CN105102098B - 制备薄过滤介质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制备过滤介质的方法，所述过滤介质具有改善的过滤、强度、抗撕裂性和透气性，形式为相对薄且轻的湿法成网纤维网，湿Mullen比为20％至90％，以确保所述介质足够柔韧，以便成型为槽纹结构，并且具有足够的强度，当卷绕成卷时保持槽纹结构，以及容许进一步加工。

Description

制备薄过滤介质的方法
技术领域
本公开整体涉及过滤，更具体地讲，涉及制备在滤芯、过滤组合件或滤筒中用于去除流体流(如空气和液体)中的污染物的薄过滤介质的方法，以及制备此种薄过滤介质的方法。
背景技术
流体流(如空气流、气流和液体流)中经常会含有污染物。例如，流向发动机、燃气轮机、燃烧炉、发动机润滑***、液压***、冷却剂***和燃料***的流体流携带有粒状污染物，这些粒状污染物应该被滤掉。
目前可使用纤维组成和加工方法不同的过滤介质来去除此种流体流中的某些或全部污染物。过滤介质通常是多孔材料，在捕捉介质中的污染物的同时能够让流体从介质中流过。特别是，目前已经针对褶状滤芯开发了宽泛范围的介质，这些滤芯扩展能够捕捉污染物的介质的有效表面积。除了具有良好的粒状污染物去除特性之外，合适的褶状过滤介质通常具有高强度，并在制造、存储和使用中保持了(或基本保持了)过滤介质的褶皱。
近年来，已经开发出了褶状构型的替代品，结合一系列介质槽纹形片材使用，当从滤芯的上游(“脏”)侧流到滤芯的下游(“干净”)侧时，流体从一个片材流到另一个片材。这种流体一般被称为“z流体”，带有槽纹形介质的过滤器有时称为“z流体元件”。z流体元件实例公开于已转让给Donaldson Company,Inc.的美国专利No.8,241,383中。在某些z流体结构中，槽纹的特征为具有独特的形状，包含如在相邻槽纹峰之间的槽纹形介质中形成的槽纹锐锋和/或脊等特征。
尽管具有结构化槽纹的介质是很多应用所需的介质，但是现有的很多空气过滤介质可能难以形成结构化槽纹，在使用中会由于振动而劣化(例如因为撕裂而劣化)，或者在成型后和/或在介质使用过程中槽纹中的峰和脊(或其他结构)不能充分保持其形状。
发明内容
因此，存在改善过滤介质的需求，需要能够满足如下条件的过滤介质：在没有破裂或撕裂的情况下易于成型为结构化槽纹；在存储和使用时能够将槽纹形状维持在所需水平；适用于需要槽纹的峰之间有锐锋和脊的介质结构，以及其他成型结构元件的过滤应用。
上述目的以及将显而易见的其他方面，通过提供用于制备湿法成网纤维网形式的薄而轻的过滤介质的特定方法实现。这种方法要求定义名称为湿Mullen比的变量。湿Mullen比是介质中树脂固化百分比的指示，这一固化百分比受下游转化器所需的加工条件控制。应用于过滤介质的湿Mullen比依赖于最终用户的需求。如果需要一种无需进一步加工或加热(即无需进一步固化)的过滤介质，则60％至80％的湿Mullen比(优选的是60％-75％，更优选的是60％至70％)已能够确保介质柔韧却足够强壮，因而在介质绕成卷时介质仍能够保持槽纹结构，并且这种比率已能够容许对介质进行进一步加工。然而，如果在成褶/开槽工艺中进行了额外的固化，则可以使用更低的Mullen比。通过这一工艺，可易于获得具有如下特性的薄过滤介质：厚度为15密耳(0.38mm)或更小(优选的是介于6至15密耳(0.15-0.38mm)之间)，更优选的是介于8至15密耳(0.20-0.38mmm)之间；总重为约35至45镑/3000平方英尺(57-73g/m2)；纵向抗撕强度为至少每16层50克(490mN)，横向抗撕强度为至少每16层60克(590mN)；足够多孔，能够在阻挡不良污染物的同时实现至流体的合适渗透性。
实现上述特性的过滤介质包括占过滤介质重量的重量百分比为70重量％至92重量％(优选的是81重量％至87重量％)的纤维共混物，以及树脂粘结剂；其中树脂粘结剂优选地包括具有交联剂的酚醛树脂粘结剂，并且树脂粘结剂占过滤介质重量的重量百分比为8重量％至30重量％(优选的是13重量％至19重量％)。
