CN1458855A - 具有沟槽介质结构的空气过滤装置及其过滤方法 - Google Patents

Abstract

过滤装置包括用沉积的细纤维处理的沟槽介质形式的阻挡介质。该介质在高温(大于140－240°F)下特别有利。这种系统可包括发动机系统、燃气轮机系统、以及燃料电池系统。过滤装置可采用具有圆形截面或跑道形截面的介质组件，或者成型为板式结构形式的介质组件。

Description

具有沟槽介质结构的空气过滤装置及其过滤方法

本申请是于2001年8月10日以Donaldson股份有限公司的名义(该公司是美国公司及居民)提交的PCT国际专利申请，指定除美国以外的所有国家，并要求2000年9月5日提交的美国Serial No.60/230,138和2001年5月31日提交的美国Serial No.09/871,590的优先权。

                               技术领域

本发明涉及过滤装置及其过滤方法。更具体地说，本发明涉及用来从气流，例如空气流中过滤颗粒物质的装置。本发明还涉及用来按照要求从气流中除去颗粒物质的方法。

本发明是本发明的受让人明尼苏达州Minneapolis的Donalson股份有限公司不断开发的成果。本公开内容涉及与美国专利B2 4,720,292、Des 416,308、5,613,992、4,020,783和5,112,372的主题相关的连续的技术开发。上述各专利也归明尼苏达州Minneapolis的Donalson股份有限公司所有，各专利的全部内容参考结合于此。

本发明还涉及过滤器，该过滤器包括一个基底，其上面具有由能耐热、湿气、反应性物质和机械应力等环境稳定性的聚合物材料制得的细纤维层。这些材料可用来形成具有改善的稳定性和强度的细纤维，如微米纤维和纳米纤维。随着纤维尺寸的减小，材料的经久性日益成为一个问题。这些细纤维可用于各种用途。在一个用途中，过滤器的结构可使用该细纤维技术来制备。本发明涉及聚合物、聚合物组合物、纤维、过滤器、过滤器结构和过滤方法。本发明的应用特别涉及从流体流，例如从气流和液(例如，非水和水)流中过滤颗粒。描述的技术涉及在过滤介质中具有一层或多层细纤维的结构。组合物及纤维的尺寸要结合其性能和经久性来进行选择。

                               背景技术

气流中经常载有颗粒物质。在许多情况下，需要从气流中除去一部分或者全部的颗粒物质。例如，进入机动车或发电装置的发动机中的气流、导入燃气轮机中的气流、以及进入各种焚烧炉中的气流中经常包括颗粒物质。如果颗粒物质进入各种装置的内部部件中，它会对这些装置造成实质性的损坏。所以，经常需要从发动机、燃气轮机、炉或其它装置进入的气流中除去所含颗粒物质。

本发明涉及具有改善性能的聚合物组合物，它可用于各种用途，包括形成纤维、微米纤维、纳米纤维、纤维织物、纤维垫、可渗透的结构如薄膜、包层或膜。本发明的聚合物材料是具有一定物理性质的组合物，它让呈各种物理形状及形式的聚合物材料具有对湿气、热量、空气流、化学品和机械应力或冲击的变质作用的抵抗性能。

在制造细纤维介质的过程中，使用了各种材料包括玻璃纤维、金属、陶瓷以及一系列聚合物组合物。各种纤维成形方法或技术已经用于小直径微米纤维和纳米纤维的制造。一种方法包括使熔融的或在随后要蒸发的溶液中的物质通过细毛细管或开口。纤维也可通过使用一般用来生产合成纤维如尼龙的“喷丝头”来形成。也已知静电抽丝的方法。这些技术包括使用皮下注射针、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，该溶液随后被高压静电场吸引到收集区内。随着物质从发射器中拉出并加速通过静电区，纤维变得非常细并且可通过溶剂蒸发形成纤维结构。

随着对于过滤介要求预期有更为迫切的用途，需要性能显著提高的材料来承受100-250°F、经常是140-240°F直到300°F的高温、10％-90％直至100％RH的高湿度、气体和液体的高流量，以及过滤微米及亚微米颗粒(约0.01至10微米以上)，并从流体流中除去研磨性和非研磨性以及反应性和非反应性颗粒。

因此，实质上需要能提供用来过滤具有高温、高湿、高流量和所述微米及亚微米颗粒物质流的改善的性能的聚合物材料、微米及纳米材料和过滤器结构。

业已开发了用来除去颗粒的各种空气过滤器或气体过滤器装置。可是，一般而言，总是在追求不断的改进。

                               发明内容

本文中提供了用于空气净化器装置的设计及用途的一般技术。这些技术包括最优过滤部件设计，以及用途和过滤的最佳方法。

一般而言，最佳用途涉及空气过滤器中Z形介质，包括基底和细纤维的复合物的应用的优点。

过滤介质组件包括在机械稳定的过滤器结构中至少一个微米或纳米纤维层与基底材料的结合。当流体如气体或液体通过过滤介质时，这些层一同提供了极好的过滤性、较高的颗粒捕获性能、以及在最低流量限制时的效率。基底可设置在流体流的前面、后面或内层中。不管过滤器的几何形状如何，纤维可位于过滤器基底的前面、背面、或两面上。纤维通常位于基底的前面上。但是在有些用途中也可在基底的背面上。在有些用途中，使用双面结构。近年来，各种工业方法受到了极大的关注，例如，它们使用过滤介质从流体如气体或液体中过滤除去不需要的颗粒。普通的过滤方法从流体，包括空气流或其它气体流中或者从液体流如液压机流体、润滑油、燃料油、水流或其它流体中除去颗粒。这些过滤方法对微米纤维和基底材料的机械强度、化学和物理稳定性有要求。该过滤介质可暴露在宽范围的温度条件、湿度、机械振动和冲击、以及流体流中夹带的反应性和非反应性、磨损性和非磨损性颗粒中。正常运行时，过滤器通常是在室温或接近室温或者稍高温度的空气中。当发动机运行异常或者在长期运行后熄火时，过滤器可处于较高的温度。如果发动机不运行，则空气不通过过滤器。过滤器会很快达到罩壳温度。此外，过滤介质经常需要将过滤介质暴露在反向压力脉冲(流体流的短时间反转用以除去颗粒的表面层)作用下的自净能力或者能从过滤介质表面除去夹带的颗粒的其它净化装置。在脉冲净化之后，该反转净化能导致实质性地改善即减小压力降。颗粒的捕获效率一般不能在脉冲净化之后改善，但是脉冲净化会减小压力降，从而节约用于过滤操作的能量。为了使这些过滤器运行，可将其中的过滤介质除下，置于水或非水净化组合物中清洗。该介质通常通过抽出细纤维，然后在多孔基底上形成微米纤维的连结织物来制造。在抽丝过程中，纤维之间可形成物理结合，使纤维垫子连结为完整的层。然后，该材料可构成所需的过滤器形式，如筒、平盘、罐、盘、袋和盒。在这些结构中，介质可充分地打褶、辊压或以其它方式设置于支撑结构上。

本文中描述的过滤装置可广泛地应用于各种用途，包括例如除尘、空气压缩机、路上汽车及越野车发动机、燃气轮机系统、发电机如燃料电池以及其它。

                               附图说明

图1显示一个典型的用来制造本发明的细纤维的静电发射器驱动设备。

图2显示图1所示的细纤维成形工艺中的设备，用来将细纤维引到过滤器基底上。

图3是对支撑材料的典型内部结构的显示，图中有微小的即2和5微米颗粒物质作为对比，还分别显示细纤维材料。

图4-11是与实施例13有关的分析ESCA能谱。

图12示出实施例5的本发明的0.23和0.45微米纤维材料的稳定性。

图13-16示出与未改性的尼龙共聚物溶剂可溶聚酰胺相比，实施例5和6的改善温度及湿度稳定性。

图17-20证明了两种共聚物(尼龙均聚物和尼龙共聚物)的混合物经热处理并与添加物混合后，就形成一种单组分材料，它不显示两种分离的聚合物材料的可区别特征，但是显示出交联或者以其它方式化学结合的单相。

图21是其中可利用本发明公开的空气净化器的发动机系统的示意图；

图22是可利用于图21所示系统的过滤部件的一个实施方式的透视图；

图23是可用于图22装置中的部分过滤介质(Z-介质)的透视图；

图24是安装在外壳中的图22所示的过滤部件的截面示意图；

图25是用于图22的过滤器的部件的密封系统中的可压缩密封部件的一个实施方式的局部的扩大的示意图；

图26是可用于图21的发动机系统中的过滤部件的另一个实施方式的透视图；

图27是安装于外壳内的图26的过滤部件的截面示意图；

图28是可用于图21的发动机系统的过滤部件和外壳的另一个实施方式的分解透视图；

图29是其中可使用本发明公开的过滤部件的燃气轮机的示意图；

图30是可用于图29所示燃气轮机空气进入系统的过滤部件的一个实施方式的透视图；

图31是安装在管板内并具有安装在图30的过滤部件前面的预滤器的图30所示过滤部件的后视图；

图32是图31的空气过滤装置沿线12-12的扩大的局部截面图；

图33是其中可利用本发明公开的过滤部件的微燃气轮机系统的示意图；

图34是呈装配状态的在可操作的装置中用以净化进入燃气轮机系统的气体的过滤部件的截面图，该截面是沿图35的线14-14；

图35是呈未装配状态的图34的过滤装置的分解侧视图；

图36是显示密封在过滤器外壳中的过滤部件的局部截面图；

图37是其中可利用本文公开的过滤部件的燃料电池系统用的空气进口示意图；

图38是可用于图37的燃料电池的空气进入系统的过滤装置的截面图；

图39是可用于空气进入燃料电池系统中的过滤装置的另一个实施方式的截面图。

                             具体实施方式A. 微米纤维或细纤维聚合物材料

本发明提供了性能改善的聚合物材料。该聚合物具有改善的物理和化学稳定性。聚合物细纤维(微米纤维和纳米纤维)可形成有用的产品形式。纤维的直径约为0.001-10微米，约为0.005-5微米，约为0.01-0.5微米。纳米纤维是直径小于200纳米即0.2微米的纤维。微米纤维是直径大于0.2微米，但是不大于10微米的纤维。

该细纤维可制成改进的多层微滤介质结构。本发明的细纤维层中是随机分布的细纤维，它们能结合形成连结织物。过滤的进行很大程度上是细纤维阻碍了颗粒通道的结果。附着细纤维的基底提供了硬度、强度、可折叠能力等结构性能。细纤维连结网络具有重要的特征，如呈微米纤维或纳米纤维形式的细纤维之间较小的空隙。在层中这些纤维之间的空隙一般约为0.01-25微米或者通常是约0.1-10微米。过滤产物在适当选择的基底上有细纤维层，该基底例如是合成层、天然层或混合的天然/合成基底。加入的细纤维的厚度小于5微米，通常小于3微米。在某些用途中，对总的细纤维加基底过滤介质，细纤维加上的厚度约为1-10或者1-5细纤维直径。在使用中，过滤器可防止所带颗粒通向基底或者通过细纤维层，并且能获得截留颗粒的相当大表面负载。这些包含灰尘或其它附带颗粒的颗粒很快地在细纤维表面上形成尘饼，并维持较高的除去颗粒的起始效率及总体效率。即使对于颗粒尺寸约0.01-1微米的较细的污染物，包含细纤维的过滤介质也有非常高的灰尘容量。

本文中公开的聚合物材料具有实质上改善地对不利效应，如热量、湿度、高流量、反向脉冲净化、操作磨损、亚微米颗粒、使用时过滤器净化以及其它苛刻条件的耐受性。改善的微米纤维和纳米纤维的性能是形成微米纤维或纳米纤维的聚合物材料性能改善的结果。此外，在磨损性颗粒和没有松散纤维或原纤维的平滑外表面存在条件下，使用本发明的改善的聚合物材料的过滤介质提供了一些有利的特征，包括较高的效率、较低的流动限制、高经久性(对于应力或对于环境的)。

聚合物可以是加聚物、缩聚物或者它们的混合物。本发明的一种较佳方式是个包含第一聚合物和第二、但是不同的聚合物(聚合物的类型、分子量或物理性质不同)的聚合物混合物，它在升高的温度下进行了处理。聚合物混合物可反应形成一个单一化学物质或者可通过退火过程物理地结合成混合的组合物。退火是指物理变化，像结晶度、应力弛豫或取向上的变化。较佳的材料是化学反应成一个单一聚合物质，使差式扫描量热计分析揭示其为单一聚合物材料。该材料与较佳的添加剂材料混合时能在微米纤维上形成添加剂的表面覆层，从而提供了与高温、高湿或困难的操作条件的相关的疏油性、疏水性或其它相关的改善的稳定性。该类材料的细纤维的直径可为0.001-10微米。有用的直径包括0.001-2微米、0.005-5微米、0.01-5微米，随结合基底、用途而定。这些微米纤维可具有包含添加剂材料相并层或者加成材料外涂层的平滑表面，该添加剂材料在聚合物表面上部分溶解或形成合金，或者同时两种情况都有。混合聚合系统中使用的较佳的材料包括：尼龙6、尼龙66、尼龙6-10、尼龙(6-66-610)共聚物和其它线型的通常是脂肪族尼龙组合物。用端基滴定法分析了一种较佳的尼龙共聚物树脂(SVP-651)的分子量(J.E.Walz和G.B.Taylor著“尼龙分子量的测定”，化学年报Vol.19，Number 7，第448-450页(1947))，其数均分子量(M_n)为21,500-24,800。组合物通过约45％的尼龙6、约20％的尼龙66和约25％的尼龙610等三种组分尼龙的熔融温度的相图来评价(Melvin Kohan等人著“尼龙塑料手册”第286页，Hanser出版社，纽约(1995))。

报道的SVP 651树脂的物理性质是：

性质	ASTM法	单位	典型值
				比重	D-792	-	1.08
吸水性(24小时浸没)	D-570	％	2.5
				硬度	D-240	Shore D	65
熔点	DSC	℃(°F)	154(309)
				拉伸屈服强度	D-638	MPa(kpsi)	50(7.3)
断裂伸长率	D-638	％	350
				弯曲模量	D-790	MPa(kpsi)	180(26)
体积电阻系数	D-257	ohm-cm	1012

水解度为87-99.9+％的聚乙烯醇可用于这些聚合物系统中。它们最好是交联的。它们最好是交联的，并与充分量的疏油和疏水添加剂材料结合。

本发明的另一个较佳的方式涉及用加成组合物结合单一聚合物材料，以改善纤维的寿命或操作性能。用于本发明的这一方面的较佳聚合物包括：尼龙聚合物、聚偏二氯乙烯聚合物、聚偏二氟乙烯聚合物、聚乙烯醇聚合物，特别是当这些所列材料与较强疏油和疏水添加物结合时，使用添加剂材料可在细纤维表面上形成微米纤维或纳米纤维的涂层。再者，这些聚合物的混合物，如这些尼龙的混合物、这些聚偏二氯乙烯的聚合物、聚偏二氟乙烯聚合物的混合物可用于本发明中。此外，本发明也可考虑不同聚合物的混合物或合金。在这方面，聚合物的相容混合物可用来形成本发明的微米纤维材料。可使用例如氟表面活性剂、非离子表面活性剂、低分子量树脂(例如分子量低于约3000的叔丁基酚醛树脂)的加成组合物。该树脂以在没有亚甲基桥联基团的条件下在苯酚核之间的低聚键合为特征。羟基和叔丁基的位置可随机在环的周围。苯酚核之间的键合总是紧邻羟基发生，不是随机的。类似地，聚合物材料可与由双酚A形成的醇可溶的非线性聚合树脂结合。该材料与上述叔丁基酚树脂类似，因为它是在不存在桥联基团如亚烯基或亚甲基的条件下，使用低聚键直接将芳香环互相接触连接而形成的。

本发明的较佳聚合物系统具有粘着特性，使之在与纤维质基底接触时，以足够的强度粘着在基底上，从而牢固地结合在所述基底上并且可以抵抗逆向脉冲净化技术和其它机械应力的脱层作用。在这种方式中，所述聚合物材料必须一直粘着在基底上，同时能经受基本上相当于除了逆向经过过滤结构以外的常规过滤条件的脉冲净化输入。当纤维与基底接触或者用热或压力后处理基底上的纤维时，这种粘着可由纤维成形的溶解效应产生。但是，聚合物特性，例如类似于氢键的特殊化学相互作用、Tg以上或者以下发生的聚合物和基底之间的接触、以及包含添加剂的聚合物组成，看上去在决定粘着时起重要的作用。在粘着时用溶剂或水蒸汽增塑的聚合物可以提高其粘着力。

