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CN102858439A - 具有精细纤维过滤介质的非褶皱管状深度过滤器 - Google Patents

具有精细纤维过滤介质的非褶皱管状深度过滤器 Download PDF

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CN102858439A CN2011800211204A CN201180021120A CN102858439A CN 102858439 A CN102858439 A CN 102858439A CN 2011800211204 A CN2011800211204 A CN 2011800211204A CN 201180021120 A CN201180021120 A CN 201180021120A CN 102858439 A CN102858439 A CN 102858439A
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Abstract

深度过滤介质的管形式的非褶皱深度过滤元件被提供了。板的多个缠绕层，其中一些包括精细纤维，被采用。深度过滤元件对液体过滤应用具有特殊应用。

Description

具有精细纤维过滤介质的非褶皱管状深度过滤器
发明领域
本发明大致涉及深度过滤器，并且更具体涉及在这种深度过滤器中采用的一种或多种深度介质的非褶皱管。
背景技术
诸如液体流和气体流（例如，气流）的流体流通常携带固体颗粒和不期望的液滴，它们通常是被夹带于流体流中的不期望的污染物。过滤器通常用于从流体流去除这些颗粒中的一些或全部。
包括使用静电纺工艺形成的精细纤维的过滤介质也已公知。这样的现有技术包括：题为“Filter Material Construction and Method”的美国专利No.5,672,399；题为“Cellulosic/Polyamide Composite”的美国专利公开文献No.2007/0163217；题为“Filtration Medias,Fine Fibers Under 100Nanometers,And Methods”的美国专利公开文献No.2009/0199717；题为“Integrated Nanofiber Filter Media”的美国专利公开文献No.2009/0266759；题为“Filter Media Having Bi-Component Nanofiber Layer”的美国临时专利申请No.61,047,455；题为“Expanded Composite FilterMedia Including Nanofiber Matrix and Method”的美国临时专利申请No.61/308,488号；以及题为“Compressed Nanofiber Composite Media”的美国临时专利申请No.61/330,462，这些现有技术的全部公开内容通过在此引用被包含于此。
通常，这种精细纤维已经被配置在表面加载应用中。有文献提议使用包括疏松织物和纳米纤维的可替代层的过滤介质的单一褶皱板形式的梯度深度介质，例如在授予Kahlbaugh等人的美国专利No.6,521,321中。然而授予Kahlbaugh的'321专利建议了应用于液体过滤的可能性，它通过示例证实了并且在说明书中主要集中于空气或气体过滤（例如舱室空气，发动机空气，烟气）。此外，深度过滤被局限于板自身的深度，因为它通常与褶皱结构相关联进行讨论。此外，相信以前的精细纤维（尤其是电纺纤维）大概没有应用于液体应用，由于液体动量以及粘度的存在，具有推动颗粒使之穿过这种精细纤维层的趋势。相信这种精细纤维已经典型地被采用于空气过滤应用中。
发明内容
本发明提供有关非褶皱深度过滤器的改进，其中精细纤维可被配置在深度介质的管内。利用在这里相对于精细纤维的结构和覆盖度描述的技术，一些实施例虽然不是被排外性地限制但对对液体过滤具有特殊应用。
根据一个发明方面，一种过滤元件包括介质厚度至少约1/4厘米的深度介质的非褶皱管。深度介质包括载体纤维和精细纤维。所述载体纤维的平均尺寸大于约600纳米；所述精细纤维被所述载体纤维承载，平均尺寸小于800纳米，载体纤维和精细纤维之间的一定比例被提供，其中精细纤维的尺寸最多为所述载体纤维的四分之一。
例如，电喷或电纺纤维可提供精细纤维。但是，更小的精细纤维是更优选的并且具有好处，使用可具有小于500纳米并且更优选地小于250纳米（并且最优选小于100纳米）的直径的电纺精细纤维是本发明的一个方面。
在许多实施例中并且根据另一发明方面，采用精细纤维的板的多个至少部分层叠的缠绕层被使用。例如，过滤元件可包括第一过滤介质板，所述第一过滤介质板包括至少一个衬底和沉积于其上的至少一层精细纤维，所述板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第一过滤介质板。
在缠绕实施例中有用的一个特殊板是多层复合物。第一过滤介质板可包括由在所述第一过滤介质板中层叠在一起的多个稀松织物层和精细纤维的多个精细纤维层构成的复合介质。所选精细纤维层在所述第一过滤介质板内被稀松织物间隔开并且分离。过滤介质板自身可具有至少约5,000km/m2的平均尺寸小于500纳米的电纺精细纤维的覆盖度，并且根据不同实施例优选更高。
根据测试，第一过滤介质具有与用于预选的过滤应用的微玻璃过滤介质基本上相对等或更高的过滤效率。因此，它可用作微玻璃过滤介质的替代物并且整个从过滤结构消除微玻璃，在满足合适的应用流动/寿命要求的同时提供高效率。
另一优选特征是提供以千米每平方米计算的纳米纤维的高线性覆盖度，这可在单个缠绕层或板或在元件的整个深度上实现（平方米在平均直径上测量）。例如，深度介质在至少0.1g/m2的深度上可具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约10,000km/m2；并且更优选地，在至少0.5g/m2的深度上可具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该盖度至少约50,000km/m2，并且最优选在至少1.0g/m2的深度上具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约100,000km/m2。
根据可引入上述特征的另一发明发明方面，一种过滤元件包括介质厚度至少约1/4厘米的深度介质的非褶皱管。所述深度介质包括载体纤维和精细纤维，所述载体纤维的平均尺寸至少约3微米；以及所述精细纤维被所述载体纤维承载的平均尺寸小于800纳米。
其它的发明方面指向方法。例如，一种制造过滤元件的方法可包括从包括聚合物的溶液和处于电压差作用下的溶剂电纺平均尺寸小于800纳米的精细纤维；在载体纤维的衬底上沉积所述精细纤维，所述载体纤维具有至少3微米的平均尺寸；以及将所述载体纤维的衬底和所述精细纤维缠绕成厚度至少1/2厘米的深度介质。该方法可可选地采用如上面讨论的更小的载体纤维，精细纤维和载体纤维之间的尺寸比为4:1或更高。
本发明的其它方面、目的及优点将从下面结合附图给出的详细描述中变得更加清楚。
附图说明
结合到说明书中并形成说明书的一部分的附图图解了本发明的多个方面，并与相关描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是本发明的优选实施例的局部剖面的透视图，示意出使用四个所选非织造纤维卷在四工位缠绕机中制造的多层重叠的过滤元件，其中至少一卷采用具有精细纤维的过滤介质；
图1A是采用图1的过滤介质的过滤元件的透视图，具有为过滤应用配置的可选的支撑芯和端盖；
图2是示意正在空心轴上形成的图1的多层重叠的无芯过滤元件的剖视图；
图3是用于制造图1的过滤元件的机器的三个工位的示意性俯视图；
图4是多层重叠的过滤元件的局部示意性剖视图，示意性示出内缠绕层采用了板，所述板在板内具有多个连续的衬底和精细纤维层；
图4A是从图4的虚线圆中提取的图4的剖面的放大图，更好地示意出所述板在板内具有多个连续的衬底和精细纤维层，相对厚度和结构仅仅是为说明目的而示意的，没有按比例，带附近被放大了以示出带之间的缝隙（虽然实际上相邻的带和缠绕层是彼此接触的）；
图5示意出类似于图1的多层重叠的过滤元件的实施例，也没有按比例，另外采用了沿着最内部缠绕层布置的内部层；
图6是示出图5的夹层如何被缠绕的示意性图示；
图7是透视图和剖面图形式示出的采用精细纤维的深度过滤元件的可选实施例，所述精细纤维采用蜗旋（非螺旋）缠绕层，过滤介质板是全长度过滤介质板（与过滤元件的轴向长度相同的宽度）；
图8是用于形成采用精细纤维的深度过滤元件的示意形式示出的制造系统/方法的另一可选实施例；
图8A是通过图8的制造系统/方法制成的深度过滤元件的部分示意形式的剖视图；
图9是根据本发明的实施例的包括承载精细纤维的紧密压实多稀松织物层的过滤介质的示意性截面图（例如，相对示出的厚度未按比例绘制）；
图10是图9的过滤介质处于通过一组辊压缩到压缩状态的预压缩状态的示意性截面图；
图11是根据本发明的实施例的用于制造过滤介质的系统的示意图；
图12（A）是以x300放大水平获得的扫描电子显微镜图像，其示出了使用图11的系统生产的复合介质的精细纤维和双组分纤维；
图12（B）是以x1,000放大水平获得的扫描电子显微镜图像，其示出了使用图11的系统生产的复合介质的精细纤维和双组分纤维；
图12（C）是以x2,000放大水平获得的扫描电子显微镜图像，其示出了使用图11的系统生产的复合介质的精细纤维和双组分纤维之间的结果。
图12（D）是在x10,000放大水平的扫描电子显微镜图像，其示出了使用图11的系统生产的复合介质的精细纤维和双组分纤维之间的结合；
图13是根据本发明的不同实施例的用于制造过滤介质的系统的示意图；
图14是根据本发明的另一实施例的用于制造过滤介质的系统的示意图；
图15是根据本发明的实施例的包括紧密压缩的多稀松织物层和精细纤维的过滤介质的示意性截面图；
图16是第一多层过滤介质测试样本的有效测试结果；
图17是第二多层过滤介质测试样本的有效测试结果；
图18是第三多层过滤介质测试样本的有效测试结果；
图19是根据本发明的不同实施例的过滤介质的示意性截面图；
图20是第四多层过滤介质测试样本的有效测试结果；
图21是根据本发明的另一实施例的过滤介质的示意性截面图；
图22是第五多层过滤介质测试样本的有效测试结果；
图23（A）-（H）是根据本发明的不同实施例的衬底的双组分纤维的示意性图示；
