專利名稱：具有改進的靜電消散的水力纏繞過濾介質及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及用作過濾介質的無紡織物，特別是，包含由導電稀松紗(scrim)構成的水力纏繞無紡織物的過濾介質，以及通過使用帶有小孔的表面制造該過濾介質的方法。
背景技術：
為了限制雜質引入周圍環(huán)境，或循環(huán)返回到相關加工過程，過濾諸如氣體的流體通常需要去掉微粒或從氣流分離雜質。通常希望最大化可獲得的過濾表面面積，以便從流體流中去除掉大量的不希望有的污染物，同時保持由過濾器引起的運行壓力差盡可能低，以便獲得長的使用壽命和最小化表面應變。
過濾的一種形式通常被稱為阻截，即，過濾介質起類似濾網的作用，機械地截住那些大于介質固有小孔尺寸的微粒。較大尺寸微粒被過濾介質中的孔隙從流體流中去除掉，微粒一個接一個堆積產生濾餅，濾餅繼續(xù)去除掉更小的微粒。
特別是，在所謂的“袋濾室過濾器”中，當氣體通過過濾介質時微粒材料被從氣流中去除掉。在典型的應用中，過濾介質具有通常套筒狀管狀結構，氣流被分配成以便將正被過濾的微粒沉積在套筒外部。在這類應用中，過濾介質通過使介質受到脈沖反向氣流而定期被清理，該脈沖反向氣流從套筒外部驅逐被過濾的微粒材料用于收集到袋濾室過濾器結構的下部。美國專利文件No.4,983,434，這里引入作為參考，顯示了袋濾室過濾器結構和現(xiàn)有技術的過濾層壓物。
迄今，無紡織物已經有利地用于制造過濾介質。通常，用于此類用途的無紡織物已被纏繞，且采用機械針刺法成為一體，機械針刺法有時被稱為“織針氈合”，它需要從纖維網結構重復插入和抽出鉤針。當這種加工工藝使纖維結構成為一體且有助于完整性時，鉤針不可避免地剪切許多連續(xù)纖維，且在纖維結構上產生不希望的穿孔，這將損害過濾器的完整性且降低有效過濾。針刺法也對所產生的織物的強度有害，為了顯示足夠強度用于過濾的用途，需要相配的無紡織物具有較高的基礎重量。
Kirayoglu的美國專利文件No.4,556,601公布了一種水力纏繞的無紡織物，它可以被用作加強型氣體過濾器。然而這種過濾材料不能承受收縮操作。所述織物受到收縮操作時，被認為對過濾材料的物理性能具有負面影響。
另外，一些過濾裝置使用在過濾結構內部或直接接觸過濾結構的絲柵或網格，這導致過濾裝置非常易于帶有靜電。在不利環(huán)境，諸如木炭微粒的過濾中使用由金屬絲組成的過濾裝置，在揮發(fā)性條件下更易于被點燃。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種由導電稀松紗組成以便改進靜電消散時間的過濾介質。另外，本發(fā)明涉及一種制造這種過濾介質的方法，該過濾介質通過水力纏繞形成，因而避免機械針刺法的不利影響，同時提供具有所要求強度特性而且性能上沒有限制因素的過濾介質。本發(fā)明的過濾介質也顯示出高的所希望的均勻性，以用于節(jié)省成本的利用。
根據本發(fā)明形成的過濾介質包含具有不超過大約6盎司/平方碼的基本重量的水力纏繞的、主要是聚酯短纖維長度的纖維。過濾介質顯示出馬倫頂破強度至少大約198psi，加工方向(machine-direction)和橫向收縮小于大約3％，優(yōu)選地小于大約2％。過濾介質顯示出加工方向抗張強度至少大約52lb/in(磅/英寸)，橫向抗張強度至少大約55lb/in(磅/英寸)。
通過提供主要包含短纖維長度的聚酯織物的毛網(precursor web)且把毛網附著到導電稀松紗上形成本過濾介質。毛網連同導電稀松紗一起被并置在帶有小孔的表面上，且水力纏繞以形成無紡層壓織物形式的過濾介質。本方法還包括提供帶有小孔的表面，它用于將重復圖案施加到正形成的過濾介質上，以便提高過濾介質的過濾能力。
