波形过滤介质和元件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供各种高性能、高效率的过滤介质，其成本有效且易于制造。特别是提供具有至少一个波形构造的层的各种过滤介质，所述波形构造使得表面积增加，由此改善过滤介质的各种性质。所述过滤介质可用于形成用于各种应用的多种过滤元件。
【专利说明】波形过滤介质和元件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2009 年 7 月 24 日提交的标题为 “Waved Filter Media and Elements”的美国专利申请12 / 508,770的继续，12 / 508，770是2009年3月6日提交的标题为“Waved Filter Media and Elements” 的美国专利申请 12 / 399，281 的部分继续，12 /399，281 是 2008 年 2 月 27 日提交的标题为 “Waved Filter Media and Elements” 的美国专利申请12 / 038,049的部分继续，12 / 038，049要求2007年11月9日提交的标题为“Waved Filter Media and Elements，，的美国临时申请 60 / 986，626 和 2007 年 2 月 28 日提交的标题为“Curvilinear Filter Medium”的美国临时申请60 / 892，025的优先权，其均通过引用全文并入本文中。
【技术领域】
[0003]本发明涉及过滤，更具体而言，涉及高容量过滤介质和元件。
【背景技术】
[0004]除去空气中的气载微粒污染物是每个人都关注的。传统上已通过利用织造或非织造织物或纤网的方法实现了气相微粒过滤。这种系统性能的特征在于:微粒的初始去除或捕获效率是粒度的函数，系统对空气或气流的初始阻カ是气体流速或面速度的函数，以及这两个因素随着过滤元件负载微粒污染物的变化方式。ー个常用的量度是介质的a值，其与压降和过滤效率有夫，计算如下:
[0005]a =-100*log((100_ 效率)/ 100) / 压降
[0006]一般而言，期望特定过滤介质具有较高的a值，因为这是介质具有低压降和高效率的指标。例如用于ASHRAE袋滤器的玻璃材料的a值(采用DOP测试获得)为12?16 (取决于介质的具体效率)，并且不依赖于任何类型的静电荷而取得该a值。玻璃纸可以具有约12?13的a值，膜材料可以具有约20的a值，而纳米纤维电纺材料可以具有约5?12的a值。所有这些材料均不依赖于任何类型的静电荷而取得这些a值。
[0007]使用熔喷、纺粘、梳理成网非织造和湿法成网的合成材料形成的过滤介质在其带静电时可以具有非常高的a值。然而，当除去电荷时，这些介质的a值就显著下降到远低于使用其它材料制得的介质的a值水平。
[0008]因此，仍然需要提供改进的过滤器，更具体而言，需要提供具有改进的a值的过滤介质和过滤元件，包括在使用期间能保持高a值的那些。
实用新型内容
[0009]在一个实施方案中，提供一种过滤介质，其特征是包含:膜过滤层，所述膜过滤层包含多个具有波峰和波谷的波并且为波形构造；和粗支撑层，所述粗支撑层将所述膜过滤层保持为波形构造并且使所述膜过滤层的相邻波的波峰和波谷保持分离。在一个实施方案中，提供一种过滤元件，其特征是包含上述的过滤介质。[0010]在一个实施方案中，提供一种过滤介质，其具有膜过滤层和粗支撑层，其中所述粗支撑层将膜过滤层保持为波形构造并且使过滤层的相邻波的波峰和波谷保持分离。
[0011]在一个实施方案中，提供一种过滤介质，其具有细纤维过滤层和粗支撑层，其中所述粗支撑层将细纤维过滤层保持为波形构造并且使过滤层的相邻波的波峰和波谷保持分离。过滤介质层以及各层的多种性质可以改变。在一个实施方案中，粗支撑层在波峰处的纤维量(fiber mass)小于其在波谷处的纤维量。在另一个实施方案中，细纤维过滤层的表面积可以比平面构造的细纤维过滤层的表面积高至少50%，并且更优选高100%。在另一个实施方案中，粗支撑层可以是下游粗支撑层，过滤介质可以还包括上游粗支撑层。细纤维过滤层可布置在上游粗支撑层和下游粗支撑层之间。过滤介质还可以包括布置在下游粗支撑层和上游粗支撑层之间的至少一个附加过滤层。在一个示例性实施方案中，所述至少一个附加过滤层可以由平均直径大于形成细纤维过滤层的纤维的平均纤维直径的纤维形成。
[0012]不同层的纤维直径可以不同。在一个实施方案中，上游粗支撑层可以由平均直径大于形成细纤维过滤层的纤维的平均直径但等于或小于形成下游粗支撑层的纤维的平均直径的纤维形成。在一个示例性实施方案中，上游粗支撑层、细纤维过滤层和下游粗支撑层都具有波形构造。在一些情况下，上游粗支撑层、细纤维过滤层和下游粗支撑层中的一者或多者带电。在一个示例性实施方案中，过滤介质具有每英寸约2?6个波。上游和下游粗支撑层可以由例如短纤维层形成，细纤维过滤层可以是熔喷层和玻璃纤维层中的至少一种。粗支撑层也可以由至少一种粘合纤维和至少一种非粘合纤维形成。
[0013]在另一个实施方案中，过滤介质可以包括布置在上游粗支撑层的上游的平面层和布置在下游粗支撑层的下游的平面层中的至少其一。平面层可以由平均直径小于形成上游粗支撑层和下游粗支撑层的纤维的平均直径但大于形成细纤维过滤层的纤维的平均直径的纤维形成。在另一个实施方案中，平面层可以由平均直径大于上游和下游粗支撑层以及细纤维过滤层的纤维形成。在这种实施方案中，平面层优选布置在下游粗支撑层的下游。
[0014]过滤介质还可以具有不同的性质。例如，过滤介质的DOPa值可以大于约9，并且更优选大于约11 ;使用ASHRAE粉尘负载至1.5英寸H2O压降时，在25FPM面速度下，容尘量至少为约8g/ ft2 ;在25FPM面速度下，负载约60mg / IOOcm2的0.26 μ m颗粒之后,NaCl负载小于约50mm H2O ;透气率的范围为约10CFM?300CFM ;基重范围为约70gsm?IlOOgsm ；和/或厚度范围为约1.5mm?25mm。
[0015]在又一个实施方案中，提供具有第一纤维层的过滤介质，所述第一纤维层具有形成多个波的波形构造，每个波具有随机的波形和高度，并且每个波具有波峰和波谷，相邻波峰之间彼此间隔一定距离并且相邻波谷之间彼此间隔一定距离。过滤介质还可以包括与第一纤维层结合并且由比形成第一层的纤维更粗的纤维形成的第二纤维层。
[0016]在一个实施方案中，第一纤维层的表面积可以比平面构造的第一纤维层的表面积高至少约50%，并且更优选高100%。第一纤维层可以由例如平均直径小于形成第二纤维层的纤维的平均直径的细纤维形成。第一纤维层的纤维的平均直径可小于约5μπι并且第二纤维层的纤维的平均直径大于约10 μ m。在另一个实施方案中，第二纤维层的纤维密度可以是邻近第一纤维层的波峰的纤维密度大于邻近第一纤维层的波谷的纤维密度。第二纤维层可以布置在第一纤维层的下游，过滤介质还可以包括布置在第一纤维层上游的第三纤维层。在一个示例性实施方案中，第三纤维层由平均直径等于或小于形成第二纤维层的纤维的平均直径的纤维形成，并且形成第二纤维层的纤维的直径大于形成第一纤维层的纤维的平均直径。第一、第二和第三纤维层可以具有波形构造，并且过滤介质还可以包括布置在第三纤维层的上游且具有平面构造的第四层和布置在第二纤维层的下游且具有平面构造的第五层中的至少其一。在某些示例性的实施方案中，第一纤维层为熔喷层或玻璃纤维层，第二纤维层由至少一种粘合纤维和至少一种非粘合纤维形成。
[0017]在又一个实施方案中，提供一种多层过滤介质，其具有由细纤维层、以及由粘合纤维和非粘合纤维的共混物形成的至少一个粗支撑层所形成的曲线网。所述至少一个粗支撑层可以维持细纤维层的相邻波峰之间的间距并且维持细纤维层的相邻波谷之间的间距。过滤介质还可以包括与曲线网结合的平面网。
