適用於ashrae應用的過濾介質的製作方法

2023-04-28 12:11:31

專利名稱：適用於ashrae應用的過濾介質的製作方法
技術領域：
本發明一般性地涉及可用於ASHRAE應用的過濾介質，更具體而言，本發明涉及包括纖維網並具有所需的性能特性的過濾介質。
背景技術：
過濾介質可用於在多種應用中去除汙染物。取決於應用，可將過濾介質設計為具有不同的性能特性。對於在採暖、通風、製冷和空調應用中的應用，可將介質設計為具有由美國採暖、製冷與空調工程師協會(ASHRAE)所認可的性能特性。這類介質被稱為ASHRAE過濾介質。對於與通常用ASHRAE過濾介質可獲得的性能特性相比需要不同的性能特性(例如極高效率)的應用(例如無塵室或生物醫學應用)而言，使用其他類型的過濾器，包括高效顆粒空氣(HEPA)過濾器。過濾介質可由纖維網形成。所述纖維網提供了允許流體(例如氣體、空氣)流經過濾介質的多孔結構。包含於流體內的汙染物粒子可被捕集在纖維網上。過濾介質特性 (如壓降、表面積和定量)影響過濾性能，包括過濾效率和對流經過濾器的流體的抗性。通常，較高的過濾效率引起較高的抗流體流動性，這對於經過過濾器的給定流量產生更高的壓降。需要可用於ASHRAE應用中的過濾介質，其具有所需的性質(包括高效率和跨經過濾介質的低抗流體流動性)平衡。

發明內容
本文描述了可用於ASHRAE應用的過濾介質和形成這種介質的方法。在一方面，提供了一種過濾介質。所述過濾介質包括纖維網。所述過濾介質具有至少11. 5的γ值、小於1. 2m2/g的表面積、約5cfm/sf至約250cfm/sf的滲透率，約IOgsm 至約IOOOgsm的定量、以及約0. IOmm至約50. Omm的厚度(caliper)。在一方面，提供了一種過濾介質。所述過濾介質包括纖維網。所述過濾介質具有至少10. 5的γ值、小於0. 5m2/g的表面積、約5cfm/sf至約250cfm/sf的滲透率、約IOgsm 至約IOOOgsm的定量、以及約0. IOmm至約50. Omm的厚度。本發明的其他方面、實施方案、優點和特徵將通過如下詳細描述而變得明顯。
具體實施例方式本文所述的過濾介質可用於ASHRAE應用。所述介質包括纖維網，該纖維網例如具有短切玻璃纖維和超細玻璃纖維(microglass fiber)的組合。所述纖維網也可包含另外的組分，如合成纖維、粘合劑組分以及其他添加劑。如下文進一步描述，所述過濾介質具有所需的性質，包括高Y值、低纖維表面積和低的抗流體流動性。所述介質可被引入多種過濾元件產品，包括板式和袋式。過濾介質的纖維網(也稱為纖維墊)通常包含大百分比的玻璃纖維。例如，玻璃纖維可佔過濾介質的總重量的至少70%，或至少80%，或至少90%。在一些實施方案中，纖維網包含92重量％至95重量％的玻璃纖維。應理解，在一些實施方案中，纖維網可能不包含在上述範圍內的玻璃纖維，或根本不包含玻璃纖維。纖維網可為非織造的。即，纖維網可使用諸如溼法成網工藝的非織造工藝製得，如下文進一步描述。如上所述，纖維網可具有短切玻璃纖維和超細玻璃纖維的組合。短切玻璃纖維和超細玻璃纖維是本領域技術人員已知的。本領域技術人員能夠通過觀察(例如光學顯微鏡、電子顯微鏡)而確定玻璃纖維為短切的還是微玻璃的。短切玻璃還可具有不同於超細玻璃纖維的化學差異。在一些情況下，儘管不要求，但短切玻璃纖維可以比超細玻璃纖維含有更高含量的鈣或鈉。例如，短切玻璃纖維可幾乎不含鹼金屬，並具有高的氧化鈣和氧化鋁含量。超細玻璃纖維可含有10-15%的鹼金屬(例如氧化鈉、氧化鎂)，並具有相對較低的熔融溫度和加工溫度。術語涉及用於製造玻璃纖維的技術。這類技術賦予玻璃纖維某些特性。通常，在類似於織物生產的工藝中將短切玻璃纖維從漏嘴(bushing tips)中拉出並切割成纖維。將超細玻璃纖維從漏嘴中拉出並使其進一步經受火焰噴吹或旋轉紡絲過程。在一些情況下，細的超細玻璃纖維可使用重熔工藝製得。在這方面，超細玻璃纖維可為細的或粗的。短切玻璃纖維以比超細玻璃纖維更受控的方式製得，作為結果，短切玻璃纖維通常將具有比超細玻璃纖維更小的纖維直徑和長度變化。超細玻璃纖維可具有小的直徑，如小於10. 0微米。例如，直徑可為0. 1微米至約 9. 0微米；並且在一些實施方案中，直徑可為約0. 3微米至約6. 5微米。在一些實施方案中，超細玻璃纖維可具有約3.0微米的平均纖維直徑。在另一實施方案中，超細玻璃纖維可具有約3. 9微米的平均纖維直徑。在其他實施方案中，超細玻璃纖維可具有約0. 5微米，約 0. 6微米，或約0. 65微米的平均纖維直徑。超細玻璃纖維的平均直徑分布通常為對數正態的。然而，可以理解的是，可以以任何其他適當的平均直徑分布(例如高斯分布)提供超細玻璃纖維。如上所述，超細玻璃纖維可為細的或粗的。