梯度納米纖維過(guò)濾介質(zhì)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】梯度納米纖維過(guò)濾介質(zhì)
[0001] 巧關(guān)申請(qǐng)的香叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求受益于2013年8月2日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?1/861，797的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利 申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用該美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的內(nèi)容援引其內(nèi)容于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 本申請(qǐng)所掲示的主題設(shè)及復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。特別地，本申請(qǐng)所掲示的主題設(shè)及包括 多層疊層介質(zhì)材料的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，上述多層疊層介質(zhì)材料包括納米纖維介質(zhì)層。
[0004] 例如車(chē)載發(fā)動(dòng)機(jī)高壓共軌燃料過(guò)濾系統(tǒng)運(yùn)樣的應(yīng)用需求很高。對(duì)精細(xì)顆粒進(jìn)行高 級(jí)別顆粒去除甚至應(yīng)在運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)遇到流量激增和振動(dòng)的條件下被維持。4ym(c)或甚 至更小的顆粒已顯現(xiàn)出會(huì)對(duì)燃料噴射器造成損壞，超過(guò)64和在理想情況下更高的貝塔比 值被推薦使用。此外，運(yùn)種級(jí)別的去除甚至應(yīng)在流量速率變化很快時(shí)被維持，例如在發(fā)動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)時(shí)、或在燃料節(jié)流閥被迅速調(diào)整時(shí)、或在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)。同時(shí)，雖然空間限制阻止了更 大的過(guò)濾器被使用，但是客戶和最終用戶堅(jiān)持認(rèn)為過(guò)濾器壽命不應(yīng)被縮短。 陽(yáng)0化]運(yùn)些挑戰(zhàn)在典型的柴油燃料應(yīng)用中被進(jìn)一步加劇，在典型的柴油燃料應(yīng)用中，多 個(gè)過(guò)濾器被串聯(lián)使用。多個(gè)過(guò)濾器一般用于現(xiàn)代柴油燃料系統(tǒng)上。在許多情況下，使用第 一過(guò)濾器FWS(油水分離器）或凝聚過(guò)濾器來(lái)去除水和預(yù)過(guò)濾更粗糖的顆粒。該第一過(guò)濾 器或預(yù)過(guò)濾器導(dǎo)致污染物顆粒尺寸分布發(fā)生顯著偏移，并會(huì)因?yàn)閷?duì)更粗糖顆粒的去除而對(duì) 后續(xù)過(guò)濾器的污染物去除產(chǎn)生不利影響。更粗糖的顆粒趨于阻塞用于運(yùn)些系統(tǒng)中的典型介 質(zhì)中的較大孔隙。運(yùn)些更粗糖的顆粒的缺乏或濃度降低使得下游過(guò)濾器或過(guò)濾介質(zhì)中的更 大孔隙對(duì)于流動(dòng)仍然保持打開(kāi)，轉(zhuǎn)而使得污染物能夠穿過(guò)。運(yùn)導(dǎo)致該尺寸范圍內(nèi)的去除被 削弱。
[0006] 在過(guò)去，上述挑戰(zhàn)可W通過(guò)復(fù)合介質(zhì)來(lái)解決，上述復(fù)合介質(zhì)含有具有相對(duì)寬的孔 隙尺寸分布的多層介質(zhì)，相對(duì)寬的孔隙尺寸分布提供了分級(jí)顆粒捕獲，即相繼層在名義上 對(duì)更精細(xì)的顆粒進(jìn)行捕獲。然而，現(xiàn)在，在瞬態(tài)條件下需要對(duì)非常精細(xì)的顆粒進(jìn)行級(jí)別高得 多的污染物去除，并且現(xiàn)在需要高效的納米纖維來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)些級(jí)別的去除。