Фильтр из композиционного материала и способ его изготовлениия

Фильтр из композиционного материала и способ его изготовлениия

Реферат

 

Изобретение предназначено для фильтрации. Фильтр из композиционного материала, предназначенный для удаления содержащихся в газе частиц, имеет стопу из по меньшей мере двух предварительно не связанных ярусов фильтрующего материала, которые связаны вместе и образуют составляющую единое целое слоистую структуру. Ярусы могут содержать либо термически связываемые компоненты, например двухкомпонентные или однокомпонентные полимерные волокна, либо компоненты, связываемые клеем, например волокна целлюлозы (в частности распушенной целлюлозы), волокна из расщепленной пленки, смешанные волокна, заряженные статическим электричеством, и штапельные волокна. Кроме использования в рукавах фильтров для пылесосов новый фильтрующий композиционный материал может применяться в системах обогревающей вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), воздушных фильтрах кабин транспортных средств, высокоэффективных (так называемых НЕРА) фильтрах и фильтрах для "чистых" комнат, домашних рукавных фильтрах контроля выбросов в атмосферу, респираторах, лицевых масках для хирургов и т.д. В предлагаемом фильтре увеличена пылеемкость, он многофункционален, многокомпонентен. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 15 ил., 2 табл.

Перекрестная ссылка на предшествующие заявки

Приоритет данной заявки заявляется по Предварительной Заявке №60/60/142877, поданной 8 июля 1999 года и озаглавленная "Пористый фильтр на основе материала, полученного выдуванием из расплава, и распушенной целлюлозы" (Melt Blown and Fluff Pulp Based Depth Filter), полное описание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Область применения изобретения

Данное изобретение относится к пористым фильтрующим материалам, предназначенным для удаления твердых частиц, увлекаемых движущимся потоком газа. Если говорить более конкретно, оно относится к фильтрующему композиционному материалу, состоящему из не связанных предварительно ярусов фильтрующего материала, собранных в заранее выбранной последовательности и связанных между собой с образованием составляющей единое целое слоистой структуры, пригодной для отфильтровывания частиц из воздуха.

Предпосылки изобретения

За последнее время технология отфильтровывания твердых частиц из газов стала весьма сложной как в случаях обычного применения, например при ориентированной на рядового потребителя очистке от грязи и пыли с использованием пылесоса, так и в очень ответственных случаях промышленного применения, например при удалении из газов фракций частиц определенного размера, представляющих собой самые различные загрязняющие примеси, начиная от инертных и заканчивая обладающими биохимической активностью. Известно, что загрязняющие частицы в потоке газа могут быть самого разного размера и геометрической формы, например удлиненной и сферической, а также иметь самый разный химический и физический состав, например не имеющий запаха и издающий запах.

В результате, развитие технологии фильтрации привело к созданию таких фильтрующих материалов, которые предназначены эффективно отфильтровывать определенные фракции загрязняющих частиц. Наряду с этим эта технология дала развитие методам максимизации различных рабочих характеристик фильтров, таких как сохранение низкого падения давления на фильтре и повышение срока службы фильтра для того, чтобы увеличить промежуток времени между заменами фильтрующих элементов.

Традиционный подход к достижению указанных целей заключается в создании многослойного фильтрующего материала, составленного из отдельных индивидуально спроектированных слоев, каждый из которых предназначен для выполнения главным образом одной, а иногда нескольких определенных фильтрационных функций. Например, для защиты нижележащих фильтрующих слоев от абразивного износа большими и твердыми частиц, движущихся с большой скоростью, часто используется очень "открытый", пористый и тонкий холст; для захвата значительного количества частиц, главным образом больших, обычно используется пористый и объемный слой; а для удаления наиболее мелких частиц с целью повышения эффективности фильтрации обычно предназначен имеющий малую пористость слой, состоящий из волокон сверхмалого диаметра. Отдельные фильтрующие слои выбираются из большого количества доступных вариантов и комбинируются в заранее выбранной последовательности, затем они собираются в группу, образуя многослойный и, следовательно, многофункциональный фильтр. По меньшей мере два смежных слоя могут быть связаны друг с другом, или же слои могут быть не связанными. Если требуется, то отдельные слои могут быть помещены между обложками, обычно из бумаги, для конструктивной целостности и удобства в обращении.