在本發(fā)明范圍內還有在水力纏繞后過濾介質被熱定形。通過在毛網中包含可熔纖維，過濾介質的熱定形能使得介質熱粘合，因而增強材料的強度特性。


通過下面的詳細描述、附圖和附加權利要求，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將會非常明了。
圖1是實現(xiàn)本發(fā)明方法以形成無紡織物的裝置的示意圖；和圖2時顯示袋濾室過濾器應用的示意圖。
具體實施例方式
本公布被認為是本發(fā)明的范例而且這并不是要將本發(fā)明局限于所示的特定實施例，基于這個理解，本發(fā)明允許有不同形式的實施例，附圖中和下文中要描述的是本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例。
這里所描述的本發(fā)明包括水力纏繞無紡織物的使用，如下所述它可在目前針織氈所使用的所有場合中直接替代針織氈使用。這些應用包括用在空氣處理的管狀或薄板形式的空氣過濾，以及液體過濾系統(tǒng)，如袋濾室工段所示，和自動傳輸流體過濾以及其他使用針織氈的特殊用途。另外，本發(fā)明的水力纏繞的過濾介質包括導電稀松紗，以便協(xié)助可能積聚在過濾裝置上的靜電消散。
特別參照圖1，其中顯示了用于實現(xiàn)本發(fā)明方法以形成無紡織物的裝置?？椢镉衫w維基體形成，該纖維基體包含所挑選的能促進經濟生產的纖維。纖維基體優(yōu)選地被梳理，然后交叉互搭以形成毛網，用P表示。
圖1顯示了根據本發(fā)明用于形成無紡織物的裝置。該裝置包括平板式纏繞器12形式的帶有小孔的成形表面，毛網P被放置在其上用于預纏繞。毛網P然后順序地從纏繞歧管14下面通過，借此毛網受到高壓噴水器16作用，這一過程為本領域普通技術人員所公知，且在Evans的美國專利文件No.3,485,706中有說明，這里引入作為參考。
圖1的纏繞裝置還包括成像和形成圖案的鼓輪18，該鼓輪包括帶有小孔的表面，用于完成現(xiàn)已纏繞的毛網的成像和形成圖案。在預纏繞后，毛網由導輥20引導且進入圖像轉印裝置18，在這，圖像和/或圖案被施加到位于裝置的帶有小孔的成形表面上的纖維上。纖維網并置到帶有小孔的表面18，來自歧管22的高壓水從與帶有小孔的表面18徑向向外間隔布置的噴嘴噴到向外面對的表面上。帶有小孔表面18和歧管22也可根據共同轉讓的美國專利文件No.5,089,764、No.5,244,711、No.5,822,823和No.5,827,597中的說明來制造和運行，這些公布的專利這里引入作為參考。目前，優(yōu)選地印有圖像和/或圖案的毛網P適用于提供流體管理，以及將要在下面描述的促進本無紡織物在過濾介質中使用。
本發(fā)明的過濾介質由導電稀松紗組成，以便在靜電消散期間起輔助作用。適合的稀松紗包括各種各樣的導電材料，例如薄膜材料或紡絲粘合材料。紡絲粘合材料包含連續(xù)單纖維，該連續(xù)單纖維主要通過噴絲頭組件擠壓熱塑性樹脂形成，生產出大量連續(xù)的熱塑性單纖維。該單纖維然后被淬火和拉拔，并且被收集形成無紡纖維網。水力纏繞過濾介質的導電稀松紗提供的靜電消散時間比不使用這種稀松紗層的過濾器少15％。
袋濾室過濾器結構主要用于需要從流體中過濾微粒材料的工業(yè)用途。流體進入過濾室，在過濾室中，安排有一個或多個通常為管狀的、套筒過濾袋。借助過濾介質兩側的產生的壓力差氣體流過過濾袋的外表面，當材料卡在過濾介質時，顆粒材料從氣流中去除。在氣流引起袋濾室過濾器產生靜電的情況下，導電稀松紗迅速消除靜電的積聚。通常，通過每一個過濾袋定期的承受脈沖反向液體流，微粒物質從過濾袋的外部被去除，借此被特稱為“濾餅”的微粒物質被迫從每一個過濾袋的外部沉積在袋濾室過濾器結構的下部。