本发明的一个重要方面是利用该微米纤维或者纳米纤维形成过滤结构。在这种结构中，本发明的细纤维材料形成并粘着在过滤基底上。可以使用天然纤维和合成纤维基底，如纺粘织物、合成纤维的非织造物以及由纤维质、合成和玻璃纤维的混和物制成的非织造物；非织造和机织的玻璃纤维织物；塑性网状材料如挤出和冲孔材料；有机聚合物的UF和MF薄膜。然后将片状基底或者纤维质非织造织物制成过滤结构，将其置于包括空气流或者液流的流体中用于除去流体中悬浮或者夹带的颗粒。所述过滤材料的形状和结构要合乎设计工程师的要求。过滤部件形成之后的一个重要参数是其对热量、湿度或者两者的耐受性。本发明的过滤介质的一个方面是对过滤材料耐受长时间浸没在温水中的能力的测试。浸没测试可以提供关于细纤维耐受湿热环境以及耐受在主要含有强净化表面活性剂和强碱性材料的水溶液中的净化能力的有价值的信息。较佳地，本发明细纤维材料可以耐受浸没在热水中，而保留至少30％、最好是50％的形成于基底表面上的细纤维。保留至少30％、最好50％的细纤维可以维持足够的纤维效率，而不损失过滤容量，也不增加背压。最好的是保留至少75％。一般的细纤维过滤层的厚度约为基重约0.01-240mg/cm²的纤维直径的1-100倍。

流体如空气和气流中经常携带有颗粒物质。需要除去流体中的一些或者所有的颗粒物质。例如，进入机动车厢的空气流，电脑磁盘驱动器中的空气，HVAC空气，飞机机舱换气，净化房间换气以及过滤袋、阻挡织布、织造材料的用途、进入机动车或发电设备发动机的空气，导入燃气轮机的气流，和进入各种燃烧炉中的所有这些空气流中经常包含颗粒物质。车厢空气过滤器是为了使乘客舒适和/或美观而除去颗粒物质。至于进入发动机、燃气轮机和燃烧炉中的空气和气流，需要除去颗粒物质是因为颗粒会对包括各种机构的内部工件产生实质性的损害。在其它情况下，来自工业过程或者发动机的生产气或者排出气中可含有颗粒物质。在能够或者应该将这些气体经各种下游设备排入大气之前，需要充分除去这些流体中的颗粒物质。

考虑以下过滤介质的类型：表面负载介质和深度介质，可以对空气过滤器设计的一些基本原理和问题有一般的认识，对各种这些类型的介质已经作了很好的研究并已经广泛地使用。例如，在美国专利No.5,082,476、5,238,474和5,364,456中说明了和它们有关的某些原理。将这三个专利的全部公开内容参考结合于此。

过滤器的“寿命”通常根据选定的过滤器的限制压力降来定义。通过过滤器的压力增加将寿命限定在应用或设计的限定水平上。由于这种压力增加是负载的结果，对相同效率的系统来说，较长的寿命一般直接与较高的容量相关。效率表征着介质捕获颗粒而不是放过颗粒的倾向。明显地，通常过滤介质从气流中除去颗粒的效率越高，过滤介质一就越快地接近“寿命”压力降(假定其它变量保持恒定)。

                       某些附图的详细说明

单元中的微米纤维或者纳米纤维可由静电抽丝法形成。在图1中示出了用于形成纤维的适宜装置。该装置包括其中装有形成细纤维的聚合物溶液的储槽80、泵81以及将聚合物溶液泵出的旋转型发射装置或发射器40。发射器40通常由旋转接头41、包含许多偏置孔44以及用于连接前置的面部件和旋转接头的轴43的旋转部件42。旋转接头41用于将聚合物溶液通过中空轴43引到前置的面部件42中。孔44沿着所述前置面部件42的周边间隔分布。供选择地，旋转部件42可以浸没在由储槽80和泵81进料的聚合物储槽中。然后，旋转部件42从储槽中获得聚合物溶液，并且当它在静电场中旋转时，溶液液滴就会如下所述被静电场加速，飞向收集介质70上。

面对发射器40但与之留有间隔的是充分平的栅格60，其上固定有收集介质70(即基底或结合基底)。空气可从栅格中抽出。收集介质70绕着固定在栅格60两端的滚筒71和72移动。使用适当的静电电压源61以及分别连接于栅格60和发射器40的连线62和63，在发射器40和栅格60之间保持高的静电电势。

在使用中，将聚合物溶液从储槽80抽入旋转接头41或者储槽中。前置面部件42旋转，此时液体离开孔44或者从储槽中抽出，并从发射器的外缘向固定在栅格60上的收集介质70移动。具体地说，栅格60和发射器40之间的静电电势使物料带上电荷，导致液体作为细纤维从中发射出来，抽入栅格60并收集在基底12或效率层14上。对于溶液中的聚合物，在他们飞向栅格60时，纤维上的溶剂蒸发去掉；因此，纤维达到基底12或效率层14。粘结在基底纤维上的细纤维首先碰到栅格60。选择静电场强度以确保当聚合物材料从发射器向收集介质70加速时，该加速度足以使聚合物原料形成很细的微米纤维或者纳米纤维结构。提高或降低收集介质的移动速度，可以在形成介质上沉积更多或者更少的纤维，由此控制其上沉积的各层的厚度。旋转部件42可具有各种有益的位置。旋转部件42可以置于与收集介质70的表面垂直的旋转面上，或者定位在任意角度上。旋转介质可以平行定位，或者稍微偏离平行定向。

图2是用于在片状基底或者介质上形成一层细纤维的装置和方法的普通示意图。在图2中，片状基底在装置20上由卷展开。然后，片状基底20a被导向接合装置21，在这里为进行连线操作将许多段基底接合起来。连续长度的片状基底再导向包括图1的抽丝工艺装置的细纤维工艺装置22，该抽丝装置形成细纤维并将细纤维沉积在片状基底上形成过滤层。在形成区域22中的片状基底上形成细纤维层之后，细纤维层和基底导向热处理装置23进行适当的处理。然后在效率监控器24中测试片状基底和细纤维层，并且如果需要的话，在辗平装置25中辗平。然后，将片状基底和纤维层导向适当的卷绕装置，将其卷绕在适当的锭子上，供进一步的处理26和27。

图3是显示直径约为2和5微米的普通的灰尘颗粒与在普通纤维介质和普通细纤维结构中孔隙尺寸对比关系的扫描电子显微图。在图3A中，显示了在孔隙明显大于普通颗粒直径的纤维介质33中的2微米颗粒31和5微米颗粒32。与之形成鲜明对比的是，在图3B中，2微米颗粒31近似等于或大于在细纤维织物35中纤维之间一般的孔隙，而5微米颗粒32大于细纤维织物35中的所有孔隙。

上文中对本发明聚合物材料的各个方面进行了一般性描述、包括微米纤维和纳米纤维的本发明的细纤维材料以及得自本发明细纤维材料的有用的过滤结构的构造，提供了对本发明操作的普通技术原理的了解。以下具体的例举材料是可用于形成本发明的细纤维材料的材料的例子，且以下材料公开了最好的方式。以下例举的材料用下述特征和工艺条件来制造。小于10微米的较小直径纤维的静电抽丝通过使用得自强电场的用作拉力的静电力来得到，将聚合物喷射流拉伸成细丝。可在静电抽丝过程中使用聚合物熔体，可是，小于1微米的纤维最好由聚合溶液制得。随着聚合物抽成较小的直径，溶剂蒸发并造成纤维尺寸的减小。溶剂的选择由于几个原因很重要。如果溶剂干燥太快，则纤维会变得平坦且直径较大。如果溶剂干燥太慢，则溶剂将重复溶解形成的纤维。因此，干燥速度与纤维成形的匹配是很重要的。在较高的制造速度下，大量的废气流有助于预防可燃气氛，并减少火灾的危险。不燃的溶剂是适用的。在生产环境中，生产设备需要时或进行净化。安全的低毒性溶剂将工人暴露在有害化学品下的几率减至最小。静电抽丝可在每发射器的流量为1.5ml/分钟、目标距离为8英寸、发射器电压为88kV、发射器rpm为200，以及相对湿度为45％的条件下进行。

聚合物系统的选择对给定的用途很重要。对脉冲净化用途而言，极薄层的微米纤维有助于将压力降减至最小并提供外表面用来捕获和释放颗粒。优选直径小于2微米、最好是小于0.3微米的一薄层纤维。微米纤维和纳米纤维与它们沉积于其上的基底之间的良好的粘着很重要。当过滤器由基底与一薄层微米纤维和纳米纤维的复合物制成时，该复合物对于自净化应用是极好的过滤介质。重复反脉冲净化该表面，可更新过滤介质。由于在表面上施加着较大的力，对基底的粘着较差的细纤维会在从过滤器的内部经基底通向微米纤维的反脉冲作用下脱层。因此，微米纤维之间的良好的粘附以及基底纤维与静电抽丝纤维之间的良好粘着对成功的应用很重要。

满足上述需要的产品可使用由不同的聚合物材料制成的纤维来得到。具有良好粘着性能的细小纤维可由这些聚合物，如聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇，及包含各种尼龙，如尼龙6、尼龙4，6、尼龙6，6、尼龙6，10的聚合物和共聚物以及它们的共聚物制得。极好的纤维可由PVDF制得，但是要制成足够细小的纤维直径需要氯化的溶剂。尼龙6、尼龙66和尼龙6，10可进行静电抽丝。但是，溶剂如蚁酸、间甲酚、三氟乙醇、六氟异丙醇难以控制或者非常昂贵。优选的溶剂包括水、乙醇、异丙醇、丙酮和N-甲基吡咯烷酮，因为它们的毒性较低。对与这些溶剂系统相容的聚合物进行了广泛的研究。我们发现，由PVC、PVDC、聚苯乙烯、聚丙烯腈、PMMA、PVDF制得的纤维需要额外的粘着方式以达到结构性能。我们还发现，当聚合物溶解在水、乙醇、异丙醇、丙酮、甲醇以及它们的混合物中并且成功地制成纤维时，它们对基底具有极好的粘合性，由此制成极好的过滤介质适用于自净化应用。当过滤介质用于非常高的灰尘浓度时，通过空气反脉冲或缠绕的自净化是有用的。得自醇可溶聚酰胺和聚乙烯醇的纤维已成功地用于这些用途中。醇可溶聚酰胺的例子包括得自Henkel公司的Macromelt 6238、6239和6900，得自duPont公司的Elvamide8061和8063以及得自Shakespeare Monofilament公司的SVP 637和651。另一类醇可溶性聚酰胺是类型8尼龙、烷氧基烷基改性的尼龙66(参照纽约Hanser出版社1995年出版的Melvin Kohan等人著“尼龙塑料手册”第447页)。聚乙烯醇的例子包括得自日本Kuraray公司的PVA-217、224以及得自空气产品和化学品公司的Vinol 540。

我们发现，过滤器可能暴露在极限环境条件下。在沙特阿拉伯沙漠中的过滤器可能暴露在150°F或者更高的温度下。安装在印度尼西亚或者美国GulfCoast的过滤器可能暴露在90％RH以上的高湿以及100°F的高温下。或者，它们还可能暴露在雨中。我们已经发现，在移动装置如轿车、卡车、公共汽车、拖拉机以及施工设备的罩盖下使用的过滤器可能暴露在高温(+200°F)、高相对湿度以及其它化学环境中。我们已经开发了评价恶劣条件下微米纤维系统的耐受性的试验方法。将所述过滤介质样品浸泡在热水(140°F)中5分钟或者暴露在高湿度、高温以及空气流中。B. 有关空气净化器设计的一般原理

本文中，术语“空气净化器”用来指起去除空气流中颗粒物质的作用的系统。术语“空气过滤器”是指将载有颗粒的空气流通过滤介质来进行去除的系统。术语“过滤介质”或“介质”是指空气流经的材料或者材料的集合，此时在材料介质上或者其中沉积着颗粒污染物。术语“表面负载介质”或“阻挡介质”是指一种系统，在其中当空气流经所述介质时，颗粒物质主要沉积在所述介质的表面上，形成阻止颗粒进入或者穿过介质一定深度的滤饼。

本文中，术语“过滤部件”通常是指空气净化器中包括过滤介质的那个部分。一般来说，过滤部件设计为可拆卸并且可替换的空气净化器部件。也就是说，过滤介质由过滤部件携带，并且和空气净化器其余部分可以分开，由此可以通过除去已负载或者已部分负载的过滤部件，更换新的或者净化过的过滤部件，这样来周期性地更新空气净化器。较佳地，将空气净化器设计成可以用手进行除去和更换。本文中术语“负载”及类似术语是指空气净化器已经在线工作了足够长的时间，其上含有显著量捕获的颗粒。在许多情况下，在正常操作期间，由于其上的颗粒负载，过滤部件的重量会增加到原始重量的两倍或者三倍(或者更多倍)。

通常，对空气净化系统性能的说明，是优先由有关发动机的原来设备生产商(OEM)和/或卡车或其它有关设备的OEM作出的。虽然可以包括较宽范围的说明，但是一些主要性能指标如下：

1.发动机进气需求(额定流量)

2.初始限制

3.初始效率

4.平均或总体操作限制

5.总体效率

6.过滤器使用寿命

所述发动机进气需求是发动机尺寸即最大排气量和转速(rpm)、满负荷或者“额定”负荷的函数。它通常是排气量和额定转速的乘积，由反映燃气轮机功率、通道功率等的一个因素即容积效率来进行修正。通常，它是额定操作或者满负荷期间内，有关发动机或者其它系统单位时间内所需空气体积的量度。虽然进气需求根据转速而变化，但是进气需求对许多普通的卡车发动机来说，是在额定转速通常为1800rpm或者2100rpm条件下来定义的。在本文中，将使用“额定空气流量”或者类似术语来描述。通常，本文中所述的原理可以应用于与指明在很广额定值或要求范围操作的系统一起使用的空气净化器设备，该范围例如包括大约3-10,000立方英尺/分钟(cfm)、经常是50-500cfm的范围。该装置包括，例如小功率发动机(摩托车、割草机等)、汽车发动机、集装箱卡车和越野车发动机、小型卡车和运输车辆用发动机、公共汽车、高架卡车、农用机械(如拖拉机)、建筑机械、矿井机械、船用发动机、各种发电机发动机、以及某些情况下的燃气轮机和空气压缩机。

空气净化器的总体效率通常反映了在使用中流入空气净化器并被空气净化器截留的“可过滤”固体的量。它一般以在正常使用中流入空气净化器并被空气净化器截留的固体的重量百分数表示。对许多系统来说，可以使用SAE标准来评价和报道，所述技术在美国专利5,423,892第25栏60行～第26栏59行；第27栏，第1～40行中有说明。一般使用的标准是SAE J726，参考结合于此。

至于效率，发动机生产商和/或设备生产商的规定各不相同，在许多情况下，总体操作的效率要求(根据SAE J726或者实地试验)通常设定为99.5％或更高，一般为99.8％或更高。对空气流量要求为500cfm或以上的普通车辆发动机来说，99.8％或更高的总体平均值的规定是常见的。

初始效率是过滤器第一次在线使用时测定的过滤器效率。如美国专利5,423,892第27栏第1～40行所述，特别是使用常规皱纹滤纸(阻挡型或表面负载型)过滤器，起始效率通常远低于使用过程中的总体平均效率。这是因为在操作过程中这种过滤器表面存在的“尘饼”或者污染物提高了过滤器的效率。初始效率也经常由发动机生产商和/或车辆生产商规定。对于空气要求为500cfm或以上的普通车辆发动机，98％或以上(一般为98.5％或以上)的规定是常见的。

限制是指在操作过程中空气净化器或者空气净化器系统的压力差。导致这种限制的因素包括：空气流过的过滤介质、输送空气的导管尺寸以及空气流经空气净化器进入发动机时空气遇到或者围绕的结构特征。对空气净化器，初始限制通常是发动机生产商和/或设备生产商规定和要求的部分。这种初始限制是当具有干净的空气过滤器的系统开始在线运转并且在出现显著负载之前，空气净化器两端测得的压力差。通常，对任意给定系统的规定具有最大初始限制的要求。

通常，发动机和设备生产商根据对空气净化器效率的最大限制的规定来设计设备。如美国专利5,423,892第2栏第19～29行以及第6栏第47行、第7栏第3行报道的极限限制：对一般卡车发动机来说是约20～30英寸，经常约为25英寸水柱的压力降；对汽车内燃动机来说，约为20～25英寸水柱的压力降；对燃气轮机而言，通常约为5英寸水柱的压力降；对工业通风系统来说，通常约为3英寸水柱的压力降。

通常为了开发符合以上所述规定的类型的系统，一些和空气净化器设计有关的主要变量如下：

1.过滤介质类型、形状和效率

2.空气净化器的形状和结构

3.过滤部件尺寸

例如，常规纤维素纤维介质或者类似的介质通常是“阻挡”过滤器，例如滤纸型介质。通常，这种介质的操作是通过表面负载起作用的，即当空气流经介质时，介质表面起阻挡层或者筛子的作用，阻挡颗粒物质经过。一定时间后，在介质表面聚积形成灰饼，会提高介质的效率。一般来说，纤维结构的“致密性”或者“孔隙率”决定着系统的效率，尤其是初始效率。一定时间后，滤饼会影响(提高)其效率。

