CN101495187A - 模制单组分单层式呼吸器 - Google Patents

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Abstract

一种由单组分单层式非织造料片制成的模制呼吸器，所述非织造料片由具有相同聚合物组成的部分结晶取向和部分非晶取向的连续带电单组分熔纺纤维形成，并且所述熔纺纤维被粘合以形成连贯和可处理的料片，该料片在保持取向和纤维结构的同时进一步可被软化。所述呼吸器为杯形多孔单组分单层式基体，所述基体的基体纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘合。所述基体具有大于1N的金氏刚度。所述呼吸器可以在过滤器介质层中不需要加固层、双组分纤维或其他增强物质的情况下形成。

Description

模制单组分单层式呼吸器
本发明涉及模制的(如杯形)个人用呼吸器。
背景技术
与模制的个人用呼吸器有关的专利包括美国专利No.4,536,440(Berg)、4,547,420(Krueger等人)、5,374,458(Burgio)和6,827,764B2(Springett等人)。有关呼吸面罩织物的专利包括美国专利No.5,817,584(Singer等人)、6,723,669(Clark等人)和6,998,164 B2(Neely等人)。有关非织造料片或其制造的其它专利或专利申请包括美国专利No.3,981,650(Page)、4,100,324(Anderson)、4,118,531(Hauser)、4,818,464(Lau)、4,931,355(Radwanski等人)、4,988,560(Meyer等人)、5,227,107(Dickenson等人)、5,382,400(Pike等人‘400)、5,679,042(Varona)、5,679,379(Fabbricante等人)、5,695,376(Datta等人)、5,707,468(Arnold等人)、5,721,180(Pike等人‘180)、5,877,098(Tanaka等人)、5,902,540(Kwok)、5,904,298(Kwok等人)、5,993,543(Bodaghi等人)、6,176,955 B1(Haynes等人)、6,183,670 B1(Torobin等人)、6,230,901 B1(Ogata等人)、6,319,865 B1(Mikami)、6,607,624 B2(Berrigan等人‘624)、6,667,254 B1(Thompson等人)、6,858,297 B1(Shah等人)以及6,916,752 B2(Berrigan等人‘752)；欧洲专利No.EP 0 322 136B1(Minnesota Mining and Manufacturing Co.)；日本已公布的专利申请No.JP 2001-049560(Nissan Motor Co.Ltd.)、JP 2002-180331(ChissoCorp.‘331)和JP2002-348737(Chisso Corp.‘737)；以及美国专利申请公开No.US2004/0097155A1(Olson等人)。
发明内容
现有的用于制造模制呼吸器的方法通常会涉及对料片或呼吸器属性的某种程度损害。暂且不考虑用于舒适或美观目的而非用于过滤或加固的任何内覆盖层或外覆盖层，呼吸器的其余一层或多个层可具有多种构造。例如，模制呼吸器可由双层式料片形成，这些双层式料片是通过将熔喷纤维过滤层层合至诸如熔纺层或人造短纤维层之类的刚性外壳材料而制成。如果单独使用过滤层，其通常不具有足够的刚度以允许形成足够强的杯形成品模制呼吸器。而加固外壳材料又会增加不期望的基重和体积，并限制了该料片层合物的未使用部分可被循环利用的程度。模制呼吸器还可由通过双组分纤维制成的单层式料片来形成，其中一个纤维组分可带电以提供过滤能力、而另一纤维组分可自身粘合以提供加固能力。与使用加固外壳材料时的情况相同，粘合纤维组分会增加不期望的基重和体积，并限制了双组分纤维料片的未使用部分可被循环利用的程度。粘合纤维组分还会限制对双组分纤维料片充电的程度。也可以通过将外用粘合材料(如，粘合剂)添加到过滤料片中以制备模制呼吸器，由于所添加的粘合材料的化学或物理性质，结果会造成包括料片基重增加和可循环利用性降低在内的多种局限性。
以前用单组分单层式料片来形成模制呼吸器的尝试通常都未取得成功。结果证明要获得模制性能、模制后足够的刚度、适当低的压降和足够的颗粒捕集效率的适当组合是非常困难的。我们目前已发现了能以这样的方式加以模制从而提供可供使用的杯形个人用呼吸器的单组分单层式料片。
本发明一个方面提供一种用于制备模制呼吸器的方法，包括：
a)在足以形成由部分结晶取向和部分非晶取向的熔纺纤维构成的料片的热条件下，通过对所述单组分聚合物纤维进行熔纺、收集、加热和骤冷，形成由连续单组分聚合物纤维构成的单组分单层式非织造料片，其中所述的部分结晶取向和部分非晶取向的熔纺纤维具有相同的聚合物组成，并且所述熔纺纤维被粘合以形成连贯且可处理的料片，所述料片在保持取向和纤维结构的同时可被进一步软化；
b)使该料片带电，以及
c)将该带电料片模制以形成杯形多孔的单组分单层式基体，该基体纤维在至少一些纤维交叉点处被彼此粘合，且该基体具有大于1N的金氏刚度(King Stiffness)。
本发明另一方面提供一种模制呼吸器，其包括连续带电单组分聚合物纤维构成的杯形多孔单组分单层式基体，该纤维为部分结晶取向和部分非晶取向的熔纺聚合物纤维，并且其具有相同的聚合物组成，这些纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘合，且所述基体具有大于1N的金氏刚度。
本发明所公开的杯形基体具有许多有益且独特的特性。例如，成品模制呼吸器可被制成仅由单一层构成，但其包括由部分结晶取向的聚合物带电纤维和部分非晶取向的聚合物带电纤维构成的混合物，并且具有改善的可模制性，且模制后的过滤性能损耗得到降低。这种模制呼吸器提供重要的效率：通过省略了层合过程和设备并通过减少中间材料的数量从而降低了产品的复杂度并减少了浪费情况。通过使用直接料片成形制造设备(在该设备中，成纤聚合物材料基本上经过一次直接操作而转变为料片)，因此可以相当经济地制备本发明所公开的料片和基体。另外，如果基体纤维都具有相同的聚合物组成，且不使用外部粘合材料，那么该基体可以完全回收利用。