[0018]在一个实施方案中，细纤维层可以为熔喷层或玻璃层，所述至少一个粗支撑层可以由至少一种粘合纤维和至少一种非粘合纤维形成。所述至少一个粗支撑层可以包括布置在细纤维层上游的第一粗支撑层和布置在细纤维层下游的第二粗支撑层。平面网可以布置在第一粗支撑层的上游。在一个示例性实施方案中，第二粗支撑层由平均纤维直径比形成第一粗支撑层的纤维的平均纤维直径大的纤维形成，并且形成第二粗支撑层的纤维的平均纤维直径大于形成平面网的纤维的平均纤维直径，而且形成平面网的纤维的平均纤维直径大于形成细纤维层的纤维的平均纤维直径。在其它方面，该细纤维层的表面积可以比平面构造的细纤维层的表面积大至少约50%。
[0019]在其它方面中，提供一种具有过滤介质的过滤元件，所述过滤介质具有至少两个具有波形构造的纤维层，使得所述过滤介质包括多个高度为约2"或更小的非均匀波。至少一个纤维层可以为细纤维过滤层，如熔喷层或玻璃层，并且至少一个纤维层可以为粗纤维支撑层。过滤元件还可以包括围绕过滤介质的周边布置的外壳。在一个实施方案中，所述外壳可以通过使过滤介质的一部分周边硬化而形成。在另一个实施方案中，所述外壳可以为围绕过滤介质的周边布置的框架。过滤介质优选具有7?16的MERV评级。
[0020]在另一个实施方案中，提供一种摺叠过滤元件，其具有结合在一起的过滤层和支撑层以形成具有多个波峰和波谷的波形过滤介质。该波形过滤介质是摺叠的。在一个示例性实施方案中，所述波形过滤介质包括足以使波形过滤介质维持褶皱的硬背衬。作为替代方案或另外地，所述波形过滤介质可以具有使波形过滤介质维持裙皱的刚度(stiffness)。在一个示例性实施方案中，所述波形过滤介质在摺叠前的厚度为约0.5"或更小，摺叠时的厚度为约12"或更小，且更优选约2"或更小。摺叠波形过滤介质还可以包括围绕过滤介质的周边布置的外壳。在一个示例性实施方案中，该摺叠过滤介质具有7?16的MERV评级。
[0021]在其它方面中，提供一种袋滤器，其具有外壳和与外壳结合的多个过滤器。每个过滤器可具有形成于其中的袋并且可以配置成经其接收气流，而且每一个过滤器可以由具有通过第二纤维层保持成波形构造以形成波峰和波谷的第一纤维层如熔喷层或玻璃层的过滤介质所形成。所述外壳可以是例如框架，并且每个过滤器的开口端可以与该框架结合。过滤器可以彼此平行安置。过滤器还可以任选包括至少一个间隔物，所述间隔物布置在过滤器中并且适合将过滤器的相对侧壁保持彼此分隔预定的距离。在一个示例性实施方案中，过滤介质的厚度为约2"或更小，且更优选约0.5"或更小，和/或MERV评级范围为约7?16，且更优选约10?16。过滤介质还可以包括布置在与第二纤维层相对的第一纤维层的一侧上的第三纤维层。
[0022]在一组实施方案中，过滤介质包括细纤维过滤层和粗支撑层，所述细纤维过滤层包含多个具有波峰和波谷的波并且为波形构造，所述粗支撑层保持波形构造的所述细纤维过滤层并且使所述过滤层的相邻波的波峰和波谷保持分离。在一个实施方案中，过滤介质的初始DOPa值高于约40。在另一实施方案中，在60分钟时，过滤介质的DOPa值高于约9。在又一实施方案中，在60分钟时,过滤介质来自NaCl负载的压降小于30mm H20。一些这种实施方案中的细纤维过滤层可以是带静电的，并且可以包括例如平均直径为约5μπι或更小、例如约1.5μηι或更小的纤维。此外,过滤介质的初始压降可以低于约10.0mm H2O或低于约3.0mm H2O0对于某些应用，过滤介质的初始DOP渗透率低于约90%并在DOP负载60分钟时的渗透率低于约95%，或者初始DOP渗透率低于约30%并在DOP负载60分钟时的渗透率低于约65%。波峰和波谷的振幅可以介于约0.1”到约4.0”之间、约0.1”到约1.0”之间，或者约0.1”到约0.3”之间。介质的频率也可以不同。例如，过滤介质可以具有每英寸2?6个波，例如每英寸约3个波。所述过滤介质可用于广泛的应用中，包括例如面罩和呼吸器。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1A为过滤介质的一个实施方案的侧视图；
[0024]图1B为过滤介质的另一实施方案的侧视图；
[0025]图1C为图1A的过滤介质的一个层的侧视图；
[0026]图2A为板式过滤器的一个实施方案的透视图；
[0027]图2B为沿线2B截取的图2A的板式过滤器的侧视截面图；
[0028]图3为板式过滤器的另一实施方案的侧视图；
[0029]图4A为摺叠过滤元件的一个实施方案的透视图；
[0030]图4B为摺叠过滤元件的另一实施方案的侧视截面图；
[0031]图4C为摺叠过滤元件的又一实施方案的侧视截面图；
[0032]图5A为其中布置有多个过滤袋的袋滤器的一个实施方案的透视图；
[0033]图5B为图5A的过滤袋之一的透视图；
[0034]图5C为图5B的过滤袋的侧视截面图；
[0035]图6为表示不同过滤介质的放电DOP渗透率-压降关系的图；
[0036]图7为表示不同过滤介质的容尘量的图；
[0037]图8为表示不同过滤介质的NaCl负载的图；
[0038]图9为表示不同过滤介质的多通道液体试验的图；
[0039]图10为表示不同过滤介质的DOPa值-时间关系的图；
[0040]图11为表示不同过滤介质在DOP负载过程中的压降-时间关系的图；
[0041]图12为表示不同过滤介质的DOP渗透率-时间关系的图；
[0042]图13为表示不同过滤介质的NaCl负载-时间关系的图；
[0043]图14为表示不同过滤介质在NaCl负载过程中的压降-时间关系的图；
[0044]图15为表示不同过滤介质的NaCl渗透率-时间关系的图；和；
[0045]图16为表示不同过滤介质的过滤效率-粒度范围关系的图。【具体实施方式】
[0046]现在将描述某些示例性实施方案以提供对文中所公开的装置和方法的结构、功能、制造和用途的原理的全面理解。本领域技术人员将理解文中具体描述的装置和方法是非限制性的示例性实施方案，而本发明的范围只由权利要求限定。所描述的与一个示例性实施方案相关的特征可以和其他实施方案的特征相结合。这类修改和变化都意图包含在本发明的范围内。
[0047]本发明通常提供成本有效且易于制造的各种高性能高效率过滤介质。特别是提供具有至少一个具有波形构造的层的各种过滤介质，所述波形构造使表面积增加，由此提高过滤介质的各种性能。过滤介质可以任选带电并且可以用来形成用于各种应用中的多种过滤元件。
[0048]介质
[0049]一般而言，提供具有至少一个过滤(例如纤维、膜)层的各种过滤介质，所述至少一个过滤层通过一个或多个附加层(例如纤维层)保持成波形或曲线构造。波形构造的结果是过滤介质的表面积增加，其使得过滤性能得到改善。过滤介质可以包括不同的层，并且仅有某些或所有的层可以是波形的。
[0050]图1A示出过滤介质10的一个示例性实施方案，其中过滤介质10具有至少一个过滤层和至少一个粗支撑层，所述粗支撑层保持波形构造的过滤层以维持过滤层相邻波的波峰和波谷的分离。过滤层可以带电或不带电。在示出的实施方案中，过滤介质10包括细纤维过滤层12、第一下游粗支撑层14和布置在细纤维过滤层12对侧上的第二上游粗支撑层
16。支撑层14、16可以有助于将细纤维过滤层12和任选的任意附加过滤层保持为波形构造。尽管示出了两个粗支撑层14、16，但过滤介质10没有必要两个支撑层都包括。在其中仅提供了一个粗支撑层的情况下，该粗支撑层可以布置在(多层)过滤层的上游或下游。在某些实施方案中，粗支撑层中的一个或多个可以是带电的。