一般来说，这种介质通常由其渗透率来定义或规定的。介质的渗透率试验通常描述在美国专利5,672,399第19栏第27～39行中。一般来说，它是用来在所述材料、介质或者复合物的平板两端引起0.50英寸水柱压力差的介质面速度(空气速度)。本文所用的渗透率根据参考结合于此的ASTM D737由FrazierPerm进行测试，例如使用得自Frazier精密仪器有限公司的(该公司位于：Gaithersburg，Md.)的Frazier Perm试验仪或者通过某些类似仪器的试验方法来测试。

用于许多类的由Donaldson公司制造的额定空气流量为50cfm以上的卡车用发动机过滤器中的纤维素纤维介质的渗透率小于约15fpm，一般约为13fpm。一般来说，在发动机过滤器市场上，对于这种装置，各种渗透率值小于约25fpm、且一般在10～25fpm范围内的阻挡介质(折叠介质)已经被各部件生产商广泛地利用。

关于效率，其原理依根据所涉及介质的类型而异。例如，纤维素纤维或类似阻挡介质的效率通常随总的孔隙率或渗透率的变化而不同。C. 典型系统：发动机进气装置

图21中，系统的一般示意图为130。系统130是使用本文所述空气净化装置和结构的系统的一个实施例类型。在图21中，示意性地示出了具有某种所示额定空气流量要求例如至少370cfm的装置131，例如具有发动机132的车辆。装置131可以包括公共汽车、高架卡车、越野车、拖拉机或者航海装备如动力船。发动机132通过使用空气和燃料混合物为装置131提供动力。在图21中，显示了空气在进气区域133处抽入发动机132中。可以用的燃气轮机134用虚线显示，它的作用是促进空气流进入发动机132。具有介质组件136的空气净化器位于发动机132和燃气轮机134的前面。一般来说，在操作中，空气沿箭头137吸入空气净化器135中并流经介质组件136。在那里，颗粒和污染物从空气中除去。净化的空气沿箭头137流入进气口133。空气从那里进入发动机132，为车辆131提供动力。

在发动机系统中，在发动机运转过程中，根据操作条件，发动机罩下的温度一般至少为120°F，通常为140～220°F或者更高。这种温度会对过滤部件的操作效率产生不利的影响。排放规则会提高对发动机废气排放的限制，导致进一步增高温度。如上所述，将过滤介质制成阻挡介质和至少一个单层的复合物，在有些情况下，相比现有技术中不用这些介质复合物制成的过滤部件，多层“细纤维”可以提高过滤部件的性能(尤其是操作效率)。D. 空气净化器的例子

现转而看图22。图22是介质组件140第一实施方式的透视图。所示的较佳介质组件140包括过滤介质142和密封系统144。在较佳的结构中，过滤介质142设计为从通过过滤介质142的流体如空气中除去颗粒，而密封系统144设计为将介质组件140贴着外壳或导管的侧壁密封，如图24所示。

图22-25的该介质组件140通常描述在美国专利No.6,190,432中，将其参考结合于此。

在某些较佳的装置中，过滤介质142构造为用于直通流。“直通流”是指过滤介质142在结构146中构造成具有第一流动面148(与所示实施方式中的进口端对应)和与之相对的第二流动面150(与所示实施方式中的出口端对应)，流体流沿一个方向152进入通过第一流动面148，并且沿同一方向从第二流动面150中流出。当与同线流的外壳共同使用时，通常，流体将沿一个方向通过外壳的进口进入，沿同一方向通过第一流动面148进入过滤结构146中，从第二流动面150沿同一方向流出过滤结构146，并且还沿同一方向通过外壳出口流出外壳。

在图22中，第一流动面148和第二流动面150表示为平面状并且平行。在其它实施方式中，第一流动面148和第二流动面150可以是非平面的，例如截头圆锥形。此外，第一流动面148和第二流动面150不一定相互平行。

一般地，过滤结构146是卷绕结构。即，结构146一般包括一层完全或重复地围绕一中点旋转的过滤介质。一般地，卷绕结构是个卷材，因为一层过滤介质围绕中点卷好几圈。在使用卷绕的卷材的结构的装置中，过滤结构146是一卷过滤介质，一般是可渗透的沟槽过滤介质。

现在转向图23。图23是显示用于本文中过滤结构的某些较佳介质的操作原理的透视图。在图23中，Z介质的沟槽结构概括地表示为156。较佳地，沟槽结构156包括：一层具有许多沟槽158和一个面板160的皱纹157。图22的实施方式示出了面板的两个部分，160A(示于折皱层157的上面)和160B(示于折皱层157的下面)。一般地，用于本文中描述的装置的较佳介质结构162包括固定在底部面板160B上的折皱层157。当使用呈卷材结构的该介质结构162时，其一般会绕着自身卷绕，使得底部面板160B覆盖折皱层157的上面。覆盖折皱层上面的面板160表示为160A。应该明白面板160A和160b是同一块板160。

当使用这种类型的介质结构162时，沟槽158较好地形成交替的峰164和谷166。谷166和峰164将沟槽分为上排和下排。在图23所示的特别构形中，上沟槽形成在下游端178封闭的沟槽168，而它们的上游端181封闭的沟槽170形成下排的沟槽。沟槽170被填充开槽板171与第二面板160B之间的沟槽的一部分上游端181的第一末端焊珠172封闭。类似地，第二末端焊珠174封闭交替沟槽168的下游端178。

在使用中，当使用以介质结构162的形式构成的介质时，未过滤的流体，如空气，按阴影箭头176所示进入沟槽168中。沟槽168的上游端169开口。未过滤的流体流不被允许通过沟槽168的下游端178，因为它们的下游端178被第二焊珠174封闭。因此，流体被迫通过开槽板171或面板160。随着未过滤的流体通过开槽板171或面板160，该流体得以净化或过滤。净化的流体如空白箭头180所示。然后，该流体通过沟槽170(它们的上游端181封闭)，经开口的下游端184流出沟槽结构156。如该构形所示，未过滤的流体可流过开槽板171、上部面板160A或者底部面板160B，进入沟槽170中。

一般地，制造介质结构162，然后将其卷绕形成过滤介质的辊压结构146。在选择这种类型的介质使用时，制得的介质结构162包括用末端焊珠172固定在底部面板160B上的皱纹157的板(如图23所示，但是没有顶部面板160A)。

再转向图22。在图22中，示出了第二流动面150。那里有一个部分182，其中描述了包括开口端184和封闭端178的一些沟槽。应该明白，该部分182是代表整个流动面150的。为达到清楚和简单的目的，在流动面150的其它剩余部分没有示出这些沟槽。用于本文中描述的系统和装置的介质组件140的顶部和底部的平面图以及侧视图描述在提交于1999年2月26日的待批及普通转让的美国专利申请系列No.29/101,193中，标题为“具有密封系统的过滤部件”，将其参考结合于此。

现在转向图24，过滤结构146显示为安装在外壳186(它可以是由空气净化器179进入发动机或燃气轮机的进气口的一部分)中。在所示装置中，空气通过过滤结构146在187流入外壳186中，并在188流出外壳186。当介质结构如所示类型的过滤结构146用于导管或外壳186时，需要密封系统144来确保空气流经过介质结构146，而不是绕开它。

描述的具体密封系统144包括框架结构190和密封部件192。当使用这种类型的密封系统144时，框架结构190提供了支撑结构或背衬，密封部件192紧贴着它们，可被挤压与导管或外壳186形成径向密封194。

依然参看图24，在所示的具体实施方式中，框架结构190包括一个硬的凸出部分196，它从过滤结构146的第一和第二流动面148、150之一的至少一个部分上伸出或延伸。在图24所示的具体装置中的硬凸出部分196从过滤结构146的第二流动面150轴向延伸。

所示的凸出部分196具有一对通过末端104接合的相对的面198、102。在较佳的装置中，这第一及第二面198、102中的一个将提供密封部件192的支撑或背衬，使得密封194可形成在选定面198或102与外壳或导管的适当表面之间且紧靠着它们。当使用这种类型的结构时，凸出部分196将是一个形成封闭的箍结构106的连续部件(图22)。

当使用这种类型的结构时，外壳或导管可外接于凸出部分196和包括密封部件192的箍结构，形成在凸出部分196与外壳或导管的内表面110之间并紧靠着它们的密封194。

在图24所示的具体实施方式中，密封部件192还与凸出部分196的末端104接合，使得密封部件192覆盖延伸自外表面102、经过末端104并伸向内表面198的凸出部分196。

现在参看图22和24，框架190具有带、缘、或者用来将框架190固定在介质结构146上的依靠凸缘107。依靠凸缘107靠着交叉支撑物108或在其下延伸个第一距离。

在使用本文中所述类型的框架190时，对框架190的周边施加了一个向内的力。交叉支撑物108支撑着框架190。术语“支撑”是指交叉支撑物108防止了在框架190在对框架190的周边施加的力作用下径向倒塌。

末端部分104提供了对可压缩的密封部件192的支撑。可压缩的密封部件192较好地构造和安装能充分地被压缩，在框架190的末端部分104与外壳或导管的侧壁110之间受压缩。当在末端部分104与侧壁110之间充分压缩时，径向密封194在介质组件140与侧壁110之间形成。

密封部件192的一个较佳构形示于图25。框架190的末端部分104形成了壁或支撑结构，在它们之间，径向密封194可通过可压缩的密封部件192形成并紧靠着它们。可压缩的密封部件192在密封系统144中的压缩最好要充分，以便在嵌入压力不超过80磅、一般是不超过50磅，例如约20-40磅的条件下形成径向密封，该嵌入压力又要足够小，足以允许用手便捷地置换。

在图25所示的较佳实施方式中，密封部件192是个阶梯形截面结构，其最外面尺寸(为圆时是直径)从第一末端112到第二末端113逐渐减小，达到所需密封。对图25所示的具体装置外形的较佳说明如下：聚氨酯泡沫材料具有许多(至少3个)逐渐增大的阶梯以与侧壁110接合，并提供不渗透流体的密封。

可压缩的密封部件192形成了用于接合侧壁110的表面内径增加的梯度。具体地说，在图25所示的例子中，可压缩的密封部件192形成了三个阶梯114、115、116。随着阶梯114、115、116距离可压缩部件192的第二末端113越远，阶梯114、115、116的截面尺寸或宽度就增加。第二末端113处的直径较小，嵌入导管或外壳较容易。第一末端112处的直径较大，则可确保紧密的密封。

通常，介质组件140可安装及构造为与外壳186或导管的侧壁110压配合。在图24所示的具体实施方式中，可压缩的密封部件192在侧壁110与框架190的末端部分104之间压缩。在压缩之后，由于可压缩的密封部件192有向外膨胀到其自然状态的趋势，所以可压缩部件192对于侧壁110施加一个力，在末端部分104与侧壁110之间并紧靠着它们形成径向密封94。

各种外壳可用于介质组件140。在图24描述的具体实施方式中，外壳186包括主体部件或第一外壳层118以及可拆卸的罩盖或第二外壳层120。在一些装置中，第一外壳层118固定在一个物体，如卡车上。第二外壳层120通过锁扣装置可拆卸地安装在第一外壳层118上。

在图24所示的实施方式中，将介质组件140的第二末端150连同附着框190和可压缩的密封部件192插入第一外壳层118中。介质组件140压配合在第一外壳层118中，使得可压缩的密封部件192在框架190的末端部分104与第一外壳层118的侧壁110之间压缩并紧靠着它们，在它们之间形成径向密封194。

在使用图24所示的装置的过程中，流体按187所示的方向在第二外壳层120的入口区域124进入外壳装置185中。该流体通过过滤器结构146。随着流体通过过滤器结构146，污染物从该流体中除去。流体按118的方向，在出口区域128从外壳装置185流出。密封系统144的可压缩密封部件192形成径向密封194，防止有污染物的流体流出外壳装置185，而不先通过过滤结构146。

图26是介质组件130的另一个实施方式的透视图。在所示结构中，介质组件130包括过滤介质132和密封系统134。过滤介质132设计为流体如空气通过过滤介质132将污染物除去。密封系统134设计为将过滤介质132密封于外壳或导管。

除了较佳的介质材料组成在下述H段给出之外，图26-27的介质组件130的结构和形状描述在美国专利No.6,190,432中，其内容参考结合于此。

在某些较佳的装置中，过滤介质132构造成在过滤结构136中具有第一流动面138和与之相对的第二流动面140。

过滤结构136可具有各种构形和截面形状。在图26所示的具体实施方式中，过滤结构136是非圆形的截面。具体是，过滤结构136的图26实施方式具有非圆形或“跑道”式截面形状。“跑道”式截面形状是指该过滤结构136包括第一和第二半圆形的两端141、142，互相之间用两根直段143、144连接。

在图26中，某些部分146上显示着沟槽，包括开口端和封闭端。应该明白，该部分146是整个流动面140(以及第一流动面138)的代表。为简单清楚起见，没有在流动面140的其它剩余部分149中显示这些沟槽。用于本文中所述系统和装置的介质组件130的顶部和底部的平面图以及侧视图显示在提交于1999年2月26日的待批及普通转让的美国专利申请系列No.29/101,193中，标题为“具有密封系统的过滤部件”，其内容参考结合于此。

如图22的实施方式一样，介质组件130包括密封系统134。在较佳的结构中，密封系统134包括框架148和密封部件150。

框架148的形状是非圆形，例如非圆具体是跑道形，安装并构造为装在过滤介质132的一端。具体的是，框架148具有带、边缘或通常呈跑道形的依靠凸缘151。依靠凸缘151靠着交叉支撑物152或在其下延伸一段距离，用来将框架148固定在介质组件130上。

在所示装置的使用过程中，在框架148的周围施加着向内的力。在半圆形两端141、142施加的向内力会导致直段143、144呈弓形或弯曲。交叉支撑物152的作用是提供结构刚度并对直段143、144支撑。从图26中可以看出，所示的交叉支撑物152在相对的直段143、144之间形成一个构架系统154。构架系统154包括许多根刚性的支柱156，它们最好与框架148的其余部分制成一个整体。

框架148的结构与框架90相似。这样，框架148包括末端158(图27)。在较佳的装置中，末端158用作环形密封支撑物。在较佳的系统中，可压缩的密封部件150具有与图5可压缩密封部件92类似的结构。

较佳地，介质组件130安装在导管或空气净化器的外壳中。在图27中，所述外壳由罩盖160和主体部件162构成。罩盖160构成气流进口164。主体部件162构成气流出口166。外壳还有个位于介质组件130前面的预净化装置167，如美国专利No.2,887,177和4,162,906所述，其内容参考结合于此。在一个所示的例子中，预净化装置167装在罩盖160中。罩盖160上有个将收集在预净化器167中的灰尘和碎屑排出的灰尘排出管168。

可压缩的密封部件150在侧壁170与框架150的末端部分158之间压缩。因为介质组件130是压缩装配的，所以可压缩的密封部件150在框架148(具体地说，在所示的具体实施方式中是其末端部分158)与侧壁170之间紧靠着它们压缩。在压缩之后，由于可压缩的密封部件150有向外膨胀达到其自然状态的趋势，所以可压缩部件150对侧壁170施加着力，与侧壁170形成径向密封171。

介质132的较佳的材料组成描述在以下的H节中。

图28示出了另一个过滤器装置174。除了其较佳的介质材料组成在下述H节描述之外，该过滤器装置174描述在美国专利No.5,820,646中，其内容参考结合于此。

过滤装置174包括安装在其中、由底盘结构178支持并支撑的介质组件176。过滤装置174还包括外壳180，所述外壳180包括主体181和可拆卸的罩盖部件182。支持介质组件176的底盘结构178密封在外壳180内，并可从其中拆卸和置换。

介质组件176包括如图23所述构造的沟槽过滤介质184。E. 典型系统；燃气轮机的进气系统

在图29中显示燃气轮机系统的进气系统200。空气流按箭头201方向吸入进气系统200中。进气系统200包括许多个通常固定在管板203上的空气过滤装置202。在较佳的系统中，管板203构造为以相对于垂直轴的角度支撑着过滤装置202。较佳的角度是5-25°之间，例如约7°。当系统200不操作时，这样就可让液体从过滤装置202中排出。

空气在空气过滤装置202中净化，然后沿箭头204向前流入燃气轮机发电机205中，用于发电。

在图33中显示小型燃气轮机的进气口的一个例子210。通常，小型燃气轮机是燃气轮机的小型装置，一般用于备用发电机。在有些情况下，这些小型燃气轮机约为24英寸×18英寸，输出电功率一般为30-100千瓦。这些系统的空气流量一般为1000-10,000cfm。