在以下具体实施方式中，本发明的这些方面和其他方面将显而易见。然而，在任何情况下，以上内容都不应被理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，在专利申请过程中可以对其进行修正。
附图说明
图1为一次性个人用呼吸器的局部剖面的透视图，该呼吸器具有设置在内覆盖层和外覆盖层之间的抗变形的杯形多孔单层式基体；
图2为使用熔纺和骤冷强制循环加热器来制备可模制单组分单层式料片的示例性方法的示意性侧视图；
图3为图2所示装置的热处理部分的透视图；以及
图4为图3的装置的示意性放大和展开视图。
在附图的多张图中，相似的参考符号表示类似的元件。附图中的元件未按比例绘制。
具体实施方式
术语“模制呼吸器”意指被模制成至少贴合在人的鼻和嘴上的形状并且当由人佩戴时可去除一种或多种气载污染物的装置。
对于呼吸器面罩主体，使用术语“杯形”时，意指具有在佩戴时使面罩主体与佩带者面部隔开的构型。
术语“多孔的”意指可透气的。
对于纤维或纤维集合，使用术语“单组分”时，意指其整个横截面具有基本相同的组成的纤维；单组分包括共混物(即聚合物混合物)或包含添加剂的材料，其中均匀组成的连续相在纤维的整个横截面和长度上延伸。
术语“具有相同聚合物组成”意指具有基本相同的重复分子单元的聚合物，但该聚合物可具有不同的分子量、熔融指数、制备方法、商业形式等。
对于纤维或纤维集合，使用术语“粘合”时，意指牢固地粘结在一起；在料片经受正常处理时粘合的纤维通常不会分离。
术语“非织造料片”意指其特征在于纤维缠结或点粘合的纤维料片。
对于非织造纤维料片，使用术语“单层式基体”时，意指在其整个横截面上具有大致均匀分布的相似纤维。
对于纤维，使用术语“尺寸”时，意指具有圆形横截面的纤维的纤维直径，或意指横穿具有非圆形横截面的纤维而构造的最长横截面线的长度。
对于纤维或纤维集合，使用术语“连续”时，意指纤维具有基本上无穷大的纵横比(即长度与尺寸的比率，例如，为至少约10,000或更大)。
术语“有效纤维直径”用于纤维集合时，意指对于由任何具有圆形或非圆形横截面形状的纤维形成的料片，根据Davies，C.N.，“TheSeparation of Airborne Dust and Particles(气载灰尘和颗粒的分离)”，Institution of Mechanical Engineers，London，Proceedings1B，1952中描述的方法所确定的值。
术语“将长丝拉细成纤维”意指将一段长丝转化为长度更长且尺寸更小的一段。
对于非织造料片，使用术语“熔纺”时，意指通过以下方法形成的料片，该方法为：将低粘度熔体挤压通过多个孔以形成长丝，用空气或其他流体骤冷该长丝，以至少使该长丝的表面固化，使至少部分固化的长丝与空气或其他流体接触，以将这些长丝拉细成为纤维，并收集拉细后的纤维层。
术语“熔纺纤维”意指从模具流出并穿过加工工位的纤维，纤维在该加工工位中被固定不变地拉延，且该纤维内的聚合物分子被固定不变地取向为与纤维的纵向轴线对齐。这种纤维基本连续且被充分缠结，这使得通常不能从此类纤维团中取出一根完整的熔纺纤维。
对于聚合物纤维或此类纤维的集合，使用术语“取向的”时，意指因纤维经过诸如变细室(attenuation chamber)或机械拉延机之类的设备，而使得纤维的至少部分聚合物分子与纤维的纵向对齐。可通过多种方法来检测纤维取向的存在，所述方法包括双折射测量或广角X射线衍射。
对于聚合物或聚合物纤维而言，术语“标称熔点”意指在聚合物或纤维熔融区域(如果该区域只有一个最大值)中的第二次加热时的、总热流差示扫描量热法(DSC)图线上的峰最大值；而如果有一个以上的最大值，则表示有一个以上的熔点(例如，由于存在两种截然不同的晶相)，则“标称熔点”为产生最高振幅熔融峰的温度。
术语“自生粘合”意指在烘箱或者通气粘合器中，在未施加诸如点粘合或压延的固体接触压力的条件下而获得的高温下的纤维间的粘合。
术语“微纤维”意指具有10μm或更小的中值尺寸(使用显微镜法确定)的纤维；“超细微纤维”意指具有2μm或更小的中值尺寸的微纤维；而“亚微米微纤维”意指具有1μm或更小的中值尺寸的微纤维。当本文中提及一批、一团、一列等特定种类的微纤维时，例如“一列亚微米微纤维”，其意指该列中的全部微纤维或单批微纤维的全部，而不仅仅意指该列或该批中具有亚微米尺寸的部分。
术语“带电的”用于纤维集合时，意指在7cm/sec的表面速度下测定邻苯二甲酸二辛酯的渗透率百分比(％DOP)时，纤维在暴露于吸收剂量为20格雷的1mm铍过滤后的80KVp X射线后，品质因子QF(如下所述)至少损失50％。
对于单层式基体，使用术语“自承的”时，意指基体不包括由线材、塑性网孔或其他加固材料制成的邻接加强层，但是包含这种基体的模制呼吸器可以包括内覆盖料片或外覆盖料片以提供适当平滑的暴露表面，或可以包括焊接线、折痕或其他分界线以加强呼吸器的选定部分。
术语“金氏刚度”意指使用得自J.A.King & Co.，Greensboro，North Carolina的金氏刚度测试机，将直径为2.54cm、长8.1m的平底探针推向模制杯形呼吸器所需的力，其中该呼吸器是通过在半径为55mm、容量为310cm3的半球形模具的匹配的阳半模和阴半模之间形成测试用杯形基体而制成的。该模制基体首先被冷却，然后被放在测试仪探针下方来进行测定。
参见图1，示出了杯形一次性个人用呼吸器1的局部剖面。呼吸器1包括内覆盖料片2、单组分过滤层3和外覆盖层4。焊接边5使这些层保持在一起并形成面部密封区域，以减少通过呼吸器1边缘的泄漏。可以通过由如铝之类的金属或如聚丙烯之类的塑料所制成的极柔软的鼻带6来进一步减少泄漏。呼吸器1还包括用插片8紧固的可调式头带和颈带7，以及呼气阀9。除了该单组分过滤层2外，有关呼吸器1构造的进一步细节将为本领域内的技术人员所熟悉。
