Фильтрующий материал (варианты) и способ фильтрации (варианты)

Фильтрующий материал (варианты) и способ фильтрации (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящая заявка подана как международная заявка РСТ 04.11.2005 г. на имя компании Donaldson Company, Inc., США, которая является заявителем для всех указанных стран, кроме США, и на имя Keh В. Dema, Joe Israel, Derek O. Jones, Brad E. Kahlbaugh, Gregory LaVallee, Michael A. Madden, Linda M. Olson, Robert M. Rogers и Paul L. Kojetin, все граждане США, и Chuanfang Yang, гражданин Китая, которые являются заявителями только для США, и в настоящей заявке испрашивается приоритет патентных заявок США: №60/625,439, поданной 05.11.2004 г., и №60/650,051, поданной 04.02.2005 г.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к сформированным слоям, фильтрующим материалам и фильтрам, обладающим прочностью, сжимаемостью и высокой производительностью для удаления частиц из потока текучей среды (воздух, газ или жидкость). Фильтр и фильтрующий материал содержат нетканое полотно, изготовленное для получения таких фильтрационных характеристик (проницаемость, эффективность, интенсивность задерживания загрязнений и др.), что оно становится пригодным для удаления частиц из маловязких жидкостей и газов. Изобретение относится к слоям нетканого материала, обладающим достаточной прочностью на разрыв при растяжении, в том числе в мокром состоянии, прочность на разрыв при продавливании и другими характеристиками, обеспечивающими безотказное функционирование при обычных условиях фильтрации, таких как изменения интенсивности потока, температуры, давления и концентрации частиц в процессе удаления частиц из потока текучей среды. Кроме того, изобретение относится к конструкциям фильтров, содержащим один или несколько слоев материала, обеспечивающего удаление частиц вместе с другими слоями аналогичных или отличающихся материалов. Эти слои могут размещаться на пористом или перфорированном несущем элементе, который обеспечивает механическую прочность в процессе фильтрации. Такие конструкции могут быть реализованы в любых формах фильтров, таких как панели, картриджи, фильтрующие вставки и др. Настоящее изобретение относится к слоям фильтрующих материалов и к способам фильтрации газов и водных или неводных жидкостей. Газовые потоки могут включать как воздух, так и отходящие газы производственных процессов. Жидкости могут включать воду, топлива, масла, гидравлические жидкости и т.п. Настоящее изобретение также относится к системам и способам отделения частиц, захваченных газом или жидкостью. Изобретение также относится к гидрофобным текучим средам (таким как масла или водные эмульсии масел или другие смеси масел), присутствующим в форме аэрозолей в газовых потоках (например, аэрозоли в картерных газах двигателя). Предпочтительные варианты конструкций также обеспечивают выделение других тонкодисперсных загрязняющих включений, например углеродных материалов из воздушных потоков. Также предлагаются способы осуществления фильтрации.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Нетканые полотна для многих приложений, в том числе и для фильтрующих материалов, производятся уже в течение многих лет. Такие структуры, которые могут быть изготовлены из двухкомпонентных материалов или материалов "сердечник-оболочка", описаны, например, в следующих патентах США: №3,616,160, выданный Wincklhofer и др.; №3,639,195, выданный Sanders; №4,210,540, выданный Perrotta; №5,108,827, выданный Gessner; №5,167,764, выданный Nielsen и др.; №5,167,765, выданный Nielsen и др.; №5,580,459, выданный Powers и др.; №5,620,641, выданный Berger; №6,146,436, выданный Hollingsworth и др.; 6,174,603, выданный Berger; №6,251,224, выданный Dong; №6,267,252, выданный Amsler; №6,355,079, выданный Sorvari и др.; №6,419,721, выданный Hunter; №6,419,839, выданный Сох и др.; №6,528,439, выданный Stokes и др.; №Н2.086, №5,853,439, выданные Amsler; №6,171,355; №6,355,076; №6,143,049; №6,187,073; №6,290,739; №6,540,801; №6,530,969. В настоящую заявку включаются ссылкой публикация РСТ WO 01/47618 от 5.07.2001 г. и публикация РСТ WO 00/32295 от 8.06.2000 г. Такие структуры применялись более или менее успешно для фильтрации газовых, воздушных, водных и неводных потоков. При этом можно отметить, что нетканым полотнам, которые используются для удаления частиц из маловязких текучих сред, часто присущи различные недостатки.

