熔喷深度过滤器元件、制作其的方法和机器与流程

本说明书涉及深度过滤器元件(depthfilterelement)、熔喷介质(meltblownmedia)以及制作它们的方法。

背景技术：

下文的背景讨论不承认下文中所讨论的任何事物都是一般常识或可引用的现有技术。

深度过滤器贯穿过滤介质的深度留住颗粒。各种介质能够用于构造深度过滤器，这些介质中的一个是熔喷或纺粘长丝无纺介质。深度过滤器可具有多个层(或区)，其中具有最大孔大小的层通常形成上游层，并且，具有最小孔大小的层通常形成下游层。这与备选地被称为筛滤器(screenfilter)的表面过滤器形成对照，其主要地通过上游分离层上或其附近(而不是贯穿过滤介质的深度)的尺寸排阻而留住颗粒。表面过滤器可为低于其额定的绝对颗粒大小的颗粒提供一些深度过滤，但深度过滤的量受限于表面过滤器的厚度不足和使得上游分离层后面的任何层尽可能地可渗透的期望。深度过滤器可借助于深度过滤器的相当大的厚度而区别于表面过滤器，其中，该厚度典型地是至少5mm，且更经常地是至少10mm。深度过滤器还典型地以提供平滑的内圆周表面和外圆周表面而使其体积最大化的构造提供，然而，表面过滤器典型地为折叠的或褶皱的，以便于使其表面积最大化。

筒式过滤器安装件具有放置于壳体中的一个或更多个可移除的或可替换的筒。典型的筒具有过滤器元件，该过滤器元件带有适应于将筒连接至壳体的端盖或其他固定装置。一些筒可进行清洗，但它们典型地在其使用寿命结束时被丢弃。深度过滤器元件可根据其纳垢容量(dhc)而评级，该纳垢容量以过滤器在堵塞之前能够容纳的固体颗粒的重量计量。元件的使用寿命被计量为在达到横过深度滤筒的指定的最大压降之前能够使元件在指定的条件下运行的时间。元件的使用寿命可受限于其dhc，或受限于元件在装载颗粒时承受所施加的压力的机械能力。其他评级标准包括元件移除指定尺寸的颗粒的效率和元件的净水压降。例如，移除效率评级可指定为低至指定的微米尺寸的颗粒的90%的移除，或指定为低至指定的微米尺寸的颗粒的“绝对”(意味着99%)的移除。

2006年1月17日对aune等人颁发的美国专利号6,986,427描述了一种对深度过滤器元件有用的熔喷无纺介质。通过将多个熔喷长丝指引在管状结构的锥形端的侧边而制作介质。管状结构在旋压心轴(spinningmandrel)上旋转。在沿着心轴长度将管状结构从长丝喷涂区域拉出的同时，随着将材料添加至其锥形端，管状结构的长度增长。不同的长丝被指引在锥的不同的部分处，并且，长丝可沿着锥的长度在一个或更多个特性的方面变更。这在管状元件中产生同心环形区，带有在一个或更多个特性的方面的对应的变化。可横过锥的长度施加一个或更多个其他熔喷长丝，以添加横过多个区的延伸穿过元件的深度的长丝，以增强介质。

与美国专利号6,986,427共享共同的优先权申请的美国专利号6,938,781描述无纺深度过滤器元件，该元件包括基本上连续的熔喷聚合物长丝的圆柱形团和延伸穿过该团的基本上连续的横穿熔喷聚合物长丝。圆柱形团具有深度维度、纵向维度和周向维度。圆柱形团的长丝大体上在纵向维度和周向维度上取向并且形成多个同心区。横穿长丝在围绕圆柱形团在周向维度上延伸且沿径向在深度维度上延伸穿过圆柱形团的两个或更多个区的大体上整个厚度的同时，在纵向维度上延伸穿过圆柱形团的长度的相当大的部分。

根据上述的专利而制作的聚丙烯深度过滤器元件由通用水处理技术公司(gewaterandprocesstechnologies)以与z.plex商标相关联的方式销售。这些元件具有大约1英寸(25mm)的内径和大约2英寸(51mm)至2.75英寸(70mm)的外径。在许多滤水应用中，使用这些元件。

由通用电气公司(generalelectriccompany)提交于2014年11月5日的国际申请号pct/us2014/064125描述另一深度过滤器元件。该元件中的长丝中的一个以朝向相邻的喷涂图案成角度的喷涂图案形成，以便于与相邻的喷涂图案的至少50%重叠。可按例如具有大约3英寸(76mm)的内径和大约6.5英寸(165mm)的外径的较大的格式制作这些过滤器。

技术实现要素：

下文的介绍旨在向读者介绍随后的且不限制或限定要求保护的发明的详细描述。要求保护的发明可为在下文中描述的元件或步骤的子组合，或者，包括在本说明书的其他部分中描述的元件或步骤。

本说明书描述具有一个或更多个、优选地三个或更多个同心区的深度过滤器元件。各区包括基本上连续的熔喷长丝。附加长丝通过元件的深度而往复运动。附加长丝限定直径变化的螺旋体。横穿长丝团优选地朝向一个或更多个外同心区偏置。