在图33中，空气流沿箭头212吸入进气系统211中。进气系统211包括过滤装置213。随着空气被吸入通过过滤装置213，空气在其中净化，然后沿箭头214向前流入燃气轮机215中。然后，燃气轮机就为发电机、流体压缩机或流体泵提供动力。如下所述，将过滤装置构造成阻挡介质和至少一个单层的复合物的形式，并且在有些情况下呈多层“细纤维”的形式，比之不用这些介质复合物构造的现有的过滤器可改善过滤装置的性能(特别是操作效率)。F. 用于燃气轮机系统的过滤装置的例子

一个用于系统200或系统210的空气过滤装置202的例子示于图30-32。除了H节给出的较佳介质材料组成以外，空气过滤装置202描述在提交于1999年11月10日的普通转让的美国S.N.09/437,867中，其内容参考结合于此。通常，空气过滤装置202包括第一或主过滤部件220(图30和32)以及用作预过滤器的第二过滤部件222(图31和32)。术语“预过滤器”是指设置在主要的主过滤部件220前面的分离器，它用来从气流中除去大颗粒。主过滤部件220和预过滤部件222最好固定在可在管板203的孔226中拆卸安装的套管部件224中。通常，空气流进入系统200中，首先流经预过滤部件222，然后流经主过滤部件220。在离开主过滤部件220之后，空气导入发电机205中。

通常，部件220由沟槽介质或z形介质230构成，如图2和3中所示。应该明白，在图30中示意地表示了出口面228，即是仅示出了具有沟槽的面228的一部分。应该明白，在一般的系统中，整个面228都有沟槽。

过滤部件220具有第一末端232和与之相对的第二末端234。在图30所示的装置中，第一末端232与上游端进口面227对应，第二末端234与下游端出口面228对应。直通气流让气体流入第一末端232，然后流出第二末端234，此时气流流入第一末端232的方向与气流流出第二末端234的方向相同。直通气流这种方式可减少气流中的涡流。

介质230可以是聚酯合成介质，该介质由纤维素或者这类物质的混合物制成，并用细纤维进行处理。

较佳地，预过滤部件222是包含许多单根皱纹237的皱纹结构236。这些皱纹237曲折安装。较佳的预过滤部件222具有大体是圆形的截面。

预过滤部件222构造成能让直通气流流过。换句话说，气流直接通过预过滤部件222进入进口面238中，然后从对面放置的出口面239中流出，此时气流进入进口面238的方向与流体流退出出口面239的方向相同。

在某些较佳实施方式中，预过滤部件中有至少15个皱纹237，不超过80个皱纹237，一般是30-50个皱纹237。皱纹结构236由折叠成围绕中轴241的皱纹237的形式的介质240制成。有用类型的介质240包括纤维玻璃，或者气流成网法介质。有用的介质240的具体性能包括：由无规定向的聚酯纤维构成的干法成网工艺过滤介质形成重2.7-3.3盎司/码³(92-112g/m³)、自由厚度(即在0.002psi压缩的厚度)0.25-0.40英寸(6.4-10.2mm)、渗透率至少400英尺/分钟(122m/分钟)的织物。

通常，预过滤部件222可拆卸可置换地安装在套管部件224中。套管部件224在下文中将详述。在某些系统中，通过贴着套管部件224的内壁挤压或压缩介质240的末端，将预过滤部件222固定在套管部件224中。

根据本文的原理构造的较佳过滤装置202的套管部件224固定并围在主过滤部件220上。通常，套管部件224用来将主部件220在系统200中支撑在位。较佳的套管部件224将支撑着置于主部件220前面的预过滤部件222。

从图30和31中可以看出，套管部件224最好具有与主过滤部件匹配的截面。套管部件224包括弯曲形成环245形式的包围壁244。套管部件224最好相对于主过滤部件220取向能包住主过滤部件220轴向长度的至少30％。在许多普通的装置中，套管部件224包住主过滤部件220轴向长度的50％以上。事实上，在大多数较佳装置中，套管部件224包住主过滤部件220的至少全部长度(即100％)。在许多典型的应用中，套管部件224的半径至少为10英寸、一般是15-30英寸，在某些情况下，不超过50英寸。

套管部件224最好与密封系统一起安装，使主过滤部件220固定在管板203上，以阻止空气绕过主部件220。在所示的实施方式中，套管部件224有个密封部件压力凸缘246。该凸缘246至少部分地，且在许多实施方式中是全部地，包住套管部件224的壁244。密封部件的压力凸缘246用作托架来支撑密封部件248，从而在凸缘246与管板203之间紧贴着形成密封250。凸缘246在套管部件224的壁244上轴向伸出并完全包住密封部件224。凸缘246在壁244上轴向伸出一段距离以便足够支撑密封部件248。

一个盖片或固定夹252(图30)伸在接合点254上将套管部件224固定为最终的构形。较佳地，固定夹252以永久方式固定在套管部件224上；例如，通过超声波焊接。

现在转向图32。可以看到凸缘246在轴向侧面256上支撑密封部件248。密封部件248通常包括圆形垫圈258。垫圈258最好通过垫圈258与凸缘246的该侧面256之间的胶粘剂固定在凸缘246上。垫圈258位于凸缘246上，使得它完全包住壁244和主部件220。

所述装置还包括用来将套管部件224夹紧在管板203上的系统。在所述实施方式中，夹钳系统包括许多锁销或夹具260。当套管部件224可操作地安装在管板203上时，应该有足够的锁销或夹具260，以便在凸缘246与管板203之间形成良好而紧密的密封250；例如，示出的是4个夹具260。在图32中，示出了夹具260的截面。各个夹具260包括杠杆261、突出部262和板263。板263上有用来容纳紧固件如螺栓264的孔，将夹具260固定在管板203上。突出部262的作用是将压力施加在凸缘246上，并顶着管板203压缩密封部件248。杠杆261的作用是选择性地将突出部262移向及移离管板203。在其它实施方式中，夹具260可用手上紧，如使用元宝螺母。

在一般的操作中，在过滤装置202两面的总压力降约为0.6-1.6英寸水柱。这包括主过滤部件220和预过滤器222的压力降。一般地，单独的预过滤器222压力降约为0.2-0.6英寸水柱，而单独的主部件220压力降约为0.4-1英寸水柱。

图34-36示出了用于系统304或系统302的空气过滤装置另一个例子。除了下述H节提供的较佳介质材料组成以外，空气过滤装置描述在提交于2000年6月13日的普通转让的美国专利申请S.N.09/593,257中，其内容参考结合于此。

图35示出了呈分解的、未拼装形式的过滤装置213，而图14示出了装配起来使用的过滤装置213。通常，空气过滤装置213包括水分分离器270、过滤装置272、以及外壳274。在装配供使用时，外壳274一般固定在管板276中。较佳地，通过将外壳274焊接在管板276上或者通过用螺栓将外壳274固定在管板276上，将外壳274固定在管板276上。

通道门278提供了可接触装配后的过滤装置213的通道，并使能让空气吸入系统302中。通道门278通常设计及构造为适合于系统如图33的系统302的具体外壳，装上以后，它就能为过滤装置213提供通道。通道门278还可设计及构造为允许空气进入图33的系统210中。

通道门278最好包括一个气流阻力装置280。通常，气流阻力装置280沿特定的方向将气流导入过滤装置213中以减小通过系统302的阻力。该气流阻力装置280还有助于消除噪声。在图34所示的实施方式中，气流阻力装置表示为许多百叶窗孔282。这些百叶窗孔282也有助于防止大的物体进入系统210以及水分进入图33的系统302中。百叶窗282还有助于消除噪声。

进气流中的水分会破坏过滤装置272的完整性，并由于引起生锈而破坏系统302的内部机构。为了解决这个问题，过滤装置包括一个水分分离器270。通常，水分分离器270在进气流到达过滤装置272之前，从其中分离并收集水分。在一个实施方式中，水分分离器270包括许多个平板筛，例如金属筛织物。

通常，过滤装置272在图33的进气流212进入系统302的内部机构之前，从其中除去污染物。较佳地，过滤装置272构造成允许直通气流直接通过过滤装置272进入进口面284中，并从对置的出口面285离开，其此时流体流进入进口面284的方向与流体流离开出口面285的方向相同。

过滤装置272包括由沟槽介质288形成、卷成的圆筒形介质组件286，如图22和23所示。介质288可以是聚酯合成介质、由纤维素制得的介质或者这类物质的混合物制成的介质，并用一层细纤维处理。较佳的介质材料组成在下述H节给出。

所示的过滤装置272包括一个提取机构290。提取机构290构造为让使用者简便地从外壳274上除去过滤装置272。在一个所示实施方式中，提取机构290包括把手292和保留机构294(图34)。一般地，把手292是一个球形把手296。在一个图34所示的实施方式中，保留机构294包括装在球形把手296上的螺栓298和位于螺栓另一端的螺帽299。或者，牵引机构和过滤介质的芯可以是一个整体。

通常，外壳274构造为接受并容纳过滤装置272并方便其与过滤装置272的密封。在图36所示的一个实施方式中，过滤器外壳274有个与外壁304的夹角至少为10°、较好是10-210°、最好是约15°的过渡区域302。过渡区域302还有助于密封过滤装置272，如下文详述。

外壳274还包括一个安装凸缘306。安装凸缘306通过连接装置(例如螺栓)将外壳274固定在管板276上。外壳274上还有个阻挡装置308。阻挡装置308将过滤装置272装在外壳274中，防止过滤装置272进入外壳274中时推入太多。阻挡装置308还有助于确保在过滤装置272与外壳274之间的密封。

阻挡装置308是个挡块310。较佳地，挡块310从外壁304伸出一段距离，足以防止过滤装置272穿过挡块310。在使用时，过滤装置272搁置在挡块310的顶表面311上。

过滤装置272还包括一个密封垫圈312。密封垫圈312密封住外壳274中的过滤装置272，防止空气进入过滤装置272与外壳274之间的系统302并绕过过滤装置272。这确保了气流充分地通过过滤装置272。在示出的这个实施方式中，密封垫圈312包住过滤装置272的径向边缘。在一个实施方式中，密封垫圈312是多孔泡沫材料；当然，密封垫圈312还可用其它适宜的材料。

在使用时，密封垫圈312密封着过滤装置272与外壳274之间的接合部位314。在安装过程中，将过滤装置272插入外壳274中，直到它的一端315顶着挡块310。随着过滤装置272的安装，密封垫圈312在过滤装置272与外壳274之间的过渡区域302中被压缩，密封住接合部位314。

在装配过程中，将外壳274滑入管板276中，直到外壳274的安装凸缘306靠着管板276固定。接着，将过滤装置272置于外壳274中。具体是将过滤装置272滑入外壳274中，直到过滤装置272的一端315顶着挡块310。密封垫圈312部分压缩，结果过滤装置272紧贴地装在外壳274中。

在操作中，按以下方法使用过滤装置213：将要在系统302中过滤的空气沿箭头212导入进气系统211中。空气流经过滤装置272。空气在进口面284进入，流经沟槽结构288，从出口面285流出。空气从那里被吸入燃气轮机或发电机215中。G. 典型系统；燃料电池进气口

燃料电池进气口示于图37的330。如图37所示，大气或环境空气331通过进口333进入过滤装置332中。在进入过滤装置332之前，大气331是具有各种物理(例如颗粒)和化学污染物的脏空气。过滤装置332构造为从脏空气中除去各种污染物，提供从过滤装置332中流出的净化空气334。净化空气334是燃料电池335的吸入气，用来发电。

再看图37，随着脏空气通过外壳336中的进口333，大气331进入过滤装置332中，并进入过滤部件338的脏空气侧337。随着空气通过过滤部件338进入净化空气侧339中，污染物被过滤部件338除去以提供过滤空气334。过滤空气334经外壳336的出口340流出过滤装置332并被装置341使用。

过滤装置332还可以包括噪声抑制部件342，减少或限制噪声或装置341发出的响声的水平。抑制部件342可置于外壳336内，在某些实施方式中，抑制部件342由外壳336形成。

装置341包括压缩机343，它向燃料电池335供给空气以用于其催化反应中。压缩机343发出噪声，一般为3-30,000赫兹、有时高达50,000赫兹，在每米85-110dB的水平。抑制部件342能降低来自压缩机342上游的噪声至少3dB、一般是至少6dB、最好是至少25dB的噪声。

燃料电池335吸入氢气燃料345，放出副产物水和二氧化碳346，并产生电能347。通常，燃料电池是由其中有电解质的两块电极(阳极和阴极)构成的装置。含氢燃料流向阳极，在那里释放氢电子，留下带正电的离子。电子穿过外部电路，此时离子通过电解质扩散。在阴极上，这些电子与氢离子和氧气结合形成水和二氧化碳副产物。普通的氧气源是空气。为了加快阴极反应，经常使用催化剂。经常使用于燃料电池反应的催化剂的例子包括：镍、铂、钯、钴、铈、钕及其它稀有金属。燃料电池中的反应物是氢燃料和氧化剂。

一般地，“低温燃料电池”在大约70-100℃、有时高达200℃的温度下操作。高温燃料电池一般对化学污染物不敏感，因为它们的操作温度较高。可是，高温燃料电池对颗粒污染物以及某些形式的化学污染物很敏感，这样高温燃料电池就可从本文中下述的过滤特征中受益。一类低温燃料电池普遍被称为“PEM”，因其使用质子交换膜而得。可与本发明的过滤装置结合使用的其它各类燃料电池的例子包括：例如美国专利No.6,110,611、6,117,579、6,103,415和6,083,637，其公开的内容参考结合于此。各种燃料电池可购自，例如加拿大温哥华的Ballard Power Systems有限公司、康涅狄格州的International燃料电池公司、康涅狄格州Rocky Hill的Proton Energy Systems有限公司、马萨诸塞州的美国燃料电池公司、德国Erlangen的Siemans AG公司、佛罗里达州L.C.的Energy Partner公司、密执安州Detroit的General Motors公司、以及日本的丰田摩托集团。

如下所述，在空气用于燃料电池操作之前，过滤装置从大气中将污染物除去。如下所述，构造呈阻挡介质和至少一个单层，在某些情况下，多层“细纤维”的复合物的形式的过滤装置能增强过滤装置的性能(特别是操作性能)。细纤维处理有利于提高在大多数过滤器形状和环境条件下的过滤效率。在某些过滤温度超过120°F的恶劣的环境中，包括低温和高温燃料电池，细纤维通常能使用并提供延长的过滤寿命。H. 用于燃料电池进气系统的过滤装置的例子

图38示出了用于图37的系统中的过滤装置350。过滤装置350包括形成进口354和出口356的外壳352。脏空气通过进口354进入过滤装置350中，净化空气通过出口356离开。

在外壳352中设置了过滤部件358和噪声抑制部件360。抑制部件360包含第一共振器361和第二共振器362。第一共振器361构造为减弱约900Hz的峰，而第二共振器362构造为减弱550Hz的峰。

图38的过滤部件358通常与过滤部件结构40(图22)类似地构成。这样，它包括卷成过滤部件358的沟槽介质366的介质组件364(如图38所示)。

当过滤部件358与在线流动用的外壳352共同使用时，空气将沿一个方向通过进口354进入外壳352中，沿同一方向经过第一流动面368进入过滤部件358中，沿同一方向从第二流动面370流出过滤部件358，并还沿同一方向经出口356流出外壳352。

如同图22和24的实施方式一样，径向密封372通过在框架376与外壳的内部密封表面378之间并紧靠着它们的密封垫圈374的压缩来形成。

过滤装置350最好还包括设计为通过吸附或吸收从大气中除去污染物的部分。本文中使用的术语“吸附”、“吸附作用”、“吸附剂”等也包括吸收和吸附的机理。

化学去除部分一般包括物理吸附剂或化学吸附剂材料，例如干燥剂(即吸附或吸收水或水蒸气的材料)或者吸附或吸收挥发性有机化合物和/或酸性气体和/或碱性气体的材料。术语“吸附剂材料”、“吸附材料”、“吸附性材料”、“吸收剂材料”、“吸收材料”、“吸收性材料”以及类似的任何词语，包括任何通过吸附或吸收除去化学污染物的材料。适宜的吸附材料包括，例如活性碳、活性碳纤维、浸渍碳棒、活性氧化铝、分子筛、离子交换树脂、离子交换纤维、硅胶、氧化铝和氧化硅。这些材料的任意一种可与以下物质混合、涂布或浸渍：高锰酸钾、碳酸钙、碳酸钾、碳酸钠、硫酸钙、柠檬酸或者它们的混合物。在某些实施方式中，吸附材料可与第二材料混合或浸渍。

吸附材料一般包括颗粒或粒化的材料并可以为颗粒、珠粒、纤维、细粉、纳米结构、纳米管、气凝胶形式存在，或者可作为在基底材料，如陶瓷珠粒、整体结构、纸介质或金属表面上的涂层存在。一般地，吸附剂材料，特别是颗粒或粒化的材料，以材料床形式提供。

