CN101495209A - 带有双模态单层单组分介质的褶皱过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明的褶皱过滤器由单组分单层非织造幅材制成，所述单组分单层非织造幅材包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物。在所述非织造幅材中形成数行褶皱，将所述褶皱的幅材切成所需的尺寸和形状以形成包含自支承多孔单组分单层纤维基质的滤芯，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，所述滤芯在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亚微米效率。所述滤芯无需在过滤介质层中具有硬化层、双组份纤维或其它增强措施便具有抗变形能力。

Description

具有双模态单层单组分介质的褶皱过滤器
本发明涉及褶皱过滤器。
背景技术
熔喷非织造纤维幅材常用于多种目的，包括过滤(例如，平幅材和褶皱过滤器)、绝缘、填充和纺织替代品。与非织造幅材或其制造有关的专利或专利申请包括美国专利Nos.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)、5,273,565(Milligan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)和6,916,752 B2(Berrigan等人′752)；欧洲专利No.EP 0 322 136 B1(明尼苏达矿业及制造公司(Minnesota Mining and Manufacturing Co.))；日本已公布的专利申请Nos.JP 2001-049560(日产汽车株式会社(Nissan Motor Co.Ltd.))、JP2002-180331(窒素株式会社(Chisso Corp.)‘331)和JP 2002-348737(窒素株式会社‘737)；以及美国专利申请公开No.US2004/0097155 A1(Olson等人)。与褶皱过滤器有关的专利或专利申请包括美国专利Nos.4,547,950(Thompson)、5,240,479(Bachinski)、5,709,735(Midkiff等人)、5,820,645(Murphy，Jr.)、6,165,244(Choi)、6,521,011 B1(Sundet等人′011)、6,740,137B2(Kubokawa等人)、和D449,100 S(Sundet等人′100)，以及美国专利申请公开Nos.US 2003/0089090 A1(Sundet等人′090)、US 2003/0089091 A1(Sundet等人′091)和US2005/0217226 A1(Sundet等人‘226)。
发明内容
褶皱过滤器的现有制造方法通常涉及一些对幅材或过滤器特性的损害。例如，当期望使用包含驻极体带电纤维的高效过滤器时，一种办法是形成采用带静电的熔喷幅材为主要过滤介质的多层过滤器。熔喷纤维通常是分子非取向或弱取向的，它们通常不够刚性和强效，本身无法提供既具有高效率又具有足够强度的单层过滤介质。例如，强度不足可表现为转换加工过程中的损坏或在高流体流条件下的使用过程中的褶皱变形或褶皱伸缩。为了保护过滤介质和强化过滤器的整体构造，可以给过滤介质增设一个或多个附加层。在这种多层过滤器中可使用的附加层包括人造短纤维幅材、熔纺幅材、稀松布(例如，玻璃纤维或短切纤维垫)和丝网。制造多层过滤器使过滤器产品产生了附加的成本和复杂性。支承层会在无助于效率的情况下增加压降。多层的使用可以使废旧过滤器的回收利用变得困难或不现实。
单层褶皱过滤器产品已用于某些应用当中。例如，已经用金伯利克拉克公司(Kimberley Clark)的单层ACCUAIRTM双组分熔纺介质制成住宅炉用过滤器。ACCUAIR介质的刚性不足以用作单层褶皱暖通空调过滤器，这种过滤器旨在经受商业或工业应用中可能会上升的典型流速或压力。上述Sundet等人的‘226专利申请描述了褶皱炉用过滤器，由单层熔喷纤维(例如，聚丙烯、聚酯或尼龙纤维)制成，大部分熔喷纤维与褶皱行的方向成90°±20°对齐。玻璃纤维过滤介质也有被用作单层褶皱过滤器，但玻璃纤维不带电，可能会有很高的压降，使玻璃纤维脱落，可能难以形成某些形状。
我们现在已经发现可形成褶皱过滤器的单组分单层幅材，所述褶皱过滤器具有褶皱成形性、褶皱时的刚性、低压降和高效粒子捕集的可用组合。
本发明在一个方面提供制备褶皱过滤器的方法，所述方法包括：
a)形成单组分单层非织造幅材，所述单组分单层非织造幅材包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物，所述幅材具有至少100mg的格利刚度，
b)在非织造幅材中形成数行褶皱，以及
c)将褶皱幅材切成所需的尺寸和形状以形成包括自支承多孔单组分单层纤维基质的褶皱滤芯，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，以及在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亚微米效率。
本发明在另一方面提供包括自支承单组分单层基质的褶皱过滤器，所述单组分单层基质包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸的混合物，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，所述基质形成数行折叠或波状褶皱，并在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亚微米效率。
本发明所公开的褶皱过滤器具有多个有益和独特的性质。例如，可以制备只由单层构成的褶皱过滤器成品，但包含较大与较小尺寸纤维的混合物，扩大了过滤能力，增大了纤维表面积。这种褶皱过滤器提供了显著的效率，-通过排除层压过程及设备以及通过减少中间材料的数目降低产品的复杂性并减少浪费。通过使用幅材直接成形制造设备，其中纤维形成的聚合材料在一种基本直接操作中转化成幅材，可以相当经济地制备本发明所公开的幅材和基质。另外，如果基质纤维全部具有相同的聚合物组合物，不使用外来的粘结材料，则基质可以充分地回收利用。
在一些本发明所公开的实施例中，通过包括尺寸非常小的微纤维，本发明所公开的幅材及基质被赋予增大的纤维表面积，具有诸如过滤性能改善的有益效果。通过使用较大与较小尺寸的纤维，能够使过滤及褶皱性质适应特定的用途。并且与通常作为微纤维幅材的特征性的高压降相比，本发明所公开的含微纤维的幅材实施例和基质的压降保持较低的值，因为较大的纤维使微纤维物理分离并隔开。
从下面的详细描述，本发明的上述和其它方面将显而易见。然而在任何情况下，都不应将上述发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题完全由所附的权利要求书所限定，尽管在专利申请过程中可以修改。
附图说明
图1为褶皱过滤介质的透视图；
图2至图4为示意性侧视图，图5为示意透视图，部分为截面，示出采用溶体纺丝制备单组分单层幅材以及单独制备相同聚合物组合物的较小尺寸纤维的示例性处理；
图6为采用较大纤维的熔吹制备可褶皱单组分单层幅材和单独制备相同聚合物组合物的较小尺寸纤维的示例性处理的示意性侧视图；
图7为具有多个较大和较小孔的示例性溶体纺丝模具喷丝头的出口端视图；
图8为具有多个较大和较小孔的示例性熔吹模具的出口端透视图；
图9为具有多个孔的示例性溶体纺丝模具的分解示意图，向所述多个孔提供以不同速度流动或具有不同粘度的相同聚合物组合物的聚合物；
图10为剖视图，图11为出口端视图，示出具有多个孔的示例性熔吹模具，向所述多个孔提供以不同速度流动或具有不同粘度的相同聚合物组合物的聚合物；
对于实例1-7的幅材，图12a和图12b为质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图，图13为纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图；
对于实例2的幅材，图14a和图14b为与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图；以及
对于实例5的一系列幅材，图15、图16和图18为质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图，图17和图19为纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图。
多张附图中的类似附图标记表明类似的元件。附图中的元件未按比例绘制。
具体实施方式
术语“多孔的”表示空气可渗透的。
相对于纤维或纤维集合使用时，术语“单组分”表示在整个横截面上具有基本上相同的组成的纤维；单组分包括共混物(即，聚合物合金)或含添加剂的材料，其中均匀组成的连续相在整个横截面和纤维长度上延伸。
术语“相同聚合物组合物”表示具有基本上相同的重复分子单元的聚合物，但在分子量、熔融指数、制造方法、商用形式等中可以不同。
相对于纤维使用时的术语“尺寸”表示具有圆形横截面纤维的纤维直径，或在具有非圆形截面的整个纤维上可以构成的横截面最长弦的长度。
相对于纤维或纤维集合使用时，术语“连续的”表示大致具有极大纵横比(即，长度与尺寸之比例如为至少约10,000或更大)的纤维。
相对于纤维集合使用时，术语“有效纤维直径”表示按照Davies，C.N.在“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)中示出的方法确定的值，该方法适用于无论圆形还是非圆形的任何横截面形状的纤维幅材。
相对于质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图或纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图使用时，术语“模态”表示这样的局部峰，其高度大于用于纤维尺寸比该局部峰小1和2μm以及大1和2μm的高度。
术语“双模态质量分数/纤维尺寸混合物”表示这样的纤维集合，其质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现至少两种模态。双模态质量分数/纤维尺寸混合物可以包括两种以上的模态，例如其可以是三模态或更多模态质量分数/纤维尺寸混合物。