[0051]过滤介质10还可以任选包括一个或多个位于过滤介质10的最上游和/或最下游侧的外层或覆盖层。图1A示出布置在过滤介质10的上游侧以起到上游容尘层作用的顶层18。该顶层18还可以起到美观层的作用，这将在下面作更详细的讨论。所示实施方案中的层排列为顶层18布置在标记为I的空气进入侧，第二粗支撑层16刚好在顶层18的下游，细纤维过滤层12刚好布置在第二粗支撑层16的下游，第一粗支撑层14布置在第一层12下游的标记为O的空气流出侧。气流的方向，也就是从空气入口 I到空气出口 O的方向，由附图标记A所标记的箭头指示。
[0052]所述外层或覆盖层可以作为替代方案或另外成为布置在过滤介质10的下游侧上的底层以起到为过滤介质10提供结构完整性从而有助于保持波形构造的增强部件的作用。所述(多层)外层或覆盖层还可以用于提供耐磨性。图1B示出了与图1B的过滤介质10类似的过滤介质IOB的另一实施方案。在该实施方案中，过滤介质IOB不包括顶层，但具有细纤维过滤层12B、刚好布置在细纤维过滤层12B下游的第一粗支撑层14B、刚好布置在细纤维过滤层12B的上游的空气进入侧I上的第二粗支撑层16B以及刚好布置在第一粗支撑层14B的下游的空气流出侧O上的底层18B。此外，如图1A和IB的示例性实施方案中所示，所述(多层)外层或覆盖层可以具有与细纤维过滤层和/或任何粗支撑层的形貌不同的形貌。例如，在摺叠或非摺叠构造的任一中，所述(多层)外层或覆盖层可以是非波形的(例如基本上平面的)，而细纤维过滤层和/或任何粗支撑层可以具有波形构造。本领域技术人员将理解，多种其他构造是可能的，并且过滤介质可以包括不同排列的任何数目的层。
[0053]细纤维层
[0054]如上所述，在一个示例性实施方案中，过滤介质10包括至少一个细纤维过滤层12，其可以任选带电。在一个示例性实施方案中，使用由细纤维形成的单个过滤层12，但过滤介质10可以包括任何数目的附加的任选带电的过滤层，所述附加的任选带电的过滤层布置在下游粗支撑层和上游粗支撑层之间，与细纤维过滤层12相邻，或者布置在过滤介质内的其他地方。尽管没有示出，但所述附加过滤层可以与细纤维过滤层12 —起保持为波形构造。在某些示例性实施方案中，过滤介质10可以包括布置在细纤维过滤层12的上游的一个或多个附加过滤层。所述附加过滤层可以由细纤维形成，或者更优选可以由平均纤维直径大于形成细纤维过滤层12的纤维的平均纤维直径的纤维形成。
[0055]细纤维过滤层12可以由多种纤维形成，但在一个示例性实施方案中，细纤维过滤层12由平均纤维直径小于约ΙΟμπκ更优选小于约5μπκ更优选小于约3μπ?的纤维形成。在某些示例性实施方案中，所述纤维可以具有约1.5μπ?或更小的平均纤维直径，包括平均直径小于约I μ m、例如为约0.5 μ m的纳米纤维。在一些实施方案中，所述纤维的平均纤维直径介于约0.3 μ m到约1.5 μ m之间，或者介于约0.3 μ m到约1.0 μ m之间。
[0056]如果提供的话，任何附加过滤层可以同样地由多种纤维形成，但在一个示例性实施方案中，所述附加过滤层由平均纤维直径大于约5 μ m但优选小于约10 μ m的纤维形成。
[0057]还可以使用不同的材料(包括合成和非合成材料)来形成纤维。在一个示例性实施方案中，细纤维过滤层12以及任何附加过滤层由熔喷纤维形成。作为非限制性实例，示例性的材料包括聚烯烃，例如聚丙`烯和聚乙烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰胺，例如尼龙；聚碳酸酯；聚苯硫醚；聚苯乙烯；和聚氨酯。在另一实施方案中，细纤维过滤层12可以由玻璃纤维形成。可以使用不同的制造技术来形成玻璃纤维网，包括湿法纤网和干法纤网。玻璃纤维的种类和尺寸也可以改变，但在一个示例性实施方案中，所述纤维为玻璃微纤维，例如使用旋转或火焰衰减法制造且平均纤维直径在约
0.2 μ m到5 μ m范围内的A-型或E-型玻璃纤维。但作为非限制性实例，其他合适的材料包括聚乙烯醇和聚偏二氟乙烯。细纤维过滤层12以及任何附加过滤层还可以使用本领域熟知的各种其他技术来形成，包括湿法成网技术、气流成网技术、梳理、电纺丝和纺粘。在其中细纤维过滤层带电的实施方案中，所述层可以在与另一层结合之前或者在已形成两个或更多个层的复合材料之后带电。
[0058]所得的细纤维过滤层12以及任何附加过滤层还可以具有取决于期望应用所需的各种厚度、透气率、基重和过滤效率。在一个示例性实施方案中，以平面构造测量的细纤维过滤层12的厚度范围为约0.1密耳到30密耳；例如约0.1密耳到2密耳之间，或者约2密耳到12密耳之间。细纤维过滤层的透气率可以在约10CFM到1000CFM范围内。例如，透气率可以介于约10CFM到300CFM之间，或者约600CFM到700CFM之间。基重可以在约0.1gsm到50gsm范围内，例如约5gsm到40gsm之间。细纤维过滤层的DOP过滤效率可以随特定的应用宽幅变化，但通常在约20%到99.999%范围内。例如，对于某些应用，精细DOP效率可以介于约95到99.999%之间。如果提供了任何附加过滤层，则在某些示例性实施方案中，以平面构造测量的每个附加过滤层的厚度在约0.1密耳到30密耳范围内，透气率在约10CFM到1000CFM范围内，基重在约0.1gsm到50gsm范围内，DOP过滤效率在约20%到99.999%范围内。但应理解，本文中所述的范围是示例性的，某些实施方案可能包括落在这些范围之夕卜的值。
[0059]膜过滤层
[0060]在一些实施方案中，过滤介质10可以包括至少ー个形成为波形构造的膜过滤层。在这些实施方案中，膜过滤层可起到过滤层的作用。与上面关于细纤维过滤层的描述相似，膜过滤层可引入到过滤介质中粗支撑层之间。应理解，虽然本文中的描述通常集中在包括细纤维过滤层的过滤介质上，但这些描述也适用于包括膜过滤层的过滤介质。例如，在图1A所示的实施方案中，过滤层12可以是膜过滤层而不是如上所述的细纤维过滤层。
[0061]在一些实施方案中，包括波形构造的膜过滤层的过滤介质可以不包括为波形构造的任何细纤维过滤层。在一些实施方案中，可以在过滤介质中与ー个或多个细纤维层一起引入ー个或多个波形构造的膜过滤层。例如，膜过滤层可以层叠在细纤维层上或者与细纤维层一起层叠。应理解，过滤介质可以包括任何数目的布置在下游粗支撑层和上游粗支撑层之间的附加过滤层(其可或为膜或为细纤維)。
[0062]一般而言，可以使用任何合适的材料来形成膜过滤层。膜可例如由聚合物材料形成。合适的材料包括聚四氟こ烯(PTFE)(例如发泡或未发泡的)、聚こ烯(例如线形低密度、超高分子量)、聚丙烯、聚碳酸酷、聚酯、硝化纤维素混合酷、聚醚砜、こ酸纤维素、聚酰亚胺、こ酸纤维素、聚偏ニ氟こ烯、聚丙烯腈、聚砜、聚醚砜和聚酰胺等。在一些实施方案中，可优选PTFE膜。
[0063]膜过滤层可以是单层膜或多层膜。在使用多层膜的实施方案中，不同的层可以具有不同的组成。一般而言，膜过滤层可通过本领域已知的合适方法形成。
[0064]膜过滤层具有多个孔。孔允许流体通过，而污染颗粒被捕获在膜上。
[0065]粗支撑层
[0066]同样如上所述，过滤介质10可以包括至少ー个粗纤维支撑层，其可以任选带电。在一个示例性实施方案中，过滤介质10包括下游粗支撑层14，其布置在细纤维过滤层12的空气流出侧0上并且将细纤维过滤层12有效地保持为波形构造。过滤介质10还可以包括上游粗支撑层16，其布置在下游粗支撑层14相对侧的细纤维过滤层12的空气进入侧I上。上游粗支撑层16可以同样有助于将细纤维过滤层12保持为波形构造。如上所述，本领域技术人员将理解，过滤介质10可以包括任何数目的层，并且其不需要包括两个粗支撑层，或顶层。在某些示例性实施方案中，过滤介质10可以由细纤维过滤层12和单个相邻的粗支撑层14或16形成。在其他实施方案中，过滤介质可以包括排列成不同构造的任何数目的附加层。层的具体数目以及类型取决于过滤介质的预期用途。