Делались неоднократные попытки создания конструкций с использованием нетканого полотна и подходящих перфорированных несущих элементов. Частыми недостатками многих конструкций, изготовленных из нетканых материалов, получаемых из расплава аэродинамическим способом, и из слоев материалов, получаемых с использованием технологии термического ламинирования, являются: неточные размеры пор, невысокая производительность, низкая проницаемость, недостаточная прочность или другие проблемы, которые не обеспечивают достаточной эффективности материалов или конструкций фильтров при их использовании для фильтрации текучих сред.

Имеется насущная потребность в фильтрующих материалах, конструкциях фильтров и способах фильтрации, которые могли бы использоваться для удаления частиц материалов из потоков текучих сред, в частности из газовых потоков, например воздушных потоков, а также из потоков водных и неводных жидкостей, таких как смазочные масла и гидравлические жидкости. В изобретении предлагаются такие материалы, конструкции фильтров и соответствующие способы, а также предлагаются уникальные материалы или различные конфигурации слоев материалов, которые обеспечивают достаточно высокую проницаемость, высокую механическую прочность, достаточную производительность и большой срок службы.

Некоторые газовые потоки, например газы, выходящие из картера дизельного двигателя, содержат значительные количества захваченных масел в форме аэрозолей. Размеры основной части мельчайших масляных капелек в аэрозоле обычно лежат в диапазоне 0,1-5,0 микрон. Кроме того, такие газовые потоки также несут достаточные количества тонкодисперсных загрязнений, таких как углеродистые загрязнения. Такие загрязняющие включения имеют средний размер частиц порядка 0,5-3,0 микрон. Было бы желательно уменьшить содержание таких загрязнений в указанных газовых системах. Для решения указанных проблем предлагались различные технические решения. Требуемые улучшения относятся прежде всего к следующим характеристикам фильтрующих систем:

(a) соотношение размеров и эффективности; то есть необходима достаточная эффективность работы при сравнительно небольших размерах системы фильтрации;

(b) соотношение стоимости и эффективности; то есть требуется достаточная или высокая эффективность при сравнительно невысокой стоимости системы фильтрации;

(c) универсальность; то есть разработка систем, которые могут быть приспособлены для широкого круга применений без необходимости их серьезных доработок;и

(d) возможность чистки/регенерации; то есть разработка систем, в которых обеспечивается их достаточно простая и удобная чистка (или регенерация), в случае возникновения такой необходимости, после продолжительной эксплуатации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В изобретении предлагается фильтрующий материал или материалы и уникальная конструкция фильтра, способного эффективно удалять частицы из потока маловязкой текучей среды в различных условиях работы. Предлагаемый в изобретении материал обладает высокой прочностью и прекрасными характеристиками фильтрации. Объектами изобретения являются термически склеенный лист, фильтрующий материал или фильтр, содержащий сформированный материал. Такие листовые материалы получают, соединяя в нужных пропорциях органическое или неорганическое фильтрующее волокно, двухкомпонентное связующее волокно из термопластического материала, а также дополнительно связующую смолу (необязательный компонент), вспомогательное волокно или другие фильтрующие материалы в сформированном слое. Использование двухкомпонентного волокна обеспечивает возможность формирования фильтрующего слоя или фильтрующего элемента, который может быть сформирован без использования связующей смолы или с использованием минимальных количеств такой смолы, в результате чего уменьшается или совсем предотвращается образование пленки связующей смолы и, кроме того, предотвращается возникновение неоднородностей фильтрующего слоя или фильтрующего элемента в связи с миграцией смолы к месту расположения фильтрующего слоя. Использование двухкомпонентного волокна создает возможность работы с меньшим сжатием, улучшает коэффициент заполнения, повышает прочность на разрыв при растяжении и улучшает использование фильтрующего волокна, такого как стекловолокно, и других тонковолоконных материалов, добавленных к фильтрующему слою или к фильтрующему элементу. Фильтрующее волокно - это волокно, обеспечивающее фильтрационные свойства материала, такие как контролируемый размер пор, проницаемость и эффективность. Кроме того, двухкомпонентное волокно обеспечивает улучшение технологичности процессов составления смеси, формирования листа или слоя и дальнейшей обработки, включая регулирование толщины, высушивание, нарезку и формирование фильтрующего элемента. Указанные компоненты соединяются в различных пропорциях для получения высокопрочного материала с высокой фильтрующей способностью, повышенной проницаемостью и продолжительным сроком фильтрации. Предлагаемый в изобретении материал может сохранять без изменений фильтрующую способность на протяжении длительного времени в условиях повышенных интенсивностей потоков и обеспечивать высокую эффективность работы.