本文所用的細的超細玻璃纖維的直徑小於1微米，粗的超細玻璃纖維的直徑大於或等於1微米。由於工藝的不同，超細玻璃纖維的長度可顯著變化。超細玻璃纖維的長徑比(長度與直徑之比)通常可以在約100至10，000的範圍內。在一些實施方案中，超細玻璃纖維的長徑比可在約200至2500的範圍內；或在約300至600的範圍內。在一些實施方案中， 超細玻璃纖維的平均長徑比可為約1，000 ；或約300。應當理解，上述尺寸是非限制性的，超細玻璃纖維還可具有其他尺寸。短切玻璃纖維的平均纖維直徑通常大於超細玻璃纖維的直徑。在一些實施方案中，短切玻璃纖維具有大於約5微米的直徑。例如，直徑範圍可高達約30微米。在一些實施方案中，短切玻璃纖維可具有約5微米至約12微米的纖維直徑。在一個實施方案中，短切玻璃纖維可具有約6. 5微米的平均纖維直徑。短切玻璃纖維的平均直徑分布通常為對數正態的。短切直徑趨於遵循正態分布。然而，可以理解的是，可以以任何適當的平均直徑分布(例如高斯分布)提供短切玻璃纖維。在一些實施方案中，短切玻璃纖維可具有約0. 125英寸至約1英寸(例如，約0. 25 英寸，或約0.5英寸)的長度。
應當理解，上述尺寸是非限制性的，超細玻璃纖維還可具有其他尺寸。在一些實施方案中，短切玻璃纖維可具有有機表面修飾(finish)。這種表面修飾可例如提高在加工過程中纖維的分散。在多種實施方案中，所述表面修飾可包括澱粉、聚乙烯醇或其他合適的修飾。在一些情況下，當短切玻璃纖維在生產過程中被擠出時可施塗所述表面修飾作為塗層。短切玻璃纖維和超細玻璃纖維的重量百分比之比提供了過濾介質中不同的特性。 通常，增加細玻璃纖維的百分比將增加過濾介質的總表面積；而減少粗玻璃纖維的百分比將減少過濾介質的總表面積。因此，通常，相比於超細玻璃纖維的量增加短切玻璃纖維的量會減少過濾介質的總表面積；而相比於短切玻璃纖維的量增加超細玻璃纖維的量會增加過濾介質的表面積。增加過濾介質內的短切玻璃纖維的量也增加過濾介質的成褶性(即過濾器打褶的能力)。選擇過濾介質內的短切玻璃纖維和超細玻璃纖維(例如粗的和/或細的)的百分比以提供所需的特性。網中的玻璃纖維內包含各種百分比的短切玻璃纖維。在一些實施方案中，短切玻璃纖維佔網中的玻璃纖維的小於約55重量％、玻璃纖維的小於約40重量％，或玻璃纖維的小於約20重量％。在一些情況下，短切玻璃纖維佔玻璃纖維的約5重量％至約55重量％。 例如，短切玻璃纖維可佔玻璃纖維的約5重量％至約15重量％、玻璃纖維的約8重量％至約12重量％，或玻璃纖維的約25重量％至35重量％。另外，網內的玻璃纖維內包含不同百分比的超細玻璃纖維。在一些實施方案中，超細玻璃纖維佔玻璃纖維的大於約45重量％、玻璃纖維網的大於約60重量％，或玻璃纖維的大於約80重量％。在一些情況下，超細玻璃纖維佔玻璃纖維的約45重量％至約95重量％。 例如，超細玻璃纖維可佔玻璃纖維的約85重量％至約95重量％、玻璃纖維的約88重量％ 至約92重量％，或玻璃纖維的約65重量％至75重量％。在網內的玻璃纖維內可包含粗的超細玻璃纖維、細的超細玻璃纖維，或其超細玻璃纖維的組合。對於粗的超細玻璃纖維，在一些實施方案中，粗的超細玻璃纖維佔玻璃纖維的約40重量％至約90重量％。在一些情況下，例如，粗的超細玻璃纖維佔玻璃纖維的約75 重量％至約90重量％，或玻璃纖維的約60重量％至約70重量％。對於細的超細玻璃纖維， 在一些實施方案中，細的超細玻璃纖維佔玻璃纖維的約0重量％至約25重量％。在一些情況下，例如，細的超細玻璃纖維佔玻璃纖維的約5重量％至約10重量％，或玻璃纖維的約2 重量％至約12重量％。在一些實施方案中，纖維直徑大於或等於5微米的玻璃纖維佔玻璃纖維的小於約 55重量％、玻璃纖維的小於約40重量％，或玻璃纖維的小於約20重量％。在一些情況下， 纖維直徑大於或等於5微米的玻璃纖維佔玻璃纖維的約5重量％至約55重量％。例如，纖維直徑大於或等於5微米的玻璃纖維可以佔玻璃纖維的約5重量％至約15重量％，玻璃纖維的約8重量％至約12重量％，或玻璃纖維的約25重量％至35重量％。在一些實施方案中，纖維直徑小於5微米的玻璃纖維佔玻璃纖維的大於約45重量％、玻璃纖維的大於約60重量％，或玻璃纖維的大於約80重量％。在一些情況下，纖維直徑小於5微米的玻璃纖維佔玻璃纖維的約45重量％至約95重量％。例如，纖維直徑小於 5微米的玻璃纖維可以佔玻璃纖維的約85重量％至約95重量％、玻璃纖維的約88重量％至約92重量％，或玻璃纖維的約65重量％至75重量％。除了玻璃纖維之外，過濾介質還可包含其他組分(包括合成纖維)。合成纖維通常佔過濾介質的較小重量百分比。例如，合成纖維可佔過濾介質總重量的小於約25%、小於約15%，或小於約5% (例如2%、3%)。應當理解，也有可能將在所公開範圍之外的合成纖維引入過濾介質內。