Недостаток вышеупомянутой многослойной технологии изготовления многофункциональных фильтров заключается в том, что в ней имеет место повторная обработка фильтрующих материалов, которая может оказаться излишней. То есть, фильтрующий материал, входящий в определенный слой, первый раз обрабатывается для получения отдельного слоя, а затем он подвергается обработке для включения этого слоя в многослойный фильтр в процессе сборки. Каждый этап, пусть и в незначительной степени, добавляет обложку и увеличивает плотность готового фильтра. Это приводит к увеличению падению давления на фильтре и уменьшает его пылеемкость, сокращая тем самым срок его службы. Поэтому желательно иметь многофункциональный, многокомпонентный фильтр, который может быть изготовлен при минимальном уплотнении фильтрующего материала и минимальном количестве обложек.

Сущность изобретения

Таким образом, в данном изобретении предлагается фильтр из композиционного материала, включающего в себя предварительно не связанные ярусы, каждый из которых содержит, по меньшей мере, один фильтрующий материал и отличается от смежных ярусов; причем ярусы связаны между собой, образуя составляющую единое целое слоистую структуру, которая имеет первую пограничную поверхность, предназначенную для приема увлекаемых воздухом частиц, и вторую пограничную поверхность, предназначенную для выпуска профильтрованного воздуха.

Также предлагается новый способ изготовления фильтра из композиционного материала, включающий в себя следующие этапы:

а) укладку фильтрующего материала на опору для получения предварительно не связанного яруса;

б) нанесение на ранее сформированный ярус другого фильтрующего материала, имеющего состав, отличный от состава материала ранее сформированного яруса, с целью получения предварительно не связанного покрывающего яруса;

в) связывание ярусов фильтрующего материала для получения фильтра из композиционного материала, имеющего слоистую структуру, составляющую единое целое.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематически изображает поточный процесс изготовления фильтра из композиционного материала в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения.

Фиг.2 схематически изображает в поперечном сечении вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала, имеющего слоистую структуру из двух ярусов, составляющую единое целое.

Фиг.3 схематически изображает в поперечном сечении еще один вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала, имеющего слоистую структуру из трех ярусов, составляющую единое целое.

Фиг.4 схематически изображает в поперечном сечении еще один вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала, имеющего слоистую структуру из четырех ярусов, составляющую единое целое.

Фиг.5 схематически изображает в поперечном сечении еще один вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала, имеющего слоистую структуру из пяти ярусов, составляющую единое целое.

Фиг.6 схематически изображает в поперечном сечении еще один вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала из двух ярусов, показанного на фиг.2, в сочетании со смежным фильтрующим слоем.

Фиг.7 схематически изображает в поперечном сечении еще один вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала из трех ярусов, показанного на фиг.3, в сочетании со смежным фильтрующим слоем.

Фиг.8 схематически изображает в поперечном сечении еще один вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала из четырех ярусов, показанного на фиг.4, в сочетании со смежным фильтрующим слоем.

Фиг.9 схематически изображает в поперечном сечении еще один вариант выполнения нового фильтрующего композиционного материала из пяти ярусов, показанного на фиг.5, в сочетании со смежным фильтрующим слоем.

Фиг.10 схематически изображает в поперечном сечении двухярусный фильтрующий композиционный материал, показанный на фиг.6, соединенный со смежным фильтрующим слоем с помощью клея или слоя, прикрепленного ультразвуком.

Фиг.11 схематически изображает в поперечном сечении трехъярусный фильтрующий композиционный материал, показанный на фиг.7, соединенный со смежным фильтрующим слоем с помощью клея или слоя, прикрепленного ультразвуком.

Фиг.12 схематически изображает в поперечном сечении четырехъярусный фильтрующий композиционный материал, показанный на фиг.8, соединенный со смежным фильтрующим слоем с помощью клея или слоя, прикрепленного ультразвуком.

Фиг.13 схематически изображает в поперечном сечении пятиярусный фильтрующий композиционный материал, показанный на фиг.9, соединенный со смежным фильтрующим слоем с помощью клея или слоя, прикрепленного ультразвуком.