Мы изобрели фильтрационный материал и уникальную конструкцию фильтра, способного удалять частицы из потоков текучей среды. Материал содержит термически склеенный лист или фильтр, изготовленный смешиванием в соответствующих пропорциях фильтрующего волокна и двухкомпонентного связующего волокна из термопластичного материала. Материал может содержать стекловолокно, смесь волокон различного диаметра, связующую смолу и двухкомпонентное связующее волокно из термопластичного материала. Такой материал может быть изготовлен с использованием дополнительных (необязательных) вспомогательных волокон и различных добавок. Указанные компоненты смешиваются для получения высокопрочного материала с повышенной пропускной способностью, проницаемостью и высокой механической прочностью. Предлагаемый в изобретении материал может без ухудшения сохранять фильтрационную способность при длительной работе в условиях высоких давлений.

Материал и фильтр могут работать при повышенных скоростях потоков, имеют высокую производительность и хорошую эффективность. Первый вариант осуществления изобретения содержит фильтрационный материал или материалы, выполненные из нетканого полотна с использованием термического склеивания. Второй вариант осуществления изобретения содержит двухслойный, трехслойный или многослойный (4-20, 4-64 или 4-100 слоев) фильтрационный материал или материалы. В одном из вариантов осуществления изобретения материал содержит слой первичной фильтрации и слой вторичной фильтрации, через которые последовательно проходит поток маловязкой текучей среды. Под слоем в настоящем описании понимается материал, имеющий отличающуюся структуру волокон, которая может быть получена изменением количества волокон, размеров и количества различных используемых волокон или изменением режима процесса. Слои могут быть изготовлены по отдельности и соединены позже или сразу. Третий вариант осуществления изобретения содержит конструкцию фильтра. Конструкция может содержать один слой или же от 2 до 100 слоев предлагаемого в изобретении фильтрующего материала. Такие слои могут содержать слой материала первичной фильтрации и слой материала вторичной фильтрации в соответствии с изобретением или их комбинации с другими фильтрующими слоями, несущими элементами и другими компонентами фильтра.

Четвертый вариант осуществления изобретения, характеризующийся высокими характеристиками фильтрации, содержит фильтрующий материал, который задерживает загрязнения по всей своей глубине и который не сжимается и не разрывается под действием нагрузок, возникающих в режиме фильтрации или в процессах преобразования. Такой материал может иметь низкий коэффициент заполнения в результате достаточного разнесения в пространстве двухкомпонентных и фильтрующих волокон.

Пятый вариант осуществления изобретения содержит способ фильтрации потока маловязкой текучей среды, содержащей частицы, с использованием вариантов предлагаемых в изобретении фильтрующих материалов и фильтров. Проницаемый несущий элемент может обеспечивать упрочнение материала, на который действует поток текучей среды, проходящей под давлением сквозь материал и несущий элемент. Механические несущие средства могут содержать дополнительные слои перфорированных несущих элементов, проволочные опорные элементы, сетчатые материалы с высокой проницаемостью или другие несущие конструкции. Предлагаемый в изобретении материал размещается в фильтрующем элементе, в панели, в картридже или другом модуле, обычно используемом для фильтрации водных или неводных жидкостей. Дополнительный вариант осуществления изобретения содержит способ фильтрации с использованием предпочтительных конструкций фильтров для системы вентиляции картера двигателя. Он в особенности касается использования фильтрующего материала в системах фильтрации газов картера двигателя. Предпочтительная форма материала -листовая, получаемая с использованием "мокрого" способа. Он может быть установлен в конструкцию фильтра с использованием различных конфигураций, например, свертыванием листа материала или его установкой в панели. В изобретении предлагаются конструкции фильтров для предпочтительного использования в системах фильтрации картерных газов двигателя. Приведены примеры конструкций. Также предлагаются предпочтительные конструкции фильтрующего элемента или картриджа, в которых используется предпочтительный тип фильтрующего материала. Кроме того, предлагаются способы фильтрации.

