[发明专利]耐用纳米纤维网稀松布层压材料

说明书

发明领域

本发明涉及用于从气态或受污染的空气流中除去灰尘、污垢及其他颗 粒的过滤介质和过滤结构，所述过滤结构可一般用于过滤应用中，所述过 滤应用包括：真空吸尘器、集尘器、燃气涡轮进气过滤系统、供暖、通风 和空调过滤系统，或用于多种其他应用中。

背景技术

气体流常常携带颗粒物质。在许多情况下，希望从气体流中除去一些 或全部的颗粒物质。例如，通向机动车引擎或发电设备的进气流，通向燃 气涡轮的气体流，以及通向多种燃烧炉的空气流常常含有夹带的颗粒物 质。这些颗粒物质如果进入到各种机构的内部零件中，可造成相当大的损 坏。因此，经常需要从位于引擎、涡轮、燃烧炉或其他相关设备上游的气 体流中除去颗粒物质。另一个实例为商用和家用的供暖、通风和空调 (HVAC)过滤系统。通向HVAC系统的空气流常常携带颗粒物质，例如花 粉、孢子、大气粉尘、以及其他亚微米颗粒。为了减少过敏反应以及潜在 的健康风险，期望除去这些颗粒物质。

纳米纤维和包含纳米纤维的纤维网组合物具有改善的特性，所述特性 可用于多种应用中，包括形成过滤应用所需的过滤介质。参见例如U.S. 7,008,465，其中描述了纳米纤维在空气过滤应用中的用途。

在制备细旦纤维介质的过程中，已使用了多种材料，包括玻璃纤维、 金属、陶瓷和一系列聚合物组合物。已使用了多种形成纤维的方法和技术 来制造小直径微纤维和纳米纤维。一种方法涉及使材料通过细的毛细管或 开口，其中所述材料可为熔融材料的形式，也可存在于随后被蒸发的溶液 中。也可以用通常用于制备合成纤维例如尼龙的“喷丝头”来形成纤维。 静电纺丝也是已知的。此类技术涉及使用皮下注射针、喷嘴、毛细管或活 动发射器。这些结构提供聚合物的液体溶液，所述溶液随后被高压静电场 吸引至收集区域。随着材料被拉出发射器并加速通过静电区域，纤维变得 纤细并可通过溶剂蒸发作用而形成纤维结构。

在过滤应用中，使过滤介质形成褶皱以增加可用于液体接触的有效表 面积是广为人知的。用传统技术制造的纳米纤维网导致纳米纤维网层的纤 维表面稳定性不佳。对于褶皱过滤器的制作，稀松布和纳米纤维网层之间 的较低粘合强度导致了不可接受的褶皱质量。在打褶过程中，纳米纤维网 被打褶辊磨损，并且纳米纤维网层与稀松布分层。

为防止纤维的磨损和纳米纤维网层的分层，通常会使用第二稀松布来 形成“SNS”(即稀松布-纳米纤维网-稀松布)结构。用粘合剂或通过超声 和热粘结来实现第二稀松布的粘结，这会增加产品的成本和厚度。较厚的 产品会限制褶皱过滤器中的打褶密度(每英寸的褶数)。

例如，在现有技术的一个商业实施方案中，褶皱过滤器由通过超声粘 结技术粘结的“SNS”结构制成。

在第二商业实施方案中，褶皱过滤器由“SN”结构制成，但纳米纤维 网层的基重通常小于0.5克/平方米(gsm)，并且其稀松布由湿法成网纸材 和纺粘非织造材料制成。

在第三商业实施方案中，过滤介质为“SN”结构，其中纳米纤维层的 基重小于2gsm，并且其稀松布为130gsm的纺粘聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)。

过滤器行业需要纳米纤维网加稀松布的结构，该结构能保持纳米纤维 网层的优异过滤性能，同时可无需进一步修改即可形成褶皱。

本发明人已发现了一种有关对单纯纳米纤维网加稀松布结构进行打褶 的问题的解决方法。

发明概述

本发明涉及一种过滤介质，该过滤介质包括纳米纤维层和基底层；该 纳米纤维层包含聚合物材料并具有约0.01至1.0微米的纤维直径、约0.5 至30gsm的基重、以及至少约2微米的厚度。该纳米纤维层还具有至少约 5kN/m的表面稳定性指数，所述介质还是打褶的。

发明详述

如本文所用，术语“纳米网”和“纳米纤维网”是同义词。类似地， 术语“稀松布”和“基底”也是同义词。

如本文所用，术语“非织造纤维网”或“非织造材料”是指具有独立 纤维、长丝或线的结构的纤维网，这些纤维、长丝或线彼此交错，但不是 以规则或可识别的方式，例如在已经纤丝化的针织织物或薄膜中那样交 错。已由多种方法，例如熔喷法、纺粘法、粘结梳理成网法，来形成非织 造纤维网或材料。非织造纤维网或材料的基重通常用盎司材料/平方码 (osy)或用克/平方米(gsm)来表示，并且可用的纤维直径通常以微米来表 示。