图24是标准管状深度过滤器试验样品的有效测试结果；以及
图25-26是包括精细纤维多层中间层测试样本的标准管状深度过滤器的有效测试结果。
虽然关于某些优选实施例描述本发明了，但本发明不被限制于那些。相反，本发明意于覆盖包括在附属权利要求限定的本发明的实质和范围内的所有可选的修改和等效替代。
具体实施方式
在下面的选择中，首先描述深度介质的不同实施例。之后，描述在许多实施例中有用的包含板（sheet）的精细纤维，其示例被提供。之后，讨论了一些特殊的非褶皱管状深度介质示例。
非褶皱管状深度过滤器
参考图1，多层重叠的无芯过滤元件（滤芯）10被示意出来并且根据本发明的实施例构造。如下面所描述的，过滤元件10在其内集成了下述的组合：包括平均尺寸大于约3微米的载体纤维的纤维；和尺寸小于约800纳米（更优选地小于500纳米，甚至更优选地小于250纳米并且最优选地小于100纳米）的精细纤维。
过滤元件10包括第一多层重叠的非织造纤维带12，第二多层重叠的非织造纤维带13，第三多层重叠的非织造纤维带14，和第四多层重叠的非织造纤维带15。如此处使用的，带有时被称为片并且反之亦然。在本示例中，部分宽度（partial width）带被提供（过滤元件的轴向长度相对于部分宽度），从而在本实施例中每个带被螺旋形缠绕。每个纤维带12-15被蜗旋形或螺旋形缠绕成重叠的层以分别形成重叠的条（band）16，17，18，19。共同地，这些条形成深度介质的非褶皱管20，总介质厚度T至少约1/4厘米。
最里面的条16的径向内表面形成轴向延伸的环状空间的外周（可被用于收集清洁流体和促进被清洁流体的轴向流动）。此空心的内部空间从过滤元件的一端延伸到过滤元件10的相反朝向的端部。附图中，纤维的厚度（以及所示出的精细纤维层）为示意目的被夸大了。然而，深度介质的管典型地具有至少1/4cm的厚度（径向厚度）并且更典型地具有1/2cm和5cm之间（更典型地1cm和3cm之间）的厚度，作为缠绕的结果。可以看出每个带12-15至少部分地重叠自身一次，从而对于其中一个指定的纤维带来说，该指定的条的厚度大致在2-8个缠绕层的厚度范围内。另外，过滤元件10的类似实施例采用至少1倍纤维带厚，并且更典型地在2-6个纤维带之间。如此，过滤元件可以使用2和48个带厚（最典型地6和32个层厚）之间的螺旋形缠绕技术制造。
在图1的本第一实施例中，并且另外参考图4，4A和9，穿孔的多叠层过滤介质板100被选择和被配置用作最里面的纤维带13。在另一施例中，多层过滤介质板100被选择和被配置用作最里面的倒数第二纤维带14以及最里面的纤维带13。相反，上游纤维带15，16可不采用精细纤维而是采用更开放的结构以在整个厚度T上形成梯度介质。
例如，上游的非织造纤维带15，16可由用作基底纤维和粘合纤维的诸如聚酯和聚丙烯的所选聚合物纤维构成。基底纤维的熔点比粘合纤维的熔点高，在这里，粘合纤维也被称作双组分介质或多组分介质。基底纤维的作用是在无芯过滤元件11中制造小孔结构。粘合纤维或粘合材料的作用是将基底纤维粘合到不需要单独的芯的刚性过滤元件内。粘合纤维可由纯纤维（pure fibre）构成或由包括较低熔点的外壳和较高熔点的内芯的一个部件构成。如果粘合纤维是纯的（pure type），那么在存在足够的热量时它将全部液化。如果粘合纤维具有外壳和内芯，那么在存在热量时它承受只液化外壳的温度，而留下内芯来帮助基底纤维制造小孔结构。因此，粘合纤维的作用是在存在热量时全部或部分液化，其液体部分附到（wick）基底纤维上从而在基底纤维之间形成粘合点，从而在冷却时将基底纤维粘合到一起。粘合材料可以是纤维质之外的形式。
虽然梯度深度介质在图1中用多层过滤介质板100体现出了，设想多层过滤介质板100可被配置在上游或下游不同的位置并且可被选择用于带12-15中的任何一个或多个。
制造这种过滤元件10的方法和设备的实施例可参考本专利申请的图2-3并且可参照Perry，Jr.等人的美国专利No.5,827,430；和/或Cloud等人的U.S.2008/0128364，每一个都被以整体方式并入本申请。在图2中，数字22表示带有环形外表面和环形内表面的空心圆筒形芯轴，所述环形内表面形成圆柱形通道23的外周，液体或气体换热介质（未示出）流经所述通道。图中示出，多层重叠的非织造纤维带12构成的条16被多层重叠的非织造纤维带13构成的条17重叠，多层重叠的非织造纤维带13构成的条17被多层重叠的非织造纤维带14构成的条18重叠，多层重叠的非织造纤维带14构成的条18被多层重叠的非织造纤维带15构成的条19重叠。
如图3所示，在前述参考专利中只详细示出了多级缠绕机中的三级。在图3中示出，第一压缩带25正在以多层重叠的方式绕空心芯轴22缠绕第一非织造纤维带12。第二压缩带26正在以多层重叠的方式绕多层重叠的非织造纤维带12缠绕第二非织造纤维带13。第三压缩带27正在以多层重叠的方式绕多层重叠的非织造纤维带13缠绕第三非织纤维带14。优选红外加热器28的第一加热器阵列被示出于某一位置，以在压缩带25压缩的同时在多层重叠的非织造纤维带12上施加热量。红外加热器29的第二加热器阵列被示出于某一位置，以在压缩带26压缩的同时在多层重叠的非织造纤维带13上施加热量。红外加热器30的第三加热器阵列被示出于某一位置，以在压缩带27压缩的同时在多层重叠的非织造纤维带14上施加热量。
在过滤元件10被形成为深度介质20的管后，它可被切成轴向长度段并且被配置相反的开口和封闭的端盖32，34，如图1A中所示被密封地粘接到的管的相反端。开口的端盖32具有用作被清洁流体出口的开口35。一个或多个密封件例如O型密封圈36可设置在端盖32上用于与流体系统的安装头部密封。另外，穿孔的芯38可沿介质内侧设置。
现在参考图4和4A，可以看到由于多层过滤板100的多层叠置螺旋缠绕层的结构呈现出独特的结构和配置。下面将讨论板100的其它细节，应了解多层过滤板100在采用过滤板100的单个带23内提供了流动结构。尤其是，利用螺旋缠绕层结构，带被相对于过滤元件10的纵向轴线40倾斜。因此，各个精细纤维层42（例如对应于图9中的124，126，128，130，132，134，136，138，140，142）被设置为与轴线40倾斜对齐并且不平行，从而流体可以沿各个精细纤维层流经板12。具体地，更开放且多孔的衬底44（例如对应于图9中的102，104，106，108，110，112，114，116，118，120）也被设置为与轴线40倾斜对齐并且不平行；并且因而可用作带12内的排水层或流体流动层。
因此，可具有穿过带12穿过更开放且多孔的衬底层44的倾斜的微观流动路径。在此过程中，颗粒可被更有效的精细纤维层42捕获。另外，在带12的相邻缠绕层之间，也可能具有横跨带以及带之间的液流，其可被称为带之间的宏观流动路径，即便实际上带的相邻缠绕层是邻接且接触的。除沿倾斜的微观流动路径或宏观流动路路径的可能的液流之外，大量的液流还径向流经带自身的材料穿过可在其中捕获颗粒的连续的精细纤维和衬底层44，42。然而，应了解如果精细纤维层42被颗粒堵塞，就具有沿着多孔的衬底层44穿过所述带的开放的倾斜的流动路径。因此，虽然很多过滤器有随着时间过去而提高效率的趋势，但可能此装置最终会随着时间的过去而降低效率，因为与径向地穿过介质（和精细纤维层42）相比，颗粒负载导致更多液流沿着穿过衬底层44的倾斜的流动路径。
现在参考图5-6，另一实施例的过滤元件50被以剖面图的形式示意性示出。过滤元件50是与第一实施例类似的螺旋形缠绕的过滤元件，并且因此使用了相同的参考标记，只是另外配置了夹层带52，其重叠采用了带有精细纤维层42的多层过滤板100（参考图9）的带12。夹层的结构和变异也可参照Cloud等人的美国专利公开文献No.2008/0128364的示例，其已经被以引用方式并入。虽然在本实施例中只示出单一的条具有夹层，但多个条16-19（例如如图1中所示的第一实施例中）可配置夹层。这些条中的一个或多个中的至少一个带可具有精细纤维（夹层也可可选地包括精细纤维）。
在本实施例中，较低效率的夹层带52被与采用多层过滤板100的带12一起缠绕。典型地，在本结构中，其中一个带将具有更大的流动多孔性而其它带具有更高的效率以及更小的多孔结构，导致更大的水平/对角地流动。因此，在本实施例中，更大的液流可沿着穿过夹层带52的倾斜路径，与采用多层过滤板100的高效带12相比。
参考图7，过滤元件60的另一实施例被示出采用蜗旋缠绕层，所述蜗旋缠绕层采用绕轴线蜗旋形缠绕的至少一个全长度的板，并且在本实施例中为两个板62，64（更多的板也可被共同缠绕）。至少一个板并且在本实例中为板62具有集成于其内的精细纤维（例如板62可由图9的板100形成）。还示出，另一板64可不具有任何精细纤维，但可用作间隔层。每个板平行于过滤器轴线66延伸，与前面的实施例不同。通常，在本实施例中，流体能够沿着蜗旋路径流动，但更典型地（特别是如果配置很多缠绕层）流体被迫径向向内穿过带62，64的过滤介质移动。在任一情况下，因为配置了多个层，这都形成深度介质。此外，较低效率带可具有更多的缠绕层并且更长，例如继续绕元件蜗旋形地缠绕，即使在较高效率板62终止之后。
参考图8-8A，采用精细纤维的深度介质元件70的制造的另一实施例被示意性示出。在本实施例中，熔喷头部72的多个工位和电纺模块被设置。熔喷头部72泵吸熔化的聚合物穿过带孔的模具，并且以给定的速度和距离喷出，而制造具有所选直径的纤维。熔喷头部通常制造大于1微米的纤维，但如果遇到电场也可制造1微米以下直到约600-700纳米的精细纤维。这样，精细纤维以及粗纤维可通过熔喷法制造，该方法可在这里的任一实施例中使用。典型地，本实施例中的精细纤维的特征在于最多为熔喷纤维的四分之一。熔喷和电纺模块工位72a-c和74A-c中的每一个可根据需要制造不同尺寸的纤维。为了区分的目的，熔喷纤维和电纺纤维指比精细纤维更具体的术语，精细纤维为全称。
在本实施例中，穿孔芯76被沿着轴78转动地并且沿轴向地移动以在芯76上沉积熔喷纤维80a-c和电纺纤维82a-c的层。为了促进电压电势，静电锁棒（pinning bar）84被配置以保持电荷和电压差。如题为“Filtration Medias,Fine Fibers Under 100Nanometers,and Methods”的美国临时申请No.60/989,218所公开的电纺设备例如循环链（endless chain）可被采用，用于此工艺的循环链链带（endless strand）在支撑轴78下方且平行延伸。从本工艺中，过滤元件被制造为具有熔喷纤维80a-80c和电纺纤维82a-82c的连续层，如图8A中所示。
多层复合过滤介质
