专利名称：含有全并驻点的支撑和过滤纤维的非织造熔喷流体过滤介质、应用的过滤筒及其制备方 ...的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及流体过滤领域，更具体而言，本发明涉及熔喷流体过滤介质。优选的形式为过滤介质可配置在圆筒形的过滤筒内，其中将过滤介质配置在邻接的数个环形非织造熔喷过滤介质层的至少一个内。关于这一点，相邻环形层可呈现梯度变化的孔径/密度，以便在过滤筒的整个深度中(即所谓的“深度过滤筒”)获得选择性的流体过滤效率梯度。
背景技术：
人们已经知道由大量非织造熔喷聚合物形成的深度过滤筒广泛地用于流体过滤用途中。通常，这种熔喷过滤筒是通过将聚合物经熔喷模上的孔挤压以形成朝向旋转成形心轴的纤维而形成的。在熔喷期间，一股惰性气体(例如空气)流作用于熔融纤维上，使纤维变细达到相当小的直径并且在成形心轴上无规分布变细的纤维。因此，在整个时间内，在成形心轴上形成大量非织造无规搀和的固化纤维。因此，控制所形成的熔喷纤维相对于熔喷模的轴向移动，将连续形成不定长度的圆筒形过滤筒。
在熔喷期间，人们已经熟知可以改变关于熔喷模的一个或多个工艺条件，以便能获得所生成熔喷纤维在纤维直径和/或密度及其孔的尺寸的各种特性。例如在美国专利3,904,798和3,801,400中，(每篇内容在本文中引作参考)公开了一种技术，其中(i)聚合物温度，(ii)聚合物挤压速度，(iii)成形心轴的旋转速度，(iv)在熔喷模和成形心轴间的距离，和/或(v)与成形心轴相关的导辊的重量，上述的各种参数可以变化以得到相对于在先熔喷相邻层渐变的熔喷纤维层密度。
美国专利4,594,202和US4,726,901(每篇内容在本文中引作参考)公开了一种技术，其中各熔喷纤维的纤维直径可控制地变化以获得基本上恒定的空隙容积，以用于在过滤筒的整个径向尺寸(深度)中每个纤维直径的变化值而基本上没有产生纤维与纤维的粘合。
在使用中，过滤筒必需能够承受分布在其径向厚度上的显著压力降(随着从过滤流体中截留脱出颗粒的增加，压力降也升高)。为了容许过滤筒在设计限度内承受压力降而过滤介质不会塌陷，已有的传统实施包括一由过滤介质围绕的单独的多孔管芯(请参见美国专利3,933,557、4,032,688、4,112,159，每篇内容在本文中引作参考)。
在本领域中，人们曾建议生产含有大量非织造熔喷纤维的“空心”深度过滤筒，例如美国专利4,240,865(该内容在本文中引作参考)公开了一种技术，其中通过改变施加到在成形心轴上的积聚纤维上的压力来制造一空心的熔喷过滤筒，以便得到不同介质密度的过滤器。因此，虽然通过改变从一个区域到另一个区域在这种积聚纤维上的压力使得在各个层中的纤维直径基本上恒定，而制得的过滤筒其最内部区域具有足够高的密度以用作一完整的“芯体”。
最近，美国专利5,340,479(该内容在本文中引作参考)公开了一种由熔喷纤维形成的深度过滤筒，该熔喷纤维在过滤器的中心区域具有直径足够大的热粘合到结构中的支撑纤维丝，所述结构的强度足以支撑过滤器结构的其余部分而不会塌陷。由此，这种较大直径纤维的区域用作完整的“芯体”以支撑周围的较小直径的过滤纤维。
虽然上述的过滤筒具有一定的优点，但是还需进行一些改进。例如如果提供一个熔喷的非织造过滤筒，特别希望提供具有整体支撑结构的一个或多个环形过滤区域。进而希望，如果这种整体的支撑结构是以连续生产的熔喷支撑纤维的形式，上述的支撑纤维在一个和多个环形过滤区域内与同时熔喷过滤纤维是全并驻点的(integrally co-located)(即搀和的)，从而使得过滤特征和压力降限定在选定的设计范围内以满足具体的最终使用用途。本发明可以满足这种需要。
发明概述概括而言，本发明涉及一种由大量非织造熔喷支撑纤维和过滤纤维形成的过滤介质，上述的支撑纤维和过滤纤维是彼此全并驻点的。支撑纤维与和其全并驻点的过滤纤维相比具有较大的平均直径。在优选的实施方案中，过滤介质配置在过滤元件的至少一个环形区域中，例如可配置在圆筒形的过滤筒中，上述的过滤筒有一由过滤介质围绕着的轴向细长的中空通道。