术语“双模态纤维支数/纤维尺寸混合物”表示这样的纤维集合，其纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现至少两种模态，该模态对应的纤维尺寸相差至少50％的较小纤维尺寸。双模态纤维支数/纤维尺寸混合物可以包括两种以上的模态，例如其可以是三模态或更高模态纤维支数/纤维尺寸混合物。
相对于纤维或纤维集合使用时，术语“粘结”表示牢固地粘附在一起；当幅材经受正常处理时，粘结的纤维通常不分离。
术语“非织造幅材”表示通过纤维的缠结或点粘结来表征的纤维幅材。
相对于包含双模态质量分数/纤维尺寸混合物纤维的非织造幅材使用时，术语“单层基质”表示类似纤维在整个幅材的横截面上具有(除相对于纤维尺寸之外)通常均匀的分布，以及在整个幅材的横截面上存在着(相对于纤维尺寸)代表每种模态群体的纤维。这种单层基质在整个幅材的横截面上可以具有通常均匀分布的纤维尺寸，或可以例如具有纤维尺寸的深度梯度，例如大多数较大尺寸的纤维邻近幅材的一个主面，大多数较小尺寸的纤维邻近幅材的另一主面。
术语“使原丝缩束成纤维”表示将一段原丝转化成尺寸较小的更长的一段。
相对于非织造幅材使用时的术语“熔纺”表示这样形成的幅材，即通过多个孔使低粘度熔体挤出以形成原丝，用空气或其它流体使原丝骤冷以硬化至少原丝的表面，使至少部分硬化的原丝与空气或其它流体接触以使原丝缩束成纤维，并聚集缩束纤维的层。
术语“熔纺纤维”表示纤维从模具中放出并经过处理工位移动，在所述处理工位中纤维被永久拖曳，并且纤维内部的聚合物分子按与纤维纵轴的对齐方向永久取向。这种纤维基本上是连续的和充分缠结的，通常不可能从这种纤维聚集体中取出一条完整的熔纺纤维。
相对于聚合物纤维或这种纤维集合使用时的术语“取向”表示纤维的至少部分聚合物分子由于纤维经过诸如缩束室或机械拉延机等设备的原因而沿纤维的长度方向对齐。纤维中取向的存在可通过包括双折射测量和广角X射线衍射的多种方法检测。
术语“标称熔点”表示在聚合物的熔化区内的二次热、总热流差示扫描量热法(DSC)曲线的最大峰值(如果在该区内只有一个最大值)；如果存在不止一个最大值表明具有一个以上的熔点(例如，由于存在两种截然不同的晶相)，则为最大振幅熔融峰出现的温度。
相对于非织造幅材使用时的术语“熔融喷丝”表示这样形成的幅材，即通过多个孔使纤维形成材料挤出以形成原丝，同时使原丝与空气或其它缩束流体接触以将原丝缩束成纤维，此后聚集缩束纤维的层。
术语“熔喷纤维”表示这样制备的纤维，即通过模具中的孔将形成纤维的熔化的材料挤出成高速气态流，挤出的材料首先被缩束，然后硬化成纤维聚集体。虽然有时报导说熔喷纤维是不连续的，但这种纤维通常较长并且充分缠结，通常不可能从这种纤维聚集体中取出一条完整的熔喷纤维，或找到一条从头至尾的熔喷纤维。
术语“微纤维”表示具有10μm或更小的中值粒径(使用显微镜确定的那样)的纤维；“超细微纤维”表示具有2μm或更小的中值粒径的微纤维；“亚微米微纤维”表示具有1μm或更小的中值粒径的微纤维。当本文参考批、组、阵列等的特定种类的微纤维，例如参考“亚微米微纤维阵列”时，其表示该阵列中微纤维的完整群体或单批微纤维的完整群体，而非仅为该阵列或该批的亚微米维度的那部分。
术语“单独制备的较小尺寸纤维”表示由纤维形成装置(例如，模具)制备的较小尺寸纤维流，所述装置被布置为初始时该流与较大尺寸纤维流在空间上是分开的(例如，有约1英寸(25mm)或更大的距离)，但将在行程中合并以及分散到较大尺寸纤维流中。
相对于纤维集合使用时的术语“带电的”表示当在7厘米/秒面速度下评价百分比邻苯二甲酸二辛酯(％DOP)渗透率时，在被暴露于20戈瑞吸收剂量的1mm铍滤光的80千伏峰值X射线后，纤维呈现至少50％的品质因子QF(下文讨论)损失。
相对于单层基质使用时的术语“自支承”表示基质不包括邻接的线材、网片、或其它硬化材料的增强层，即使包含这种基质的褶皱滤芯可以包括顶端稳定化(例如，平面线材面层)或周边加固(例如，边缘粘合剂或滤框)以增强滤芯的选定部分。
图1示出由本发明所公开的单组分单层幅材2制成的示例性褶皱过滤器1的透视图，所述幅材已经形成为数行间距褶皱4。本领域普通技术人员将会知道的是，可以就这样使用过滤器1，或可以稳定或增强过滤器1的选定部分(例如，使用平面膨胀金属面层、热熔粘合剂增强衬里、粘合剂粘结增强条或其它选择性增强支承体)，并且任选可以安装在合适的框架(例如，金属或硬纸板框架)内以提供用于例如暖通空调系统的可置换的过滤器。褶皱幅材2形成多孔单层基质，其本身具备有助于形成褶皱4的强化刚度，并且褶皱后有助于褶皱4抵制高过滤器面速度下的变形。除了单组分单层幅材2外，有关过滤器1构造的进一步细节是本领域技术人员将熟悉的。
本发明所公开的单组分单层幅材在褶皱前具有至少约100mg的格利刚度，并且在褶皱前可以具有至少约200mg、至少约300mg、至少约400mg、至少约600mg或至少约1000mg的格利刚度。当在13.8厘米/秒的面速度下和采用DOP试验法进行评价时，平幅材具有的初始过滤品质因子QF优选地为至少约0.3，更优选地为至少约0.4。褶皱后，本发明所公开的单组分单层基质在1.52米/秒(300英尺/分)面速度下具有至少约15％的平均初始亚微米效率，并且可以具有至少约25％或至少约50％的平均初始亚微米效率。褶皱过滤器具有的压降优选地小于20mm H2O，更优选地小于10mm H2O；并且具有的％DOP穿透率优选地小于约5％，更优选地小于约1％。
本发明所公开的单组分单层幅材包含较大尺寸与较小尺寸纤维的双模态质量分数/纤维尺寸混合物。较大尺寸纤维的尺寸例如可以为约10至约60μm、约10至约50μm或约20至约50μm。较小尺寸纤维的尺寸例如可以为约0.1至约20μm、约0.10至约10μm、约0.1至约5μm或约0.1至约1μm。在质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图中，较小尺寸模态例如可以为约0.1至约20μm、约0.1至约15μm、约0.1至约10μm、约0.5至约8μm或约1至约5μm，而较大尺寸纤维模态可以为大于约10μm(或更大，如果较小尺寸纤维的模态大于10μm)、约10至约50μm、约10至约40μm或约12至约30μm。本发明所公开的幅材也可以具有双模态纤维支数/纤维尺寸混合物，其纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现至少两种模态，其相应的纤维尺寸相差至少50％、至少100％或至少200％的较小纤维尺寸。较小尺寸纤维也可以例如提供幅材至少20％、至少40％或至少60％的纤维表面积。幅材可以具有多种有效纤维直径(EFD)值，例如EFD为约5至约40μm或约6至约35μm。幅材也可以具有多种基重，例如基重为约60至约300g/m2或约80至约250g/m2。
图2至图9示出可用于制备优选的单组分单层幅材的多种方法及设备。图2至图5示出的方法将来自熔纺模具的较大尺寸熔纺纤维与来自熔吹模具的较小尺寸熔喷纤维相结合。图6示出的方法将来自两个熔吹模具的较大尺寸与较小尺寸的熔喷纤维相结合。图7示出的模具由单一熔纺模具制备较大尺寸和较小尺寸的熔纺纤维，所述单一熔纺模具可由单一挤出机提供液化纤维形成材料。图8示出的模具由单一熔吹模具制备较大尺寸和较小尺寸的熔喷纤维，所述单一熔吹模具可由单一挤出机提供液化纤维形成材料。图9示出的模具由单一熔纺模具制备较大尺寸和较小尺寸的熔纺纤维，所述单一熔纺模具可由两个挤出机提供液化纤维形成材料。图10和图11示出的模具由单一熔吹模具制备较大尺寸和较小尺寸的熔喷纤维，所述单一熔吹模具可由两个挤出机提供液化纤维形成材料。
参见图2，示出制备可褶皱单组分单层双模态质量分数/纤维尺寸幅材方法的示意性侧视图，采用溶体纺丝形成较大尺寸纤维，采用熔吹形成单独制备的相同聚合物组合物的较小尺寸纤维(例如，微纤维)。关于此方法以及如此制备的非织造幅材进一步的细节在美国专利申请No.(代理人案卷号No.60928US002)中示出，同此同一天提交的名称为“FIBROUS WEB COMPRISING MICROFIBERS DISPERSED AMONGBONDED MELTSPUN FIBERS”，其整个公开内容以引用方式并入本文中。在图2示出的装置中，这样将纤维形成材料送至熔纺挤出头10--在该示例性的装置中，将形成聚合物纤维的材料引入料斗11，在挤出机12中熔化该材料，并通过泵13将熔化的材料泵送至挤出头10。最通常使用粒料或其它粒状的固体聚合物材料，并熔化成可泵送的液体状态。
挤出头10可以是常规的喷丝头或纺丝组合件，通常包括布置成规则图案(例如，直线行)的多个孔。从挤出头10挤出纤维形成液体原丝15并传送至处理室或缩束装置16。缩束装置例如可以是如美国专利6,607,624 B2(Berrigan等人)中示出的可动壁式缩束装置，其壁的安装方式为可以在箭头50的方向自由和方便地移动。挤出的原丝15到达缩束装置16之前移动的距离17可以变化，如同它们所暴露的条件可以变化。可向挤出的原丝输送空气或其它气体骤冷流18以降低挤出的原丝15的温度。作为另外一种选择，可加热空气或其它气体流以方便纤维的拉延。可有一股或多股空气流或其它流体流--例如，向原丝流横向吹送的第一空气流18a，它可以去除在挤出过程中释放的不良气体物质或烟雾；和第二骤冷空气流18b以达到主要期望的温度降低。可使用更多的骤冷流；例如，流18b本身可以包括一股以上的流以达到所需水平的骤冷。根据所采用的方法或所需成品的形式，可使骤冷空气足以使挤出的原丝15在到达缩束装置16之前硬化。在其它情况下，挤出的原丝在进入缩束装置时仍处于软化或熔化的状况。作为另外一种选择，不使用骤冷；在这种情况下，挤出头10与缩束装置16之间的环境空气或其它流体可以作为挤出的原丝进入缩束装置之前所发生的任何变化的介质。
连续熔纺原丝15在缩束装置16中被取向，作为较大尺寸(即，相对于将要加入幅材的较小尺寸的熔纺纤维是较大的；缩束流501中的纤维比从挤出头10中挤出的原丝的尺寸小)纤维流501被导向收集器19。在缩束装置16和收集器之间19的途中，缩束的较大尺寸纤维流501被从熔吹模具504中发出的较小尺寸熔喷纤维流502拦截以形成较大与较小尺寸纤维合并的双模态质量分数/纤维尺寸纤维流503。合并流在收集器19上沉积成包含取向的连续较大尺寸熔纺纤维自支承幅材20，所述幅材中分散着较小尺寸的熔喷纤维。收集器19通常是多孔的，收集器下面可以设置气体抽吸装置114以协助将纤维沉积到收集器上。缩束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，可以使挤出的原丝或纤维经受图2中没有示出的多个附加的工序，例如进一步拉延、喷雾等。收集之后，可以如下面更详细描述的那样对收集的聚集体20进行加热和骤冷；传送至诸如压延机、压花台、层合机、切割机等的其它装置；或只是卷起来而不进行进一步的处理，或转换加工成存储卷筒23。