體現(xiàn)本發(fā)明原理的袋濾室過濾介質也可以配置為如圖2所示的過濾袋。對于這種應用，過濾介質也可做成平板狀，相對邊結合在一起形成末端開口的管子。管子然后一端被關閉形成套筒狀袋子，如圖2所示。對于其他應用，過濾介質也可以采用平板的形式，或采用末端開口的管子的形式。
除了袋濾室過濾外，其他可能的過濾應用包括供暖通風和空調(HVAC)過濾，在其中具有過濾介質的框架被放置到空氣氣流的通道中，在空氣循環(huán)進入工作室之前從空氣中去除諸如灰塵等微粒。食品和飲料過濾是另一個應用，在其中，過濾器可以放置在流體接觸飲料制造物質之前或之后，以便從流體中去除掉污染物。凝結過濾也是另一個應用，例如用在柴油發(fā)動機和海上應用中。凝結過濾介質通常使用在位于液烴泵的上游或下游的框架和殼體中。其他可能的過濾應用包括真空過濾裝置、去除霧氣、渦輪入口過濾、汽車和卡車傳動裝置和空氣進入過濾、冷卻劑過濾、包括醫(yī)用和藥物過濾的化學過濾、發(fā)電過濾、辦公設備過濾、造紙機氈封和排水層過濾，以及其它過濾應用。
體現(xiàn)本發(fā)明原理的過濾介質通過在帶有小孔的表面上水力纏繞形成，如Drelich等人的美國專利文件No.5,244,711所公布的那樣，這里引入作為參考。根據帶有小孔表面的特定結構，纖維材料可以在織物平面上印有的重復的圖案或重復圖案可以凸出織物平面。用于實現(xiàn)本發(fā)明的帶有小孔的表面通常包括諸如篩網的有網眼表面，或具有明顯三維外形的圖像轉印裝置，籍此，用于水力纏繞的噴到纖維材料的高壓液體(水)流能通過帶有小孔的表面。
根據本發(fā)明形成過濾介質是通過提供主要采用短纖維長度的聚酯纖維的毛網來實現(xiàn)，所選擇的毛網具有與正形成的過濾介質的基本重量相對應的基本重量。毛網被定位成與導電稀松紗面對面布置，且水力纏繞以便形成無紡過濾介質。另外，前述水力纏繞過濾介質能被前移到三維圖像轉印裝置上，以將圖案或圖像施加到織物上。同時希望導電紡絲粘合稀松紗能直接擠壓到毛網上，輕微預纏繞，且隨后在三維圖像轉印裝置上纏繞。根據本發(fā)明，本過濾介質優(yōu)選地具有不超過大約6盎司/平方碼的基礎重量，這樣可通過纏繞促進有效制造，和形成該介質的節(jié)省成本的纖維材料。
根據用于制造本過濾介質的毛網的成分，材料強度和完整性能被提高。通過結合可熔纖維，例如旋覆纖維，或包括聚酯、聚酰胺和/或聚烯烴的兩種成分的熱塑材料，在水力纏繞后，能夠在材料熱固期間實現(xiàn)纖維結構的熱粘合。另外，已經發(fā)現(xiàn)如果沒有特定的可熔纖維，材料的熱固能增強無紡織物強度和多孔性，提高過濾特性。
另外，毛網具有相同或不同組分的、有耐用的短纖維長度的纖維成分也屬于本發(fā)明范圍。耐用的短纖維長度的纖維從具有同一或混合纖維長度的天然或人造成分中選擇，適合的天然纖維包括棉花、木質紙漿和粘膠人造絲、亞麻、大麻和洋麻，但不局限于這些。特別優(yōu)選的天然纖維包括諸如玻璃的硅酸鹽，以及聚乙腈和碳纖維。能被整體或部分混合的人造纖維包括熱塑和熱固聚合物，包括丙烯酸樹脂以及聚碳酸酯。適用于與熱塑樹脂分散劑樹脂混合的熱塑聚合物包括聚烯烴、聚酰胺、聚酯。諸如α和對芳族聚酰胺等熱塑芳族聚酰胺和蜜胺由于其高的熱穩(wěn)定性特別具有優(yōu)勢。熱塑聚合物還可以從均聚物、共聚物、軛合物和其他衍生物包括那些具有復合的熔融添加劑或表面活性劑的熱塑聚合物中選擇。
另外，過濾介質包含附加織物層以形成分層過濾結構也屬于本發(fā)明范圍。附加層可以包括由天然、人造纖維或其組合組成的織物，但不局限于此。適合的天然纖維包括棉花、木質紙漿和粘膠人造絲，但不局限于這些。能被整體或部分混合的人造纖維包括熱塑和熱固聚合物。熱塑聚合物還可以從均聚物、共聚物、軛合物和其他衍生物包括那些具有復合的熔融添加劑或表面活性劑的熱塑聚合物中選擇。
此外，能增加薄膜層以形成分層過濾結構。不同薄膜層可以包括鑄造薄膜、擠壓薄膜和網狀薄膜。
