CN1238088C - 集成无纺织层压材料 - Google Patents

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Abstract

一种适用作过滤介质的集成无纺织层压材料和制造集成无纺织层压材料的方法，所述集成无纺织层压材料具有与低膨松多组分纺粘层和高膨松多组分纺粘层结合在一起的微纤维层。在本发明的一个实施例中，层状材料是通气粘结的以形成集成无纺织层压材料，然后将集成无纺织层压材料电介体处理以提高过滤粒子与集成无纺织层压材料的纤维之间的吸附力。在本发明的一个实施例中，集成无纺织层压材料用作为具有约40%至约95%的ASHRAE(美国采暖、制冷及空气调节工程师学会)标准52.1-1992尘斑效率和12至16的ASHRAE标准52.2-1999METV(最小效率报告值)。

Description

集成无纺织层压材料
                           背景技术
具有大纤维间孔并因而具有高渗透性的过滤介质通常包含稀疏排列的较粗纤维。这种过滤介质仅需要相对较低的驱动压力就能提供足够过滤通过量和使用期。然而，由于介质的大纤维间孔结构不具有适于截留细沾染物粒子的填隙结构，高渗透过滤介质比如住宅用玻璃纤维供暖、通风及空调(HVAC)过滤器的过滤效率很低。因而，在细粒子过滤中已经不使用粗纤维、高渗透的过滤介质。
相反，微纤维无纺织网(如融喷纤维网)已经作为细粒子过滤介质使用。这些网的紧密排列细纤维具有小纤维间孔结构，所述小纤维间孔结构极适于机械式截留或者筛滤细小粒子。但是，紧密排列细纤维的融喷纤维网和其它类似微纤维网的小孔结构致使网的渗透性降低和通过网的压降升高。因此，细纤维过滤介质的低渗透性要求高驱动压力来确保充分的过滤通过量。而且，当沾染物堆积在过滤介质的表面时，沾染物就会迅速的阻塞小纤维间孔并因而降低介质的渗透性，因此致使通过介质的压降升高并使其使用期大大的缩短。
此外，微纤维网过滤介质往往不具有充分到足以自支持的物理均匀完整性。尽管通过提高所述网的基重或厚度可改善微纤维过滤介质的物理均匀完整性，但是基重或厚度提高加大了通过过滤介质的压降。基于此，通常将微纤维网过滤介质层压成支撑层或填充在刚性框架里。然而，传统的支撑层或刚性框架通常无助于过滤过程且增加了过滤介质的生产成本。
需要一种合成的过滤介质，所述过滤介质结合了所需的包括高过滤效率和粒子保持、高渗透性、低压降、高通过量和长使用期的过滤特性。
                           发明概述
针对现有技术存在的已述困难和问题，发明了一种适于用作过滤的集成无纺织层压材料。所述集成无纺织层压材料包括微纤维层，在微纤维层一边上的低膨松多组分纺粘层和在微纤维层另一边上的高膨松多组分纺粘层。所述低膨松多组分纺粘层具有支持、加强集成无纺织层压材料的功能并提高了其过滤效率。可取的是所述低膨松多组分纺粘层具有约33克每平方米至170克每平方米的基重，更可取的是基重约67克每平方米至102克每平方米。可取的是低膨松多组分纺粘层具有至少0.05克/厘米3的密度，更可取的是密度约0.08克/厘米3至约0.14克/厘米3，最好是密度约0.10克/厘米3至约0.13克/厘米3。
当空气穿过高膨松多组分纺粘层进入集成无纺织层压材料时，所述高膨松多组分纺粘层用作为预过滤层和灰尘截留层。所述高膨松多组分纺粘层具有用于粒子积聚的结构，因而提高了过滤器的容尘量和使用寿命。作为高膨松材料的一个实施例，相对于低膨松双组分纺粘层，卷曲双组分纺粘纤维具有较高的膨松。可取的是所述高膨松多组分纺粘层具有约33克每平方米至170克每平方米的基重，更好的是基重约67克每平方米至102克每平方米。可取的是高膨松多组分纺粘层具有少于0.05克/厘米3的容重，更可取的是容重约0.015克/厘米3至约0.035克/厘米3，最好是容重约0.02克/厘米3至约0.03克/厘米3。
根据本发明的一个实施例，所述低膨松多组分纺粘层的多组分纺粘纤维与所述高膨松多组分纺粘层的多组分纺粘纤维是具有低熔点聚合物组分和高熔点聚合物组分的双组分纺粘纤维，所述低熔点聚合物组分和高熔点聚合物组分最好以并列或皮/芯的结构放置。所述高膨松双组分纺粘层可具有膨体形纤维以增强容尘量。
所述微纤维层包含分布相对紧密的微纤维。可取的是，所述微纤维的基重是约10克每平方米至34克每平方米，最好是约13克每平方米至21克每平方米。可取的是所述微纤维层具有少于0.05克/厘米3的容重，更可取的是容重约0.08克/厘米3至约0.14克/厘米3，最好是容重约0.10克/厘米3至约0.13克/厘米3。所述微纤维层可包括具有阻挡层与膨体层的双层纤维网，所述阻挡层与膨体层造成了微纤维层的密度梯度。
为了制造本发明集成无纺织层压材料，首先形成低膨松多组分层，然后将微纤维层放置在低膨松多组分纺粘层上并且将高膨松多组分纺粘层放置在微纤维层上。