因此，本发明的圆筒形过滤筒优选具有至少一个环绕一中心轴向细长的中空通道的环形过滤区域，并且完全由并驻点的较大直径的支撑纤维和较小直径的过滤纤维形成。因此，本发明的一深度过滤筒可形成有一个或多个彼此成环形关系的附加过滤区域(附加过滤区域分别可提供有或不提供有全并驻点的支撑纤维)。因为，根据本发明生成了熔喷非织造纤维结构，至少一个过滤区域具有与较小直径的过滤纤维全并驻点的较大直径的支撑纤维，由此提供一个过滤筒，该过滤筒具有宽范围的“设计”物理特性(例如在过滤、容许的压力降等方面)。
在详细阅读了本发明优选示例性实施方案的描述之后，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
附图简述下面参见附图，其中在各个附图中相同的代号表示相同的结构元件，其中
图1是生产本发明过滤筒的一个优选熔喷系统的示意透视图；图2A是图1所示的熔喷系统的端视示意图；图2B是可用于本发明的另一个熔喷系统的端视示意图；图3是生产本发明过滤筒的又一个熔喷系统的端视示意图；图4是局部透视示意图，示出本发明的一个示例的圆筒形过滤筒；图5是示出本发明在并驻点的支撑纤维和过滤纤维之间的结构关系示意图；图6A-6F是分别对应于下列实施例获得的本发明筒IC1-IC6的各显微照片，示出熔喷的全并驻点的支撑纤维和过滤纤维之间的结构关系；图7A-7C是分别对应于按照实施例1试验的过滤筒的初始颗粒去除效率、堵塞数据和浊度率的图表；图8A-8C是分别对应于按照实施例2试验的过滤筒的初始颗粒去除效率、堵塞数据和浊度率的图表；图9A-9C是分别对应于按照实施例3试验的过滤筒的初始颗粒去除效率、堵塞数据和浊度率的图表；图10A-10C是分别对应于按照实施例4试验的过滤筒的初始颗粒去除效率、堵塞数据和浊度率的图表；
图11A-11C是分别对应于按照实施例5试验的过滤筒的初始颗粒去除效率、堵塞数据和浊度率的图表；优选实施方案详述附图1示意出按照本发明的特别适用于生产深度过滤筒FC的设备10的一种形式。参见图1，设备10一般包括一由一定长度的多孔管12构成的成形心轴(它最后形成过滤筒FC的芯)，该成形心轴由斜交驱动辊14a-14C支承以便做轴向和旋转运动(分别按箭头Aa和Ar)。另一套辊子14a-14c(没有示出)设置在下游和管12上的过滤介质的外表面接触。由分别对应的挤压机18a-18c供料的熔喷模16a-16c机组以平行于多孔管12的轴向运动(箭头Aa)方向列成一行，以便顺序地朝向多孔管12熔喷过滤纤维，从而分别形成过滤筒FC(参见图4)的至少三个环形区域Z1-Z3。
熔喷模16a-16c在其内和其自身上通常是每一个模都经管路19供给有加压流体流(例如加压空气)，该加压流体流作用于由每个模排出的纤维熔融流上，从而使各纤维变细并将它们推向多孔管12。挤压机18a-18b和/或与各自的模16a-16c有关的空气流可以由计量泵20a-20c和流量控制计21a-21c单独控制，上述计量泵和流量控制器可有效地连接于主控制器MC1。因而，挤压机可以用温度、聚合物流量等控制，同时空气流也可由压力、流量等控制，以便可以选择任意个工艺条件以获得所需直径的熔喷纤维。这些工艺条件可由操作者设定在主控制器MCi中，其数值取决于所需待制造的过滤筒FC，从而使得各个环形区域Z1-Z3可以自动地制造出来。
多孔管的轴向运动(以及由熔喷模16a-16c操作使得分别积聚在环形区域Z1-Z3上的熔喷纤维)由旋转速度和驱动辊14a-14c的斜交角度来控制。然而，最终来自模16a-16c的不定但预定长度的积聚熔喷纤维管状部分的长度沿轴向延伸超出模16a-16c机组。接着人工或自动地操作一种传统的切割设备(例如装备成往复运动的机械锯MS)，以切断延伸长度，从而形成过滤筒FC。在这种方法中，图1所示的设备10连续地顺序形成过滤筒FC。然后在后续的形成尺寸的工艺中(没有示出)将过滤筒FC切割成最后的长度。
本发明的重要之处是设备10至少装备一个附加的熔喷模22a，该模22a相对于圆锥形收集/输送辊23径向间隔的配置。类似于模16a-16c，一般结构的模22a排出一组聚合物纤维熔融流，该流受到经由管路25供至模22a的加压流体(例如空气)流的作用。将聚合物熔融流供给模22a的挤压机24a的操作可以和与模22a有关的流体流一起分别由控制器27a和29a控制，以便得到与模16a所形成的过滤纤维的直径相比相对较大直径的支撑纤维。控制器27a、29a可以有效地连接到主控制器MC2，以便操作者输入必要的工艺设定值，以获得所需直径的支撑纤维。