另一方面，吸附材料可制成整体的形式，如大片、球粒、珠粒、或者皱纹或蜂窝结构，它们或可进一步成形。至少在某些情况下，在过滤装置的正常或预期使用期限中，成形的吸附剂材料充分地保留其形状。成形的吸附材料可由结合了固体或液体粘合剂的自由流动的颗粒材料形成，然后制成非自由流动制品。成形的吸附剂材料可通过，例如塑模、压模或挤压方法来形成。成形的吸附材料描述在，例如美国专利No.5,189,092(Koslow)和5,331,037(Koslow)中，将它们参考结合于此。

用来提供成形制品的粘合剂可以是干燥的，即呈粉末和/或颗粒的形式，或者该粘合剂可以是液体、溶剂化的或分散的粘合剂。某些粘合剂，如潮湿可固化尿烷和一般称为“热熔体”的物质，可通过喷射法直接施加在吸附剂材料上。在某些实施方式中，使用临时液体粘合剂，它包括可在塑模过程中除去的溶剂或分散剂。适宜的粘合剂包括，例如胶乳、微晶纤维素、聚乙烯醇、乙烯-乙酸乙烯酯、淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、二水合磷酸二钙、以及硅酸钠。较佳地，成形材料的组成包括至少约70重量％，且一般不超过约98重量％的吸附剂材料。在某些情况下，成形的吸附剂包含85-95重量％，最好是约90重量％的吸附材料。成形的吸附剂一般包含不少于约2重量，不超过约30重量％的粘合剂。

用于过滤装置化学去除部分的适宜的吸附材料的另一个实施方式，是包括一种载体的吸附材料。例如，筛织物或稀布可用来支撑吸附材料和粘合剂。聚酯和其它适宜的材料可用作筛织物或稀布。一般地，任何载体不超过吸附材料重量的约50％，并且经常是总的吸附剂重量的约20-40％。在具有载体的成形的吸附制品中的粘合剂的量一般约为总吸附剂重量的10-50％，吸附材料的量一般约为总的吸附剂重量的20-60％。

化学去除部分可包括用来从空气中除去酸性污染物的强碱性物质，或用于从空气中除去碱性污染物的强酸性物质，或者两者兼有。较佳地，碱性物质和酸性物质相互隔开，使得它们不致相互抵消。在某些实施方式中，吸附材料本身可以是强酸性或强碱性物质。这些材料的例子包括聚合物颗粒、活性碳介质、沸石、粘土、硅胶、以及金属氧化物。在其它实施方式中，可提供强酸性和强碱性物质作为载体如粒化的微粒、珠粒、纤维、细粉末、纳米管和气凝胶上的表面涂层。另外地或附加地，形成酸性和碱性表面的酸性和碱性物质可遍布在至少一部分载体上；这可以例如通过用酸性或碱性物质涂布或浸渍该载体来完成。

碱性和酸性物质可存在于过滤部件的化学去除部分中；但是，最好是这两类物质相互隔开，使它们不会互相反应及中和。在某些实施方式中，碱性材料、酸性材料、或者两者可与吸附材料如活性碳隔开。

经常存在于大气空气中并被认为是燃料电池污染物的酸性化合物的例子包括：硫的氧化物、氮的氧化物、硫化氢、氯化氢、以及挥发性有机酸和非挥发性有机酸。经常存在于大气空气中并被认为是燃料电池污染物的碱性化合物的例子包括：氨、胺、酰胺、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、挥发性有机碱和非挥发性有机碱。

对PEM燃料电池而言，阴极反应在酸性条件下发生，这样就不好碱性污染物存在。用于除去碱性污染物如氨的较佳材料的例子是用柠檬酸浸渍的活性碳颗粒床。

可用于图37的系统的过滤装置的第二个例子作为过滤装置380以部分截面示于图39中。过滤装置380包括形成进口384和出口386的外壳382。脏空气通过进口384进入过滤装置380中，净化空气通过出口386离开。噪声抑制部件388是个共振器390。过滤部件391安装在外壳382中，与过滤部件358类似。

过滤装置380还包括吸附部件392。吸附部件392包含在两端394、395之间圆柱块的碳393。在所述的一个实施方式中，碳块393是通过热塑性粘合剂固定在一起的活性碳的空心的圆形伸长体397。碳393可通过例如美国专利No.5,189,092(Koslow)和5,331,037(Koslow)中所述的方法来制造。设置于第一末端394的是密封系统396，而设置于第二末端395的是罩盖398。

密封系统396提供了在吸附部件392与挡板401之间的不透气密封。密封系统设计为将吸附部件392紧贴着挡板401密封起来，并且，在正常条件下，能防止空气流经吸附部件392与外壳的侧壁382之间的区域。密封系统396防止气流不通过吸附剂部件392的碳393。密封系统396一般由挠性的、可压缩材料如聚氨酯制成。

罩盖398挡着流出过滤部件358的空气，使其通过碳393进入吸附部件，而不是轴向通过碳393的圆柱形伸长部分。来自过滤部件391的空气撞击罩盖398的露出表面402，结果从其“直线”流程改道成径向的流程。罩盖398包括在其上的一些孔404，该孔用作通过罩盖398的空气通道，使得空气能到达碳393。除了操纵气流以外，罩盖398还将吸附部件392固定在过滤部件391上。

吸附部件392用作化学去除部分和噪声抑制部件388。吸附部件和吸附材料的其它装置也可具有化学去除效果和噪声抑制效果。I. 上述过滤部件用的较佳介质结构

细纤维过滤器的结构包括一个两层或多层的结构，此过滤器含有一个或多个与一层或多层合成的、纤维质的或混合的织物结合或者被它们隔开的细纤维层。另一个较好的特点是包括基质中的细纤维或其它纤维的混合物的结构。

我们认为过滤器结构中的纤维和微米纤维层的重要特性是与耐温度性、防潮或防湿性以及耐溶剂性相关的，特别是当微米纤维在升高的温度下与湿气、水分或溶剂接触时。此外，本发明材料的第二个重要性质是与材料与基底结构的粘着性相关的。微米纤维层的粘着是纤维材料的一个重要性质，能制成该材料而不从基底上分离微米纤维层，微米纤维层和基底可加工成包括有皱纹的卷材的结构和其它结构而没有显著的分层。我们发现该制造方法的加热步骤中，温度升高到接近但是恰低于一种聚合物材料的熔融温度，一般是低于最低熔融温度，能显著改善纤维相互之间以及对基底的粘着。在熔融温度或者高于熔融温度时，细纤维会丧失其纤维结构。控制加热速率也很关键。如果纤维长时间暴露在其结晶温度下，它也可能丧失纤维结构。仔细的热处理也会使外部添加物层引起的聚合物性能改善，因为添加剂材料会迁移到表面上并露出纤维表面上的疏水或疏油基团。

性能的判断标准是该材料能在各种操作温度，例如140°F、160°F、270°F、300°F下根据最终用途完整地保持1小时或3小时，同时保留30％、50％、80％或90％的过滤效率。另一个性能的判断标准是该材料能在各种操作温度，例如140°F、160°F、270°F、300°F下根据最终用途完整地保持1小时或3小时，同时在过滤层中保留30％、50％、80％或90％的有效细纤维。在这些温度并在低湿、高湿和水饱和空气下能保留性能很重要。本发明的微米纤维和纤维材料被认为是防潮的，该材料能经受在温度高于160°F的浸泡，而能维持效率超过约5分钟。类似地，本发明微米纤维材料和过滤材料的耐溶剂性得自能在70°F与溶剂如乙醇、烃、、液压机液体或芳香族溶剂接触存在超过约5分钟的时间而保持50％的效率的材料。

本发明的细纤维材料可用于各种过滤器中，包括用于除尘脉冲净化和非脉冲净化的过滤器、燃气轮机和发动机的进气或吸气系统；重型发动机进气或吸气系统、轻型车辆发动机进气或吸气系统；车厢空气；越野车车厢空气、磁盘驱动器空气、影印机调色剂去除；用于商业或住宅过滤用途的HVAC过滤器。纸过滤部件是广泛使用的表面负载型介质的形式。通常，纸部件是与载有颗粒物质的气流垂直取向的纤维质、合成或其它纤维的垫子。纸通常构造成气流可渗过，并且还具有足够细的孔径和适宜的孔隙率，以阻止大于选定尺寸的颗粒通过。随着气体(液体)通过滤纸，滤纸迎着气流的面进行扩散和拦截以捕获及保留气(液)流中选定尺寸的颗粒。颗粒在滤纸的该面上收集为尘块。一定时间后，该尘块也起过滤器作用，可增加过滤效率。这有时称为“时效”，即效率提高大于起始效率。

上述的简易过滤装置容易产生至少两类问题。首先是纸上较为简单的结构缺陷，例如裂缝，会导致系统失效。其次是颗粒物质会迅速在过滤器面对气流的面上堆积，形成薄的尘块或尘层，增加压力降。已经使用了各种方法来增加表面负载的过滤系统，如滤纸的寿命。一种方法是提供在皱纹结构的介质，使得与气流接触的介质的表面积比平面非皱纹结构的介质大。虽然这样增加了过滤器的寿命，但是仍然受到很大的限制。为此，表面负载的介质主要应用于通过过滤介质的速度较低，通常不超过约20-30英尺/分钟，一般大约10英尺/分钟或更低的情况。文中的术语“速度”是通过介质的平均速度(即体积流量/介质面积)。

一般来说，随着通过皱纹滤纸的气流速度增加，过滤器的寿命按速度的平方递减。这样，当皱纹滤纸的表面负载过滤系统作为用于需要较大流量的气体的系统的颗粒过滤器时，需要过滤介质有较大的表面积。例如，一般的公路行驶的柴油机卡车的圆柱形皱纹滤纸元件的直径约为9-15英寸、长约12-24英寸，皱纹深度约1-2英寸。这样，介质的过滤表面积(一个面上)一般为30-300平方英寸。

在许多用途，特别是那些涉及较高流量的用途中，使用有时通常称为“深度”介质的可替换类型的过滤介质。一般的深度介质中是较厚缠结的纤维材料。深度介质通常用其孔隙率、密度或固含量的百分数来表征。例如，一个固含量为2-3％的介质是纤维的深度介质垫，其总体积的大约2-3％是纤维材料(固体)，其余是空气或气体空间。

表征深度介质的另一个有用的参数是纤维直径。如果固含百分数保持不变，但是纤维直径(尺寸)减小，则孔或纤维间的间隔减小；即纤维变得更有效，将更有效地捕捉较小的颗粒。

一个普通的常规深度介质过滤器是深的、密度相对恒定(或均匀)的介质，即深度介质的固含量始终保持基本恒定的系统。本文中的“基本恒定”是指密度仅有较小的不均匀性，即便有，也只能在介质的深度范围内找到。这种不均匀性，例如可由固定过滤介质的容器对外部接合表面轻微的压缩造成。

已经开发了梯度密度深度介质的装置。一些这样的装置描述于美国专利No.4,082,476、5,238,474和5,364,456中。通常，深介质装置可设计为提供基本上贯穿其体积或深度的颗粒材料的“负载”。这样，与表面负载系统相比，当达到全部的过滤器寿命时，这些装置就能设计为负载更大量的颗粒材料。可是，由于通常这些装置所牺牲的是效率，所以需要较低固含量的介质。如上述专利中的那些梯度密度系统已设计为能提供较大效率和较长的寿命。在某些情况下，利用表面负载介质作为这些装置中的“修饰”过滤器。

本发明的过滤介质结构包括第一层可渗透的粗纤维介质或具有第一表面的基底。第一层细纤维介质固定在第一层可渗透的粗纤维介质的第一表面上。较佳的是，第一层可渗透的粗纤维材料中是平均直径至少10微米，一般且最好是约12(或14)-30微米的纤维。同时，较佳的是，第一层可渗透的粗纤维材料的基重不超过约200g/m²、较好是约0.50-150g/m²、最好是至少8g/m²的介质。较佳的是，第一层可渗透的粗纤维介质的厚度至少为0.005英寸(12微米)、一般是0.0006-0.02英寸(15-500微米)、最好是约0.001-0.030英寸(25-800微米)。

在较佳的装置中，第一层可渗透的粗纤维材料是一种材料，如果使用Frazier渗透率测试方法对与结构的蕨余部分开的该材料进行测试，该材料将显示至少1m/分钟、一般最好是约2-900m/分钟的渗透率。本文中当提到效率时，除非另有说明，是指如本文中所述根据ASTM-1215-89用含有0.78μ单分散性聚苯乙烯球粒的气流在20fpm(6.1m/分钟)速度下测定的效率。

较佳地，固定在可渗透的粗纤维介质层的第一表面上的细纤维材料层是一层纳米及微米纤维介质，其中，纤维的平均直径不超过约2微米、通常较好是不超过约1微米，并且一般最好是纤维直径小于0.5微米并在约0.05-0.5微米的范围内。同时，较佳地，固定在第一层可渗透纤维材料的第一表面上的第一层细纤维材料的总厚度不超过约30微米、更好是不超过20微米、最好是不超过约10微米，并且一般最好是该层细纤维平均直径的大约1-8倍(更好是不超过5倍)。

本发明的某些较佳装置包括通常在总的过滤器结构中所述的过滤介质。使用的一些较佳装置包括以圆柱形、具有一般纵向延伸的折叠的折叠形构造，即沿与圆柱体的纵轴同一方向折叠的介质。对这些装置而言，介质可嵌入常规过滤器的两个端盖中。视需要，这些装置可包括用于普通的常规目的的上游衬里和下游衬里。

在有些用途中，本发明的介质可用来与其它类型的介质，例如常规介质接合，用以提高总的过滤性能或寿命。例如，本发明的介质可层压在常规介质上，以堆叠排列使用；或者可插入(整体特征)包括常规介质的一个或多个区域的介质结构中。本发明的介质可用在常规介质的前面，为的是较好的负载；和/或用在常规介质的后面作为高效的修饰过滤器。

本发明的某些装置还可用在液体过滤系统中，即是其中要过滤掉的颗粒材料以液体来承载。同时，本发明的某些装置可用在烟雾收集器中，例如用来从空气中过滤细烟雾的装置中。

本发明提供了过滤的方法。这些方法通常包括使用上述介质较好地进行过滤。从以下描述和实施例可以看出，本发明的介质可特别地设计和构造，以便有利地在较有为效的系统中提供较长的寿命。

各专利中披露的各种过滤装置主张了与过滤材料一同使用的过滤器结构的各个方面。Engel等人的美国专利No.4,720,292公开了用于具有一般圆柱形过滤元件设计的过滤装置的径向密封设计，该过滤元件被具有圆柱形的、径向向内的衬面的较软而类似橡胶的端盖密封。Kahlbaugh等人的美国专利No.5,082,476公开了使用深度介质的过滤器设计，该深度介质组件含具有与本发明的微米纤维材料结合的折叠形元件的泡沫材料基底。Stifeman等人的美国专利No.5,104,537涉及用于过滤液体的介质的过滤器结构。液体夹带进入过滤器外壳中，通过过滤器的外部进入内部环形芯中，然后返回结构中活性使用。这些过滤器对过滤液压机液体非常有用。Engel等人的美国专利No.5,613,992显示了典型的柴油机进气过滤结构。该结构从可能夹带或不夹带湿气的外壳的外部中得到空气。空气通过过滤器而湿气可通向外壳底部并从外壳上排尽。Gillingham等人的美国专利No.5,820,646公开了Z过滤器结构，它使用包括闭塞的通道的特殊折叠形过滤器设计，需要流体通过“Z”形通道中至少一层过滤介质以得到适宜的过滤性能。形成折叠状Z形样式的过滤介质可含有本发明的细纤维介质。Glen等人的美国专利No.5,853,442公开了具有可含本发明细纤维结构的过滤元件的袋滤捕尘室结构。Berkhoel等人的美国专利No.5,954,849显示了一种吸尘器，它用来处理一般是载有大量灰尘的空气，从其中过滤掉灰尘，该空气中含有大量灰尘是由于工件加工产生的。最后，Gillingham的美国专利No.425,189公开了使用Z过滤器结构的圆盘过滤器。