[0067]粗支撑层14、16可以由多种类型和尺寸的纤维形成。在一个示例性实施方案中，下游粗支撑层14由平均纤维直径大于细纤维过滤层12、上游粗支撑层16和顶层18 (如果有的话)的平均纤维直径的纤维形成，上游粗支撑层16由平均纤维直径小于下游粗支撑层14的平均纤维直径但大于细纤维过滤层12和顶层18的平均纤维直径的纤维形成。在某些示例性实施方案中，下游粗支撑层14可以由平均纤维直径在约5 y m到40 y m范围内、更优选约20 m到30 m或约10 y m到20 y m范围内的纤维形成，上游粗支撑层16可以由平均纤维直径在约10 μ m到40 μ m范围内、更优选约15 μ m到20 μ m或约10 μ m到20 μ m范围内的纤维形成。
[0068]还可以使用包括合成材料和非合成材料在内的不同材料来形成粗支撑层14、16的纤维。在一个示例性实施方案中，粗支撑层14、16由短纤维形成，特别是由粘合纤维和非粘合纤维的组合形成。一种合适的纤维组合物为至少约20%的粘合纤维和余量为非粘合纤维的共混物。可以使用各种类型的粘合和非粘合纤维来形成本发明的介质。粘合纤维可以由有效促进层间热粘合的任何材料形成，并因此具有低于非粘合纤维的熔融温度的活化温度。粘合纤维可以是单组分纤维或众多双组分粘合纤维中的任意一种。在一个实施方案中，粘合纤维可以是双组分纤维，并且每种组分可以具有不同的熔融温度。例如，粘合纤维可以包括芯和鞘，其中鞘的活化温度低于芯的熔融温度。这使得鞘能够在芯之前熔化，从而鞘粘合到层中的其他纤维上，而芯保持其结构完整性。这在产生用于捕集滤出液的更粘层方面是特别有利的。所述芯/鞘粘合纤维可以是同心的或非同心的，示例性的芯/鞘粘合纤维可以包括:聚酯芯/共聚酯鞘、聚酯芯/聚乙烯鞘、聚酯芯/聚丙烯鞘、聚丙烯芯/聚乙烯鞘、聚酰胺芯/聚乙烯鞘，以及它们的组合。其他示例性的双组分粘合纤维可以包括裂膜纤维纤维(split fiber fibers)、并列纤维、和/或“海岛(island in sea)”纤维。示例性的双组分粘合纤维可以包括 Trevira254、255、256 型；Invista Cellbond? 255型；FiberInnovations201、202、215 和 252 型；以及 ES Fibervisions AL-Adhesion-C ESC806A。
[0069]非粘合纤维可以是合成的和/或非合成的，在一个示例性实施方案中，非粘合纤维可以是约100%合成的。一般而言，在耐湿、耐热、耐长期老化和耐微生物降解方面，合成纤维相比于非合成纤维是优选的。示例性的合成非粘合纤维可以包括聚酯、丙烯酸、聚烯烃、尼龙、人造纤维以及它们的组合。作为替代方案，用来形成介质的非粘合纤维可以包括非合成纤维，例如玻璃纤维、玻璃棉纤维、纤维素纸浆纤维(如木质纸浆纤维)以及它们的组合。示例性的合成非粘合纤维可以包括Trevira290型及Wellman Fortel? 204、289和510型。
[0070]还可以使用本领域已知的各种技术来形成粗支撑层14、16，包括熔喷、湿法成网技术、气流成网技术、梳理、电纺丝和纺粘。但在一个示例性实施方案中，粗支撑层14、16为梳理或气流成网的纤网。所得的层14、16还可以具有取决于期望应用所需的各种厚度、透气率和基重。在一个示例性实施方案中，以平面构造测量的下游粗支撑层14和上游粗支撑层16各自的厚度范围为约10密耳到60密耳，透气率范围为约300CFM到1000CFM，基重范围为约 IOgsm 到 IOOgsnio
[0071]外层或覆盖层
[0072]如前所述，过滤介质10还可以任选包括一个或多个布置在空气进入侧I和/或空气流出侧O上的外层或覆盖层。图1A示出了布置在过滤介质10的空气进入侧I上的顶层
18。顶层18可以起到容尘层的作用和/或可以起到美观层的作用。在一个示例性实施方案中，顶层18为平面层，其在细纤维过滤层12和粗支撑层14、16形成波形之后与过滤介质10结合。顶层18因此提供了审美上令人愉悦的顶表面。顶层18可以由各种类型和尺寸的纤维形成，但在一个示例性实施方案中，顶层18由平均纤维直径小于紧挨着顶层18的下游布置的上游粗支撑层16的平均纤维直径、但大于细纤维过滤层12的平均纤维直径的纤维形成。在某些示例性实施方案中，顶层18由平均纤维直径在约5μπι到20μπι范围内的纤维形成。因此，顶层18可以起到容尘层的作用而不影响过滤介质10的a值，这将在下面作更详细的讨论。
[0073]如图1B所示，过滤介质IOB可以作为替代方案或另外包括布置在过滤介质IOB的空气流出侧0上的底层18B。底层18B可以起到为过滤介质IOB提供结构完整性以有助于保持波形构造的增强组件的作用。底层18B还可以起到提供耐磨性的作用。这在最外层在使用过程中受到磨损的ASHARE袋应用中是特别期望的。底层18B可以具有类似于如上所述的顶层18的构造。但在ー个示例性实施方案中，底层18B优选为最粗糙的层，也就是说，其由平均纤维直径大于形成过滤介质所有其他层的纤维的平均纤维直径的纤维形成。ー个示例性的底层为纺粘层，但可以使用具有不同构造的各种其他层。
[0074]还可以使用包括合成的和非合成的材料在内的各种材料来形成外层或覆盖层的纤维。在一个示例性实施方案中，外层或覆盖层，例如顶层18和/或底层18B，由短纤维形成，特别是由粘合纤维和非粘合纤维的组合形成。一种合适的纤维组合物为至少约20%的粘合纤维和余量为非粘合纤维的共混物。可以使用各种类型的粘合和非粘合纤维来形成本发明的介质，包括前文对于粗支撑层14、16所讨论的那些。
[0075]外层或覆盖层，例如顶层18和/或任何底层，还可以使用本领域已知的各种技术来形成，包括熔喷、湿法成网技术、气流成网技术、梳理、电纺丝和纺粘。但在ー个示例性实施方案中，顶层18为气流成网层并且底层18B为纺粘层。所得的层还可以具有取决于期望应用要求的各种厚度、透气率和基重。在一个示例性实施方案中，以平面构造测量的外层或覆盖层的厚度范围为约2密耳到50密耳，透气率范围为约100CFM到1200CFM，基重范围为约 IOgsm 到 50gsm。
[0076]本领域技术人员将理解，尽管图1A示出了四层的过滤介质，但过滤介质可以包括各种构造的任何数目的层。可以增加不同的层来增强过滤、提供支撑、改变结构或用于各种其他目的。作为非限制性实例，过滤介质可以包括各种纺粘湿法成网的纤维素、干法成网的合成非织造物、湿法成网的合成材料和湿法成网的微玻璃层。
[0077]制造方法
[0078]ー些或所有的层可利用各种制造技术形成为波形构造，但在一个示例性实施方案中，过滤层12 (例如细纤维、膜)、任何附加过滤层和优选粗支撑层14、16中的至少其一，以从空气进入侧到空气流出侧的期望排列方式彼此相邻安置，并且所组合的层在第一和第二活动面之间传输，所述第一和第二活动面以不同的速度移动，如第二面的移动速度慢于第一面的速度。可以使用吸力如真空力将所述层拉向第一活动面，随后在所述层从第一活动面向第二活动面移动时拉向第二活动面。当其在第二活动面上通过时，速度差导致所述层形成Z-方向波，由此形成层中的波峰和波谷。可以改变每个面的速度以获得期望的每英寸波数。还可以改变所述面之间的距离以确定波峰和波谷的振幅，在一个示例性实施方案中，该距离调节为0.025”到4”之间。例如，波峰和波的振幅可以介于约0.1”到4.0”之间，例如约0.1”到1.0”之间、约0.1”到2.0”之间或约3.0”到4.0”之间。对于某些应用，波峰和波的振幅可以介于约0.1”到1.0”之间、约0.1”到0.5”之间或约0.1”到0.3”之间。还可以改变不同层的性质以获得期望的过滤介质构造。在一个示例性实施方案中，过滤介质具有每英寸约2?6个波，高度(总厚度)范围为约0.025”到2”，但是这可以随预定应用而有很大不同。例如，在其他实施方案中，过滤介质可以具有每英寸约2?4个波，例如每英寸约3个波。介质的总厚度可以介于约0.025”到4.0”之间，例如约0.1”到1.0”之间、约0.1”到2.0”之间或约3.0”到4.0”之间。对于某些应用，介质的总厚度可以介于约0.1”到0.5”之间或约0.1”到0.3”之间。如图1A所示，单个波W从一个峰的中间延伸到相邻峰的中间。