模22a相对于收集/输送辊23以这样的方式定位，即从模喷出的变细的支撑纤维射到辊23的旋转外表面上并由该表面载带，以便使其对着由模16a和/或16b射出的过滤纤维流并将其输送到图2A示出的成形过滤筒的表面上。因此，通过图2A所示的方式定位模22a，从该模射出的支撑纤维流应基本不受与从模16a和/或16b射出的过滤纤维流相关的细空气流的影响，反之亦然。换言之，一方面从模22a射出、另一方面从模16a、16b射出的纤维流和与其有关的细空气流借助于插入模22a和模16a、16b之间的收集/输送辊23相互屏蔽或“遮挡”，以便对各个流实现适宜的工艺控制。
模22a和模16a的一种可选择的布置如图2B所示。参见图2B，模22a和模16a基本上在同一平面，但处于收集/输送辊23的相对侧，即模22a和模16a彼此相对地沿轴向对中。在这种布置中，辊23将可有利地用于防止从模16a射出的纤维流由从模23a射出的纤维流如图2A所示借助于其流体流屏蔽定位而中断。从而，根据本发明，模22a可以以相对于穿过收集/输送辊23的水平平面在0°-90°之间成角度的定位。当采用图2A描述的实施方案时，模22a以相对于穿过收集/输送辊23的水平平面约成45°定位是最优选的。
在升高的温度下从模22a射出纤维，使支撑纤维在整个辊23的旋转部分保持充分的熔融状态直到它们对着从模16a和/或16b射出的过滤纤维流。因而在这种方式中，处于充分熔融状态的支撑纤维对着从模16a和/或16b射出的过滤纤维流，从而使至少一部分支撑纤维和过滤纤维在它们的交叉点处彼此熔融粘合。也就是说，由于支撑纤维保持充分的软化状态或熔融状态，之后在辊23和过滤筒之间压缩区域处形成的过滤纤维压紧将引起至少一部分支撑纤维和过滤纤维在它们的各个交叉点处彼此熔融粘合，这种粘合达到这样的程度，以至于这种支撑纤维和过滤纤维在冷却时能够均匀一致的熔合。这种至少一部分支撑纤维和过滤纤维的熔合是非常有利的，因为据信这有利于过滤筒改善其承受穿过它们的径向厚度的较大压力降。如果需要，可以通过外部装置例如用电阻加热器和/或由图1中示出的加热器23a传送到辊23的加热流体(例如加热空气)来加热收集/输送辊23，以得到支撑纤维当其对着过滤纤维时所需的至少部分熔融特征。
支撑纤维模22a可以选择性地相对于过滤纤维模16a以图3描述的方式定位。如图所示，支撑纤维模22a以这样的方式定位，使得由该处射出的支撑纤维由从模16a射出的过滤纤维流夹带走。在这种选择性的模布置中，模22a相对于模16a基本上成90°但位于其下游定位是最优选的。以这种方式，从模22a射出的支撑纤维由从模16a射出的过滤纤维夹带走并缠结在一起，以便在射到待形成的过滤筒上时形成含有支撑纤维和过滤纤维的非织造缠绕物质。在这种情况下，支撑纤维和过滤纤维将热粘合到如上述图2A和2B描述的程度。
一种用上述图1-3描述的设备形成的示例性深度过滤筒FC在图4中示出。在图4中描述的过滤筒FC含有三层环绕中心多孔管12的环形过滤区域Z1-Z3，这是因为在设备10中使用了三个模16a-16c。然而也可使用多于三个或少于三个模16a-16c，这取决于具体过滤筒的设计参数。因此，可以在模16c的下游设置一附加的模16d和与它有关的挤压机18d以及控制器20d、21d，以形成第四层环形过滤区域。同样可在实际中仅使用一或二个模、例如16a和/或16b以及和它们各自有关的挤压机18a和18b，以便形成的过滤筒仅含有一个或二个相应的环形区域。
同样，相对于一个或多个模16b-16c(和如果有模16d)可以径向间隔开设置一个或多个其它模(如在图1中所示的模22b和与它有关的挤压机24b和控制器27b，29b)，以便其它环形区域可以与由模22a和与它相关的挤压机24a提供相类似的方式设置有相对较大直径的支撑纤维。同样，可以设置这些附加模22b，以便并驻例如不同聚合物的非支撑纤维，从而在一个和多个环形区域Z1，Z2和/或Z3获得纤维的混合。然而，模22b如模22a一样可从挤压机24a供料，以形成相同聚合物的支撑纤维。在任意情况下，可选择模22a和/或22b的工艺条件，以形成相对不同直径的支撑纤维。因而，例如也可使用模22b以形成与由模22a形成的支撑纤维和由模16a形成的过滤纤维相比具有中间直径的支撑纤维。