Предлагаемые в изобретении фильтрующие материалы могут использоваться в различных приложениях, в том числе в пылеулавливающих устройствах, в системах очистки воздуха для двигателей, в том числе работающих в особенно тяжелых условиях, в системах очистки газов для газовых турбин, в системах очистки воздуха для двигателей легковых автомобилей, а также в устройствах кондиционирования воздуха для транспортных средств, включая внедорожные автомобили, в устройствах очистки воздуха для дисковых запоминающих устройств, для удаления тонера фотокопировальных устройств, в фильтрах систем кондиционирования, предназначенных для использования в промышленности и в жилых зданиях. Бумажные фильтрующие элементы являются широко распространенными формами поверхностного фильтрующего материала. В общем случае бумажные элементы содержат плотные листы целлюлозы, синтетических или других волокон, расположенных поперек газового потока, содержащего загрязняющие частицы. Бумага должна обеспечивать прохождение газового потока, а имеющиеся в ней поры должны иметь такие размеры, обеспечивающие задерживание частиц, размеры которых превышают размеры пор. По мере того как газы (текучие среды) проходят через фильтровальную бумагу, на той стороне бумаги, которая обращена к набегающему потоку, захватываются и задерживаются частицы, размеры которых превышают заданную величину. Частицы скапливаются на этой стороне фильтровальной бумаги в форме слоя пыли. Со временем этот слой пыли начинает действовать как фильтр, в результате чего повышается эффективность фильтрации.

В общем случае предлагаемые в изобретении фильтрующие материалы и конструкции фильтров могут использоваться для фильтрации воздушных и газовых потоков, которые несут в себе захваченные частицы. Во многих случаях удаление из потока части или всех содержащихся частиц необходимо для обеспечения непрерывности процессов, удобства или для удовлетворения эстетических потребностей. Например, воздушные потоки, поступающие в кабину и в двигатель транспортного средства, или в оборудование, вырабатывающее электроэнергию, газовые потоки, направляемые в газовые турбины, а также воздушные потоки, поступающие в различные печи, часто содержат частицы различных материалов. В случае воздушных фильтров воздуха, поступающего в кабину транспортного средства, частицы материалов удаляются из воздушного потока для обеспечения комфорта пассажиров и/или для удовлетворения их эстетических потребностей. Что касается потоков воздуха или газа, поступающих в двигатели, газовые турбины и печи, то удаление частиц необходимо для предотвращения возможного серьезного повреждения внутренних компонентов различных механизмов. В других случаях производственные или отходящие газы производственных процессов могут содержать частицы различных материалов. Прежде чем такие газы могут быть направлены дальше в соответствующее оборудование или выпущены в атмосферу, может возникать необходимость в извлечении частиц, присутствующих в газовых потоках. В общем случае предлагаемая технология может быть использована и для фильтрации жидких сред. При фильтрации жидких сред для отделения частиц используется механизм отсеивания, при котором частицы отделяются в соответствии с их размерами. При использовании одного слоя его эффективность определяет характеристики фильтрации. При использовании многослойных структур для фильтрации жидких сред их эффективность определяется характеристиками слоя, имеющего наибольшую эффективность фильтрации. Жидкости направляются через предлагаемый в изобретении материал, при этом содержащиеся в них частицы выделяются отсеиванием. В системах фильтрации жидких сред, то есть для случая, когда частицы материала, которые должны отфильтровываться, находятся в жидкости, осуществляется фильтрация водных и неводных потоков, и комбинаций таких потоков, например потоков воды, смазочного масла, гидравлической жидкости, топлива или потока жидкости, собираемой брызгоуловителями. Потоками водных сред могут быть потоки естественных и искусственных жидкостей, таких как сточные воды, вода системы охлаждения, производственная вода и т.п. Неводными средами являются бензин, дизельное топливо, нефть, синтетические смазочные средства, гидравлические жидкости и другие рабочие жидкости на основе сложных эфиров, смазочно-охлаждающие жидкости, пищевые масла и т.п. Смешанными средами являются эмульсии, содержащие, например, воду в масле или масло в воде, а также аэрозоли, содержащие воду и неводный компонент.