过滤介质中的纤维共混物包括纤维素纤维和合成纤维，其中，纤维素纤维占纤维共混物重量的重量百分比为约80重量％至100重量％(优选的是约82.5重量％至约96重量％)，合成纤维占纤维共混物重量的重量百分比为0重量％至20重量％(优选的是约4重量％至约17.5重量％)。纤维共混物的纤维素纤维成分包括卷曲软木浆料和硬木浆料，其中，卷曲软木浆料占纤维共混物纤维素成分重量的重量百分比为约50重量％至约100重量％，硬木浆料占纤维共混物纤维素成分的重量百分比为不超过50重量％。卷曲软木浆料满足如下条件：当成型为重量为60lb/3000sq.ft(98gm/m2)、厚度为16-26密耳(0.41-0.66mm)(更优选的是介于16-23密耳(0.41-0.66mm)之间)的手抄纸时，手抄纸的透气性为100-175cfm(508-889l/m2s)。合成纤维是优选的聚酯纤维，丹尼尔为1至3，长度为1/4至1/2英寸(6.35-12.7mm)。
过滤介质可利用传统湿法成网造纸设备生产，包括但不限于具有倾斜线材、扁平长网造纸机金属丝、双丝或真空圆网抄纸机的设备。首先利用这些设备对纤维配料进行脱水，形成湿网，然后进行额外加工，包括加热、冷却、涂覆树脂粘结剂，然后固化。根据本文所公开的方法，形成的纤维配料的纤维组成为80重量％至100重量％(优选的是80重量％至95重量％)的纤维素纤维，以及0重量％至20重量％(优选的是5重量％至20重量％)的合成纤维。纤维配料的纤维素纤维含量包含至少50重量％的一种卷曲软木浆料，这种卷曲软木浆料满足如下条件：当仅将其成型为重量为每3,000平方英尺(98g/m2)60镑、厚度为16-26密耳(0.41-0.66mm)的手抄纸时，手抄纸的透气性为100-175cfm(508-889l/m2s)。纤维配料中的纤维素纤维还包括不超过纤维共混物纤维素成分的50重量％的硬木浆料，优选的是20重量％至50重量％。纤维配料中的纤维可能是经机械研磨引起原纤化。纤维配料稀释为固体量为0.05重量％至0.3重量％，优选的是0.05重量％至0.2重量％，喷射于造纸机上形成网状材料。接着对网状材料进行干燥，形成干燥片材，并将树脂粘结剂制剂以片材重量的8重量％-30重量％、优选的是13重量％-19重量％涂覆于干燥片材上。树脂粘结剂制剂优选为具有交联剂的酚醛树脂粘结剂。然后对片材进行干燥和固化，达到所需的固化状态，即不到完全固化状态。
也可在介质中添加额外的纤维和材料，并且用其他纤维和材料代替上文公开的纤维和材料，为介质赋予其他特性。当结合下列附图考虑优选实施例的具体实施方式时，本公开和本发明的其他目的、特征和优点将显而易见。
附图说明
图1是生产过滤介质的工艺流程图。
具体实施方式
利用本文所述的方法生产的过滤介质具有所需的改善的过滤、强度、抗撕裂性和透气性特点，形式为相对薄且轻的湿法成网纤维网。这种纤维网可能会在后续步骤中固化，也可能不固化，其具有20％至90％(优选的是30％至80％，更优选的是60％至80％)的湿Mullen比，以确保介质足够柔韧，能成型为槽纹结构，并且具有适当的热成型性和强度，绕成卷时保持槽纹结构，容许进行进一步加工。因此，这种过滤介质可以用于多种多样的过滤元件，包括需要槽纹形介质的z流体元件、层流滤芯和任何其他需要部分固化的薄介质的应用。
术语“湿Mullen比”用于指示介质的固化程度，需要该程度来维持槽纹、波纹或褶状结构的形状，并且介质仍然具有进一步缠绕于芯子周围并组装成滤芯或滤筒的柔韧性。本发明所形成的介质的湿Mullen比(部分固化至所需的不完全固化的固化状态)的计算方法：用形成的部分固化介质样品的湿Mullen破裂强度除以在烘箱中350℉(177℃)下固化了5分钟的完全固化介质样品的湿Mullen破裂强度，然后乘以100，确定百分率。过滤介质的完全固化样品将显示具有样品所能呈现的最高湿Mullen破裂强度。
