CN116761662A - 过滤介质及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种过滤介质，其至少包括包含第一纤维的第一层和包含第二纤维的第二层。第一纤维可包括基于第一层中纤维的总重量至少50重量％的量的合成纤维。第二纤维可包括基于第二层中纤维的总重量至少30重量％的量的纤维素纤维。第一层可以结合到第二层，第一层与第二层之间的界面包括第一纤维与第二纤维的混合物，使得在无辅助黏合剂的情况下，第一层和第二层上的z方向抗拉强度(zdt)可以为至少0.5psi。还描述了一种制造这种过滤介质的方法以及包括这种过滤介质的过滤元件。

Description

过滤介质及其生产方法
背景技术
常规的多层过滤介质通常包括层压到湿法成网层的熔喷层。每一层均由纤维组成，熔喷层通常由单一类型的合成纤维(一般是聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维等)组成，湿法成网层通常包括可以与其它类型的纤维混合的纤维素纤维。
常规的多层过滤介质中的熔喷层和湿法成网层是通过使用黏合剂、点粘结、热粘结等将各层层压在一起来组装的。例如，美国专利第8,142,535B2号公开了由配备有两个流浆箱的湿法非织造纤维垫制造机生产的高容尘量过滤介质。对这两个层进行单次粘合剂流层叠(即层压)，其有助于将整个过滤介质粘结在一起。
随着准备黏合剂以及在两个层之间的界面处(在结合之前单独地制造每个层)涂覆黏合剂并使其固化，层压过程产生消耗更多能量和时间的其它处理步骤。此外，已知用黏合剂进行层压会降低所得过滤介质的性能。由于黏合剂涂覆在两层之间的界面处，因此黏合剂占用了表面积并覆盖了介质的纤维，从而减小了可用于过滤流体或截留粉尘的表面积，使得介质的针对预期过滤目的的有效性较低。
传统上，制造多层过滤介质的常规方法就不同层中使用的纤维的量和类型也受到限制。
因此，需要一种改进的多层过滤介质及其制造方法，该多层过滤介质在不使用辅助黏合剂(即不层压)的情况下表现出足够的层间粘结强度。还需要一种改进的多层过滤介质及其制造方法，该多层过滤介质具有更好的过滤性能和折叠耐久性。
发明内容
本文描述的是一种过滤介质，该过滤介质包括第一层和第二层。第一层包括第一纤维。第二层包括第二纤维。第一层的第一纤维可以包括基于第一层中纤维的总重量至少50重量％的量的合成纤维。第二层的第二纤维可以包括基于第二层中纤维的总重量至少30重量％的量的纤维素纤维。
第一层可以通过所述第一层与所述第二层之间的界面结合到第二层，所述界面包括第一纤维与第二纤维的混合物。在无辅助(secondary)黏合剂的情况下，第一层和第二层上的z方向抗拉强度(zdt)可以为至少0.5psi。在一些实施例中，第一层通过第一纤维与第二纤维之间的物理缠结(entanglement)结合到第二层。
在某些实施例中，合成纤维可以具有大于10微米的平均纤维直径。在一些实施例中，第一层的第一纤维包括基于第一层中纤维的总重量至少70重量％的量的合成纤维。在其它实施例中，第一层的第一纤维可以包括基于第一层中纤维的总重量至少90重量％的量的合成纤维。
在一些实施例中，第二层的第二纤维可以包括基于第二层中纤维的总重量至少50重量％的量的纤维素纤维。在其它实施例中，第二层的第二纤维可以包括基于第二层中纤维的总重量至少70重量％的量的纤维素纤维。
在某些实施例中，合成纤维可以选自由聚酯纤维、PBT纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维及其组合构成的组。在一些实施例中，合成纤维可以为聚酯纤维。当存在时，聚酯纤维可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。当使用时，聚酯纤维在第一层中的存在量可以为基于第一层中纤维的总重量至少90重量％。
在一些实施例中，第一层可以包括粘合纤维。当存在时，粘合纤维的存在量可以为基于第一层中纤维的总重量不大于25重量％。当使用时，粘合纤维包括聚乙烯醇纤维。在这样的实施例中，聚乙烯醇纤维的存在量为基于第一层中纤维的总重量不大于10重量％。
在某些实施例中，第二层可以包括第二粘合树脂。当使用时，第二粘合树脂选自由酚醛粘合树脂、乳胶粘合树脂和丙烯酸粘合树脂构成的组。当使用时，第二粘合树脂在第二层中的存在量为基于第二层的总重量介于10重量％和30重量％之间。
在一些实施例中，纤维素纤维可以选自由以下纤维构成的组：牛皮纸浆纤维、亚硫酸盐纸浆纤维、经化学处理的纤维(例如经丝光处理的纤维)、经机械处理的纸浆纤维、经化学热机械处理的纸浆纤维、非木本纤维素纤维、再生纤维素纤维及其组合。
在某些实施例中，第一层可以包括基于第一层的第一纤维的总重量不大于20.0重量％的纤维素纤维。在其它实施例中，第一层可以包括基于第一层的第一纤维的总重量不大于10.0重量％的纤维素纤维。
在一些实施例中，第二层可以包括至少一个槽。
在某些实施例中，第一层与第二层的重量比可以在20:80和80:20之间的范围内。
在一些实施例中，过滤介质可以还包括至少一个后续层，后续层包括后续纤维，后续纤维选自由合成纤维、纤维素纤维及其组合构成的组。
在某些实施例中，过滤介质在接触140℃的油500小时后可以具有至少20psi的热油爆裂强度。在一些实施例中，过滤介质可以具有至少为3的过滤耐久性指数。
在一些实施例中，过滤介质可以不包含机械支撑层。
本文还描述了一种过滤元件，该过滤元件包括本文所公开的类型的过滤介质。在过滤元件的一些实施例中，可以将过滤介质是有褶的。在过滤元件的某些实施例中，可以使过滤介质是波纹状的。