本发明所公开的单组分单层式料片可以具有多种有效纤维直径(EFD)值，例如约5至约40μm、或约8至约35μm的EFD。该料片也可以具有多种基重，例如约60至约300克/平方米或约80至约250克/平方米的基重。该料片在平坦(即未模制)状态时，可以具有多种Gurley刚度值，例如至少约500mg、至少约1000mg或至少约2000mg的Gurley刚度。当在13.8cm/sec的表面速度下用NaCl测试进行评价时，该平坦料片优选具有至少约0.4mm-1H2O的初始过滤品质因子QF，并且更优选为至少约0.5mm-1H2O。
该模制基体的金氏刚度大于1N，并且更优选为至少约2N或更大。作为粗略的近似估计，如果使半球状模制基体样品冷却，并将杯侧向下放置在刚性表面上，用食指垂直按压(即，使其变凹)，然后释放压力，金氏刚度不够高的基体容易保持为凹下状态，而金氏刚度足够高的基体易于弹回至原始半球状构型。
当暴露至以85升/分钟的流速流动的0.075μm氯化钠气溶胶中时，本发明所公开的模制呼吸器优选具有小于20mm H2O的压降，并且更优选为小于10mm H2O。当以这样的方式进行评价时，该模制呼吸器的NaCl百分渗透率优选小于约5％，并且更优选小于约1％。
本发明所公开的单组分单层式料片包含具有相同聚合物组成的部分结晶取向和部分非晶取向的纤维。部分结晶取向纤维也可以称为半结晶取向纤维。半结晶聚合物的类别定义明确且被人所熟知，而且不同于非晶聚合物，非晶聚合物没有可检测出的晶序。结晶的存在可通过差示扫描量热法、X射线衍射、密度和其他方法容易地进行检测。常规的取向半结晶聚合物纤维可被认为具有两种不同的分子区域或相：第一种相，其特征为存在相对大量的高度有序或应变诱导的结晶域，而第二种相，其特征为存在相对大量的较低晶序(如，非链延长的)和无定形域，不过后者可具有一定程度的不足以结晶的序或取向。这两种无需具有明显分界且能够彼此混合存在的不同的相具有不同的属性。这些不同的属性包括不同的熔融或软化特性：特征为存在有大量高度有序的结晶域的第一相在一定温度(如，链延长结晶域的熔点)下熔融，该熔融温度高于第二相熔融或软化的温度(如，非晶域的玻璃化转变温度，其被描述为低序结晶域的熔点)。本文中为了便于描述，将第一相称为“微晶特征相”，因为其熔融特性受到存在高序微晶的更强影响，使得该相的熔点高于没有微晶存在时的熔点；将第二相称为“非晶特征相”，因为其受非晶分子域或者散布有低序结晶域的非晶材料的影响，从而会在较低温度下软化。这两种不同分子相的存在会影响取向半结晶聚合物纤维的粘合特性。当在常规粘合操作中加热半结晶聚合物纤维时，该加热操作(例如)通过使分子材料增加至现有的结晶结构上或使有序的非晶部分进一步有序化而具有提高纤维结晶度的效果。在非晶特征相中存在低序结晶材料促进了这种晶体的生长，并随着低序结晶材料的添加而促进其生长。低序结晶度得到提高，结果限制了粘合操作中纤维的软化和流动性。
我们对取向半结晶的聚合物纤维实施了受控的加热和骤冷操作，其中该纤维和所述的相在形态上被精制，以使该纤维具有新的属性和用途。在该加热和骤冷操作中，纤维首先在相当高的温度下被加热较短的受控时间，该温度通常等于或高于用来制备纤维的聚合材料的标称熔点。一般来讲，加热的温度和持续时间应足以使纤维的非晶特征相熔融或软化，同时使微晶特征相保持未熔状态(我们使用术语“熔融或软化”是因为通常认为非晶特征相的非晶部分在其玻璃化转变温度下会软化，而结晶部分在其熔点下会熔融；我们优选采用热处理，其中料片被加热以使组成纤维的非晶特征相中的结晶材料熔融)。在所述加热步骤之后，将加热后的纤维立即并迅速冷却，从而将其骤冷并凝固成精制或纯化的形态。
从最广义上来说，本文使用的术语“形态精制”意指只是改变取向半结晶聚合物纤维的形态；但我们了解我们处理过的纤维的精制形态结构(我们不希望受到本文中有关我们“了解”的情况(其通常涉及一些理论上的考虑)的陈述的限制)。至于非晶特征相，易受到不希望的(阻止软化的)晶体生长影响的相的分子材料的量不像处理前那么多。形态特征发生了改变的一个证据是以下事实：尽管在粘合操作中经过加热的传统的取向半结晶聚合物纤维会经历不期望的结晶度增加(例如，如上文所述，通过增加至现有的低序结晶结构上或者使限制纤维软化能力和可粘合性的有序非晶态部分进一步有序化而使结晶度增加)，但我们处理过的纤维其可软化和可粘合程度比传统的未处理的纤维高得多；通常它们可在比纤维的标称熔点低的温度下粘合。我们发现：非晶特征相经历了一种形态结构的净化或减少，这会导致在热粘合操作中传统的未处理纤维的结晶度发生不期望的增加；如，形态形式的种类或分布得以减少，形态结构简化，形态结构离析为区别更为明显的非晶特征相和微晶特征相。我们处理过的纤维能够发生一种“可重复的软化”，即，当在其温度低于将会引起整个纤维熔融的温度的温度范围内，该纤维被暴露至升温和降温循环时，该纤维、尤其是该纤维的非晶特征相将经历一定程度的软化和再硬化的重复循环。实际上，当我们处理过的料片(其因经过加热和骤冷处理已大致呈现出可用程度的粘合)可被加热以产生进一步的自生粘合时，即表明了这种可重复的软化。软化和再硬化循环不会无限持续，但它通常足以使纤维可发生初始热粘合，以使得这种纤维构成的料片是连贯的和可处理的，如果需要进行压延或其他所需的操作则进行再次加热，并且为了进行三维再成形操作以形成非平面形状(如，形成模制呼吸器)可再次进行加热。因此我们可以在加热和骤冷操作中对单组分单层式料片进行形态精制，以使得该料片能够在低于纤维标称熔点的温度下进行自生粘合，将该料片在杯形模具上成形，并使如此成形后的料片经受这样的模制温度：该温度可有效地使该料片持久转变(即，再成形)为多孔单组分单层式纤维基体，该基体的纤维在纤维横截面的至少一些交叉点处彼此粘合并且具有上文所述的金氏刚度。优选地，这种再成形可以在比纤维聚合物材料的标称熔点低至少10℃的温度下进行，如，在比标称熔点低15℃或甚至30℃的温度下进行。尽管可能有更低的再成形温度，但由于其他原因，如为了压缩该料片，或者对纤维进行退火或热固，该料片可以暴露于更高的温度。
由于非晶特征相在实现纤维粘合过程中的作用，例如，使材料软化和纤维粘合，我们有时将这种非晶特征相称为“粘合”相。