湿Mullen破裂强度指示刺穿纤维网所需的压力，以及纤维网的承载能力。在这个测试中，样品被切成至少2.5×2.5英寸(64×64mm)，利用非离子表面活性剂浓度量为约0.03重量％的水让样品饱和，将其夹到Mullen撕裂测试器的圆膜内，然后按照美国制浆造纸工业技术协会(“TAPPI”)的标准T 403om-02(“纸张撕裂强度”)测定湿润撕裂强度。
希望根据本公开所生产的过滤介质(可能在后续步骤中固化，也可能不固化)的湿Mullen比为介于20％至90％之间，优选的是介于30％至80％之间，更优选的是介于约60％至约80％之间，最优选的是70％。已经发现，湿Mullen比低于60％的介质的刚度对于那些需要进一步固化的应用来说太低，因此无法保持槽纹结构或波纹结构或褶状结构。还确定的是，当湿Mullen比高于约75％时，介质开始变得易碎，因此，除非重新对介质加湿，否则无法在不破裂和/或撕裂介质的情形下形成合适的槽纹结构或波纹结构或褶状结构。然而，如果顾客/下游转化器能够利用预加热和/或预加湿使介质产生褶皱或槽纹，湿Mullen比可为20％至90％的范围之间的任何值。下述的加工参数和介质组成经过挑选，以实现所需的介质固化状态，如湿Mullen比率所确定的那样，无需额外的固化。
这种过滤介质被构造得相对较薄，以容许过滤元件内的致密填充和所需的褶皱形成特性。介质的厚度按照TAPPI标准T 411-om-05用Thwing Albert 89-100厚度测试器确定。本发明所公开的薄过滤介质的合适厚度为平均6密耳至15密耳(0.15-0.38mm)，优选的是8密耳至15密耳(0.20-0.38mm)，更优选是约10密耳至12密耳(0.25-0.30mm)。
该过滤介质也被构造为具有相对较低的基重。基重按照TAPPI标准T410-om-02测定。介质的合适基重为低于每3000平方英尺60镑(97.7g/m2)，优选的是介于每3000平方英尺31至49镑(lbs/3000ft2)(51–80g/m2)，更优选的是介于35到45lbs/3000ft2(57-73g/m2)，最优选的是介于39至43lbs/3000ft2(63-70g/m2)(在固化介质之前测定)。完全固化后，介质的基重减少约2至4lbs/3000ft2(3.3-6.5g/m2)。
为了对气流提供相对较低的阻力，希望过滤介质具有相对较高的空气渗透性(或“透气性”)。过滤介质的透气性按照TAPPI标准T 251cm-85(“多孔纸、织物和纸浆手抄纸的透气性”)测定，水位差为0.5英寸(12.7mm)，测量的是每分钟样品区域每平方英尺的气流流速(流速以立方英尺计)，单位为ft3/ft2min，有时仅被称为cfm。透气率也可称为孔隙度，Frazier或Textest。希望过滤介质具有至少每分钟每平方英尺20立方英尺(cfm/sf)(101.6l/m2s)的透气性，优选的是至少25cfm/sf(127l/m2s)。
过滤介质也被构造为具有相对较高的抗撕强度以抵御由于滤芯使用中的振动而造成的撕裂。过滤介质的抗撕强度按照TAPPI标准T 414om-04(“纸张内部抗撕裂性；Elmendorf型方法”)利用具有100克摆动的Elmendorf撕裂测试器(宾夕法尼亚州费城Thwing-Albert仪器公司(Thwing-Albert Instrument Co.,Philadelphia,PA))确定。值越高，表示基板更强。过滤介质的纵向(MD)撕裂强度应为至少每16层150克力(490mN)，横向(CD)撕裂强度应为至少每16层60克力(590mN)，优选的是MD超过每16层65克力(640mN)，CD超过每16层85克力(830mN)。