合成纖維可在加工過程中增強網內玻璃纖維的粘合。合成纖維可為，例如，粘合劑纖維和/或短纖維。通常，合成纖維可具有任何合適的組成。在一些情況下，合成纖維包括熱塑性塑料。合成纖維的非限制性實例包括PVA(聚乙烯醇)、聚酯、聚乙烯、聚丙烯和丙烯酸類。應當理解，也可使用其他適當的合成纖維。過濾介質也可包含粘合劑。粘合劑通常佔過濾介質的較小重量百分比。例如，粘合劑可佔過濾介質總重量的小於約10%，或小於約5% (例如2%至5(%)。在一些實施方案中，粘合劑可為過濾介質的約4重量％。如下文進一步描述，可將粘合劑加入到溼纖維網狀態的纖維。在一些實施方案中，粘合劑塗布纖維，並用於使纖維彼此粘附以促進纖維之間的粘合。通常，粘合劑可具有任何合適的組成。在一些實施方案中，粘合劑為樹脂基的。粘合劑可為一種或更多種組分的形式。在一些實施方案中，粘合劑包括軟粘合劑和硬粘合劑。 儘管如此，應當理解並非所有的實施方案包括所有這些組分(例如硬粘合劑)，並且可將其他適當的添加劑引入粘合劑中。軟粘合劑是本領域技術人員已知的，並通常指具有相對較低的玻璃化轉變溫度的粘合劑。在一些實施方案中，軟粘合劑可具有小於約15°C的玻璃化轉變溫度。在一些實施方案中，軟粘合劑將具有約0°C至約2°C範圍內的玻璃化轉變溫度。一種合適的軟粘合劑是丙烯酸類粘合劑，但是應當理解其他組成也可能是合適的，例如聚酯、聚烯烴和聚氨酯。當軟粘合劑存在時，軟粘合劑可為粘合劑的較大組分之一。例如，軟粘合劑可佔粘合劑的總重量的大於約40%，或大於約50%。在一些實施方案中，軟粘合劑可佔粘合劑的約50重量％ 至約80重量％，或約50重量％至約55重量％。在一些情況下，軟粘合劑可構成整個粘合劑。在其他實施方案中，不存在軟粘合劑。硬粘合劑是本領域技術人員已知的，並通常指具有相對較高的玻璃化轉變溫度的粘合劑。當在粘合劑樹脂中一起使用時，硬粘合劑將具有比軟粘合劑更高的玻璃化轉變溫度。在一些情況下，硬粘合劑將具有約25°C至約35°C範圍內的玻璃化轉變溫度。在一個實施方案中，硬粘合劑將具有約30°C的玻璃化轉變溫度。例如，硬粘合劑可為聚乙酸乙烯酯、 聚乙烯醇、聚丙烯酸、丙烯酸類、苯乙烯、苯乙烯丙烯酸類，和/或它們的組合。其他組成也可以是合適的。當硬粘合劑存在時，網內的硬粘合劑的百分比可低於網內的軟粘合劑的百分比。 然而，在其他情況下，硬粘合劑的百分比可高於或大致等於軟粘合劑的百分比。例如，硬粘合劑可佔粘合劑總重量的小於40%，或小於30%。例如，硬粘合劑可佔粘合劑總重量的約 25%至約35%。在一些實施方案中，硬粘合劑在粘合劑樹脂中的百分比為約8重量％至約 10重量％。在一些實施方案中，不存在硬粘合劑。如上所述，過濾介質可包含氟碳聚合物。在一些實施方案中，氟碳聚合物(也稱為全氟碳)為八碳氟碳化合物。在一個實施方案中，所用的氟碳聚合物為包含二丙二醇(dipropylone glycol)單甲醚的含氟丙烯酸酯共聚物乳液。合適的氟碳化合物的一個實例為來自 LJ Specialties Limited (Enterprise Drive, Holmewood Industrial Park, Holmewood, Chesterfield, Derbyshire, S42 5Uff United Kingdom)的 Asahi Guard AG 955(產品號#930078)。合適的氟碳化合物的另一個實例為來自MIC Specialty Chemicals, Inc. (134Μ 11 Street,Tiverton,RI 02878)的R印earl F-35含氟化學品。合適的氟碳化合物的又一個實 列為來自 Huntsman International, Textile Effects (4050Premier Drive, High Point, NC 27265)的Wiobol 8195。可以理解的是，任何其他合適的氟碳聚合物和/ 或其組合可根據需要用於本文中。在一些實施方案中，氟碳化合物可佔過濾介質乾重的小於約1.5%，或小於約 1.0%。在一些情況下，氟碳化合物可為過濾介質乾重的約0.2%至約0.75%之間。在一些實施方案中，過濾介質包含聚矽氧烷。當與氟碳化合物組合使用時，所述聚矽氧烷可協助賦予過濾介質所需的性質(例如高Y性質)。在一些實施方案中，聚矽氧烷為多官能氨基矽氧烷，但是其他合適的矽氧烷組合物也是可能的。合適的聚矽氧烷的一個實例為來自Hexion Specialty Chemicals (200Railroad St. Roebuck, SC 29376)的 Synthebond SF-30。合適的聚矽氧烷的另一個實例為來自 Huntsman International,Textile Effects 的 Ultratex FMW Silicone Softener。