運(yùn)會(huì)導(dǎo)致使用壽 命被縮短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 各種實(shí)施例設(shè)及使用復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)，上述復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)含有復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)平均流 量孔隙尺寸小于大約10μπι和孔隙尺寸分布較窄的納米纖維層。上述納米纖維層具有運(yùn)樣 的梯度設(shè)計(jì)，上游側(cè)的幾何平均纖維直徑大于下游側(cè)。上述復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)可W包括附加層， 例如在上述納米纖維層上游的微纖維層，從而該微纖維層的下游面具有的幾何平均纖維直 徑大于上述納米纖維層的上游面并在配置范圍內(nèi)。
[0008] 本申請(qǐng)掲示了一種復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。上述復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)由多層介質(zhì)材料形成，上述 多層介質(zhì)材料包括納米纖維介質(zhì)層，其中，上述多層相互疊層、結(jié)合或W其他方式相互復(fù) 合。
[0009] 本申請(qǐng)所掲示的復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)一般包括至少一層納米纖維過(guò)濾介質(zhì)，上述至少一 層納米纖維過(guò)濾介質(zhì)的幾何平均纖維直徑小于大約1μm和一般在大約0. 1與1. 0μm之 間。纖維介質(zhì)的可選層也可W存在，例如用W給上述復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)提供支承和強(qiáng)度。上述 納米纖維層可W進(jìn)一步具有含有運(yùn)樣的梯度結(jié)構(gòu)的特性：上述納米纖維層的上游側(cè)處的各 納米纖維的幾何平均纖維直徑比上述納米纖維層的下游側(cè)處的各納米纖維的幾何平均纖 維直徑的1. 1至2. 8倍更大、或1. 2至2. 4倍更大、或1. 2至1. 7倍更大，或1. 2至1. 5倍更 大。一般地，上述納米纖維層的平均流量孔隙尺寸小于大約10μm，優(yōu)選地小于大約9μm、 小于大約8μm、小于大約7μm、或小于大約6μm。在某些實(shí)施例中，上述納米纖維層的平均 流量孔隙尺寸可W是大約5μm、或大約4μm、或大約3μm、或大約2μm、或大約1μm。
[0010] 此外，上述復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)可W具有含有較窄的孔隙尺寸分布的特性，P99與P50的 比值小于大約2和一般為大約1. 2至大約1. 6。幾何平均纖維直徑大于大約1微米的微纖 維過(guò)濾介質(zhì)的可選層（即微纖維層）可W存在于上述納米纖維層的上游。如果微纖維層存 在于上述納米纖維層的上游并與上述納米纖維層相鄰，上述微纖維層的下游面處的各纖維 的纖維直徑一般比上述納米纖維層的上游面處的各纖維的纖維直徑的大約1. 2至2. 8倍更 大或大約1. 2至2. 4倍更大。在上述納米纖維層上游的多個(gè)微纖維層可梯度形式被布 置，從而隨著從上游至下游向上述納米纖維層行進(jìn)，微纖維層的纖維直徑相對(duì)于每個(gè)相繼 層W大約1. 2至大約2. 4倍減小。例如，微纖維層的上游層的下游面處的各纖維的直徑與 相鄰下游微纖維層的上游面處的各纖維的直徑的比值一般在大約1. 2與大約2. 4之間，優(yōu) 選地在大約1. 2與大約1. 6之間。
[0011] 合適的聚合物材料可W包括但不限于熱塑性材料，例如聚酷胺材料、聚醋材料、聚 諷材料、聚丙締材料、包括聚四氣乙締或乙締-Ξ氣氯乙締共聚物的含氣聚合物，或具有合 適的幾何的、結(jié)構(gòu)的和耐化學(xué)性質(zhì)的其他有機(jī)聚合物材料。上述多層復(fù)合材料一般經(jīng)由熱 處理、化學(xué)處理、或非化學(xué)處理、或超聲結(jié)合進(jìn)行疊層、結(jié)合或W其他方式進(jìn)行復(fù)合。在某些 實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)層經(jīng)由超聲處理進(jìn)行結(jié)合，在其他實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)層經(jīng)由施加 粘合劑進(jìn)行結(jié)合。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1示出了污染物顆粒尺寸分布對(duì)由不同類(lèi)型的過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行去除的影響。
[0013] 圖2示出了納米纖維梯度對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的性能的作用。