现在参考图9-10，在许多前面实施例中使用的采用多层精细纤维的多层过滤板100与制造这种多层板的可选方式一起被示意出了。应了解，使用板100的带的实施例可具有沉积于其上的更少（或更多）精细纤维层。在一些实施例中，一些带（例如对于图1）可具有单一精细纤维层，而在其它实施例中并且更优选地，多个精细纤维层被沉积并且包含在带中。无论哪一种情况，它可被称为“复合介质”。在一些实施例中，精细纤维的多个稀松织物层和多个精细纤维层被一起层压成单一过滤介质板，所选的精细纤维层被间隔开并且在第一过滤介质板内被稀松织物分开。优选地在缠绕环境下，精细纤维被保护吧被夹在载体纤维的衬底的层之间。
在转到多层过滤介质100的细节之前，将给出一些词义说明，以帮助理解本发明。如在此使用的，术语“衬底”本质上意思宽泛且意思是包括其上承载或沉积精细纤维的任何结构。“衬底”可包括传统形成的过滤介质，例如，可以从介质卷解绕的稀松织物等。这样的过滤介质具有通常机械地、化学地、粘性地和/或以其它方式结合或固定在一起的纤维缠结物，从而具有使其不能容易地手工撕裂（例如，1平方英尺板通常承受5lbs张力的施加）的强度，并具有过滤特性。“衬底”还可包括可以不结合在一起或固定在一起的较松散纤维缠结物（例如，1平方英尺板可在施加5lbs张力时破碎）。在此使用的“稀松织物”指的是织造或非织造纤维缠结物，其中，纤维被结合并压缩成平面成形介质。
存在可表征纳米纤维覆盖度的一些方法。用于表征纳米纤维覆盖度的第一种方法是基本重量。然而，基本重量部分程度上取决于纳米纤维的材料的比重以及纳米纤维的选择尺寸（例如，也可互换地称为纤维直径和/或厚度）。用于表征纳米纤维覆盖度的另一种有用方法是可表示为千米每平方米（km/m2）的纳米纤维覆盖度的计算线性距离，当覆盖度的这种测量消除由于精细纤维的直径导致的可变化性以及由于可使用的不同材料之间的比重差异导致的可变化性时，这是有用的。
在此讨论的多个示例性实施例中，使用具有0.08微米（80纳米）的平均纤维直径的精细纤维。然而，将认识到的是，基于简单的面积计算（Π*R2）的双倍尺寸的纤维（例如，尺寸为160纳米的精细纤维）将具有4倍重量，且四倍尺寸的纤维将因此具有16倍重量。精细纤维的过度应用可导致渗透性或多孔性不是非常好的塑性膜，因此不适合于过滤介质。使用更小的精细纤维是可期望的，这是因为可获得更高的线性覆盖度。考虑到更大直径的精细纤维通常或根据拇指规则将具有占据更大空隙空间的趋势，可期望的是，随着精细纤维直径增加，基于千米的精细纤维应用率更低。然而，由于直径成双倍使质量成四倍，导致随着精细纤维直径增加，针对基本重量的覆盖度可仍然增加。根据拇指规则，纤维直径成双倍，基本重量可增加2-2.5倍（纤维直径成四倍，为大约4-6倍），为了容易的目的，将使用双倍。因此，如果0.15g/m2用于80nm平均直径，则对于160nm纤维可使用0.30g/m2的覆盖度，且对于320nm纤维为0.6g/m2的覆盖度。此处的实施例可用于小于1微米、通常小于500nm的精细纤维范围，更加优选地在150nm之下的更精细纤维。然而，可根据上面的原理对此处的实施例进行覆盖度调节。
这里，在引用过滤介质复合物或层时的术语“第一”、“第二”或“第三”不是指具体位置。“第一层”不表示就是第一层，也不意在指示相对于为了该目的可使用的另一层的上游或下游位置（“上游”或“下游”）。相反，如“第一”和“第二”这样的术语用于引用基础目的。
图9是根据本发明的实施例的过滤介质100的示意性截面图。它在某种意义上是示意性的，这是因为在现实中精细纤维实际上没有厚度，但是为了说明和理解，厚度在图9和其它示意性附图中示出。在优选实施例中，过滤介质100包括至少两种不同的纤维，例如，电纺纳米纤维及承载纳米纤维的较粗纤维的衬底。这样，在本申请中，过滤介质100还称为复合过滤介质、复合介质或其它类似的术语。虽然过滤介质100尤其极好地适合于其示例/实施例现在对液体应用具有显著颗粒过滤效果的液体颗粒过滤应用，但是过滤介质100可用于其它流体过滤应用。
在图9中示出的实施例中，过滤介质100包括10层衬底102，104，106，108，110，112，114，116，118，120，每层衬底承载精细纤维124，126，128，130，132，134，136，138，140，142，介质122位于精细纤维142的上方。衬底102，104，106，108，110，112，114，116，118，120和介质122由平均纤维直径通常比精细纤维大的的纤维形成。衬底层102，104，106，108，110，112，114，116，118，120，精细纤维124，126，128，130，132，134，136，138，140，142及介质122层叠且紧密压缩在一起，以增加单位体积的纤维表面面积。虽然本实施例示出了介质层122，但是该介质层是可选的，因此，根据其它实施例的过滤介质100可不包括该介质层122。
图9的过滤介质可使用在图10中示出的工艺形成。图10示出了处于预压缩状态144和压缩状态146的过滤介质100。如图所示，处于预压缩状态144的过滤介质100具有初始厚度t'（在此还称为原始厚度）。处于预压缩状态144的过滤介质100使用一组辊148，150压缩成压缩状态146，其中，初始厚度t'减小到最终厚度t。
在一些实施例中，处于预压缩状态144的过滤介质100在压缩之前被加热。在特定的优选实施例中，衬底的纤维松弛并重新定向，以在加热期间增加纤维之间的平均距离（例如，在稀松织物生产过程期间已经至少部分地压缩的稀松织物）。这样，衬底层膨胀和膨松，其中，每个衬底层的厚度增加。此外，随着最接近衬底的表面的纤维松弛并重新定向，由这些纤维承载的精细纤维跟随纤维运动并重新定向。因此，精细纤维通过更大纤维延伸、推动及拉动。据信与仅仅平坦物或平面物相对照，这可生成用于精细纤维的3维基体（精细纤维的这种3维基体即使在整合到衬底的表面中时仍可认为是且在此可称为“层”）。
在这样的实施例中，预压缩状态144的初始厚度t'可通过加热增加至少1.5倍，2倍，3倍或甚至更多倍。在这样的实施例中，在膨松的过滤介质100的随后压缩之后，过滤介质100的最终厚度t可小于，或等于，或大于初始厚度t'，取决于在加热期间膨胀的量及在压缩期间减小的量。在其它实施例中，处于预压缩状态144的过滤介质100可通过一组加热的压光辊同时加热和压缩。在这样的实施例中，在厚度减小到最终厚度t之前，可能不存在任何膨胀或初始厚度t'的略微增加。在不同的实施例中，具有最终厚度t的压缩的过滤介质100可在压缩之后加热，其中，厚度t可增加。在一些实施例中，过滤介质100可不止一次加热。例如，过滤介质100可通过布置在炉中的一组辊压缩，使得过滤介质100恰好在压缩之前加热，在压缩的同时加热及在压缩之后立即加热。在任何情况中，已经认识到的是，在精细纤维的沉积之后处理介质以将精细纤维重新布置成更多3维基体是有利的。膨胀和/或压缩是这样的处理的示例。这样的处理可提供更大的多孔性并可用于更好的流动和/或便于精细纤维沉积的更大覆盖度。
在一个实施例中，最终厚度t可以在初始厚度t'的大约50%和300%之间，优选地在初始厚度t'的大约70%和200%之间，且更优选地在初始厚度t'的80%和150%之间。随着处于预压缩状态144的过滤介质100向下挤压到最终压缩状态144，精细纤维124，126，128，130，132，134，136，138，140，142变得与相邻衬底层102，104，106，108，110，112，114，116，118，120的粗纤维更加整合并在过滤介质100内形成3维精细纤维基体。虽然在本实施例中的过滤介质100包括10层承载精细纤维的衬底，但是其它实施例可包括更多或更少承载精细纤维的衬底层。例如，过滤介质可包括承载足够大覆盖度（例如，至少大约0.3g/m2）的精细纤维的单个衬底层。
衬底层102，104，106，108，110，112，114，116，118，120可由任何合适的多孔材料形成。每个衬底层可由相同类型的多孔材料或不同类型的多孔材料形成。在一个实施例中，每个衬底层102，104，106，108，110，112，114，116，118，120包括成型过滤介质。成型过滤介质包括结合在一起的纤维。例如，成型过滤介质的纤维可通过溶剂结合、热结合和/或压力结合而结合在一起。成型过滤介质可承载精细纤维并提供结构支撑。在本申请中，成型过滤介质也称为衬底过滤介质、过滤介质衬底、衬底、过滤介质或其它类似术语。
可替换地，衬底可包括一起松散地缠结成高度松化厚状态且在成型过滤介质的情况下可以不结合在一起的一个或多个纤维网。因此，粗纤维网可利用极小的人力容易地撕开且几乎没有结构完整性，使得它不认为是传统意义上的成型过滤介质。纤维网的纤维通常具有比精细纤维的平均纤维直径大的平均纤维直径。这样，在本申请中，纤维网也称为粗纤维网或其它类似术语。包括与这样的粗纤维网整合的精细纤维的复合过滤介质在题为“Integrated Nanofiber Filter Media”的美国专利申请公开文献NO.2009/0266759中描述，该专利申请公布转让给本申请的受让人，其全部公开内容通过在此引用包含于此。
优选地，衬底由多组分过滤介质形成。如在此使用的，术语“多组分过滤介质”、“多组分介质”、“多组分纤维介质”及其它类似术语可互换地使用，以指示包括至少两种不同材料的过滤介质。例如，多组分过滤介质可包括由第一材料形成的纤维和由第二材料形成的纤维，其中，第一材料和第二材料是不同的材料。可替换地，多组分过滤介质可由包括至少两种不同材料的纤维、例如包括由第一材料形成的芯体和由第二材料形成的护套的纤维形成，如下面详细地描述的那样。包括两种不同材料的多组分过滤介质在此称为“双组分过滤介质”、“双组分介质”及类似术语。
在一个优选实施例中，每个衬底层102，104，106，108，110，112，114，116，118，120包括由包括具有不同熔点的两种不同材料的双组分纤维形成的稀松织物。包括由这样的多组分纤维形成的精细纤维和衬底的复合过滤介质在题为“Multi-Component Filter Media with NanofiberAttachment”的PCT专利申请No.PCT/US09/50392中描述，该申请转让给本申请的受让人，该申请的全部公开内容通过在此引用包含于此。
在本实施例中，稀松织物的双组分纤维的一种组分具有比另一种组分更低的熔点。低熔点组分可以是任何合适的聚合物，例如，聚丙烯，聚乙烯或聚酯。所述另一组分可以是具有比低熔点组分更高的熔点的聚合物，或者其它合适的纤维材料，例如玻璃和/或纤维素。双组分纤维结合在一起和/或压缩在一起，以形成具有特定厚度的稀松织物或衬底过滤介质。