可以了解，在图2A、2B和3中，描述了仅一个模22a和16a，但是有关上述图的讨论也可同样适用于模22b和16b-16d等的相对定位。
在上述讨论的设备10中，由于分别操作模16a和22a，最内的环形区域Z1设有相对大直径的支撑纤维和相对小直径的的过滤纤维。然而以上也要注意的是，一个或多个另外的区域Z2-Z3也可设有这种相对大直径的支撑纤维。在图5中示出形成示例性区域Z1的纤维结构图示。
在区域Z1内，相对小直径的过滤纤维30和相对大直径的支撑纤维是全并驻点的，也就是说，通过它们的各个模16a和22a熔喷过滤纤维30和支撑纤维32，使其射到中心管12上以便彼此掺混。用于说明书和所附权利要求书中的术语“全并驻点的”指的是输送相对较小直径的过滤纤维30和较大直径的支撑纤维32是彼此紧紧缠绕着的。相对较小直径的过滤纤维和较大直径的支撑纤维可以加热方式粘合到一定的程度。即简言之，至少一部分过滤纤维可以加热方式在它们各个交叉点处熔结到至少一部分支撑纤维上。
参看图5，相对大直径的支撑纤维32形成了由大量缠绕的过滤纤维30充满的敞开区域或空隙的无规基质。这种空隙无规基质由支撑纤维32确定，它提供一种网状结构以用来支撑过滤纤维30。人们推测，支撑纤维32基本上和过滤筒的过滤性能无关。而据信整体过滤效率基本上由占据支撑纤维网络中空隙的过滤纤维物质30来确定。然而，人们认为，支撑纤维基本上用来支撑过滤纤维30，防止由于压力升高所引起的塌陷，使得使用中它们的过滤效率得以延长。
优选的，相对较小直径的过滤纤维具有的平均直径在约1-50μm之间，更优选的在约1-40μm之间。相对大直径的支撑纤维优选具有的平均直径在约60-500μm之间，更优选在80-300μm之间。上述过滤纤维直径是在过滤筒的单个环形区域内的平均直径。平均过滤纤维直径大于约20μm的过滤筒区域可以不要求有支撑纤维。然而，如果在过滤筒区域内存在相对大直径的支撑纤维，则其优选含有重量百分比约10-60％、较优选约20-50％的纤维，这些纤维构成其中使用支撑纤维的过滤区域。
实际上，任何能熔喷的聚合物都可用于形成本发明的过滤筒FC，这种聚合物例如可是聚烯烃(例如聚合物和聚乙烯、聚丙烯等的共聚物)，聚酰胺(例如尼龙-6，尼龙-6，6和其它尼龙)，聚酯(例如聚乙烯对苯二酸酯，聚丁烯对苯二酸酯，聚环己烯二亚甲基对苯二酸酯等)，乙缩醛，含氟聚合物(例如乙烯-氯三氟-乙烯)，聚苯硫醚，生物可降解聚合物〔例如聚(丙交酯)〕，液晶聚合物，回收聚合物，聚醚醚酮(PEEK)，聚苯乙烯，例如氯乙烯等亚乙烯基单体聚合物，乙烯基乙酸盐，偏氯乙烯和丙烯腈及其混合物；特别优选的是聚烯烃、聚酯和尼龙。
每个区域Z1-Z3可以由同一聚合物形成的过滤纤维构成，或者也可由不同聚合物形成的过滤纤维构成，以便实现过滤筒设计者的特定最终使用用途的目的。同样的，过滤纤维30和支撑纤维32可以由相同的聚合物或不同的聚合物形成，或者根据需要可由不同熔流指数的相同聚合物形成。
参照下列非限制性实施例进一步理解本发明。
实施例A.概况在下述的实施例中，本发明筒IC1-IC6的几个过滤筒采用基本上如图3示出形式的设备制造，但以下述方式作了改进。过滤纤维从三个传统的6英寸宽的熔喷模产生，每个模含有88个直径为0.015英寸的聚合物小孔和可调整的空气间隙。如图1所示，模列成一行并平行于过滤筒的支撑芯，以形成含有三个过滤介质环形区域的过滤筒。过滤纤维模空气间隙设定为在内、中和外区域模分别为0.025、0.030和0.035英寸。
每个模都由一个独立地驱动计量泵供给熔融聚合物。由一台直径为3/4英寸的24/1L/D挤压机(Killion Extruders Inc，Model KLB075)供给每个计量泵。将加热的压缩空气供给三个模以散射纤维并将它们推向支撑芯。在实施例中可采用不同的空气温度，然而，在每个实施例中在三个模的每一个中空气温度都是一样的。为每个模选择的工艺例如空气流量、聚合物温度和聚合物流量都可以变化，以在相应的过滤介质区域内生产出所需直径的过滤纤维。从模表面到支撑芯的距离(即由空气流散射和输送过滤纤维的整个距离)在所有实施例中被恒定地控制在16英寸。