熔吹模具504可为已知的结构，并按已知的方式操作以制备较小尺寸的熔喷纤维(例如，微纤维)用于本发明所公开的方法。基本熔吹方法及装置的早期描述可见于Wente，Van A.的“Superfine ThermoplasticFibers(超细热塑性纤维)”(Industrial Engineering Chemistry，Vol.48，pages 1342 et seq.(1956))，或见于海军研究实验室报告No.4364(1954年5月25日出版，名称为“Manufacture of Superfine Organic Fibers”(超细有机纤维的制造)，作者Wente，V.A.；Boone，C.D.；和Fluharty，E.L.)。典型的熔喷装置包括料斗506和向模具504供应液化纤维形成材料的挤出机508。参见图3，模具504包括入口512和模具腔体514，液化纤维形成材料通过模具腔体514传递至在模具整个向前末端上成直线设置的模具孔516，纤维形成材料由此被挤出；气体(通常是受热空气)以非常高的速度通过协作气孔518强制喷出。高速气态流引出并缩束挤出的纤维形成材料，纤维形成材料由此硬化(至不同的固态程度)并在其向与较大尺寸熔纺纤维流501合并点移动期间形成较小尺寸熔喷纤维流502。
包括亚微米尺寸的非常小尺寸的纤维的熔喷方法是已知的；例如参见美国专利No.5,993,943(Bodaghi等人)，如第8列第11行至第9列第25行。也可采用其它技术形成较小尺寸的纤维，例如美国专利Nos.6,743,273 B2(Chung等人)和6,800,226 B1(Gerking)中所述。
熔吹模具504优选地设置在较大尺寸熔纺纤维流501附近以实现较大尺寸熔纺纤维对较小尺寸熔喷纤维的最佳捕集；对于亚微米微纤维的捕集来说，熔吹模具接近熔纺流的设置是特别重要的。例如，如图3所示，对于非常小的微纤维来说，从模具504的出口至熔纺流501的中心线的距离520优选地为约2至12英寸(5至25cm)，更优选地为约6或8英寸(15或20cm)或更短。另外，当熔纺纤维流501如图3示出的那样垂直设置时，较小尺寸熔喷纤维流502优选地相对于水平面成锐角θ设置，这样使得熔喷流502的矢量与熔纺流501定向对齐。优选的是，θ介于约0和约45度，更优选地介于约10和约30度之间。为避免过度缠结并保持幅材的均匀性，熔喷与熔纺流的连接点至收集器19的距离522通常为至少约4英寸(10cm)，但小于约16英寸(40cm)。为了减小熔纺流501的动量，由此使熔喷流502与熔纺流501更好地合并，通常至少6英寸(15cm)的距离524已足够。随着熔喷与熔纺纤维流的合并，熔喷纤维被分散到熔纺纤维当中。得到了相当均匀的混合物，在x-y(面内幅材)维度上尤其如此，z维度上的分布由特定的工序控制，例如控制距离520、角度θ以及合并流的质量和速度。合并的流503延续至收集器19，在那里收集为幅材状的聚集体20。
根据熔纺和熔喷纤维的状态，收集过程中在纤维之间可能发生一些粘结的情况。然而，为了形成具有所需的内聚度和刚度的基质，使幅材更易于操作和能够更好地将熔喷纤维保持在基质内，通常可能需要在收集的幅材中的熔纺纤维之间进行进一步的粘结。然而，为了便于幅材形成褶皱过滤器，应当避免过度的粘结。
可使用在点粘结方法中施加热和压力或通过平滑压延机辊的常规粘结技术，但这些方法可能会造成不良的纤维变形或幅材压缩。美国专利申请No.(代理人案卷号No.60632US002)中提出了更优选的熔纺纤维粘结技术，同此同一天提交的名称为“BONDED NONWOVENFIBROUS WEBS COMPRISING SOFTENABLE ORIENTEDSEMICRYSTALLINE POLYMERIC FIBERS AND Apparatus ANDMETHODS FOR PREPARING SUCH WEBS”(包括可软化的取向的半结晶聚合纤维的粘结非织造纤维幅材以及制备此类幅材的方法)，其整个公开内容以引用方式并入本文中。简单归纳起来，当应用于本发明时，该优选的技术涉及使收集的取向的半结晶熔纺纤维幅材(包括非结晶表征相，与相同聚合物组合物的熔喷纤维混合在一起)经受受控的加热和骤冷操作，其包括：a)强制性地使流体在不至于熔化整个熔纺纤维的极短时间(即，造成这种纤维失去其离散的纤维本性，优选的是不会造成纤维截面发生显著畸变的极短加热时间)内通过幅材，所述流体被加热到足以软化熔纺纤维的非结晶表征相的温度(其通常高于这种纤维材料的开始熔化温度)；和b)通过强制性地使具有足够热容量的流体通过幅材以使软化的纤维硬化(即，使在热处理期间软化的纤维的非结晶表征相硬化)，使幅材立即骤冷。优选地，通过幅材的流体是气态流，并且优选地它们是空气。在上下文中，“强制性地”使流体或气态流通过幅材表示除了正常的室内压力之外还对流体施加力的作用以推动流体通过幅材。在一个优选的实施例中，本发明所公开的骤冷步骤包括使传送带上的幅材通过一个我们称之为骤冷流动加热器的装置，或更简称为骤冷加热器。如本文中所示，这种骤冷流动加热器在压力的作用下从加热器中提供聚焦或刀状受热气体(通常是空气)流并结合幅材的一侧，幅材另一侧的气体抽吸装置协助抽吸通过幅材的受热气体；通常受热流在幅材的整个宽度上延伸。受热流很像是来自常规的“通风粘合器”或“热气刀”的受热流，但其由调节流量的特别控制装置进行控制，造成受热气体被均匀分布，并且以受控的速率通过幅材的宽度以彻底、均匀和迅速地将熔纺纤维加热和软化到可用的高温。加热之后紧接着立即进行强制骤冷以迅速地以纯化形态的形式冻结纤维(“立即”表示作为相同操作的一部分，即，没有像将纤维在下一工序之前卷成卷筒时出现的储存的干预时间)。在一个优选的实施例中，气体抽吸装置从受热气态流处顺维设置以抽吸冷却气体或例如环境空气的其它流体，使其受热之后迅速通过幅材以使纤维迅速骤冷。加热长度例如可通过沿幅材移动路径的加热区的长度和通过幅材通过加热区移动至冷却区的速度来控制，以引起预期的非结晶表征相的熔融/软化，而不会熔化全部的熔纺纤维。
参见图2、图4和图5，在实施骤冷流动加热技术的一个示例方法中，收集的熔纺和熔喷纤维的聚集体20由安装在收集器19上方的受控加热装置200之下的移动收集器19携带。示例性的加热装置200包括分为上充气室202和下充气室203的外壳201。上下充气室由具有一系列通常尺寸和间隔均匀的孔205的穿孔板204分开。通常为空气的气体由导管207经开口206被加入上充气室202，同时板204起到流动分配装置的作用以使加入上充气室的空气通过板流入下充气室203时能被相当均匀地分配。其它可用的流动分配装置包括翅片、导流板、歧管、气堰、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200中，下充气室203的底壁208用细长狭槽209形成，细长或刀状受热空气流210通过所述细长狭槽从下充气室吹到在加热装置200下方的收集器19上移动的聚集体20上(聚集体20和收集器19在图5中为部分分解示出)。气体抽吸装置114优选充分延伸以位于加热装置200的狭槽209的下方(以及顺维延伸一段距离218，越过受热流210并通过标记区220，下文将会讨论到)。充气室中的受热空气由此处于充气室203内的内部压力之下，在狭槽209处，它还处于气体抽吸装置114的抽吸真空之下。为了进一步控制抽吸力，可以在收集器19的下方设置穿孔板211以强加某种背压或限流部件，其可以保证受热空气流210在宽度或收集的聚集体20的受热区域上扩展到所需的程度，并在收集的聚集体的可能较低密度部分的流经过程中受到抑制。其它可用的限流部件包括筛网或烧结板。为了实现所需的控制，板211上开口的数目、尺寸和密度可以在不同的区域中有所变化。大量的空气穿过纤维形成装置，当纤维到达区215中的收集器时必须对空气予以处理。足够的空气穿过区216中的幅材和收集器以使幅材在多种处理空气流下保持在适当的位置上。板在加热区217中需要有足够的开度以容许处理空气穿过幅材，同时提供足够的阻力以保证空气的均匀分配。在聚集体的整个受热区域上应该控制温度-时间条件。我们已经在穿过幅材的受热空气流210在被处理的聚集体的整个宽度上的温度在5℃范围内、优选地在2或甚至1℃范围内时获得了最好的结果(往往在受热空气进入外壳201的进入点处测量受热空气的温度以方便控制操作，但其也可以用热电偶邻近收集的幅材进行测量)。此外，操作加热装置以使流随着时间的推移保持稳定的温度，例如通过快速进行加热器的开闭循环以避免加热过度或不足。为了进一步控制加热，使聚集体20在施加受热空气流210之后迅速经受骤冷。通常可通过在聚集体离开受控热空气流210后，将环境空气立即抽入并通过聚集体20实现这种骤冷。图4中的数字220表示在幅材穿过热空气流以后，通过气体抽吸装置114抽入环境空气通过幅材的区域。实际上，这种空气可以在外壳201的底部抽入，例如在图4中标记的区域220a中以使空气在幅材离开热空气流210后几乎立即可以到达幅材。同时，气体抽吸装置114可以超过加热装置200沿收集器19延伸一段距离218以确保整个聚集体20的彻底冷却和骤冷。为了简便的目的，加热与骤冷的结合装置被称为骤冷流动加热器。
选择穿过聚集体20的受热空气的量和温度，使其导致对较大尺寸纤维形态的适当修改。尤其是选择该量和温度以使较大尺寸纤维受热而a)引起纤维截面内大量的分子部分(例如，纤维的非结晶表征相)的熔化/软化，但b)不会导致另外显著相(例如，晶粒表征相)的完全熔化。我们使用术语“熔化/软化”是因为非结晶聚合物材料通常软化而不是熔化，而在一定程度上可能存在于非结晶表征相中的结晶材料通常熔化。在不参考相的情况下，这也可以简单地说成是，加热引起纤维内较低序晶粒的熔化。较大尺寸纤维作为整体仍然保持未熔化，例如，纤维通常保留着与处理之前相同的纤维形状和维度。可以理解相当大一部分的晶粒表征相在热处理之后保留其原有的晶体结构。晶体结构可能已被添加到现有的晶体结构中，或在高度有序纤维的情况下，晶体结构可能已被移除以产生可辨别的非结晶表征相和晶粒表征相。
骤冷的目的之一是要在包含于幅材中的较小尺寸纤维发生不期望的变化之前抽取热量。骤冷的另一个目的是要迅速地从幅材和较大尺寸纤维中移除热量以限制后续在较大尺寸纤维中出现的结晶或分子排序的程度和性质。通过从熔融/软化状态快速骤冷至硬化状态，可以理解非结晶表征相被冻结成更纯的结晶形式，可能干扰较大尺寸纤维的软化或可重复软化的较低序分子材料减少。为此目的，有利地，聚集体20被温度比标称熔点或较大尺寸纤维至少低50℃的气体冷却；另外有利地，骤冷气体施加的时间接近至少一秒钟。任何情况下，骤冷气体或其它流体具有足够的热容以迅速地使纤维硬化。