用作衬底102，104，106，108，110，112，114，116，118，120的稀松织物的双组分纤维可包括高熔点聚合物组分和低熔点聚合物组分。例如，双组分可包括高熔点聚酯和低熔点聚酯，其中，一种聚酯具有比另一种聚酯更高的熔化温度。图23（A）-（H））示意性地示出了根据不同实施例的双组分纤维。例如，图23（A）示出了同心护套/芯体型双组分，其中，芯体由高熔点聚合物组分形成，护套由低熔点聚合物组分形成。
高熔点聚合物组分由具有比低熔点聚合物组分更高的熔化温度的聚合物形成。合适的高熔点聚合物包括但不限于聚酯和聚酰胺。合适的低熔点聚合物包括聚丙烯，聚乙烯，共聚聚酯，或者具有比选择的高熔点聚合物低的熔化温度的任何其它合适的聚合物。例如，双组分纤维可由聚酯芯体和聚丙烯护套形成。在本实施例中，双组分纤维由两种不同类型的聚酯形成，其中一种聚酯具有比另一种聚酯更高的熔点。
现在回到图9，衬底的纤维被形成为具有比精细纤维的平均纤维直径大的平均纤维直径。在一个实施例中，衬底的纤维的平均纤维直径至少是精细纤维的4倍。在另一实施例中，衬底的纤维可具有大于大约0.6微米，优选地大于大约3微米，更优选地大于5微米的平均纤维直径。在一个实施例中，衬底的双组分纤维的平均直径在大约1微米和大约40微米之间，更通常地在大约10-40微米之间。
粗纤维例如通过一组压光辊和/或炉压缩和/或加热，以形成衬底102，104，106，108，110，112，114，116，118，120，其中，任意衬底层具有在大约0.05和1.0mm之间，优选地在大约0.1和0.5mm之间的厚度。这样的衬底可提供精细纤维所需要的结构支撑。适合于用作任意衬底层的各种厚度的双组分稀松织物可通过不同供应商，例如，Rogersville的HDK工业股份有限公司，TN或其它过滤介质供应商在商业上获得。因此，衬底可从这样的现成的双组分介质选择。
在一个实施例中，每个衬底层102，104，106，108，110，112，114，116，118，120及介质122包括由具有高熔点聚酯芯体和低熔点聚酯护套的双组分短纤维形成的稀松织物。双组分短纤维压缩在一起以形成稀松织物，其中，双组分短纤维被化学地、机械地和/或热地结合在一起。例如，双组分短纤维被加热到或接近低熔点聚酯的熔化温度并压缩在一起，其中，由低熔点聚酯形成的护套熔化或软化并用作结合剂以将纤维结合在一起。
精细纤维124，126，128，130，132，134，136，138，140，142可在它们形成时直接沉积在相应的衬底102，104，106，108，110，112，114，116，118，120上。可替换地，精细纤维可分开地制备成精细纤维网，然后与衬底层叠。虽然精细纤维可包括具有不同纤维直径的纤维，但是优选地，精细纤维是具有非常小的纤维直径的纳米纤维。这样的精细纤维可通过电纺或其它合适的工艺形成。在一个实施例中，精细纤维是具有小于大约1微米，优选地小于0.5微米，更优选地在0.01和0.3微米之间的平均纤维直径的电纺纳米纤维。此处的示例已经使用更小的平均直径0.08微米（80nm）。这种小直径精细纤维可提供将更多纤维一起装填在给定体积中以提供增加的纤维表面面积的能力，这可增加过滤效率同时减小过滤介质的压降。
精细纤维可通过各种合适的聚合物材料形成。为了避免在过滤介质100的加热和/或压缩期间精细纤维的破坏，精细纤维通常由具有至少比衬底的双组分纤维的低熔点组分更高的熔化温度的材料形成。在优选实施例中，精细纤维由聚酰胺形成。其它合适的聚合物包括但不限于聚氯乙烯（PVC），聚烯烃，聚缩醛，聚酯，纤维素醚，聚硫醚，聚亚芳基氧化物，聚砜，改性聚砜聚合物及聚乙烯醇，聚酰胺，聚苯乙烯，聚丙烯腈，聚偏二氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏二氟乙烯。制造用于静电纺的聚合物溶液的溶剂可包括乙酸，甲酸，间甲酚，三氟乙醇，六氟异丙醇氯化物溶剂，酒精，水，乙醇，异丙醇，丙酮，N-甲基吡咯烷酮及甲醇。
在一个实施例中，精细纤维由尼龙-6（聚酰胺-6，在此也称为“PA-6”）通过电纺形成，其中，电纺精细纤维直接沉积在衬底上。在本实施例中，精细纤维124从包含尼龙-6的溶液静电地产生并沉积在衬底102的表面上。精细纤维126可类似地产生并沉积在衬底层104上等等。涂覆有电纺纳米纤维124，126，128，130，132，134，136，138，140，142的衬底层102，104，106，108，110，112，114，116，118，120然后与介质122层叠在一起，使得每层精细纤维夹在相邻的衬底和/或介质122之间，以生成处于预压缩状态144的过滤介质100，如图10所示。如上面所讨论，然后处于预压缩状态144的过滤介质100被压缩，以形成处于它的最终压缩状态146的过滤介质100，如图1和图2所示。在优选实施例中，过滤介质100在压缩之前、在压缩期间和/或在压缩之后加热。例如，处于预压缩状态144的过滤介质100在通过一组辊148，150之前加热。此外，这一组辊148，150可被加热，以在压缩期间进一步加热过滤介质100。
精细纤维与衬底的相邻更粗纤维和/或介质122之间的结合可涉及溶剂结合、压力结合和/或热结合。例如，如果精细纤维从包含溶剂的聚合物溶液静电地产生，则当纤维与衬底的粗纤维接触时，留在精细纤维的表面上的溶剂可实现溶剂结合。此外，衬底的双组分纤维的低熔点组分可用于加强精细纤维和衬底的相邻粗纤维之间的结合。在这样的实施例中，过滤介质100被加热到或接近低熔点组分的熔点并压缩，其中，双组分粗纤维的低熔点组分熔化或软化，这允许当它们压缩在一起时，相邻的精细纤维嵌入到低熔点组分中，从而（通过压力结合和热结合）加强粗纤维和精细纤维之间的结合。在优选实施例中，精细纤维和精细纤维沉积于其上的衬底之间的粘附力大于精细纤维和其它相邻的衬底之间的粘附力。例如，精细纤维124和衬底102之间的粘附力大于精细纤维124和衬底104之间的粘附力。这样，当迫使分层时，精细纤维124将与衬底104分层且留在衬底102上。因此，当迫使分层时，这样的实施例的过滤介质100可被分成承载精细纤维的10层衬底（102/124，104/126，106/128，108/130，110/132，112/134，114/136，116/138，118/140，120/142）和介质122。
在一个实施例中，每个衬底层由具有在大约1和40微米之间的平均纤维直径及在大约0.5和15oz/yd2之间的基本重量的双组分纤维稀松织物形成。双组分纤维包括高熔点聚酯芯体和低熔点聚酯护套。精细纤维是由尼龙-6形成的电纺纳米纤维。精细纤维具有在大约0.01和0.5微米之间的平均纤维直径，其中，每层精细纤维124，126，128，130，132，134，136，138，140，142具有在大约0.03g/m2和0.5g/m2之间的基本重量，从而提供在0.3g/m2和5g/m2之间的总精细纤维基本覆盖度。用于液体颗粒过滤应用的过滤介质100的精细纤维覆盖度明显大于气体或空气过滤介质的精细纤维覆盖度。在每个衬底层上的精细纤维的目标基本重量根据精细纤维的平均直径及过滤介质的期望效率和容量选择。过滤介质100的期望效率和容量可通过调节精细纤维直径、在每个衬底上的精细纤维覆盖度、精细纤维层的数量、膨松和压缩的量获得。
虽然精细纤维覆盖度可以以基本重量来表征，但是基本重量取决于聚合物的比重和精细纤维的直径。因此，以单位面积的线性覆盖度（km/m2）表示精细纤维覆盖度最有用，这是因为这去除了与比重和细直径相关的变化性。因此，线性覆盖度真实地测量多少纤维铺设成纤维的数量。在这方面，优选的精细纤维线性覆盖度范围大于5,000km/m2，以用于最大覆盖度精细纤维，更优选地大于10,000km/m2，最优选地在20,000km/m2和60,000km/m2之间。根据本发明的实施例的在包括基本重量的各个方面的精细纤维覆盖度及用于具有大约0.08微米（80nm）平均纤维直径的精细纤维的线性覆盖度在如下面的表1中示出。这些实施例的精细纤维由密度为1.084g/cm3的PA-6通过电纺工艺形成。如图所示，表1包括精细纤维质量覆盖度形式0.03-0.225g/m2。
表1：纳米纤维覆盖度
Figure BDA00002313057100181
Figure BDA00002313057100191
虽然精细纤维覆盖度可基于纤维直径、基于使用80nm纤维和其它计算的示例改变，但是通常，使用具有小于500nm平均直径的精细纤维的实施例将具有类似的覆盖度范围，以为了宽泛表示和声明目的。
制造多层复合过滤介质的方法
图11示意性地示出了根据本发明的处理实施例的制造过滤介质的代表性工艺。虽然本实施例包括用于制造图9的过滤介质100的工艺步骤，但是工艺可利用较少的修改生产根据本发明的其它实施例的过滤介质。在图11中示出的系统200包括用于制造包括衬底及沉积在衬底上的精细纤维的复合介质的上游系统201，以及用于层叠、膨松及压缩多层复合介质以制造用于液体颗粒过滤应用的多层复合过滤介质的下游系统203。
上游系统201包括解绕工位202、电纺工位204、可选炉206、可选一组辊207及重新缠绕工位208。在本实施例中，此处用作衬底层的稀松织物卷210从解绕工位202解绕。从稀松织物卷210解绕的稀松织物212沿着机器方向214朝着电纺工位204行进。在电纺工位204中，精细纤维216形成并沉积在稀松织物212的一个表面上，以形成包括承载精细纤维216的稀松织物的复合介质218。复合介质218可在重新缠绕工位208上缠绕成复合介质卷230之前，在可选炉206和可选一组辊207中加热并压缩，以增强精细纤维和衬底之间的结合力。
稀松织物可在系统200的上游工艺（中断线工艺或连续线工艺的一部分）中形成，或者可从供应商，例如HDK或其它合适的介质供应商，例如，H&V或Ahlstrom等以卷形式购买。稀松织物可由各种合适的材料，例如，如上面讨论的图3-10的双组分纤维形成。例如，稀松织物可由压缩和/或加热以形成具有期望厚度和充实度的稀松织物卷210的高熔点聚酯芯体/低熔点聚酯护套双组分短纤维形成。可替换地，衬底层可以是可压缩并通过溶剂结合、热结合等保持在合适位置的其它单组分介质。
在双组分纤维的情况下，例如，同心护套/芯体型双组分纤维可使用高熔点聚酯作为芯体和低熔点聚酯作为护套而共同挤出。这样的双组分纤维然后可用于形成稀松织物或过滤介质。在一个实施例中，双组分纤维用作短纤维，以通过传统干燥成网或气流成网工艺形成多组分过滤介质或稀松织物。用于该工艺的短纤维相对短且不连续，但是足够长以由传统设备处理。双组分纤维包可通过斜槽供应器供应并在梳理装置中分成单独的纤维，该单独的纤维然后气流成网成纤维网（纤维网本身为了本公开的目的可用作衬底）。纤维网然后使用一组压光辊压缩，以形成稀松织物卷210（稀松织物卷210也可用作衬底）。纤维网可在进入一组压光辊之前可选地加热。由于本实施例的稀松织物210包括包含高熔点组分和低熔点组分的双组分纤维，所以它还称为双组分过滤介质。在一些实施例中，纤维网在压光以形成更厚双组分过滤介质之前折叠。