[0079]在图1A所示的实施方案中，当细纤维过滤层12和粗支撑层14、16形成波形时，所得的细纤维过滤层12将在其各个表面(即空气进入侧I和空气流出侧O)上具有多个波峰P和波谷T，如图1C所示。粗支撑层14、16将延伸跨过波峰P并进入波谷T，以使粗支撑层
14、16也具有波形构造。本领域技术人员将理解，在细纤维过滤层12的空气进入侧I上的波峰P将在空气流出侧O上具有相应的波谷T。因此，下游粗支撑层14将延伸进入波谷T，与该同一波谷T正好相对的是上游粗支撑层16将延伸跨过的波峰P。由于下游粗支撑层14延伸进入细纤维过滤层12的空气流出侧O上的波谷T，因此下游粗支撑层14将使空气流出侧O上的相邻波峰P彼此之间保持一定间距并且将使空气流出侧O上的相邻波谷T彼此之间保持一定间距。上游粗支撑层16 (如果有的话)同样可以使细纤维过滤层12的空气进入侧I上的相邻波峰P彼此之间保持一定间距并且可以使细纤维过滤层12的空气进入侧I上的相邻波谷T彼此之间保持一定间距。其结果是，与平面构造的细纤维过滤层的表面积相比，细纤维过滤层12的表面积显著增加。在某些示例性实施方案中，与平面构造的相同层的表面积相比，波形构造的表面积增加至少约50%，而在一些情况下，增加达120%之多。表面积的增加使得过滤效率提高，这将在下文更详细地讨论。
[0080]在其中上游和/或下游粗支撑层保持波形构造的细纤维过滤层的实施方案中，可能期望减少波谷中自由体积(例如未被任何纤维所占据的体积)的量。也就是说，波谷中较高的体积百分数可以被粗支撑层所占据以给予细纤维层结构支撑。例如，波谷中至少95%或基本上所有可用体积可以被粗支撑层所填充，并且所述粗支撑层的实度(solidity)可以介于约1%到90%之间、约1%到50%之间、约10%到50%之间或约20%到50%之间。此外，如图1A的示例性实施方案中所示，粗支撑层的延伸跨过波峰并进入波谷可以使得跨过波峰与顶层18A接触的粗支撑层的表面积与跨过波谷与顶层18A接触的粗支撑层的表面积相似。同样，跨过波峰与底层18B(图1B)接触的粗支撑层的表面积可以与跨过波谷与底层18B接触的粗支撑层的表面积相似。例如，跨过波峰与顶层或底层接触的粗支撑层的表面积可以比跨过波谷与顶层或底层接触的粗支撑层的表面积小约70%、小约50%、小约30%、小约20%、小约10%、或小约5%0
[0081]在某些示例性实施方案中，下游和/或上游粗支撑层14、16可以具有在波峰处比在波谷处大的纤维密度以及在波峰处比在波谷处小的纤维量。这可能是因为下游和/或上游粗支撑层14、16相对于细纤维过滤层12的粗糙度所致。特别地，当所述层从第一活动面移到第二活动面时，细纤维过滤层12的相对微细的性质将使下游和/或上游粗支撑层14、16得以顺应在细纤维过滤层12中形成的波周围。当粗支撑层14、16延伸跨过波峰P时，移动的距离将少于每一层14、16为填充波谷所移动的距离。其结果是，粗支撑层14、16将在波峰处密实，因此与波谷相比，在波峰处的纤维密度增加，所述层将通过波峰和波谷移动以形成环形构造。
[0082]一旦所述层形成了波形构造，就可以通过活化粘合纤维来实现纤维的粘合从而保持波形。可以使用各种技术来活化粘合纤维。例如，如果使用了具有芯和鞘的双组分粘合纤维，则可以通过施加热来使粘合纤维活化。如果使用了单组分粘合纤维，则可以通过施加热、蒸汽和/或一些其他形式的暖湿气来使粘合纤维活化。还可以将顶层18(图1A)和/或底层18B(图1B)分别布置在上游粗支撑层16 (图1A)的顶部或下游粗支撑层14B(图1B)的底部，并且例如通过粘合使其同时或相继与上游粗支撑层16或下游粗支撑层14B结合。本领域技术人员还将理解，所述层可以任选利用不同于使用粘合纤维的各种技术相互结合。其他合适的结合技术包括胶粘剂、针刺、水刺和化学粘合剂。所述层还可以是单独粘合的层，和/或它们可以在形成波形之前彼此结合(包括粘合)。
[0083]在干燥材料前，还可以任选将饱和剂施加到材料上。各种饱和剂可以和本发明的介质一起使用以利于在低于纤维熔融温度的温度下形成所述层。示例性的饱和剂可以包括存在于水性或有机溶剂中的酚醛树脂、蜜胺树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯/丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚乙烯/氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇以及它们的组合和共聚物。
[0084]在其他实施方案中，所得的介质还可以在以下至少一种并任选所有的性能方面具有梯度:粘合和非粘合纤维的组成、纤维直径、实度、基重和饱和剂含量。例如，在一个实施方案中，介质可以具有轻质、蓬松(lofty)、粗纤维、轻度粘合和轻度饱和的片状上游以及较重、较致密、细纤维、强粘合和强饱和的片状下游。这使得较粗颗粒得以在上游层被捕集，防止底层过早饱和。在其他实施方案中，最上游的层可以比最下游的层更轻和/或更蓬松。也就是说，上游层可以具有低于下游层的实度(例如网中纤维的固体体积分数)和基重。此夕卜，在过滤介质包括饱和剂的实施方案中，介质在最上游和最下游层中可以在饱和剂的量方面具有梯度。本领域技术人员将理解，介质的层可以具有各种性质。
[0085]还可以任选将静电荷赋予过滤介质或介质的不同层，从而形成驻极体纤维网。例如，可以在与一个或多个粗支撑层结合之前赋予细纤维过滤层电荷。在另一实施方案中，对包括超过一个层例如细纤维过滤层和一个或多个粗支撑层的过滤介质赋予电荷。取决于用来形成各个层的材料、电荷的量及充电的方法，电荷可以保持在一个或多个所述层中或者在短时间后(例如数小时内)耗散。对聚合物网赋予永久性偶极子以形成驻极体过滤介质的各种技术是公知的。可通过使用AC和/或DC电晕放电装置以及它们的组合以实现充电。特定放电特性通过电极形状、极性、间隙尺寸以及气体或气体混合物来确定。也可以使用包括基于摩擦的充电技术在内的其他技术来实现充电。
[0086]还可以在过滤介质形成为波形构造后对其进行摺叠，下文将更加详细地讨论各种示例性构造。本领域技术人员将理解，实质上任何本领域已知的摺叠技术都可以用来摺叠波形过滤介质。通常，过滤介质是通过在介质中形成多条平行的划线并在每条划线处形成折叠而进行摺叠的。
[0087]过滤介质性能
[0088]如上所述，所得的过滤介质的性能可以随介质的构造和预期用途而异。在一个示例性实施方案中，波形构造有效地增加了介质10的表面积，进而使所述介质比其他方面类似但为平面构造的介质具有改善的过滤性能。另外，在某些实施方案中，与未充电的波形介质相比，对波形介质充电可以改善某些过滤性能。
[0089]尽管可以基于不同的标准对过滤器性能进行评价，但期望通过待过滤污染物穿过过滤器的低渗透率来表征过滤器或过滤介质。但同时应当存在穿过过滤器的较低的压降或阻力。渗透率通常表示为百分比，如下所定义:
[0090]渗透率=C/ C0
[0091]其中C为穿过过滤器之后的颗粒浓度，C0为穿过过滤器之前的颗粒浓度。过滤效率定义为:
[0092]100-% 渗透率