本说明书还描述制作深度过滤器元件的方法。熔喷长丝被喷涂至旋转的心轴上。一组长丝从相对于心轴而固定于适当的位置的一个或更多个喷嘴喷涂。另一长丝由喷嘴组件喷涂，该喷嘴组件沿横向移动或具有相对于心轴的复合运动。在复合运动的一种示例中，喷嘴组件相对于心轴振动，而喷嘴组件的部分相对于喷嘴组件的剩余部分振动。相对于心轴而振动的频率优选地小于相对于喷嘴组件而振动的频率。喷嘴组件相对于心轴的横向移动产生横穿元件的深度的至少部分的喷涂图案。复合运动产生喷涂图案，该喷涂图案在单次振动中横穿元件的深度的部分，但通过多次振动而横穿元件的深度的更多部分(优选地所有部分)。

在一种示例中，由相对于心轴而来回地平移的喷嘴组件产生横穿长丝。喷嘴组件的衰减器相对于喷嘴组件的剩余部分而振动。喷嘴组件在其平移结束时优选地停留。

附图说明

图1是深度滤筒的从其右侧拍摄的照片。

图2是图1的深度滤筒的从其左侧拍摄的照片。

图3是图1的深度滤筒的形成时的示意性端视图。

图4是用于制作图1的深度滤筒的机器的示意图。

具体实施方式

如在本文中贯穿说明书和权利要求使用的近似语言可应用于对能够变更而不导致相关的基本功能的变化的任何量进行修改。因此，以(多个)术语(诸如“大约”)修饰的值不限于精确的指定值。在一些实例中，近似语言可与用于对该值进行测量的仪器的精度相对应。除非上下文或语言另有指示，否则范围限制可被组合且/或互换，并且，在本文中包括这样的范围及所有的子范围。除了在运行示例中或在另有指示的情况下之外，说明书和权利要求中所使用的涉及材料量、工艺条件等的所有的数量或表达都将被理解为在所有的实例中以术语“大约”修饰。

“可选的”或“优选的”及类似的术语意味着随后描述的事件或情形可出现或可不出现，或者，随后确认的材料可存在或可不存在，并且，描述包括该事件或情形发生或者该材料存在的实例和该事件或情形不发生或者该材料不存在的实例。术语“可”用于指示可存在或可不存在的状况。

如本文中所使用的，术语“包括”、“包括了”、“包含”、“包含了”、“具有”、“具有了”或其任何其他的变型旨在涵盖非排他的包括。例如，包含一列元素的过程、方法、物品或设备不一定仅限于那些元素，而是可包括未明确地列出的或这样的过程、方法、物品或设备所固有的其他元素。除非上下文清楚地另有所指，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数的参照对象。

本文中所描述的深度过滤器元件提供现有的过滤器元件的有用的备选方案。深度过滤器元件可具有例如至少2.0英寸(25mm)、可选地至少4.5英寸(114mm)的外径。由熔喷横穿长丝(meltblowntraversingfilament)制作示范性的过滤器元件，其中，当形成在旋转心轴上时，该熔喷横穿长丝喷涂到过滤器元件上。由空气衰减型喷嘴产生横穿长丝，其中，该喷嘴使长丝分散在锥形喷涂区域内。衰减器绕枢轴旋转，以至于锥形喷涂区域横过正在形成的过滤器的长度的部分而振动。喷嘴还相对于心轴长度而左右往复运动，以进一步扩大由喷涂区域所覆盖的距离。相对于适应于通过更宽的弧而振动以覆盖类似的距离的聚合物喷嘴和衰减器，往复运动的喷嘴被认为是将更多的横穿长丝团(traveringfilamentmass)朝向过滤器元件的外侧放置。能够通过使喷嘴往复运动而增强该效果，以至于在与元件的外侧相对应的其行进侧处或附近，耗费不成比例的时间量。

在不旨在受理论限制的情况下，发明人认为，振动但沿横向固定的横穿长丝喷涂图案趋向于在过滤器的外区中提供次优的横穿长丝团。这在具有大直径和厚壁的过滤器元件中变得更显著。在形成过滤器的同时，使横穿长丝喷嘴沿横向相对于心轴移动允许相对更多的横穿长丝团定位在(多个)外区中。这被认为使过滤器的(多个)外区的结构硬化，并且，帮助防止开放空隙在这些区中塌陷。喷嘴相对于心轴本身的低频横向振动同样地似乎具有对元件的寿命和纳垢容量的有益效果。在内向外的流动状况的实例中，该振动还能够朝向内径区偏置。

参考图1和图2，深度滤筒10具有管状深度过滤器元件12、左侧端盖14和右侧端盖16。单词“左侧”和“右侧”是任意的，并且，在本描述中，将仅仅用于提供如图中所取向那样描述筒10的手段。筒10或其一部分还可被描述为具有长度(在与筒的左侧与右侧之间的线平行的纵向维度上测量)、周长(在沿着与纵向维度垂直的圆的周向维度上测量)、或深度(在与周向维度垂直的径向维度上测量)。