根据本发明的一个实施例，然后，将含双组分纺粘纤维的层状无纺织材料穿过通气粘结装置，其中，加热所述层状无纺织材料使其温度高于所述低熔点聚合物组分的熔点而低于所述高熔点聚合物组分的熔点，因而致使相邻层的双组分纤维形成纤维间粘合。结果形成了这些双组分纤维、单一、粘结的集成无纺织层压材料的自生粘合，这就适于用作过滤介质。为了增大过滤粒子与过滤器纤维之间吸附力，在集成无纺织层压材料形成之前或之后，可电介体处理(电极化)集成无纺织层压材料的任一层或所有层。例如，在将微纤维层放置到低膨松多组分纺粘层上之前，可先电介体处理它。
根据前述思想，本发明的特点和优点是提供一种用于过滤的集成无纺织层压材料，所述集成无纺织层压材料包括放置在低膨松多组分纺粘层和高膨松多组分纺粘层之间的微纤维层。
本发明另一特点和优点是提供一种包括集成无纺织层压材料的过滤介质。
                        附图简要说明
图1示出了本发明一个实施例集成无纺织层压材料的侧视简图；
图2示出了本发明一个实施例按并列结构排列的双组分纺粘纤维横截面形状；
图3示出了本发明一个实施例按皮/芯结构排列的双组分纺粘纤维横截面形状；
图4-9示出了本发明一个实施例几种适合的高膨松双组分纺粘纤维的横截面形状；和
图10示出了本发明一个实施例生产集成无纺织层压材料的方法。
定义
“无纺织物或网”意思是具有单纤维或线结构的网，所述单纤维或线放置在网中间，但不是以如在编织物中规则的或可辨认的方式放置。无纺织物或网可用很多工艺生产，如熔喷工艺，纺粘工艺，气流成网工艺和粘结梳理纤维网工艺。所述无纺织物的基重通常用材料盎司每平方码(osy)或克每平方米(gsm)来表示，并且纤维直径通常用微米来表示。
(注：克每平方米(gsm)＝33.91×盎司每平方码(osy))
“微纤维”意思是含平均直径不大于约30微米的小直径纤维，如平均直径从约1微米至约20微米，或特别的，微纤维可以具有平均直径约0.5微米至约10微米。纤维直径的另一常用表述是旦尼尔，它定义为克每9000米纤维。对于圆形横截面的纤维，旦尼尔可用纤维直径(平方微米)乘以密度(克/厘米3)乘以0.00707计算出来。较低的旦尼尔指的是较细纤维，较高的旦尼尔指的是较厚或较重纤维。例如，假如直径15微米的聚丙烯纤维可通过平方，所得结果乘以0.89克/厘米3，再乘以0.00707转换成旦尼尔。因而，15微米的聚丙烯纤维约有1.42(152×0.89×0.00707＝1.415)旦尼尔。除美国之外，更常用的测量单位是“特”，它被定义为纤维每一千米的克数。特可通过旦尼尔/9计算出来。
“纺粘纤维”指的是通过从众多圆形或其它结构喷丝头纤细毛细管中将熔融热塑性材料挤压成单丝而形成的小直径纤维，同时通过Appel等人美国专利4340563，Dorschner等人的美国专利3692618，Matsuki等人的美国专利3802817，Kinney的美国专利3338992和3341394，Hartman的美国专利3502763，Petersen的美国专利3502538和Dobo等人的美国专利中的方法迅速减小挤压出的单丝直径，这里通过参考并结合了它的全部。当将纺粘纤维放置在凝聚面上时，骤冷纺粘纤维并且通常不粘结。纺粘纤维通常是连续的，并且平均直径通常大于约7微米，特别的是在约10微米至30微米之间。
“熔喷纤维”意思是通过挤压熔融热塑性材料使其作为熔融线或单丝通过众多纤细的，通常圆形的，压出板毛细管进入汇聚高速气体(即空气)流而形成的纤维，所述高速气流使熔融热塑性材料的单纤维变细以减小它们的直径，这可形成微纤维直径。此后，通过高速气流运送熔喷纤维并把它放置在凝聚面上以形成无规分布熔喷纤维网。Butin的美国专利3849241和Haynes等人的美国专利6001303中公开了这些工艺。熔喷纤维可以是连续或不连续的、通常直径小于10微米且放置在凝聚面上时通常自身粘结的微纤维。本发明所用的熔喷纤维最好长度上是基本连续的。
“单组分纤维”指的是从一个或多个仅使用一种聚合物的挤压机中挤压出来而形成的纤维。这不意味着排除一种为改变纤维颜色、抗静电性、润滑、亲水性等而添加少量添加剂的聚合物形成的纤维。这些添加剂，即用于染色的二氧化钛，通常重量上占有量少于5％并且更普遍的是占约2％。
术语“多组分单丝或纤维”指的是由至少两种聚合物中形成的纤维，所述至少两种聚合物是从分离的挤压机中挤压出来但捻在一起以形成一个纤维。作为多组分单丝或纤维的一个实施例，“双组分单丝或纤维”包括两种聚合物，所述两种聚合物通常基本上排列在双组分纤维横截面的不同区域上且沿着双组分纤维长度连续延伸。例如，所述双组分纤维结构可以是一种聚合物包围另一聚合物的皮/芯结构，或是并列结构或是天星状结构。Kaneko等人的美国专利5108820，Strack等人的美国专利5336552，Pike等人的美国专利5382400和Cook的美国专利5989004中教导了该双组分纤维。这里通过参考并结合了它的全部。对于双组分纤维，可提供聚合物的比率是75/25，50/50，25/75或任何其它所需的比率。传统的添加剂(例如颜料与表面活性剂)可合并到一种或两种聚合物流中，或是涂布到单丝表面。该术语也包括含有两种组分以上的类似纤维或单丝。
术语“聚合物”包括但不限于均聚物、共聚物(如嵌段共聚物、接枝共聚物、无规共聚物、交替共聚物)、三元共聚物等和它们的混合物与变性物。而且，除非其它特别限定，术语”聚合物“将包括材料的所有可能几何结构。这些结构包括但不限于全同立构对称、间同立构对称和无规立构对称。