Предлагаемый в изобретении фильтрующий материал содержит эффективное количество двухкомпонентного связующего волокна. В настоящем описании под "двухкомпонентным волокном" понимается термопластичный материал, содержащий по меньшей мере одну часть волокна, имеющую определенную точку плавления, и вторую часть, имеющую более низкую точку плавления. Физически такие волокна представляют структуру "оболочка-сердцевина" или "бок-о-бок". В структуре "бок-о-бок" два вида смолы экструдируются в соединенной форме для получения конфигурации двух материалов, примыкающих друг к другу. Могут также использоваться дольчатые волокна, концы которых содержат полимер с более низкой точкой плавления. "Стекловолокно" -это волокна, изготовленные из стекла различных типов. Под термином "вспомогательные волокна" понимаются разнообразные волокна как природные, так и синтетические. Такие волокна используются для получения термически склеенного листового фильтрующего материала или фильтра, и, кроме того, они могут также способствовать получению пор необходимого размера, требуемых величин проницаемости, прочности, сжимаемости и других требуемых характеристик фильтра. Предлагаемый в изобретении материал разработан для обеспечения подходящих величин коэффициента заполнения, толщины, диаметра волокон, размера пор, эффективности, проницаемости, прочности и сжимаемости для получения эффективных характеристик при фильтрации потока определенной маловязкой текучей среды. Коэффициент заполнения определяется как объем волокон, деленный на общий объем фильтрующего материала, и обычно выражается в процентах. Например, материал, используемый для фильтрации запыленного воздушного потока, может отличаться от материала, используемого для отделения воды или масляного тумана из воздушного потока. Кроме того, материал, используемый для удаления частиц из потока жидкости, может отличаться от материала, используемого для удаления частиц из воздушного потока. Каждое применение объекта изобретения характеризуется определенным набором фильтрующих параметров, как это описано ниже.

Предлагаемый в изобретении фильтрующий материал может быть изготовлен из фильтрующих волокон. В качестве фильтрующего волокна могут использоваться самые разные волокна, имеющие диаметр, длину и характеристическое отношение, подходящие для использования в фильтрационных приложениях. Одним из предпочтительных волокон является стекловолокно. Стекловолокно может составлять значительную часть предлагаемого в изобретении фильтрующего материала. Стекловолокно обеспечивает получение нужного размера пор и взаимодействует с другими волокнами для получения материала, имеющего повышенную пропускную способность, высокую производительность, хорошую эффективность и высокую механическую прочность в мокром состоянии. Термин "источник" стекловолокна означает определенное стекловолокно, определяемое средним диаметром волокон и характеристическим отношением, которое имеется на рынке и используется в качестве исходного сырья. Смеси одного или нескольких таких источников не считаются отдельными источниками.

Было обнаружено, что в результате смешивания в различных пропорциях двухкомпонентного волокна и фильтрующего волокна можно получить существенное улучшение прочности фильтрующего материала и характеристик фильтрации. Кроме того, смешивание волокон, имеющих разные диаметры, может улучшить свойства конечного материала. Для получения конечного материала могут использоваться "мокрый" или "сухой" способы. Для получения предлагаемого в изобретении фильтрующего материала из волокон формируется пластина с использованием "мокрого" или "сухого" способов. Пластина нагревается для того, чтобы расплавить термопластичные материалы и сформировать фильтрующий материал путем внутреннего склеивания волокон. Двухкомпонентное волокно, используемое для получения предлагаемого в изобретении фильтрующего материала, обеспечивает сплавление волокон в механически прочный лист, материал или фильтр. Двухкомпонентное волокно, имеющее термически приклеивающую внешнюю оболочку, соединяется с другими волокнами слоя фильтрующего материала. Двухкомпонентное волокно может использоваться вместе с водным или иным раствором смолы и другими волокнами для получения фильтрующего материала.

