具有高表面积纤维的改进的复合过滤介质制造技术

本发明专利技术涉及高表面积纤维和由其制备的改进的过滤器复合介质。更具体地，复合介质优选包括具有高表面积纤维的翼形纤维层以供增加的吸收和强度，以及用于额外过滤的熔喷层。在一个优选的实施方案中，高表面积纤维具有带多个突出物的中间区域，所述多个突出物确定多个通道，所述通道增加纤维的表面积。在一个优选的实施方案中，高表面积的纤维具有大于或等于约１４０，０００ｃｍ↑［２］／ｇ的比表面积和约１．０－约２．０的旦数。使用双组分挤出工艺，使用热塑性聚合物和可溶解的鞘，制备本发明专利技术的高表面积纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及显示出增加的耐久性、吸收度和其他所需性能 的复合材料。更具体地，本专利技术涉及含具有高表面积性能以供增加吸 收的翼形纤维(winged-fiber)层的复合介质。
技术介绍
本领域公知熔喷复合材料适合与过滤技术一起使用和多种应用。 熔喷是使用高速空气或其他合适的力使长丝变细，由聚合物或树脂直 接生产纤维网或层的方法。熔喷纤维最常见地由聚丙烯构造，所述聚 丙烯容易地由熔喷工艺形成且容易地荷静电，形成荷电介质。熔喷产 生直径范围通常为2微米-5微米的微纤维，尽管通过改变工艺参数， 例如熔喷机的聚合物通过量和通过使用较高的熔体流动聚合物，这种 微纤维的直径可以小至0. 5微米。生产具有极小直径的熔喷纤维的能 力尤其可用于精细过滤应用。尽管熔喷纤维证明有效地用于过滤，但 它们具有数个缺点。大多数熔喷纤维弱且容易撕裂，从而要求需要层 叠和层铺许多熔喷纤维层或结合载体或稀松布(scrim)使用熔喷纤维 层，以最大化其强度和过滤性能。结果是比较重且比较昂贵的熔喷复 合材料。熔喷纤维的替代品是玻璃微纤维，它因在过滤应用中使用也是本 领域公知的。玻璃微纤维依赖于其微细的直径以增加过滤性能。此外， 玻璃微纤维长度较短且是已知的皮肤刺激剂，因此在加工成非织造织物的过程中它产生问题并具有局限性。熔喷纤维的另一替代品是电纺纱(electrospun)纤维。电纺纱纤维因其在过滤应用中使用也是公知的。电纺纱纤维常常在0.1-1.0微米范围内且依赖于它们微细的直径来增加过滤性能。电纺纱是非常 緩慢的工艺，因此现实中仅仅可小量地使用。由于这些纤维还相当脆和弱，因此它们常常与提供强度和褶裥率(pleatability)的其他非织 造织物层结合使用。通过挤出热塑性树脂，并形成将制成各种非织造复合介质或层压 体，例如纺粘-熔喷-纺粘(SMS)复合材料或纺粘-熔喷-褶裥复合材料等 的纤维网或层，从而制备常规的复合材料。在这种结构中，熔喷层充 当芯过滤元件，和纺粘层增强整个组合物。然而，尽管具有这些复合 材料，但仍然需要具有高效纤维层的改进的复合介质，它不要求额外 的栽体且可充当独立的过滤器。另外，需要结合高效纤维层与熔喷层 或另一非翼形纤维层。此外，需要采用具有高表面积性能的新型翼形 纤维层形成的具有增加的耐久性、强度、吸收和过滤能力的改进的复 合介质。能吸收并过滤液体或颗粒的纤维是本领域已知的。纤维表面常常 通过化学或物理方法处理，以提高其保持液体或颗粒的能力。例如， 为了增加纤维的表面积，糙化表面产生沟槽和通道。用影响流体流动 的疏水或亲水化学物处理本领域已知的一些吸收剂纤维。用于吸收的一种这样的纤维是最初由Eastman Chemical Company开发且商购于Fiber Innovation Technologies的4DG纤维。参考附图1，它是4DG纤维(也称为表面毛细纤维)的截面视图。图1中的现有技术纤维公开了从其脊柱(sp ine)的 一侧向外突出以确定第 一组沟槽的至少三条臂的一组，和从其脊柱的第二侧向外突出以确定第二组沟槽的至少三条臂的第二组。现有技术纤维中的臂和沟槽具有不规则的几何形状，以便产生足够深且窄以便流体借助毛细作用沿着纤维长度输送的沟槽。另外，图1的现有技术的纤维具有较大的旦数，这限 制了其在要求纳米纤维的一些应用中的使用。4DG纤维通过提供具有特定截面几何形状的纤维来寻求增加沟槽 的深度。然而，4DG纤维和具有较小结构的其他纤维存在数个缺点。许多这样的纤维不可能纺丝成直径小于约50 - 60微米的纤维，从而限 制其潜在的应用。