术语“电介体处理”或“电介体化”指的是在介质材料(如聚烯烃)里和/或上放置电荷的任何方法。电荷通常包括聚集在聚合物表面或者其附近的正电荷层或负电荷层，或者贮存在许多聚合物中的电荷云。电荷也可包括冻结成直线排列的分子偶极子的极化电荷。使材料遭受电介体化的方法已为现有技术人员所熟知。所述方法包括热放电、液体接触放电、电子束放电与电晕放电方法。一个示范性的用于在介质材料上放置电荷的过程包括给材料应用直流电电晕放电。该类型的典型传统方法详细的记载在1995年3月28日公开的Tsai等人的名称为“用于网或膜的静电充电的方法和装置”美国专利5401446中，这里通过参考结合了该专利的全部。该技术涉及使材料遭受一对电场，其中电场具有相反的极性。
术语“通气粘结”或“TAB”意思是粘结无纺织双组分纤维网的工艺，在所述工艺里迫使温度高于至少一个网聚合物组分熔点的空气穿过网。空气速度可以在每分钟100英尺至500英尺之间并且停留时间可以长达6秒。聚合物的熔化与再固化提供了粘结过程。热空气熔化了较低熔点聚合物组分并因而在单丝间形成粘结以合成网。
这里使用的术语“低膨松多组分纺粘层”指的是含有相对于“高膨松多组分纺粘层”膨松较低的纺粘材料层。可取的是低膨松层容重至少是0.05克/厘米3，更可取的容重是约0.08克/厘米3至约0.14克/厘米3，最好容重是约0.10克/厘米3至约0.13克/厘米3。
这里使用的术语“高膨松多组分纺粘层”指的是含有相对于“低膨松多组分纺粘层”膨松较高的纺粘材料层。可取的是高膨松层容重至少是0.05克/厘米3，更可取的容重是约0.015克/厘米3至约0.035克/厘米3，最好容重是约0.02克/厘米3至约0.03克/厘米3。
这里使用的术语“集成层压材料”指的是具有至少将一种多组分纺粘层粘结到至少一种微纤维层上以形成粘合层状材料的层状材料。可取的是多组分纤维或双组分纤维的熔喷层放置在低膨松双组分纺粘层与高膨松双组分纺粘层之间，并且经受通气粘结工艺以形成单一粘合层状材料。
这里使用的术语“卷曲”指的是三维卷曲或者如螺旋形的卷曲且不包括纤维中的无规二维波纹形与波浪形。
这里使用的术语“自生粘合”与“自体的粘结”指的是在与外部添加剂无关的分离部分和/或表面之间粘结，所述外部添加剂如粘合剂，固化剂，机械加固剂和类似的物质。例如，可通过在纤维接触点利用纤维间粘合来自体地粘结许多多组分纤维，而且基本上不降解网或者纤维的结构。
在本说明书的剩余部分可用其它词语限定上述术语。
                      优选实施例的详细描述
参照图1，集成无纺织层压材料10包括低膨松(loft)多组分纺粘层12，高膨松(loft)多组分纺粘层14，和放置在所述低膨松多组分纺粘层12与所述高膨松多组分纺粘层14之间的微纤维层16。可取的是，所述低膨松多组分纺粘层12与所述高膨松多组分纺粘层14包括双组分纺粘纤维。所述集成无纺织层压材料10将具有约0.015克/厘米3至约0.049克/厘米3的整体容重，更好整体容重为约0.025克/厘米3至0.030克/厘米3。可取的是，所述集成无纺织层压材料10的整体基重在约75克每平方米至374克每平方米(gsm)之间，更可取的是在100-225克每平方米之间。改变层12，14，16每一层基重和制造层12，14，16每一层所用的纤维纤度可生产出各种具有所需过滤特性的集成无纺织层压材料10。
根据本发明生产的集成无纺织层压材料10尤其用作为过滤介质，例如作为小型口袋过滤器，它具有约40％至约95％的ASHRAE(美国采暖、制冷和空气调节工程师学会)标准52.1-1992尘斑(dust spot)效率与12至16的ASHRAE(美国采暖、制冷和空气调节工程师学会)标准52.2-1992MERV(最小效率报告值)。
所述低膨松多组分纺粘层12具有支持、加强集成无纺织层压材料10的功能并提高了其过滤效率。所述低膨松多组分纺粘层12具有不卷曲的多组分纤维。因而，相对于高膨松多组分纺粘层14，所述低膨松多组分纺粘层12具有较低的膨松。可取的是，所述低膨松多组分纺粘层12基重约为33-170克每平方米，更可取的是基重约67-102克每平方米。还可取的是所述低膨松多组分纺粘层12具有至少0.05克/厘米3的容重，更可取的是容重约0.08克/厘米3至约0.14克/厘米3，最好容重约0.10克/厘米3至约0.13克/厘米3。根据本发明的一个实施例，所述低膨松多组分纺粘层12的基重为集成无纺织层压材料10整体基重的约15％至约60％，最好是集成无纺织层压材料10整体基重的约20％至约50％。可取的是所述多组分纺粘纤维直径约10微米至约30微米，最好其直径约15微米至约20微米。
根据本发明的一个实施例，使大量的多组分纺粘纤维穿过冷空气拉伸装置可制造出所述低膨松多组分纺粘层12，在这个过程中，不卷曲所述多组分纺粘纤维，并因而制造出膨松相对低的纺粘材料。