选择纤维组成和价格参数，从而得到如上所述的薄而不紧凑的过滤介质。希望过滤介质具有足够大小的开放空间或孔，以允许流体流动穿过介质，但是不使过滤介质的灰尘负载能力降低。孔大小根据ASTM 316-03(2011)利用气泡点方法确定。测试基于这样的事实：推动气泡穿过孔所需的压力与洞的大小成反比。过滤介质被设置成与上表面上的液体和下面的空气接触。气压逐渐增大，直至高到足以看到液流侧出现气泡。气泡开始流动时的压力决定最大孔径以及位置。介质的最大孔径(或“最大孔”)可能为介于43微米(μm)至63微米之间。平均孔径(或“平均流动孔”)基于同样根据ASTM 316-03(2011)确定的通过干燥样品的气体压力与利用矿物油湿润的样品的气体压力的比较(这里的气体可以是空气或氧气)。适用的MFP为介于10微米(μm)至20微米之间。
当在浓度为150mg/m3、迎面风速为20cm/s的条件下测试具有SAE细尘的100cm2样品区域平单层介质(粉末技术公司(Powder Technologies,Inc.)的ISO 12103-1A2细试验粉尘)时，希望本公开的过滤介质在粉尘含量为1.5mg/cm2时具有的压降为低于1000Pa。整个过滤介质的压降利用与RBG1000粉尘给料机相连接的Palas MFP-30000过滤测试***(德国卡尔斯鲁厄的派勒斯公司(Palas GmbH,Karlsruhe,Germany))进行测量。当利用SAE细尘(ISO 12103-1A2Fine Test Dust from Powder Technologies,Inc.)在浓度为200mg/m3、迎面风速为5cm/s的条件下测试时，希望包含已形成褶状和/或槽纹的过滤介质的过滤元件在粉尘含量为30mg/cm2时具有的压降为低于350Pa。
当根据ASTM-1215-89在迎面风速为20英尺/分钟(6.1m/min或0.1m/s)测试时，还希望过滤介质对于0.78微米(μm)乳胶粒具有的微粒去除效率为不低于20％。
过滤介质包括纤维共混物和树脂粘结剂，其中纤维共混物占介质重量的重量百分比为70％至92％(优选的是81％至87％)，树脂粘结剂占过滤介质重量的重量百分比为8％至30％，优选的是13％至19％(更优选的是约16％)。树脂粘结剂优选的是包含具有交联剂的酚醛树脂粘结剂，如醇溶性甲阶酚醛树脂或甲基化的三聚氰胺甲醛树脂。其他适用的树脂包括环氧树脂、热固性树脂、丙烯酸树脂、苯丙树脂、乙烯丙烯酸酯、乙烯氯乙树脂、聚乙烯醋酸树脂、脲醛树脂、乙烯乙酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂、DMDHEU(二羟甲基二羟基乙烯脲)树脂和异氰酸酯树脂。
过滤介质中的软木浆料占介质重量的重量百分比为约28重量％至92重量％，优选的是32重量％至66重量％。过滤介质的硬木浆料占介质重量的重量百分比为约0-46重量％，优选的是13重量％至41重量％。过滤介质的合成纤维占介质重量的重量百分比为约0-18.4重量％，优选的是3.2重量％至15.2重量％。纤维素含量占介质重量的重量百分比为56重量％至92重量％，优选的是66.8重量％至83.5重量％。
过滤介质的纤维共混物的组成包括纤维素纤维和合成纤维，其中，纤维素纤维占纤维共混物重量的重量百分比为约80重量％至100重量％(优选的是约82.5重量％至约96重量％)，合成纤维占纤维共混物重量的重量百分比为约0重量％至约20重量％(优选的是约4重量％至约17.5重量％)。
纤维共混物的纤维素纤维成分由硬木浆料和软木浆料混合而成。硬木浆料占介质重量的重量百分比为不超过50重量％，优选的是约13重量％至约41重量％，优选的是桉树浆料。其他适用的硬木浆料包括白杨、桦树、杨树、橡树和槭树。
纤维共混物的纤维素成分中的软木浆料占纤维共混物纤维素成分重量的重量百分比为约50重量％至约100重量％。适用的软木浆料来源于蒎烯木、雪松木、阿尔卑斯冷杉木、达格拉斯冷杉木和云杉树，但是优选的是湿地松或火炬松。软木浆料通常经机械处理或化学处理达到高卷曲程度，为过滤介质提供高空气渗透性和高容量特性。因此，与未处理的纤维素纤维相比，卷曲的软木纤维素浆料提供一种更开放的膨松网结构，因为卷曲的软木纤维素纤维在网成形过程中不是压得那么紧实，同时还能保持开放结构和至少20cfm(101.6l/m2s)的高渗透性，优选的是至少25cfm(127l/m2s)。