支撑纤维由一单个的直径为1英寸的、装备有一适当的纤维成形模的24/1L/D挤压机(Rainville Company)产生。二个不同的用于形成支撑纤维的模设计在下面描述，挤压机安装在可移动的基座上，其高度和角度可以调节，以满足相对于过滤纤维流和筒体的模位置灵活性的需要。在实施例中，使用的各模的位置在下面描述，在所有的实例中，支撑纤维模的定位是这样的，在过滤纤维模和筒之间将支撑纤维直接排入过滤纤维流中。支撑纤维模相对于过滤纤维流成大约90°并且高度在过滤纤维流以上大约9英寸距离。支撑纤维模也可这样定位，使得支撑纤维在靠近过滤纤维模的出口处(即，在过滤纤维模的下游间隔约2英寸)进入过滤纤维流。从与供给过滤纤维模相同的供给源将加热的压缩空气供给支撑纤维模，从而，支撑纤维模在与过滤纤维模相同的空气温度下操作。从支撑纤维模排出的空气用作散射支撑纤维并输送这些纤维进入过滤纤维流。然后由过滤纤维空气流将支撑纤维吹到筒上。为了获得所需直径的支撑纤维，选择的空气流量、聚合物温度和聚合物流量可以进行工艺变化。
在以一般旋转速度约250RPM旋转的、以一般速度约为19英寸/分钟轴向移动的多孔支撑管上收集支撑纤维和过滤纤维。如果需要，一般在操作中上述的速度可以调节，以保持均匀的筒的外径。
除非另有说明，由聚乙烯均聚物材料形成下列实施例的过滤纤维和支撑纤维，上述材料具有的供给熔融流量为38g/10分钟、密度为0.904g/cm3(Amoco Chemical Company，Grade7956)。所使用的多孔支撑管是直径为1.31英寸O.D×1.09英寸ID的工业标准注射模塑聚丙烯过滤芯。该实施例筒的尺寸为2.44英寸O.D×1.09英寸I.D×10英寸长。
本发明筒IC1-IC6的平均介质空隙容积和透气率按照下述确定平均介质空隙容积在筒中的过滤介质的平均空隙容积以百分比计，这种性能通过测量过滤介质试样的尺寸(内径，外径和长)和重量并计算试样的密度来确定，然后按照下式计算平均空隙容积
式中Dr是树脂密度(＝0.904g/cm3)；Dm是介质的密度。
透气率完全未使用过的过滤筒的透气率可以表示为在规定的空气流量下的压差，这种性能可通过使压缩空气流经以2SCFM/10＂速度通过筒并同步测量穿过该筒的压差(以英寸水柱计的AP)来确定。流动方向是从里向外，即开始通过多孔支撑管，然后通过过滤介质。
本发明筒IC1-IC6的平均介质空隙容积、透气率和其它的物理属性在以下的物理参数表中示出。
B.过滤筒性能试验该实施例筒的过滤性能按照Memtec AmericaCorporation Technical Bulletin No.1903-T(1991)(全文在本文中引入作为参考)描述的方法计算，然后分析试验试样，得到各种性能和参数如下初始颗粒去除效率每个试验过滤筒的初始颗粒去除效率按照进口和出口流体试样的颗粒尺寸分析来确定。使用电子颗粒计算器(CoulterElectronics，Inc.Model TAII)测量颗粒的尺寸和数量。用β系数表示效率，按下式计算βx=IxQx]]>式中X＝以微米计的颗粒尺寸(μm)；βx＝颗粒尺寸x时的β系数；Ix＝在进口试样中的尺寸为x的颗粒数量；以及Ox在出口试样中的尺寸为x的颗粒数量。
初始颗粒去除效率表示为β系数与颗粒尺寸的函数曲线。
堵塞参数每个筒的堵塞性能通过监测穿过该筒的压差(AP)并每20分钟记录其结果来计算。堵塞参数表示为AP与操作时间的函数曲线。
浊度率每个筒的浊度率按照进口和出口流体试样的浊度测量每20分钟确定。使用传统的浊度计(Hach Chemical company，Model2100A)在浊度测量浊度单元内(NTU)测量试样的浊度。每20分钟按下式计算浊度率
式中Ti是进口浊度；以及To是出口浊度。
然后将浊度率结果与操作时间成函数曲线绘制。