[0093]因为期望有效的过滤器保持尽可能低的穿过过滤器的渗透率和压降值二者，因此根据称为α的值对过滤器进行评级，所述α值为渗透率的对数相对于穿过过滤器的压降的斜率。斜率越陡或α值越高，则指示过滤器性能更优。α由下式表示
[0094]a=-1001og (C / C0) / DP,
[0095]其中，DP为穿过过滤介质的压降。
[0096]在许多过滤情况下，具有高的初始α值是重要的。但同等重要的是(如果不是更重要的话)，在过滤过程中很好地保持可接受的α值。例如，在呼吸应用中，制造标准要求，成品呼吸过滤器如呼吸面具要经受高温以模拟老化作用。因此，过滤介质在受热时必须能够保持高α值。
[0097]在某些应用中，例如HVAC中，放电性能也很重要。合成过滤介质经常被充电以提高过滤性能。由于考虑到这些电荷在过滤器使用过程中将耗散，因此有将过滤器最差可能效率通知用户的动作。针对粗和细过滤器的欧洲标准ΕΝ779:2002包含在放电前后对平片介质进行强制性测试以确定是否存在性能劣化的可能性。该测试方法可以和产生完全放电介质的任何程序一起使用。所建议的程序包括浸没在异丙醇或水中的表面活性剂中或暴露于柴油机排烟中。用异丙醇处理的方法是:首先测量未处理介质样品的效率。接着将样品浸入100%异丙醇溶液中并在过滤器样品已被异丙醇润湿后将其放置在通风橱内的平坦惰性表面上进行干燥。干燥24小时后，重复测量效率。
[0098]DOP(苯二甲酸二辛酯)测试采用购自TSI公司的配备有油发生器的自动过滤器测试装置(8130)。该仪器测量在小于或等于115升/分钟的流量下基于瞬时或“负载量”的穿过过滤介质的压降和所得的渗透率值。瞬时读数定义为I压降/渗透率测量值。根据TSI说明书，用油发生器产生0.33微米的重均直径、0.20微米的数均直径的D0P、DEHS石蜡或Emory3004。本文中所有引用的DOPa值都是指对IOOcm2样品尺寸进行的DOP测试。空气流量为321pm以产生10.5fpm的面速度，或为761pm以产生25fpm的面速度。
[0099]另一示例性测试为NaCl (氯化钠)测试，其采用TSI公司的8130CertiTest?自动过滤器测试装置，该装置配备有氯化钠发生器。由盐颗粒发生器产生的平均粒径为0.26微米的重均直径或0.07微米的数均直径。该仪器测量在小于或等于115升/分钟(Ipm)流量下基于瞬时的穿过过滤介质的压降和所得的渗透率值。该8130可以连续模式运行，大约每分钟给出一个压降/渗透率读数。本文中所有提及的NaCla是指在761pm的流量(25fpm的面速度)下NaCl颗粒在IOOcm2的样品上的连续负载量，用以代表过滤器细颗粒的负载量。样品在15mg NaCl / m3空气的浓度下负载60分钟，每IOOcm2样品上的负载量为约 60mg NaCl。
[0100]如上所解释的，当用异丙醇放电前后、在5.3cm / s的面速度下测试时，发现满足EN779分类F5-F8的玻璃介质的DOP或DEHS (癸二酸二辛酯，可接受的DOP等价物)的α值范围为约12?16。本发明的某些介质在用异丙醇放电后获得的最小DOPa为9，更优选大于约11，最优选大于16,因此为玻璃介质提供了合适的替代方案。对于DOP a为9而言，IPA浸溃后的等价NaCl a为约12,对于DOPa为11而言，IPA浸溃后的等价NaCl a为约14，而对于DOPa为16而言，IPA浸溃后的等价NaCl a为约20。但根据本发明的过滤介质的a值可以随过滤介质的具体构造或者含该过滤介质的过滤元件而异。
[0101]如本文中所述，某些过滤介质可以包括细纤维过滤层和任选ー个或多个粗支撑层，所述细纤维过滤层和任选ー个或多个粗支撑层为具有多个波峰和波谷的波形构造。所述细纤维过滤层和任选ー个或多个粗支撑层可以是带电的。在一些实施方案中，这种过滤介质具有高DOP a值。例如，过滤介质的初始DOP a值可以高于约35、高于约40、高于约45、高于约50或甚至高于约60，这表明所述介质具有低的初始压降和高的初始效率。在DOP负载60分钟后，过滤介质的DOP a值可以高于约7、高于约9、高于约11、高于约13或甚至高于约15，这表明所述介质甚至在带电时也能在过滤过程中很好地保持可接受的a值。过滤介质的初始压降可以例如低于约3.0mm H20、低于约2.5mm H2O或低于约2.0mm H2O0 DOP负载60分钟后的压降可以例如低于约10.0mm H20、低于约8.0mm H20、低于约6.0mm H2O,低于约4.0mm H20、低于约3.5mm H20、低于约3.0mm H20、低于约2.5mm H2O或低于约2.0mmH2O。
[0102]过滤介质可以具有低的初始DOP渗透率且在DOP负载60分钟后的DOP渗透率也低，这表明所述过滤介质具有高效率。例如，初始DOP滲透率可以低于约40%、低于约30%、低于约25%、低于约20%、低于约15%或低于约10%。在一些实施方案中，例如在某些喷漆和住宅用(例如炉用)过滤器应用中，初始DOP渗透率低于约90%、低于约75%或低于约60%。DOP负载60分钟后的DOP渗透率可以例如低于约70%、低于约60%、低于约55%、低于约50%、低于约45%或低于约40%。低的渗透率值可以与穿过过滤器的低压降值例如上述压降值一起达到。在一组实施方案中，例如在某些喷漆和住宅用(例如炉用)过滤器应用中，DOP负载60分钟后的DOP渗透率低于约95%、低于约85%或低于约75%。
[0103]包括波形和带电层的过滤介质还可以具有高的NaCl a值。例如，过滤介质的初始NaCla值可以高于约40、高于约50、高于约55、高于约60、高于约65或甚至高于约70。在NaCl负载60分钟后，过滤介质的NaCl a值可以高于约20、高于约30、高于约35、高于约40或甚至高于约45，这表明所述介质甚至在带电时也能在过滤过程中很好地保持可接受的a值。过滤介质的初始压降可以例如低于约5.0mm H20、低于约4.5mm H20、低于约4.0mm%0、低于约3.5111111 H2O或低于约3.0mm H2O0 NaCl负载60分钟后的压降可以例如低于约30mm H20、低于约25mm H20、低于约20mm H20、低于约15mm H20、低于约IOmm H20、低于约7mmH2O或低于约5mm H2O,这表明穿过介质的压降随时间是平缓的。
[0104]过滤介质可以具有低的初始NaCl渗透率且在NaCl负载60分钟后的NaCl渗透率也低，这表明所述过滤介质具有高的颗粒去除效率。例如，初始NaCl滲透率可以低于约20%、低于约15%、低于约10%或低于约5%。在一些实施方案中，例如在某些喷漆和住宅用(例如炉用)过滤器应用中，初始NaCl渗透率低于约80 %、低于约60%或低于约40 %。NaCl负载60分钟后的NaCl渗透率可以例如低于约10%、低于约7%、低于约5%、低于约3%或低于约20ん低的滲透率值可以与穿过过滤器的低压降值例如上述压降值一起达到。在一组实施方案中，例如在某些喷漆和住宅用(例如炉用)过滤器应用中，NaCl负载60分钟后的NaCl渗透率低于约65%、低于约50%或低于约30%。[0105]在一些实施方案中，形成的具有波形构造的膜过滤层的过滤介质可以有利地具有高的DOPa值。形成的具有波形构造的膜过滤层的过滤介质在当膜过滤层不带电并用作机械过滤器时可以有利地具有高的DOPa值。例如，在一些实施方案中，DOP a值可以高于约20 (例如介于约20到约80之间、约20到约70之间、约20到约60之间、约20到约50之间)；在一些实施方案中，DOPa值可以高于约25 (例如介于约25到约80之间、约25到约70之间、约25到约60之间、约25到约50之间)；在一些实施方案中，DOPa值可以高于30 (例如介于约30到约80之间、约30到约70之间、约30到约60之间、约30到约50之间)；在一些实施方案中，DOP a可以大于约35 (例如介于约35到约80之间、约35到约70之间、约35到约60之间、约35到约50之间)；在一些实施方案中，DOP a可以高于约50 (例如介于约50到约80之间、约60到约80之间、约70到约80之间)；在一些实施方案中，DOPa可以高于约60(例如介于约60到约80之间、约70到约80之间)；在一些实施方案中，DOP a可以高于约70 (例如介于约70到约80之间)；和在一些实施方案中，DOP a可以闻于约80。