端盖14,16可由热塑性材料制成，且优选地，热粘合至深度过滤器元件12的各端，以与深度过滤器元件12的端部形成密封。备选地，端盖14,16可通过胶粘剂或通过在本领域中已知的其他手段而粘合至深度过滤器元件12。端盖14,16使深度过滤器元件12的外侧与深度过滤器元件12的中空中心流体地(fluidly)分离。优选地，多孔芯管(不可见)延伸穿过深度过滤器元件12的中空中心，并且，附接且密封至端盖14,16。

深度滤筒10典型地在将其插入到壳体或护壳(未示出)中之后被使用。壳体可容纳一个或多于一个筒10。在从外向内的过滤模式中，待被过滤的给水(feedwater)流过入口至由壳体的内侧和筒10的外侧限定的集流腔室(plenum)中。然后，给水流过深度过滤器元件12，并且，被过滤的水收集在深度过滤器元件12或芯管的中空中心中。端盖14,16中的一个或两个具有连接至壳体的出口的用于被过滤的水的开口。在所示出的筒10中，左侧端盖14包括适配器18和密封件20，其插入到壳体的出口中。密封件20是定位在适配器18中的槽中的o型环。备选地，可通过将弹性材料灌注在槽中，以提供以简单的孔的形式的围绕适配器18的平面环形垫圈，或通过本领域中已知的其他手段，从而形成密封件20。备选地，深度滤筒10可通过将上述的水流反向而以从内向外的过滤模式被使用。在这种情况下，优选地，使其内表面和外表面之间的元件12的结构中的变化颠倒。

参考图3，深度过滤器元件12包含穿过其深度的多个介质层或区22。优选地，从深度过滤器元件12的外表面24至内表面26，区的保留大小(以给定的效率移除的颗粒大小)减小。因而，大颗粒将留在外表面24附近，并且，随着给水向内经过深度过滤器元件12，渐进地，较小的颗粒将被留住。虽然为了便于图示，以区22之间的清晰线图示区22，但实际上，在区22之间，可存在更渐变的过渡或过渡区域。虽然5个区22是优选的，但如所示，可存在更多个区或更少个区。在图1和2的深度过滤器元件12中，其五个区22中的每个都具有不同的长丝直径和保留大小，其中，长丝直径和保留大小两者都朝向内表面26减小。可选地，两个或更多个区22可具有相同的长丝直径或保留大小，但优选地，对于作为整体的深度过滤器元件12，同时仍然提供保留大小朝向内表面26的总体减小。

在图1和图2的示例中，深度过滤器元件12具有大约6.5英寸的外径和大约3英寸的内径。筒10的长度为大约38英寸，这与40英寸的标定长度相对应。适配器18是标准型226配件，然而，可使用其他合适的配件。筒10的尺寸也可变化。例如，外径可为较大或较小，优选地，在3英寸至9英寸或4.5英寸至7英寸的范围中。长度也可为较大或较小，例如，可制作标定60英寸的筒。可选地，表面过滤器可按在通过引用而并入的国际公布号wo2012/034028中描述的方式设在深度过滤器元件12的内部。在这种情况下，表面过滤器可例如置于具有大约1.1英寸与3英寸之间的外径的芯管上，并且，延伸至大约2英寸与4.5英寸之间的内表面过滤器的外径。

图1和图2的筒10由聚丙烯(pp)深度过滤器元件12和热焊接至深度过滤器元件12的pp端盖14,16制作。在其他选项中，端盖14,16能够由另一聚合物(诸如，abs)制成，并且，它们能够利用胶粘剂来附接至元件12。对形成深度过滤器元件12有用的其他材料包括例如其他聚烯烃(诸如，聚乙烯)、纤维素、聚酰胺、聚酯以及矿物纤维。可在单个筒10中使用多种材料。

深度过滤器元件12可由熔喷介质制成，其中，各区22是由一个或更多个基本上连续的聚合物长丝形成的团。如将在下文中关于图4而描述的，各区22由从熔喷长丝递送系统供给的聚合物制成。受制于随机断裂的可能性，各区22由单个基本上连续的长丝制成。构成区22的长丝主要沿纵向方向和周向方向延伸。优选地，深度过滤器元件12还包含一个或更多个多区长丝32。多区长丝32是在两个或更多个区22之间(优选地，在所有的区22之间)在深度维度上延伸的基本上连续的聚合物长丝。在图3中(且在图1和图2的筒中)，如美国专利号6,938,781和6,986,427中所描述的，多区长丝32包括静电长丝28和z形长丝30，其也被称为横穿长丝。

图3是在其形成时的元件12的端视图。如将关于图4而进一步描述的，通过从沿纵向隔开的位置对着正在形成的深度过滤器元件12的旋转锥形端喷涂，从而将构成区22的长丝层叠地累积成团。当元件12旋转时，在压辊接触线11处，新的多层长丝压靠现有的多层。因此，元件12的端部大体上呈锥形，但其实际上是螺旋体或螺丝钉，其中，在其平面中的径向线相对于元件12的纵向轴成较小的角度，而不是如典型的螺丝钉中那样成直角。类似地对着正在形成的深度过滤器元件12的旋转端部喷涂多区长丝32，但以沿纵向横过多个区22延伸的图案喷涂这些长丝32。从而，多区长丝32放置于构成区22的相继的多圈螺旋体之间。多区长丝32主要地并不负责用于形成任何特定区22。多区长丝32共同地提供任何区中的小于50%的长丝团。