本文还描述了一种生产本文所公开的类型的过滤介质的方法。该方法可以是湿法成网双流浆箱(Headbox)方法，其包括以下步骤：形成包括第一纤维和第一溶剂的第一纤维浆；形成包括第二纤维和第二溶剂的第二纤维浆；将第一纤维浆转移到第一流浆箱区域，同时将第二纤维浆转移到第二流浆箱区域；将第一纤维浆和第二纤维浆沉积到单个连续行进成型带中，其中，第一纤维浆位于第二纤维浆之上；以及对第一纤维浆和第二纤维浆施加真空条件，以除去第一溶剂和/或第二溶剂的至少一部分。
在一些这样的实施例中，第一溶剂可以包括水。在某些实施例中，第二溶剂可以包括水。
在某些实施例中，第一流浆箱区域和第二流浆箱区域可以包括单个流浆箱的独立的隔室。在其它实施例中，第一流浆箱区域和第二流浆箱区域可以包括协同运行的独立的流浆箱。
附图说明
图1描绘了过滤介质的一个实施例的侧视图。
图2描绘了包括槽的过滤介质的一个实施例的侧视图。
具体实施方式
本文公开了一种过滤介质。本文还公开了一种包括过滤介质的过滤元件。下面参考附图描述过滤介质。本文还公开了生产过滤介质的方法。如本文和权利要求中所描述的，以下数字是指附图中示出的以下结构。
10是指过滤介质。
100是指第一层。
200是指第二层。
210是指槽。
300是指界面。
图1描绘了所发明的过滤介质的一个实施例的侧视图。如图1所示，过滤介质(10)可以包括第一层(100)和第二层(200)。第一层可以与第二层结合，第一层与第二层之间存在界面(300)。第一层与第二层之间的界面可以包括第一纤维与第二纤维的混合物。
第一层(100)与第二层(200)之间的界面(300)可以是这样的，使得在无辅助黏合剂的情况下第一层与第二层之间存在层间粘结强度。可基于无辅助黏合剂情况下第一层和第二层上的z方向抗拉强度(z-directional tensile strength,zdt)量化该层间粘结强度。可使用TAPPI T 541方法测量z方向抗拉强度(zdt)。优选地，Z方向抗拉强度(zdt)将至少为0.5psi，更优选地至少为0.75psi，最选地至少1.0psi。
如本文和权利要求中所使用的，辅助黏合剂是指一种黏合剂，该黏合剂不是第一层(100)和/或第二层(200)的组分(例如粘合树脂或粘合纤维)。为了清楚，如本文所公开的，第一层和/或第二层中的一者或两者可以包括粘合树脂和/或粘合纤维，来自第一层和/或第二层的一部分粘合树脂和/或粘合纤维可存在于界面(300)处。这种作为第一层和/或第二层的组分的粘合树脂/粘合纤维不被认为是辅助黏合剂。虽然在某些实施例中，可以存在一定量的辅助黏合剂，但是辅助黏合剂不被认为是产生第一层与第二层之间的层间粘结所必需的。因此，应当在无任何辅助黏合剂的情况下测量z方向抗拉强度(zdt)。
第一层(100)与第二层(200)之间的界面(300)可以包括第一纤维与第二纤维的混合物。第一层在界面处结合到第二层可以是这样的，使得在第一纤维与第二纤维之间发生物理缠结。
图2描绘了所发明的过滤介质的单独实施例的侧视图。如图2所示，过滤介质(10)的第二层(200)可以包括槽(210)。开槽(也称为波纹形成)具有在本领域中常用的含义。具体地，开槽可以定义为与具有交替的脊或槽的表面结构有关。可以使用几种不同的波纹形成技术(在本领域中已知其中的任意数量)来形成过滤介质中的槽(一个或多个)/波纹(一个或多个)。在一些实施例中，可以在其中过滤介质被打褶并用于过滤元件中的实施例中使用槽和波纹。在这样的实施例中，可以沿垂直于打褶方向的方向施加脊或槽。这样做会增加过滤介质的有效表面积，而不必增加过滤介质的外部尺寸。
第一层(100)将包括第一纤维。优选地，第一层的第一纤维将包括合成纤维。合成纤维的存在量可以为基于第一层中纤维的总重量至少50重量％。优选地，合成纤维的存在量可以为基于第一层中纤维的总重量至少70重量％。更优选地，合成纤维的存在量可以为基于第一层中纤维的总重量至少90重量％。
合成纤维是指由纤维形成物质制成的纤维，纤维形成物质包括由化学化合物合成的聚合物。这样的纤维可通过常规的熔融纺丝、溶液纺丝、溶剂纺丝和类似的细丝生产技术来生产。
合成纤维将具有平均纤维直径。例如可以通过光学地测量用扫描电子显微镜(SEM)拍摄的照片中的特定层中的至少50根、优选地至少100根、更优选地至少200根合成纤维的直径来确定合成纤维的平均直径。通常使用具有足够大放大倍率的SEM拍摄该层的一系列照片，使得与较暗的背景相比合成纤维可见为浅色的物体。然后计算平均值以确定平均纤维直径。优选地，合成纤维的平均纤维直径将大于10微米。然而，在一些实施例中，合成纤维的平均纤维直径可以大于15微米、大于20微米或大于25微米。
合成纤维可以选自由以下纤维所构成的组：聚酯纤维(例如聚对苯二甲酸烯烃酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))、聚酰胺纤维(尼龙，例如尼龙-t、尼龙6,6、尼龙-6,12等)、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维及其组合。优选的合成纤维将包括聚酯纤维。当存在时，优选的聚酯纤维是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维。当存在时，聚酯纤维在第一层中的存在量可以为基于第一层中纤维的总重量至少90重量％。优选地，当存在时，聚酯纤维在第一层中的存在量将为基于第一层中纤维的总重量至少94重量％。
