[发明专利]用于过滤气流中的颗粒物的过滤介质

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及用于过滤气流中的颗粒物的空气过滤介质。

相关领域描述

通常用于以小于99.97％的效率过滤0.3微米颗粒的HVAC空气过滤器中的过滤介质基于玻璃、纤维素或聚合物。自从美国采暖、制冷与空调工程师协会出台在此类应用中的过滤介质的性能标准以来，通常将用该性能范围的介质制成的过滤器称作“ASHRAE过滤器”。基于聚合物的过滤介质通常为纺粘或熔喷非织造织物，相对于通过湿法成网造纸法制备的玻璃或纤维素介质，所述非织造织物的静电性通常得到增强，以在较小压降产生更高的过滤效率。

目前，静电性得到增强的空气过滤介质和通过湿法成网法制备的介质，更具体为使用玻璃纤维的介质，还有局限性。如美国专利4,874,659和4,178,157所述，经静电处理的熔喷过滤介质起初表现良好，但随着介质开始俘获颗粒同时静电由此被绝缘，该过滤介质很快会在使用过程中因粉尘负载而失去其过滤效果。此外，因为基于静电而产生颗粒的有效俘获，该过滤器的性能受导致电荷耗散的空气湿度的影响通常很大。

使用微晶玻璃纤维和包含微晶玻璃纤维的共混物的过滤介质通常包含以织造或非织造结构排列的小直径玻璃纤维，并能抗化学品侵蚀，且多孔性相对较低。以下美国专利公开了这类玻璃纤维介质：Smith等的美国专利2,797,163、Waggoner的美国专利3,228,825、Raczek的美国专利3,240,663、Young等的美国专利3,249,491、Bodendorf等的美国专利3,253,978、Adams的美国专利3,375,155和Pews等的美国专利3,882,135。微晶玻璃纤维和含有微晶玻璃纤维的共混物通常相对较脆，且在成褶时可能破碎，进而产生不必要的产率损失。破碎的微晶玻璃纤维也可能通过包含微晶玻璃纤维的过滤器释放到空气中，如果所述微晶玻璃被吸入，其会造成潜在的健康危胁。

希望提供一种达到ASHRAE标准空气过滤的装置，并避免上述已知过滤介质的局限性。

发明概述

在第一个实施方案中，本发明涉及一种过滤介质，所述过滤介质包括至少一层直径小于约1000纳米的连续聚合物纤维的纳米纤维层，各纳米纤维层的基重为至少约2.5g/m²，以及至少一层稀纱布层，其中当过滤表面速度为5.33cm/秒的气流中的平均直径为0.3μm的颗粒时，所述介质的过滤效率为至少约20％，同时Handle-o-meter刚性为至少约45g。

本发明的第二个实施方案涉及一种过滤气流中的颗粒物的方法，所述方法包括使包含颗粒物的气流通过包括至少一层连续聚合物纤维的纳米纤维层和至少一层稀纱布层的过滤介质，其中纳米纤维层的连续聚合物纤维的直径小于约1000纳米，其中各纳米纤维层的基重为至少约2.5g/m²，厚度小于约100μm，其中所述过滤介质的Handle-o-meter刚性为至少约45g，并过滤以5.33cm/秒表面速度移动的气流中高达约99.97％的平均直径为0.3μm的颗粒。

本发明的另一个实施方案涉及一种形成过滤介质的方法，所述方法包括在移动的收集带上提供至少一层Handle-o-meter刚性为至少约10g的稀纱布层，以及在稀纱布层上沉积纳米纤维以形成基重为至少约2.5g/m²的单纳米纤维层，从而形成Handle-o-meter刚性为至少约10g和压降小于约30mm水柱的过滤介质。

定义

术语“纳米纤维”指直径为小于1,000纳米的纤维。

术语“过滤介质”或“介质”指材料或材料组合，当带有颗粒的流体通过所述材料时，颗粒物同时并至少暂时沉积在所述介质中或其表面。

术语“ASHRAE过滤器”指适用于加热、通风和空调系统用于过滤空气中的颗粒的任何过滤器。

术语“SN结构”指包含纺粘层(S)和纳米纤维层(N)的多层非织造材料。

术语“SNS结构”指包含夹在两纺粘层之间的纳米纤维层的多层非织造材料。

附图简述

图1为现有技术中电吹制(electroblow)装置的示意图，该装置用于形成适用于本发明的纳米纤维。

发明详述

本发明涉及包括至少一层纳米纤维层和至少一层稀纱布层的过滤介质。所述纳米纤维层在过滤介质层中包含基本连续的有机聚合物纳米纤维，所述纳米纤维的直径小于约1μm或1000nm。这类过滤介质可用于过滤应用以从流体流中去除颗粒物，尤其是从气流例如空气中去除颗粒物。