此外，多区长丝32改进纤维至纤维的粘合，并且，向其他长丝的机械结构提供互锁元件。在不旨在受理论限制的情况下，多区长丝32可用以提升区22内的多层长丝，以从而增大元件12的空隙体积。多区长丝32放置于区22内的多层长丝之间，并且，从而还可帮助防止区22塌陷。

在(多个)最内侧区22中，至少在每单位体积的基础上，但优选地，还在绝对的基础上，(多个)静电长丝28的质量是最高的。(多个)静电长丝28的直径可大约与在最内侧区22中使用的长丝的直径相同或更大。静电长丝28增强内区22，在另外的情况下，考虑到为了提供小颗粒的保留而在内区22中使用的小的长丝直径，该内区22将在压缩的方面较弱。

(多个)z形长丝30以横过在正在形成的深度过滤器元件12的螺旋端上的螺旋体而来回地横穿的图案喷涂。该螺旋体的直径波动。出于图示的目的，在图3中，该振动的频率高度地增大。利用复合移动(例如，叠加在相对低频的振动上的相对高频的振动)而由递送系统产生z形长丝30。高频振动优选地为心轴的旋转频率的至少3倍。在所示出的示例中，高频振动是心轴的旋转频率的6倍，且因此，产生6个大的顶端。更小的且甚至更频繁的顶端仅是在喷涂喷嘴的端部处通过空气衰减而产生的某种程度地随机的图案的用图形表现的图示。返回参考6个大的顶端，低频振动导致大的顶端沿径向向外和向内移动，考虑到图3是锥或螺旋体的端视图，这意味着，大的顶端同样地从一个顶端沿纵向移动至另一顶端。如图3中所指示的，低频振动的幅度可小于高频振动的幅度。然而，在图3中，低频振动的表观频率高度地增大，以便使得由此产生的移动更可见。优选地，低频振动是心轴的旋转频率的十分之一或更小。换句话说，从外表面24附近出发，朝向内表面26，且朝向外表面24返回的z形长丝30振动的移动可出现于元件12的10层或更多层上，而不是如图3中所示地仅出现于一层上。低频振动还可是无规律的，具体地，可朝向深度过滤器元件12的外侧偏置。

z形长丝30提供沿周向方向集中(即，其具有较高和较低密度的区域)的长丝团，然而，静电长丝28和构成区22的长丝在周向维度上具有均一的密度。从而，z形长丝30将多个区22(优选地，所有的区22)与抗压缩区域链接在一起，而不极大地增加作为整体的深度过滤器元件12的密度。(多个)z形长丝30的质量优选地为深度过滤器元件12的质量的2%与20%之间。可选地，在内区22中，z形长丝30的单位体积密度可更高，以进一步增强这些区。例如，z形长丝30可构成最内侧区22a中的长丝质量的大约25%和最外侧区22e中的长丝质量的大约5%。然而，假设区厚度相等，则最外侧区22e具有比最内侧区22a更大的体积。为了防止外区塌陷，具体地，在具有4.5英寸(114mm)的外径或更多地与从外向内流动的路径一起使用的元件12中，最外侧区22e中的z形长丝30的质量优选地与最内侧区22a中的z形长丝30的质量相等或更高。

如图3中所示，所示出的深度过滤器元件12具有五个区22，这五个区22从最内侧区至最外侧区标记为区22a至区22e。这些区22还可分别被称为第一至第五区22。外部区或第五区22e包括独立部分32和重叠部分34。重叠部分34延伸穿过至少一个其他区22的至少50%。例如，图3中的重叠部分34横跨整个第四区22d延伸，并且，部分地延伸至第三区22c中，然而，还有可能具有较小的重叠。可选地，但非优选地，可省略独立部分32。在具有多于或少于5个区22的深度过滤器元件12中，如在上文中针对第五区22而描述那样制作最后一个区。

优选地，虽然在图3中未示出，但如美国专利号6,938,781和6,986,427中所描述的，粘合纤维薄层(备选地，被称为护壳或形成护壳的纤维)添加于最外侧区22上。粘合纤维减少松散长丝环的显露，并且，在深度过滤器元件12的外表面上设有保护笼。这些粘合纤维还可在它们冷却时收缩，这提供粗糙度，以增大深度过滤器元件12的有效表面积。

虽然附图针对圆柱形过滤器，但相同的原理可应用于平坦片状或平面产品。可利用横过工作台的宽度振动的长丝喷涂器来沿着平坦工作台生产这样的平坦产品，或者，可通过切割在大圆柱形心轴上沿着其长度制作的深度过滤器元件，以获得片材。

图4示出系统110，该系统110用于连续地制作管状深度过滤器介质至不确定长度。然后，能够将介质切割成期望的长度的多个单独的深度过滤器元件12。该系统与在美国专利号6,938,781和6,986,427中描述的系统类似，例如，美国专利号6,938,781的图5，但带有长丝递送系统的添加，以提供可选的第五区22和沿横向往复运动的喷嘴组件117，以产生z形长丝30。