纤维的微晶特征相具有其独有的不同作用，即增强纤维的基本纤维结构。微晶特征相一般可在粘合或类似操作中保持非熔融状态，这是因为其熔点高于非晶特征相的熔点/软化点，因此其可以保持为遍布整个纤维并支承纤维结构和纤维尺寸的完整基体。因此，尽管在自生粘合操作中加热该料片会使纤维通过经历某些流动而在纤维交叉点处紧密接触或聚结从而紧密结合在一起，但在交叉点之间和粘合处之间的纤维长度上，仍保持基本离散的纤维结构；优选地，在操作中形成的交叉点之间以及粘合处之间的纤维长度上纤维的横截面保持不变。相似地，尽管对我们的处理过的料片进行压延会使纤维因压延操作中的压力和热而被重新构造(从而使得纤维永久保持为其在压延过程中被压成的形状，并使该料片的厚度更均匀)，但纤维通常保持为离散的纤维，并因而保持所需的料片多孔性、过滤性和绝缘性。
由于微晶特征相具有所述的增强作用，所以我们有时将其称为“增强”相或“保持”相。微晶特征相还被理解为在处理过程中经历形态精制，(例如)从而改变了高序度结晶结构的量。
图2至图4示出了可用于制备优选的单组分单层式料片的方法。关于该方法和由此制备的非织造料片的其他细节可参见于2006年7月31日提交的、名称为“BONDED NONWOVEN FIBROUS WEBS COMPRISING SOFTENABLEORIENTED SEMICRYSTALLINE POLYMERIC FIBERS AND APPARATUS ANDMETHODS FOR PREPARING SUCH WEBS(包括可软化取向半结晶聚合物纤维的粘合非织造纤维料片、以及制备此类料片的装置和方法)”的美国专利申请No.11/461,201。简而言之，当将这种优选的技术应用于本发明时，其涉及对包括非晶特征相的取向半结晶熔纺纤维构成的收集后的料片实施受控的加热和骤冷操作，该操作包括a)强制使被加热至足以软化纤维的非晶特征相的温度(通常高于这种纤维材料发生熔融时的温度)的流体穿过该料片，加热时间要足够短，从而不会使全部纤维熔融(即，使这种纤维丧失其离散纤维的性质；优选的是，加热时间足够短，从而不会使纤维横截面发生显著变形)，以及b)通过立即强制使具有足够热容的流体穿过该料片以对料片进行骤冷，从而硬化已被软化的纤维(即，使在热处理过程中被软化的纤维的非晶特征相硬化)。优选地，穿过该料片的流体为气体流，且优选是空气。在这里，“强制”使流体或气体流穿过料片是指对流体施加除了正常室压以外的力，以推动该流体穿过料片。在一个优选实施例中，本发明所公开的骤冷步骤包括使输送机上的料片经过一种设备(可称为骤冷流加热器，随后将对其进行讨论)，该设备提供在压力下从加热器流出的集中热气(通常为空气)流，并作用于该料片的一侧，并在该料片的另一侧有抽气设备来帮助将该热气体抽过该料片；一般来讲，加热流为刀状或帘状(例如从细长或矩形狭槽中流出的加热流)，其在料片的整个宽度上延伸、并且是均匀的(即，具有均匀的温度和流动性，以便按照可用程度的均匀程度来加热料片中的纤维)。加热流在某些方面类似于来自“通风粘合器”或“热空气刀”的加热流，但可以对其实施特殊控制以调节流动性，从而使加热气体均匀分布并以受控的速度穿过料片的宽度，以便彻底、均匀且迅速地将熔纺纤维加热和软化到可用的高温。加热后立即进行强力骤冷，以便立即将纤维凝固成为纯化形态的形式(“立即”是指作为同一操作的一部分，即在开始进行下一工序之前不会产生将料片卷绕成卷时发生的那样的存储间隔时间)。在一个优选实施例中，气体装置自加热气体流沿料片纵向设置，以便在料片加热后快速拉动冷却气体或其他流体(如环境空气)穿过该料片，从而迅速使纤维骤冷。加热长度由以下因素控制，如：沿料片行进路径上的加热区域的长度以及料片移动穿过加热区域到达冷却区域的速度，使得非晶特征相发生预期的熔融/软化，而不会使全部纤维熔融。
参见图2，成纤材料被带至挤出头10-在该示例性装置中，是通过将聚合物成纤材料加入料斗11、使该材料在挤出机12中熔融、并经泵13将熔融的材料泵入挤出头10，从而将成纤材料带至挤出头10的。最通常使用颗粒或其他粒子形式的固体聚合材料，并将其熔融为液态的可泵抽状态。
挤出头10可以是传统的喷丝头或纺丝组合件，其一般包括以规则图案(如直线行)布置的多个孔。将成纤液体形成的长丝15从挤出头挤出，并输送至加工室或变细装置16。该变细装置可以(例如)是如美国专利No.6,607,624 B2(Berrigan等人)中所示的壁可移动式变细装置。挤出后的长丝15在到达变细装置16之前行进的距离17可以是变化的，它们被暴露的条件也可以是变化的。空气或其他气体的骤冷流18可以被提供给挤出后的长丝以降低挤出后的长丝15的温度。作为另外一种选择，可以将该空气或其他气体流加热以利于纤维的拉延。可以有一种或者多种的空气或其他流体流-如，横向吹向长丝流的第一空气流18a，其可去除挤出过程中释放的不期望的气体材料或烟；以及第二骤冷空气流18b，以实现主要所需要的降温。甚至可以使用更多的骤冷流；例如，流18b自身可包含一种以上的流，以取得所需的骤冷程度。根据所使用的方法或所需成品的形式，该骤冷空气可足以使挤出的长丝15在到达变细装置16前硬化。在其他情况下，挤出的长丝在进入变细装置中时仍为软化的或熔融的状态。作为另外一种选择，不使用任何骤冷流；在这种情况下，在挤出的长丝进入变细装置之前，挤出头10与变细装置16之间的周围空气或其他流体可以充当使挤出的长丝发生任何变化的介质。
长丝15穿过变细装置16，然后脱离到收集器19上，在这里长丝被收集为纤维团20。在变细装置中，长丝被拉长，其直径被减小，且长丝中的聚合物分子变为有取向的状态，而且纤维内至少部分聚合物分子变成与纤维的纵向轴线对齐。在半结晶聚合物的情况下，取向通常足以诱发应变导致的结晶度，这极大地增强了所得纤维的强度。
收集器19一般是多孔的，而且可将抽气装置114布置在收集器下方，以帮助纤维沉积在该收集器上。变细装置出口与收集器之间的距离21可以变化，以获得不同的效果。另外，在收集之前，可以对挤出的长丝或纤维实施未在图2中示出的多个附加加工工序，如进一步拉延、喷洒等。在收集之后，通常对收集的团20进行加热和骤冷，下文中将对其进行更详细地描述；但如果需要，该收集的团可被卷绕成存储卷，以用于随后的加热和骤冷。一般来讲，在团20被加热和骤冷后，其可被传输至其他装置，例如压延机、压花工位、层合机、切割机等；或者它可以经过驱动辊22并被卷绕成存储卷23。