本发明所公开的骤冷流动加热器的优点是，保持在本发明所公开的幅材内的较小尺寸熔喷纤维得到比其如果存在于完全由较小尺寸纤维(例如，完全的微纤维)制成的层内可能得到的更好抗压保护。取向的熔纺纤维通常比较小尺寸熔喷纤维更大、更硬和更强效，在熔喷纤维与施加压力的物体之间存在熔纺纤维限制对较小尺寸熔喷纤维施加的压毁力。特别是在亚微米纤维的情况下，其可能相当脆弱，由较大尺寸纤维所提供的对压缩或压毁的增强抵抗力提供重要的有益效果。即使当本发明所公开的幅材经受压力时，例如在大型储存卷筒中被卷起来或在二次处理中，该幅材提供良好的耐压缩性，否则对于由这种幅材制成的过滤器来说，可能导致压降增大以及装载性能变差。较大尺寸熔纺纤维的存在还增添了其它性质，例如幅材强度、刚度及处理性质。
已经发现的是，较小尺寸熔喷纤维在粘结操作期间基本上不熔化或失去其纤维结构，而是在具有原来的纤维尺寸的情况下仍然保持为离散的较小尺寸纤维。与熔纺纤维相比，熔喷纤维具有不同的、更小结晶的形态，并且我们推理在熔喷纤维发生熔化之前，在粘结和骤冷操作期间施加给幅材的有限热量在使晶体在熔喷纤维内生长的过程中被耗尽。无论此理论正确与否，熔纺纤维的粘结在基本没有较小尺寸熔喷纤维的熔化或畸变的情况下确实发生，并有利于的双模态质量分数/纤维尺寸幅材成品的性质。
参见图6，示出制备可褶皱单组分单层的双模态质量分数/纤维尺寸幅材的另一种方法的示意性侧视图，采用熔吹形成较大尺寸纤维和单独制备的相同聚合物组合物的较小尺寸纤维。图6装置使用两个熔吹模具600和602。由料斗604、挤出机606和导管608向模具600供应液化纤维形成材料。由挤出机606经任选的导管610也可向模具602供应液化纤维形成材料。作为另外一种选择，可以由任选的料斗612、挤出机614和导管616单独地向模具602供应相同聚合物组合物的液化纤维形成材料。来自模具600的较大尺寸纤维流618与来自模具602的较小尺寸纤维流620在行程中合并以形成较大纤维与较小纤维混合的流622，其可以落到旋转的收集筒624上以形成包含这种纤维的双模态质量分数/纤维尺寸混合物的自支承非织造幅材626。图6示出的装置可以在几种模式下操作以由一个模具提供较大尺寸纤维流，由另一模具提供较小尺寸纤维流。例如，可以由单一挤出机向模具600和模具602供应相同的聚合物，模具600中提供较大尺寸的孔，模具602中提供较小尺寸的孔以允许在模具600处制备较大尺寸纤维，在模具602处制备较小尺寸纤维。相同的聚合物可由挤出机606供给至模具600以及由挤出机614供给至模具602，与挤出机606相比，挤出机614具有较大直径或较高操作温度，以便将较高流速或较低粘度的聚合物供应到模具602中，并允许在模具600处制备较大尺寸纤维，在模具602处制备较小尺寸纤维。模具600和模具602中可提供类似尺寸的孔，模具600在低温操作，模具602在高温操作以在模具600处制备较大尺寸纤维，在模具602处制备较小尺寸纤维。可以由挤出机606向模具600和由挤出机614向模具602供应相同聚合物组合物但熔融指数不同的聚合物(在挤出机606中使用例如低熔融指数型聚合物，在挤出机614中使用高熔融指数的相同聚合物)以在模具600处制备较大尺寸纤维，在模具602处制备较小尺寸纤维。本领域普通技术人员将会知道，也可采用其它技术(例如，在流向模具602的液化纤维形成材料流中掺杂溶剂，或模具600采用流动路径较短的模具腔体，模具602采用流动路径较长的模具腔体)和这些技术的组合以及上面讨论的多种操作模式。熔吹模具600和602的设置优选地使得较大尺寸纤维流618与较小尺寸纤维流620充分混合。例如，从较大尺寸纤维的模具600的出口至合并后的纤维流622的中心线的距离628优选地为约2至约12英寸(约5至约25cm)，更优选地为约6至约8英寸(约15至约20cm)。从较小尺寸纤维的模具602的出口至合并后的纤维流622的中心线的距离630优选地为约2至约12英寸(约5至约25cm)，更优选地为约6至约8英寸(约15至约20cm)，对于非常小的微纤维来说可以更短。距离628和630不一定相同。另外，较大尺寸纤维流618优选地与较小尺寸纤维流620成锐角θ′设置。优选地θ′介于约0与约45度之间，更优选地介于约10与约30度之间。由较大与较小尺寸纤维流的近似连接点至收集筒624的距离632通常为至少约5英寸(13cm)，但小于约15英寸(38cm)以避免过度缠结并保持幅材的均匀性。
参见图7，示出的是在按另一个方法制备可褶皱单组分单层的双模态质量分数/纤维尺寸幅材中使用的熔纺模具喷丝头700的出口端视图。喷丝头700包括用螺栓704保持在适当位置的主体构件702。较大孔706和较小孔708的阵列确定了多个的流动通道，液化纤维形成材料通过这些流动通道离开喷丝头700并形成原丝。在图7示出的实施例中，较大孔706与较小孔708的尺寸比率为2∶1，并且对每一个较大孔706来说有9个较小孔708。可采用较大孔尺寸∶较小孔尺寸的其它比率，例如1.5∶1或更大、2∶1或更大、2.5∶1或更大、3∶1或更大、或3.5∶1或更大的比率。也可采用每个较大孔对应的较小孔数目的其它比率，例如5∶1或更大、6∶1或更大、10∶1或更大、12∶1或更大、15∶1或更大、20∶1或更大、或30∶1或更大的比率。通常情况下，在每个较大孔对应的较小孔的数目与在收集的幅材中每根较大尺寸纤维对应的较小尺寸纤维(例如，在适当操作条件下的微纤维)的数目之间存在着直接的对应关系。正如本领域普通技术人员将会知道，应当选择适当的聚合物流速、模具操作温度和取向条件，使得由通过较小孔形成的取向原丝制备较小尺寸的纤维，由通过较大孔形成的取向原丝制备较大尺寸的纤维，并且制成的幅材具有所需的格利刚度。相关的熔纺装置的剩余部分将是本领域普通技术人员所熟悉的。
参见图8，示出的是在按另一个方法制备可褶皱单组分单层的双模态质量分数/纤维尺寸幅材中使用的熔吹模具800的出口端透视图，其中拆除了二次缩束气体偏转板。模具800包括突出的顶端部分802，带有较大孔806和较小孔808的行804，这些孔限定多个流动通道，液化纤维形成材料通过这些通道离开模具800并形成原丝。孔810接收将模具的多种部件保持在一起的贯穿螺栓(图8中未示出)。在图8示出的实施例中，较大孔806与较小孔808的尺寸比率为2∶1，并且对每一个较大孔806来说有9个较小孔808。可采用较大孔尺寸∶较小孔尺寸的其它比率，例如为1∶1或更大、1.5∶1或更大、2∶1或更大、2.5∶1或更大、3∶1或更大、或3.5∶1或更大的比率。也可采用每个较大孔对应的较小孔数目的其它比率，例如为5∶1或更大、6∶1或更大、10∶1或更大、12∶1或更大、15∶1或更大、20∶1或更大、或30∶1或更大的比率。通常情况下，在每个较大孔对应的较小孔的数目与在收集的幅材中每根较大尺寸纤维对应的较小尺寸纤维(例如，在适当操作条件下的微纤维)的数目之间存在着直接的对应关系。正如本领域普通技术人员将会知道，应当选择适当的聚合物流速、模具操作温度和缩束空气流速，使得由通过较小孔形成的缩束丝制备较小尺寸的纤维，由通过较大孔形成的缩束丝制备较大尺寸的纤维，并且制成的幅材具有所需的格利刚度。相关方法及由此制备的非织造幅材的进一步细节可见于美国专利申请No.(代理人案卷号No.61726US003)，同此同一天提交的名称为“MONOCOMPONENT MONOLAYER MELTBLOWN WEB ANDMELTBLOWING APPARATUS”(单组分单层熔喷网和熔喷装置)，其整个的公开内容以引用方式并入本文。
参见图9，示出的是在按另一个方法制备可褶皱单组分单层的双模态质量分数/纤维尺寸幅材中使用的熔纺模具900的分解示意图。模具900可称为“冲模板”、“楔子模”或“叠层模”，并包括入口板902，其流体入口904和906每一个都接收液化纤维形成材料流。这些流具有相同的聚合物组合物，但具有不同的流速或不同的熔体粘度。聚合物流流过一系列中间板908a、908b等，其通道910a、910b等反复地分割流。如此被连续分割的流流过出口板916上的多个(例如，256、512或多种数目的一些其它流体入口)流体出口孔914。多种板可以由螺栓或其它紧固件(图9中未示出)穿过孔918紧扣在一起。每个流体出口孔914将通过唯一的流动路径与流体入口904或906中的一个或另一个连通。相关熔纺装置的剩余部分将是本领域普通技术人员所熟悉的，并可用于将液化纤维形成材料处理成熔纺原丝的非织造幅材，所述熔纺原丝为具有相同聚合物组合物的较大尺寸纤维与较小尺寸纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物。
参见图10和图11，示出的是在按另一个方法制备可褶皱单组分单层的双模态质量分数/纤维尺寸幅材中使用的熔吹模具1000的剖视图和出口端视图。由料斗1004、挤出机1006和导管1008以第一流速或第一粘度向模具1000供应液化纤维形成材料。以分开的方式由料斗1012、挤出机1014和导管1016以第二种不同的流速或粘度向模具1000供应相同聚合物组合物的液化纤维形成材料。导管1008和1016各自与位于通常对称的第一和第二部件1022和1024中的第一和第二模具腔体1018和1020流体连通，所述第一和第二部件形成模具腔体1018和1020的外壁。通常对称的第一和第二部件1026和1028形成模具腔体1018和1020的内壁并汇集于接缝1030处。部件1026和1028可以在其大部分的长度上被绝缘体1032分开。还如图11所示，模具腔体1018和1020各自通过通道1034、1036和1038与孔1042和1044的行1040流体连通。根据流入模具腔体1018和1020的流速，通过孔1042和1044可以挤出较大和较小尺寸的原丝以使得能够形成包含相同聚合物组合物的较大尺寸纤维与较小尺寸纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物的非织造幅材。相关熔喷装置的剩余部分将是本领域普通技术人员所熟悉的，并且可用于将液化纤维形成材料处理成熔喷原丝的非织造幅材，所述熔喷原丝为具有相同聚合物组合物的较大尺寸纤维与较小尺寸纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物。
对于图11中示出的实施例，孔1042和1044按交替顺序布置，并各自与模具腔体1018和1020流体连通。正如本领域普通技术人员将会知道，可采用孔的其它布置方式以及其它的流体连通比率以形成纤维尺寸分布改变的非织造幅材。本领域普通技术人员还将会知道，也可采用其它操作模式和技术(例如，类似的结合图6的装置讨论的那些)以及这些技术和操作模式的组合。