系统110包括电动机驱动螺杆式挤压机112，其从源(未示出)供给有热塑性聚合物材料。聚丙烯是优选的，但诸如聚酯、尼龙™或聚氨酯的其他材料也可用于长丝中的一些或所有。在挤压机112内，聚合物材料被加热至熔融状态，此时，其被计量并输送至加热后的递送线114中。材料被输送至两个长丝递送系统116和118。备选地，这些长丝递送系统116,118中的每个能够具有单独的材料输送系统。

对于五个喷嘴127,128,129,216和217中的每个，长丝递送系统116包括电动机驱动齿轮式正排量计量泵120，其从加热后的递送线114接收熔融聚合物材料，并将其泵送至加热器块122。驱动计量泵120的电动机124的速度且因而速率(以该速率材料通过泵120被计量)由适当的控制器126电子地控制。为了使附图简化，仅针对喷嘴127示出电动机124和控制器126，但也将典型地针对喷嘴128,129,216和217中的每个而提供一个。

经由加热部件(未示出)而独立地被加热的各加热器块122设有内部通道，该内部通道通向喷嘴127,128,129,216和217中的一个。加热部件且因而加热器块122内的聚合物材料的温度，由温度控制装置130控制。各喷嘴127,128,129,216和217包括孔口，可根据期望而选择该孔口的尺寸，以帮助实现期望的长丝尺寸或直径。馈送至各喷嘴127,128,129,216和217的熔融材料连续不断地退出相应的孔口。优选地，孔口的尺寸从图4的右侧至左侧横过喷嘴127,128,129,216和217而增大，以至于喷嘴127具有最小的孔口，并且，喷嘴217具有最大的孔口。

包含多个气体或空气喷口的衰减机构131,132,133,218和219与各喷嘴127,128,129,216和217相关联。从衰减机构131,132,133,218和219流出的气体用以使从喷嘴127,128,129,216和217退出的熔融材料流衰减，以便以在本领域中已知的方式形成聚合物长丝。因此，衰减机构131,132,133,218和219可具有在本领域中已知的任何设计，包括其公开内容通过引用而并入本文中的lin的美国专利号4,173,443中所描述的设计。

衰减机构131,132,133,218和219与可选的气体加热器134和供气源136相关联。供气源136经由管道138以及适当的阀和调节器而给加热器134提供气体。经由温度控制装置140而使加热器134的温度升高或降低至期望的温度。然后，将气体从加热器134通过管道142而馈送至衰减机构131。可从公共供给源给衰减机构131,132,133,218和219提供气体，或备选地，可针对各衰减机构131,132,133,218和219而采用单独地控制的气源。在公共气体供应的情况下，典型地设有流量控制阀(未示出)，以便各衰减机构131,132,133,218,219可以以不同的速率接收空气。

除了长丝递送系统118递送长丝以便于与由在系统116中使用的喷嘴中的一个或更多个产生的长丝有效地掺杂之外，长丝递送系统118大体上与上述的系统116类似。长丝递送系统118具有喷嘴组件117，该喷嘴组件117包括聚合物挤压喷嘴144、加热器块146和衰减器154。加热器块146连接至独立驱动式正排量计量泵148和电动机150。加热器块146设有温度控制装置152。增压气体经由管道158而从供气源156传递至衰减机构154。正如递送系统116那样，系统118中的衰减器能够与未示出的可选的气体加热器相关联。单独的长丝递送系统116和118的提供(provision)允许由系统116和系统118中的每个部分产生的聚合物长丝的单独的控制和产生。

长丝递送系统118构造成提供喷嘴组件117的复合运动，这产生由喷嘴144产生的长丝的喷涂图案的复合运动。在所示出的示例中，衰减器154安装在支架199上，以至于能够相对于加热器块146而绕枢轴旋转。衰减器154连接至扫掠机构198，该扫掠机构198构造成使衰减器154振动。喷嘴组件117通过加热器块146而连接至沿横向(相对于心轴176而左右地)往复运动的机构406。还能够使用其他提供复合运动的部件。例如，一种备选方案为使用绕枢轴旋转的加热器块146和喷嘴144以及衰减器154。然而，由于加热器块146的更大的质量，因而相比衰减器154使加热器块146迅速地绕枢轴旋转将是更困难的。在另一备选方案中，沿横向往复运动的机构406能够以具有远处的枢轴点的绕枢轴旋转的机构代替，以至于喷嘴组件117来回地通过弧而移动，而不是平移。通常，喷嘴组件117的运动不需要仅仅为横向的，而是除了相对于心轴176的长度的左右移动之外，还可包括相对于心轴176的上下移动、朝向或远离心轴176的移动和相对于心轴176的通过一个角度的旋转中的一个或更多个。