在一些實施方案中，聚矽氧烷可佔過濾介質乾重的小於約1.5%，小於約1.2%， 或小於約1.0%。在一些實施方案中，聚矽氧烷可大於過濾介質乾重的約0. 1%。例如，聚矽氧烷可佔過濾介質乾重的約0. 至約1.0%，或佔過濾介質乾重的約0. 至約0.5% 之間。應當理解，過濾介質不限於上述的粘合劑組分、另外的組分和重量百分比。其他粘合劑組分、另外的組分和重量百分比是可能的。除了上述的粘合劑、另外的組分、熱塑性塑料和玻璃組分之外，纖維網可包含多種其他合適的添加劑(通常以較小重量百分比)，尤其是表面活性劑、偶聯劑、交聯劑等。纖維網可具有使得過濾介質特別適用於ASHRAE應用的多種所需的性質和特性。過濾介質的表面積通常小於1. 2m2/g。在一些實施方案中，表面積可小於1. Im2/ g、小於 1. 0m2/g、小於 0. 8m2/g、小於 0. 6m2/g、小於 0. 5m2/g、小於 0. 4m2/g、或小於 0. 2m2/g。 在一個實施方案中，表面積可為0. lm2/g或更大。應當理解，表面積可在任何上述上限和下限之間。例如，表面積可為0. lm2/g至0. 5m2/g、0. 2m2/g至0. 8m2/g、或0. 5m2/g至1. 2m2/ g之間。如本文所確定的表面積通過使用標準BET表面積測量技術測得。BET表面積根據 Battery Council International Standard BCIS-03A,"Recommended Battery Materials Specifications Valve Regulated Recombinant Batteries，，的第 10 節測得，所述第 10 節為"Standard Test Method for Surface Area of Recombinant Battery Separator Mat，，。 根據該技術，BET表面積通過使用氮氣的BET表面分析儀(例如Micromeritics Gemini II 2370表面分析儀)的吸附分析測得；在3/4」管中的樣品量為0. 5至0. 6克；並且，使樣品在75°C下脫氣最少3小時。 通常，這種表面積有助於使得過濾介質能夠用於ASHRAE應用中的特性。這種表面積可低於要求更高效率的HEPA過濾介質所需的表面積。然而，低表面積允許跨經過濾器的低壓降(和抗空氣流動性)，如下文進一步所述。
其他過濾介質特性可為顯而易見的。在一些實施方案中，例如，過濾介質的滲透率可為約5立方英尺/分鐘/平方英尺(cfm/sf)至約250cfm/sf、約7cfm/sf至約200cfm/ sf、或約15cfm/Sf至約135cfm/Sf。如本文所確定的過濾介質的滲透率根據紙漿與造紙工業技術協會(Technical Association of the Pulp and Paper Industry, TAPPI)方法 T251測得。過濾介質的滲透率為流動阻力的反函數，並可用Frazier滲透率測試儀測得。 Frazier滲透率測試儀測量在固定的跨經樣品壓差下流經單位面積樣品的每單位時間的空氣體積。滲透率在0.5英寸水位差(water differential)下可以表示為立方英尺/分鐘 /平方英尺。在一些實施方案中，例如，過濾介質的定量可為約10克/平方米(gsm)至約 lOOOgsm、約25gsm至約150gsm、或約55gsm至約85gsm。本文所確定的過濾介質的定量根據TAPPI標準T410測得。值以克/平方米或磅/3，000平方英尺進行表示。定量通常可以在精確到0. 1克的實驗室天平上測得。優選的尺寸為95平方英寸的面積。在一些實施方案中，例如，在7. 3磅/平方英寸(psi)下測得的過濾介質的厚度可以為約 0. IOmm 至約 50. 0mm、約 0. IOmm 至約 10. 0mm、約 0. 20mm 至約 0. 90mm、或約 0. 25mm 至約0. 50mm。本文所確定的過濾介質的厚度根據TAPPI標準T411測得。根據該技術，可使用電動測徑規TMI量規49-70，其具有0. 63英寸(16. 0mm)直徑的壓力腳，並施加7. 3psi (50kPa) 的載荷。過濾介質可進一步通過其他性質表徵。滲透率通常表示為百分比，定義如下滲透率=C/C0其中C為穿過過濾器之後的粒子濃度，C0為在穿過過濾器之前的粒子濃度。典型的滲透測試涉及將鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)粒子吹過過濾介質，並測量透過過濾介質的粒子百分比。本文所用的DOP滲透率測試涉及將過濾介質暴露於DOP氣溶膠粒子，該DOP氣溶膠粒子的直徑為大約0. 3微米，並以大約5. 3釐米/秒的面速度通過過濾介質。