在不同的实施例中，包括高熔点聚合物纤维例如聚酯纤维的网及包括低熔点聚合物纤维，例如聚丙烯纤维的网可形成、分开及层叠在一起，以形成稀松织物或双组分过滤介质卷。在这样的实施例中，精细纤维216沉积在稀松织物212的低熔点侧上。在该实施例中，低熔点网基本上比高熔点网更薄，使得低熔点组分在加热和熔化时不堵塞高熔点网的表面。
在另一实施例中，双组分纤维稀松织物可通过熔喷工艺形成。例如，熔化的聚酯和熔化的聚丙烯可使用加热的高速空气挤压和抽取，以形成粗纤维。纤维可在运动丝网上集中成网，以形成双组分稀松织物210。
多组分纤维过滤介质或稀松织物也可使用至少两种不同聚合物材料纺丝结合。在通常的纺丝结合工艺中，熔化的聚合物材料通过多个挤出孔，以形成多条丝状纺丝线。多条丝状纺丝线被抽取以增加它的韧性并通过导致硬化的淬火区域，多条丝状纺丝线集中在支撑件，例如，运动丝网上。纺丝结合工艺类似于熔喷工艺，但是熔喷纤维通常比纺丝结合纤维更细。
在另一实施例中，多组分过滤介质湿法成网。在湿法成网工艺中，高熔点纤维和低熔点纤维分散在传输带上，纤维在湿的状态下分散在均匀的网中。湿法成网操作通常使用1/4″至3/4"长的纤维，但是有时如果纤维硬或厚则更长。根据各种实施例的上面讨论的纤维被压缩，以形成具有期望厚度的过滤介质或稀松织物210。
回到图11，稀松织物212进入电纺工位204，在电纺工位204中，精细纤维216形成并沉积在稀松织物212的一个表面上。在电纺工位204中，精细纤维216从电纺单元222电纺并沉积在稀松织物网212上。系统200的电纺工艺可基本上类似于在题为“Fine Fibers Under 100Nanometers”的美国专利申请公开文献U.S.2009/0199717中公开的电纺工艺和方法，该专利申请公布转让给本申请的受让人，其全部公开内容通过在此引用包含于此。可替换地，喷嘴库或其它电纺设备可用于形成精细纤维。这样的可替换电纺装置或单元222的链电极的重定路径可允许纤维沿着任何期望的方向沉积（例如，虽然示出为向上，但是纤维还可向下、水平地或对角地纺丝到承载更粗纤维的传输器上）。
电纺工艺生产小直径的合成纤维，该合成纤维还公知为纳米纤维。静电纺的基本工艺涉及将静电电荷引入到存在于强电场，例如，高电压梯度中的聚合物熔化流或溶液。将静电电荷引入到电纺单元222中的聚合物流体导致充电流体的喷射流的形成。充电的喷射流在静电场加速并变薄，朝着接地收集器聚集。在这样的工艺中，聚合物流体的粘弹性力稳定喷射流，从而形成小直径的细丝。纤维的平均直径可通过电纺单元222的设计和聚合物溶液的配方来控制。
用于形成精细纤维的聚合物溶液可包括各种聚合物材料和溶剂。聚合物材料的示例包括聚氯乙烯（PVC），聚烯烃，聚缩醛，聚酯，纤维素醚，聚硫醚，聚亚芳基氧化物，聚砜，改性聚砜聚合物及聚乙烯醇，聚酰胺，聚苯乙烯，聚丙烯腈，聚偏二氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏二氟乙烯。用于制造用于静电纺的聚合物溶液的溶剂可包括乙酸，甲酸，间甲酚，三氟乙醇，六氟氯化物异丙醇溶剂，酒精，水，乙醇，异丙醇，丙酮，N-甲基吡咯烷酮及甲醇。溶剂和聚合物可基于聚合物在给定的溶剂和/或溶剂混合物（其均可称为“溶剂”）中的充分溶解性为合适的使用而匹配。例如，甲酸可以为尼龙-6选择。可对前述专利进行参考，以获得精细纤维的电纺的进一步的细节。
在电纺工位204中，静电场产生在电纺单元222的电极和真空收集器传输器224之间，由产生高电压电势的高电压差提供。如图11所示，可存在多个电纺单元222，在电纺单元222中形成精细纤维216。形成在电纺单元222的电极处的精细纤维216通过由静电场提供的力朝着真空收集器传输器224抽取。真空收集器传输器224还沿着机器方向214保持并传输稀松织物212。如所构造的，稀松织物212布置在电纺单元222和真空收集器传输器224之间，使得精细纤维216沉积在稀松织物212上。在实施例中，其中，稀松织物212是包括在一个表面上的低熔点组分和在另一个表面上的高熔点组分的多组分过滤介质，多组分稀松织物212布置在电纺单元222和真空收集器传输器224之间，使得多组分稀松织物的低熔点组分表面面对电纺单元222。
在一个优选实施例中，电纺单元222包含包括聚酰胺-6（PA-6）的聚合物溶液及由2/3乙酸和1/3甲酸构成的合适溶剂。在这样的溶剂中，乙酸和甲酸均用作溶解剂，以溶解PA-6，乙酸控制聚合物溶液的表面张力和导电性。电纺单元222产生由PA-6形成的精细纤维，该精细纤维沉积在稀松织物212的表面上。当精细纤维216沉积在稀松织物212的表面上时，一些精细纤维216与稀松织物的最接近面对电纺单元222的表面的粗纤维缠结。当一些精细纤维216与一些粗纤维缠结时，留在来自电纺工艺的精细纤维216中的溶剂可实现稀松织物212的粗纤维和精细纤维216之间的溶剂结合。
在其它实施例中，精细纤维可通过其它合适的工艺，例如熔喷工艺形成。例如，具有大约0.6-0.7微米平均纤维直径的精细纤维可在影响电场作用下通过熔喷形成。在这样的实施例中，用于衬底的粗纤维制备成具有为精细纤维的至少4倍的平均纤维直径。为了差异化的目的，熔喷纤维和电纺纳米纤维因此意味着比精细纤维更特别，这意在是通用的。
稀松织物212的双组分纤维和精细纤维216之间的结合可通过由可选炉206和可选一组压光辊207导致的热接合和压力接合增强。当复合介质218在炉206中加热时，双组分纤维的低熔点聚合物组分软化或熔化并允许精细纤维216嵌入低熔点聚合物组分中。因此，在热处理期间，复合过滤介质218加热到至少高于低熔点组分的玻璃转化温度，更加优选地加热到或接近低熔点组分的熔化温度。例如，复合介质218加热到或接近低熔点聚酯的熔点，使得双组分纤维的外部低熔点聚酯层熔化并与由PA-6形成的精细纤维216结合。在这样的实施例中，PA-6精细纤维216和双组分纤维的高熔点聚酯芯体不熔化，这是因为PA-6和高熔点聚酯具有明显比低熔点聚酯的熔化温度高的熔化温度。具有最低熔化温度的低熔点聚酯熔化或软化，且相邻的PA-6精细纤维216嵌入在软化或熔化的低熔点聚酯中，从而将精细纤维216和稀松织物212结合在一起。因此，低熔点聚酯用作双组分纤维稀松织物212和精细纤维216之间的结合剂。精细纤维216和稀松织物212之间的结合可通过经由一组辊207的压力结合进一步增强。当复合介质通过辊207时，精细纤维216和稀松织物212压缩在一起，其中，精细纤维进一步嵌入到稀松织物212的纤维中。此外，压缩减少了复合介质中的空隙，以形成具有增强的充实度的复合介质220。
图12（A）-12（D）是以不同放大水平获得的稀松织物212的双组分纤维和最接近稀松织物212的表面的精细纤维216的扫描电子显微镜（SEM）图像。如在图12（A）和12（B）的以x300和x1000放大水平获得的SEM图像中所示出，沉积在稀松织物网212上的精细纤维216形成蜘蛛网，与布置为最接近稀松织物212的表面的更粗双组分纤维之间的纤维结构一样。以更高放大水平获得的SEM图像（图12（C），x2,000，图12（D），x10,000）示出了精细纤维216和双组分纤维之间的结合。如在图12（D）中清楚地示出，精细纤维216嵌入在双组分纤维的低熔点聚酯表面上。
在下游系统203中，包括双组分稀松织物212和精细纤维216的复合介质卷230与其它复合介质232，234，236，238，240，242，244，246，248及介质250层叠。每个复合介质卷230，232，234，236，238，240，242，244，246，248和介质卷250从解绕工位252，254，256，258，260，262，264，266，268，270，272解绕，并通过一组辊274层叠在一起。这一组辊可以是压光辊，以施加用于层叠的极大压力并显著地减少复合介质的层的厚度。可替换地，成组的辊274可施加用于层叠的小压力并减少层叠层的厚度至刚好足以通过炉276安装。在这样的实施例中，层叠层280在炉276中加热并通过一组压光辊282压缩，其中，层叠层280一起压缩成具有期望厚度和充实度的压缩状态。
在这样的实施例中，每个复合介质卷232，234，236，238，240，242，244，246，248与复合介质卷230类似地制备。因此，每个复合介质卷232，234，236，238，240，242，244，246，248包括由双组分纤维稀松织物284，286，288，290，292，294，296，298，300形成的衬底及由双组分纤维稀松织物284，286，288，290，292，294，296，298，300承载的电纺纳米纤维302，304，306，308，310，312，314，316，318。
在一个实施例中，每个衬底212，284，286，288，290，292，294，296，298，300及介质250由具有在大约0.05mm和1.0mm之间的厚度的相同双组分纤维稀松织物形成。每层精细纤维216，302，304，306，308，310，312，314，316，318通过电纺PA-6聚合物溶液形成，以生成在大约0.03g/m2和0.5g/m2之间的精细纤维覆盖度。在其它实施例中，衬底可由不同类型的过滤介质或稀松织物形成，每个精细纤维层可具有不同的精细纤维覆盖度。
复合介质280在炉276中加热到或接近双组分纤维稀松织物的低熔点聚酯组分的熔化温度。在加热期间，衬底可松弛且厚度膨胀。因此，膨松的复合介质281可具有在炉276中加热之前的复合介质280的厚度的至少1.5倍，2倍，3倍或更多倍的厚度。膨松的复合介质281然后通过一组压光辊282压缩成压缩状态320。复合介质压缩，使得复合介质280的厚度减小到在加热之前的复合介质280的原始厚度的大约50%和300%之间，优选地在大约70%和200%之间，更优选地在大约80%和150%之间（（承载10个精细纤维层的10个稀松织物层的总厚度+介质的厚度-处于压缩状态320的复合介质的厚度）/（承载10个精细纤维层的10个稀松织物层的总厚度+介质的厚度））。厚度减少可取决于在加热期间膨胀的量。因此，当来自加热的膨胀大时，在压缩之后的复合介质的最终厚度可大于在加热之前的复合介质的初始厚度。处于压缩状态320的复合介质然后缠绕成过滤介质卷324。