以上对本发明聚合物材料、本发明包括微米纤维和纳米纤维的细纤维材料和本发明细纤维材料有用的过滤结构制造各方面的一般说明，提供了对本发明操作一般技术原理的理解。以下所述的具体示例性材料是可用于制造本发明细纤维材料的材料实例，且以下材料揭示了最好的模式。制造了这些示例性材料，使用的是以下特性和操作条件。使用来自强静电场起拉拽作用的静电作用力，将聚合物喷射物拉成很细的细丝，获得直径小于10微米的静电抽丝纤维。虽然在静电抽丝过程中可以使用聚合熔体，但是，最好用聚合物溶液制得细于1颗米的纤维。当聚合物构成更小直径时，溶剂蒸发掉并有利于降低纤维的尺寸。基于各种原因，溶剂的选择很关键。若溶剂干得太快，那么纤维会变平并且直径大。若溶剂干得太慢，溶剂会再次溶解形成的纤维。因此干燥速度和纤维形成的配合很关键。在高生产率时，大量的排出空气可以防止可燃性气体并降低着火的危险。不可燃的溶剂是有用的。在生产环境中，加工设备需要不时的净化。安全低毒性溶剂可使工人暴露在危险化学试剂的情况降至最低。静电抽丝可以在每发射器每分钟1.5英里的流速、8英寸的靶距、88千伏的发射器电压、200转/分的发射器转速以及45％的相对湿度这些条件下操作。

聚合物系统的选择对给定用途来说很重要。对于采用脉冲净化来说，极薄的微米纤维层有助于在使压力损失很小情况下能提供颗粒捕获和释放的外表面。优选使用直径小于2微米，宜小于0.3微米的纤维薄层。微米纤维或纳米纤维和其沉积基底之间良好的附着性是很重要的。当过滤器由基底和微米纤维和纳米纤维构成的复合物制得时，这种复合物能适用于自净化的优良过滤介质。通过背向重复脉冲净化所述表面就更新了过滤介质。当在表面上施加大作用力时，基底上附着差的细纤维由于背向脉冲而出现脱层，所述背向脉冲是从过滤器内部通过基底流经微米纤维的。因此，微米纤维之间良好的附着以及基底纤维和静电抽丝纤维之间的附着成功的用途来说是很重要的。

使用各种聚合物材料制得的纤维可以获得适应上述要求的产品。具有良好粘着性能的细纤维可以由例如聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇以及含有各种尼龙如尼龙6、尼龙4，6、尼龙6，6、尼龙6，10的聚合物和共聚物以及它们的共聚物制得。可以由PVDF制得优良的纤维，但是制造直径足够小的纤维需要氯化溶剂。尼龙6、尼龙66和尼龙6，10可以进行静电抽丝。但是例如甲酸、m-甲酚、三氟乙醇、六氟异丙醇等溶剂要么很难操作，要么很昂贵。因其低毒性，优选的溶剂包括水、乙醇、异丙醇、丙酮和N-甲基吡咯烷酮。和这种溶剂系统相容的聚合物已经作了广泛的研究。我们已经发现，由PVC、PVDC、聚苯乙烯、聚丙烯腈、PMMA、PVDF制得的纤维需要借助额外的粘合方法来获得结构性能。我们也发现当聚合物溶于水、乙醇、异丙醇、丙酮、甲醇以及它们的混合物并成功制得纤维时，它们对基底具有优良的附着性能，由此可制得适于自净化的优良过滤器。当过滤器用于很高灰尘浓度时，通过空气背脉冲自净化或者绞合是有用的。由可溶于醇的聚酰胺和聚乙烯醇制得的纤维已经成功使用在这种用途中。可溶于醇的聚酰胺实例包括从Henkle购得的Macromelt6238、6239和6900；从duPont购得的Elvamide 8061和8063以及从Shakespear monofilamentCompany购得的SVP 637和651。另外一组可溶于醇的聚酰胺是8型尼龙、烷氧基烷基改性尼龙66(参考Nylon Plastic handbook，第447页，melvin Kohan等，hanser Publisher，New York，1995)。聚乙烯醇实例包括从Kuraray，Japan购得的PVA-217，224以及从Air Products and Chemical Company购得的Vinol540。实验

使用以下静电抽丝过程条件产生以下材料。

使用旋转发射器系统或者毛细管针系统抽丝制得以下材料。这两种系统均可生产基本相同的纤维材料。

所述流速为每发射器每分钟1.5英里，靶距为8英寸，发射器电压为88千伏，相对湿度为45％，旋转发射器的转速为35转/分。实施例1：纤维尺寸的影响

用末端基团滴定法(J.E.Walz和G.B.Taylor著“尼龙分子量的确定”，化学年报Vol.19，Number 7，第448-450页(1947))分析b由尼龙6、66、610尼龙共聚物树脂(SVP-651)制备的细纤维试样的分子量。数均分子量为21,500-24,800。yynw组合物通过约45％的尼龙6、约20％的尼龙66和约25％的尼龙610等三种组分尼龙的熔融温度相图(Melvin Kohan等人著“尼龙塑料手册”第286页，Hanser出版社，纽约(1995))来评价。报道的SVP 651树脂的物理性质为：

性质	ASTM法	单位	典型值
				比重	D-792	-	1.08
吸水性(24小时浸渍)	D-570	％	2.5
				硬度	D-240	Shore D	65
熔点	DSC	℃(°F)	154(309)
				拉伸强度＠屈服	D-638	MPa(kpsi)	50(7.3)
断裂伸长率	D-638	％	350
				弯曲模量	D-790	MPa(kpsi)	180(26)
体积电阻系数	D-257	ohm-cm	1012

用来生产直径为0.23和0.45微米的纤维。将试样浸在室温的水中，风干并测定其效率。较粗的纤维需要较长的时间降解，且降解程度较低，如图12中的曲线所示。虽然不希望受到特定理论的限制，但是看上去具有较高的表面/体积比的较细纤维更容易由于环境的影响而降解。可是，较粗的纤维不能用作有效的过滤介质。实施例2：尼龙纤维的交联与酚醛树脂和环氧树脂

为了提高纤维的耐化学性，试验了尼龙纤维的化学交联。用称为Georgia Pacific5137的酚醛树脂混合前述的共聚酰胺(尼龙6、66、610)并抽成纤维。尼龙与酚醛树脂之比及它们的混合物的熔融温度表示如下：

组成	熔融温度(°F)
		聚酰胺∶酚醛树脂＝100∶0	150
聚酰胺∶酚醛树脂＝80∶20	110
		聚酰胺∶酚醛树脂＝65∶35	94
聚酰胺∶酚醛树脂＝50∶50	65

我们从这些混合物中生产出了可比较的纤维。50∶50的混合物不能通过加热来交联，因为会破坏纤维结构。在90℃以下加热65∶35的混合物12小时提高了所得纤维的耐化学性，抑制其在醇中的溶解。可使用聚酰胺与环氧树脂的混合物，如得自Shell和Epi-Rez 510的Epon 828。实施例3：使用含氟添加物(Scotchgard ^ )防水剂的表面改性

在抽丝之前向聚酰胺中加入了得自3M公司的醇可溶Scotchgard^FC-430和431。加入量为固体的10％。Scotchgard的加入不妨碍纤维的形成。THC台示出了类似Scotchgard的高分子量防水剂最终不能提高防水性。如制造厂家所建议的，将加入的Scotchgard试样在300°F加热了10分钟。实施例4：用偶联剂的改性

聚合物膜由聚酰胺连同得自Kenrich Petrochemicals有限公司的钛酸酯偶联剂来浇注成形。钛酸酯偶联剂包括：异丙基三异硬脂酰钛酸酯(KRTTS)、新戊基(己二烯)氧化三(二辛基)磷酸钛酸酯(LICA 12)、新戊基(己二烯)氧化三(N-乙二氨基)乙基锆酸酯(NZ44)。将浇注成形的膜浸在沸水中。不使用偶联剂的对比试样立即丧失了强度，而加入了偶联剂的试样维持其外形直至10分钟。这些加入偶联剂的试样抽成了纤维(0.2微米的纤维)。实施例5：用低分子量的对叔丁基酚聚合物的改性

分子量为400-1100的对叔丁基酚的低聚物购自Ohio州Columbus的EnzymolInternational公司。这些低分子量的聚合物可溶解在醇，如乙醇、异丙醇和丁醇中。将这些聚合物加入前述共聚酰胺中并静电抽丝成0.2微米的纤维，没有不利的后果。有些聚合物和添加物会阻碍静电抽丝过程。与实施例2中所述的常规的酚醛树脂不同，我们发现这组聚合物不会干扰纤维成形过程。

我们发现这组添加物防止了细纤维受湿环境的影响，如曲线所示。图13-16示出了低聚物在140°F、100％的湿度下提供了非常好的保护，但是在160°F时的性能不是非常好。我们加入了所使用聚合物5-15％的这种添加物。发现它们对保护纤维在140°F暴露在高湿度下时是同样有效的。我们还发现当纤维在150℃经受一小段时间后，它们的性能增加。

表1示出了暴露的温度和时间对含有10％添加物的聚酰胺纤维的影响。

        表1. 140°F浸泡之后效率的保持率

温度	加热时间
				1分钟	3分钟	10分钟
	150℃	98.9	98.8				98.5
98.8				98.9	98.8
		130℃	95.4			98.7	99.8
96.7	98.6			99.6
			110℃		82.8	90.5	91.7
86.2	90.9	85.7

这是个令人吃惊的结果。我们看到使用这一类添加物使防水性有了很大的改善。为了明白这组添加物是如何起作用的，我们使用称为ESCA的表面分析技术分析了细纤维垫子。是在明尼苏达大学用ESCA分析了表1所示的10％添加物试样，其结果示于表2。

             表2.表面组成(聚合物与添加物之比)

温度	加热时间
				1分钟	3分钟	10分钟
	150℃	40∶60	40∶60				50∶50
130℃				60∶40	56∶44	62∶82
	110℃	63∶37	64∶36				59∶41
不加热				77∶23

刚开始，发现了添加物的表面浓度是是本体浓度的两倍似乎没有什么意义。可是，我们认为这可通过添加物的分子量来解释。约为600的添加物的分子量远小于主纤维形成的聚合物。由于它们的尺寸较小，它们可在蒸发着的溶剂分子上移动。这样，我们就可实现添加物的较高表面浓度。进一步的处理增加了保护性添加物的表面浓度。可是，在150℃暴露10分钟并不能使浓度增加。这样就可以表明，由于长链聚合物有时间到处运动，会发生共聚酰胺与低聚物分子这两种组分的混合。该分析告诉我们的是适当地选择后处理的时间和温度能提高性能，而处理太长的时间会有反面的影响。

我们使用称为Time of Flight(ToF)SIMS的技术进一步检查了加入了这些添加物的微米纤维。这个技术是用电子轰击物体，并观察有什么来自于表面。不含添加物的试样示出了在用电子轰击时有有机氮物质出来。这表明聚酰胺物质发生了断裂。该结果也显示了少量杂质，如钠和硅的存在。含有添加物但不进行热处理的试样(表面上的添加物浓度为23％)示出了叔丁基底段主要物质，并观察到聚酰胺的小而清晰的峰。同时还观察到与叔丁基酚相对的质量差为148amu的高质量峰。对在150℃处理了10分钟的试样(通过ESCA分析得知表面添加物浓度为50％)，检查。显示叔丁基底段占主导地位，并有微弱的聚酰胺峰，如果实在有的话检查没有显示与整个叔丁基酚及其聚合物相关的峰。检查还示出了与C₂H₃O片段相关的峰。

ToF SIMS分析显示，聚酰胺纤维本身在受到离子冲击时会放出暴露的聚合物链上断裂的氮片段和表面上的污染物。加入了添加物但不进行热处理，则覆盖不完全，表明添加物在表面有些部分上没有覆盖。当离子束撞击此表面时，完整的分子会连同不稳定的叔丁基底段放出。若加入了添加物而又进行了热处理，就促使了表明上完全覆盖。另外，分子紧密地排列使得仅有不稳定的片段如叔丁基，以及可能是CH＝CH-OH放出，而叔丁基酚的整个分子不放出。ESCA和ToF SIMS是在表面的不同深度处检查的。ESCA检查的较深的位置直至100埃，而ToF SIMS仅检查10埃深度。这些分析一致。实施例6：表面涂布共聚物的开发

开发类型8的尼龙原本是为了制备用于涂布和附着用途的可溶可交联树脂。该类聚合物是在酸存在的条件下聚酰胺66与甲醛和醇反应制得的(参照Cairns，T.L.；Foster，H.D.；Larcher，A.W.；Schneider，A.K.；Schreiber，R.S.著J.Am.Chem.Soc.1949，71，651)。该类聚合物可以静电抽丝及交联。可是，该聚合物形成纤维劣于共聚酰胺，且交联不易进行。

为了制备类型8的尼龙，按下述比例装填10加仑的高压反应器加料：

尼龙66(duPont Zytel)     10磅

甲醇                     15.1磅

水                       2.0磅

甲醛                     12.0磅

然后，在压力下用氮气冲洗该反应器并加热至至少135℃。当达到所需的温度后，加入少量酸作为催化剂。酸催化剂包括：三氟乙酸、蚁酸、甲苯磺酸、马来酸、马来酸酐、邻苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、磷酸、柠檬酸以及它们的混合物。也可使用Nafion^聚合物作为催化剂。加入催化剂之后，反应进行30分钟。在此阶段形成了粘性均聚物溶液。在规定的反应时间之后，将高压容器内的物料转移到含有甲醇、水和碱如氢氧化铵或氢氧化钠的浴中使反应速止。在溶液充分淬冷后，将其在去离子水中沉淀，形成松软的颗粒。然后，将聚合物颗粒离心分离，再真空干燥。该聚合物在甲醇、乙醇、丙醇、丁醇以及它们与水不同比例的混合物中可以溶解，也可溶解在不同醇的混合物中。

将这样形成的烷氧基烷基改性类型8的聚酰胺溶解在乙醇/水的混合物中。此聚合物溶液用描述于Barris美国专利No.4,650,516的方法进行静电抽丝。聚合物溶液的粘度随时间增加。通常已知聚合物粘度对决定纤维尺寸有重要的作用。这样就难以控制商业规模连续生产的过程。此外，在相同的条件下，类型8聚酰胺不能像共聚酰胺一样有效地形成微米纤维。可是，当溶液制备时添加了酸催化剂，如甲苯磺酸、马来酸酐、三氟甲烷磺酸、柠檬酸、抗坏血酸等，并且在纤维成形之后对纤维垫子进行仔细地热处理，所得的纤维具有非常好的耐化学性(图13)。在交联阶段必须仔细，不要破坏纤维结构。

在类型8聚酰胺(聚酰胺B)与醇可溶共聚酰胺混合时，我们发现了一个令人吃惊的结果。用醇可溶共聚酰胺如SVP 637或651(聚酰胺A)、Elvamide 8061替代30重量％的烷氧基烷基改性的聚酰胺66，发现了协同效应。混合物的纤维成形比任一个单独组分更有效。浸在乙醇中并且测定过滤效率显示了大于98％的过滤效率保持率，THC台试验示出了与单独的类型8聚酰胺类似的结果。这种类型的混合物表明，我们能得到共聚酰胺的有效的纤维成形和极好的过滤特性的优点，以及交联的类型8聚酰胺的极好耐化学性的优点。醇浸泡试验强烈地表明了非可交联共聚酰胺参与了交联，得以保持了98％的过滤效率。

在聚合物A和B的混合物加热至250℃(充分交联)之后，它们的DSC(参见图17-20)变得难以与单独的聚合物A区分，没有可区别的熔融温度。这强烈地表明了聚合物A和B的混合物此时是通过聚合物B与聚合物A交联形成的完整的聚合物。

类似地，聚对苯二甲酸乙二酯与聚对苯二甲酸丁二酯的熔融混合物具有类似的性质。在温度高于各组分的熔融温度下进行熔融操作的过程中，发生醚基团交换并形成PET和PBT的共聚物。而且，我们的交联温度低于任一单独组分。不能期望该基团交换在低温下发生。因此，通过类型A和类型B的聚酰胺的溶液混合以及在温度低于各组分的熔点时交联，我们确信发现了一类新的聚酰胺。

当我们加入10重量％的叔丁基酚低聚物(添加物7)并在交联所需的温度下进行加热处理时，我们发现了更好的结果。我们认为是叔丁基酚低聚物的羟基官能团参与了与类型8的尼龙的官能团的反应。我们发现此组分系统提供了较好的纤维成形，改善了对高温和高湿的经久性以及对细纤维层表面的疏水性。

我们制备了聚合物A和聚合物B的混合物试样(试样6A)以及另一个聚合物A、聚合物B和添加物7的混合物试样(试样6B)。然后，我们用静电抽丝法形成了纤维，在300°F将纤维垫子暴露10分钟并用ESCA表面分析测定了表面组成。

下表示出了试样6A和6B的ESCA分析。

组成(％)	试样6A		试样6b
					聚合物A	30		30
聚合物B	70		70
					添加物7	0		10
表面组成	W/O加热	W/加热	W/O加热	W/加热
					聚合物A&B(％)	100	100	68.9	43.0
添加物7	0	0	31.1	57.0