本发明所公开的非织造幅材可以具有随机的纤维排列和通常是各向同性的面内物理特性(例如，拉伸强度)，或如果需要的话可以具有对齐的纤维构造(例如，其中如上述Shah等人的美国专利No.6,858,297中所描述的那样，纤维在纵向对齐)和各向异性的面内物理特性。
在本发明所公开的方法中可使用多种聚合物纤维形成材料。聚合物基本上可以为能够形成非织造幅材的任何热塑性纤维形成材料。对于将要带电的幅材，聚合物基本上可以为将保持满意的驻极体特性或电荷分离的任何热塑性纤维形成材料。对于可带电幅材的优选聚合物纤维形成材料是在室温(22℃)下体积电阻率为1014欧姆-厘米或更大的非导电树脂。优选的是，体积电阻率为约1016欧姆-厘米或更大。聚合物纤维形成材料的电阻率可以根据标准化测试ASTM D 257-93进行测量。用于可带电幅材的聚合物纤维形成材料优选地基本上不含诸如能显著提高电导率或以其它方式妨碍纤维接受和保持静电电荷的能力的抗静电剂的组分。可用于可带电幅材的聚合物的一些实例包括含有诸如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)的聚烯烃的热塑性聚合物、和环烯烃共聚物、以及这种聚合物的组合。可使用但可能难以带电或可能会迅速失去电荷的其它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、以及本领域技术人员将熟悉的其它聚合物。优选地由聚-4-甲基-1-戊烯或聚丙烯制备纤维。最优选的是由聚丙烯均聚物制备纤维，因为其具有、尤其在潮湿环境下具有保持电荷的能力。
可通过多种方式对本发明所公开的非织造幅材施加电荷。例如可以按下面的方式进行，如授予Angadjivand等人的美国专利No.5,496,507中所公开的那样使幅材与水进行接触，如授予Klasse等人的美国专利No.4,588,537中所公开的那样进行电晕处理，如授予Rousseau等人的美国专利No.5,908,598中所公开的那样进行水充电，如授予Jones等人的美国专利No.6,562,112B2和David等人的美国专利申请公开No.US2003/0134515A1中所公开的那样进行等离子处理，或实施这些方式的组合。
可向聚合物中加入添加剂以提高幅材的过滤性能、驻极体充电能力、机械性能、老化性能、着色、表面性质或其它关注的特性。代表性的添加剂包括填充剂、成核剂(例如，商购自美利肯化工公司(MillikenChemical)的二亚苄基山梨醇MILLADTM3988)、驻极体带电增强添加剂(例如，三硬脂基三聚氰胺，以及多种光稳定剂，例如得自汽巴特种化学品公司(Ciba Specialty Chemicals)的CHIMASSORBTM119和CHIMASSORB 944)、硬化引发剂、硬化剂(例如，聚(4-甲基-1-戊烯))、表面活性剂和表面处理剂(例如，如授予Jones等人的美国专利Nos.6,398,847 B1、6,397,458 B1和6,409,806 B1中所描述的用于在油雾环境中提高过滤性能的氟原子处理剂)。这种添加剂的种类和数量将是本领域技术人员所熟悉的。例如，驻极体带电增强添加剂的存在量通常小于约5重量％，更通常小于约2重量％。
可采用例如上述Kubokawa等人的专利No.6,740,137 B2和上述Sundet等人的‘226专利申请中所描述的方法和部件将本发明所公开的非织造幅材形成褶皱过滤器。通常借助于使用热在至少一些纤维交叉点处使纤维彼此粘结(或进一步粘结)，由此帮助褶皱的形成。可采用本领域技术人员将熟悉的其它方法和部件实施或增加褶皱的形成。虽然不要求提供自支承滤芯，但如果需要，本发明所公开的过滤器可以包括一个或多个附加元件或不同于本发明所公开的单层基质的层。例如，可通过增加顶端稳定(例如，平面线材面层或热熔粘合剂线)或周边加固(例如，边缘粘合剂或滤框)来稳定或增强滤芯的选定部分。可以在滤芯中包括一个或多个附加层(例如，包含吸附剂粒子的多孔层)以捕集关注的蒸气。
期望在形成褶皱之前监测平幅材性质(诸如基重、幅材厚度、密实度、EFD、格利刚度、泰伯刚度、DOP(邻苯二甲酸二辛酯)渗透率％、NaCl初始渗透率％、压降或品质因子QF)可为可取的。褶皱形成后，监测诸如平均初始亚微米效率或压降的褶皱幅材性质可能是有帮助的。
可采用32升/分钟(相当于面速度为5.3厘米/秒)的空气流动速率，采用Davies，C.N.在“The Separation of Airborne Dust and Particles”(气载尘埃和颗粒的分离)(Institution of Mechanical Engineers，London，Proceedings 1B，1952)中示出的方法确定EFD(除非另行规定)。
可使用得自格利精密仪器公司(Gurley Precision Instruments)的型号4171E GURLEYTM的抗弯测试机确定格利刚度。从幅材上冲切尺寸为3.8cm×5.1cm的矩形，使样本的长边与幅材的横向(幅材横向)准直对齐。将样本加载到抗弯测试机上，使样本的长边处于幅材固定夹中。使样本在两个方向折曲，即，用测试臂贴着样本第一主面，然后贴着样本第二主面，将两次测量值的平均值记录成以毫克表示的刚度。该测试被视为破坏性测试，如果需要进一步的测量，则使用新的样本。
可使用Model 150-B TABERTM型刚度测试机(商购自泰伯工业公司(Taber Industries))测定泰伯刚度。为了防止纤维融合，使用锋利的剃刀刀片从幅材上仔细剖切3.8cm×3.8cm的方形，使用3至4个样本和15°的样本挠曲，评价确定它们在纵向和横向的刚度。
可使用包含NaCl或邻苯二甲酸二辛酯粒子的试测气溶胶测定渗透率百分比、压降和过滤品质因子QF，以85升/分钟的流速传送(除非另有说明)，使用TSITM Model 8130型高速自动化过滤器测试仪(商购自TSI公司(TSI Inc.))进行评价。对于NaCl测试，可以由2％NaCl溶液产生粒子以形成包含直径约0.075μm的粒子、气载浓度为约16-23mg/m3的气溶胶，并且自动化过滤器测试仪可以在加热器和粒子中和器均开启的状态下操作。对于DOP测试，气溶胶可以包含直径约0.185μm、浓度约100mg/m3的粒子，并且自动化过滤器测试仪可以在加热器和粒子中和器均关闭的状态下操作。在暂停测试前，对于平幅材样本来说，样本可以在13.8厘米/秒面速度下(相当于85升/分的流速)暴露于最大NaCl或邻苯二甲酸二辛酯粒子渗透率。可以在过滤器入口和出口使用校准的光度计来测量粒子浓度和通过过滤器的粒子渗透率％。可使用MKS压力换能器(商购自MKS仪器公司(MKS Instruments))测量通过过滤器的压降(ΔP，mm H2O)。公式：
Figure A20078002857300311
可用于计算QF。对于选定的试测气溶胶可以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、最大渗透率下的压降以及在最大渗透率下的粒子加载毫克数(直到最大渗透率时对过滤器的试测物总重量)。初始品质因子QF值通常可提供整体性能的可靠指标，初始QF值较高表明过滤性能较好，初始QF值较低表明过滤性能降低。
可通过将加框过滤器安装到测试管中并使过滤器经历已干燥并中和电荷的氯化钾粒子确定平均初始亚微米效率。可采用300英尺/分(1.52米/秒)的测试面速度。可使用光学粒子计数器在一系列十二个尺寸范围或通道上测量测试过滤器上游和下游的粒子浓度。每个通道中的尺寸范围取自ASHRAE标准52.2(“Method of Testing GeneralVentilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by ParticleSize”(通过尺寸测试通用通风空气净化设备排除效率的测试方法))。公式：
可用于确定每个通道的捕集效率。可求出四个亚微米通道(即，粒子直径为0.3至0.4μm、0.4至0.55μm、0.55至0.7μm和0.7至1.0μm)的每一个的捕集效率值的平均值以获得“平均初始亚微米效率”单一值。通常记录所有的测试速度、效率和压降的结果。
以下示例性实例进一步说明了本发明，除非另外指明，其中所有份数及百分数均为按重量计。
实例1
使用图2至图5中示出的装置由聚丙烯熔纺纤维和聚丙烯熔喷微纤维制备九个幅材。熔纺纤维由得自道达尔石化公司(TotalPetrochemicals)的具有熔流指数为70的FINATM 3860聚丙烯制备，向其中加入了得自汽巴特种化学品公司的0.75重量％的CHIMASSORB 944受阻胺光稳定剂。挤出头10具有16行的孔，一行中有32个孔，总共512个孔。孔布置成方形图案(表示孔在横向以及纵向对齐，横向和纵向同等间隔)，具有0.25英寸(6.4mm)的间距。聚合物以0.8克/孔/分的流率被送入挤出头，在那里聚合物被加热至235℃(455°F)的温度。供应两股骤冷空气流(图2中的18b；未使用流18a)，由16英寸(406mm)高的骤冷箱以大约93英尺/分(0.47米/秒)和45°F(7.2℃)供应上部流，由7.75英寸(197mm)高的骤冷箱以大约43英尺/分(0.22米/秒)和环境室温供应下部流。使用像美国专利No.6,607,624 B2(Berrigan等人)中示出的可动壁式缩束装置，采用气刀间隙(Berrigan等人专利中的30)为0.030英寸(0.76mm)，向气刀送入空气的压力为14磅/平方英寸(0.1MPa)，缩束装置顶部间隙宽度为0.20英寸(5mm)，缩束装置底部间隙宽度为0.185英寸(4.7mm)，以及6英寸(152mm)的缩束装置长边(Berrigan等人专利中的36)。从挤出头10至缩束装置16的距离(图2中的17)为31英寸(78.7cm)，从缩束装置16至收集带19的距离(图3中的524加上522)为27英寸(68.6cm)。熔纺纤维流以约14英寸(约36cm)的宽度沉积在收集带19上。收集带19由20目不锈钢制成，并以47英尺/分(约14.3米/分)的速率移动。
由得自道达尔石化公司(Total Petrochemicals)的具有熔流指数为350的FINA 3960聚丙烯制备熔喷纤维，向其中加入了0.75重量％的CHIMASSORB 944受阻胺光稳定剂。将聚合物送入具有10英寸宽(254mm)鼻尖体的钻孔熔吹模具中(图2和图3中的504)，所述模具每英寸具有25个0.015英寸直径(0.38mm)的孔(每mm一个孔)，送料速率为0.5至1.0镑/时(0.23至0.45千克/时)/英寸(2.54cm)模具宽，如下表1A所示。模具温度为325℃(617°F)，一次空气流温度为393℃(740°F)。一次空气流中的空气流量估计为约250标准立方英尺/分(7.1标米3/分)。熔吹模具与纺粘纤维流1的关系如下：距离520、522和524如下表1A示出的那样进行变化，角θ为20°。熔喷纤维流以约12英寸(约30cm)的宽度沉积在收集带19上。