在本实施例中，复合介质卷230，232，234，236，238，240，242，244，246，248及介质250层叠在一起，使得每个精细纤维层216，302，304，306，308，310，312，314，316，318夹在相邻衬底层和/或介质之间。然而，在其它实施例中，复合介质层可层叠为使得一些精细纤维层彼此面对，以在最终复合介质320内形成精细纤维对精细纤维或衬底对衬底结合。例如，系统200可用于制造图15的过滤介质500。在本实施例中，最先的五个解绕工位252，254，256，258，260中的每个解绕复合介质卷，使得纳米纤维向上面对，如图11所示。然而，解绕工位262解绕复合介质，使得纳米纤维向下面对。这样，在最先的四个衬底层514，516，518，520上的精细纤维夹在衬底502，504，506，508，510之间，如图15所示。然而，在衬底510上的精细纤维522和衬底512的精细纤维524彼此面对，从而形成精细纤维-纤维的纤维。
图13示意性地示出了根据本发明的不同实施例的制造过滤介质的系统和工艺。系统400通常包括解绕工位402、电纺工位404、折叠工位406、一组辊408、炉410及一组压光辊412和重新缠绕工位414。
在本实施例中，衬底卷416从解绕工位402解绕并移动到电纺工位404，在电纺工位404中，精细纤维形成并沉积在衬底416的表面上。电纺工位404和工艺类似于上述电纺工位204和工艺。在本实施例中，衬底416是由包括高熔点聚酯芯体和低熔点聚酯护套的双组分纤维形成的稀松织物。精细纤维418由PA-6形成。
包括衬底416和精细纤维418的复合介质420在折叠工位406中折叠。复合介质420可折叠成2-20折厚度，这取决于最终介质的期望特性。如图所示，折叠生成精细纤维对精细纤维层叠表面和衬底对衬底层叠表面。折叠工位406在本实施例中示出为沿着直线方向折叠复合介质420，使得折叠物朝着一组辊408指向。然而，在其它实施例中，复合介质402可折叠为使得折叠物朝着电纺工位404指向或者沿着交叉线方向折叠。折叠的复合介质422然后压缩到适合于通过炉410的厚度。当复合介质424加热时，低熔点聚酯护套熔化或软化，以实现层之间的热结合。在从炉410中出来之后，复合介质424通过一组压光辊412。压光辊412根据介质的期望的最终厚度彼此分开。复合介质424在它通过一组压光辊412时向下挤压成具有期望厚度的压缩状态。
此外，介质层426，428在重新缠绕工位414中层叠在介质430的每个表面上并缠绕成卷。包括介质430、介质层426，428的过滤介质432的放大截面图在图13中示出。如图所示，介质430包括处于来自折叠过程的倾斜方向的多层衬底416和多层精细纤维418。介质层426，428可由任何合适的介质形成，但是在本实施例中，介质层426，428由用于衬底416的相同双组分纤维稀松织物形成。
图14示出了制造介质的系统和工艺的另一不同实施例。系统600类似于系统400，除了精细纤维在本实施例中不沉积在衬底上之外。相反，精细纤维形成并沉积在松散缠结的粗纤维网上。系统600通常包括斜槽602、梳理装置603、电纺工位604、折叠工位606、一组辊608、炉610及一组压光辊612和重新缠绕工位614。
在系统600中，粗纤维网616使用干燥成网或气流成网工艺从短纤维形成。本实施例的短纤维是包括高熔点聚酯芯体和低熔点聚酯护套的双组分纤维。双组分短纤维相对短且不连续，但是足够长以由传统设备处理。短纤维包通过斜槽供应器602供应。在梳理装置603中，双组分短纤维分成单独的纤维且气流成网以形成粗纤维网616。在这点上，粗纤维网616可一起松散地缠结成高度膨松厚的状态且可不结合在一起。粗纤维网616可使用非常小的人力容易地撕开且在这点上几乎没有结构完整性，使得它不认为是传统意义上的过滤介质或衬底。
粗纤维网616通过传输器带617朝着电纺工位604传输，在电纺工位604中，精细纤维618形成并沉积在粗纤维网616的表面上。当精细纤维618沉积在粗纤维网616上时，纤维618与粗纤维网616的粗纤维与前面的实施例相比与衬底416更加整合，这是因为粗纤维网616更加多孔且密度更小，以允许精细纤维616的更深的整合。
与精细纤维618整合的粗纤维网616然后在折叠工位606中折叠成10-30折并通过一组辊608压缩，其在炉610中加热并通过一组压光辊612再次压缩，与在系统400中一样。介质630然后与介质层626和多孔层628层叠，以形成过滤介质632。本实施例的介质630的精细纤维和粗的双组分纤维更加整合。因此，介质630的截面图未示出多个层，而是表现出更像单个整合介质630。介质630具有足够的精细纤维覆盖度和结构完整性，以从液体流，例如，碳氢化合物燃料流捕获颗粒物质。
多层过滤介质示例和测试结果
图15是根据本发明的不同实施例的过滤介质500的示意性截面图。过滤介质500与过滤介质100类似地构造，但是包括六层衬底502，504，506，508，510，512，每个衬底承载精细纤维514，516，518，520，522，524，而非承载精细纤维的十层衬底。此外，包括衬底层512和精细纤维524的最上游复合介质层翻转，使得精细纤维524面对精细纤维522，从而形成精细纤维-精细纤维界面。如图所示，衬底512提供过滤介质500的上游表面526，因此精细纤维不暴露并受保护。
过滤介质500的测试样本在实验室中制备。在此描述的所有实施例的测试样本制备成具有0.1ft2的样本面积。包括高熔点聚酯芯体和低熔点聚酯护套的具有35.0GSY的基本重量的双组分纤维稀松织物用于每个衬底层502，504，506，508，510，512。精细纤维通过电纺工艺从包括PA-6的聚合物溶液形成并沉积在每个衬底层上。在衬底512上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.05g/m2的PA-6纳米纤维524形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约9176km/m2（5,702英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在衬底510上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.15g/m2的PA-6纳米纤维522形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约27,530km/m2（17,106英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在每个衬底层502，504，506，508上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.225g/m2的PA-6纳米纤维514，516，518，520形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平在每个衬底上提供大约41,290km/m2（25,659英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。因此，过滤介质500包括大约1.1g/m2的总精细纤维基本重量，这提供大约201,866km/m2（125,444英里/m2）的线性纤维覆盖度。
承载精细纤维的六个衬底层布置为如图15所示，使得衬底层512形成上游表面526衬底层502形成下游表面528。六个复合介质层加热并通过压光辊压缩，如在前面的实施例中所描述，以形成复合过滤介质500。
过滤介质500的测试样本根据用于评估过滤性能的多路方法的ISO16889国际标准制备并测试效率和集尘容量。所有测试使用具有粘性的液压流体Mil-H-5606在载有ISOMTD测试灰尘的15mm2/s的测试温度执行。
在第一测试中，具有5.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以0.26GPM的流速使用。图16示出了在6小时测试周期期间的10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%和100%时间间隔的过滤率及每mL的颗粒数量。当测试结果根据ISO 4406:99清洁代码（R4/R6/R14）转换成流体清洁率时，在10%时间间隔时的清洁率为7/5/0，在100%时为13/11/7，且平均为6/4/0。
在第二测试中，具有15.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以0.26GPM的流速使用。图17示出了每mL的颗粒数量和过滤率测试结果。在10%时间间隔时的清洁率为7/6/0，在100%时为19/18/14，且平均为12/11/7。
用于第三测试的过滤介质500的测试样本在实验室中制备，与用于第一测试和第二测试的测试样本类似。然而，每个衬底层的精细纤维基本重量改变。在每个衬底510和520上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.05g/m2的PA-6纳米纤维522，524形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平在每个衬底上提供大约9176km/m2（5,702英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在衬底508上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.075g/m2的PA-6纳米纤维520形成并沉积。精细纤维基本重量的该级别提供大约13,760km/m2（8,553英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在衬底506上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.09g/m2的PA-6纳米纤维518形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约16,520km/m2（10,263英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在衬底504上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.15g/m2的PA-6纳米纤维516形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约27,530km/m2（17,106英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在衬底502上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.225g/m2的PA-6纳米纤维514形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约41,290km/m2（25,659英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。因此，过滤介质500包括大约0.64g/m2的总精细纤维基本重量，这提供大约117,452km/m2（72,985英里/m2）的线性纤维覆盖度。