适用的机械和/或化学卷曲软木浆料是一种当成型为每平方英尺60英镑(97.7g/m2)的手抄纸时，手抄纸厚度为介于16至26密耳(0.41-0.66mm)之间(优选的是介于16至23密耳(0.41-0.58mm)之间，更优选的是介于17至23密耳(0.43-0.58m)之间)，手抄纸的空气渗透性为每分钟100-175立方英寸(cfm)(508-889l/m2s)。根据修订的APPI标准T205om-88(“形成用于纸浆物理测试的手抄纸”)版本，在2000毫升水中分解6.4克十分干燥的卷曲软木浆料，得到固含量为0.32％的配料。接着把配料到分解器中处理5分钟(将速度设为每分钟300转(rpm))，然后再放到片材模具中，形成基重为每3000平方英尺60镑(97.7g/m2)的手抄纸。手抄纸的厚度根据上述TAPPI标准411-om-05确定。适用于本公开的过滤介质的一种软木纤维素浆料实例是一种基本100％从湿地松纤维制成的整体干燥的南部漂白软木牛皮纸(SBSK)浆料，得自乔治亚州亚特兰大的乔治亚太平洋公司(Georgia Pacific,Atlanta GA)(前身是田纳西州孟菲斯的博凯科技公司(Buckeye Technologies,Memphis,Tennessee))，FHP-11级。
将合成纤维掺入到纤维共混物中，得到强度和抗撕裂特性。优选的合成纤维是聚酯纤维(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或PET)，具有1至3丹尼尔的线性纤度(即，9,000米纤维的克重)，优选的是1.5丹尼尔，并且长度是1/4至1/2英寸(6.35-12.7mm)，优选的是3/8英寸(9.53mm)。其他适用的合成纤维包括聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯和聚乙烯。
生产呈现上述所需特点的过滤介质的适用方法的流程图如图1所示。通常，采用湿法成网工艺形成具有所需纤维构成的湿网，然后对湿网进一步加工，包括加热、冷却、树脂制剂涂覆和固化。
在该工艺中，采用如下方法制备纤维配料：用水填充水力碎浆机12，搅拌水，添加硬木纤维素纤维和软木纤维素纤维的共混物和合成纤维，然后继续搅拌混合物约2至20分钟以混合和散开纤维。如此便可得到固含量为约3.5％的纤维配料。纤维配料优选地包括80重量％至100重量％的纤维素纤维和0重量％至20重量％的合成纤维，优选的是10重量％的合成纤维。纤维配料中纤维素纤维的含量优选的是50％至80％的卷曲软木浆料和20重量％至50重量％的硬木浆料。
纤维配料被传送至精炼器，如圆盘精炼器和锥形精炼器，在精炼器中对纤维进行机械研磨，引起原纤化，降低从配料成型的网的厚度，实现所需的渗透性。精炼加工通常导致内部原纤化、外部原纤化、纤维缩短和细粒形成。精炼加工通常也形成更致密且少孔的片材。然而，已经确定，通过控制精炼器中的能量和强度的大小，即便是在精炼之后，本文所公开的软木浆料仍然能够保持开放的结构，因此形成具有高空气渗透性的高容量过滤介质。在精炼器中施加的能量的大小基于所需原纤化、渗透性、抗拉强度和厚度水平的不同而有所不同。例如，过度精炼可能会导致空气渗透性降低，厚度变小，而精炼不足可能会得到抗拉强度不够的片材。从精炼的纤维配料形成的纤维网(在进一步处理之前，即，原纸)的纵向抗拉强度应为约9-15.5lb/in(1.6-2.7kN/m)，横向抗拉强度应为约5.7-9.2lb/in(1.0-1.6kN/m)(利用TAPPI标准T 494om-01(“纸张和纸板的拉伸特性(利用拉伸装置的固定比率)”)测定)。原纸的空气渗透性应为约32-36cfm/sf(163-183l/m2s)(利用TAPPI标准251cm-85测定)。实现本文所公开的介质的特性所需的合适精炼负载或能量的范围为每吨3.9至5.0马力-日(HPD/T)(0.12-0.16kWh/T)。吨是公吨(2204.6镑)。