在一些实施例中，第一层的第一纤维可以包括第一粘合纤维。在这一点上，合成纤维的一部分可以是粘合纤维。当使用时，粘合纤维的存在量可以为基于第一层中合成纤维的总重量不大于50重量％，优选地，可以为基于第一层中合成纤维的总重量不大于30重量％，最优选地，可以为基于第一层中合成纤维的总重量不大于20重量％。通常，当存在时，粘合纤维的存在量可以选自由以下范围构成的组：基于第一层中合成纤维的总重量在3重量％和50重量％之间、在3重量％和30重量％之间以及在3重量％和20重量％之间。
在一些实施例中，第一粘合纤维的存在量可以为基于第一层中纤维的总重量不大于25重量％。在一些实施例中，当存在时，第一粘合纤维的存在量将为基于第一层中纤维的总重量不大于20重量％、基于第一层中纤维的总重量不大于15重量％、或基于第一层中纤维的总重量不大于10重量％。
粘合纤维可以包括热塑性粘合纤维，例如PET粘合纤维或聚乙烯醇(PVOH)粘合纤维。这些粘合纤维可以具有比第一层中的其它合成纤维低的熔点，因此在通过加热而加工第一层的纤维网期间在被软化或被部分地表面熔化时可以用作粘合剂。粘合纤维也可以部分地溶解于用于制造过程的溶剂(即水)并变得发黏。发黏或软化的粘合纤维因而能够通过粘附在第一纤维上而在内部粘合第一层的第一纤维并在结构上加强这样获得的纤维网。这些粘合纤维的平均纤维长度优选地可以在约2mm和12mm之间的范围内，例如约6mm。
第一粘合纤维的优选示例是聚乙烯醇(PVOH)粘合纤维。当使用时，聚乙烯醇纤维的存在量可以是基于第一层中纤维的总重量不大于10重量％。在一些实施例中，当存在时，聚乙烯醇纤维的存在量将是基于第一层中纤维的总重量不大于7.5重量％或基于第一层中纤维的总重量不大于5.0重量％。
第一粘合纤维的另一个示例可以是双组分热塑性纤维，双组分热塑性纤维包含两种热塑性聚合物组分，其中一个具有比另一个更低的熔点。较低熔点热塑性聚合物组分在加工第一层的纤维网期间(例如在加热期间)在被软化或部分地熔化时可以用作热塑性粘合剂。较高熔点热塑性聚合物组分可以用作结构材料。双组分热塑性纤维的平均纤维直径可以在约2μm至约20μm的范围内，例如10μm，而这些双组分热塑性纤维的平均纤维长度可能在约2μm至约12μm的范围内，例如约6μm。
在某些实施例中，第一层也可以包括第一粘合树脂。在其它实施例中，第一层可以不包含任何粘合树脂。当使用时，第一粘合树脂在第一层中的存在量可以为基于第一层的总重量在10重量％和30重量％之间。在一些实施例中，当存在时，第一粘合树脂在第一层中的存在量将为基于第一层的总重量在10重量％和25重量％之间、基于第一层的总重量在10重量％和20重量％之间、基于第一层的总重量在15重量％和30重量％之间、基于第一层的总重量在15重量％和25重量％之间、或基于第一层的总重量在20重量％和30重量％之间。
用作第一粘合树脂的树脂的非限制性示例包括聚合物，例如苯乙烯丙烯酸、丙烯酸聚乙烯氯乙烯、苯乙烯丁二烯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚腈、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇衍生物、淀粉聚合物、环氧树脂、酚类、三聚氰胺基树脂。优选的粘合树脂包括酚醛粘合树脂、三聚氰胺基粘合树脂、硅树脂粘合树脂、环氧树脂粘合树脂、丙烯酸粘合树脂(例如乙烯基丙烯酸乳胶树脂)等。如果存在，可以用第一粘合树脂涂覆或浸渍/浸透第一层的第一纤维。
第二层(200)将包括第二纤维。优选地，第二层的第二纤维将包括纤维素纤维。纤维素纤维的存在量可以为基于第二层中纤维的总重量至少30重量％。优选地，纤维素纤维的存在量可以为基于第二层中纤维的总重量至少50重量％。更优选地，纤维素纤维的存在量可以为基于第二层中纤维的总重量至少70重量％。
纤维素纤维是指由纤维素组成或衍生的纤维。纤维素纤维可以选自由以下纤维构成的组：牛皮纸浆纤维、亚硫酸盐纸浆纤维、经化学处理的纤维(例如经丝光处理的纤维)、经机械处理的纸浆纤维、经化学热机械处理的纸浆纤维、非木本纤维素纤维、再生纤维素纤维及其组合。
在某些实施例中，第二层也可以包括第二粘合树脂。当使用时，第二粘合树脂在第二层中的存在量可以为基于第二层的总重量在10重量％和30重量％之间。在一些实施例中，当存在时，第二粘合树脂在第二层中的存在量将为基于第二层的总重量在10重量％和25重量％之间、基于第二层的总重量在10重量％和20重量％之间、基于第二层的总重量在15重量％和30重量％之间、基于第二层的总重量在15重量％和25重量％之间、或基于第二层的总重量在20重量％和30重量％之间。
用作第二粘合树脂的树脂的非限制性示例包括聚合物，例如苯乙烯丙烯酸、丙烯酸聚乙烯氯乙烯、苯乙烯丁二烯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚腈、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇衍生物、淀粉聚合物、环氧树脂、酚类、三聚氰胺基树脂。优选的粘合树脂包括酚醛粘合树脂、三聚氰胺基粘合树脂、硅树脂粘合树脂、环氧树脂粘合树脂、丙烯酸粘合树脂(例如乙烯基丙烯酸乳胶树脂)等。如果存在，则可以用第二粘合树脂涂覆或浸渍/浸透第二层的第二纤维。
虽然第一层(100)与第二层(200)之间的界面(300)可以包括第一纤维与第二纤维的混合物，但是优选的是在第一层和/或第二层中存在极少的或不存在第一纤维与第二纤维的混合。如此，意味着第一层可以包括基于第一层的纤维的总重量不大于20.0重量％的纤维素纤维。在一些实施例中，第一层将包括基于第一层的纤维的总重量不大于15.0重量％的纤维素纤维、基于第一层的纤维的总重量不大于10.0重量％的纤维素纤维、基于第一层的纤维的总重量不大于5.0重量％的纤维素纤维、或基于第一层的纤维的总重量不大于1.0重量％的纤维素纤维。