递送系统116和118产生离散的且基本上连续的聚合物长丝流，该聚合物长丝流以从喷嘴127,128,129,216,217,144,224以及衰减机构131,132,133,218,219,154和226分别朝向长丝收集装置174的外张图案166,168,170,220,221,172a和228分布。优选地，在相邻的长丝图案166,168,170和220中，存在一些重叠，以便各图案的长丝与相应的相邻图案的长丝连接，这导致整合的管状长丝团。此外，长丝图案221与图案220的至少一半、可选地图案220的至少85%或图案220的所有、且可能地图案170的部分重叠。长丝收集装置174包括备选地被称为心轴的中心可旋转收集装置176，该收集装置176从驱动电动机178延伸。围绕驱动轴181旋转的压辊180安置成与心轴176相邻且与其间隔开。从收集装置176的开口端移除完整的过滤器元件12，其不可见但将位于图4中所示出的收集装置176的左侧处。

在运行期间，流166,168,170,220和221的基本上连续的聚合物长丝以外张图案指向旋转心轴176并且在其上被收集。虽然示出心轴176，但预期还可使用其他收集装置，诸如大直径滚筒。同时地，根据复合长丝图案172而指引基本上连续的长丝或纤维流，其大体上在流166的远侧边缘182与流221的远侧边缘184之间跨越，并且，横穿由流166,168,170,220和221铺设的多层长丝。旋转压辊180接合已积聚在旋转心轴176上的长丝。当足够的长丝累积在心轴176上时，压辊180迫使无纺(non-woven)长丝团或纤维结构186沿箭头188的方向离开心轴176的轴向(开口)端，以产生不确定长度的连续长丝团186。长丝团186被切割成多段，以产生元件12。长丝团186具有径向维度、纵向维度和周向维度。整个长丝收集装置174可与其公开内容通过引用而并入本文中的lin的美国专利号4,240,864中所描述的装置类似。

喷嘴127,128,129,216和217沿着公共轴190沿纵向对准，该公共轴190优选地从与心轴176平行的位置偏移大约0-15度。各喷嘴127,128,129,216和217分别包括限定轴192,194,196,193和195的孔口。轴192,194,196和193优选地与轴190垂直，并且从与心轴176垂直的位置偏移大约0-15度。轴192,194,196,193和195大体上与退出相应的喷嘴孔口的熔融聚合物的流动轴线相对应。该取向导致外张长丝图案166,168,170,220和221指向心轴176。长丝图案221优选地朝向长丝图案170向内成角度，以帮助提供长丝图案221与长丝图案220且可选地长丝图案170的重叠。优选地，通过使喷嘴217向内成角度，从而使长丝图案221成角度。可选地，还能够使衰减器219向内成角度。

作为一种非限制性的示例，可通过如下的方式而产生长丝图案166,168,170,220和221的聚合物长丝：以大约5至20磅每小时每喷嘴的速率挤压加热至大约280摄氏度与大约400摄氏度之间的温度的聚丙烯，与此同时，使大约25摄氏度的温度下的环境气体以大约10至20标准立方英尺每分钟的速率经过退出喷嘴孔口的熔融聚合物流。心轴176可以以200rpm与600rpm之间旋转。

复合长丝图案172包含衰减图案172a、高频图案172b和低频图案172c。衰减图案172a大体上为通过由空气喷口从衰减器154吹出长丝时的长丝的某种程度地随机的移动而生成的锥形图案。通过使衰减图案172a绕枢轴旋转，以便衰减图案172a横过心轴176处的主图案边缘182与184之间的距离的大约50%至85%的距离而扫掠，从而创建高频图案172b。整个高频图案172b根据低频图案172c而左右移动，以创建整个复合长丝图案172，该复合长丝图案172大体上覆盖心轴176处的边缘182与184之间的整个距离。复合长丝图案172起源于喷嘴组件117，该喷嘴组件117定位在压辊180上方或下方的位置中，以便复合长丝图案172从喷嘴144行进至心轴176，并且，降落在正在形成的长丝团186上，而不直接地喷涂至压辊180上。

伺服驱动式扫掠机构198导致衰减机构154来回地扫过一个角度，以便衰减图案172a根据高频图案172b而沿着长丝团186的纵向维度来回地横穿。当图案172a伴随每次扫掠而横穿纤维图案166,168,170,220和221中的两个或更多个并且在沿横向往复运动的同时继续扫掠时，该图案172a横过在主图案边缘182与184之间延伸的总体铺设图案而沉积出基本上连续的聚合物长丝。

在一种优选的实施例中，扫掠机构198包含伺服驱动电动机，其具有凸轮和从动件机构。例如，诸如ac/dc驱动式机械曲柄和推杆机构的其他合适的装置也是可接受的。在一种优选的实施例中，扫掠机构198以大约800至1200次振动每分钟运行，而心轴176以200至600、优选地240至400次绕转每分钟(rpm)旋转。

扫掠机构198安装在加热器块146上，该加热器块146还充当用于喷嘴144和衰减器154的底座。加热器块146附接至滑动托架408，滑动托架408安装至轨道400并且在轨道400上滑动。轨道400优选地大体上与心轴176平行。气动缸402将加热器块146例如以大约1至20次振动每分钟沿着轨道400来回地平移。可选地，可使加热器块146成角度，以使喷嘴144以上至45度指向图案边缘184。可选地，可使气动缸402运行，以至于在移回至右边之前，喷嘴144在其最左边的位置处停留例如1-3秒钟。即便要在最右边的位置处停留，则优选地停留小于0.5秒钟。当在其端点之间移动时，喷嘴组件117具有大体上恒定的速度。可选地，可通过伺服机构或其他机构而使喷嘴组件117往复运动，并且，该喷嘴组件117可具有非直线运动。在另外的选项中，喷嘴组件可摆动穿过弧，而不是沿横向移动。