实施例1对于该实施例1，支撑纤维模包括一排9个喷嘴，每个喷嘴设计相似，其类型公开在美国专利3,543,332(在本文中引作参考)中。每个喷嘴含有一单个的直径为0.035英寸的聚合物孔和三个直径为0.083英寸的空气孔。9个喷嘴平行于该筒的轴线排成一排且间隔距离超过18英寸。支撑纤维模是这样定位的，将支撑纤维排入过滤纤维流的整个宽度内以实现在该筒的每个环形区域内支撑纤维和过滤纤维混合。使用的系统空气温度为550°F。根据本发明(本发明筒，称为ICI)每个模用以生产筒的工艺条件如下
为了评价支撑纤维的作用，按照上述条件制造完全由过滤纤维(称为“CC1”的对照筒1)形成的筒，只是没有使用支撑纤维模。然后在同样的试验条件下并排对上述二个筒进行性能试验，这种试验结果显示在图7A-7C中，而IC1纤维结构的显微照片示于图6A。
实施例2该实施例2的支撑纤维模是传统的6英寸宽熔喷模，它含有12个直径为0.015英寸的聚合物孔和1个设定为0.050英寸的空气间隙。支撑纤维模这样定位，使得支撑纤维主要收集在过滤介质的内区域和过滤纤维中部区域的一小部分内。空气温度是500°F，根据本发明(称为“IC2”的本发明筒2)每个模生产筒所采用的工艺如下
为了评价支撑纤维的作用，按照上述条件制造完全由过滤纤维(称为“CC2”的对照筒2)形成的筒。然后对上述二个筒进行性能试验，这种试验结果显示在图8A-8C中，而IC2纤维结构的显微照片示于图6B。
实施例3重复实施例2，不同的是支撑纤维模聚合物流量降低为27.4g/分钟，从而降低了筒中支撑纤维的含量。对得到的筒(称为“IC3”的本发明筒3)进行性能试验，与不含任何支撑纤维但含有在相同条件下生产的过滤纤维的筒(称为“CC3”的对照筒3)相比，其结果显示在图9A-9C中，IC3纤维结构的显微照片示于图6C。
实施例4该实施例4的支撑纤维模定位成通过移动支撑纤维模使其与内过滤纤维模排成一行而仅仅在内环形区域收集纤维。根据将生产的筒剖切开并分析，显示出在中部区域收集的支撑纤维只有很少量。然而，人们认为，在中部区域内的支撑纤维的比例低于上述实施例。支撑纤维聚合物是聚丙烯材料，具有的熔融流量为每10分钟12g(HimontUSA，Inc.，Grade PD626)。使用的压缩空气温度为500°F，模的工艺条件如下
对得到的筒(称为“IC4”的本发明筒4)进行性能试验，与使用上述实施例2和3的过滤模纤维条件生产的且不含支撑纤维的筒(称为“CC4”的对照筒4)对照。其结果显示在图10A-10C，而IC4的纤维结构的显微照片示于图6D。
实施例5重复实施例2的工艺条件，不同的是支撑纤维模聚合物流量提高到95.4g/分钟，从而提高了支撑纤维的含量。对得到的筒(称为“ IC5”的本发明筒5)进行性能试验，与根据实施例2生产的本发明的另一个筒(称为“IC6”的本发明筒6)比较，以评价不同支撑纤维含量的作用。其结果显示在图11A-11C中，而IC5和IC6的纤维结构的显微照片分别示于图6E和6F。
物理参数表
注1.-位置标记筒的环形区域，在该区域中存在支撑纤维，即A11＝所有的区域，1＝内区域，M＝中区域。
2.以英寸水柱@2SCFM表示的参数。
上述实施例1-4的性能试验结果表明本发明的筒与不含全并驻点支撑纤维和过滤纤维的过滤筒相比改进了长期的过滤性能。虽然含有支撑纤维导致初始颗粒的去除效率稍稍下降，但是，由于通过提高浊度率和堵塞参数而在整个时间内增大了压差，所以本发明筒的去除效率提高了。压差的逐渐升高是积聚在过滤介质表面和内部的颗粒导致的，越来越多的颗粒通过过滤器除去，因此它的效率提高了。
对照筒也显示出伴随着压差的增大也提高了效率，但这仅达到一定程度。数据表明，对照筒压差达到一个压差值，即到达效率峰值后即趋于下降。这种效率的下降据信是由于过滤介质变形造成的，由于该筒与过滤器外壳密封件脱离，这将导致保留的颗粒释放和/或筒的旁通。
在每一个实施例1-4中，本发明筒的颗粒去除效率最终优于对照筒，并且连续提高直至试验终止。人们认为，本发明筒长期效率的改进是由于支撑纤维使筒的强度得以提高造成的。支撑纤维显示在压差增大时能有效地保持过滤介质的完整性，即能达到使保留的杂质不会从该筒中释放和/或不会发生旁通情况。其结果是过滤筒连续有效地从流体流中去除和截留颗粒的时间周期得以延长。这些优点使操作性能得到改善并且降低了过滤筒使用者的操作费用。