在第三测试中，具有15.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以0.26GPM的流速使用。图18示出了每mL的颗粒数量和过滤率测试结果。在10%时间间隔时的清洁率为11/9/4，在100%时为17/16/11，且平均为16/15/10。
图19是根据本发明的不同实施例的过滤介质600的示意性截面图。过滤介质600与图15的过滤介质500类似地构造，然而过滤介质600包括五个衬底层602，604，606，608和610及五个精细纤维层612，614，616，618，620。用于第四测试的过滤介质600的测试样本在实验室中制备，与前面的测试样本类似。对于这些测试样本，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.15g/m2的PA-6纳米纤维612，614，616，618，620形成并沉积在每个衬底层602，604，606，608，610上。精细纤维基本重量的该水平在每个衬底上提供大约27,530km/m2（17,106英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。因此，过滤介质600包括大约0.75g/m2的总精细纤维基本重量，这提供大约137,650km/m2（85,530英里/m2）的线性纤维覆盖度。
在第四测试中，具有15.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以0.26GPM的流速使用。图20示出了每mL的颗粒数量和过滤率测试结果。在10%时间间隔时的清洁率为10/8/0，在100%时为16/13/11，且平均为14/12/8。
图21是根据本发明的另一实施例的过滤介质700的示意性截面图。过滤介质700与图15的过滤介质500类似地构造，然而过滤介质700包括三个衬底层702，704，706及三个精细纤维层708，710，712。用于第五测试的过滤介质700的测试样本在实验室中制备，与前面的测试样本类似。对于这些测试样本，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.075g/m2的PA-6纳米纤维712形成并沉积在衬底706上。精细纤维基本重量的该水平提供大约13,760km/m2（8,553英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在衬底704上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.09g/m2的PA-6纳米纤维710形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约16,520km/m2（10,263英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。在衬底702上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.15g/m2的PA-6纳米纤维708形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约27,530km/m2（17,106英里/m2）的线性精细纤维覆盖度。因此，过滤介质700包括大约0.315g/m2的总精细纤维基本重量，这提供大约57,810km/m2（35,922英里/m2）的线性纤维覆盖度。
在第五测试中，具有5.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以0.26GPM的流速使用。图22示出了每mL的颗粒数量和过滤率测试结果。在10%时间间隔时的清洁率为11/10/5，在100%时为11/9/4，且平均为9/8/0。
管状深度过滤器的示例和测试结果
包括精细纤维多层过滤解释板，例如如图15，19，21中所示的那些，的管状深度过滤器，例如在图1-1（A）中示出的那些，根据用于评估过滤性能的多路方法的ISO 16889国际标准制备并测试效率和集尘容量。所有测试使用具有粘性的液压流体Mil-H-5606在载有ISOMTD测试灰尘的15mm2/s的测试温度执行。根据本发明的实施例的包括精细纤维多层过滤介质板的管状深度过滤器与标准管状深度过滤器（基准）相比具有高效率试验结果。
标准管状深度过滤器被利用4工位缠绕机以类似于图3和图6中描述和示出的方法制备。工位2将微纤维玻璃板的夹层进给到聚酯板上以形成标准管状深度过滤器。具有5.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以被2.4GPM的流速使用。图25示出了每mL的颗粒数量和过滤率测试结果。在10%时间间隔时的清洁率为15/14/9，在100%时为16/14/10，且平均为16/15/9。
包括精细纤维多层介质的管状深度过滤介质与标准管状深度介质相类似用4工位缠绕机制备。在本实施例中，图19的精细纤维多层过滤介质被用于替换由微纤维玻璃板构成的工位2，并且图21的精细纤维多层过滤介质被用作工位3的中间层以取代PEM板。
对于工位2的精细纤维替代介质，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.225g/m2的PA-6纳米纤维612，614被形成并沉积在衬底层602，604的每一个上。精细纤维基本重量的该水平在每个衬底上提供大约41,290km/m2的线性精细纤维覆盖度。在衬底606上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.015g/m2的PA-6纳米纤维616被形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约27,530km/m2的线性精细纤维覆盖度。在每个衬底层608，610上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.075g/m2的PA-6纳米纤维618，620被形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平在每个衬底上提供大约13,760km/m2的线性精细纤维覆盖度。因此，过滤介质600包括大约0.75g/m2的总精细纤维基本重量，这提供大约137,630km/m2的线性纤维覆盖度。
对于工位3的精细纤维替代介质，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.09g/m2的PA-6纳米纤维708被形成并沉积在衬底层702上。精细纤维基本重量的该水平提供大约16,520km/m2的线性精细纤维覆盖度。在衬底704上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.075g/m2的PA-6纳米纤维710被形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约13,176km/m2的线性精细纤维覆盖度。在衬底706上，具有0.08微米的平均纤维直径的大约0.05g/m2的PA-6纳米纤维712被形成并沉积。精细纤维基本重量的该水平提供大约9,176km/m2的线性精细纤维覆盖度。因此，过滤介质700包括大约0.215g/m2的总精细纤维基本重量，这提供大约39,456km/m2的线性纤维覆盖度。
本实施例的包括精细纤维多层中间层的管状深度过滤器的第一试验样品使用具有5.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以3.0GPM的流速使用。图25示出了每mL的颗粒数量和过滤率测试结果。在10%时间间隔时的清洁率为10/7/0，在100%时为16/15/7，且平均为14/12/4。
本实施例的包括精细纤维多层中间层的管状深度过滤器的第二试验样品使用具有5.00mg/L的基本上游污染物浓度的测试流体以1.0GPM的流速使用。图26示出了每mL的颗粒数量和过滤率测试结果。在10%时间间隔时的清洁率为8/6/0，在100%时为16/14/5，且平均为13/11/0。
在此引用的所有参考物，包括公布、专利申请及专利通过引用包含于此，该引用的程度如同每个参考物单独地且具体地指示为通过引用包含于此并在此以它的整体进行阐述。
在描述本发明的上下文中（尤其是在下面的权利要求的上下文中），术语“一个”、“一”、“该”及类似词语的使用将解释为包括单数和复数，除非在此另外指示或通过上下文清楚地否定。术语“包括”、“具有”、“包含”及“含有”将解释为开放式术语（即，意思是“包含，但不限于”），除非另外注明。此处的值的范围的引用仅仅意在用作单独地指示落入该范围内的每个单独值的一种简略方法，除非在此另外指示，且每个单独值结合到说明书中，如同它在此单独地引用。在此描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非在此另外指示或通过上下文另外清楚地否定。在此提供的任何和所有示例或示例性语言（如，“例如”）仅仅意在更好地描述本发明，并不对本发明的范围构成限制，除非另外声明。在说明书中没有语言应该解释为指示任何未声明的元件对于实施本发明来说是必不可少的。
在此描述了本发明的优选实施例，包括对于发明人已知的用于实施本发明的最佳方式。这些优选实施例的改变对于本领域的普通技术人员在阅读前面的描述时可变得显而易见。发明人期望熟练的技工合适地使用这样的改变，发明人意在使本发明另外地实施，除了如在此具体地描述的之外。因此，本发明包括在附加于此的权利要求中引用的主题的所有变型和等同物，这是由适用的法律允许的。此外，在上述元件的所有可能的变化中，上述元件的任意结合由本发明包括，除非在此另外指示或通过上下文另外清楚地否定。