优选地，当接触长丝图案166,168,170,220和221的纤维时，复合长丝图案172的纤维仍然是相对液态的。由于表皮或护壳尚未完全地形成在复合长丝图案172的纤维上，因而在接触时，其就瞬时地粘附至长丝图案166,168,170,220和221的纤维。然而，要求复合长丝图案172的纤维的一定程度的衰减或冷却，以避免长丝图案166,168,170,220和221的纤维的熔融。

作为一种非限制性的示例，在本发明的深度过滤器中，通过如下的方式而产生复合长丝图案172的聚合物长丝：使加热至大约280摄氏度与大约400摄氏度之间的温度的聚丙烯以大约8磅每小时的速率穿过具有大约0.016英寸的孔口尺寸的喷嘴，并且，使大约25摄氏度的温度下的环境气体以大约7标准立方英尺每分钟的速率经过退出喷嘴孔口的熔融聚合物流。还可使用其他合适的参数组合。

在心轴176上产生长丝积聚团186。在一种实施例中，压辊180相对于心轴176而以一定角度取向，其中夹持点200与心轴176接触。作为一种非限制性的示例，压辊180的外表面202相对于心轴176而以大约1至10度角位移。在一种实施例中，靠近长丝图案166的边缘182，夹持点200接触心轴176。由于压辊180的角位移，因而全体长丝团186中的长丝的压缩沿着压辊180的长度变化。这导致长丝团在径向维度上具有变化的密度梯度，其中长丝图案166的长丝密度大体上大于由外部长丝图案组成的长丝团的长丝密度。

来自长丝图案166,168,170,220和221的纤维形成大体上二维的材料垫或材料层，该材料垫或材料层连续地形成在心轴176上，以累积由许多纤维层组成的长丝团186。这些纤维能够被描述为铺设在x-y平面中，或在纵向维度和周向(或纬向)维度上。随着纤维层叠地累积，所述纤维产生径向或深度维度。与心轴176的旋转组合的复合长丝图案172导致来自喷嘴144的纤维作为“z”方向的纤维而整合到团186中，该“z”方向的纤维沿径向延伸穿过由长丝图案166,168,170,220和221所产生的区。长丝图案166,168,170,220和221产生图3中所示出的区22。图3的z形长丝30由复合长丝图案172产生。z形长丝30优选地以如下的连续方式放置：在深度过滤器元件12旋转大致120度或更小的期间，从内向外且返回至2个或更多个区22的内侧，并且，在深度过滤器元件12旋转大致10次或更多次(旋转3600度或更大)的期间，越过所有的区22。

系统110优选地还包括长丝递送系统214，该长丝递送系统214大体上与上述的系统116的长丝递送系统类似，除了以下这点之外：长丝递送系统214优选地包括以这样的方式递送长丝以至于这些长丝与由在系统116中使用的一个或更多个喷嘴产生的长丝掺杂的手段。长丝递送系统214可包括一个或更多个聚合物挤压喷嘴。一种实施例使用一个具有衰减器226的喷嘴224，其相对于心轴176而以锐角定位，以便以与长丝图案166,168,170,220和221以及长丝图案172中的至少一些掺杂的图案递送接触长丝团186的长丝图案或流228。

具体地，系统214包括加热器块230、独立驱动式正排量计量泵232和电动机234。加热器块230设有喷嘴224和温度控制装置236。系统214还设有与喷嘴224相关联的衰减机构226。增压气体从供气源238经由管道240而传递至衰减机构226。正如递送系统116那样，衰减器226能够与未示出的可选的气体加热器相关联。单独的长丝递送系统118和214的提供允许由各系统118和214产生的聚合物长丝的单独的控制和产生，尽管，长丝递送系统118和214中的每个产生沿径向或z维度横穿长丝团186的长丝。在一种实施例中，用于长丝递送系统214的材料源是经由递送线114的挤压机112；在另一实施例中，用于系统214的材料源是单独的，以提供在长丝递送系统116,118和214中使用的材料的替换材料。

递送系统214产生离散的基本上连续的聚合物长丝流，该聚合物长丝流以外张图案228分布并且从喷嘴224和衰减机构226指向长丝收集装置174。在运行期间，长丝图案228以外张图案指向旋转心轴176。在一种实施例中，长丝图案228跨越流166的远侧边缘182与流221的远侧边缘184之间的距离。在一种备选的实施例中，长丝图案228未跨越远侧边缘182与184之间的距离，但覆盖正在形成的多层长丝团186的相当大的部分，例如，由长丝图案228覆盖的距离大于由各主长丝流166,168,170,220和221单独地覆盖的距离。优选地，由长丝图案228覆盖的距离大于由两个或更多个相邻的主长丝流166,168,170,220和221覆盖的距离。在一种实施例中，喷嘴224相对于心轴176而以大约10度至大约20度的锐角放置。图3中的静电长丝28与喷涂图案228的长丝相对应。