在一种优选的形成料片的方法中，纤维团20被收集器19传送经过图2至图4中所示的加热和骤冷操作。为简单起见，我们通常将图3和图4中特意画出的装置称为骤冷流加热器，或更简单地称为骤冷加热器。收集的团20首先从安装在收集器19上方的受控加热装置100下通过。示例性的加热装置100包括壳体101，其被分成上充气室102和下充气室103。上充气室和下充气室用穿有一系列孔105的板104隔开，孔105的尺寸和间距通常是均匀的。气体(通常为空气)从导管107经由开口106被送入上充气室102，而板104被用作分流装置，以使送入到上充气室中的空气在通过该板进入下充气室103时能够非常均匀地分布。其他可用的分流装置包括翅片、阻流板、歧管、空气抑制器、筛网或烧结板，即，使空气分配均匀的装置。
在示例性的加热装置100中，下充气室103的底壁108形成为细长的矩形狭槽109，来自下充气室的帘状加热空气流110通过该狭槽被吹到团20上，该团20在加热装置100下方的收集器19上行进(图3中示出的团20和收集器19是部分脱离的)。抽气装置114优选地在加热装置100的狭槽109下方充分延伸(并顺着料片移动方向延伸一段距离118，该距离超过了加热流110且经过标记为120的区域，其将在下文讨论)。这样充气室中的加热空气处于充气室103内的内部压力下，而在狭槽109处，该加热空气还处于抽气装置114的排气真空下。为了进一步控制排气作用力，可将穿孔板111布置在收集器19的下面以施加一种背压或限流装置，其有助于使加热空气流110以所需的均匀度遍布在收集的团20的整个宽度上或加热区域上，并抑制加热空气流经该收集团的密度可能低的部分。其他可用的限流装置包括筛网或烧结板。
板111中开口的数量、尺寸和密度在不同的区域可以不同，以实现所需的控制。大量空气穿过该成纤装置，且必须在纤维到达区域115中的收集器时被处理掉。充足的空气经过区域116中的料片和收集器，以使得料片在各种处理空气流下保持在正确的位置上。热处理区域117和骤冷区域118下面的板需要有足够的开口，以使得处理空气穿过料片，同时还需要保持足够的阻力以确保空气更均匀地分布。
对穿过该团20的加热空气的量和温度进行选择，以引起纤维形态的适当改变。特别地，选择加热空气的量和温度，以使得纤维被加热，从而a)引起纤维横截面内重要的分子部分(如纤维的非晶特征相)发生熔融/软化，但b)不会导致另一个重要的相(如微晶特征相)发生完全熔融。我们使用术语“熔融/软化”是因为非晶聚合材料通常会软化而不熔融，而在非晶特征相中存在的一定程度的晶体材料通常会熔融。这还可以被简单地陈述为：加热以使该纤维内的低序微晶熔融，而不用提及相。纤维整体保持非熔融状态，如，纤维一般保持着与处理之前相同的纤维形状和尺寸。相当一部分的微晶特征相被理解为在热处理后保持其先前存在的结晶结构。可将结晶结构添加到现有的结晶结构，或者在高度有序纤维的情况下，结晶结构可被移除以形成区别明显的非晶特征相和微晶特征相。
为了在整个收集团20上实现预期的纤维形态变化，应该对在团的整个加热区域上的温度-时间条件进行控制。当穿过料片的加热空气流110的温度在所处理的团的整个宽度上为5℃范围以内，优选在2℃或甚至1℃以内时，我们获得了最佳结果(为了便于控制操作，通常在加热空气进入壳体101的进入点处测量加热空气的温度，但也可以用热电偶在收集的料片的附近测量该温度)。此外，对加热装置进行操作以使得流的温度随时间保持稳定，例如，通过快速循环开启和关闭该加热器来避免过热或欠热。
为了进一步控制加热情况并形成收集团20所需的纤维形态，在被施加热空气流110之后立即对该团实施骤冷。这种骤冷通常可这样获得：在团20离开受控热空气流110时，拉动周围空气并穿过该团。图4中的数字120表示在用穿过料片的抽气装置拉动周围空气穿过料片时的区域。抽气装置114沿收集器延伸至一段距离118处，该距离超过了加热装置100，以确保区域120中的整个团20被彻底冷却和骤冷。可将空气拉动至壳体101的底部之下(如，图4中标出的拉动区域120a)，以便在料片离开热空气流110后，空气直接到达该料片。理想的骤冷结果是：热量迅速从料片和纤维上除去，从而限制了随后会在纤维中产生的结晶程度和结晶性质或分子的有序化。一般来讲，本发明所公开的加热和骤冷操作是当料片在输送机上移动经过该操作时而进行的，且骤冷是在操作的最后，料片被卷绕成存储卷之前而进行的。处理次数取决于料片被移动经过该操作时的速度，但通常整个加热和骤冷操作在一分钟或更短时间内进行，并且优选在少于15秒的时间内进行。通过从熔融/软化状态迅速骤冷为固化状态，非晶特征相被理解为凝固成更为纯化的结晶形式，同时，妨碍纤维软化或妨碍可重复软化的分子材料得以被减少。有利地，该团在比标称熔点低至少50℃的温度下被气体冷却；另外，有利的是，骤冷气体或其他流体被施加至少一秒的时间，有利的是至少施加两次或三次，每次的持续时间与加热流作用于该料片的时间一样长。在任何情况下，骤冷气体或其他流体具有足够的热容，以便迅速硬化纤维。可使用的其他流体包括喷洒到纤维上的水，例如，用热水或蒸汽来加热纤维，以及用相对冷的水来使纤维骤冷。
通常可以通过对来自处理过的料片的代表性纤维进行DSC测试来确认是否获得了所期望的热处理和非晶特征相的形态；可以根据从该DSC测试中了解的信息来调整处理条件，这在上文提到的专利申请No.11/461,201中有更为详细的讨论。有利地，控制热空气和骤冷的施加条件，以使料片的特性有利于形成适当的模制基体。如果加热不充分，料片会难以模制。如果加热过量或骤冷不足，料片会熔融或变脆，而且还无法带有足够的电荷。
本发明所公开的非织造料片可具有随机的纤维排列方式，并且具有大致各向同性的面内物理属性(如拉伸强度)。通常这种各向同性的非织造料片优选用于形成杯形模制呼吸器。然而如果需要，这种料片可以具有定向排列的纤维构造(例如，上文提及的Shah等人的美国专利No.6,858,297中所述的构造，该构造中的纤维沿纵向排列)和各向异性的面内物理属性。