收集带19之下的真空度估计为在6-12英寸H2O(1.5-3KPa)范围内。板211的区域215上具有间隔交错的0.062英寸直径(1.6mm)的开口，导致23％的敞开面积；幅材保持区216具有间隔交错的0.062英寸直径(1.6mm)的开口，导致30％的敞开面积；加热/粘结区217和骤冷区218具有间隔交错的0.156英寸直径(4.0mm)的开口，导致63％的敞开面积。通过导管207供应空气，供应速率足以在1.5英寸×22英寸(3.8×55.9cm)的狭槽209处提供500英尺3/分(约14.2m3/分)的空气。板208的底部离收集器19上收集的幅材20有3/4至1英寸(1.9-2.54cm)。对于每个幅材，在受热空气进入外壳201的进入点测量的穿过狭槽209的空气温度在表1A中给定。
基本上100％的熔喷纤维被捕集在熔纺流内。观察到了微纤维在幅材的整个厚度上的分布。如下表1A所示，幅材包含约10至约18％的熔喷纤维。离开骤冷区域220的幅材粘结得具有足够的完整性，以便通过正常的方法及设备进行处理；可通过正常的卷绕将幅材卷成储存卷筒，或可以进行多种操作，例如褶皱和组装成过滤装置，例如褶皱滤板。经显微镜检查发现，熔纺纤维在纤维交叉的地方有粘结，熔喷纤维基本未熔化，并且与熔纺纤维的粘结有限(其可能至少部分地在熔纺流与微纤维流混合期间发生)。
其它的幅材以及形成参数在下表1A中有所描述，其中缩写“QFH”和“BMF”分别表示“骤冷流动加热器”和“熔喷微纤维”。
表1A
  编号  QFH温度，℃   距离520，cm   距离522，cm   距离524，cm   熔纺速率，g/h/m   BMF速率，kg/m/hr   BMF聚集体，％
  1-1  155   20.3   18.0   50.6   0.80   17.9   18
  1-2  147   10.2   21.7   46.9   0.80   17.9   18
  1-3  147   20.3   18.0   50.6   0.80   17.9   18
  1-4  155   10.2   21.7   46.9   0.80   17.9   18
  1-5  147   20.3   18.0   50.6   0.80   8.93   10
  1-6  155   10.2   21.7   46.9   0.80   8.93   10
  1-7  147   10.2   21.7   46.9   0.80   8.93   10
  1-8  155   20.3   18.0   50.6   0.80   8.93   10
  1-9  151   15.2   19.9   48.7   0.80   13.39   14
按照美国专利No.5,496,507(Angadjivand等人)中提出的技术，对收集的幅材用去离子水进行水充电，允许通过在环境条件下将其挂在线上过夜使其干燥，然后评价以确定初始压降、13.8厘米/秒面速度下的DOP初始渗透率％(对于采用的样本尺寸，相当于8.28米/分面速度，和85升/分的流速)、品质因子QF和格利刚度。还用带电的幅材与商购暖通空调过滤器的平幅材性质进行了比较，即，2英寸(50mm)深褶皱过滤器，褶皱间距5mm，过滤介质为包括17克/平方米聚丙烯纺粘覆盖幅材、40克/平方米带静电熔喷过滤介质和90克/平方米聚酯纺粘硬化层的三层层压体。对用于制备商用褶皱过滤器的幅材在没有折叠成褶皱形式之前，在平的状态下进行测试。结果在下表1B中示出：
表1B
 编号   基重，克/平方米   初始压降，mmH2O   DOP初始渗透率，％   品质因子，l/mm H2O   格利刚度
 1-1   103   3.58   12.58   0.58   784
 1-2   110   5.00   4.34   0.63   369
 1-3   104   4.28   6.72   0.63   387
 1-4   97   4.56   7.36   0.57   862
 1-5   103   2.56   14.50   0.75   392
 1-6   96   2.92   17.40   0.60   559
 1-7   98   3.40   9.10   0.70   414
 1-8   93   2.08   24.14   0.68   622
 1-9   86   3.44   10.59   0.65   432
 商用的3层过滤介质   143   2.77   14.8   0.69   未测量
编号1-8的幅材具有最低压降。编号1-1和1-4的幅材具有稍高的压降，但具有较低渗透率和较高刚度。这个较高刚度在未采用增加的基重的条件下获得。编号1-1至1-8的幅材的性质表示，通过进行少量的优化，可以很容易地以显著低于商用的3层介质的150克/平方米基重复制商用的3层介质，所得到的单层幅材在褶皱之前具有良好的格利刚度，在褶皱之后具有良好的变形抵抗力。
通过使用TSI 8130自动过滤器测试仪对编号1-1至1-8的幅材进行负载测试，进一步评价NaCl渗透率％。由2％NaCl溶液产生直径大约0.075μm、气载浓度为约16-23mg/m3的粒子。在加热器和粒子中和器均开启的条件下运行自动过滤器测试仪。某些幅材在使收集器侧的幅材朝上和朝下的条件下进行测试，以检查纤维的混合或收集器表面是否影响负载行为。将样本在60升/分钟(10厘米/秒面速度)流速下加载到最大渗透率，然后停止测试。结果在下表1C中示出。
Figure A20078002857300371
表1C中的结果表示，本发明所公开的幅材呈现的NaCl最大渗透率值低至6.49％(随着过滤器幅材测试的进行，渗透率逐渐增加，直至达到最大值，在这种情况下由于过滤器上收集的试测物的过滤作用，渗透率会下降)。收集器侧朝下测试的编号1-5和1-6的幅材呈现的初始压降值接近于商用的3层介质的初始压降值，但具有较低的初始渗透率、较高的初始品质因子、较低的最大渗透率，并且类似的压降上升取决于试测物。与商用的3层介质相比，对于与较好加载过滤器相对应的几乎相等的压降上升，在最大渗透率下，编号1-8的幅材呈现稍低的初始压降、略高的最大渗透率和几乎3倍的聚集试测物-。收集器侧朝上测试的编号1-5和1-6的幅材以及收集器侧朝下测试的编号1-1、1-4、1-7和1-9的幅材呈现适中的压降、低初始渗透率、中到高的初始品质因子和低于商用的3层介质的最大渗透率。比较表1B和表1-C可见，编号1-8的幅材具有平介质物理特性与过滤性能的特别理想的平衡。
采用扫描电镜对编号1-7的幅材进行分析。使用包含151根熔喷纤维和28根熔纺纤维的样本，并假定所有尺寸小于10μm的纤维是熔喷纤维，发现熔喷纤维具有0.65μm的中值粒径、0.88μm的平均尺寸和0.67μm的标准偏差；最大的熔喷纤维尺寸为4.86μm，最小的熔喷纤维尺寸为0.20μm。发现熔纺纤维具有15.8μm的中值粒径、15.7μm的平均尺寸和1.1μm的标准偏差。在幅材形成过程中，编号1-7幅材的亚微米纤维基本上以100％的效率被捕集，所得到的粘结幅材具有适于褶皱过滤器形成过程中的正常处理的足够强度及完整性。
在图12a中描绘了质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图，其中纤维尺寸沿横坐标绘制，质量分数(由特定尺寸范围的纤维表示的纤维总质量百分比)沿纵坐标绘制。累积质量分数用实线绘制。为了更容易认识到较小纤维模态，在图12b中描绘了纤维尺寸小于或等于10μm的纤维的质量分数与以μm表示的纤维尺寸进行比较的进一步的柱状图。幅材呈现了在1-2、4-5和14-15μm处的模态。基于组分质量百分比和熔喷与熔纺纤维尺寸的SEM测量值，确定出熔喷微纤维的表面积占幅材总表面积的约51％，亚微米纤维的表面积占幅材总表面积的约23％。图13中描绘了纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图，其中纤维尺寸沿横坐标绘制，频率沿纵坐标绘制。
实例2
评价编号1-8的带电幅材以确定附加的平幅材性质，如下表2A所示：
表2A
  基重，克/平方米   93
  密实度，％   11.7
  厚度，mm   0.89
  EFD，μm   16
  格利刚度，mg   622
  13.8厘米/秒面速度下的压降，mm H2O   2.08
  13.8厘米/秒面速度下的DOP渗透率，％   24.14
  品质因子，QF，mm-1 H2O(DOP)   0.68
将幅材形成褶皱滤芯，褶皱高度为20mm，褶皱间距为4.6mm。通过在过滤器两侧上的褶皱顶端胶合扩展线材网来使褶皱稳定化。用一体式硬纸板框给过滤器加框，所述硬纸板框具有0.5英寸(12.7mm)的翼折叠在滤芯两侧上的过滤器周边上。过滤器的敞开面积为大约7.4×12.0英寸(188×305mm)。测试滤芯在300英尺/分(1.52米/秒)面速度下的初始压降和初始分级效率。初始压降为0.252英寸(6.4mm)H2O。各个尺寸范围的结果在下表2B中示出。
表2B
  尺寸范围，μm   初始分级效率，％
  0.3-0.4   74.8
  0.4-0.55   82.7
  0.55-0.7   88.1
  0.7-1.0   92.0
  1.0-1.3   94.6
  1.3-1.6   96.0
  1.6-2.2   97.5
  2.2-3.0   98.8
  3.0-4.0   99.6
  4.0-5.5   99.8
  5.5-7.0   99.9
  7.0-10.0   100.0
表1C中的结果示出此过滤器的平均初始亚微米效率为84.4％。
采用扫描电镜对类似的幅材样本(源自编号1-5)进行分析，该样本在狭槽209处使用较低温度的空气(147℃，而不是155℃)制备。使用包含339根熔喷纤维和51根熔纺纤维的样本，并假定所有尺寸小于10μm的纤维是熔喷纤维，发现熔喷纤维具有0.95μm的中值粒径，发现熔纺纤维具有15μm的中值粒径。基本上100％的熔喷纤维被捕集到熔纺流内。将幅材样本截面切开，发现微纤维分布在幅材的整个厚度上。