形成护壳的长丝递送系统222与上述的系统116大体上类似，除了以下这点之外：形成护壳的长丝递送系统222优选地构造且定位，以便在长丝团186的外部圆柱形表面上产生相对平滑的外护壳区。形成护壳的长丝递送系统222优选地使用相对于长丝递送系统116不同的位置、聚合物生产率和空气衰减设置。与系统116相比，喷嘴244优选地放置成更靠近于心轴176，并且，使用较低的聚合物生产率；另外，衰减机构246使用较低程度的空气衰减。与系统116类似，形成护壳的长丝递送系统222包括加热器块248、计量泵250、电动机252、温度控制装置254、供气源256以及管道258。作为一种非限制性的示例，通过如下的方式产生长丝图案262的聚合物长丝：以大约1磅每小时的速率通过具有大约0.016英寸的孔口尺寸的喷嘴244而挤压加热至大约240摄氏度与大约325摄氏度之间的温度的聚丙烯，并且，使大约25摄氏度的温度下的环境气体以大约1.5标准立方英尺每分钟的速率经过退出喷嘴孔口的熔融聚合物流。

喷嘴244优选地放置，使得由此产生的长丝沉积在由长丝图案221形成的外区22e上。该构造产生非常浅的区或护壳，该区或护壳具有显著的纤维与纤维的粘合，包括护壳的纤维与外区22e的纤维之间的一定程度的粘合。护壳的纤维与纤维的粘合基本上排除成品深度过滤器元件12的表面上的松散纤维的存在，并且，显著地增大由此产生的深度过滤器元件12的表面积。

利用具有复合运动的z形长丝喷嘴组件来制作样品元件。元件具有3英寸(76mm)的内径和6.5英寸(165mm)的外径。元件具有由5个固定喷嘴产生的5个同心区，这5个固定喷嘴共同地产生22英寸(560mm)宽的喷涂图案。z形长丝喷嘴具有产生大约10-15度宽的喷涂图案的衰减器。z形长丝衰减器以1200次循环每分钟的速率振动。心轴以400次绕转每分钟旋转。z形长丝衰减器的振动在心轴处产生大约16英寸(410mm)宽的喷涂图案。z形长丝喷嘴安装至加热器块，该加热器块朝向心轴的自由端(向图4中的左边)成角度，但远离心轴的自由端位移，以至于喷嘴仍然瞄准固定喷嘴喷涂图案的中心的周围。喷嘴组件以大约5.5至6次循环每分钟的速率往复运动经过大约6英寸(150mm)的距离。在最靠近于心轴的自由端的其行进侧处，喷嘴组件停留大约1至2秒钟。

通过如下的方式而制作相同的内径及外径和总长丝质量的备选的元件：a)使z形长丝衰减器振动，但不使z形长丝喷嘴组件往复运动，该组件固定在其运动范围的大约中间处；和b)使z形长丝喷嘴组件往复运动，但不使z形长丝衰减器喷嘴振动。

在基本上完全相同的条件下，对具有复合喷嘴组件运动的样品元件和备选元件进行试验。不存在元件的破碎或其他变形的视觉符号，并且，不存在以贯穿样品元件的寿命的滤液浊度的变化显示的破碎的符号。然而，这两个备选元件都具有其寿命即将结束时的破碎和增大的滤液浊度的视觉符号。仅具有衰减器振动的第一备选元件具有仅长达样品元件的40%的寿命和样品元件的纳垢容量的仅52%。仅具有喷嘴组件平移的第二备选元件具有长达样品元件的55%的寿命和样品元件的纳垢容量的75%。

在另一示例中，利用具有复合运动的z形长丝喷嘴组件来制作两个较小的样品元件。这些元件具有1英寸(25mm)的内径和2.5英寸(64mm)的外径。元件具有由4个固定喷嘴产生的4个同心区。使z形长丝喷嘴大体上如上所述地振动且往复运动。在一个样品中，使用宽角度的振动，并且，在另一样品中，使用窄角度的振动。通过使z形长丝衰减器振动，但不使z形长丝喷嘴组件往复运动，来制作相同的内径及外径和总长丝质量的备选元件。在基本上完全相同的条件下，对利用复合喷嘴组件运动制作的样品元件和备选元件进行试验。备选元件具有61分钟的寿命。具有窄角度的振动的样品元件具有68分钟的寿命。具有宽角度的振动的样品元件具有82分钟的寿命。

美国专利号6,358,417、6,916,395、6,938,781和6,986,427通过引用而并入于本文中。国际公布号wo2012034028通过引用而并入于本文中。国际申请号pct/ca2014064125通过引用而并入于本文中。

已参考附图而在该详细描述中描述本发明的一个或更多个实施例，以便帮助公开本发明且允许实践本发明。然而，本发明由权利要求限定，并且，不旨在将权利要求限制于这些特定示例或实施例。权利要求可包括备选方案、修改及等效物。