多种聚合物成纤材料可用于本发明所公开的方法中。所述聚合物基本上可以为能够提供带电非织造料片的任何半结晶热塑成纤材料，所述带电非织造料片可经受上述加热和骤冷操作，并且会保持令人满意的驻极体特性或电荷分离性。优选的聚合物成纤材料为在室温(22℃)下体积电阻率为1014欧姆·厘米或更大的非导电半结晶树脂。优选地，所述体积电阻率为约1016欧姆·厘米或更大。聚合物成纤材料的电阻率可按照标准测试ASTM D257-93来测量。聚合物成纤材料还优选地基本上不含抗静电剂之类的组分，这类组分能显著增加电导率或妨碍纤维接受并保持静电电荷的能力。用于可带电的料片中的聚合物的一些例子包括含有聚烯烃(诸如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、环烯烃共聚物，以及这些聚合物的组合)的热塑性聚合物。可以使用但难以带电或可能会迅速失去电荷的其他聚合物包括：聚碳酸酯、嵌段共聚物，例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰胺；聚氨酯，以及将为本领域内的技术人员所熟悉的其他聚合物。纤维优选地由聚(4-甲基-1-戊烯)或聚丙烯制备。最优选地，纤维由聚丙烯均聚物制备，这是由于聚丙烯均聚物具有保持电荷的能力，尤其是在潮湿环境中更是如此。
可以通过多种方法将电荷施加到本发明所公开的非织造料片上。这可以通过(例如)：按照Angadjivand等人的美国专利No.5,496,507所公开的将料片与水接触的方法、按照K1asse等人的美国专利No.4,588,537所公开的电晕处理方法、按照(例如)Rousseau等人的美国专利No.5,908,598所公开的水充电法、按照Jones等人的美国专利No.6,562,112B2和David等人的美国专利申请专利公开No.US2003/0134515 A1中所公开的等离子处理法，或以上方法的组合来进行实施。
可向聚合物中添加添加剂以提高该料片的过滤性能、驻极体带电能力、机械性能、老化性能、着色性、表面特性或其它相关特性。代表性的添加剂包括填充剂、成核剂(如，可从Milliken Chemical商购获得的MILLADTM3988二亚苄基山梨醇)、驻极体带电增强添加剂(如三硬脂酸三聚氰胺(tristearyl melamine)、以及诸如自Ciba Specialty Chemicals获得的CHIMASSORBTM119和CHIMASSORB 944的多种光稳定剂)、固化引发剂、硬化剂(如聚(4-甲基-1-戊烯))、表面活性剂以及表面处理剂(如Jones等人的美国专利No.6,398,847 B1、6,397,458 B1和6,409,806 B1中所述的在油雾环境中用于提高过滤性能的氟原子处理剂)。这样的添加剂的类型和数量都将为本领域内的技术人员所熟悉。例如，驻极体带电增强添加剂的量通常小于约5重量％，更典型地小于约2重量％。
使用本领域内的普通技术人员所熟悉的方法和部件，可将本发明所公开的非织造料片制成杯形模制呼吸器。如果需要，本发明所公开的模制呼吸器可以包括除本发明所公开的单层式基体之外的一个或多个附加层。例如，可采用内覆盖层或外覆盖层，以达到舒适或美观的目的而不是为了过滤或增加硬度。另外，可以采用含有吸附剂颗粒的一个或多个多孔层以捕集所关注的蒸汽，例如于2006年5月8日提交的、标题为“PARTICLE-CONTAINING FIBROUS WEB(含颗粒的纤维料片)”的美国专利申请No.11/431,152中所述的多孔层。可以根据需要包括其他层(包括加固层或加固元件)，不过这不是形成具有所述变形阻力DR值的模制呼吸器所必需的。
人们可能会期望监控平坦料片的属性，诸如基重、料片厚度、坚固性、EFD、Gurley刚度、Taber刚度、压降、初始NaCl百分渗透率、DOP百分渗透率或品质因子QF，并且监控模制基体的属性，如：金氏刚度、变形阻力DR或压降。可以在半径为55mm、体积为310cm3的半球状模具的匹配的阳半模和阴半模之间形成测试用杯形基体，从而对模制基体的属性进行评估。
除非另外指明，EFD可使用如下文献中所述的方法，使用32L/min的空气流速(对应于5.3cm/sec的表面速度)来确定，该文献为：Davies，C.N.，“The Separation of Airborne Dust and Particles(气载尘埃和粒子的分离)”，Institution of mechanical Engineers，London，Proceedings 1B，1952。
Gurley刚度可使用自Gurley Precision Instruments获得的4171E型GURLEYTM抗弯测试机来确定。从该料片冲切下3.8cm×5.1cm的矩形，使样品的长边与纤维料片的横向(横维)对齐。将样品加载在抗弯测试机中，使样品的长边位于料片的保持夹具中。样品在两个方向上被折曲，即，测试臂先向第一样品主表面按压，然后向第二样品主表面按压，将两次测量的平均值记录为以毫克为单位的刚度。该测试被认为是破坏性测试，如果需要进一步测试则需采用新的样品。
Taber刚度可以使用150-B型TABERTM刚度测试机(可从TaberIndustries商购获得)来确定。使用锋利的剃刀刀片小心地从料片上切割下3.8cm×3.8cm的正方形截面、并防止纤维发生融合，然后使用3至4个样品以及15°的样品偏转角来进行评估，以确定其在纵向和横向方向上的刚度。
渗透率百分比、压降和过滤品质因子QF可由如下方式确定：使用含有NaCl或DOP粒子的测试用气溶胶，以85升/分钟的流速(除非另外指明)递送该测试气溶胶，并使用商标为TSITM的8130型高速自动化过滤器测试机(其可自TSI公司商购获得)来进行评估。对于NaCl测试，粒子可由2％的NaCl溶液产生以提供含有在气载浓度为约16-23mg/m3时直径为约0.075μm的粒子的气溶胶，且该自动化过滤器测试机可在加热器和粒子中和器都工作时进行操作。对于DOP测试，该气溶胶可包含在浓度为约100mg/m3时直径为约0.185μm的粒子，且该自动化过滤器测试机可在加热器和粒子中和器都关闭时进行操作。在停止测试前，对于平坦料片样品而言，可以13.8cm/sec的表面速度将样品加载至最大的NaCl或DOP粒子渗透率，或者对于模制基体而言，可以85升/分钟的流速将样品加载至最大的NaCl或DOP粒子渗透率。可在过滤器的入口和出口处采用经校准的光度计来测量粒子浓度以及穿过该过滤器的粒子渗透率百分比。可采用MKS压力换能器(其可自MKS Instrment公司商购获得)来测量穿过过滤器的压降(ΔP，mm H2O)。公式：
