的纤维网10层合到通常平坦的背衬30以形成通道40。介质呈螺旋状排列。在该实施方案中，网的纵向是卷绕网以形成螺旋的方向。如图所示，流体能够容易地流过通道。如上文指出的， 交替的通道可以包括引导流体进入相邻通道而由此过滤流体的密封物(一个或多个)。流体可以在由虚线50描绘的方向离开通道。在一些实施方案中，图3中描绘的排列可以通过增加壳体而并入过滤元件中。本文描述的纤维网可以形成为多相介质，其中具有不同(或相同)纤维组分(一种或多种)的多种纤维网可以彼此层叠。在一些实施方案中，多相过滤介质可以通过在湿法过程期间将一种纤维分散体置于另一纤维分散体上，并随后从两种纤维分散体去除水来形成。在一些情况下，可以调整多相过滤介质(例如，双相)，以使纤维密度呈现合适的梯度。相应地，过滤介质的容尘量可以基于纤维网的适当分层而增加。此外，本文提供的有瓦楞的纤维网可以引入用于板、径向和锥形流体应用的过滤元件。在一些情况下，过滤元件包括可以设置在过滤介质周围的壳。所述壳可以具有多种配置，其配置基于所预期的应用变化。在一些实施方案中，壳可以由过滤介质的外周周围设置的框形成。例如，框可以沿外周周围热封。在一些情况下，框具有围绕元件的通常圆形或椭圆形配置。框可以由多种材料形成，包括例如纸板、金属、聚合物、塑料或合适材料的任意组合。在一些实施方案中，过滤元件包括内芯，包括纤维网的过滤介质卷绕在所述内芯周围。 以例如圆柱形或锥形方式径向设置在内芯周围的过滤介质可以由周围的框架适当支撑。过滤元件也可以包括本领域已知的多种其它特征，如用于使过滤介质相对于框架、隔离物稳定的稳定化特征，或者任何其它合适的特征。本文描述的纤维网可以引入多种合适的过滤元件中，以用于利用它们有瓦楞和/ 或容尘量特性的多种应用。纤维网可以用于利用它们的韧性和柔性的应用，所述韧性和柔性导致对脆裂或失效的抗性。通常使用有瓦楞构造的纤维网的应用包括建筑、农业、矿业、 货运以及机动车工业。可引入纤维网的过滤元件的实例可以包括但不限于径向空气过滤元件、锥形空气元件、集尘器筒、汽轮机油滤器、燃料过滤器以及润滑油元件等。以下非限定性实施例描述适合于已根据本文讨论的各方面制得的具有高容尘量的可形成瓦楞的应用。实施例1根据上文描述技术来生产可形成瓦楞的纤维网。纤维含量为纤维网的85wt%。 桉树硬木纤维占纤维网的34%。松木和云杉软木纤维占纤维网的51%。在软木纤维中， 85wt%是松木，并且15wt%是云杉。产品的纤维部分的基重为65g/m2。树脂含量占纤维网的约15wt%，并使用非压缩性幕帘式涂布机来施加。施加真空以去除过量的树脂。树脂和纤维通过使用充有蒸汽的干燥筒来干燥和固化。树脂含量由聚苯乙烯丙烯酸酯胶乳、聚醋酸乙烯酯胶乳和三聚氰胺甲醛交联剂组成。聚苯乙烯丙烯酸酯胶乳占纤维网的8. 25wt%, 并且聚醋酸乙烯酯胶乳占纤维网的6. 3wt%。三聚氰胺甲醛交联剂占纤维网的0. 5wt%。 Palas过滤性能在如上文用于I^las过滤的操作条件下用与RGB-1000送粉装置连接的 Palas Model MFP 2000 来测量。实施例2可形成瓦楞的纤维网以类似于实施例1中生产纤维网的方式来生产。在该实施例中，纤维含量为纤维网的72wt%。桉树硬木纤维占纤维网的^wt%。松木和云杉软木纤维占纤维网的43wt%。树脂含量占纤维网的^wt%，并使用非压缩性幕帘式涂覆机来施加。 施加真空以去除过量的树脂。树脂和纤维通过使用充有蒸汽的干燥筒来干燥和固化。树脂含量包含聚苯乙烯丙烯酸酯胶乳、聚醋酸乙烯酯胶乳和三聚氰胺甲醛交联剂。聚苯乙烯丙烯酸酯胶乳占纤维网的15. #t%，并且聚醋酸乙烯酯胶乳占纤维网的11.8Wt%。三聚氰胺甲醛占纤维网的0. 8wt%。Palas过滤性能在如上文用于I^las过滤的操作条件下用与 RGB-1000送粉装置连接的I^alas Model MFP 2000来测量。图4示出实施例1和2的Palas过滤性能的图，χ轴上显示累积尘重量(mg)以及在y轴上显示压降(Pa)。在压降为15001 时，实施例1和2均呈现约390mg的累积尘重量。Palas过滤用IOOcm2的面积测量，提供3. 9mg/cm2的容尘量。下表1提供对实施例1和2测量的特性汇总。
实施例1 实施例2 重量(g/m2)7691
纤维含量8572
硬木，桉树(纤维网的％ )3429
软木，松树/云杉(纤维网的％ )5143
涂覆期间压缩II
树脂含量(％ )1528
聚苯乙烯丙烯酸酯胶乳(纤维网的％ )8^5 1^4^
聚醋酸乙烯酯胶乳(纤维网的％ )^3 Γ8^
三聚氰胺甲醛(纤维网的％)O^oTs
1. 5psi荷载下的厚度(密尔)1416
0. 5”水时的透气性(cfm/sf)3625
平均流孔(微米)1719
权利要求
1.一种具有纵向和横向的纤维网，所述纤维网包括沿所述横向延伸的一系列瓦楞，所述纤维网具有大于约^rig/cm2的容尘量和小于约30密尔的厚度。
2.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有大于约3.5mg/cm2的容尘量。
3.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约;3mg/cm2至约8mg/cm2的容尘量。
4.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5密尔至约15密尔的厚度。