然后，纤维配料运送至风扇式泵14，在风扇式泵中用水将悬浮液稀释至所需的稠度，稠度范围为约0.05至0.3重量％，视造纸机采用的形成纤维配料的形成技术类型而定。在充分混合和稀释后，纤维配料被送至流浆箱16，通过喷射传递至成网机18上的成网线，或换句话讲形成网或形成片材。可以利用任何传统湿法成网造纸机生产网或片材，包括那些具有成型部分选自由倾斜线材、双网、平长网造纸机金属丝和真空圆网抄纸机组成的组的设备。利用沿着网成型线的长度分布的真空槽移除网或片材上的水，这样便可让水从网上脱离，使网的水含量为约75重量％，即，固体含量为约25重量％。
从纤维共混物形成网并脱水后，成型的网转移至可包括滚筒干燥器或称为通风干燥器(TAD)20的穿孔筒的干燥部分，进一步除水，使固体含量为约50重量％。接着将网转移至一系列以螺线型方式布置的干燥罐(或蒸汽缸)22中，对网进行进一步干燥，直至含水量为约1-2重量％。然后在卷轴24上卷绕干燥网进行存储或进一步加工。作为另外一种选择，也可将进一步加工直接串联在网成型机后。
在这种情况下，可以将干燥网的卷绕卷轴24运输至单独的线上进行进一步加工，如图1所示。之后，将网从卷轴24上退绕下来，转移至饱和器24，在饱和器中在网两侧涂覆树脂粘结剂制剂。可通过饱和施胶压榨或其他传统方式涂覆树脂制剂，如幕式涂布机、计量压式涂布机、泡沫粘合器、凹版辊、浸泡并压涂、刮除转印辊、棒式涂布机和喷涂机。一般来讲，施胶压榨或涂布机会产生液压，将树脂制剂压到网中。
优选树脂制剂包括分散在甲醇载体或其他类型的液体溶剂或分散剂中的具有交联剂的酚醛树脂粘结剂，如醇溶性甲阶酚醛树脂或甲基化的三聚氰胺甲醛树脂。树脂制剂中可能含有少量水，但水并不是载体。树脂制剂的固体含量为约18重量％，但是固体含量为介于12重量％至30重量％的树脂制剂也适用，也能得到所需的特性。如果需要具有阻燃和/或阻火特性，可以在树脂制剂中添加阻燃剂，如磷、氮和卤素化合物，或它们的组合。如果需要防水特性，可以在树脂制剂中添加防水化合物，如氟碳化合物和蜡。
树脂制剂可以作为附加物涂覆于网上，剂量等于约每平方米9-15克。在下述的示例性实施例中，涂覆了约每平方米12克的树脂。树脂涂覆量应使得最终介质中树脂占介质重量的重量百分比为约8重量％-30重量％，优选的是13重量％至19重量％。本公开中网的总基重(包括树脂粘结剂制剂)在固化后为约31至49lbs/3000ft2(50-80g/m2)。
之后，将饱和网运输至预干燥部分28，在其中加热至约190℉至220℉(88-104℃)，去除树脂载体并将网的含水量降至约0.7重量％-1.5重量％。预干燥部分可以由蒸汽罐、通风干燥器、浮选烘箱或其他未知类型的干燥器组成。
接着，将网传输至固化站30，在固化站中，树脂被增强至所需的不到完全固化的固化状态(即，部分固化)，使网的湿Mullen比为介于20％至90％，优选的是介于30％至80％，更优选的是介于60％至80％，最优选的是70％(即，湿Mullen比用于测定所需的固化量)。这使得滤芯制造商能够进一步加工介质，而不会让介质破裂或撕裂，并且可在必要时完成固化。固化过程可以在鼓风烘箱或其他类型的加热设备中完成，这样当从固化站30中退出时，网的温度为介于300℉至350℉(149-177℃)，优选的是305℉至335℉(152-168℃)。在介质中实现所需的上述湿Mullen比的典型固化时间为介于约6秒至10秒，优选的是7-8秒。如果过度固化，介质就丧失柔韧性，在介质生产过程中容易破裂。过度固化也可能会导致介质在后续转化加工(如滤芯制造过程中的折叠、成槽或压褶加工)中破裂。本文所公开的固化所需量的范围使得介质具有良好的柔韧性和足够的抗拉强度，便于在生产和使用过程中进行处理，也有助于滤芯介质保持形状。横向湿拉伸目标应优选地为在7.3-9.1lb/in(1.3-1.6kN/m)范围内。
在网干燥并固化至所需的固化状态后，利用冷却罐32或其他适用的冷却方式对网进行冷却，使树脂停止反应。然后在细水喷射站34对网进行重新加湿，稳定网结构，改善后续加工，让成品网的含水量为低于5％(3克/平方米)。也可以使用其他方式对网进行重新加湿。然后可以将网卷绕到干燥卷轴或缠绕机36上。