在过滤的过程中，所述高膨松多组分纺粘层14最好具有高膨松和低压降。其目的在于卷曲所述高膨松多组分纺粘层14的多组分纺粘纤维以利于其具有更高的膨松与更好的截留粒子，并以此来提供粒子承载量和延长其使用寿命。根据本发明的一个实施例，当空气穿过所述高膨松多组分纺粘层14进入集成无纺织层压材料10时，所述高膨松多组分纺粘层14用作预过滤层与灰尘截留层。
根据本发明的一个实施例，可通过热空气拉伸工艺制造出所述卷曲多组分纺粘纤维。Pike等人的并让与Kimberly-Clark公司的美国专利5382400教导了所述热空气拉伸工艺，这里通过参考结合了该发明的公开内容。所述热空气拉伸工艺仅仅是一种制造高膨松多组分纺粘层14的方法。可使用现有技术中熟知的其它方法制造卷曲多组分纺粘纤维，例如，Kimberly-Clark Worldwide有限责任公司的PCT公布WO 00/28123教导的制造卷曲多组分纺粘纤维方法，这里通过参考结合了该发明的公开内容。用所述卷曲多组分纺粘纤维来生产相对于低膨松多组分纺粘层12有较高膨松的所述高膨松多组分纺粘层14。
可取的是，所述高膨松多组分纺粘层14基重约为33-170克每平方米，更可取的是基重约67-102克每平方米。可取的是所述高膨松多组分纺粘层14具有少于0.05克/厘米3的容重，更可取的是容重约0.015克/厘米3至约0.035克/厘米3，最好容重约0.02克/厘米3至约0.03克/厘米3。根据本发明的一个实施例，所述高膨松多组分纺粘层14的基重为集成无纺织层压材料10整体基重的约15％至约80％，最好是集成无纺织层压材料10整体基重的约20％至约70％。可取的是所述卷曲多组分纺粘纤维直径约10微米至约30微米，最好其直径约17微米至约25微米。根据本发明的一个实施例，所述低膨松多组分纺粘层12的容重至少是所述高膨松多组分纺粘层14的约300％，适合的是至少约500％。
根据本发明的一个实施例，所述低膨松多组分纺粘层12与所述高膨松多组分纺粘纤维层14的多组分纺粘纤维包括含较低熔点聚合物组分与较高熔点聚合物组分的双组分纺粘纤维，所述较低熔点聚合物组分与所述较高熔点聚合物组分最好以并列结构排列(如图2所示)，或以皮/芯结构排列(如图3所示)。所述高膨松多组分纺粘层14可包括以偏心的皮/芯结构排列的双组分纺粘纤维。在偏心皮/芯纤维中，一种组分完全封闭或包围另一种组分但不对称的设置在纤维中以允许纤维卷曲。所述低膨松双组分纺粘层12与所述高膨松双组分纺粘层14可由相同或类似的聚合物组分所组成。已熟知现有技术中用于制造并列结构或皮/芯结构的双组分纤维的常用技术。
双组分纤维中较高熔点聚合物与较低熔点聚合物的比例可在较高熔点聚合物重约占10-90％和较低熔点聚合物重约占10-90％之间。实际上，仅需要如此多的较低熔点聚合物照样有利于纤维粘结。因此，合适的纤维组分可包含重约占40-80％的较高熔点聚合物和重约占20-60％的较低熔点聚合物，最好是较高熔点聚合物重约占50-75％和较低熔点聚合物重约占25-50％。
许多聚合物均适于作所述双组分纤维的较高熔点聚合物组分与较低熔点聚合物组分。最适合的聚合物将取决于过滤器最终用途、将纤维粘结在一起所用方法、纤维形状与大小的精度及其它因素而改变。通常，所述较低熔点聚合物组分可以是聚烯烃均聚物或共聚物。实施例包括聚乙烯(即低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯)、含重约10％或更多乙烯的丙烯-乙烯共聚物、共聚(用)单体含量足以增加其稠度的其它丙烯-α烯烃共聚物、间同立构聚丙烯、无规立构聚丙烯与全同立构聚丙烯的混合物、聚丁烯、聚戊烯及类似物质。
所述较高熔点聚合物组分可以是较高熔点聚烯烃均聚物或共聚物，实施例包括高密度聚乙烯、全同立构聚丙烯、烯烃含量少于10％的丙烯-乙烯共聚物及共聚(用)单体含量足够少以不降低其熔点的其它丙烯-α烯烃共聚物。高熔点聚合物组分的其它实施例包括聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯及类似物质。
在所述较高熔点聚合物组分使纤维获得完整结构的情况下且在所述较低熔点聚合物组分具有适合的纤维间粘结特性的情况下，所述较高熔点聚合物组分与所述较低熔点聚合物组分也可以是适合的混合物。所述较高熔点聚合物组分与所述较低熔点聚合物组分的熔点至少应相差5℃，更可取的是相差至少10℃，最好是相差至少30℃。
根据本发明的一个实施例，如图4-9所示，所述高膨松多组分纺粘层14包括用于增强其容尘量的膨体形纤维。例如，如图4截面图所示，所述高膨松多组分纺粘层14可包括两叶形双组分纺粘纤维20。所述两叶形双组分纺粘纤维20具有两个叶瓣22和24和在叶瓣之间纤维20的两边上的凹陷区域26和28。分界线29示出了较高熔点聚合物组分与较低熔点聚合物组分之间的界面，所述较高熔点聚合物组分构成叶瓣22和24中的一个，所述较低熔点聚合物组分构成另一叶瓣。所述较高熔点聚合物组分与所述较低熔点聚合物组分以并列结构排列。