5.权利要求1所述的纤维网，其中所述瓦楞的频率为约1瓦楞/英寸至约20瓦楞/英寸。
6.权利要求1所述的纤维网，其中所述瓦楞的幅度为约1密尔至约100密尔。
7.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网包含纤维素纤维。
8.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网包含合成纤维。
9.权利要求8所述的纤维网，其中所述合成纤维包括选自芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚醚醚酮、聚酯、来塞尔纤维、人造纤维和PET中的至少一种材料。
10.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网包含树脂配制物。
11.权利要求10所述的纤维网，其中所述树脂配制物占所述纤维网的约至约 50wt%。
12.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有大于约15psi的干Mullen顶破强度。
13.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5psi至约SOpsi的原样湿 Mullen顶破强度。
14.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约IOpsi至约IOOpsi的全固化湿 Mullen顶破强度。
15.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网在所述纵向上具有大于约2%的拉伸伸长率。
16.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网在所述横向上具有大于约2%的拉伸伸长率。
17.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网在所述纵向上具有大于约10磅/英寸的拉伸强度。
18.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网在所述横向上具有大于约3磅/英寸的拉伸强度。
19.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5cfm/sf至约lOOcfm/sf的渗透率。
20.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有约20g/m2至约150g/m2的基重。
21.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网具有大于约5微米的平均孔径。
22.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网在所述纵向上具有大于约200mg的干格林挺度。
23.权利要求1所述的纤维网，其中所述纤维网在所述纵向上具有大于约IOmg的湿格林挺度。
24.一种过滤元件，其包括权利要求1所述的纤维网。
25.—种纤维网，其具有大于约2%的纵向拉伸伸长率、大于约2%的横向拉伸伸长率、大于约;3mg/cm2的容尘量和小于约30密尔的厚度。
26.权利要求25所述的纤维网，其中所述纤维网具有大于约3.5mg/cm2的容尘量。
27.权利要求25所述的纤维网，其中所述纤维网具有约;3mg/cm2至约8mg/cm2的容尘量。
28.权利要求25所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5密尔至约15密尔的厚度。
29.权利要求25所述的纤维网，其中所述纤维网具有大于约15psi的干Mullen顶破强度。
30.权利要求25所述的纤维网，其中所述纤维网具有约5psi至约SOpsi的原样湿 Mullen顶破强度。
31.权利要求25所述的纤维网，其中所述纤维网具有约IOpsi至约IOOpsi的全固化湿 Mullen顶破强度。
32.一种过滤元件，其包括权利要求25所述的纤维网。
33.一种制造纤维网的方法，所述方法包括 形成纤维混合物；形成树脂配制物；以非压缩的方式向所述纤维混合物添加所述树脂配制物，然后干燥所述纤维混合物；禾口干燥具有所述树脂配制物的所述纤维混合物以形成纤维网，其中所述纤维网能够通过包括沿横向延伸的一系列瓦楞而具有瓦楞，所述纤维网具有大于约^rig/cm2的容尘量，并且所述纤维网具有小于约30密尔的厚度。
34.一种过滤流体的方法，所述方法包括使用包括纤维网的过滤元件过滤流体，所述纤维网包括沿横向延伸的一系列瓦楞，并且所述纤维网具有大于约^rig/cm2的容尘量和小于约30密尔的厚度。
全文摘要
本文描述的纤维网可引入过滤介质和过滤元件中。所述纤维网可呈现高容尘量。所述纤维网也可呈现低厚度。所述纤维网可足够柔性和/或可变形，以使其可被加工为包括沿横向延伸的一系列波纹(也称作瓦楞)。
文档编号B01D46/00GK102458606SQ201080027225
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月17日 优先权日2009年6月19日
发明者詹姆斯·M·维奇, 道格拉斯·M·吉蒙 申请人:霍林斯沃思和沃斯有限公司