实施例5的试验结果显示用不同的支撑纤维含量实现了相同的性能结果。
虽然已参照被认为是最有用的和最优选的实施方案描述了本发明，应该理解，本发明不局限于这些公开的实施方案，相反，期望覆盖附属权利要求书的精神和范围所包括的各种改进和等同设置。
权利要求
1.包括大量非织造并驻点的熔喷支撑纤维和过滤纤维的过滤介质，所述支撑纤维与所述过滤纤维的直径相比具有较大的平均直径。
2.按照权利要求1的过滤介质，其中所述支撑纤维具有的平均直径在约60-500μm之间，并且过滤纤维具有的平均直径在约1-50μm之间。
3.按照权利要求1的过滤介质，其中所述较大直径的支撑纤维确定一种在所述至少一个环形区域内的敞开区域的无规基质；并且所述的过滤纤维与所述较大直径的支撑纤维是全并驻点的，从而在由此确定敞开区域的所述无规基质中自然配置。
4.按照权利要求3的过滤介质，其中至少一些支撑纤维和过滤纤维彼此均匀一致的熔合。
5.按照权利要求1的过滤介质，其中所述支撑纤维和过滤纤维是由相同的或不同的聚合物形成的。
6.按照权利要求5的过滤介质，其中所述支撑纤维和/或所述过滤纤维是由下列聚合物形成的，该聚合物选自聚烯烃，聚酰胺，聚酯，乙缩醛，含氟聚合物，聚苯硫醚，生物可降解聚合物，液晶聚合物，聚醚醚酮，聚苯乙烯，亚乙烯基单体聚合物及其混合物。
7.按照权利要求1的过滤介质，其中所述的支撑纤维含有重量百分比约为10-60％的所述过滤介质。
8.一种流体过滤器，它含有权利要求1-7中任一项所述的过滤介质。
9.一种过滤筒，它含有一轴向细长的中心中空通道和一环绕所述通道的圆筒形过滤元件，所述的过滤元件包括大量非织造的熔喷支撑纤维和过滤纤维，其中所述支撑纤维和过滤纤维在所述过滤元件的至少一个环形区域内是全并驻点的，并且所述支撑纤维与所述过滤纤维相比具有较大的平均直径。
10.按照权利要求9的过滤筒，其中所述较大直径的支撑纤维确定一种在所述至少一个环形区域内的敞开区域的无规基质；并且所述过滤纤维与所述较大直径的支撑纤维是全并驻点的，从而使其在由此确定敞开区域的所述无规基质中自然配置。
11.按照权利要求10的过滤筒，其中至少一些支撑纤维和过滤纤维彼此均匀一致的熔合。
12.按照权利要求10的过滤筒，它包括另一个含有大量熔喷非织造过滤纤维的环形区域，该过滤纤维与在上述至少一个环形区域内的过滤纤维相比呈现不同的过滤性能。
13.按照权利要求12的过滤筒，其中所述另一个环形区域也含有所述的支撑纤维。
14.按照权利要求13的过滤筒，其中所述至少一个环形区域和另一个环形区域的支撑纤维具有相互不同的直径。
15.按照权利要求9的过滤筒，其中所述支撑纤维和过滤纤维是由相同的或不同的聚合物形成的。
16.按照权利要求15的过滤筒，其中所述支撑纤维和/或所述过滤纤维是由选自下列的聚合物形成的，该聚合物选自聚烯烃，聚酰胺，聚酯，乙缩醛，含氟聚合物，聚苯硫醚，生物可降解聚合物，液晶聚合物，聚醚醚酮，聚苯乙烯，亚乙烯基单体聚合物及其混合物。
17.一种过滤筒，它包括至少一个由大量熔喷非织造纤维形成的环形区域，所述非织造纤维含有较大直径的支撑纤维和较小直径的过滤纤维，所述支撑纤维在所述的至少一个环形区域内确定敞开区域的一种无规基质，所述的过滤纤维与较大直径的支撑纤维是全并驻点的，以便在由此确定的敞开区域的所述无规基质内自然配置。
18.一种制备圆筒形过滤筒的方法，所述的过滤筒包括至少一个含有较大直径支撑纤维的环形区域，该支撑纤维与较小直径的过滤纤维是全并驻点的，该方法包括步骤如下(a)从一对径向分开的熔喷模向一旋转的成形心轴直接熔喷纤维，使得来自一个所述熔喷模的熔喷纤维在到达所述的成形心轴上时与来自另一个所述熔喷模的熔喷纤维是全并驻点的；(b)控制所述这对熔喷模，使得来自所述一个熔喷模的熔喷纤维与来自所述另一个熔喷模的熔喷纤维相比具有较大的直径；和(c)使来自所述一个熔喷模和另一个熔喷模的全并驻点的熔喷纤维积聚在所述的成形心轴上，从而形成至少一个环形区域。
19.按照权利要求18的方法，其中步骤(b)的实际操作使得来自所述一个模的较大直径的熔喷纤维在所述至少一个环形区域内确定空隙空间无规网络，并且使得较小直径的熔喷纤维在该确定的空隙空间内是全并驻点的。