所述高膨松多组分纺粘层14可包括具有三个叶瓣32，34，36的三叶形双组分无纺织纤维30，所述三个叶瓣32，34，36以相互成直角布置(截面图如图5所示)。凹陷区域33位于叶瓣32与叶瓣34之间，凹陷区域35位于叶瓣32与叶瓣36之间。例如，从图5中可明显的看出，术语“凹陷区域”指的是相对于正切于两相邻叶瓣画出的直线而凹陷的区域。如图5所示，正切于相邻叶瓣32与34画出直线37，在该直线下方的凹陷部分33即是所说的“凹陷区域”。正切于相邻叶瓣32与36可画出类似的直线。但是相对于正切于相邻叶瓣34与36画出的直线则不存在凹陷区域。在图5中，分界线39表示构成一半纤维的较低熔点聚合物组分与构成另一半纤维的较高熔点聚合物组分之间的界面。再者，所述较高熔点聚合物组分与所述较低熔点聚合物组分以并列结构排列。
如图6示出的截面，所述高膨松多组分纺粘层14可包括具有三个叶瓣42，44，46的三叶形双组分无纺织纤维40，其中三个叶瓣42，44，46之间相互成60度。凹陷区域43位于叶瓣42和叶瓣44之间。凹陷区域45位于叶瓣42和叶瓣46之间。凹陷区域47位于叶瓣44和叶瓣46之间。分界线49表示构成一半纤维40的较低熔点聚合物组分与构成另一半纤维的较高熔点聚合物组分之间的界面。所述纤维40具有并列结构。
图7示出具有四个叶瓣52，54，56与58的四叶形双组分纤维50的截面，其中其四个叶瓣52，54，56与58以星形结构排列。在每一对相邻叶瓣之间形成凹陷区域51，53，55和57。圆形分界线59表示较低熔点聚合物组分和较高熔点聚合物组分之间的界面。在这种情况下，所述双组分纤维具有皮/芯结构，所述较高熔点聚合物组分构成芯，同时所述较低熔点聚合物组分构成皮。
图8示出具有四个叶瓣62，64，66与68的四叶形双组分纤维60的截面，其中其四个叶瓣62，64，66与68以十字形结构排列。在每一对相邻叶瓣之间形成凹陷区域61，63，65和67。圆形分界线69表示较高熔点聚合物组分和较低熔点聚合物组分之间的界面，所述较高熔点聚合物组分和所述较低熔点聚合物组分以并列结构排列。
图9示出具有五个叶瓣72，74，76与78的五叶形双组分纤维70的截面，其中其五个叶瓣72，74，76与78以相互约成72度角的结构排列。在每一对相邻叶瓣之间形成凹陷区域71，73，75，77和79。分界线81表示较高熔点聚合物组分和较低熔点聚合物组分之间的界面，所述较高熔点聚合物组分和所述较低熔点聚合物组分以并列结构排列。
根据本发明的一个实施例，所述集成无纺织层压材料10至少具有一个微纤维层16。所述集成无纺织层压材料10最好具有一个设置在所述低膨松多组分纺粘层12与所述高膨松多组分纺粘层14之间的微纤维层16，所述微纤维层16通过截留相对较小的粒子使所述集成无纺织层压材料10具有更高过滤效率。所述微纤维层16的特征在于它含有分布相对较近的微纤维。尤其可取的是用于微纤维层16的无纺织网是单一组分纤维(如聚丙烯)或双组分纤维(如聚丙烯与聚乙烯)的熔喷纤维网。一些双组分纤维倾向于分裂以产生许多更小的纤维，尤其是产生含有相互之间有很强亲和力的聚合物组分的双组分纤维。例如，直径约2.0微米的双组分纤维可分裂成两个直径约1.0微米的双组分纤维。由此增加了纤维数目，使所述微纤维层16能捕获或截留相对较小粒子，因而进一步提高了过滤效率。
可取的是，所述微纤维层16基重约10-34克每平方米，最好是基重约13.5-20.5克每平方米。可取的是所述微纤维层16容重至少是0.05克/厘米3，更好容重是约0.08克/厘米3至约0.14克/厘米3，最好容重是约0.10克/厘米3至约0.13克/厘米3。根据本发明的一个实施例，所述微纤维层16的基重为集成无纺织层压材料10整体基重的约5％至约70％，最好是集成无纺织层压材料10整体基重的约5％至约60％。可取的是所述微纤维层16有直径与0.5微米至约10微米的单一组分纤维和/或双组分纤维组成。
所述集成无纺织层压材料10的微纤维层16由多种可极化热塑性聚合物制造出来，并且因而形成高度耐用电介体。尤其适合的可极化电介体聚合物包括但不限于如上述的聚烯烃类。可取的是，所述微纤维层是聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯并噻唑或者玻璃纤维。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，所述微纤维层16包括含阻挡层17与膨体层19的双层纤维网。所述双层纤维网造成了微纤维层16的密度梯度。所述阻挡层17的基重最好是微纤维层16整体基重的约5％至约100％。所述阻挡层17最好是由直径约0.5微米至约5.0微米的单组分纤维或双组分纤维组成。所述膨体层19的基重最好高达微纤维层16整体基重的约95％。所述膨体层19做好是由直径约3.0微米至约10微米的单组分纤维或双组分纤维组成。
根据本发明的一个实施例，所述微纤维层16含有微玻璃纤维材料。可取的是，所述微玻璃纤维材料包括直径约0.5微米至约3.0微米的玻璃纤维，最好包括直径约0.5微米至约1.0微米的玻璃纤维。