图14a描绘了质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图。图14b描绘了纤维尺寸小于或等于10μm的纤维的质量分数与以μm表示的纤维尺寸进行比较的进一步的柱状图。幅材呈现了在1-2、8-9和16-17μm处的模态。在6-7、12-13、14-15和19-20μm处还出现了局部峰，但高度不大于纤维尺寸大2μm的(或，在19-20μm处局部峰的情况下，小2μm)的高度，并且不代表某种模态。
实例3
使用单个挤出机，熔吹模具顶端具有多个如图8示出的较大和较小孔，采用的程序类似于Wente，Van A在“superfine ThermoplasticFiber”(超细热塑性纤维)(Industrial and Engineering Chemistry，vol.48.No.8，1956，pp 1342-1346)和Naval Research Laboratory Report111437(Apr.15，1954)中所述，由TOTALTM EOD-12聚丙烯(其为1200熔融流动速率的聚合物，得自道达尔石化公司，其中已加入了作为驻极体带电添加剂的1％的三硬脂基三聚氰胺)形成单组分单层熔喷幅材。将聚合物送入得自康普顿与诺尔斯公司的戴维斯标准司(DavisStandard Division of Crompton & Knowles Corp)的Model 20 DAVISSTANDARDTM型2英寸单螺杆挤出机。挤出机总长度为60英寸(152cm)，长度/直径比率为30/1。Zenith 10立方厘米/转的熔体泵将聚合物流计量泵送至10英寸(25.4cm)宽的钻孔熔吹模具中，所述模具最初的0.012英寸(0.3mm)的孔已经过修改，即将每第21个孔钻大到0.033英寸(0.8mm)以使提供的较小尺寸孔与较大尺寸孔的数目比率为20∶1，较大孔的尺寸与较小孔的尺寸的比率为2.67∶1。孔线具有25孔/英寸(10孔/厘米)的孔间距。受热空气在模具顶端缩束纤维。气刀采用0.020英寸(0.51mm)负削减值和0.030英寸(0.76mm)气隙。从幅材形成点处开始，通过中等目数的收集器筛网抽吸从零到中度的真空。来自挤出机的聚合物的输出速率为2.0磅/英寸/时(0.36千克/厘米/时)，DCD(模具到收集器的距离)为23.0英寸(58.4cm)，根据需要调节空气压力以形成具有基重约93克/平方米和EFD约22μm的幅材。按照美国专利No.5,496,507(Angadjivand等人‘507)中提出的技术用蒸馏水对该幅材进行水充电并允许其干燥，然后进行评价以确定下表3A中示出的平幅材性质。对八个样本进行检查并取平均值以测量格利刚度、NaCl渗透率和DOP渗透率：
表3A
  基重，克/平方米   93
  厚度，mm   1.2
  EFD，μm   22.4
  格利刚度，mg   351.3
  13.8厘米/秒面速度下的压降(NaCl)，mm H2O   1.3
  13.8厘米/秒面速度下的NaCl渗透率，％   21.2
  品质因子，QF，mm-1 H2O(NaCl)   1.28
  13.8厘米/秒面速度下的压降(DOP)，mm H2O   1.4
  13.8厘米/秒面速度下的DOP渗透率，％   35.0
  品质因子，QF，mm-1 H2O(DOP)   0.74
采用实例2的方法将幅材形成褶皱滤芯，使褶皱稳定化，过滤器用一体式硬纸板框进行加框，在300英尺/分(1.52米/秒)面速度下测试滤芯的初始压降和初始分级效率。初始压降为0.245英寸(6.2mm)H2O。各个尺寸范围的结果在下表3B中示出。
表3B
  尺寸范围，μm   初始分级效率，％
  0.3-0.4   71.5
  0.4-0.55   79.9
  0.55-0.7   86.0
  0.7-1.0   89.9
  1.0-1.3   93.0
  1.3-1.6   94.6
  1.6-2.2   96.1
  2.2-3.0   97.1
  3.0-4.0   98.4
  4.0-5.5   98.9
  5.5-7.0   99.5
  7.0-10.0   99.9
表3B中的结果示出此过滤器的平均初始亚微米效率为81.8％
实例4
使用如图6中示出的装置，采用的程序类似于Wente，Van A在“superfine Thermoplastic Fiber”(超细热塑性纤维)(Industrial andEngineering Chemistry，vol.48.No.8，1956，pp1342-1346)和NavalResearch Laboratory Report 111437(Apr.15，1954)中所述，使用较大纤维的熔喷和单独制备的相同聚合物组合物的较小尺寸纤维形成单组分单层幅材。使用得自道达尔石化公司的具有熔流指数为350的TOTAL3960聚丙烯形成较大尺寸纤维，已向其中加入了作为驻极体带电添加剂的0.8％的CHIMASSORB 944受阻胺光稳定剂和得自普立万公司(PolyOne Corp)的1％的POLYONETM No.CC10054018WE蓝颜料，用于帮助评价较大尺寸纤维在幅材中的分布。将得到的蓝色聚合物共混物送入得自康普顿与诺尔斯公司的戴维斯标准司(Davis Standard Divisionof Crompton & Knowles Corp)的Model 20 DAVIS STANDARDTM型2英寸(50.8mm)单螺杆挤出机。挤出机长60英寸(152cm)，长度/直径比率为30/1。使用得自埃克森美孚公司(Exxon Mobil Corporation)的具有熔流指数为1475的EXXON PP3746聚丙烯形成较小尺寸纤维，已向其中加入了0.8％的CHIMASSORB 944受阻胺光稳定剂。这后面的聚合物为白色，将其送入得自康普顿与诺尔斯公司的戴维斯标准司的KILLIONTM 0.75英寸(19mm)单螺杆挤出机。使用得自泽尼泵业公司(Zenith Pumps)的10立方厘米/转的ZENITHTM熔体泵，将每种聚合物流计量送入20英寸(50.8cm)宽的钻孔熔吹模具中的分开的模具腔体中，所述熔吹模具具有0.015英寸(0.38mm)直径的孔，间距为25孔/英寸(10孔/厘米)，交替的孔由每个模具腔体供料。受热空气在模具顶端缩束纤维。气刀采用0.010英寸(0.25mm)正削减值和0.030英寸(0.76mm)气隙。从幅材形成点处开始，通过中等目数的收集器筛网抽吸中度的真空。来自挤出机的聚合物的输出速率为1.0磅/英寸/时(0.18千克/厘米/时)，DCD(模具到收集器的距离)为22.5英寸(57.2cm)，根据需要调节收集器速度以形成基重208克/平方米的幅材。根据需要通过改变挤出流速、挤出温度和受热空气的压力实现20μm的目标EFD。通过调节来自每个挤出机的聚合物速率制备出具有75％较大尺寸纤维和25％较小尺寸纤维的幅材。按美国专利No.5,496,507(Angadjivand等人‘507)中提出的技术用蒸馏水对幅材进行水充电并允许其干燥。下面表4A中示出13.8厘米/秒面速度下平幅材的基重、厚度、EFD、格利刚度、初始压降、NaCl初始渗透率和品质因子QF：
表4A
  基重，克/平方米   208
  厚，mm   4,49
  EFD，μm   20.3
  格利刚度，mg   889
  13.8厘米/秒面速度下的压降(NaCl)，mm H2O   2.9
  13.8厘米/秒面速度下的NaCl初始渗透率，％   4.1
  品质因子，QF，mm-1 H2O(NaCl)   1.10
采用实例2的一般方法(但采用11mm的褶皱间距)，将幅材形成褶皱滤芯，使褶皱稳定化，过滤器用一体式硬纸板框进行加框，在300英尺/分(1.52米/秒)面速度下测试滤芯的初始压降和初始分级效率。初始压降为0.831英寸(21.1mm)H2O。各个尺寸范围的结果在下表4B中示出。
表4B
  尺寸范围，μm   初始分级效率，％
  0.3-0.4   92.0
  0.4-0.55   95.6
  0.55-0.7   98.1
  0.7-1.0   99.1
  1.0-1.3   99.6
  1.3-1.6   99.7
  1.6-2.2   99.8
  2.2-3.0   99.9
  3.0-4.0   99.9
  4.0-5.5   100.0
  5.5-7.0   100.0
  7.0-10.0   100.0
表4B中的结果示出此过滤器的平均初始亚微米效率为96.2％。
实例5
采用美国专利No.6,319,865 B1(Mikami)的比较例3的方法，使用10英寸(25.4cm)宽钻孔模具制备幅材，所述钻孔模具的顶端已经过修改以形成较大和较小尺寸孔的行。较大孔具有0.6mm直径(Da)，较小孔具有0.4mm直径(Db)，孔径比R(Da/Db)为1.5，每对较大孔之间有5个较小孔，孔以30孔/英寸(11.8孔/厘米)间隔开。使用具有50mm直径螺杆和10cc熔体泵的单螺杆挤出机向模具供应100％ TOTAL 3868聚丙烯。模具还具有0.20mm气缝宽度、60°喷嘴棱角和0.58mm的气唇开口。使用以1至50米/分移动的细目筛网收集纤维。其它操作参数在下表5A中示出：
表5A
  参数   值
  聚合物熔融流动速率   37MFR
  挤出机圆筒温度   320℃
  螺杆速度   8rpm
  聚合物流速   4.55千克/时
  模具温度   300℃
  DCD   200mm
  模具空气温度   275℃
  模具空气速率   5标米3/分
  较大孔直径Da   0.6mm
  较小孔直径Db   0.4mm
  孔径比R(Da/Db)   1.5
  每个较大孔的较小孔数目   5
  纤维平均直径，μm   2.44
  纤维直径的标准偏差，μm   1.59
  纤维最小直径，μm   0.65
  纤维最大直径，μm   10.16
  EFD，μm   9.4
  夹杂物   很多
采用上述操作参数，没有得到不含夹杂物的幅材。就算不含夹杂物的幅材已形成，观察到的有效纤维直径值恐怕很可能小于上面记录的9.4μm值。但仍通过改变收集器速度制备了四个不同基重的含夹杂物的幅材；即60、100、150和200克/平方米。
图15是200克/平方米幅材的质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图。幅材在2和7μm处呈现模态。局部峰也出现在4和10μm处。4μm处峰的高度不大于纤维尺寸小2μm和大2μm处的高度，并且不代表某种模态，10μm处峰不具有比纤维尺寸小2μm处大的高度，并且不代表某种模态。如图15所示，幅材没有大于10μm的较大尺寸纤维模态。