過濾效率定義為100-% 滲透率由於可能期望的是基於滲透率和跨經過濾器的壓降之間的關係評價過濾介質，因此可根據被稱為Y值的數值評估過濾器。斜率越陡或Y值越高，則指示過濾器性能更優。 Y值據下式表示y = (-log(D0P 滲透率％ /100)/ 壓降，mmH20) X 100跨經過濾介質的壓降(也稱為流動阻力)基於如上DOP滲透率測試測得。跨經過濾介質的壓降通常小於25. OmmH2O15在一些實施方案中，例如，過濾介質的壓降可為約 0. 5mmH20至約20. OmmH2O ；或約1. OmmH2O至約10. OmmH2O0壓降測量為在空氣以5. 3釐米/ 秒的速度(針對標準溫度和壓力條件進行校正)流過過程中跨經過濾介質的壓差。數值通常記錄為毫米水或帕斯卡。如上所述，DOP滲透百分比基於透過過濾介質的粒子的百分比。隨著DOP滲透百分比下降(即效率增加)(其中粒子透過過濾介質的能力較低)，Y增加。隨著壓降下降(即跨經過濾器低的抗流體流動性)，Y增加(這假設其他性質保持恆定)。對於ASHRAE應用而言，過濾介質具有極高、值，特別是當結合上述表面積考慮時。在一些實施方案中，過濾介質的 值大於10. 5、大於11. 5，或大於12。在一些情況下，Y值大於12. 5，或大於13。在一些實施方案中，例如，γ值可為10. 5至14、11.5至13、12.0 至14.0，或11. 5至14.0。在一些實施方案中，Y值可大於14.0。本文所確定的Y基於使過濾介質經受5. 3釐米/秒面速度的測量(如上文和下文與DOP滲透率測試相關所述)進行計算。通常，本文所公開的DOP滲透百分比高於可在某些HEPA過濾介質中發現的DOP滲透百分比。在一些實施方案中，對於ASHRAE過濾介質而言，DOP滲透百分比可大於75.0%、 大於50. 0%、大於25. 0%、大於15. 0%、大於10. 0%、大於1.0%、大於0. 1%，或大於 0.03%。DOP滲透百分比通常與玻璃纖維在過濾介質中有多細相關。較細的纖維(較高的表面積)將導致DOP滲透百分比下降，而較粗的纖維(較低的表面積)將導致DOP滲透百分比增加。DOP滲透百分比根據ASTM標準D2986測定。使用具有100平方釐米的樣品夾的 Q127透度計測量過濾效率。直徑為0. 3微米的均勻DOP煙粒子以5. 3釐米/秒穿過測試樣品。穿過樣品的DOP粒子的百分比通過光散射技術進行測量，並記錄為DOP滲透百分比。過濾介質可使用基於已知技術的工藝製得。如上所述，過濾介質可使用非織造技術製得。在一些情況下，使用溼法成網加工技術製得過濾介質。通常，當過濾介質包含玻璃纖維網時，玻璃纖維(例如短切和微玻璃)可與合成纖維混合在一起以提供玻璃纖維漿料。 例如，所述漿料可為水性漿料。在一些實施方案中，短切玻璃纖維、超細玻璃纖維和合成纖維在被混合在一起之前，分別儲存於不同的儲存罐中。在一些實施方案中，這些纖維在被混合在一起之前，通過碎漿機進行加工。在一些實施方案中，短切玻璃纖維、超細玻璃纖維和合成纖維的組合在被混合在一起之前，通過碎漿機和/或儲存罐進行加工。如上所述，超細玻璃纖維可包含細的超細玻璃纖維和粗的超細玻璃纖維。應當理解可使用用於產生玻璃纖維漿料的任何合適的方法。在一些情況下，將另外的添加劑加入漿料中以便於加工。也可將溫度調節至合適的範圍，例如，33° F至 100° F(例如50° F至85° F)。在一些實施方案中，保持漿料的溫度。在一些情況下，不積極調節溫度。在一些實施方案中，溼法成網工藝使用與常規造紙方法類似的設備，其包括水力碎漿機、成形機或壓頭箱、乾燥器，和任選的轉化器。例如，可在一個或多個碎漿機中製備漿料。在碎漿機中適當混合漿料之後，可將漿料泵送至壓頭箱，在壓頭箱中漿料可以與或可以不與其他漿料合併，或者可以加入或可以不加入添加劑。漿料也可用另外的水稀釋，使得最終的纖維濃度在合適的範圍內，例如，約0. 1重量％至0. 5重量％。在一些情況下，可根據需要調節玻璃纖維漿料的pH。在一些實施方案中，玻璃纖維漿料的PH可為約2至約4，或約2. 5至約3. 5。在一些實施方案中，玻璃纖維漿料的pH通常為約2. 7或約2. 8。在一些情況下，玻璃纖維漿料中的酸度可提供漿料內玻璃纖維之間增強的範德華相互作用。由於玻璃纖維具有比例如HEPA玻璃纖維介質更低的表面積，因而相比於具有更高表面積的玻璃纖維，玻璃纖維之間的範德華相互作用趨於更弱。因此，相比於在更中性的PH下玻璃纖維漿料的範德華相互作用，可提供較低pH的玻璃纖維漿料以增加玻璃纖維之間的範德華相互作用。然後可以以適當的速率在篩網或金屬絲上收集纖維。在將漿料送至壓頭箱之前， 可使漿料穿過離心式清潔器以去除非纖維化的玻璃或丸粒(shot)。可以使漿料穿過或不穿過諸如精煉機或高頻疏解機(deflakers)之類的另外的設備以進一步提高纖維的分散性。