Claims (44)

1.一种过滤元件，包括：
介质厚度至少约1/4厘米的深度介质的非褶皱管；所述深度介质包括载体纤维和精细纤维，
所述载体纤维的平均尺寸大于约600纳米；并且
所述精细纤维由所述载体纤维承载，并且平均尺寸小于800纳米；并且
其中，所述精细纤维的尺寸最多为所述载体纤维的四分之一。
2.如权利要求1所述的过滤元件，其中，所述过滤元件包括第一过滤介质板，所述第一过滤介质板包括至少一个衬底和沉积于其上的至少一层精细纤维，所述板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第一过滤介质板。
3.如权利要求2所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板包括由在所述第一过滤介质板中层叠在一起的多个稀松织物层和精细纤维的多个精细纤维层构成的复合介质，所选精细纤维层在所述第一过滤介质板内被稀松织物间隔开并且分离。
4.如权利要求2所述的过滤元件，其中，所述过滤介质板的平均尺寸小于500纳米的精细纤维的覆盖度至少约5,000千米/平方米。
5.如权利要求2所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质具有与用于预选的过滤应用的微玻璃过滤介质基本上相对等或更高的过滤效率。
6.如权利要求2所述的过滤元件，还包括第二过滤介质板，所述第二过滤介质板包括包含平均尺寸大于1微米的纤维的过滤介质，所述第二过滤介质板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第二过滤介质板。
7.如权利要求6所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板在所述第二过滤介质板的下游径向向内设置。
8.如权利要求7所述的过滤元件，其中，所述过滤元件包括第三过滤介质板，所述第三过滤介质板包括至少一个衬底和沉积于其上的至少一层精细纤维，所述板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第三过滤介质板，所述第三过滤介质板在第二过滤介质板的下游径向向内设置。
9.如权利要求2所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板包括上游表面和下游表面，所述过滤介质板在与上游表面相比靠近下游表面具有更大的精细纤维浓度。
10.如权利要求9所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板在第一过滤介质板的整个深度上从上游表面到下游表面包括精细纤维的多层沉积，所述沉积靠近下游表面浓度更大，以形成从上游表面向下游表面增加的精细纤维梯度。
11.如权利要求2所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板是大致比所述过滤元件的全轴向长度短得延伸的部分长度带，所述部分长度带绕由过滤元件限定的中心轴线螺旋形缠绕，所述部分长度带局部地重叠自身1-8次，从而所述带的横截面宽度相对于所述中心轴线对角线地对齐。
12.如权利要求2所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板是近似延伸所述过滤元件的全轴向长度的全长度带，所述全长度带绕由所述过滤元件限定的中心轴线蜗旋形地缠绕。
13.如权利要求1所述的过滤元件，其中，所述深度介质包括熔喷纤维和沉积到熔喷纤维上的精细纤维的交替分布层，所述熔喷纤维用作所述载体纤维。
14.如权利要求1所述的过滤元件，其中，所述精细纤维是电纺的精细纤维并且平均尺寸小于500纳米。
15.如权利要求14所述的过滤元件，其中，所述深度介质在至少0.1克/平方米的深度上具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约10,000千米/平方米。
16.如权利要求14所述的过滤元件，其中，带褶皱的深度介质在至少0.5克/平方米的深度上具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约50,000千米/平方米。
17.如权利要求14所述的过滤元件，其中，带褶皱的深度介质在至少1.0克/平方米的深度上具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约100,000千米/平方米。
18.如权利要求1所述的过滤元件，其中，所述过滤元件是液体过滤器，非褶皱的深度介质被配置用于过滤液体。
19.如权利要求1所述的过滤元件，其中，所述精细纤维是电纺的精细纤维并且平均尺寸小于250纳米。
20.如权利要求1所述的过滤元件，其中，所述精细纤维是电纺的精细纤维并且平均尺寸小于100纳米。
21.一种过滤元件，包括：
介质厚度至少约1/4厘米的深度介质的非褶皱管；所述深度介质包括载体纤维和精细纤维，
所述载体纤维的平均尺寸为至少约3微米；以及
所述精细纤维由所述载体纤维承载，并且平均尺寸小于800纳米。
22.如权利要求21所述的过滤元件，其中，所述过滤元件包括第一过滤介质板，所述第一过滤介质板包括至少一个衬底和沉积于其上的至少一层精细纤维，所述板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第一过滤介质板。
23.如权利要求22所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板包括由在所述第一过滤介质板中层叠在一起的多个稀松织物层和精细纤维的多个精细纤维层构成的复合介质，所选精细纤维层在所述第一过滤介质板内被稀松织物间隔开并且分离。
24.如权利要求22所述的过滤元件，其中，所述过滤介质板的平均尺寸小于500纳米的精细纤维的覆盖度至少约5,000千米/平方米。
25.如权利要求22所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质具有与用于预选的过滤应用的微玻璃过滤介质基本上相对等或更高的过滤效率。
26.如权利要求22所述的过滤元件，还包括第二过滤介质板，所述第二过滤介质板包括包含平均尺寸大于1微米的纤维的过滤介质，所述第二过滤介质板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第二过滤介质板。
27.如权利要求26所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板在所述第二过滤介质板的下游径向向内设置。
28.如权利要求27所述的过滤元件，其中，所述过滤元件包括第三过滤介质板，所述第三过滤介质板包括至少一个衬底和沉积于其上的至少一层精细纤维，所述板至少部分地绕自身缠绕，以在深度介质的整个深度上形成多层所述第三过滤介质板，所述第三过滤介质板在第二过滤介质板的下游径向向内设置。
29.如权利要求22所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板包括上游表面和下游表面，所述过滤介质板在与上游表面相比靠近下游表面具有更大的精细纤维浓度。
30.如权利要求29所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板在第一过滤介质板的整个深度上从上游表面到下游表面包括精细纤维的多层沉积，所述沉积靠近下游表面浓度更大，以形成从上游表面向下游表面增加的精细纤维梯度。
31.如权利要求22所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板是大致比所述过滤元件的全轴向长度短得延伸的部分长度带，所述部分长度带绕由过滤元件限定的中心轴线螺旋形缠绕，所述部分长度带局部地重叠自身1-8次，从而所述带的横截面宽度相对于所述中心轴线对角线地对齐。
32.如权利要求22所述的过滤元件，其中，所述第一过滤介质板是近似延伸所述过滤元件的全轴向长度的全长度带，所述全长度带绕由所述过滤元件限定的中心轴线蜗旋形地缠绕。
33.如权利要求21所述的过滤元件，其中，所述深度介质包括熔喷纤维和沉积到熔喷纤维上的精细纤维的交替分布层，所述熔喷纤维用作所述载体纤维。
34.如权利要求21所述的过滤元件，其中，所述精细纤维是电纺的精细纤维并且平均尺寸小于500纳米。
35.如权利要求34所述的过滤元件，其中，所述深度介质在至少0.1克/平方米的深度上具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约10,000千米/平方米。
36.如权利要求34所述的过滤元件，其中，带褶皱的深度介质在至少0.5克/平方米的深度上具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约50,000千米/平方米。
37.如权利要求34所述的过滤元件，其中，带褶皱的深度介质在至少1.0克/平方米的深度上具有所承载的精细纤维的覆盖度，并且该覆盖度至少约100,000千米/平方米。
38.如权利要求21所述的过滤元件，其中，所述过滤元件是液体过滤器，非褶皱的深度介质被配置用于过滤液体。
39.如权利要求21所述的过滤元件，其中，所述精细纤维是电纺的精细纤维并且平均尺寸小于250纳米。
40.如权利要求21所述的过滤元件，其中，所述精细纤维是电纺的精细纤维并且平均尺寸小于100纳米。
41.一种制造过滤元件的方法，包括：
从包括聚合物的溶液和处于电压差作用下的溶剂电纺平均尺寸小于800纳米的精细纤维；
在载体纤维的衬底上沉积所述精细纤维，所述载体纤维具有至少3微米的平均尺寸；以及
将所述载体纤维的衬底和所述精细纤维缠绕成厚度至少1/2厘米的深度介质。
42.如权利要求41所述的方法，还包括将衬底和精细纤维的连续层层叠成具有多层精细纤维和衬底的过滤介质板；以及
之后，通过将过滤介质板缠绕成介质厚度至少约1/4厘米的深度介质的非褶皱管而进行所述缠绕。
43.如权利要求42所述的方法，还包括：配置具有较高熔点组分和较低熔点组分的多组分衬底，还包括重新布置沉积到衬底上的精细纤维，施加热量以解绕所述多组分衬底。
44.如权利要求41所述的方法，还包括将至少一个精细纤维层夹在衬底的上游保护层和下游保护层之间以在缠绕过程中保护精细纤维，所述缠绕在所述沉积之后进行。
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