参照图10，根据本发明的一个实施例生产集成无纺织层压材料10，先形成低膨松多组分纺粘层，最好是低膨松双组分纺粘层120。从第一挤压机110中挤压出较低熔点聚合物组分(如聚乙烯)，并从第二挤压机112中挤压出较高熔点聚合物组分(如聚丙烯)。穿过分别与挤压机110和112连通的不同通道111和113，所述较低熔点聚合物组分与所述较高熔点聚合物组分进入纺丝筒114。已熟知现有技术中用于将两种聚合物组分流转变成以并列结构或皮/芯结构排列双组分纤维的常用技术，这里不再作详细描述。
骤冷(快速冷却)116所述双组分纺粘纤维并在输送面119上通过冷纤维拉伸装置118拉伸所述双组分纺粘纤维以制造所述低膨松双组分纺粘层120。所述冷纤维拉伸装置118具有约60°F至约150°F的拉伸空气温度。
在各个位置用热空气拉刀122将所述单个的双组分纺粘纤维粘结在一起，以至于所述低膨松多组分纺粘层120具有提高的强度、更好的结构均匀完整性和硬挺度以便于接下来的处理(如穿过通气粘结装置144)。传统热空气拉刀包括使一股热空气吹在所述低膨松双组分纺粘层120上的带槽心轴。例如，Arnold等人的美国专利5707468教导了该热空气拉刀，这里通过参考并结合了该专利。
从第三挤压机124中挤压出微纤维层126并放置在所述低膨松双组分纺粘层120上。所述微纤维层126最好是在低膨松双组分层120上作为在线工艺(in-line process)直接形成的熔喷网。作为可选择的方案，所述微纤维层126(如微玻璃纤维材料)可以从供料辊(未示出)上退卷在低膨松双组分纺粘层120上。
在所述微纤维层126上放置或形成高膨松多组分纺粘层，最好是高膨松双组分纺粘层140，以便将所述微纤维层126放置在所述低膨松双组分纺粘层120与所述高膨松双组分纺粘层140之间。
通过分别与挤压机130和132连通的不同通道131和133，从第四挤压机130中挤压出的较低熔点聚合物组分(如聚乙烯)和从第五挤压机132中挤压出的较高熔点聚合物组分(如聚丙烯)进入第二纺丝筒134。在第二纺丝筒134里，所述较低熔点聚合物组分与所述较高熔点聚合物组分转变成许多双组分纺粘纤维，所述双组分纺粘纤维是从第二纺丝筒134压出板里的吐丝管开口中挤压出来的。
所述双组分纺粘纤维至少经部分骤冷136以便所述双组分纺粘纤维具有潜在的卷曲性能，并且将双组分纺粘纤维通过热纤维拉伸装置138拉伸。所述热纤维拉伸装置138最好具有约200°F至约370°F的拉伸空气温度。由于在所述热纤维拉伸装置138里给所述双组分纺粘纤维加热，结果刺激了所述双组分纺粘纤维的潜在卷曲性，并卷曲了所述双组分纺粘纤维，因而制造出了高膨松双组分纺粘纤维。将所述卷曲双组分纺粘纤维放置在位于输送带119上的微纤维层126上以制造所述高膨松双组分纺粘层140。通常，假如拉伸空气温度不象把所述纤维加热到高于所述较低熔点聚合物组分熔点那样的温度，在热纤维拉伸装置138中的更高拉伸空气温度将产生更多数量的卷曲。
接着，在各个位置用热空气拉刀142将所述单个双组分纺粘纤维粘结在一起，以至于所述高膨松多组分纺粘层140具有提高的强度、更好的结构完整性以便于接下来的处理(如穿过通气粘结装置144)。
放置在所述低膨松双组分纺粘层120与所述高膨松双组分纺粘层140之间的所述含微纤维层126的层状无纺织材料通过通气粘结装置144，其中每层中纤维自体粘结层内其它纤维和相邻层内的纤维。在通气粘结装置144中，将所述层状无纺织材料加热到温度高于所述较低熔点聚合物组分熔点但低于所述较高熔点聚合物组分熔点，因而致使相邻层的双组分纤维形成纤维间粘结。通过用强制热空气渗透流充分而均匀地加热所述层状无纺织材料，所述通气粘结装置144实现了纤维间粘结。该自体粘结工艺可生产具有一致厚度的单个、粘结的集成无纺织层压材料10。不像用传统工艺(如点粘结)将相邻层粘结在一起的传统层状材料，所述集成无纺织层压材料10没有由于粘结工艺而造成的压实或压缩区域。因而，沿着所述集成无纺织层压材料10的压降均匀并且不受粘结工艺的影响。所获得的集成无纺织层压材料10尤适于用于过滤介质。
为了提高过滤粒子与过滤纤维之间的吸附性能，所述集成无纺织层压材料10可以使用传统技术电介体处理(极化电介体)，Tsai等人的美国专利5401446，Kubik等人的美国专利4375718，Klaase等人的美国专利4588537教导了所述传统极化电介体技术，这里通过参合并结合了它所公开的内容。可以在形成集成无纺织层压材料10之前电介体处理一层或所有层，或者形成后电介体处理集成无纺织层压材料10。
可向多组分纺粘纤维中添加现有技术中已知的一种或多种添加剂以改进电荷形成和/或保持。例如，通过将极性端基(调聚物、马来酐、聚丙烯酸类及类似的物质)接枝到双组分纺粘纤维中的聚合物上，可进一步提高电介体电荷稳固性。也可将钛酸钡及其它极性材料与聚合物混合。例如，Turkevich等人的PCT公布的WO 97/44509和Myers等人的PCT公布的WO 00/00267记载了适用的混合物。
根据本发明的一个实施例，在将微纤维层126放置在所述低膨松双组分纺粘层120上之前，所述微纤维层126经电介体处理，。而且，在用传统的方式电介体处理所述集成无纺织层压材料10之前，可主动或者被动的冷却所述集成无纺织层压材料10。在该在线工艺中可包括额外的后形成工艺，如包括切膜缝工艺和将集成无纺织层压材料10卷绕在供料辊上的卷绕工艺。