在一些實施方案中，所述工藝隨後涉及將粘合劑引入預成型的玻璃纖維網。在一些實施方案中，當玻璃纖維網沿適當的篩網或金屬絲穿過時，使用合適的技術將包含於粘合劑中的不同組分(例如軟粘合劑，任選的硬粘合劑)加入玻璃纖維網，所述不同組分可為單獨的乳液形式。也可將氟碳化合物與粘合劑一起或獨立於粘合劑適當地加入玻璃纖維網。在一些情況下，在與其他組分和/或玻璃纖維網合併之前，粘合劑樹脂的每種組分作為乳液被混合。在與粘合劑混合併引入玻璃纖維網之前，氟碳化合物也可作為乳液提供。在一些實施方案中，可使用例如重力和/或真空將包含於粘合劑中的組分以及氟碳化合物拉過玻璃纖維網。在一些實施方案中，可用軟化水稀釋包含於粘合劑樹脂中的一種或更多種組分和/或氟碳化合物並泵送至玻璃纖維網中。在一些實施方案中，可在加入粘合劑和氟碳化合物組分之後加入聚矽氧烷。例如， 在已將粘合劑和氟碳化合物組分引入網中之後，可以在下遊步驟中將聚矽氧烷引入玻璃纖維網中。在另一實例中，聚矽氧烷可與粘合劑和氟碳化合物組分一起被引入玻璃纖維網中， 其中就在纖維網的加入點之前在工藝中最後加入聚矽氧烷。在將粘合劑、氟碳化合物和聚矽氧烷引入玻璃纖維網之後，可適當乾燥溼法成網的纖維網。在一些實施方案中，可排乾溼法成網的纖維網。在一些實施方案中，可將溼法成網的纖維網通過一系列轉鼓式乾燥機以在適當的溫度(例如約275° F至325° F，或任何其他適於乾燥的溫度)下乾燥。對於一些情況，可變化典型的乾燥時間直至複合纖維的溼含量如所需那樣。在一些實施方案中，溼法成網的纖維網的乾燥可使用紅外加熱器進行。在一些情況下，乾燥將有助於固化纖維網。此外，可適當卷繞經乾燥的纖維網以用於下遊過濾介質加工。可基於所需的性質組合玻璃纖維網的不同層以製得過濾介質。例如，在一些實施方案中，可在相對較細的纖維玻璃網旁構建相對較粗的預濾器纖維玻璃網以形成多相(例如雙相)過濾介質。多相纖維介質可以以適當的方式形成。舉例而言，過濾介質可通過溼法成網工藝製得，其中將含有玻璃纖維漿料(例如在水性溶劑，如水中的玻璃纖維)的第一分散體(例如紙漿)施用至造紙機(例如長網造紙機或真空圓網抄紙機)中的金屬絲傳送機上，從而形成第一相。然後將含有另一玻璃纖維漿料(例如在水性溶劑，如水中的玻璃纖維)的第二分散體(例如另一紙漿)施用至第一相上。在上述過程中對第一和第二纖維分散體連續施加真空以從纖維中去除溶劑，從而得到具有第一相和第二相的過濾介質。然後乾燥所形成的過濾介質。可以理解的是，不僅可基於每個玻璃纖維網的組分，還可根據以適當組合使用具有不同特性的多個玻璃纖維網的效果來適當調控過濾介質。在形成之後，可根據多種已知技術進一步加工過濾介質。例如，可使過濾介質成褶並用於成褶過濾元件中。在一些實施方案中，可通過在彼此適當間隔一定距離處形成劃線而使過濾介質或其各個層適當地成褶，從而使得過濾介質被摺疊。應當理解，可使用任何合適的打褶技術。應當理解過濾介質可包括除了玻璃纖維網之外的其他部分。在一些實施方案中， 過濾介質可包括不止一個玻璃纖維網。在一些實施方案中，進一步的加工包括引入一種或更多種結構特徵和/或硬化元件。玻璃纖維網可與另外的結構特徵(如聚合物和/或金屬網眼)組合。例如，可將篩網背襯設置在過濾介質上，從而提供進一步的剛度。在一些情況下，篩網背襯可協助保持成褶構造。例如，篩網背襯可為展開的金屬絲或擠出的塑料網眼。
可將過濾介質引入多種合適的過濾元件中以用於各種應用，包括ASHRAE過濾介質應用。過濾介質可通常用於任何空氣過濾應用。例如，過濾介質可用於採暖和空調管道中。過濾介質也可與作為預濾器的其他過濾器(例如，作為高效過濾應用(例如HEPA)的預濾器)結合使用。過濾元件可具有本領域已知的任何合適的結構，包括袋式過濾器和板式過濾器。在一些情況下，過濾元件包括可圍繞過濾介質設置的外罩。所述外罩可具有各種構造，所述構造基於預定應用而變化。在一些實施方案中，外罩可為框架的形式，其圍繞過濾介質的周邊設置。例如，框架可圍繞周邊熱封。在一些情況下，框架具有通常矩形的構造， 使得其圍繞通常為矩形的過濾介質的所有四條邊。所述框架可由各種材料包括例如硬紙板、金屬、聚合物或任意合適材料的組合形成。過濾元件也可包括多種本領域已知的其他特徵，如用於使過濾介質相對於框架、間隔物而穩定的穩定化特徵，或任何其他適當的特徵。如上所述，在一些實施方案中，可將過濾介質引入袋式(bag)(或袋狀(pocket)) 過濾元件中。袋式過濾元件的形成方法可以是將兩個過濾介質放置在一起(或將單個過濾介質對半折)，並將其三個邊彼此接合(如果是對摺的話則是兩個邊)使得只有一個邊保持敞開，由此形成在過濾器內的袋。在一些實施方案中，可將多個濾袋結合至框架以形成過濾元件。可放置每個袋使得開口端位於框架中，由此使得空氣流入每個袋。