[0014] 圖3示出了微纖維對(duì)納米纖維梯度介質(zhì)的性能的作用。
[0015] 圖4示出了本申請(qǐng)所述的過(guò)濾介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例的SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本文中使用了數(shù)個(gè)定義對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，如W下和在整個(gè)申請(qǐng)中所述。
[0017] 除非在上下文進(jìn)行特別說(shuō)明或表明，各術(shù)語(yǔ)"一"、"一"和"上述"意指"一個(gè)或多 個(gè)"。例如，"一層"應(yīng)被解釋為意指"一個(gè)或多個(gè)層"。
[001引如本文所使用的，"大約"、"近似"、"實(shí)質(zhì)上"和"顯著"將按本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 所理解的，并將根據(jù)使用其的上下文而在某種程度上進(jìn)行變化。如果在給定使用其的上下 文的情況下存在對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)不清楚的運(yùn)些術(shù)語(yǔ)的使用，"大約"和"近似"將 意指加上或者減去特定術(shù)語(yǔ)的10%，"實(shí)質(zhì)上"和"顯著"將意指加上或者減去特定術(shù)語(yǔ)的 〉10%。
[0019] 如本文所使用的，各術(shù)語(yǔ)"包括"和"包括"與各術(shù)語(yǔ)"包含"和"包含"具有相同含 義，在于后面的運(yùn)些術(shù)語(yǔ)是"開(kāi)放式"轉(zhuǎn)接術(shù)語(yǔ)，沒(méi)有將權(quán)利要求僅限制于在運(yùn)些轉(zhuǎn)接術(shù)語(yǔ) 之后列舉的各元素。術(shù)語(yǔ)"由…組成"被包含于術(shù)語(yǔ)"包含"，應(yīng)被解釋為"封閉式"轉(zhuǎn)接術(shù) 語(yǔ)，將權(quán)利要求僅限制于在該轉(zhuǎn)接術(shù)語(yǔ)之后列舉的各元素。術(shù)語(yǔ)"主要由…組成"被包含于 術(shù)語(yǔ)"包含"，應(yīng)被解釋為"部分封閉式"轉(zhuǎn)接術(shù)語(yǔ)，僅在那些附加元素本質(zhì)上不對(duì)權(quán)利要求 的基本特性和新穎特性產(chǎn)生影響時(shí)才允許在該轉(zhuǎn)接術(shù)語(yǔ)后有附加元素。
[0020] 本申請(qǐng)掲示了復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)。該復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)由多層介質(zhì)材料形成，多層介質(zhì)材 料相互疊層或結(jié)合。一般地，上述介質(zhì)具有W下特性
[0021] ?上述復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)的孔隙尺寸分布是運(yùn)樣的，使得50 %流量孔隙尺寸或P50在0 與大約ΙΟμπι之間，優(yōu)選地在0與大約7μπι之間，更優(yōu)選地在0與大約5μπι之間。此外， 關(guān)于該復(fù)合物，99%流量孔隙尺寸或Ρ99與Ρ50的比值一般小于大約2,優(yōu)選地在大約1. 2 與大約1. 6之間。
[0022] ?至少一個(gè)介質(zhì)層，其幾何平均纖維直徑化，小于1μm，即"納米纖維層"或"化"。 此外，上述納米纖維層的上游側(cè)處的各纖維的幾何平均纖維直徑比上述納米纖維層的下游 側(cè)處的各纖維的平均纖維直徑的大約1. 1倍與大約2. 8倍之間更大，優(yōu)選為1. 2倍與大約 2. 4倍之間更大，更優(yōu)選為大約1. 2倍與大約1. 7倍之間或大約1. 2倍與大約1. 5倍之間更 大。在某些實(shí)施例中，上述納米纖維層的厚度優(yōu)選地大于40μπι，或大于大約80μπι，或大于 大約lOOym。在某些實(shí)施例中，上述納米纖維層包括第一子層、上述第一子層下游的第二 子層W及可選的更多子層；其中，各上述子層W梯度形式被布置，從而上述第一子層比上述 第二子層具有更大的幾何平均纖維直徑，優(yōu)選為大約1. 1-2. 8或大約1. 2-2. 4的比值。在 某些實(shí)施例中，上述復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)包括至少第一納米纖維層、在上述第一納米纖維層下游 的第二納米纖維層W及可選的更多納米纖維層；其中，上述第一納米纖維層比上述第二納 米纖維層具有更大的幾何平均纖維直徑，優(yōu)選為大約1. 1-2. 8或大約1. 2-2.