Подробное описание

В данном изобретении предлагается, по существу, новый фильтрующий композиционный материал, составленный из уложенных друг на друга ярусов фильтрующего материала, связанных вместе и образующих слоистую структуру, составляющую единое целое. Состав фильтрующего материала в каждом данном ярусе выбирают заранее для выполнения требуемой фильтрационной функции. Например, для улавливания очень мелких частиц пыли, размер которых не превышает приблизительно 5 микрометров, могут быть выбраны тонкие (т.е. имеющие малый диаметр) и плотно упакованные волокна. Для предотвращения прохождения указанных и даже еще более мелких частиц могут быть использованы также волокна, заряженные статическим электричеством. Аналогичным образом, для улавливания загрязняющих частиц среднего и большого размера могут быть использованы объемные высокопористые материалы с повышенной пылеемкостью.

Новый фильтрующий композиционный материал имеет ту отличительную особенность, что по меньшей мере один из его ярусов, а в предпочтительном варианте каждый из его ярусов, не является предварительно связанным до и во время укладки в стопу. Термин "предварительно связанный" в данном случае означает то, что структура фильтрующей среды, представляющей собой, к примеру, термически связываемые плавкие волокна или волокна, связываемые клеем, обрабатывается таким способом, при котором эффективно приводится в действие связывающий механизм, в результате чего получается отдельное, самостоятельное, способное к сцеплению и, как правило, самонесущее полотно. Таким предварительно связанным полотном можно механически манипулировать, например скручивать в рулон, раскручивать из рулона, разрезать и т.д. Следовательно, в соответствии с одним аспектом изобретения, сцепление по меньшей мере одного из ярусов, а в предпочтительном варианте всех из них, для получения составляющей единое целое структуры начинается только после того, как укладывание в стопу всех ярусов конкретной желаемой структуры фильтрующего композиционного материала завершено. Получаемая в результате структура представляет собой одно тело, состоящее из фильтрующих материалов различного типа, которые на поперечном сечении композиционного материала выглядят как отличающиеся друг от друга слои. Более подробно это будет объяснено далее в описании со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Как было отмечено, слоистая структура формируется посредством сборки стопы из ярусов отобранных фильтрующих материалов. Так как сами ярусы являются предварительно не связанными, компоненты каждого из них, то есть: волокна, гранулы и т.д., обычно свободно укладываются на нижележащий слой механически или воздушной укладкой. Внутри каждого яруса состав фильтрующего материала в значительной степени однороден, а между ярусами имеется нечеткая граница раздела, такая как граница 36А на фиг.2 и аналогичные границы, представленные штриховыми линиями на фиг.3-13. В соответствии с одним из аспектов изобретения, отдельный ярус может быть образован из фильтрующим материалом одного типа, например, на 100% состоящим из двухкомпонентных полимерных волокон, волокнами, полученными выдуванием из расплава, штапельными волокнами, или волокнами "спанбонд" (Spunbond). В соответствии с другим аспектом изобретения, отдельный ярус может быть образован смесью материалов, такой как уложенная воздухом и обычно однородная смесь двухкомпонентных полимерных волокон и волокон распушенной целлюлозы. Так как желательно обеспечить слоистую структуру, особенностью данного изобретения является то, что смежные ярусы в стопе имеют различные составы. Тем не менее, состав одного яруса в стопе может быть повторен, хотя по меньшей мере один ярус другого состава должен присутствовать между ярусами одинакового состава.

Такая структура отличается от структуры обычных многослойных фильтрующих материалов, получаемых путем склеивания отдельных слоев фильтрующего материала, каждый из которых до формирования многослойного материала был предварительно связан и представлял собой самонесущее полотно. Под термином "ярус" в данной заявке подразумевается лента, полученная из предварительно не связанного фильтрующего материала в виде слоя слоистой структуры, составляющей единое целое. В отличие от этого, термин "слой" означает отдельное, предварительно связанное, самонесущее полотно из фильтрующего материала.