В предпочтительном "мокром" процессе изготовления фильтрующий материал получают из водного состава, содержащего распределенный волоконный материал в водосодержащей среде. В качестве водосодержащей жидкости с распределенным волоконным материалом обычно используется вода, которая может также содержать и другие материалы, такие как регуляторы рН, поверхностно-активные вещества, противопенные добавки, замедлители горения, модификаторы вязкости, красители и т.п. Водосодержащая жидкость обычно отделяется от суспензии и удаляется на сите или на другом перфорированном несущем элементе, на котором остаются твердые материалы, а жидкость стекает, в результате чего получают мокрую композицию листа. Мокрая композиция, после ее формирования на несущем элементе, обычно дополнительно обезвоживается с использованием вакуумного отсасывания и затем высушивается для испарения остающейся жидкости. После удаления жидкости осуществляют термическое склеивание путем расплавления некоторой части волокон из термопластичного материала, смолы или других составляющих сформированного материала. Расплавленный материал соединяет компоненты в слой.

Предлагаемый в изобретении фильтрующий материал может быть получен на оборудовании любого масштаба: от лабораторных сит до промышленных бумагоделательных машин. Для производства на промышленной основе предлагаемые в изобретении двухкомпонентные пластины в общем случае могут обрабатываться с использованием машин, аналогичных бумагоделательным машинам, таким как имеющиеся на рынке длинносеточные бумагоделательные машины (Fourdrinier), проволочные цилиндры, машины Stevens Former, Roto Former, Inver Former, Venti Former и наклонные машины Delta Former. Предпочтительно используется наклонная машина Delta Former. В общих чертах процесс получения фильтрующего материала состоит из диспергирования двухкомпонентных волокон, стекловолокна или других материалов в водосодержащей жидкости, опускания жидкости для получения мокрой композиции, ее нагревания, склеивания и высушивания мокрой нетканой композиции для получения конечного продукта, фильтрующего материала.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемый в изобретении фильтрующий материал относится к композитным, нетканым материалам, которые изготовлены для целей фильтрации с использованием "сухого" или "мокрого" способов и обладают способностью изменения формы, жесткостью, прочностью, низкой сжимаемостью и устойчивостью к механическим воздействиям, способностью задерживать большое количество частиц, низким падением давления при прохождении через него потока, а также имеют размеры пор и эффективность работы, пригодные для фильтрации текучих сред. Предпочтительно предлагаемый в изобретении фильтрующий материал получают с использованием "мокрого" способа, при этом материал составляют из множества ориентированных случайным образом волокон, например стекловолокна и двухкомпонентного волокна. Эти волокна соединяются вместе с помощью двухкомпонентного волокна и иногда с помощью добавляемой связующей смолы. Фильтрующий материал, который может использоваться в фильтрах, и способы настоящего изобретения содержат неорганическое волокно, двухкомпонентное связующее волокно, связующее вещество и другие компоненты. Волокна предлагаемого в изобретении фильтрующего материала могут быть органическими волокнами как природными, так и синтетическими, в том числе волокнами полиолефинов, сложных полиэфиров, нейлона, хлопка, шерсти и другими волокнами. Волокна предлагаемого в изобретении фильтрующего материала могут быть неорганическими волокнами, например волокнами стекла, металлов, диоксида кремния, полимеров и другими пригодными волокнами.

Предлагаемая в изобретении предпочтительная конструкция фильтра содержит по меньшей мере один слой предлагаемого в изобретении фильтрующего материала, усиленного механически прочным перфорированным несущим элементом. Фильтрующий материал вместе с несущим элементом часто представляют собой панель, картридж или другие используемые формы фильтров. Слой фильтрующего материала может иметь заданные размеры пор для целей удаления частиц, размеры которых могут находиться в диапазоне от примерно 0,01 микрона до примерно 100 микрон, из потоков текучих сред, удаления жидких включений в форме тумана с размером капелек от примерно 0,01 микрона до примерно 100 микрон из газовых потоков, удаления частиц размерами от примерно 0,1 микрона до примерно 100 микрон из потоков водных жидкостей, удаления частиц размерами от примерно 0,05 микрона до примерно 100 микрон из потоков неводных жидкостей или удаления частиц размерами от примерно 0,05 микрона до примерно 100 микрон из потоков топлива, смазочных материалов или гидравлических жидкостей.