采用上述纤维共混物和加工参数时容许将过滤介质调整到所需的湿Mullen固化比，同时仍然保持过滤应用所需的特性，其中包括提供具有良好抗撕裂性和空气渗透性、高容量空气过滤特性的薄而轻的介质，并且使介质良好的柔韧性和足够的强度，使得在卷轴上卷绕时介质能够保持槽纹或其他结构。表I示出根据上述公开生产的过滤介质的组成和物理特性(样品1A-C和2)，其中4例过滤介质无需进一步处理便可实现适当的成褶或槽纹，具有所需的湿Mullen比，而另外3例过滤介质可能需要进一步处理(取决于所需的最终产品的特性)才能具有所需的湿Mullen比率。
表I
表I(SI单元)
表I中示出的物理特性使用上述测试方法测定。表I中的术语“SD”是指在饱和和干燥后达到所需的固化程度(即，部分固化)的过滤介质。表I中的术语“SDC”是指在温度为350℉(177℃)下在烘箱中额外加热5分钟之后完全被固化的过滤介质。
如表I所示，根据本发明所生产的过滤介质在未牺牲过滤介质的任何过滤或强度特性的情况下被制成具有范围为60％至80％的所需湿Mullen比(即，所需的固化程度)。样品3-5的湿Mullen比低于所需固化状态，导致介质的刚度非常低，因此在槽纹形介质应用中加工和使用之前需要进一步加工。
介质的刚度(mg)与密度(lb/ft3)(kg/m3)比是本发明所公开的过滤介质实现的改善柔韧性的另一个指标，该过滤介质的湿Mullen比范围为60％至80％，因此其具有足够的柔韧性，可在槽纹形介质应用中加工，同时也具有足够的强度，能够保持槽纹结构并容许进一步加工。计算部分固化介质的刚度密度比(SD)，然后除以系数15.4，简化成标准国际单位cm3。根据修改后的TAPPI标准T 543om-05(“纸张的抗弯型(Gurley型测试器)”)，成型的/部分固化(SD＝饱和并干燥)的介质的刚度通过其抗弯性确定。样品纵向被切割3.5"(88.9mm)，横向被切割2"(50.8mm)，然后在Gurley刚度测试器中夹紧(型号4171E)，利用25g重量测试，离枢转中心4"(101.6mm)。所报告的数据是三个样品的平均值。基重除以厚度，然后乘以4来计算密度。如表I所示，与湿Mullen比率低于所需范围的样品(需要进一步加工才能用于成褶应用)相比，湿Mullen比在所需范围内的样品1A-1C和2，具有更高的刚度密度比率。
上述公开、实施例和例子仅是说明性的，不应被解释为具有限制性。修改形式和其他实施例对于本领域内的技术人员将是显而易见的，如权利要求所限定，所有这样的修改形式和其他实施例均旨在为在本发明的范围之内。

Claims (25)

1.一种制备过滤介质的方法，包括以下步骤：
a)形成纤维配料，所述纤维配料具有80-100重量%的纤维素纤维和0-20重量%的合成纤维的纤维组成，所述纤维素纤维包括至少50重量%的卷曲软木浆料，当该类型的纤维素纤维形成每3000平方英尺60镑(98g/m2)、厚度为16-26密耳(0.41-0.66mm)的手抄纸时，所述手抄纸的空气渗透性为100–175 cfm (508–889 l/m2s)；
b)稀释所述纤维配料；
c)在造纸机上用所述纤维配料形成湿网；
d)对所述湿网进行干燥处理，以形成干燥片材；
e)将树脂粘结剂涂覆到所述干燥片材，以形成饱和片材；
f)预干燥所述饱和片材；以及
g)在所述饱和片材中固化所述树脂，以形成湿Mullen比为20%至90%的固化片材。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于在步骤c)中，在造纸机上涂覆所述纤维配料以形成湿网。
3.根据权利要求1或2所述的方法，特征在于在步骤e)中，将所述树脂粘结剂以所述干燥片材的重量的8%-30%的量涂覆到所述干燥片材，以形成饱和片材。
4.根据权利要求3所述的方法，特征在于在步骤e)中，将所述树脂粘结剂以所述干燥片材的重量的13%-19%的量涂覆到所述干燥片材，以形成饱和片材。