Составляющая единое целое слоистая структура нового фильтрующего композиционного материала обеспечивает ряд значительных преимуществ над обычными фильтрующими материалами. Согласно одному из аспектов изобретения, составляющая единое целое слоистая структура может быть выполнена более объемной, обеспечивая большую пылеемкость по сравнению со слоистым материалом, включающим в себя отдельные предварительно связанные слои, состав которых соответствует составу ярусов составляющей единое целое структуры. Это обусловлено тем, что каждая часть обычного фильтрующего материала подвергается по меньшей мере двойному сжатию: первый раз, когда происходит формирование отдельного слоя посредством связывания, и второй раз, когда отдельные слои склеиваются для получения фильтра.

Согласно еще одному аспекту изобретения, новая структура может содержать меньше клея, чем обычные фильтры. Это обусловлено возможностью "сухого" укладывания последовательных ярусов в стопу без использования клея на поверхностях раздела. Хотя клей, например латексный, обычно наносится экономно, каждое дополнительное нанесение увеличивает покрытие, пусть и в не значительной степени. В результате, чем больше используется клея, тем обычно больше падение давления на фильтре, и тем более быстрого засорения самого фильтра пылью и частицами грязи можно ожидать.

Согласно еще одному аспекту изобретения, новая структура в предпочтительном варианте выполнения содержит по меньшей мере один ярус, который является очень непрочным. То есть, этот ярус имеет такую высокую пористость или такое малое количество твердого фильтрующего материала, что не является самонесущим. Другими словами, составу этого яруса не достает собственной структурной целостности, чтобы образовать отдельное свободностоящее полотно, которое могло бы быть использовано в обычном многослойном слоистом материале. Следовательно, новый фильтрующий композиционный материал обладает способностью включать в свой слоистый состав по меньшей мере один сам по себе непрочный, но имеющий широкие функциональные возможности ярус. Благодаря своей составляющей единое целое структуре композиционный материал имеет достаточную прочность, жесткость и другие свойства, делающие его пригодным для использования в качестве фильтра. К примеру, в стопу нового фильтрующего композиционного материала может быть включен очень высокопористый и поэтому сам по себе непрочный ярус с целью обеспечения высокой пылеемкости, хотя самостоятельный слой того же самого состава для использования в обычном многослойном материале было бы невозможно изготовить. Подобным образом, для высококачественного отфильтровывания тонкодисперсной пыли, в стопу может быть включен очень тонкий, структурно непрочный ярус из сверхтонких волокон, хотя тот же самый состав был бы слишком непрочным, чтобы сформировать самостоятельный слой.

Непрочность яруса может быть проверена следующим образом. Если материал яруса нельзя положить на подложку, затем скрутить в рулон и раскрутить из рулона, то этот материал называется "непрочным" в соответствии со значением этого слова, принятым в данном изобретении.

Фильтрующие композиционные материалы по данному изобретению могут использоваться в рукавных фильтрах пылесосов и вообще в вакуум-фильтрах. Термин "вакуум-фильтр" означает фильтрующую структуру, работа которой заключается в пропускании через себя газа, предпочтительно воздуха, содержащего обычно сухие твердые частицы. В данной заявке принято правило о том, как называть стороны, ярусы и слои фильтрующей структуры относительно направления потока воздуха. Например, входная сторона фильтра называется "вышерасположенной", а выходная сторона фильтра называется "нижерасположенной". Иногда использовались термины "спереди" и "позади" для обозначения относительных положений структурных элементов, являющихся соответственно вышерасположенными и нижерасположенными. Конечно, во время фильтрации на фильтре будет градиент давления, который иногда будет называться "падением давления". Обычно в пылесосах используются рукавные фильтры. Как правило, вышерасположенная сторона вакуумного рукавного фильтра является внутренней, а нижерасположенная - наружной.