Для фильтрующего материала важны механические характеристики, такие как предел прочности на растяжение в сухом и мокром состояниях, прочность на разрыв при продавливании и т.п. Важной также является и характеристика сжимаемости. Под сжимаемостью понимается сопротивление сжатию или деформации в направлении прохождения потока текучей среды сквозь фильтрующий материал. Сжимаемость должна быть достаточной для того, чтобы сохранялась толщина материала, что позволяет сохранять постоянными структуру пор и характеристики пропускаемого потока и удаления частиц. Многие высокоэффективные материалы, изготовленные с использованием "мокрого" способа в режиме насыщения смолы, нетканые материалы, получаемые из расплава аэродинамическим способом, и другие известные материалы не обладают хорошей устойчивостью к сжатию и сминаются при повышении давления. Эта проблема особенно актуальна для фильтров потоков жидкостей, но может возникать также и для фильтров газовых потоков. Кроме того, материалы, которые складываются при изготовлении фильтра, должны иметь достаточный предел прочности на растяжение, обеспечивающий возможность выполнения различных операций при формировании интегрированной сложенной конструкции. Например, при изготовлении подобного рода изделий могут использоваться такие операции, как складывание, гофрирование, наматывание, разматывание, сворачивание, ламинирование, нанесение покрытий, ультразвуковая сварка, выдавливание лунок и др. Материалы, не обладающие достаточной прочностью на растяжение, могут быть разрушены при выполнении таких операций.

Предел прочности при сжатии понимается в настоящем описании как относительное изменение измеряемой толщины при повышении давления. Ниже приведены типичные величины предела прочности при сжатии предлагаемых в изобретении фильтрующих материалов:

* При изменении давления от 1,25 фунт/дюйм² до 40 фунт/дюйм² предел прочности изменяется от 8% до 40%

* При изменении давления от 0,125 фунт/дюйм² до 0,625 фунт/дюйм² предел прочности изменяется от 10% до 20%

Предел прочности при растяжении, понимаемый в настоящем описании как пиковая нагрузка, выражается обычно как пиковая нагрузка на единицу ширины сухого материала при проведении нагрузочных испытаний. Предел прочности при растяжении обычно зависит от ориентации листа. Для изделий, в отношении которых выполняются операции по их сворачиванию/разворачиванию, важным является направление движения полуфабриката в машине (машинное направление). Диапазон изменения предела прочности при растяжении в машинном направлении для таких двухкомпонентных листов составляет от примерно 2 фунт/(дюйм ширины) до примерно 40 фунт/(дюйм ширины) или от примерно 5 фунт/(дюйм ширины) до примерно 35 фунт/(дюйм ширины). Ясно, что эта величина изменяется при изменении толщины и количества двухкомпонентных волокон.

Часто полезным оказывается использование фильтра с градиентной структурой, при которой размеры пор уменьшаются в направлении потока. Иначе говоря, плотность пористой структуры фильтра непрерывно увеличивается в направлении движения потока. В результате частицы или загрязняющие включения, которые должны отфильтровываться, в зависимости от их размеров будут проникать на разную глубину. То есть частицы или загрязняющие включения будут распределяться по глубине материала фильтра, в результате чего уменьшается падение давления на фильтре, следствием чего является увеличение срока службы фильтра.