类似地，第二层可以包括基于第二层的纤维的总重量不大于20.0重量％的合成纤维。在一些实施例中，第二层将包括基于第二层的纤维的总重量不大于15.0重量％的合成纤维、基于第二层的纤维的总重量不大于10.0重量％的合成纤维、基于第二层的纤维的总重量不大于5.0重量％的合成纤维、或基于第二层的纤维的总重量不大于1.0重量％的合成纤维。
第一层和第二层并不被认为必需具有相同或相似的重量或厚度。在这一点上，可以依据第一层与第二层之间的重量比来描述第一层和第二层。第一层与第二层之间的重量比可以在20:80和80:20之间的范围内。
过滤介质可以具有至少为3的过滤性能指数(Filtration performance index,FPi)。可以根据以下公式计算过滤性能指数(FPi)：
FPi＝DHC x Fe
其中DHC是指每密耳厚度的过滤介质的容污量(Dirt holding capacity,以mg/in2测量)，Fe是指在20μm处过滤介质的过滤效率(Filtration efficiency，以％测量)。容污量(DHC)和过滤效率(Fe)可以根据用于润滑油过滤的ISO 4548-12测试标准来测量，使用多通道***，使用ISO中型测试粉尘作为污染物，介质为圆形平坦片材的形式，试样直径为6.375英寸，测试流量为0.5L/min，颗粒注入流量为250mL/min，60mg/L的BUGL(基本上游重力等级，Basic Upstream Gravimetric Level)，面速度为3.624in/min。
尽管并非必要，但是优选的是过滤介质不包含机械支撑层。机械支撑层意味着在使用期间帮助维持过滤介质的形状的附加的结构部件。这种机械支撑层的示例包括塑料背衬和金属丝网背衬。由于优选地过滤介质不包含机械支撑层，因此过滤介质可以称为自支撑。自支撑意味着过滤介质具有足够的强度/刚度，使得其可以用于过滤元件中，而无需附加的支撑层或背衬结构。
在一些实施例中，过滤介质可以包括至少一个后续层。每个后续层可以包括后续纤维，后续纤维选自由合成纤维、纤维素纤维及其组合构成的组。每个单独的后续层可以与第一层或第二层中的一者大致相似或相同。大致相似或相同意味着后续层可以包括本文中针对第一层或第二层所公开的那些一致的纤维类型、纤维尺寸、纤维量、粘合纤维类型、粘合纤维量、粘合树脂类型和/或粘合树脂量。
在一些实施例中，后续纤维可以与第一层或第二层有很大不同。在一些实施例中，该至少一个后续层的后续纤维可以包括纳米纤维，例如合成纳米纤维。纳米纤维被定义为具有小于1微米(1000nm)、特别地50至350nm(例如100至300nm)的直径。可以使用合适的聚合物材料根据已知方法(例如通过静电纺丝、力纺丝或熔喷过程)形成纳米纤维。优选地，纳米纤维由热塑性聚合物材料形成，热塑性聚合物材料包括但不限于聚醚砜(PES)、诸如尼龙的聚酰胺(PA)、诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)的氟聚合物(即基于碳氟化合物的聚合物)、聚丙烯腈、聚酰胺。
在一些实施例中，包括纳米纤维的后续层可以在过滤介质上形成涂层。纳米纤维涂层的基重或克重可能太低而无法测量，但通常约为0.5gsm或更多。可以制作更高重量涂层。例如，纳米纤维涂层可以使用至高5gsm的PES纳米纤维涂层。
可以将后续层的纳米纤维直接静电纺丝到过滤介质的第一层和/或第二层的纤维网以形成纳米纤维涂层。优选地，将后续层的纳米纤维直接静电纺丝到第一层的纤维网上。可以使用附加的黏合剂或胶水层将纳米纤维涂层粘附到纤维网上。纳米纤维形成静电纺丝材料的组成也可以包括黏合剂，可以将该黏合剂作为易混合化合物进行共挤压，即在静电纺丝之前混合在一起，或同时对其进行静电纺丝使得在形成纳米纤维的同时涂覆该黏合剂。黏合剂是帮助保持纳米纤维层的纳米纤维的化合物。基于纳米纤维形成静电纺丝材料的组成的总重量，黏合剂的使用量优选地可以为按重量计至高20％、更优选地按重量计至高10％、最优选地按重量计至高5％，例如按重量计0.1％至5％。
在暴露至处于140℃的油500小时后，过滤介质可以具有至少20psi的热油爆裂强度。热油爆裂强度是指接触处于定义温度的油定义时间段后使过滤介质试样断裂所需的压力。
可以将本文所述的过滤介质结合到包括过滤介质的过滤元件中。过滤元件是指包括过滤介质的器件或装置，过滤介质设置在一对端盖之间以形成空心圆筒。其它形状和装置也可以是可能的。
当将过滤介质结合到过滤元件中时，可以对过滤介质进行任何数量的修改。这种修改的一个示例可以包括打褶。可以以直立(stand-up)褶皱(也称为锯齿形褶皱)进行打褶(也称为折叠)。打褶工艺在本领域中是已知的，并且可以使用刀褶机和/或旋转压力机执行。通常进行打褶是为了横向于流体流的方向增加过滤表面积。如本文所述，这种修改的另一示例可以包括形成波纹/开槽。因此，可以说，当将过滤介质结合到过滤元件中时，可以对过滤介质进行打褶、波纹形成/开槽、或两者都进行。
可以以连续湿法成网方法制备过滤介质。该方法可以首先包括形成包括第一纤维和溶剂的第一纤维浆。该方法还可以包括形成包括第二纤维和第二溶剂的第二纤维浆。第一溶剂和第二溶剂可以分别单独地包括水。
一旦形成了第一纤维浆和第二纤维浆，该方法可以包括将第一纤维浆转移到第一流浆箱区域，同时将第二纤维浆转移到第二流浆箱区域。第一流浆箱区域和第二流浆箱区域可以包括单个流浆箱的独立的隔室，或者它们可以包括协同运行的独立的流浆箱。