Новый фильтрующий композиционный материал, наряду с использованием его при изготовлении рукавных фильтров пылесосов, может применяться: в системах обогревающей вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), воздушных фильтрах кабин транспортных средств, высокоэффективных фильтрах (так называемых МЕРА) и фильтрах для "чистых комнат", домашних рукавных фильтрах контроля выбросов в атмосферу, респираторах, лицевых масках для хирургов и т.п. При желании этот фильтрующий композиционный материал в указанных выше случаях может быть использован совместно с дополнительным слоем, содержащим в себе углеродные волокна или частицы и установленным последовательно с новым композиционным материалом, для того чтобы, к примеру, поглощать запахи или токсичные примеси. Кроме того, в некоторых случаях, например, в высокоэффективных фильтрах (НЕРА) и "чистых" комнатных фильтрах для "чистых комнат", последовательно с новым композиционным материалом в фильтре могут быть использованы дополнительные слои, такие, например, как слой, представляющий собой мембрану из низкопористого тефлона с низкой пористостью, приклеенную к пограничной поверхности композиционного фильтра соответствующей слоистой структуры, составляющей единое целое.

В настоящем изобретении использован тест DIN 44956-2 для определения увеличения падения давления при использовании пяти различных конструкций рукавного фильтра пылесоса после пылевой нагрузки тонкодисперсной пылью в следующих количествах: 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; и 2,5 грамма.

Тест на воздухопроницаемость после нагрузки тонкодисперсной пылью заключается в следующем. Ту часть теста DIN 44956-2, что соответствует пылевой нагрузке, проводят с шагом приращения 0,5 грамм от 0 до 2,5 г/(м² · ceк) на семи рукавах каждого образца. Однако значения падения давления еще раз не записывают. Затем для рукавов, которые восприняли определенные уровни пылевой нагрузки, определяют максимально устойчивые значения воздухопроницаемости.

Составы фильтрующих материалов, на которые имеются ссылки в данной заявке на изобретение, далее описываются более подробно.

Стандартный материал рукавных фильтров пылесосов

Этот материал, называемый иногда "стандартной бумагой", традиционно используется в один слой, которым он обеспечивает требуемые от рукавного фильтра пылесоса качества: фильтрацию и удерживание пыли, а также прочность и сопротивление абразивному износу. Этот материал является также достаточно жестким, что легко обеспечивает производство на стандартном оборудовании по производству рукавов. Эта бумага состоит преимущественно из небеленой древесной массы с добавлением 6-7% синтетического волокна, например из полиэфира типа полиэтилентерефталата, и производится посредством процесса мокрой укладки. Стандартная бумага обычно имеет базовый (т.е. относящийся к единице площади материала) вес 30-80 г/м², и в большинстве случаев он равен приблизительно 50 г/м². Указанные волокна из полиэтилентерефталата обычно имеют тонину 1,7 текс и длину 6-10 мм. Данная бумага имеет воздухопроницаемость 200-500 л/(м ²· сек) и средний размер пор приблизительно 30 мкм. Однако эффективность, определенная посредством теста DIN 44956-2, составляет всего лишь примерно 86%. Еще одна характерная особенность заключается в том, что поры быстро забиваются пылью, и, кроме того, пылеемкость ограничивается очень малой толщиной самой бумаги, равной приблизительно 0,20 мм.

Нетканый материал "Спанбонд"

В качестве фильтрующего яруса в слоистой структуре может быть использован нетканый материал из полимерных волокон "Спанбонд". Волокна могут быть из любого полимера, допускающего переработку типа "Спанбонд", например из полиамидов, полиэфиров или полиолефинов. Базовый вес нетканого материала "Спанбонд" должен быть примерно 10-100 г/м ², предпочтительней 30-40 г/м². При измерении посредством теста DIN 53887 материал "Спанбонд" должен иметь воздухопроницаемость 500-10000 л/(м²· сек), предпочтительней значение 2000-6000 л/(м² · сек). Он также может быть заряжен статическим электричеством.

Грубый холст или несущее ворсистое полотно

Термин "грубый холст" относится к бумажному или нетканому полотну, обычно имеющему малый базовый вес и очень пористому. Базовый вес холста обычно составляет примерно 10-30 г/м², часто встречающееся значение примерно 13-17 г/м². Грубый холст, называемый иногда "несущим ворсистым полотном", обычно имеет воздухопроницаемость 500-10000 л/(м²· сек). Он используется в основном для того, чтобы защитить другие ярусы или слои от абразивного износа. Он способен также отфильтровывать самые крупные частицы. Как и любой ярус фильтрующего композиционного материала, холст может быть заряжен статическим электричеством, если обладает соответствующими диэлектрическими свойствами.