20.一种制备过滤介质的方法，所述的过滤介质含有大量非织造熔喷全并驻点的支撑纤维和过滤纤维，该方法包括步骤如下(a)从一对熔喷模射出熔喷纤维；(b)控制这对熔喷模，使得来自所述一个熔喷模的熔喷纤维与来自另一个熔喷模的熔喷纤维相比具有较大的直径；和(c)使得从所述一个模射出的所述较大直径的纤维与从所述另一个模射出的较小直径纤维接触，从而形成非织造熔喷并驻点的所述支撑纤维和过滤纤维。
21.按照权利要求20的方法，其中步骤(a)包括以径向间隔开的位置关系将所述一个模相对于另一个模定位。
22.按照权利要求21的方法，其中所述的一个模沿轴向相对于所述另一个模定位。
23.按照权利要求20的方法，其中所述的一个模总体相对于所述另一个模朝向一旋转的成形心轴。
24.按照权利要求20的方法，其中所述一个模相对于水平面以约0-90°的角度定位。
25.按照权利要求23或24的方法，其中所述的纤维从所述一个模朝向收集/输送辊的外表面喷射出，所述辊载带来自这个模的所述纤维与从所述另一个模喷射出的纤维接触。
26.按照权利要求25的方法，它包括加热所述收集/输送辊，以保持从所述一个模射出并以该辊外表面载带的所述纤维处于足够的熔融状态，直到它与由所述另一个模射出的纤维接触。
27.按照权利要求20的方法，其中所述另一个模朝向一成形心轴射出熔喷纤维；并且一个模位于所述另一个模的下游，以至于使从所述一个模射出的所述纤维被从所述另一个模射出的所述熔喷纤维夹带，来自所述一个模和另一个模的所述夹带纤维同时接触所述成形心轴，从而形成非织造熔喷全并驻点的支撑纤维和过滤纤维。
28.按照权利要求18或20的方法，其中步骤(b)的实际操作使得所述支撑纤维具有的平均直径在约60-500μm之间，并且所述过滤纤维具有的平均直径约在约1-50μm之间。
29.按照权利要求18或20的方法，其中步骤(b)的实际操作使得存在的所述支撑纤维按重量计占10-60％。
30.一种制备过滤介质的方法，它包括(i)从第一熔喷模朝向成形心轴射出第一熔喷纤维流；(ii)从第二熔喷模朝向一与所述成形心轴邻接定位的收集/输送表面射出第二熔喷纤维流，以至于所述第一熔喷纤维流与所述第二熔喷纤维流隔挡开；(iii)移动所述的收集/输送表面，使得所述第二熔喷纤维流与所述第一熔喷纤维流接触并且被输送到所述成形心轴上。
31.制备过滤介质的设备，它包括(i) 成形心轴；(ii) 朝向成形心轴射出第一熔喷纤维流的第一熔喷模；(iii)邻接于所述成形心轴定位的可旋转收集/输送辊；(iv) 朝向所述收集/输送辊射出第二熔喷纤维流的第二熔喷模，所述的第二熔喷模相对于收集/输送辊定位成使得所述收集/输送辊基本上将所述第二熔喷纤维流与第一熔喷纤维流隔挡开，其中(v)所述收集/输送辊输送由所述第二熔喷模射出的第二熔喷纤维流，使其与由所述第一熔喷模射出的第一熔喷纤维流接触，从而使第一和第二熔喷纤维流在成形心轴上彼此搀合。
32.如权利要求31的设备，其中多个所述第一熔喷模设置成基本上与所述成形心轴沿轴向对齐。
33.按照权利要求31的设备，其中设置多个第二熔喷模。
34.按照权利要求31的设备，它包括一控制器，以控制第一和第二熔喷模中的至少一个，以便获得从其射出的不同直径的熔喷纤维。
35.按照权利要求31的设备，其中所述的收集/输送辊是锥形的。
36.按照权利要求31的设备，它包括一连接到所述收集/输送辊的加热器。
全文摘要
由彼此全并驻点的大量非织造熔喷支撑纤维和过滤纤维形成的过滤介质。支撑纤维(32)与其全并驻点的过滤纤维(30)相比具有较大的直径。优选地,过滤介质配置在一过滤元件的至少一个环形区域、例如一可置换的圆筒形过滤筒内,该过滤筒具有由过滤介质环绕的一轴向细长的中心中空通道(12)。一按照本发明的深度过滤筒可形成有一个或多个成环形关系的附加区域(Z
文档编号B01D27/04GK1188422SQ96194924
公开日1998年7月22日 申请日期1996年4月10日 优先权日1995年5月2日
发明者S·D·巴尔波扎, 小C·S·霍夫曼, C·V·科普, R·J·施米特, A·C·舒科斯基 申请人:梅姆特克美国有限公司