用于從氣體物流過濾顆粒材料的過濾介質制造技術

公開了用于過濾空氣中的顆粒材料的高效空氣過濾器的過濾介質。該介質利用至少一層夾在兩紗布層之間、直徑小于１０００納米的纖維以在相對低壓降下獲得高效顆粒空氣（ＨＥＰＡ）過濾性能。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
技術介紹
本專利技術涉及在高效空氣過濾器中所使用的過濾介質，用于從氣體物流中過濾顆粒材料。高效顆?？諝?HEPA)水平性能對于很多其中運用HEPA過濾的方法是非常重要的，例如半導體生產和生物潔凈間。在這些應用中，產品缺陷或潔凈間中容納物質的損失有時候歸咎于空氣中的顆粒材料。在這些應用中HEPA過濾器性能的不穩定性是不可接受的。在HEPA過濾中，非織造過濾元件可用作承載介質的表面。介質通常構造成氣流可滲透，且具有足夠精細的孔徑和合適的孔隙率來阻止大于所選尺寸的顆粒通過其中。當顆粒材料通過過濾器時，過濾器的上流側通過擴散和攔截操作從氣體物流中捕獲和保留所選尺寸顆粒。顆粒被收集從而在過濾器的上游側和過濾器內部形成“塵餅”。目前，商業HEPA過濾介質分為微型玻璃(microglass)纖維和微型玻璃混合物以及層壓成褶狀基底的靜電處理的(又稱“electret”)高單位重量的熔噴纖網這樣幾類。上述過濾介質的每一種都有其局限。使用微型玻璃纖維和含微型玻璃纖維混合物的HEPA介質典型包含以織造或非織造形式排列的細徑玻璃纖維，其基本上具有抗化學腐蝕的作用和相對小的孔隙率。這種玻璃纖維介質在下列美國專利中被公開Smith等，美國專利2,797,163；Waggoner，美國專利3,228,825；Raczek，美國專利3,240,663；Young等，美國專利3,249,491；Bodendorfet等，美國專利3,253,978；Adams，美國專利3,375,155；以及Pews等，美國專利3,882,135。微型玻璃纖維和含微型玻璃纖維的混合物具有這樣的局限性在將其打褶時，它們典型的相對易碎，在要求HEPA過濾器100％檢查時造成不期望的產率損失?，F場維修是繁瑣的人工過程。靜電處理的熔噴纖網，如美國專利4,874,659和4,178,157中陳述的，起初性能還好，可是當介質開始捕獲微粒并且靜電電荷變得絕緣時，其性能下降。美國專利4,874,659和4,178,157都公開了以5-10mmH2O(水柱)范圍內較低壓降為特征的HEPA空氣過濾器介質。這些過濾器由非織造纖網(美國專利4,874,659)或聚烯烴例如聚乙烯或聚丙烯構成的平切薄膜(美國專利4,178,157)，通過加熱至約100℃部分熔解，然后被置于對聚合物充電的電場中而制成。所充電荷為過濾器提供高效顆粒空氣質量。這種過濾器受到一些局限。首先，基于充電而實現顆粒的有效捕獲，這種過濾器的性能被空氣濕度嚴重影響，產生電荷損耗。其次，由于其作用模式且比較薄，這種過濾器的特征是低的約為0.8的粉塵負荷(單位過濾器面積的粉塵重量使壓降增加兩倍)/單位面積過濾器重量的比值，其中這種過濾器典型的粉塵負荷約為50-80g/m2且其單位面積的重量約為80-130g/m2。美國專利6,604,925公開了一種適用于HEPA的過濾介質以及制作該介質的裝置和方法通過噴嘴靜電紡絲細纖維以在移動的沉積電極上形成纖維狀結構，然后以氣溶膠顆粒填充該纖維狀結構的孔。美國專利申請公開US 2004/0038014 A1公開了包括納米纖維層在內的用于各種應用的過濾介質，該應用包括含顆粒污染物的氣體和液體的過濾，以及制作該介質的方法。PCT國際公開WO 02/20132 A2和WO 02/20133 A2公開了包括低單位重量納米纖維層在內的用于各種應用的過濾介質，該應用包括對含顆粒污染物的氣體的過濾，以及制作該介質的方法。這些出版物沒有公開高效顆?？諝膺^濾器介質或實現高效空氣過濾的方法。提供一種方法以達到HEPA水平空氣過濾而避免已知的過濾介質的上述局限是將被期望的。專利技術概述在第一個實施方案中，本專利技術涉及包括至少一個連續聚合物纖維的納米纖維層的過濾介質，該納米纖維層夾在兩層紗布(scrim)層之間，其中納米纖維層的連續聚合物纖維具有小于約1000納米的直徑，且其中納米纖維層具有介于約25g/m2和約60g/m2的單位重量、介于約0.10和約0.30之間的固體體積分數和大于100μm的厚度。