在一些實施方案中，框架可以包括延伸進並保持每個袋的矩形環。應當理解框架實質上可具有任何構造， 可使用本領域已知的多種接合技術以將袋結合至框架。此外，框架可包括任意數目的袋，例如6至10個袋，這常見於袋式過濾器。在一些實施方案中，袋式過濾器可包括設置於其中的任意數目的間隔物，並且配置成使過濾器的對側側壁之間彼此分隔一定的間距。間隔物可以是在兩個側壁之間延伸的線或任意其它元件。可以理解的是，與袋式或袋狀過濾器一同使用的本領域已知的各種特徵可以引入到本文所公開的過濾介質中。應當理解，過濾介質和過濾元件可具有多種不同的構造，且具體構造取決於使用過濾介質和過濾元件的應用。在一些情況下，可將基材加入至過濾介質。過濾元件可與如上結合過濾介質所述的那些具有相同的性質值。例如，在過濾元件中也可具有上述Y值。在使用過程中，當流體(例如空氣)流經過濾介質時，過濾介質將汙染物粒子以機械方式捕集在纖維網上。過濾介質無需帶電以提高汙染物的捕集。因此，在一些實施方案中，過濾介質是不帶電的。然而，在一些實施方案中，過濾介質可以帶電。在一些實施方案中，過濾介質可包括防水性質。在其他實施方案中，過濾介質不包括防水性質。實施例以下非限制性的實施例描述了根據本文所述的方面製得的適用於ASHRAE應用的過濾介質。實施例1將短切玻璃纖維(纖維網的8重量％ )、超細玻璃纖維(纖維網的89重量％ )和聚乙烯醇纖維(纖維網的3重量％)進料至具有水的單獨的碎漿機中，並轉移至各自的儲存罐。隨後將短切玻璃纖維、超細玻璃纖維和聚乙烯醇纖維共混在一起以形成玻璃纖維漿
1料。形成用軟化水稀釋的丙烯酸類(軟粘合劑)、聚丙烯酸(硬粘合劑)和含氟丙烯酸酯共聚物的單獨的乳液並保存於儲存罐中。將玻璃纖維漿料置於載體金屬絲上，隨後經受重力和真空以從所述漿料排乾水，從而形成玻璃纖維網。然後使玻璃纖維網朝著用於將丙烯酸類、聚丙烯酸和含氟丙烯酸酯共聚物乳液泵送穿過玻璃纖維網的區域移動。丙烯酸類、聚丙烯酸和含氟丙烯酸酯共聚物乳液的每一個在相同的進料管線中被過濾並朝著玻璃纖維網泵送。然後在與軟粘合劑、硬粘合劑和含氟丙烯酸酯共聚物相同的進料管線中加入用軟化水稀釋的聚矽氧烷，但在其他組分之後下到管線。隨後利用重力和真空將粘合劑、含氟丙烯酸酯共聚物和聚矽氧烷拉過玻璃纖維網，以在整個玻璃纖維網上形成相對均勻的粘合劑樹脂和其他組分的分布。然後將玻璃纖維網用乾燥器圓筒和紅外加熱器乾燥並卷繞用於進一步測試和加工。在該實施例中，相比於其他實施例，基於相對較細的玻璃纖維的使用，DOP滲透百分比保持在16.2%。跨經過濾介質測得67 的壓降。Y值測得為11. 5。定量測得為 67g/m2。過濾介質的厚度測得為0.52mm。在7. 3psi下的過濾介質的標定厚度(caliper thickness)測得為0. 39。BET表面積測得為0. 70m2/g。實施例2過濾介質以與實施例1相同的方式製得，不同的是相比於實施例1，基於更高百分比的粗玻璃纖維的使用，DOP滲透百分比保持在34.0%。跨經過濾介質測得38 的壓降。 Y值測得為12.1。定量測得為68g/m2。過濾介質的厚度測得為0.57mm。在7. 3psi下的過濾介質的標定厚度測得為0. 42。實施例3過濾介質以與實施例1和2相同的方式製得，不同的是相比於實施例1和2，基於更高百分比的粗玻璃纖維的使用，DOP滲透百分比保持在50. 8%。跨經過濾介質測得23 的壓降。、值測得為12. 4。定量測得為67g/m2。過濾介質的厚度測得為0. 60mm。在7. 3psi 下的過濾介質的標定厚度測得為0. 45。實施例4過濾介質以與實施例1、2和3相同的方式製得，不同的是相比於實施例1、2和3， 基於更高百分比的粗玻璃纖維的使用，DOP滲透百分比保持在75.6%。跨經過濾介質測得 11 的壓降。Y值測得為10. 8。定量測得為67g/m2。過濾介質的厚度測得為0. 60mm。在 7. 3psi下的過濾介質的標定厚度測得為0. 43。BET表面積測得為0. 31m2/g。實施例5過濾介質以與之前實施例類似的方式製得，不同的是將短切纖維、粗的超細玻璃纖維和PVOH纖維在一起製漿。將細微纖維單獨製漿，並送至不同的儲存箱中。此外，用於飽和混合物的水不是軟化的。所用的纖維共混物以玻璃纖維網重量計為的短切纖維、 3%的聚乙烯醇纖維和69%的微纖維。性質與實施例2的類似之處在於DOP滲透百分比保持在34. 8%，跨經過濾介質測得的壓降為341^。、值計算為13. 1。定量測得為77g/m2。在 7. 3psi下的過濾介質的標定厚度測得為0. 39mm。BET表面積測得為0. 59m2/g。已描述了本發明的至少一個實施方案的幾個方面，應當理解本領域技術人員容易進行各種改變、修改和改進。這種改變、修改和改進旨在作為本公開的一部分，並旨在落入在本發明的精神和範圍內。因此，前述說明書和附圖