В других случаях, например, при удалении водяного или масляного тумана из газового потока, часто бывает выгодно использовать фильтр с градиентной структурой, в которой размеры пор увеличиваются в направлении потока. Иначе говоря, плотность пористой структуры фильтра уменьшается в направлении движения потока. В общем случае это приводит к уменьшению площади поверхности волокон на обратной стороне фильтра (на выходе потока). В результате захваченные мелкие капли будут сближаться и сливаться в более крупные капли. В то же время обратная сторона фильтра более открыта, и более крупные капли могут стекать с поверхности материала фильтра. Указанные градиентные структуры могут быть получены в одном слое расслаиванием волокон по их диаметру или же соединением нескольких отдельных слоев путем нанесения ряда различающихся составов. Часто при соединении отдельных слоев ламинированием происходит потеря полезной площади фильтрующей поверхности. Это справедливо для большинства систем ламинирования с использованием склеивания, когда одну поверхность покрывают адгезивом и затем прижимают к поверхности другого слоя, причем нанесение адгезива может быть по всей поверхности или точечным. Это справедливо и для случая точечного соединения листов материала с использованием ультразвуковой сварки. Уникальной особенностью использования двухкомпонентных волокон в листе или материале фильтра является то, что они не только склеивают волокна отдельных слоев, но также склеивают и сами слои. Это может осуществляться с использованием обычного термического ламинирования или же складыванием слоев.

Предлагаемый в настоящем изобретении фильтрующий материал в большинстве случаев обеспечивает высокие характеристики фильтрации, так что потоки текучих сред, включая воздушные и газовые потоки, потоки водных и неводных жидкостей, топлив, смазочных средств и гидравлических жидкостей, могут быть быстро очищены от загрязняющих частиц.

В дизельных двигателях с высоким давлением в цилиндрах часто происходит просачивание газов, а точнее топливо-воздушной смеси через уплотнения поршней из камер сгорания. Такие просачивающиеся газы в общем случае содержат газовую фазу, воздух или газообразные продукты сгорания и несут в себе следующие включения: (а) гидрофобную жидкость (например, масло с распыленным топливом), содержащую мелкие капли размером 0,1-5,0 микрон, и (b) загрязняющие углеродистые вещества, которые возникают при сгорании топлива и обычно содержат частицы сажи, размеры которых в основном лежат в диапазоне 0,1-10 микрон. Такие просачивающиеся газы в общем случае выпускаются из блока цилиндров двигателя в атмосферу через вентиляционное отверстие. В настоящем описании термин "гидрофобные жидкости" используется в отношении жидких включений газовых потоков, причем термин относится к неводным жидкостям, в частности к маслам. В общем случае такие материалы не смешиваются с водой. В настоящем описании термин "газ" (или его варианты) используется в отношении воздуха, газообразных продуктов сгорания топлива или других газов, содержащих распыленные жидкости. Газы могут содержать значительное количество других компонентов. Такие компоненты могут включать, например, медь, свинец, кремний, алюминий, железо, хром, натрий, молибден, олово и другие тяжелые металлы. На грузовиках, в сельскохозяйственных машинах, на катерах и лодках, на автобусах и во многих других технических средствах часто используются дизельные двигатели, в которых возникают значительные газовые потоки, содержащие вышеуказанные загрязняющие включения. Например, величины таких потоков могут составлять 2-50 фут³/мин и, как правило, 5-10 фут³/мин. В дизельном двигателе с турбонаддувом воздух, подаваемый в двигатель из атмосферы, пропускается через воздушный фильтр для его очистки. Очищенный воздух подается в двигатель под давлением. Затем воздух сжимается поршнями и сгорает вместе с топливом. В процессе сгорания возникают газы, просачивающиеся из цилиндров двигателя. В потоке газов, просачивающихся из цилиндров двигателя, устанавливается устройство фильтрации для очистки газов и подачи их снова в систему впуска воздуха. Газы и воздух снова через систему турбонаддува подаются в двигатель. В изобретении предлагается фильтр, который может использоваться для отделения гидрофобной жидкой фазы от газового потока (иногда такой фильтр называется в настоящем описании коагулятором/сепаратором). В процессе работы поток газов с загрязняющими включениями направляется в коагулятор/сепаратор. Внутри коагулятора/сепаратора осуществляется коагуляция тонкодисперсной масляной фазы или аэрозольной фазы (гидрофобной фазы). Фильтр устроен таким образом, что по мере того как гидрофобная фаза коагулирует в мелкие капли, она будет стекать уже как жидкость, которую можно будет легко собрать и удалить из системы. Для предпочтительных конструкций, рассмотренных ниже, коагулятор или коагулятор/сепаратор, особенно с задержанной масляной фазой, работает в качестве фильтра и для других загрязняющих включений (например, для частиц