本專利技術的第二個實施方案涉及從空氣物流中過濾顆粒物質的方法，其包括使空氣物流通過基本上電中性的過濾器介質，該過濾器介質包括至少一個連續聚合物纖維的納米纖維層，該納米纖維層夾在兩紗布層之間，其中納米纖維層的連續聚合物纖維具有小于約1000納米的直徑，且其中納米纖維層具有約25g/m2-約60g/m2的單位重量，且其中納米纖維層具有大于約100μm且不大于約265μm的厚度。定義術語“高效顆?？諝狻焙汀癏EPA”可交換使用，用來描述能夠在以表面速度5.33cm/s流動的空氣中過濾掉99.97％的0.3μm顆粒的過濾介質。術語“納米纖維”是指直徑小于1000納米的纖維。術語“過濾器介質”或“介質”是指帶顆粒的流體經過的材料或材料的集合(collection)，其中顆粒材料的伴隨物和至少暫時的沉積物在該介質內或上。附圖簡述附圖，被引入本說明書且構成本說明書的一部分，闡述了本專利技術當前預期的實施方案，并和以下描述一起用作解釋本專利技術的原理。附圖說明圖1是適用于本專利技術的形成納米纖維的現有技術設備的闡述。專利技術詳述現在將詳細給出本專利技術當前優選實施方案，其例子于附圖中闡明。所有的圖中同樣的符號用來指定同樣的元件。本專利技術涉及包括至少一個夾在兩紗布層之間的納米纖維層的過濾器介質。該納米纖維層包括在過濾介質層中基本上連續的有機聚合物納米纖維的集合，該納米纖維具有小于約1μm或1000nm的直徑，有利的在約100nm和700nm之間，或者甚至在約300nm和650nm之間。這種過濾器介質可用于高效空氣過濾應用以去除流體物流中的顆粒材料，特別的，從氣體物流如空氣中去除顆粒材料。能實現HEPA水平性能的過濾介質可通過將一個或多個納米纖維層夾在兩紗布層之間制得，該納米纖維層具有介于約25g/m2和約60g/m2的單位重量，有利的在約27g/m2和約60g/m2之間或者甚至在約30g/m2和約49g/m2之間。該納米纖維層具有介于約0.10和約0.30的固體體積分數，有利的在約0.25和約0.28之間。增加固體體積分數使得層厚度降低而基本上沒有減弱效率或其他過濾性質。增加固體體積分數，保持層厚度恒定，減小孔徑且增加顆粒存貯量。納米纖維層的厚度可根據納米纖維聚合物的密度變化。在本專利技術的介質中，納米纖維層具有大于約100μm的厚度，有利的大于約100μm且不大于約265μm，更有利的大于約100μm且不大于約150μm，比如在約104μm和147μm之間。本專利技術中的納米纖維層可根據PCT專利WO 04/027140A中公開的阻隔纖網來制作，在此該專利被引作參考。過濾器介質的層與載體層(本文中稱為“紗布”)有利的通過粘合層壓相連接。納米纖維層由基本上連續的聚合物纖維組成，所述聚合物纖維具有小于1000nm的直徑，有利的在約100nm和約700納米之間，或者甚至在約300和650nm之間。納米纖維層的連續聚合物纖維可由能制得直徑在上述范圍內的連續纖維的任何方法形成，包括靜電紡絲或電吹。一個通過電吹形成納米纖維的方法在PCT專利WO 03/080905A中被公開，在此被引入作為參考。WO 03/080905A公開了用于制備納米纖維網的設備和方法，該設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種過濾介質，其包括至少一個夾在兩紗布層之間的連續聚合物纖維的納米纖維層，其中納米纖維層的連續聚合物纖維具有小于約１０００納米的直徑，且其中納米纖維層具有介于約２５ｇ／ｍ↑［２］和約６０ｇ／ｍ↑［２］的單位重量、介于約０．１０和約０．３０之間的固體體積分數和大于１００μｍ的厚度。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：MA布賴納，JB霍文克，DC瓊斯，HS林，BL懷斯曼，
申請(專利權)人：納幕爾杜邦公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]