除了氢浓度不能提供外，ESCA能提供有关表面组成的信息。它能提供碳、氮和氧的信息。由于添加物7不含氮，我们可通过比较氮的浓度来估计含氮的聚酰胺与不含氮的添加物的比例。其它的定性信息可通过检测535-527eV之间结合能的O 1s能谱来得到。C＝O键的结合能为531eV左右，C-O键的结合能为533eV。通过比较这两个峰的峰高，可估计带主要的C＝O的聚酰胺以及仅带C-O基团的添加物的相对浓度。聚合物B因改性而具有C-O键，并且在交联时C-O键的浓度将下降。ESCA证实该反应确实地发生了，因为显示出C-O键的相对减少(图4是没有进行热处理的聚合物A和聚合物B的混合物纤维，图5是进行了热处理的聚合物A和聚合物B的混合物纤维)。当表面上存在添加物7的分子时，可期望有更多的C-O键。情况确是如此，由图6和7可见(图6是聚合物A、聚合物B和添加物7抽成的混合物纤维，图7是聚合物A、聚合物B和添加物7进行了热处理的混合物纤维)。图6示出了实施例7C-O键的浓度有提高。这个结果与基于图8-11的XPS多路谱的表面浓度一致。

叔丁基低聚物分子移向细纤维的表面并形成约50疏水涂层。类型8的尼龙具有官能团如-CH₂OH和-CH₂OCH₃，我们期望它们会与叔丁基酚的-OH官能团反应。这样，就可以期望在纤维表面上看到较少的低聚物分子。结果发现我们的假设不正确，且共聚物的表面具有一个薄的涂层。

试样6A、6B和描述于第5节的重复试样在100％RH条件下暴露在160°F THC台上。在前节中，试样暴露在140°F和100％RH下。在这些条件下，叔丁基酚防止了三聚物共聚酰胺的降解。可是，如果温度升高到160°F和100％RH，则叔丁基酚低聚物保护下面的三聚物共聚酰胺的能力不佳。我们在160°F和100％RH比较了这些试样。

 表：暴露在160°F和100％R下之后细纤维效率的保持率

试样	1小时后	2小时后	3小时后
				试样6A	82.6	82.6	85.9
试样6B	82.4	88.4	91.6
				试样5	10.1

此表表明试样6B有助于防止高温和高湿的影响。

当我们将纤维垫子上暴露于水滴时，会显示更为惊人的差别。当我们将DI水滴置于试样6A的表面上时，水滴立即在纤维垫子上铺展并且还润湿基底纸。而将水滴置于试样6B的表面上时，该水滴形成水珠在垫子表面上不铺展。通过加入对叔丁基酚的低聚物，我们将试样16的表面改性为疏水性。该类产品可用作水雾消除器，因为水滴不会通过试样6B的细纤维表面层。

将试样6A、6B和第5带的重复试样置于温度设定为310°F的炉中。下表表明，试样6A和6b都保持完整，而第5节的试样严重地毁坏。

  表：暴露于310°F后细纤维效率的保留率

试样	6小时之后	77小时之后
			试样6A	100％	100％
试样6B	100％	100％
			试样5	34％	33％

虽然单独添加聚合物A的低聚物改善了细纤维层的耐高温性，而添加物7的加入对暴露于高温并没有什么效果。

我们已清楚地表明，三聚物共聚酰胺、烷氧基烷基改性的尼龙66和叔丁基酚低聚物的混合物能提供在恶劣的环境下保护细纤维的优质产品，同时在制造三聚物共聚酰胺和叔丁基酚低聚物的混合物或者三聚物共聚酰胺和烷氧基烷基改性的尼龙66的混合物时能提高产率。这些两种组分的混合物比单组分体系也有改进。实施例7：聚酰胺和双酚A聚合物的相容混合物

一类新的聚合物可通过酚环的氧化偶合来制各(Pecora，A；Cyrus，W.的美国专利4,900,671(1990)和Peroca，A Cyrus，W.；Johnson，M.的美国专利5,153,298(1992))。其中，特别引起兴趣的由购自Enzymol公司的双酚A制得的聚合物。双酚A的大豆过氧化物酶催化的氧化可从双酚A中两个-OH基团的任一侧开始。与线性的双酚A系聚碳酸酯不同，该类双酚A聚合物形成超支聚合物。由于该类聚合物的超支性质，它们能降低聚合物混合物的粘度。

我们发现该类双酚A聚合物可以与聚酰胺溶液混合。报道的尼龙的Hansen′s溶解度参数为18.6(“溶解度参数和其它内聚参数手册”第317页，A.Barton等人著，Florida州Boca Raton的CRC出版社1985年出版)。如果计算溶解度参数(“溶解度参数手册”第61页)，则计算的溶解度参数值为28.0。由于这些物质的溶解度参数各不相同，预期它们不会相互混合。可是，我们发现它们非常容易混合并提供了意外的性能。

在乙醇溶液中制得50∶50的分子量3,000的双酚A树脂与共聚酰胺的混合物。在乙醇溶液中的总浓度为10％。单独用共聚酰胺会产生直径0.2微米的纤维。而该混合物形成约1微米的纤维的松软层。分子量7,000的双酚A与共聚酰胺在一起时不稳定，容易沉淀。

50∶50混合物的DSC上看不出熔融温度。共聚酰胺的熔融温度在150℃左右，双酚A树脂是Tg约100的玻璃质聚合物。而这两种物质的该混合物没有明显的熔化现象。当纤维垫暴露于100℃时，该纤维垫消失。该混合物可制成极好的过滤介质，该过滤介质的上使用温度不是非常高，但是需要低压降。该聚合物系统不能以合理的方式进行交联。实施例8：双酚A作为混合物中的溶剂和固体的双重作用

双酚A聚合物的混合物的一个令人吃惊的特征是呈溶液形式的双酚A聚合物起类似溶剂的作用，而呈固体形式的聚合物则起固体作用。我们发现双酚A的这个双重作用是真正独特的。

制得以下配方：

烷氧基烷基改性的PA 66：聚合物B     180g

双酚A树脂(分子量3,000)：聚合物C    108g

190级别乙醇                        827g

丙酮                               218g

DI水                               167g

催化剂                             9.3g

Brookfield粘度计测得该混合物的粘度为32.6厘泊。总的聚合物浓度为19.2％。含19.2％聚合物B的混合物的溶液，其粘度超过200厘泊。在类似的溶剂中的单有12％聚合物B的粘度在60厘泊左右。这是双酚A树脂起类似溶剂作用的明显例子，因为总溶液的粘度低于预期的值。所得的纤维直径为0.157微米。如果聚合物B单独参与纤维成形，则预期的纤维尺寸应小于0.1微米。换句话说，聚合物C也参与纤维成形。我们不知道一个组分有如此独特双重作用的任何其它例子。在试样浸入乙醇中之后，测定过滤效率和纤维尺寸。在醇浸泡后，保留了85.6％的过滤效率且纤维尺寸不变。这表明聚合物C参与了交联，起到类似聚合物固体的作用。

另一个聚合物溶液按以下配方制备：

烷氧基烷基改性的PA 66：聚合物B      225g

双酚A树脂(分子量3,000)：聚合物C     135g

190°级别乙醇                       778g

丙酮                                205g

DI水                                15.7g

催化剂                              11.6g

该混合物的粘度为90.2厘泊。对24％的固体而言，这是一个非常低的粘度值。再者，这表明在溶液中聚合物C起类似溶剂的作用。可是，当该溶液静电抽丝成纤维后，纤维直径为0.438微米。单有聚合物B的15％溶液应产生约0.2微米的纤维。在终态时，聚合物C起到扩大纤维尺寸的作用。再者，本实施表明，该类分支聚合物在溶液中用作溶剂，而在终态用作固体。在浸入乙醇溶液后，保留77.9％的过滤效率且纤维尺寸不变。实施例9：交联聚酰胺/双酚A聚合物的混合物的开发

将树脂、醇和水混合，在60℃搅拌2小时制备了不同的试样。将溶液冷却至室温并向其中加入催化剂，再搅拌该混合物15分钟。随后，测定溶液的粘度并将其抽成纤维。

下表示出了下列试样：

配方(g)	试样9A	试样9B	试样9C
				聚合物B	8.4	12.6	14.7
聚合物A	3.6	5.4	6.3
				聚合物C	7.2	10.8	12.6
190级别乙醇	89.3	82.7	79.5
				异丙醇	23.5	21.8	21.0
DI水	18.0	16.7	15.9
				催化剂	.45	0.58	0.79
粘度(cP)	22.5	73.5	134.2
				纤维尺寸(微米)	0.14	0.258	0.496

我们发现此混合物可有效地产生纤维，与聚合物A的配方相比，产生的纤维质量多于50％。另外，所得的聚合物微米纤维更耐化学性。在醇中浸泡后，即使固有交联的聚合物仅为固体组合物的44％，由这些纤维制得的过滤器保持大于90％的过滤效率并保持纤维直径不变。该共聚酰胺、烷氧基烷基改性的尼龙66和双酚A的三聚合物组合物生成了纤维成形性能又有耐化学性的材料。实施例10：尼龙66和尼龙46的烷氧基烷基改性的共聚物

在一个10加仑的高压反应器中，进行以下反应，并分析所得的聚合物。在达到反应温度后，加入催化剂并反应15分钟。随后，将聚合物溶液淬冷、沉淀、清洗并干燥。

反应器进料(LB)	试验10A	试验10B	试验10C	试验10d	试验10E
						尼龙4，6(duPont Zytel 101)	10	5	5	5	5
尼龙6，6(DSM Stanyl 300)	0	5	5	5	5
						甲醛	8	10	8	10	8
DI水	0.2	0.2	2	0.2	2
						甲醇	22	20	20	20	20
反应温度(℃)	140	140	140	150	150
						Tg(℃)	56.7	38.8	37.7	38.5	31.8
Tm(℃)	241.1	162.3	184.9	175.4	189.5
						取代程度
烷氧基(重量％)	11.9	11.7	7.1	11.1	8.4
						羟甲基(重量％)	0.14	0.13	0.14	0.26	0.24

用尼龙46和尼龙66制得的聚合物的DSC显示了宽的单一熔融体温度，它低于改性的尼龙46(241℃)或改性的尼龙66(210℃)的熔融温度。这表明在反应过程中，两种组分会沿聚合物链随机地分布。这样，我们认为已经得到了用烷氧基烷基改性的尼龙46和尼龙66的无规共聚物。这些聚合物可溶解在醇和醇与水的混合物中。

性质	ASTM	尼龙6.6	尼龙4.6
				Tm		265℃	295℃
拉伸强度	D638	13.700	8.500
				断裂伸长率	D638	15-80	60
拉伸屈服强度	D638	8000-12,000
				弯曲强度	D790	17,8000	11,500
拉伸模量×103psi	D638	230-550	250
				悬臂梁式冲击ft-lb/英寸凹口	D256A	0.55-1.0	17
在弯曲负载264psi下的挠曲温度	D648	158	194

这两种尼龙都是高结晶的并且不溶于普通的醇中。来源：当代塑料百科全书1998实施例11：共聚酰胺和烷氧基改性尼龙46/66共聚物的共聚体的开发以及静电抽丝 纤维的形成

使用上述方法将聚合物10B和10D(见下表)的试样制成纤维。单独用烷氧基烷基改性的尼龙46/66(聚合物D)成功地进行了静电抽丝。聚合物D与聚合物A的混合可产生下述额外的益处：更有效的纤维成形以及制成更粗纤维而不含牺牲聚合物D的交联性，如下表所示：

	聚合物10B		聚合物10D
					单独	W/30％	单独	W/30％
		聚合物A		聚合物A
					纤维尺寸(微米)	0.183	0.464	0.19	0.3
纤维质量比	1	3	1	2
					过滤效率的维持率(％)	87	90	92	90

纤维的质量比通过纤维的总长度乘以截面积来计算。过滤效率的保持率通过将纤维试样浸入乙醇中来测定。醇中浸泡后纤维尺寸不变。实施例12：交联的PVA的静电抽丝

PVA粉末购自Aldrich Chemicals公司。这种粉末溶解在水或者甲醇和水的50/50混合物中。在静电抽丝之前，使其与交联剂和甲苯磺酸催化剂混合。在暴露于THC台之前，将所得的纤维垫置于150℃的炉中交联10分钟。

	试样12A	试样12B	试样12C	试样12D
					PVA水解度	98-99	87-89	87-89	87-89
分子量	31,500-50,000	31,500-50,000	31,500-50,000	31,500-50,000
					PVA浓度(％)	10	10	10	10
溶剂	水	混合物	混合物(c)	混合物(d)
					其它聚合物	无	无	丙烯酸	聚氰胺树脂385
其它聚合物/PVA(％)	0	0	30	30
					1小时后THC台上纤维的保留率(％)	0(a)	0(a，b)	95(b)	20(b)
3小时后THC台上纤维的保留率(％)			90(a)

(a)：温度160°F，湿度100％(b)：温度140°F，湿度100％(c)：分子量2000(d)：得自Cytec公司的三聚氰氨甲醛树脂实施例13

使用常规的纤维素空气过滤介质作为基底。该基底的基重为67磅/3000平方英尺，在0.5英寸水压降的Frazier渗透率为16英尺/分钟，厚度为0.012英寸，LEFS效率为41.6％。使用所述方法将实施例1的公称纤维直径为0.2微米的细纤维层加到基底表面上。所得复合物的LEFS效率为63.7％，在100％相对湿度下将只是基底的试样暴露于140F的空气1小时后，让试样冷却并干燥，其LEFS效率为36.5％。在100％相对湿度下将复合物暴露于140F的空气1小时后，让试样冷却及干燥，则其LEFS效率为39.7％。使用所述数学公式计算，得到暴露1小时之后保留的细纤维层的效率为13％，保留的有效的细纤维数目为11％。实施例14

使用常规的纤维素空气过滤介质作为基底。该基底的基重为67磅/3000平方英尺，在0.5英寸水压降处的Frazier渗透率为16英尺/分钟，厚度为0.012英寸，LEFS效率为41.6％。使用所述方法将实施例5的公称纤维直径为0.2微米的细纤维层加到表面上。所得复合物的LEFS效率为96.0％。在100％相对湿度下将只是基底的试样暴露于160F的空气中3小时后，让试样冷却并干燥，其LEFS效率为35.3％。在100％相对湿度下将复合物暴露于160F的空气3小时后，让试样冷却及干燥，则其LEFS效率为68.0％。使用所述数学公式计算，得到暴露3小时之后保留的细纤维层的效率为58％，保留的有效的细纤维数目为29％。实施例15

使用常规的纤维素空气过滤介质作为基底。该基底的基重为67磅/3000平方英尺，在0.5英寸水压降的Frazier渗透率为16英尺/分钟，厚度为0.012英寸，LEFS效率为41.6％。使用所述方法将实施例6所述的公称纤维直径为0.2微米的聚合物A和聚合物B的混合物的细纤维层加到表面上。所得复合物的LEFS效率为92.9％。在100％相对湿度下将只是基底的试样暴露于160F的空气中3小时后，让试样冷却及干燥，其LEFS效率为35.3％。在100％相对湿度下将复合物暴露于160F的空气中3小时后，让试样冷却及干燥，则其LEFS效率为86.0％。使用所述数学公式计算，得到暴露3小时之后保留的细纤维层的效率为96％，保留的有效的细纤维数目为89％。实施例16

使用常规的纤维素空气过滤介质作为基底。该基底的基重为67磅/3000平方英尺，在0.5英寸水压降的Frazier渗透率为16英尺/分钟，厚度为0.012英寸，LEFS效率为41.6％。使用所述方法将实施例6所述的公称纤维直径为0.2微米的聚合物A、聚合物B和叔丁基酚低聚物的混合物的细纤维层加到表面上。所得的复合物的LEFS效率为90.4％。在100％相对湿度下将只是基底的试样暴露于160F的空气中3小时后，让试样冷却及干燥，其LEFS效率为35.3％。在100％相对湿度下将复合物暴露于160F的空气中3小时后，让试样冷却及干燥，则其LEFS效率为87.3％。使用所述数学公式计算，得到暴露3小时之后保留的细纤维层的效率为97％，保留的有效的细纤维数目为92％。实施例17

使用常规的纤维素空气过滤介质作为基底。该基底的基重为67磅/3000平方英尺，在0.5英寸水压降的Frazier渗透率为16英尺/分钟，厚度为0.012英寸，LEFS效率为41.6％。使用所述方法将实施例12的公称纤维直径为0.2微米的具有聚丙烯酸的交联PVA的细纤维层加到表面上。所得的复合物的LEFS效率为92.9％。在100％相对湿度下将只是基底的试样暴露于160F的空气中2小时后，让试样冷却及干燥，其LEFS效率为35.3％。在100％相对湿度下将复合物暴露于160F的空气中2小时后，让试样冷却及干燥，则其LEFS效率为83.1％。使用所述数学公式计算，得到暴露3小时之后保留的细纤维层的效率为89％，保留的有效的细纤维数目为76％。实施例18