一旦已经将第一纤维浆和第二纤维浆转移到它们各自的流浆箱区域中，该方法可以继续进行到将第一纤维浆和第二纤维浆沉积到单个连续行进成型带上。当将纤维浆沉积到单个连续行进成型带上时，第一纤维浆沉积在第二纤维浆之上，使得在随后的加工步骤中第一纤维浆位于第二纤维浆之上。
然后，连续行进成型带将第一纤维浆和第二纤维浆移动到真空区域。在真空区域内，从连续行进成型带下方将真空条件施加于第一纤维浆和第二纤维浆。真空条件除去第一溶剂和/或第二溶剂的至少一部分。
可以以类似的方式形成后续层。例如，当后续层(一个或多个)包括第三层时，该方法可以包括形成包括第三纤维和第三溶剂的第三纤维浆。优选地，第三溶剂可以包括水。然后，可以将第三纤维浆转移到第三流浆箱区域，同时将第一纤维浆转移到第一流浆箱区域并将第二纤维浆转移到第二流浆箱区域。第三流浆箱区域(与第一流浆箱区域和第二流浆箱区域一起)可以是单个流浆箱的独立的隔室，或者可以包括与第一流浆箱区域和第二流浆箱区域协同运行的独立的流浆箱独立的流浆箱。然后，可以将第三纤维浆沉积在单个连续行进成型带上。当将第三纤维浆沉积到单个连续行进成型带上时，第三纤维浆沉积在第一纤维浆之上，使得第三纤维浆在随后的加工步骤中位于第二纤维浆之上。然后，连续行进成型带将第一纤维浆、第二纤维浆以及第三纤维浆移动到真空区域，在真空区域中，从连续行进成型带下方将真空条件施加于第一纤维浆、第二纤维浆以及第三纤维浆，以除去第一溶剂、第二溶剂和/或第三溶剂的至少一部分。可以对每个后续层(即第四层、第五层等)重复此过程。
优选的是，制造过滤介质的方法不包括层压步骤。在层压工艺中，可以在层之间的界面上涂覆辅助黏合剂，然后使得辅助黏合剂固化以使层彼此粘结。在层压工艺中使用的辅助黏合剂会通过占用过滤介质内的表面积来降低过滤性能，从而减少过滤流体或截留粉尘可用的表面积。由于在制造方法中不包括层压步骤，因此可以说在本发明的优选实施例中，第一层和第二层(以及任何可选的后续层)未被层压。
如上所述，优选的是制造过滤介质的方法不包括使用辅助黏合剂的层压步骤。然而，在一些实施例中，可以将过滤介质层压到一个或多个附加层，例如层压到由膨体聚四氟乙烯(ePTFE)形成的膜。ePTFE膜层可以根据已知的方法形成，例如使用PTFE细粉末材料进行坯成型、挤压、压延、拉伸和烧结形成。ePTFE膜具有约1g/m2至约50g/m2的基重，优选地约1g/m2至约10g/m2。ePTFE膜可以具有在约5CFM至约20CFM之间的空气渗透率以及在50至200英寸水柱之间的气泡点。ePTFE膜通常被层压到具有在约30g/m2至350g/m2之间的基重的过滤介质。所得的介质通常具有约2CFM至20CFM的空气渗透率并提供高效率，根据EN 1822-1标准分类，该高效率的范围在E10至H14之间。优选地，所得的介质还是疏水性的。所得介质将具有疏水特性。可以通过本领域中已知的任何常见手段，包括黏合剂层压、热层压、超声层压等，将ePTFE膜层压到过滤介质，优选地，层压到过滤介质的第一层。例如，可以使用黏合剂热熔融层压将PTFE膜粘结到基网。举例来说，可以使用Minzell或Inta-Roto品牌名称的热层压机来将ePTFE膜层粘附到纤维网中的第一层。例如，热层压的速度可以在每分钟2英尺至20英尺之间的范围内。
实施例
采用以下测试方法来获得下表中报告的数据。
基重：根据TAPPI标准T 410om-02测量并以克每平方米(gsm)报告基重。
热油爆裂强度：在使过滤介质固化并将其放入热油(美孚油5W-30合成)后测量热油爆裂强度。将过滤介质保持在140℃的热油中500小时，这代表了典型的内燃机将达到的最高温度。在接触热油后，根据ISO标准2758(2014)，对过滤介质进行爆裂强度测量。使用可从美国马萨诸塞州奇科皮市Standex国际公司购得的BF Perkins Mullen测试仪序列No.4104-75-497 120psi仪表范围用于完成爆裂强度测量。以磅每平方英寸(psi)报告结果。
撕裂强度：使用Elmendorf型抗撕裂测试仪根据TAPPI T424标准实施撕裂强度。
Textest或空气渗透率：根据TAPPI标准T 251cm-85(“多孔纸、织物和纸浆手抄片的空气渗透率)用0.5英寸(2.7mm)的水差、使用Textest AG(型号FX3300)测量介质的空气渗透率，并将其报告为以立方英尺每分钟每平方英尺试样面积(cfm/sf)表示的空气流动速率，有时称为cfm。空气渗透率也可以称为空气渗透、孔隙率、Frazier或Textest。
TMI厚度和槽深度：根据TAPPI标准T 411om-05使用Thwing Albert 89-100厚度测试仪测量TMI厚度和槽深度。槽深度是介质的平坦片材的厚度与使介质形成有波纹后片材的厚度之间的差。
下表中报告的过滤介质实施例中采用了以下材料。
PET1：可从例如William Barnet&Son LLC购得的具有0.5旦尼尔和0.25英寸长度的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。
PET2：可从例如William Barnet&Son LLC购得的具有1.5旦尼尔和0.25英寸长度的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。
PET3：可从例如William Barnet&Son LLC购得的具有1.6纤度的单位长度质量和5mm长度的未抽出的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。