                           测试步骤
ASHRAE(美国采暖、制冷及空气调节工程师学会)52.2-1999：根据粒径测试常用的通风空气清洁装置清除效率的方法
该测试是过滤器工业标准测试，它具有通过参考而结合的标准步骤。简而言之，当过滤器中装入标准化的荷载灰尘时，该测试测定过滤介质清除特定直径粒子的效率。间隔一定阶段，添加荷载灰尘以模拟使用期间粒子的积聚。用于测试过滤效率的烟雾质是水溶液中产生的固态氯化钾(KCl)。烟雾质发生器产生用于确定过滤效率的12个粒度范围氯化钾粒子。按荷载顺序用每一粒度范围观测到的最小效率来计算三种粒度范围的综合平均效率值，所述三种粒度范围是指：0.3微米至1.0微米，1.0微米至3.0微米及3.0微米至10微米。
用来模拟使用中粒子积聚的荷载灰尘按重量组成如下：72％的SAE(美国汽车工程师学会)标准J726测试灰尘(优)，23％的碳粉末及5％的缩绒棉籽绒。在特定标准流速下测定清洁过滤介质的效率。然后，直到达到特定的终阻力为止，通过喂入装置将灰尘粒子流向处于各种间增压力下的荷载过滤介质。在每一个荷载步骤之后即测定了过滤器捕集氯化钾粒子的效率。通过测量粒径分布和气流中处在过滤介质上游位置和下游位置的粒子数目测定过滤介质的效率。粒径清除效率(“PSE”)可定义为：
粒径清除效率＝100×[1-(下游粒子数/上游粒子数)]
可使用HIAC/ROYCO型800自动化粒子计数器和HIAC/ROYCO型1230传感器来测量粒子数目和粒径。
ANSI/ASHRAE(美国国家标准协会/美国采暖、制冷及空气调节工程师学会)52.1-1992：用于测定在通常通风里用来清除颗粒物的空气清洁装置的重量分析与尘斑的步骤
该试验是过滤器工业标准试验，且具有通过参考而结合的详尽步骤。简而言之，试验测量当过滤器充满标准、人造灰尘时过滤介质清除大气灰尘的效率。用以下两种方法测定清除灰尘性能：
1.ASHRAE(美国采暖、制冷及空气调节工程师学会)重量吸附率，测量过滤装置捕集的人造灰尘重量百分比。
2.ASHRAE(美国采暖、制冷及空气调节工程师学会)尘斑效率，当过滤装置暴露于外界大气灰尘时，比较过滤装置上游和下游变黑的对象变黑情况。
在特定流速下确定清洁过滤装置的尘斑效率。然后，通过喂入装置将人工灰尘粒子流向处于各种间增压力下使过滤介质加载直到达到特定最终阻力为止。在每一个荷载阶段之后即测定了吸附率和尘斑效率。当达到最终阻力时，就可计算出平均吸附率、平均尘斑和容尘量。容尘量就是灰尘增量总重乘以平均吸附率。用来模拟使用中粒子积聚的荷载灰尘按重量计组成如下：72％的SAE(美国汽车工程师学会)标准J726测试灰尘(优)，23％的碳粉末及5％的缩绒棉籽绒。
                       测量容重的方法
根据在0.05磅/平方英寸荷载与3英寸环形台板下测得的ASTM(美国材料试验学会)标准试验方法D5729-95可测定织物厚度。用织物厚度和织物基重来计算织物密度。
                           实施例
用5.0盎司每平方码(osy)的集成无纺织层压材料来制造八个小型口袋过滤器(24″×24″×22″)，所述集成无纺织层压材料含位于低膨松双组分纺粘层与高膨松双组分纺粘层之间的熔喷微纤维层。所述集成无纺织层压材料具有约0.034克/厘米3的容重且具有以下组分：
低膨松双组分纺粘层包括平均直径约17微米具有并列结构的聚丙烯/聚乙烯非卷曲双组分纤维。低膨松双组分纺粘层按重量计占集成无纺织层压材料的36％。
微纤维层包括平均直径约2.0微米的熔喷聚丙烯单丝纤维。微纤维层包括按重量计占集成无纺织层压材料的8.6％。
高膨松双组分纺粘层包括平均直径约23微米具有并列结构的聚丙烯/聚乙烯卷曲双组分纤维。高膨松双组分纺粘层重量占集成无纺织层压材料的55.4％。
当在流速为32升/分下试验时，所述集成无纺织层压材料具有4.9％(作为悬浮微粒NaCl@0.1微米)的TSI8110渗透，同时压降为1.9毫米水柱。
小型口袋过滤器的美国采暖、制冷及空气调节工程师学会(ASHRAE)特性产生以下结果：
ASHRAE52.1试验
流速(立方英尺每分钟) 2000
初阻力(英寸水压表压差) 0.43
末阻力(英寸水压表压差) 1.00
初尘斑效率 71.8％
平均尘斑效率 75.8％
平均人工灰尘重力集尘效率 100％
容尘量，克 128@1.0英寸水压表压差
为了试验的目的，所述小型口袋过滤器类别是75％ASHRAE口袋过滤器。可通过改变微纤维层的量(重量)来增加或减少过滤效率。
ASHRAE52.2试验
流速(立方英寸每分钟) 2000
初阻力(英寸水压表压差) 0.224
末阻力(英寸水压表压差) 1.00
最小效率报告值(MERV) 14@2000立方英尺每分钟
0.3至0.1微米最小平均效率(E1) 78.8％
1.0至3.0微米最小平均效率(E2) 93％
3.0至10.0微米最小平均效率(E3) 97.3％
W.G----英寸水压表压差
初阻力中的不一致是由于实施52.1试验的第一实验室与实施52.1试验的第二实验室造成的。0.224”水压表值更准确。
