[发明专利]利用双组分纤维的复合过滤介质

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年10月22日提交的美国临时专利申请号61/716,904和2013年3月14日提交的美国非临时专利申请号13/827,968的权益，这些专利申请的内容通过引用全部并入本文。

背景

所公开的主题涉及复合过滤介质。具体地，所公开的主题涉及通过结合包括双组分纤维的介质材料的邻近层而制备的层压形式的复合过滤介质。该复合过滤介质在需要长使用寿命的工业应用中是有用的。

存在用于增加过滤器的服务间隔而不增大过滤器尺寸、增大过滤器的压降或降低过滤器去除污染物的容量的需求。具体地，用于高压过滤应用例如液压过滤和燃料过滤的过滤性能要求在微粒去除方面是极其苛求的，然而，服务间隔优选为至少250小时，但是理想地大于500小时、1000小时或甚至更长。为了满足这些压降和寿命要求，需要专门设计的高性能过滤介质。某些过滤应用的苛求去除和使用寿命要求不能为现有过滤介质所满足，且改进的过滤介质是合意的。具体地，改进的复合介质和用于形成复合介质的方法是合意的。

概述

公开了可以在聚结元件、聚结筒(coalescing cartridge)以及聚结系统和聚结方法中使用的复合介质。该复合介质通常通过从上游方向到下游方向使介质材料的至少三个层结合来形成，所述层即层A、任选层B、层C和层D。这些层通常具有不同的特性且设计成向聚结介质赋予合意性能。通常，这些层中的一个或更多个包括双组分纤维。该双组分纤维通常包括具有不同物理特性或化学特性例如熔融温度的不同的聚合物材料。

在所公开的复合介质的一些实施方式中，层A、层B和层D中的至少一个包括具有芯和鞘的双组分聚合物纤维，且层C包括聚合物纳米纤维材料。双组分纤维的鞘的聚合物材料可以具有比芯的聚合物材料低的熔点。双组分纤维的鞘的聚合物材料还可以具有比层C的聚合物纳米纤维材料低的熔点。然后，复合介质材料可以通过利用包括加热双组分纤维的鞘材料且使双组分纤维的鞘材料熔融到层C的聚合物纳米纤维材料的方法，使层C的聚合物纳米纤维材料结合到层A、层B和层D中的至少一个的双组分纤维来形成。

表1中公开了用于制备复合介质的各层的示例性特性。在一些实施方式中，层A包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物介质材料：(a)大于约8μm、9μm或10μm的标称平均纤维直径；(b)大于约10μm、15μm、20μm或25μm的平均孔径；和(c)大于约80cfm的渗透率。任选地，层A包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物介质材料：(a)80-325cfm的渗透率；(b)20-60gsm的基重；和(c)0.1-0.5mm的厚度。

层B是任选的。然而，在一些实施方式中，层B不是任选的，并且层B包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物介质材料：(a)1-5μm的标称平均纤维直径；(b)5-15μm的平均孔径；(c)15-50gsm的基重；和(d)25-55cfm的渗透率。任选地，层B包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物介质材料：(a)≤30μm的最大孔径；和(b)0.1-0.5mm的厚度。

在一些实施方式中，层C包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物介质材料：(a)0.1-5μm、0.1-3μm或0.1-1μm的标称平均纤维直径；(b)0.1-15μm或0.2-10μm的平均孔径；和(c)3-55cfm的渗透率。层C可以包括具有小于1μm的标称平均纤维直径的纳米纤维，并且可以另外被称为纳米纤维层。任选地，层C包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物介质材料：(a)≤10μm的最大孔径；(b)8-50gsm的基重；和(c)0.1-0.5mm的厚度。

在一些实施方式中，层D包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物材料：(a)大于约8μm、9μm或10μm的标称平均纤维直径；(b)大于约10μm、15μm、20μm或25μm的平均孔径；和(c)大于约40cfm的渗透率。任选地，层D包括具有以下特性中的一个或更多个的聚合物介质材料：(a)40-200cfm的渗透率；(b)40-200gsm的基重；和(c)0.1-0.56mm的厚度。

在一些实施方式中，复合介质具有小于约40cfm、30cfm、20cfm、10cfm或5cfm的渗透率。优选地，由多个层形成的复合介质具有约3-40cfm的渗透率。