僅是為了舉例。
權利要求
1. 一種過濾介質，其包括纖維網，其中所述過濾介質具有至少11. 5的γ值、小於1. 2m2/g的表面積、約5cfm/sf 至約250cfm/sf的滲透率、約IOgsm至約IOOOgsm的定量、以及約0. IOmm至約50. Omm的厚
2.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述纖維網包括玻璃纖維網。
3.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的表面積為0.5m2/g至1. 2m2/g°
4.根據權利要求2所述的過濾介質，其中所述玻璃纖維網包含玻璃纖維，並且所述玻璃纖維的重量百分比佔所述纖維網的總重量的至少90%。
5.根據權利要求4所述的過濾介質，其中所述玻璃纖維網包含短切玻璃纖維和超細玻璃纖維。
6.根據權利要求5所述的過濾介質，其中所述短切玻璃纖維佔所述玻璃纖維的小於約55重量％。
7.根據權利要求5所述的過濾介質，其中所述超細玻璃纖維佔所述玻璃纖維的大於約45重量％。
8.根據權利要求5所述的過濾介質，其中所述超細玻璃纖維包含細的超細玻璃纖維和粗的超細玻璃纖維。
9.根據權利要求8所述的過濾介質，其中所述細的超細玻璃纖維佔所述玻璃纖維的小於約25重量％。
10.根據權利要求8所述的過濾介質，其中所述粗的超細玻璃纖維佔所述玻璃纖維的約40重量％至約90重量％。
11.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述纖維網包含合成纖維，並且所述合成纖維佔所述纖維網的小於約5重量％。
12.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述纖維網包含粘合劑。
13.根據權利要求12所述的過濾介質，其中所述粘合劑包括軟粘合劑和硬粘合劑。
14.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的Y值為至少12.0。
15.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的Y值為至少12.5。
16.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的Y值為11.5至14。
17.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的表面積小於約1.0m2/g。
18.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的表面積小於約0.6m2/g。
19.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的表面積為約0.lm2/g至約1. 2m2/go
20.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的DOP滲透百分比大於約 15%。
21.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的滲透率為約15cfm/Sf至約 135cfm/sfο
22.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的壓降為約0.2mmH20至約 20mmH20o
23.根據權利要求1所述的過濾介質，其中所述過濾介質的定量為約55gsm至約85gsm。
24.一種過濾元件，其包括權利要求1所述的過濾介質。
25.根據權利要求M所述的過濾元件，其中所述過濾元件為袋式過濾元件。
26.根據權利要求M所述的過濾元件，其中所述過濾元件為板式過濾元件。
27.一種過濾介質，其包括纖維網，其中所述過濾介質具有至少10. 5的γ值、小於0. 5m2/g的表面積、約5cfm/sf 至約250cfm/sf的滲透率、約IOgsm至約IOOOgsm的定量、以及約0. IOmm至約50. Omm的厚度。
28.根據權利要求27所述的過濾介質，其中所述纖維網包括玻璃纖維網。
29.根據權利要求27所述的過濾介質，其中所述過濾介質的表面積為0.lm2/g至 0. 5m2/g。
全文摘要
本發明描述了可用於ASHRAE應用中的過濾介質。所述介質包括纖維網，並具有所需的性能特性。
文檔編號B32B17/06GK102378683SQ201080014724
公開日2012年3月14日 申請日期2010年2月24日 優先權日2009年2月24日
發明者大衛·F·西利, 瑪麗安娜·萊恩 申請人:霍林斯沃思和沃斯有限公司