可用于计算QF。针对所选的测试用气溶胶进行测量或计算的参数包括：初始粒子渗透率、初始压降、初始品质因子QF、最大粒子渗透率、最大渗透率时的压降以及在最大渗透率时加载的粒子的毫克数(对过滤器的总重量进行测试直到最大渗透率时)。初始品质因子QF值通常提供了关于总体性能的可靠指标，其中较高的初始QF值表示较好的过滤性能，而较低的初始QF值表示过滤性能较低。
变形阻力DR可通过使用TA-XT2i/5型材料结构分析仪(得自TextureTechnologies公司)来测定，该分析仪配备有直径25.4mm的聚碳酸酯测试探针。将受测的模制基体(按以上对金氏刚度的定义中所述的方法制备)面朝下放置在材料结构分析仪的工作台上。通过在25mm的距离内，以10mm/sec的速度向下推进该聚碳酸酯探针抵靠受测的模制基体的中心，从而测量变形阻力DR。使用五个受测的模制基体样品，记录最大(峰值)力并进行平均化以确立变形阻力DR值。
将在以下示出的实例中进一步说明本发明，除非另外指明，其中所有的份数和百分比均按重量计。
实施例1
使用类似于图2至图4中示出的装置，由自Total Petrochemicals获得的熔融流动速度指数为70的FINA 3860聚丙烯来形成单组分单层式料片，其中该聚丙烯中加入有0.75重量％的得自Ciba Specialty Chemicals的CHIMASSORB 944受阻胺光稳定剂。挤出头10有18行孔，每行36个，该挤出头被模具中间的0.63英寸(16mm)的间隙分成两块，每块9行，总共形成648个孔。这些孔被布置为交错的图案，孔间距为0.25英寸(6.4mm)。将聚合物以0.2g/孔/分钟的速度送入挤出头，聚合物在此被加热至235℃(455°F)。提供两股骤冷空气流(图2中的18b；未采用流18a)，上流来自高16英寸(406mm)的骤冷箱，其表面速度接近83英尺/分钟(0.42m/sec)，温度为45°F(7.2℃)；下流来自高7.75英寸(197mm)的骤冷箱，其表面速度接近31英尺/分钟(0.16m/sec)，温度为周围室温。采用与Berrigan等人的专利中所示相似的壁可移动式变细装置，使用0.030英寸(0.76mm)的气刀间隙(Berrigan等人的专利中的30)，以12磅/平方英寸(0.08MPa)的压强将空气送至气刀，变细装置顶部的间隙宽度为0.20英寸(5.1mm)，变细装置底部的间隙宽度为0.185英寸(4.7mm)，变细装置边长(Berrigan等人的专利中的36)为6英寸(152mm)。挤出头10到变细装置16的距离(图2中的17)为31英寸(78.7cm)，变细装置16到收集带19的距离(图2中的21)为27英寸(68.6cm)。将熔纺纤维流沉积在收集带19上，沉积宽度为约21英寸(约53cm)。收集带19以6英尺/分钟(约1.8米/分钟)的速度移动。收集带19下方的真空度估计在6-12英寸H2O(约1.5-3.0KPa)的范围内。板111的区域115具有直径为0.062英寸(1.6mm)的开口，开口具有交错的间距，形成23％的开口面积；料片压紧区域116具有直径为0.062英寸(1.6mm)的开口，开口具有交错的间距，形成30％的开口面积；而且加热/粘合区域117和骤冷区域118具有直径为0.156英寸(4.0mm)的开口，开口具有交错的间距，形成63％的开口面积。以足以在狭槽109处形成500英尺3/分钟(约14.2m3/分钟)的速度经由导管107提供空气，狭槽109的尺寸为1.5英寸×22英寸(3.8cm×55.9cm)。从收集器19上的收集料片20到板108底部的距离为3/4至1英寸(1.9-2.54cm)。穿过骤冷流加热器的狭槽109的空气温度为164℃(327°F)，该温度在热空气进入壳体101的入口点处测量得到。
使用通常的方法和设备使离开骤冷区域120的料片以足够的完整性进行粘合，以使其自承且可处理。可以用普通的卷绕方式将料片卷绕成存储卷，或可对该料片实施多种操作，例如在半球形模具上对该料片进行加热和压制，以形成模制呼吸器。按照美国专利No.5,496,507(Angadjivand等人)中所教导的技术，使用去离子水对料片进行水充电，然后使其干燥。对该带电料片进行评估，以确定下表1A所示的该平坦料片的属性：
表1A
  属性   试验编号1-1F   试验编号1-2F
  基重，gsm   152   164
  密实度(solidity)，％   15   9.5
  厚度，mm   1.1   1.9
  EFD，μm   11   11
  Gurley刚度，mg   4557   2261
  表面速度为13.8cm/sec时的压降，mm H20   10   7.6
  表面速度为13.8cm/sec时的NaCl渗透率，％   0.64   -
  品质因子，QF，NaCl测试   0.51   -
  表面速度为13.8cm/sec时的DOP渗透率，％   2.7   -
  品质因子，QF，DOP测试   0.34   -
使用NaCl测试来评估该带电平坦料片，以确定初始品质因子QF，然后使用下表1B中所示的模制条件将该平坦料片形成为半球状模具样品。成品呼吸器具有近似145cm2的外表面面积。将料片模制为使其收集器侧在杯的外部。通过手动评估，所得的杯形模制基体均具有良好的刚度。使用上述NaCl测试气溶胶对该模制基体进行承载测试，以确定初始压降和初始NaCl渗透率百分比，并且确定最大渗透率(对过滤器的总重量进行测试直到最大渗透率时)时的压降、NaCl渗透率百分比、NaCl的毫克数。结果示于下表1B中：
Figure A20078002771900231
表1B中的结果表明，试验编号为1-1F与1-2F的料片形成能够通过42C.F.R.Part 84的N95 NaCl承载测试的单组分单层式模制基体。
对试验编号为1-5M和1-20M的每个模制基体的五个样品进行评估，以确定金氏刚度。金氏刚度值示于下表1C中：
表1C
  试验编号   金氏刚度，N
  1-5M   6.18
  1-20M   1.96
实例2