Материал мокрой укладки с повышенной пылеемкостью

Материал мокрой укладки с повышенной пылеемкостью, часто называемый в данной заявке "емкой бумагой мокрой укладки", является более объемным, толстым и более проницаемым по сравнению со стандартной бумагой для рукавного фильтра пылесоса. Он выполняет многочисленные функции, включая: сопротивление ударной нагрузке, отфильтровывание больших загрязняющих частиц, отфильтровывание значительной части малых частиц пыли, удерживание большого количества частиц при свободном прохождении воздуха, что обеспечивает низкое падение давления при высокой пылевой нагрузке и таким образом увеличивает срок службы самого фильтра.

Емкая бумага мокрой укладки, обычно состоит из смеси волокон древесной массы и синтетических волокон. Как правило, она содержит до 70% древесной массы и соответственно больше синтетического волокна, например из полиэтилентерефталата, по сравнению с описанной выше стандартной бумагой. Она имеет большую, чем у стандартной бумаги, толщину, которая приблизительно равна 0,32 мм при типичном базовом весе 50 г/м². Размер ее пор также гораздо больше и в своем среднем значении может превышать 160 мкм. Поэтому данная бумага, прежде чем забьется, способна удерживать в своих порах намного больше пыли. Типичный базовый вес емкой бумаги мокрой укладки составляет примерно 30-150 г/м², предпочтительное значение примерно 50-80 г/м ².

Емкая бумага мокрой укладки имеет эффективность фильтрации тонкодисперсной пыли около 66-67%, определенную посредством теста DIN 44956-2. Важно то, что эта емкая бумага мокрой укладки имеет воздухопроницаемость выше, чем стандартная фильтрующая бумага. Нижний предел ее воздухопроницаемости должен быть не менее примерно 500 л/(м²· сек), предпочтительней - не менее примерно 1000 л/(м²· сек), и наиболее предпочтительно - не менее 2.000 л/(м²· ceк). Верхний предел воздухопроницаемости устанавливается таким образом, чтобы обеспечить отфильтровывание и удерживание бумагой основной фракции пылевых частиц, размер которых превышает приблизительно 10 мкм. В результате, дополнительный нижерасположенный фильтрующий материал с высокой эффективностью способен отфильтровывать и удерживать тонкодисперсные частицы пыли гораздо дольше, прежде чем начнут проявляться признаки существенного увеличения падения давления на фильтре. Следовательно, воздухопроницаемость емкой бумаги мокрой укладки в предпочтительном варианте должна быть не более примерно 8000 л/(м²· ceк). предпочтительней - не более примерно 5000 л/(м²· ceк), и наиболее предпочтительно - не более примерно 4000 л/(м²· сек). Таким образом, видно, что емкая бумага мокрой укладки особенно хорошо подходит для использования в качестве многоцелевого фильтрующего яруса, предназначенного для размещения выше по отношению к дополнительному ярусу с высокой эффективностью фильтрации.

Материал сухой укладки с повышенной пылеемкостью

Материал сухой укладки с повышенной пылеемкостью, иногда называемый в данной заявке "емкой бумагой сухой укладки", не использовался в качестве фильтра в рукавных фильтрах пылесосов. Бумагу сухой укладки получают не из содержащей воду бумажной массы, а посредством технологии нанесения с помощью воздуха, предпочтительней с помощью процесса, связанного с применением "распушенной целлюлозы". Водородная связь, играющая большую роль в притяжении молекулярных цепей друг к другу, не работает при отсутствии воды. Поэтому при том же базовом весе емкая бумага сухой укладки обычно гораздо толще по сравнению со стандартной бумагой или емкой бумагой мокрой укладки. При типичном базовом весе 70 г/м² ее толщина, к примеру, составляет 0,90 мм.

Полотно из емкой бумаги сухой укладки может быть связано главным образом двумя способами. Первый способ - способ связывания с помощью латекса, при котором латексное связующее может быть нанесено из водных дисперсий. Могут быть использованы методики пропитки, такие как опрыскивание или погружение и отжим (применение валика с мягкой подкладкой), после чего следует сушка и выдержка с нагревом. Латексное связующее с помощью рифленого валика также может быть нанесено в виде дискретного узора, например в виде точек, ромбов, штриховки или волнистых линий, после чего следуют сушка и выдержка.