用实施例1-17所述的方法制得以下过滤介质。

                                            过滤介质的例子

基底	基底坡莫(Frazier)	基底基重(磅/3000平方英尺)	基底厚度(英寸)	基底效率(LEFS)	复合物效率(LEFS)
						在单独的基底上的单一细纤维层(气流从两个方向的任一个方向流过介质)	(+/-10％)	(+/-10％)	(+/-25％)	(+/-5％)	(+/-5％)
						纤维素空气过滤介质	58	67	0.012	11％	50％
纤维素空气过滤介质	16	67	0.012	43％	58％
						纤维素空气过滤介质	58	67	0.012	11％	65％
纤维素空气过滤介质	16	67	0.012	43％	70％
						纤维素空气过滤介质	22	52	0.010	17％	70％
纤维素空气过滤介质	16	67	0.012	43％	72％
						纤维素/具有防潮树脂的合成混合物	14	70	0.012	30％	70％
阻燃剂纤维素空气过滤介质	17	77	0.012	31％	58％
						阻燃剂纤维素空气过滤介质	17	77	0.012	31％	72％
阻燃剂合成空气过滤介质	27	83	0.012		77％
						Spunbond Remay(聚酯)	1200	15	0.007	5％	55％
合成/纤维素空气过滤介质	260	76	0.015	6％	17％
						合成/玻璃空气过滤介质	31	70	0.012	55％	77％
合成/玻璃空气过滤介质	31	70	0.012	50％	90％
在基底上的单一细纤维层。然后两层组合物层压在一起(在外侧的内侧基底上的细纤维层)
						合成(Lutrador聚酯)	300	25	0.008	3％	65％
合成(Lutrador聚酯)			0.016		90％

介质的使用形式有：平面、起皱、折叠、起皱和折叠、平板、折叠的平板、折叠的圆形滤纸和Zee滤纸。试验方法 热水浸泡试验

使用过滤效率作为有效地及功能上保留在结构中的细纤维数目的衡量，这要比其它可行的方法如SEM检测具有一些优点。

—过滤测定是对几平方英寸的介质作出评价，这比SEM显微镜照片只能观察小区域(通常小于0.0001平方英寸)能得出更好的平均值。

—过滤测定能确定在结构中保持过滤作用的纤维数目。那些虽保留，但是成群结合或以其它方式在改变的结构中存在的纤维只是显示在测得的效率和功能中。

尽管如此，在过滤效率不易测得的纤维结构中，仍可使用其它方法来测定保留的纤维百分数是相对于50％保留标准评价的。说明：本试验是表示过滤介质抗水性的加速试验。本试验使用LEFS试验台来测定浸入水中的过滤介质的性能变化。水温是决定性的参数，根据研究所得的介质的耐久性经验结果将试验时间减至最少的需要和试验区分介质类型的能力来选择水温。一般的水温为70°F、140°F或160°F。程序：从介质上割下一个4″直径的试样。使用0.8μm的乳胶球作为在20FPM条件下操作的LEFS(关于LEFS试验的描述，参见ASTM标准F1215-89)台中的试验污染物，计算试样的颗粒捕获效率。然后，将试样浸入(一般是140°F)蒸馏水中5分钟。将试样置于烘干架上让其在室温下干燥(一般是过夜)。在试样干燥以后，使用与初始计算相同的条件在LEFS台上再测试效率。对细纤维支撑用的基底(但没有细纤维在其上面)重复先前的步骤。由上述结果可以计算仅由于细纤维而导致的效率成分以及由于水的破坏而导致的最终效率损失。确定了由于细纤维而导致的效率损失后，可计算保留的效率的量。计算：细纤维层效率：     E_i＝起始的复合物效率；

               E_s＝起始的基底效率；

               F_e＝细纤维层

               F_e＝1-EXP(Ln(1-E_i)-Ln(1-E_x))细纤维层保留的效率：    F_i＝起始的细纤维层效率；

                    F_x＝浸后的细纤维层效率；

                    F_r＝保留的细纤维

                    F_r＝F_x/F_i具有有效功能的保留细纤维的百分数也可由下式计算：

                      ％＝log(1-F_x)/log(1-F_i)合格/不合格标准：效率的保留百分数＞50％在大多数工业脉冲净化过滤器的用途中，如果细纤维效率保留了至少50％，则该过滤器足以工作。THC台(温度、湿度)说明：这个试验台的目的是评价在流体动力条件下细纤维介质对升高的温度和较高的湿度的作用。此试验目的在于模拟工业过滤用途、燃气轮机进气用途、或者重型引擎进气环境中任何一种极限的操作条件。将试样取出、干燥并且每隔一段时间进行LEFS测试。此系统主要用于模拟湿热条件，但是也可用于模拟热/冷而干的条件。温度  -31至390°F湿度  0-100％RH(100％RH下的最高温度为160°F，在此

  条件下的最长连续时间为16小时)流速  1-35FPM程序：从介质上割下一块4″直径的试样。使用0.8μm乳胶球作为在20FPM条件下操作的LEFS台中的试验污染物，用来测试试样的颗粒捕获效率。然后，将试样插入THC介质卡盘中。试验时间可从几分钟到几天，依试验条件而定。将试样置于烘干架上，在室温下干燥(一般是过夜)。在试样干燥以后，使用与初始试验相同的条件在LEFS台上再测试效率。对细纤维支撑基底(上面没有细纤维)重复先前的步骤进行测试。由上述测试结果计算仅由于细纤维而导致的效率成分以及由于浸醇的破坏而导致的最终效率损失。确定了细纤维的效率损失，可计算保留的效率的量。合格/不合格标准：效率的保留百分数＞50％。在大多数工业脉冲净化过滤器的用途中，如果细纤维效率保留了至少50％，则该过滤器足以工作。醇(乙醇)浸泡试验说明：本试验使用LEFS试验台测定浸在室温的乙醇中的过滤介质性能的变化。程序：从介质上割下一块4″直径的试样。使用0.8μm的乳胶球作为在20FPM条件下操作的LEFS台中的试验污染物，测试试样的颗粒捕捉效率。然后，将试样浸入醇中1分钟。将试样置于烘干架上，在室温下干燥(一般是过夜)。在试样干燥以后，使用与初始试验相同的条件在LEFS台上再测试效率。对细纤维支撑基底(上面没有细纤维)重复先前的步骤进行测试。由上述测试结果可计算仅由于细纤维而导致的效率成分以及由于浸醇的破坏而导致的最终效率损失。确定了细纤维的效率损失，可计算保留的效率的量。

合格/不合格标准：效率的保留百分数＞50％。

上述说明、实施例和数据对本发明进行了阐述。但是，对所述本发明可作许多变化和实施方式。本发明体现于本文后附的权利要求书中。

Claims (60)

1.一种过滤部件装置，它包括：

(a)一个介质组件，它具有包括第一和对立的第二流动面的基底以及许多沟槽，其特征在于：在所述介质组件中

(i)各个沟槽具有紧邻第一流动面的第一末端部分和紧邻第二流动面的第二末端部分；

(ii)一些选定的沟槽在第一末端部分打开，而在第二末端部分关闭；另一些选定沟槽在第一末端部分关闭，而在第二末端部分打开；

(iii)所述基底至少部分地被一层直径约0.01-0.5微米的细纤维覆盖，使得纤维在相对湿度100％、140°F空气的试验条件下暴露16小时的试验时间后，有多于30％的纤维保持不变供过滤之用。

2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于：所述聚合物是加成聚合物。

3.根据权利要求2所述的部件，其特征在于：所述加成聚合物是聚卤乙烯、聚偏二卤乙烯或者它们的混合物。

4.根据权利要求3所述的部件，其特征在于：所述聚偏二卤乙烯是聚偏二氯乙烯。

5.根据权利要求3所述的部件，其特征在于：所述聚偏二卤乙烯是聚偏二氟乙烯。

6.根据权利要求2所述的部件，其特征在于：所述加成聚合物是聚乙烯醇。

7.根据权利要求2所述的部件，其特征在于：所述加成聚合物是包含乙烯醇的共聚物。

8.根据权利要求6所述的部件，其特征在于：所述聚乙烯醇是用约1-40重量％的交联剂交联的。

9.根据权利要求7所述的部件，其特征在于：所述聚合物是用约1-40重量％的交联剂交联的。

10.根据权利要求8所述的部件，其特征在于：所述交联的聚乙烯醇是使用分子量约为1000-3000的聚丙烯酸交联的。

11.根据权利要求8所述的部件，其特征在于：所述交联的聚乙烯醇是使用分子量约为1000-3000的三聚氰胺-甲醛树脂交联的。

12.根据权利要求1所述的部件，其特征在于：它包含缩聚物。

13.根据权利要求10所述的部件，其特征在于：它包含尼龙聚合物。

14.根据权利要求13所述的部件，其特征在于：所述尼龙是环内酰胺和C_6-10二胺单体或C_6-10二酸单体所形成的共聚物以外的尼龙。

15.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：它还包含树脂添加物，该树脂添加物是分子量约500-3000并具有芳香族特性的低聚物，其中，所述添加物混溶在缩聚物中。

16.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是聚对苯二甲酸亚烷基酯。

17.根据权利要求15所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是聚萘二甲酸亚烷基酯。

18.根据权利要求16所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是聚对苯二甲酸亚乙酯。

19.根据权利要求13所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是尼龙聚合物，该尼龙聚合物是具有衍生自环内酰胺的重复单元的均聚物。

20.根据权利要求13所述的部件，其特征在于：所述尼龙共聚物与分子量或单体组成不同的第二尼龙聚合物组合。

21.根据权利要求20所述的部件，其特征在于：所述尼龙共聚物与包含烷氧基烷基改性的聚酰胺的第二尼龙聚合物组合。

22.根据权利要求20所述的部件，其特征在于：所述第二尼龙聚合物是尼龙共聚物。

23.根据权利要求20所述的部件，其特征在于：所述聚合物经处理会形成差式扫描量热计测得为单相材料的单一聚合物组合物。

24.根据权利要求23所述的部件，其特征在于：所述共聚物和第二聚合物经热处理。

25.根据权利要求24所述的部件，其特征在于：所述共聚物和第二聚合物在低于聚合物的较低熔点的温度经热处理。

26.根据权利要求15所述的部件，其特征在于：所述添加物是包含苯酚化合物的低聚物。

27.根据权利要求26所述的部件，其特征在于：所述添加物是包含叔丁基酚的低聚物。

28.根据权利要求24所述的部件，其特征在于：所述添加物是包含下式单元的低聚物：

29.根据权利要求26所述的部件，其特征在于：所述树脂是包含双酚A的低聚物。

30.根据权利要求29所述的部件，其特征在于：所述添加物是包含下式单元的低聚物：

31.根据权利要求15所述的部件，其特征在于：所述树脂是包含二羟基联苯的低聚物。

32.根据权利要求31所述的部件，其特征在于：所述添加物是包含下式单元的低聚物：

33.根据权利要求15所述的部件，其特征在于：所述添加物是树脂添加物和含氟聚合物的混合物。

34.根据权利要求15所述的部件，其特征在于：所述添加物是氟碳表面活性剂。

35.根据权利要求15所述的部件，其特征在于：所述添加物是非离子表面活性剂。

36.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是聚氨酯聚合物。

37.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是聚氨酯聚合物和聚酰胺聚合物的混合物。

38.根据权利要求13所述的部件，其特征在于：所述尼龙是尼龙均聚物、尼龙共聚物或它们的混合物。

39.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是芳香族聚酰胺。

40.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是二胺单体与聚间亚苯基间苯二酰胺的反应产物。

41.根据权利要求39所述的部件，其特征在于：所述聚酰胺是二胺与聚对亚苯基对苯二酰胺的反应产物。

42.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是聚苯并咪唑。

43.根据权利要求12所述的部件，其特征在于：所述缩聚物是聚丙烯酸酯。

44.根据权利要求43所述的部件，其特征在于：所述聚丙烯酸酯聚合物是双酚A与混合的苯二甲酸的缩聚反应产物。

45.根据权利要求1所述的过滤部件装置，其特征在于，它还包括：

(a)包括框架结构和密封部件的密封系统；

(i)所述框架装置包括从所述第一和第二流动面中的一个面轴向延伸伸出的部分；

(A)所述延伸部分包括具有外部径向表面的箍结构；

(ii)所述密封部件由所述框架装置的延伸部分来支撑；

(A)所述密封部件是模塑密度为14-22磅/立方英尺的聚氨酯泡沫材料；

(B)所述密封部件对着至少一个所述外部径向表面取向。

46.根据权利要求45所述的过滤部件装置，其特征在于：

(a)所述介质组件和框架结构具有圆形截面。

47.根据权利要求45所述的过滤部件装置，其特征在于：

(a)所述介质组件和框架结构具有跑道形截面；

(b)所述框架结构包括径向支撑的十字架。

48.根据权利要求45所述的过滤部件装置，其特征在于，它还包括：

(a)所述介质组件安装在其上的平板式结构。

49.根据权利要求45所述的过滤部件装置，其特征在于，它还包括：

(a)在介质组件的第一表面上伸出的把手；所述把手的尺寸与人手匹配。

50.根据权利要求45所述的过滤部件装置，其特征在于，它还包括：

(a)固定在所述介质组件上并将它包住的套管部件；

(i)所述套管部件相对于介质组件取向，延伸长度至少为所述介质组件轴向长度的30％；

(b)密封部件的压力凸缘，它至少部分地包住所述介质组件；

(i)所述密封部件的压力凸缘从所述套管部件径向延伸并完全包住所述套管部件。

51.一种过滤空气的方法，该方法包括：

(a)以5-10,000立方英尺/分钟的速量引导空气通过介质组件，所述介质组件包括具有第一和对立的第二流动面的基底，基底上有许多沟槽，其特征在于：在所述介质组件中

(i)所述沟槽具有紧邻第一流动面的第一末端部分和紧邻第二流动面的第二末端部分；

(ii)一些选定的沟槽在第一末端部分打开而在第二末端部分关闭；另一些选定的沟槽在第一末端部分关闭而在第二末端部分打开；

(iii)介质复合物包括一基底，所述基底至少部分地被一层直径约0.01-0.5微米的细纤维覆盖，使得纤维在相对湿度100％、140°F空气的试验条件下暴露16小时的试验时间后，保留大于30％的纤维不变用于过滤。

52.根据权利要求51所述的方法，其特征在于：所述方法包括引导一脉冲空气流通过介质组件来除去收集在介质组件中的颗粒的步骤。

53.根据权利要求52所述的方法，其特征在于：所述脉冲空气流以与正常操作中空气流动方向相反的方向导入。

54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于：所述脉冲空气流除去介质组件中多于50％的颗粒。

55.根据权利要求45所述的方法，其特征在于：

(a)所述引导空气通过介质组件的步骤包括：以约50-500立方英尺/分钟的发动机进气流量将空气导入发动机的进气管。

56.根据权利要求49所述的方法，其特征在于：

(a)所述引导空气通过介质组件的步骤包括：引导空气通过包括介质组件和密封系统的过滤部件；所述密封系统包括框架装置和密封部件；

(i)框架装置包括从第一和第二流动面中的一个面轴向延伸伸出的部分；

(ii)密封部件由所述框架装置的延伸部分来支撑；

(iii)密封部件在延伸部分与发动机进气管之间紧靠着形成径向密封。

57.根据权利要求45所述的方法，其特征在于：

(a)所述引导空气通过介质组件的步骤包括：将空气导入燃气轮机系统的进气管中。

58.根据权利要求53所述的方法，其特征在于：

(a)将空气导入燃气轮机系统进气管中的步骤包括将空气导入下述燃气轮机系统的进气管中，该燃气轮机系统的进气管包括：

(i)具有至少一个单一通孔的管板；

(ii)通过所述孔可拆卸更换安装的套管部件；介质组件由该套管部件支撑；

(iii)至少部分包住套管部件的凸缘；

(iv)受压的密封部件，它在凸缘和管板之间紧靠着形成密封。

59.根据权利要求51所述的方法，其特征在于：

(a)所述引导空气通过介质组件的步骤包括：将空气导入电池系统的进气管中，该燃料电池系统包括过滤装置和在其后面的燃料电池。

60.根据权利要求59所述的方法，其特征在于：

(a)所述引导空气通过介质组件的步骤包括：将空气导入燃料电池系统的进气管中，该燃料电池系统包括在燃料电池前面的过滤装置，该过滤装置包括：

(i)具有进口和出口的外壳，进口将不洁大气空气吸入过滤装置中，而出口从过滤装置中接受洁净的空气；

(A)可操作地安装在外壳中的介质组件；

(ii)在外壳中的声抑制部件；该声抑制部件的结构和安装能减弱至少6dB的音量；以及

具有空气进口的燃料电池；过滤装置的结构及安装能向燃料电池的空气进口提供来自过滤装置出口的洁净空气。

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