[0106]HVAC (加热、通风和空气调节)工业使用MERV (最小效率报告值)评级来描述过滤器从空气中去除微粒的能力。MERV评级是由与不同尺寸范围的颗粒相对应的过滤器效率得出的，并且根据ASHRAE52.2所详述的方法来计算。MERV评级越高则代表过滤更好和性能更优。在一个示例性实施方案中，根据本发明的过滤介质的MERV评级范围为约7?20，但是该评级可随预定用途而异。例如，过滤介质的MERV评级可以高于约13、高于约15、高于约17或高于约19。在一组特别的实施方案中，本文中描述的带电介质的MERV评级比具有类似构造但包含不带电的细纤维过滤层的过滤介质高至少2或高至少3。
[0107]所得介质还可以具有取决于期望应用要求的各种厚度、透气率、基重和容尘量。本文中提及的厚度是根据TAPPI T411使用适当的卡规确定的。本文中提及的基重是根据ASTMD-846确定的。本文中提及的容尘量是基于对ASHRAE52.1的改进进行测试以测试平板而不是袋的粉尘负载量。在25fpm的面速度下测量穿过lft2样品的压降。将ASHRAE52.1中规定的ASHRAE粉尘以I克的增量加入，直至达到1.5英寸H2O的压降。达到该压降的克数记为 g / ft2。
[0108]例如，在一个实施方案中，如图1A所示，所得介质的厚度tn可以在约1.5mm到100mm(例如约1.5mm到25mm)范围内，波峰和波谷的振幅介于约0.025”到4”之间(例如在一些应用中介于约0.1”到1.0”之间、约0.1”到2.0”之间或约3.0”到4.0”之间，而在其他应用中介于约0.1”到0.5”之间或约0.1”到0.3”之间)，空气渗透率在约10CFM到1000CFM范围内(例如介于约10CFM到300CFM之间或约600CFM到700CFM之间)。所得介质还可以具有约70gsm到I IOOgsm (例如约IOOgsm到500gsm、约400gsm到700gsm或约400gsm到IOOOgsm)的基重，在25FPM面速度下，使用ASHRAE粉尘负载至1.5’?20压降的容尘量为至少约8g / ft2，和/或在25FPM面速度下，在负载约60mg / IOOcm2的0.26 μ m颗粒后，NaCl负载量小于约50mm H2O0
[0109]过滤元件
[0110]如前所述，本文中公开的过滤介质(其可以任选带电)可以引入各种过滤元件中以用于不同的应用，包括液体和空气过滤应用。示例性的用途包括ASHRAE袋滤器、可摺叠HVAC过滤器、液体袋滤器介质、尘袋式家用过滤器、住宅炉用过滤器、喷漆房过滤器、面罩(例如手术用面罩和工业用面罩)、驾驶室空气过滤器、商用ASHRAE过滤器、呼吸过滤器、汽车进气口过滤器、汽车燃料过滤器、汽车润滑油过滤器、室内空气滤清器和真空吸尘器排气过滤器。过滤元件可以有不同的构造，某些示例性过滤元件构造将在下文更加详细地讨论。作为非限制性实例，其他示例性的过滤元件包括:包括布置在其中的圆柱形过滤介质的径向过滤元件、用于液体过滤的微米级管袋滤器(也称为滤袋式过滤器)、面罩等。
[0111]板式过滤器
[0112]在一个示例性实施方案中，任选带电的过滤介质可用于板式过滤器中。具体而言，过滤介质10可以包括布置在其周围的外罩。所述外罩可具有各种构造，具体构造可随预定应用而异。在一个实施方案中，如图2A所示，外罩为框架20的形式，其围绕过滤器10的周边安置。在该示出的实施方案中，框架20为大体矩形构造，使得其围绕大体矩形的过滤介质10的所有四个边，但具体形状可以改变。框架20可以由各种材料形成，包括卡片纸板、金属、聚合物等。在某些示例性实施方案中，框架20的厚度t可以为约12”或更小，更优选约2”或更小。图2B示出该框架的侧视截面图，显示其中布置有波形过滤介质10。在另一实施方案中，框架可以由过滤介质的边缘形成。特别是如图3所示，过滤介质10’的周边可以被热封以在其周围形成框架20’。板式过滤器还可以包括本领域熟知的各种其他特征，如用于使过滤介质相对于框架、间隔物等稳定的稳定化特征。
[0113]在使用中，板式过滤元件可以用于各种应用中，包括商用和住宅用HVAC(例如炉用过滤器)；汽车旅客舱室空气过滤器；汽车进气口过滤器；和喷漆房过滤器。过滤元件的具体性质可以随预定用途而异，但在某些示例性实施方案中，过滤元件的MERV评级在7?20范围内，并可以例如高于约13、高于约15、高于约17或高于约19。过滤元件的压降可以在约0.1 ”到5” H2O范围内，例如介于约0.1 ”到I ” H2O之间。
[0114]摺叠过滤器
[0115]还可以对任选带电的波形过滤介质进行打褶并用于摺叠过滤器中。如前面所讨论的，波形介质或其不同层可以通过在彼此的预定间距处形成划线并折叠该介质来进行摺叠。但本领域技术人员将理解，可以使用其他的摺叠技术。一旦介质被摺叠，则该介质可以引入到外罩中，其类似于图3A的板式过滤器。图4A示出了布置在框架30内的摺叠过滤介质32的一个实施方案。如前文针对图3A所讨论的那样，该框架可以有各种形状和尺寸。根据框架的尺寸和预定用途，介质可具有任何数目的摺。在某些示例性实施方案中，过滤介质具有每英寸I?2个摺，摺的高度在约0.75”到2”范围内。但一些应用使用高度高达12”的波峰。
[0116]为便于摺叠，过滤介质可以是自支持的，即其可以具有允许摺叠的刚度。在某些示例性实施方案中，用Gurley刚度测试仪测试的能够进行摺叠的过滤介质的最小刚度为约200mg。作为替代方案或另外，过滤介质可以包括不同硬化元件。作为非限制性实例，图4B和4C示出了摺叠的波形过滤介质32a、32b，其包括(例如使用胶粘剂或其他结合技术)粘合至过滤介质32a、32b的空气流出侧的稳定带34a、34b。还示出了布置在框架30a、30b内的过滤介质32a、32b。图4B还示出了筛网背衬36a，其布置在过滤介质32a上用以硬化介质32a并帮助保持摺叠构造。筛网背衬36a可以为延展金属丝或挤出塑料网。
[0117]在使用中，任选带电的摺叠波形过滤元件可用于各种应用中，包括可摺叠HVAC过滤器、住宅炉用过滤器、驾驶室空气过滤器、商用ASHRAE过滤器、汽车进气口过滤器、汽车燃料过滤器、汽车润滑油过滤器、室内空气滤清器和真空吸尘器排气过滤器。过滤元件的具体性质可随预定用途而异，但在某些示例性实施方案中，过滤元件的MERV评级可以在7~20范围内。例如，MERV评级可以高于约13、高于约15、高于约17或高于约19。过滤元件的压降可以在约0.1”到5”H2O范围内，例如介于约0.1”到I”H2O之间。过滤介质还可以具有约0.5”或更小的摺叠前厚度和约2”或更小的摺叠后厚度。但在某些应用中，摺叠后厚度可闻达12”。
[0118]袋/袋式过滤器
[0119]在又一实施方案中，任选带电的过滤介质可以引入到袋或袋式过滤器中用于加热、空气调节、通风和/或制冷；以及引入到微米级液体滤袋中。袋或袋式过滤器的形成方法可以是:将两个过滤介质放在一起(或将单个过滤介质对半折)，并将其三个边彼此结合(如果是对折的话则是两个边)使得只有一个边保持敞开，由此形成在过滤器内的袋。如图5A所示，可将多个过滤袋42附着到框架44上以形成过滤元件40。每个袋42可以安置为开口端位于框架中，由此使空气得以沿线A所指示的方向流入每个袋42中。框架可以包括延伸进并保持每个袋的矩形环。本领域技术人员将理解，所述框架实质上可以具有任何构造，并且可以使用本领域已知的各种结合技术来将袋连接到框架上。此外，框架可包括任何数目的袋，但袋滤器通常包括6~10个袋。