擠壓薄膜能按照下面代表性的直接擠壓薄膜方法形成。包括至少兩個料斗式裝載機的混合和配料倉進給兩種不同速度的推進加料器。不同速度的推進加料器將預定數量的聚合物碎片傳遞到混合料斗中，混合料斗裝有混合螺旋槳以進一步使聚合物或聚合物的混合物均勻。聚合物碎片喂入到多區(qū)段擠壓機中。在多區(qū)段擠壓機中混合和擠壓時，聚合物的混合物借助加熱的聚合物管道通過過濾網轉換器，其中，應用具有不同篩眼的碎料板以保留固體或半熔化的聚合物碎片以及其他大碎片。聚合物然后被喂入熔化泵，然后喂入合并組件(combining block)，合并組件允許擠壓多個薄膜層，薄膜層可以是相同的成分或如上所述從不同系統(tǒng)喂入的。合并組件連接到擠壓模，該擠壓模放置在高處以便熔化的薄膜擠出后沉積在壓送輥和鑄造輥之間的縫隙中。
當本發(fā)明的過濾介質要接收薄膜層擠出物時，襯底材料以卷的形式提供給張力控制的退繞機?；讓油死@并在壓送輥上面移動。從擠壓模中擠出的熔化的薄膜擠出物沉積到在壓送輥和鑄造輥之間的間隙點的襯底材料上。新形成的基底層和薄膜成分然后通過脫模機被從鑄造輥上移走，并卷到新的輥上。
諸如單片和多微孔薄膜等的透氣薄膜或網狀薄膜也能被用于分層過濾結構中。如美國專利文件No.6,191,211中所說明的單片薄膜和如美國專利文件No.6,264,864中所說明的多微孔薄膜，這里這兩個專利都引入作為參考，闡明了這種透氣阻擋薄膜的形成機理。諸如美國專利文件No.4,381,326和No.4,329,309中的那些網狀薄膜代表了多孔薄膜。
可選擇地，包括微-但尼爾織物和納-但尼爾織物的連續(xù)單纖維織物可以合并到分層過濾結構。通常，連續(xù)單纖維無紡織物的形成包括紡絲粘合過程。紡絲粘合過程包括供應熔化的聚合物，熔化聚合物然后通過稱為噴絲頭或模的板上的大量孔在壓力作用下被擠壓。所產生的連續(xù)單纖維被淬火和采用若干方法中的任一種方法拉拔，諸如狹槽拉拔系統(tǒng)、衰減器槍或導絲輥。連續(xù)單纖維在諸如金屬絲網輸送帶等移動的多孔表面上被收集成疏松網。當為了形成多層織物，多于一個噴絲頭被順序使用時，隨后的網被收集在前面形成的網的最上表面上。網然后通常依靠熱和壓力，諸如熱點粘結至少臨時固化。使用這種方法，網或網的各層從兩個熱金屬輥間通過，一個熱金屬輥具有浮雕印花圖案，以施加并獲得所需要的點粘結程度，通常整個表面面積的大約10％到40％被如此粘結。
適合的納-但尼爾(micro-denier)的連續(xù)單纖維阻擋層能通過納-但尼爾(nano-denier)單纖維直接紡紗制成，或者在沉積到基底層之前已經被分成納-但尼爾單纖維的多成分單纖維制成。美國專利文件No.5,678,379和No.6,114,017，這里都引入作為參考，示例了可實施來支持本發(fā)明的直接紡紗方法。
在水力纏繞施加特別設計的圖案到過濾介質上期間，使用三維圖像轉印裝置也屬于本發(fā)明的范圍，籍此，介質的過濾特性能被進一步加強，包括有效表面面積的增加、過濾器清理效率的提高和深度過濾性能的改變。值得一提的是，與使用機械纏繞通常不能有目的地成像的常規(guī)針刺法織物相比，這是個獨特的優(yōu)點。
目前，希望使用100％聚酯短纖維長度的纖維，也希望使用90％聚酯纖維和10％可熔旋覆纖維的組合?？椢镏亓窟x擇為不超過大約6盎司/平方碼。
尤其是，通過水力纏繞形成本發(fā)明的過濾介質已經發(fā)現(xiàn)能提供具有所需要的強度特征、抗收縮性和改進的靜電消散時間的過濾介質。根據本發(fā)明形成的過濾介質適合用在諸如采礦、水泥、化學、鋼鐵、公用事業(yè)、和與炭黑一起起作用。本發(fā)明公布的過濾介質優(yōu)選地顯示出馬倫頂破強度至少大約198psi(磅/平方英尺)，加工方向和橫向收縮小于大約3％，更優(yōu)選地小于大約2％。根據ASTM D461-93，第12部分，過濾介質優(yōu)選地顯示出加工方向抗張強度至少大約52lb/in(磅/英寸)，橫向抗張強度至少大約55lb/in(磅/英寸)。