采用4DG纤维可实现的最小旦数为约3。此外，由 于在纤维臂之间具有大的沟槽，因此在纺丝工艺过程中臂常常断裂。 这种纤维具有有限数量的臂和沟槽，从而导致相对低的表面与体积比， 这将限制可吸收的液体量。最后，由于4DG纤维的尺寸和几何形状导 致在织物形成过程中臂可容易地联锁，从而导致致密和压缩的材料， 这将降低其过滤和吸收性能。过去存在许多尝试生产在表面上具有深的沟槽或通道的特殊纤 维，以提高表面的毛细性能。这种纤维利用多条腿(leg)，典型地8 条，在表面上形成深的通道。可用合适的处理剂处理这些纤维的表面， 所述处理剂适合并更加容易地加速流体的流动，并因此可用于流体移 动。许多这些纤维具有较高程度的堆积密度，因此适合于绝缘应用。 由于臂可收集并捕获颗粒，因此它们进一步可用于过滤应用或用于表 面处理以活化表面。使用特殊的纺丝板，生产具有表面沟槽的纤维作为单组分纤维。 挤出并熔融纤维，通过纺丝经轴(spin beam)和纺丝板毛细作用，传输 熔融聚合物，形成所需形状。然后当从纺丝板中流出随后拉伸，形成 较坚固和较细的纤维时，骤冷纤维。然而，由于纤维具有深的沟槽或 臂，因此纤维不可能制成优选且工业上使用的标准的纤维尺寸。当今 工业上使用的大多数纤维为l-3旦/根长丝，然而以上所述的具有增 加表面积的大多数纤维目前以大于或等于6旦获得。具有大于或等于 6旦的纤维极其粗糙，更加难以加工，且其应用受到限制。本领域中常常使用常规的单组分圆纤维。单组分圓纤维的截面设 计典型地为圆形。采用单组分圆纤维的一个问题是为了增加纤维的表 面积，截面积也增加，从而导致旦数大的纤维。需要具有增加的表面积，其表面积为本领域已知的典型纤维的至 少2 - 3倍，且在表面上具有深的沟槽或通道以加速表面毛细性能同时 维持工业上使用的标称纤维尺寸的纤维。本专利技术公开了具有增加的表 面积和多个表面通道的纤维，同时维持小的旦数尺寸和在改进的复合介质中使用这种纤维。本专利技术提供以上所述问题和其他问题的解决方式，并提供这类现 有技术的纤维和复合材料没有提供的优点和方面。本专利技术的特征和优 点的充分讨论延迟到下述详细说明中，所述详细说明通过参考附图来 进行。
技术实现思路
本专利技术的第一方面是提供改进的复合介质。该复合介质具有带第 一侧和第二侧的第一纤维层。该复合介质具有粘结到第一纤维层的第一侧上的翼形纤维层。翼形纤维层具有高表面积纤维的纤维网。高表 面积的纤维具有含截面的内部纤维，所述截面具有中间区域。该中间 区域具有多个从中间区域并沿着中间区域周边延伸的多个突出物。所 述多个突出物确定多个通道。在一个实施方案中，可溶解的外部鞘包 围高表面积的纤维。在一个实施方案中，纤维层包括熔喷纤维或电纺 纱纤维。在另一实施方案中，复合材料具有粘结到第一纤维层的第二侧上 的第三层。第三层具有翼形纤维层，稀松布层，玻璃微纤维层，电纺 纱纤维网或熔喷介质的其他层。翼形纤维层包括高表面积纤维的纤维网。高表面积的纤维具有含 截面的内部纤维。所述截面具有中间区域。中间区域具有从该中间区 域并沿着中间区域周边延伸的多个突出物。所述多个突出物确定多个 通道。纤维还具有可溶解的外部鞘。外部鞘包围内部纤维。本专利技术的第二方面是提供改进的复合介质。该复合介质具有带第 一侧和第二侧的第 一熔喷或电纺纱纤维层。该复合介质具有粘结到第一熔喷或电纺纱纤维层的第一侧上的翼形纤维层。翼形纤维层具有高 表面积纤维的纤维网。高表面积的纤维具有内部纤维，其中该内部纤维是热塑性聚合物。内部纤维具有含纵轴的截面，所述截面具有从纵 轴延伸的多个突出物。沿着纵轴的周边，多个突出物确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合介质，它包括：　具有第一侧和第二侧的纤维层；　与该纤维层的第一侧相邻的翼形纤维层；和　翼形纤维层包括高表面积纤维，该高表面积纤维具有含中间区域的截面，该中间区域具有从中间区域且沿着中间区域周边延伸的多个突出物，其中 多个突出物确定多个通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝赫纳姆博尔蒂希米，沃尔特恰帕斯，
申请(专利权)人：欧拉索实业公司，北卡罗来纳州立大学，贝赫纳姆博尔蒂希米，沃尔特恰帕斯，
类型：发明
国别省市：US[美国]