PVOH：可从例如Kuraray Co,Ltd购得的具有1.17纤度的单位长度质量和4mm纤维长度的聚乙烯醇纤维。
EUC：可从巴西Eldorado Cellulose e Papel购得的桉树纤维。
NBSK：可从International Paper购得的北方漂白软木牛皮纸纤维。
SBSK：可从International Paper购得的南方漂白软木牛皮纸纤维。
C-06：可从Unifrax LLC购得的微玻璃纤维。
PBT1：可从MiniFIBERS,Inc购得的聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维。
MSF：可从Georgia-Pacific购得的经丝光处理的软木纤维。
MTS：可从Georgia-Pacific购得的经机械处理的软木纤维。
Lyocell：可从Lenzing AG购得的再生纤维素纤维。
制备了以下过滤介质并对其进行了各种特性的测试，在下表中报告了测试结果。
加工实施例1(WE1)：加工实施例1(本文有时称为“WE1”)是在湿法成网机器上制作的，包括两个层，这两个层在湿法成网机器中的成型线上同时铺制而成。过滤介质在界面处不包括辅助黏合剂。第一层和第二层的纤维因该成型工艺而机械地缠结。顶层(第一层)包含第一纤维，100重量％的第一纤维是合成纤维。在合成纤维中，47重量％为PET1，47重量％为PET2，6重量％为PVOH粘合纤维。第一层制作为45.0lbs/3,000ft2的目标基重。第一层不含任何粘合树脂。第二层包含第二纤维，94重量％的第二纤维是纤维素纤维。在第二纤维中，49重量％为EUC纤维素纤维，45重量％为NBSK纤维素纤维，6重量％为PET2合成纤维。第二层制作为55.0lbs/3,000ft2的目标基重。在制造期间，以酚醛粘合树脂浸透第二层，所得的第二层包含80重量％第二纤维和20重量％粘合树脂。
加工实施例2(WE2)：加工实施例2(本文有时称为“WE2”)是在湿法成网机器上制作的，包括两个层，这两个层在湿法成网机器中的成型线上同时铺制而成。过滤介质在界面处不包括辅助黏合剂。第一层和第二层的纤维因该成型工艺而机械地缠结。顶层(第一层)包含第一纤维，100重量％的第一纤维是合成纤维。在合成纤维中，47重量％为PET1，47重量％为PET2，6重量％为PVOH粘合纤维。第一层制作为50.2lbs/3,000ft2的目标基重。第一层不含任何粘合树脂。第二层包含第二纤维，26重量％的第二纤维是纤维素纤维。在第二纤维中，26重量％为NBSK纤维素纤维，20重量％为B-06合成纤维，20重量％为PET1合成纤维，30重量％为PET2合成纤维，4重量％是PVOH合成粘合纤维。第二层制作为61.3lbs/3,000ft2的目标基重。在制造期间，以酚醛粘合树脂浸透第二层，所得第二层包含75重量％第二纤维和25重量％粘合树脂。
对比实施例1(CE1)：对比实施例1(本文有时称为“CE1”)由两层层压介质组成。顶层(第一层)包含熔喷材料，该熔喷材料包含第一纤维。100重量％的第一纤维为PBT纤维形式的合成纤维。第一层制作为44.0lbs/3,000ft2的目标基重。在湿法成网机器上制作底层(第二层)。第二层包含第二纤维，100重量％的第二纤维为纤维素纤维。在纤维素纤维中，1重量％为SBSK纤维，25重量％为MSF纤维，3重量％为EUC纤维，71重量％为MTS纤维。在制造期间，以酚醛粘合树脂浸透第二层，所得第二层包含77重量％第二纤维和23重量％粘合树脂。采用热熔化层压技术用辅助黏合剂将第一层和第二层粘合在一起。
对比实施例2(CE2)：对比实施例2(本文有时称为“CE2”)由在湿法成网机器上制作的单层介质组成。单层介质包括纤维，该纤维为合成纤维和纤维素纤维的混合物。在纤维中，12重量％为EUC纤维素纤维，19重量％为MTS纤维素纤维，22重量％为SBSK纤维素纤维，3重量％为B-06合成纤维，23重量％为PET1合成纤维，21重量％为PET2合成纤维。以酚醛粘合树脂浸透单层介质，所得单层介质包含82重量％纤维和18重量％粘合树脂。
加工实施例3(WE3)：加工实施例3(本文有时称为“WE3”)是在湿法成网机器上制作的，包括两个层，这两个层在湿法成网机器中的成型线上同时铺制而成。过滤介质在界面处不包括辅助黏合剂。第一层和第二层的纤维因该成型工艺而机械地缠结。顶层(第一层)包含第一纤维，68重量％的第一纤维为合成纤维，其余32重量％的第一纤维是Lyocell纤维。在第一纤维中，20重量％为PET3，32重量％为Lyocell，42重量％为PET1，6重量％为PVOH粘合纤维。第一层制作为45.0lbs/3,000ft2的目标基重。第一层不含任何粘合树脂。第二层包含第二纤维，100重量％的第二纤维是纤维素纤维。在纤维素纤维中，9重量％为EUC，4重量％为SBSK，87重量％为MSF。第二层制作为55.0lbs/3,000ft2的目标基重。在制造期间，以酚醛粘合树脂浸透第二层，所得第二层包含80重量％第二纤维和20重量％粘合树脂。
加工实施例4(WE4)：加工实施例4(本文有时称为“WE4”)是在湿法成网机器上制作的，包括两个层，这两个层在湿法成网机器中的成型线上同时铺制而成。过滤介质在界面处不包括辅助黏合剂。第一层和第二层的纤维因该成型工艺而机械地缠结。顶层(第一层)包含第一纤维，100重量％的第一纤维为合成纤维。在第一纤维中，47.7重量％为PET1，47.7重量％为PET2，4.6重量％为PVOH粘合纤维。第一层制作为30.0lbs/3,000ft2的目标基重。第一层不含任何粘合树脂。第二层包含第二纤维，31重量％的第二纤维是纤维素纤维。在第二纤维中，31重量％为NBSK纤维素纤维，32重量％为C-06合成纤维，10重量％为PET1合成纤维，24重量％为PET2合成纤维，3.0重量％是PVOH粘合纤维。第二层制作为61.3lbs/3,000ft2的目标基重。在制造期间，以酚醛粘合树脂浸透第二层，所得第二层包含75重量％第二纤维和25重量％粘合树脂。