從前面所述可以看出，在不脫離本發(fā)明的真實精神和獨創(chuàng)性概念的情況下可以實施大量更改和變化。應理解，并沒有對這里所公布的特定實施例作任何限定。通過附加權利要求，本公告想要覆蓋包含在權利要求范圍內的所有類似更改。
權利要求
1.一種制造具有改進的靜電消散的過濾介質的方法，包括以下步驟提供主要包含短纖維長度的纖維的毛網；提供導電稀松紗；提供帶有小孔的表面；和將所述毛網和導電稀松紗并置到所述帶有小孔的表面上，并水力纏繞所述毛網和導電稀松紗以形成所述過濾介質，所述過濾介質具有不超過大約6盎司/平方碼的基礎重量，并具有至少大約198psi的馬倫頂破強度、以及小于大約3％的加工方向和橫向收縮。
2.如權利要求1所述的制造過濾介質的方法，其特征在于，包括提供三維圖像轉印裝置，并將所述纏繞的毛網和導電稀松紗前移到所述三維圖像轉印裝置上，以便施加三維圖像。
3.如權利要求2所述的制造過濾介質的方法，其特征在于，包括提供三維圖像轉印裝置，并將所述纏繞的毛網和導電稀松紗前移到所述三維圖像轉印裝置上，以便施加三維圖像。
4.一種制造具有改進的靜電消散的過濾介質的方法，包括以下步驟提供主要包含短纖維長度的纖維的毛網；提供由導電聚合熔融物構成的稀松紗；提供帶有小孔的表面；提供三維圖像轉印裝置；將所述導電聚合熔融物直接擠壓到所述毛網上，并水力纏繞所述毛網和導電稀松紗；將所述纏繞的毛網和導電稀松紗前移到所述三維圖像轉印裝置上，以便施加三維圖像；所述過濾介質具有不超過大約6盎司/平方碼的基礎重量，并具有至少大約198psi的馬倫頂破強度、以及小于大約3％的加工方向和橫向收縮。
5.如權利要求1所述的制造過濾介質的方法，其特征在于，包括在所述水力纏繞步驟之后熱固所述過濾介質。
6.如權利要求2所述的制造過濾介質的方法，其特征在于，所述毛網包含可熔纖維，因而所述過濾介質在所述熱固步驟中被熱粘合。
7.一種過濾介質，包括已水力纏繞的、主要是短纖維長度的纖維和導電稀松紗，該介質具有不超過大約6盎司/平方碼的基礎重量，并具有至少大約198psi的馬倫頂破強度、以及小于大約3％的加工方向和橫向收縮。
8.一種分層過濾介質，包括已水力纏繞的、主要是短纖維長度的纖維和導電稀松紗，該介質具有不超過大約6盎司/平方碼的基礎重量，并具有至少大約198psi的馬倫頂破強度、以及小于大約3％的加工方向和橫向收縮。
9.如權利要求4所述的過濾介質，其特征在于，所述介質具有小于大約2％的加工方向和橫向收縮。
10.如權利要求4所述的過濾介質，其特征在于，所述過濾介質具有至少大約52磅/英寸的加工方向抗張強度，和至少大約55磅/英寸的橫向抗張強度。
11.如權利要求1所述的過濾介質，其特征在于，所述過濾介質是氣體過濾器。
12.如權利要求1所述的過濾介質，其特征在于，所述過濾介質是空氣過濾器。
13.如權利要求1所述的過濾介質，其特征在于，所述過濾介質是液體過濾器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由導電稀松紗組成的過濾介質，以便改進靜電消散時間。另外，本發(fā)明涉及一種制造這種過濾介質的方法，該過濾介質通過當毛網(P)停留在帶有小孔的表面(18)上時利用來自歧管(22)的高壓噴水口水力纏繞毛網(P)形成，這樣，避免機械針刺法的不利影響，同時提供具有所要求強度特性的過濾介質，而在性能上沒有限制因素。
文檔編號B01D39/16GK1729101SQ200380107281
公開日2006年2月1日 申請日期2003年10月21日 優(yōu)先權日2002年10月22日
發(fā)明者赫伯特·哈特格羅夫, 辛西婭·道森·麥克諾爾, 拉塞爾·廷德爾 申請人:帕里莫集團有限公司