已确定通过使用较高熔流指数的聚合物和提高DCD值可以减少夹杂物。使用得自道达尔石化公司的100％TOTAL3860X 100熔融流动速率聚丙烯和采用下表5B中示出的操作参数，通过改变收集器速度形成了60、100、150和200克/平方米的夹杂物显著减少的幅材。与采用表5A操作参数制备幅材的情况相比，此处得到的幅材中直径大于10μm的纤维相当多。
表5B
  参数   值
  聚合物熔融流动速率   100MFR
  挤出机圆筒温度   320℃
  螺杆速度   8rpm
  聚合物流速   4.55千克/时
  模具温度   290℃
  DCD   305mm
  模具空气温度   270℃
  模具空气速率   4.4标米3/分
  较大孔直径Da   0.6mm
  较小孔直径Db   0.4mm
  孔径比R(Da/Db)   1.5
  每个较大孔的较小孔数目   5
  纤维平均直径，μm   3.82
  纤维直径的标准偏差，μm   2.57
  纤维最小直径，μm   1.33
  纤维最大直径，μm   20.32
  EFD，μm   13.0
  夹杂物   不很多
图16是200克/平方米幅材的质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图。幅材在4、10、17和22μm处呈现模态。局部非模态峰也出现在8和13μm处。图17是同一200克/平方米幅材的纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图。
还已确定通过使用每个较大孔的较小孔数目大于Mikami等人所述之模具可以减少夹杂物。还使用TOTAL 3868和TOTAL 3860X聚合物和不同的10英寸(25.4cm)宽钻孔模具制备了60、100、150和200克/平方米的具有最少夹杂物的幅材。此后一种模具的模具顶端已被修改以形成较大和较小尺寸孔的行，其中较大孔之间的较小孔数目比Mikami等人所公开的更大。较大孔具有0.63mm直径(Da)，较小孔具有0.3mm直径(Db)，孔径比R(Da/Db)为2.1，每对较大孔之间有9个较小孔，孔以25孔/英寸(9.8孔/厘米)间隔开。使用具有50mm直径螺杆和10cc熔体泵的单螺杆挤出机向模具供应聚合物。模具还具有0.76mm气缝宽度、60°喷嘴棱角和0.86mm的气唇开口。使用以1至50米/分移动的细目筛网和采用下表5C中示出的操作参数收集60、100、150和200克/平方米的幅材：
表5C
Figure A20078002857300491
图18是200克/平方米100 MFR幅材的质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图。幅材在15、30和40μm处呈现模态。图19是同一200克/平方米幅材的纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图。
现已描述了本发明的一些实施例。然而应当理解，在不脱离本发明的情况下可以做出多种修改。因此，其它实施例也属于以下权利要求书的范围之内。

Claims (38)

1.一种制备褶皱过滤器的方法，所述方法包括：
a)形成单组分单层非织造幅材，所述单组分单层非织造幅材包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物，所述幅材具有至少100mg的格利刚度，
b)在所述非织造幅材中形成数行褶皱，以及
c)将所述褶皱的幅材切成所需的尺寸和形状以形成包括多孔单组分单层纤维基质的自支承褶皱滤芯，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，以及在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亚微米效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现约10至约50μm的较大尺寸纤维模态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现约10至约40μm的较大尺寸纤维模态。
4.根据权利要求1所述的方法，其中质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现约1至约5μm的较小尺寸纤维模态和约12至约30μm的较大尺寸纤维模态。
5.根据权利要求1所述的方法，其中纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现至少两种模态，其相应的纤维尺寸相差至少50％的所述较小纤维尺寸。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述较大尺寸纤维具有约10至约60μm的尺寸，所述较小尺寸纤维具有约0.5至约20μm的尺寸。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述较大尺寸纤维具有约20至约50μm的尺寸，所述较小尺寸纤维具有约0.5至约10μm的尺寸。
8.根据权利要求1所述的方法，其中较小尺寸纤维数与每一较大尺寸纤维的比率为6∶1或更大。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述较小尺寸纤维形成所述幅材至少20％的纤维表面积。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述较小尺寸纤维形成所述幅材至少40％的纤维表面积。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有约8至约40μm的有效纤维直径。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有约65至约250克/平方米的基重。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有至少约200mg的格利刚度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述幅材具有至少约300mg的格利刚度。
15.根据权利要求1所述的方法，其包括熔纺较大和较小尺寸的纤维。
16.根据权利要求1所述的方法，其包括熔纺较大尺寸的纤维和熔喷较小尺寸的纤维。
17.根据权利要求1所述的方法，其包括熔喷所述较大和较小尺寸的纤维。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物为聚丙烯。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述褶皱滤芯具有至少约25％的平均初始亚微米效率。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述褶皱滤芯具有至少约50％的平均初始亚微米效率。
21.根据权利要求1所述的方法，其还包括压延所述幅材。
22.根据权利要求1所述的方法，其还包括使所述幅材带电。
23.根据权利要求21所述的方法，其包括对所述幅材进行水充电。
24.一种褶皱过滤器，其包括自支承多孔单组分单层基质，所述多孔单组分单层基质包含由相同聚合物组合物的较大尺寸与较小尺寸的连续单组分聚合物纤维混杂的双模态质量分数/纤维尺寸混合物，所述纤维在至少一些纤维交叉点处彼此粘结，所述基质形成数行折叠或波状褶皱，并在1.52米/秒的面速度下具有至少15％的平均初始亚微米效率。
25.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现约10至约50μm的较大尺寸纤维模态。
26.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现约10至约40μm的较大尺寸纤维模态。
27.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中质量分数与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现约1至约5μm的较小尺寸纤维模态和约12至约30μm的较大尺寸纤维模态。
28.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中纤维支数(频率)与以μm表示的纤维尺寸之间关系的柱状图呈现至少两种模态，其相应的纤维尺寸相差至少50％的所述较小纤维尺寸。
29.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述较大尺寸纤维具有约10至约60μm的尺寸，所述较小尺寸纤维具有约0.5至约20μm的尺寸。
30.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述较大尺寸纤维具有约20至约50μm的尺寸，所述较小尺寸纤维具有约0.5至约10μm的尺寸。
31.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中较小尺寸纤维数与每一较大尺寸纤维的比率为6∶1或更大。
32.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述较小尺寸纤维形成所述基质至少20％的纤维表面积。
33.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述较小尺寸纤维形成所述基质至少40％的纤维表面积。
34.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述基质具有约65至约250克/平方米的基重。
35.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述较大和较小尺寸纤维为熔纺。
36.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述较大尺寸纤维为熔纺，所述较小尺寸纤维为熔喷。
37.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述较大和较小尺寸纤维为熔喷。
38.根据权利要求24所述的褶皱过滤器，其中所述聚合物为聚丙烯。
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