Второй способ - способ термического связывания, например с использованием связующих волокон. В изданном в 1992 году "Справочнике по нетканым материалам" ("Nonwoven Fabric Handbook") связующие волокна, иногда называемые в данной заявке "термически связываемыми плавкими волокнами", определены как "Волокна с более низкой температурой размягчения по сравнению с другими волокнами, имеющимися в полотне. При нагревании и приложении давления они действуют как клей". В тех местах полотна, где осуществляется достаточный нагрев и прикладывается достаточное давление, эти термически связываемые плавкие волокна обычно полностью расплавляются, сцепляя тем самым волокна матрицы в точках их пересечения. Примеры включают в себя сополимеры сложных эфиров, которые при нагревании склеивают большое число самых разнообразных волокнистых материалов.

В предпочтительном варианте выполнения термическое связывание может быть осуществлено посредством добавления в изготавливаемое способом сухой укладки полотно от по меньшей мере 20%, предпочтительней до 50%, двухкомпонентных полимерных волокон. Примеры двухкомпонентных волокон включают волокна с сердцевиной из полипропилена и с оболочкой из более чувствительного к нагреванию полиэтилена. Термин "чувствительный к нагреванию" означает, что термопластичные волокна при температуре на 3-5° С ниже температуры плавления размягчаются и становятся клейкими или оплавляются. Предпочтительней, если полимер оболочки имеет температуру плавления в пределах примерно от 90 до 160° С, а полимер сердцевины имеет более высокую температуру плавления, предпочтительней на по меньшей мере 5° С выше температуры плавления полимера оболочки. Например, полиэтилен плавится при 121° С, а полипропилен - при 161-163° С. Это способствует связыванию полотна сухой укладки когда оно проходит между зонами обжима термического каландра или в сушильную печь, осуществляемому для получения связанных нагреванием волокон при меньшем нагреве и меньшем давлении с получением менее спрессованной, более пористой и воздухопроницаемой структуры. В более предпочтительном варианте сердцевина двухкомпонентного волокна, состоящего из сердцевины и оболочки, занимает по отношению к оболочке эксцентричное положение. Чем больше сердцевина сдвинута к одной стороне волокна, тем больше вероятность того, что такое двухкомпонентное волокно на этапе термического связывания образует складки и увеличит тем самым объем изготавливаемого способом сухой укладки материала. Это, безусловно, улучшит его пылеемкость. Поэтому в еще одном предпочтительном варианте выполнения сердцевина и оболочка двухкомпонентного волокна расположены рядом друг с другом, а этап связывания проводят в сушильном печи. Использование термического каландра, который подверг бы полотно большему сжатию, чем при связывании полотна в прямоточной сушильной печи, в данном случае менее предпочтительно. Другие комбинации полимеров, которые могут быть использованы в двухкомпонентных волокнах с оболочкой и сердцевиной или с волокнами, расположенными рядом, включают в себя полипропилен с легкоплавкими сополимерами сложных эфиров, а также полиэфир с нейлоном 6. Ярус сухой укладки с повышенной пылеемкостью также может состоять, по существу, полностью из двухкомпонентных волокон. Наряду с двухкомпонентными волокнами типа "оболочка-сердцевина" могут использоваться и другие их типы, например "бок о бок", "острова в море" и "апельсин", описанные на страницах 26-29 изданной в 1999 году в Северной Каролине книге "Нетканый текстиль" (Nonwoven Textiles, Jirsak, 0., and Wadsworth, L.C., Carolina Academic Press, Durham, North Carolina, 1999), полное описание которой включено в данную заявку посредством ссылки.

Как правило, средний размер пор емкой бумаги сухой укладки находится между размерами пор стандартной бумаги и емкой бумаги мокрой укладки. Эффективность фильтрации данной бумаги, полученная посредством теста DIN 44956-2, составляет приблизительно 80%. Емкая бумага сухой укладки должна иметь примерно тот же базовый вес и ту же воздухопроницаемость, что и описанная выше емкая бумага мокрой укладки, т.е. в диапазоне приблизительно 500-8000 л/(м²· ceк), предпочтительней - примерно 1000-5000 л/(м²· ceк), и наиболее предпочтительно - примерно 2000-4000 л/(м² · ceк). Эта бумага обладает отличной пылеемкостью и имеет то преимущество, что гораздо более однородна по массе и толщине, чем бумага мокрой укладки.