除非下面另外指明，否则使用实例1中的一般方法，由FINA 3860聚丙烯形成两个单组分单层式料片，其中在FINA 3860聚丙烯中添加了1.5重量％的三硬脂酸三聚氰胺(试验编号2-1)或0.5重量％的CHIMASSORB944受阻胺光稳定剂(试验编号2-2)。使用与美国专利No.6,607,624B2(Berrigan等人)中所示类似的壁可移动式变细装置，其中采用了0.18英寸(4.6mm)的底部间隙宽度(Berrigan等人的专利的图2中的34)。根据相似的样品，估计该纤维具有大约11μm的中值纤维直径。试验编号2-1料片的收集带19以6fpm(0.030m/s)的速率移动，试验编号2-2料片的收集带以6.5fpm(0.033m/s)的速率移动。通过狭槽109的空气的温度为160℃(320°F)。使用普通的方法和设备使离开骤冷区域120的料片以足够的完整性粘合，以使其自承和可处理。获得基重为160gsm的料片。所述料片以5英尺/分钟(0.025m/s)的速度穿过两个直径为10英寸(254mm)的不锈钢压光辊的辊隙。压延机的间隙保持在0.020英寸(0.51mm)，并将这两个压光辊加热至295°F(146℃)。按照美国专利No.5,496,507(Angadjivand等人)中教导的技术，用蒸馏水对压延后的料片进行水充电，并将其悬挂成一排并在周围条件下干燥过夜，然后用加热的液压模将其压制成平滑的杯形模制呼吸器。使用NaCl测试，带电料片的初始品质因子QF值为0.47(试验编号2-1)和0.71(试验编号2-2)。模制在305°F(152℃)的温度下进行，采用0.020英寸(0.51mm)的模具间隙和5秒的停留时间。成品呼吸器具有近似145cm2的外表面面积。将料片模制为使其收集器侧在杯的内部。通过手动评价，所得的杯形模制基体具有良好的刚度。使用上述的NaCl测试气溶胶对该模制基体进行承载测试，以确定初始压降和初始渗透率百分比，并确定最大渗透率(对过滤器的总重量进行测试直到最大渗透率时)时的压降、NaCl渗透率百分比和NaCl的毫克数。结果示于下表2中：
表2
  试验编号   初始ΔP，mm H2O   ％渗透率，初始   最大渗透率时的ΔP，mm H2O   ％渗透率，最大   最大渗透率，mgNaCl测试
  2-1   9.0   1.4   12.4   2.5   77.8
  2-2   7.7   0.43   12.7   0.7   69.5
表2中的结果表明，试验编号2-1与2-2的料片形成了能够通过42C.F.R.Part 84的N95 NaCl承载测试的单组分单层模制基体。
已描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解，在不脱离本发明的情况下可作出各种修改。因此，其他实施例也包括在以下权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种制备模制呼吸器的方法，包括：
a)在足以形成由部分结晶取向和部分非晶取向的熔纺纤维构成的料片的热条件下，通过对单组分聚合物纤维进行熔纺、收集、加热和骤冷，形成由连续的单组分聚合物纤维构成的单组分单层式非织造料片，其中所述部分结晶取向和部分非晶取向的熔纺纤维具有相同的聚合物组成，并且所述熔纺纤维被粘合以形成连贯且可处理的料片，该料片在保持取向和纤维结构的同时可被进一步软化；
b)使所述料片带电，以及
c)对所述带电的料片进行模制，以形成杯形多孔单组分单层式基体，所述基体的纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘合，并且所述基体具有大于1N的金氏刚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纤维自生粘合。
3.根据权利要求1所述的方法，包括在比所述纤维的标称熔点低至少10℃的温度下对所述料片进行模制。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述料片具有约80至约250gsm的基重。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述基体具有约5至约40μm的有效纤维直径。
6.根据权利要求1所述的方法，包括将所述料片进行水充电。
7.根据权利要求1所述的方法，其中当使用以13.8cm/sec的表面速度流动的0.075μm氯化钠气溶胶对所述带电平坦料片进行评估时，其具有至少约0.4mm-1H2O的初始过滤品质因子QF。
8.根据权利要求1所述的方法，其中当使用以13.8cm/sec的表面速度流动的0.075μm氯化钠气溶胶对所述带电平坦料片进行评估时，其具有至少约0.5mm-1 H2O的初始过滤品质因子QF。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述基体具有至少2N的金氏刚度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物为聚丙烯。
11.一种模制呼吸器，其包括由连续的带电单组分聚合物纤维形成的杯形多孔单组分单层式基体，所述纤维由具有相同聚合物组成的部分结晶取向和部分非晶取向的熔纺聚合物纤维构成，所述熔纺聚合物纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘合，并且所述基体具有大于1N的金氏刚度。
12.根据权利要求11所述的模制呼吸器，其中所述纤维自生粘合。
13.根据权利要求11所述的模制呼吸器，其中所述基体具有约80至约250gsm的基重。
14.根据权利要求11所述的模制呼吸器，其中所述基体具有约5至约40μm的有效纤维直径。
15.根据权利要求11所述的模制呼吸器，其中所述基体具有至少2N的金氏刚度。
16.根据权利要求11所述的模制呼吸器，当被暴露于以85升/分钟流动的0.075μm氯化钠气溶胶时，其显示出小于5％的最大渗透率。
17.根据权利要求11所述的模制呼吸器，当被暴露于以85升/分钟流动的0.075μm氯化钠气溶胶时，其显示出小于1％的最大渗透率。
18.根据权利要求11所述的模制呼吸器，其中所述聚合物为聚丙烯。
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