5.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述纤维配料中的所述纤维素纤维包括硬木浆料，所述硬木浆料的范围为所述配料中纤维共混物的纤维素组成的0-50重量%。
6.根据权利要求5所述的方法，特征在于，所述纤维配料中的所述纤维素纤维包括硬木浆料，所述硬木浆料的范围为所述配料中纤维共混物的纤维素组成的优选20-50重量%。
7.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述树脂粘结剂是具有交联剂的酚醛树脂粘结剂。
8.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述造纸机选自倾斜线材、平长网造纸机金属丝和真空圆网抄纸机，用于对所述纤维配料脱水并形成所述湿网。
9.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述纤维配料中的所述合成纤维包括丹尼尔为1至3、长度为1/4至1/2英寸(6.35-12.7 mm)的聚酯纤维。
10.根据权利要求1所述的方法，特征在于，在步骤a)和步骤b)之间的机械研磨所述纤维配料中的所述纤维而引起原纤化的步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，特征在于，在步骤b)中，所述纤维配料经稀释以具有0.05-0.3%的固体含量。
12.根据权利要求1所述的方法，特征在于，在步骤c)中，在所述造纸机中对所述湿网脱水，使所述湿网从所述造纸机中退出时具有约25%的固体含量。
13.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述湿网经干燥，使所述干燥片材的含水量为1-2%。
14.根据权利要求1所述的方法，特征在于，将所述树脂以等于每平方米9-15克的量涂覆于所述干燥片材。
15.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述饱和片材经干燥，以使所述饱和片材中的含水量降低至0.7重量%至1.5重量%。
16.根据权利要求1所述的方法，特征在于，在190℉至220℉(88 - 104℃)温度范围内预干燥所述饱和片材。
17.根据权利要求1所述的方法，特征在于，在步骤d)中，加热所述饱和片材6至10秒，使得所述固化片材的温度为300℉至350℉(149 - 177℃)。
18.根据权利要求1所述的方法，特征在于，冷却所述固化片材来停止所述树脂的反应。
19.根据权利要求1所述的方法，特征在于，重新加湿所述固化片材，使其具有低于5重量%的含水量。
20.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述纤维配料中的所述纤维素纤维包括0-50重量%的硬木浆料，所述纤维配料中的所述合成纤维包括丹尼尔为1至3、长度为1/4至1/2英寸(6.35-12.7 mm)的聚酯纤维，并且所述树脂粘结剂是具有交联剂的酚醛树脂粘结剂。
21.根据权利要求20所述的方法，特征在于，所述纤维配料中的所述纤维素纤维包括20-50重量%的硬木浆料。
22.根据权利要求1所述的方法，特征在于，将所述树脂粘结剂以等于每平方米9-15克的量涂覆于所述纤维网并固化，使得所述固化片材具有介于300℉至350℉(149-177℃)之间的温度。
23.根据权利要求1所述的方法，特征在于，精炼所述纤维配料，以引起所述纤维配料中的所述纤维的原纤化并缩小所述纤维网的厚度。
24.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述固化片材被固化至具有60-80%的湿Mullen比。
25.根据权利要求1所述的方法，特征在于，所述过滤介质的厚度为6至15密耳（0.15-0.38 mm）。
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