对加工实施例1、加工实施例2、对比实施例1和对比实施例2进行总体空气渗透率、撕裂强度和热油爆裂强度测试。这些测试的结果总结在下面表I中。
表I-加工实施例和对比实施例的空气渗透率、撕裂强度以及热油爆裂强度
结果表明，与层压的双层对比实施例(CE1)和单层对比实施例(CE2)相比，加工实施例实现了与通过textest值测量的相似的总体空气渗透率。此外，与双层对比实施例(CE1)和单层对比实施例(CE2)相比，加工实施例表现出增加的撕裂强度和热油爆裂强度。
然后，对加工实施例1、加工实施例2、对比实施例1和对比实施例2进行容污量和过滤耐久性指数测试。这些测试的结果总结在下面表II中。
表II-加工实施例和对比实施例的容污量和过滤耐久性指数
/>
结果表明，与层压的双层对比实施例(CE1)和单层对比实施例(CE2)相比，加工实施例在相似过滤效率的情况下表现出增加的容污量。加工实施例还表现出大于3.0的过滤耐久性指数，这与对比实施例不同，对比实施例表现出3.0的最大过滤耐久性指数。
最后，对加工实施例3和加工实施例4进行了总体空气渗透率、撕裂强度、热油爆裂强度、容污量和过滤耐久性指数测试。这些测试的结果总结在下面的表III和表IV中。
表III-加工实施例的空气渗透率、撕裂强度和热油爆裂强度
特性 单位 WE3 WE4
浸透的、干燥的基重 lb/3,000ft2 128 140
Textest ft3/min 80 18
TMI厚度 密耳 32 42
槽深度 密耳 未开槽 8
Z方向抗拉强度 psi 2.4 0.5
热油折叠耐久性 折叠循环数 74,362 11,320
调整后的折叠耐久性 折叠循环数 86,676 8,850
固化的CD撕裂强度 克力 560 208
550小时热油爆裂强度 psi 23 22
表IV-加工实施例的容污量和过滤耐久性指数
/>
结果再次表明，加工实施例表现出良好的容污量、过滤耐久性指数大于3.0。与具有相似空气渗透率的对比介质相比，加工实施例还表现出良好的撕裂强度和热油爆裂强度。
本文公开的过滤介质代表了对现有技术的改进。通过使用本文公开的湿法成网双流浆箱方法制造过滤介质，所得多层过滤介质可以制造为具有足够的、如热油爆裂强度和过滤耐久性指数所展示出的层间粘结强度。此外，该湿法成网双流浆箱制造方法使得能够在在层之间的界面处不使用辅助黏合剂(即不层压)的情况下制造过滤介质，使得所发明的过滤介质不会降低可用于过滤的表面积或者将纤维覆盖在黏合剂中。这避免了传统层压多层过滤介质中可见的过滤性能的降低。
此外，本文所公开的过滤介质代表了对现有技术的改进，因为所发明的多层过滤介质可以在一个或多个层中包括不同纤维的混合物。这使得能够用不同纤维类型的混合物定制每个层，针对不同的性能特征选择每种不同纤维类型。

Claims (41)

1.一种过滤介质，包括：
包括第一纤维的第一层；以及
包括第二纤维的第二层；
其中，所述第一层的所述第一纤维包括基于所述第一层中所述纤维的总重量至少50重量％的量的合成纤维，所述第二层的所述第二纤维包括基于所述第二层中所述纤维的总重量至少30重量％的量的纤维素纤维，所述第一层通过所述第一层与所述第二层之间的界面结合到所述第二层，所述界面包括所述第一纤维与所述第二纤维的混合物，在无辅助黏合剂的情况下，所述第一层和所述第二层上的z方向抗拉强度(zdt)为至少0.5psi。
2.根据权利要求1所述的过滤介质，其中，所述第一层通过所述第一纤维与所述第二纤维之间的物理缠结结合到所述第二层。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的过滤介质，其中，所述合成纤维具有大于10微米的平均纤维直径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层的所述第一纤维包括基于所述第一层中所述纤维的总重量至少70重量％的量的所述合成纤维。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层的所述第一纤维包括基于所述第一层中所述纤维的总重量至少90重量％的量的所述合成纤维。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其中，所述第二层的所述第二纤维包括基于所述第二层中所述纤维的总重量至少50重量％的量的所述纤维素纤维。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的过滤介质，其中，所述第二层的所述第二纤维包括基于所述第二层中所述纤维的总重量至少70重量％的量的所述纤维素纤维。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的过滤介质，其中，所述合成纤维选自由聚酯纤维、PBT纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维及其组合构成的组。
9.根据权利要求8所述的过滤介质，其中，所述合成纤维为聚酯纤维。