Рассмотрим несколько предпочтительных вариантов выполнения емкой бумаги сухой укладки. Один из них представляет собой состав, образованный связанными латексом волокнами распушенной целлюлозы. То есть, волокна, образующие бумагу, состоят, по существу, из распушенной целлюлозы. Термин "распушенная целлюлоза" обозначает нетканый компонент фильтра по данному изобретению, который приготовлен механическим измельчением катышков целлюлозы, т.е. волокнистую целлюлозу, полученную из древесины или хлопка, и последующим аэродинамическим переносом целлюлозы на элементы машин для воздушной укладки или сухого формования, формующие полотно. Для измельчения целлюлозы может быть использована мельница Вайли (Wiley Mill). Для сухого формования хорошо подходит так называемая машина Дана Уэба (Dan Web machine) или машина М и Джей (М and J machine). Компонент из распушенной целлюлозы и ярусы сухой укладки, изготовленные из нее, являются изотропными и, следовательно, отличаются случайной ориентацией волокон во всех трех измерениях. То есть, в них имеется большое количество волокон, ориентированных не в плоскости нетканого полотна, а расположенных, в частности, перпендикулярно к этой плоскости, в отличие от нетканых полотен, являющихся объемно анизотропными. Предпочтительная длина волокон распушенной целлюлозы, используемых в данном изобретении, составляет примерно 0,5-5 мм. Эти волокна удерживаются вместе посредством латексного связующего. Связующее может быть нанесено в виде порошка или эмульсии. Присутствие связующего в емкой бумаге сухой укладки составляет примерно 10-30% по массе, предпочтительней, если твердое вещество связующего составляет примерно 20-30% от массы волокон.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, емкая бумага сухой укладки включает в себя термически связываемую смесь волокон распушенной целлюлозы и по меньшей мере одного из двух типов волокон: "волокон из расщепленной пленки" и двухкомпонентных полимерных волокон. Предпочтительней, если смесь включает в себя волокна распушенной целлюлозы и двухкомпонентные полимерные волокна.

Волокна из расщепленной пленки

Волокна из расщепленной пленки представляют собой, по существу, плоские прямоугольные волокна, которые могут быть заряжены статическим электричеством до или после включения их в структуру из композиционного материала по данному изобретению. Толщина волокон из расщепленной пленки может находиться в диапазоне 2-100 микрометров, ширина - от 5 микрометров до 500 микрометров, а длина может находиться в диапазоне от 0,5 до 15 мм. Однако предпочтительными размерами волокон из расщепленной пленки являются: толщина примерно от 5 до 20 микрометров, ширина примерно от 15 до 60 микрометров и длина от 0,5 до 8 мм.

Предпочтительней, если волокна из расщепленной пленки, соответствующие данному изобретению, изготовлены из полиолефина, например полипропилена. Однако для волокон из расщепленной пленки структуры из композиционного материала по данному изобретению может быть использован любой полимер, подходящий для изготовления волокон. Примеры подходящих полимеров наряду с другими включают в себя: полиолефины, подобные гомополимерам и сополимерам полиэтилена, политерефталаты, например полиэтилен терефталат, полибутилен терефталат, полициклогексил - диметилут терефталат; поликарбонат; и полихлоротрифтороэтилен. Другие подходящие полимеры включают: нейлоны, полиамиды, полистиролы, поли-4-метилпентен-1, полиметилметакрилаты, полиуретаны, силиконы, сульфиды полифенилена. Волокна из расщепленной пленки также могут включать в себя смесь гомополимеров или сополимеров. В данной заявке при описании изобретения в качестве примера приведены волокна из расщепленной пленки, выполненные из полипропилена.

Было установлено, что для получения пленок с подходящим балансом механических свойств и хрупкости, требуемой для получения волокон из расщеп