[0120]图5B示出了一个袋42，显示三个边42a、42b、42c是封闭的，而一个边42d是开口的，用于接收如线A所示的从中流过的气流。再如图5B中所示，袋滤器42还可以包括布置在其中并且配置成使过滤器42的对侧侧壁之间彼此分隔预定间距的任何数目的间隔物43。间隔物可以为在两个侧壁之间延伸的线或任何其他元件。图5C示出了图5B的袋滤器42的截面图，显示间隔物43在侧壁之间延伸。气流的方向再次用线A指示。本领域技术人员将理解，与袋或袋式过滤器一同使用的本领域已知的各种特征可以引入到本文所公开的过滤介质中。
[0121]过滤元件的具体性质可随预定用途而异，但在某些示例性实施方案中，过滤元件的MERV评级在约7~20范围内，更优选13~20。例如，MERV评级可以高于约13、高于约
15、高于约17或高于约19。过滤元件的压降可以在约0.1”到5”H20范围内，例如介于约
0.1”到1’Η20之间。过滤介质还可以具有约2”或更小、更优选约0.5”或更小的厚度，但
厚度可随预定应用而异。
[0122]作为非限制性实例，标准8袋ASHRAE袋滤器通常具有在24” Χ24”的框架内30”深的袋，并产生80平方英尺的介质。具有相同尺寸规格但使用根据本发明的波形过滤介质的ASHRAE袋滤器将产生176平方英尺的介质。
[0123]面罩
[0124]在又一实施方案中，任选带电的过滤介质可以引入到设计用于从可呼吸的空气移除污染物的个人防护过滤装置如面罩中。在一个实施方案中，所述过滤介质用来形成设计用于工作场所中的工业用面罩。所述面罩可以包括例如外结构支撑层、过滤层和内结构支撑层，但层的任何适合组合都可使用。每个层可以带电或不带电。结构支撑层可以是在适宜的条件例如约105~110°C的温度下于6~8秒内可热成型的非织造层。过滤层可以由熔喷或玻璃纤维材料形成。在一组实施方案中，面罩的过滤面积为作为美国标准的约170cm2或为可能作为世界上其他地区标准的约150cm2的面积。[0125]在另一实施方案中，任选带电的过滤介质被用于手术用面罩中。手术用面罩包括医务人员出于两个主要原因而通常佩戴的个人防护过滤装置:防止微生物从医务人员传向病人(以及反之亦然)，以及防止医务人员受到损害人体的体液的侵袭。手术用面罩可以包括例如外结构支撑层、过滤层和内结构支撑层，但层的任何适合组合都可使用。每个层可以带电或不带电。在一些实施方案中，结构支撑层为聚丙烯纺粘层，而过滤层由熔喷或玻璃纤维材料形成。过滤介质可以经折叠以得到更大的覆盖面积，并且可以包括例如200?IOOOcm2的过滤面积。
[0126]以下非限制性实施例用于进一步说明本发明:
[0127]实施例1
[0128]对比样品A(对照)
[0129]样品A为平面过滤介质，其由Johns Manville制造并作为CM285B-2出售，并且其为80?85%的玻璃毡过滤介质。测试介质性质并列于下表I中样品A条目下。
[0130]对于实施例1中制备的所有样品，都是在使用异丙醇使介质放电后测量DOP渗透率和DOPa。具体而言，将样品放在含100%异丙醇溶液的容器里，并使之浸泡大约5秒或直至达到完全饱和为止。然后从溶液中取出样品并让其排液约30秒。然后将样品放在通风橱/真空橱中并使其风干。干燥时间很大程度上取决于样品的厚度，并且为20分钟到48小时。然后进行DOP渗透率和DOP α的测试。
[0131]对比样品B (对照)
[0132]样品B为平面过滤介质，其由Hollingsworth&Vose公司制造并作为AS8020DD出售，并且其为80?85%的合成过滤介质。测试介质性质并列于下表I中样品B条目下。
[0133]样品C
[0134]样品C使用四层形成，按照从上游(空气进口)到下游(空气出口)的顺序列出为:(1)顶部气流成网层，(2)上游气流成网粗支撑层，(3)细纤维熔喷层，和(4)下游气流成网粗支撑层。
[0135]顶部气流成网层由50%的可得自Invista的2旦6mm的255型双组分纤维和50%的可得自Wellman的0.9旦6mm的510型聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维形成。顶部气流成网层在烘箱中粘合。顶部气流成网层的基重为25gsm，厚度为30密耳，透气率为850CFM。
[0136]上游气流成网粗支撑层由70%的可得自Invista的2旦6mm的255型双组分纤维、20%的可得自Wellman的0.9旦6mm的510型PET纤维和10%的可得自Wellman的15旦6mm的341型PET纤维形成。上游气流成网粗支撑层的基重为40gsm，厚度为40密耳，透气率为800CFM。
[0137]细纤维熔喷层由平均纤维直径为1.4μπι的聚丙烯纤维形成。熔喷层的基重为20gsm,厚度为7密耳，透气率为56CFM。
[0138]下游气流成网粗支撑层由50%的可得自Invista的2旦6mm的255型纤维和50%的可得自Wellman的15旦6mm的341型PET纤维形成。下游气流成网粗支撑层的基重为40gsm,厚度为40密耳，透气率为2000CFM。
[0139]通过把上游粗支撑层、细纤维熔喷层和下游粗支撑层放在以约25m /分钟的速度移动的第一活动面上以使这些层形成波形构造。所述层从第一活动面移动至以约IOm/分钟的速度移动的第二活动面，结果是形成了每英寸4个波。然后将波形网和顶层在130°C的烘箱中热粘合。测试所得介质的性质并列在下表1中样品C条目下。
[0140]样品D
[0141]重复样品C以形成样品D，只是细纤维熔喷层由平均纤维直径为0.6 μ m的聚丙烯纤维在IOgsm的纺粘聚丙烯上形成。熔喷层的基重为7gsm。测试所得介质的性质并列在下表1中样品D条目下。
[0142]样品E
[0143]重复样品C以形成样品E。测试所得介质的性质并列在下表1中样品E条目下。
[0144]表1
[0145]
【权利要求】
1.一种过滤介质，其特征是包含: 膜过滤层，所述膜过滤层包含多个具有波峰和波谷的波并且为波形构造；和粗支撑层，所述粗支撑层将所述膜过滤层保持为波形构造并且使所述膜过滤层的相邻波的波峰和波谷保持分离。
2.根据权利要求1所述的过滤介质，其特征是，所述膜过滤层由聚合物材料形成。
3.根据权利要求2所述的过滤介质，其特征是，所述膜过滤层由PTFE形成。
4.根据权利要求1所述的过滤介质，其特征是，还包含细纤维层，所述细纤维层包含多个具有波峰和波谷的波并且为波形构造。
5.根据权利要求1所述的过滤介质，其特征是，所述膜过滤层为单层膜。
6.根据权利要求1所述的过滤介质，其特征是，所述膜过滤层为多层膜。
7.根据权利要求1所述的过滤介质,其特征是,所述过滤介质的DOPa值高于20。
8.根据权利要求1所述的过滤介质,其特征是,所述过滤介质的DOPa值高于50。
9.根据权利要求1所述的过滤介质,其特征是,所述过滤介质的DOPa值高于70。
10.根据权利要求1所述的过滤介质，其特征是，所述过滤介质的厚度在约1.5mm到25mm范围内。
11.根据权利要求1所述的过滤介质，其特征是，所述过滤介质具有每英寸2?6个波。
12.一种过滤元件,其特征是包含权利要求1所述的过滤介质。
【文档编号】B01D46/00GK203417530SQ201090001102
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2010年7月23日 优先权日:2009年7月24日
【发明者】大卫·T·希利 申请人:霍林斯沃思和沃斯有限公司