10.根据权利要求9所述的过滤介质，其中，所述聚酯纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的过滤介质，其中，所述聚酯纤维在所述第一层中的存在量为基于所述第一层中所述纤维的总重量至少90重量％。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层包括粘合纤维，所述粘合纤维的存在量为基于所述第一层中所述纤维的总重量不大于25重量％。
13.根据权利要求12所述的过滤介质，其中，所述粘合纤维包括聚乙烯醇纤维，所述聚乙烯醇纤维的存在量为基于所述第一层中所述纤维的总重量不大于10重量％。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的过滤介质，其中，所述第二层包括第二粘合树脂。
15.根据权利要求14的过滤介质，其中，所述第二粘合树脂选自由酚醛粘合树脂、乳胶粘合树脂和丙烯酸粘合树脂构成的组。
16.根据权利要求13至14中任一项所述的过滤介质，其中，所述第二粘合树脂在所述第二层中的存在量为基于所述第二层的总重量在10重量％和30重量％之间。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的过滤介质，其中，所述第二层包括第二粘合树脂。
18.根据权利要求17所述的过滤介质，其中，所述第二粘合树脂选自由酚醛粘合树脂、乳胶粘合树脂和丙烯酸粘合树脂构成的组。
19.根据权利要求17至18中任一项所述的过滤介质，其中，所述第二粘合树脂在所述第二层中的存在量为基于所述第二层的总重量在10重量％和30重量％之间。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的过滤介质，其中，所述纤维素纤维选自由以下构成的组：牛皮纸浆纤维、亚硫酸盐纸浆纤维、经化学处理的纤维(例如经丝光处理的纤维)、经机械处理的纸浆纤维、经化学热机械处理的纸浆纤维、非木本纤维素纤维、再生纤维素纤维及其组合。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层包括基于所述第一层的所述第一纤维的总重量不大于20.0重量％的所述纤维素纤维。
22.根据权利要求1至20中任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层包括基于所述第一层的所述第一纤维的总重量不大于10.0重量％的所述纤维素纤维。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的过滤介质，其中，所述第二层包括至少一个槽。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的过滤介质，其中，所述第一层与所述第二层之间的重量比在20:80和80:20之间的范围内。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的过滤介质，还包括至少一个后续层，所述后续层包括后续纤维，所述后续纤维选自由合成纤维、纤维素纤维及其组合构成的组。
26.根据权利要求25所述的过滤介质，其中，所述后续纤维包括合成纳米纤维。
27.根据权利要求1至26中任一项所述的过滤介质，包括被层压到所述过滤介质的至少一个附加层。
28.根据权利要求27所述的过滤介质，其中，所述至少一个附加层被层压到所述过滤介质的所述第一层。
29.根据权利要求27或28所述的过滤介质，其中，所述至少一个附加层压层包括由膨体聚四氟乙烯(ePTFE)形成的膜。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的过滤介质，该过滤介质在暴露至140℃的油500小时后具有至少20psi的热油爆裂强度。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的过滤介质，该过滤介质具有至少为3的过滤耐久性指数。
32.根据权利要求1至31中任一项所述的过滤介质，其中，所述过滤介质不包含机械支撑层。
33.一种过滤元件，包括权利要求1至32中任一项所述的过滤介质。
34.根据权利要求33所述的过滤元件，其中，所述过滤介质是有褶的。
35.根据权利要求33所述的过滤元件，其中，使所述过滤介质是波纹状的。
36.一种用于生产根据权利要求1至32中任一项所述的过滤介质的方法，包括以下步骤：
形成包括所述第一纤维和第一溶剂的第一纤维浆；
形成包括所述第二纤维和第二溶剂的第二纤维浆；
将所述第一纤维浆转移到第一流浆箱区域，同时将所述第二纤维浆转移到第二流浆箱区域；
将所述第一纤维浆和所述第二纤维浆沉积到单个连续行进成型带中，其中，所述第一纤维浆位于所述第二纤维浆之上；以及
对所述第一纤维浆和所述第二纤维浆施加真空条件，以除去所述第一溶剂和/或所述第二溶剂的至少一部分。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一溶剂包括水。
38.根据权利要求36至37中任一项所述的方法，其中，所述第二溶剂包括水。
39.根据权利要求36至38中任一项所述的方法，其中，所述第一流浆箱区域和所述第二流浆箱区域包括单个流浆箱的独立的隔室。
40.根据权利要求36至38中任一项所述的方法，其中，所述第一流浆箱区域和所述第二流浆箱区域包括协同运行的独立的流浆箱。
41.根据权利要求1至32中任一项所述的的过滤介质，所述过滤介质是使用湿法成网双流浆箱方法制造的。
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