当参照具体实施例详尽的描述本发明的同时，本领域技术人员在理解前述说明的基础上很容易想到对这些实施例的各种及相当改变。因此，应认为附加权利要求及任何相当发明均在本发明的保护范围内。

Claims (35)

1.一种集成无纺织层压材料，包括：
低膨松多组分纺粘层，所述低膨松多组分纺粘层的容重至少为0.05克/厘米3，
高膨松多组分纺粘层，所述高膨松多组分纺粘层的容重少于0.05克/厘米3，和
微纤维层，所述微纤维层设置在所述低膨松多组分纺粘层与所述高膨松多组分纺粘层之间。
2.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述低膨松多组分纺粘层及所述高膨松多组分纺粘层均含有双组分纺粘纤维。
3.根据权利要求2所述的集成无纺织层压材料，其中所述双组分纺粘纤维包括一种较低熔点聚合物组分，所述较低熔点聚合物组分是从包括聚乙烯、丙烯-乙烯共聚物、丙烯-α烯烃共聚物，间同立构聚丙烯、无规立构聚丙烯与全同立构聚丙烯的混合物、聚丁烯及聚戊烯的组中精选出来的。
4.根据权利要求2所述的集成无纺织层压材料，其中所述双组分纺粘纤维包括一种较高熔点聚合物组分，所述较高熔点聚合物组分是从包括高密度聚乙烯、全同立构聚丙烯、丙烯-乙烯共聚物、丙烯-α烯烃共聚物、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯及聚氨基甲酸酯的组中精选出来的。
5.根据权利要求2所述的集成无纺织层压材料，其中每一双组分纺粘纤维包括较低熔点聚合物组分，所述较低熔点聚合物组分包含聚乙烯。
6.根据权利要求2所述的集成无纺织层压材料，其中每一双组分纺粘纤维包括较高熔点聚合物组分，所述较高熔点聚合物组分包含聚丙烯。
7.根据权利要求2所述的集成无纺织层压材料，其中每一双组分纺粘纤维具有并列结构。
8.根据权利要求2所述的集成无纺织层压材料，其中每一双组分纺粘纤维具有偏心皮/芯结构。
9.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述微纤维层包括熔喷无纺织网。
10.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述微纤维层包含从包括聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯并噻唑及玻璃纤维的组中精选出来的一种材料。
11.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述集成无纺织层压材料具有0.015克/厘米3至0.049克/厘米3的整体容重。
12.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述集成无纺织层压材料具有0.025克/厘米3至0.030克/厘米3的整体容重。
13.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述低膨松多组分纺粘层具有0.08克/厘米3至0.14克/厘米3的容重。
14.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述低膨松多组分纺粘层具有0.10克/厘米3至0.13克/厘米3的容重。
15.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述微纤维层具有0.08克/厘米3至0.14克/厘米3的容重。
16.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述微纤维层具有0.10克/厘米3至0.13克/厘米3的容重。
17.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述高膨松多组分纺粘层具有0.015克/厘米3至0.035克/厘米3的容重。
18根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述高膨松多组分纺粘层具有0.02克/厘米3至0.03克/厘米3的容重。
19.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述低膨松多组分纺粘层的容重至少是所述高膨松多组分纺粘层容重的300％。
20.根据权利要求1所述的集成无纺织层压材料，其中所述低膨松多组分纺粘层的容重至少是所述高膨松多组分纺粘层容重的500％。
21.一种过滤器，所述过滤器含有权利要求1所述集成无纺织层压材料。
22.根据权利要求21所述的过滤器，具有40％至95％的ASHRAE标准52.1-1992尘斑效率。
23.根据权利要求21所述的过滤器，具有12至16的ASHRAE标准52.1-1992最小效率报告值。
24.一种集成无纺织层压材料，包括：
低膨松多组分纺粘层；
高膨松多组分纺粘层；及
至少一个微纤维层，与所述低膨松多组分纺粘层和所述高膨松多组分纺粘层集成，
其中所述低膨松多组分纺粘层容重至少是所述高膨松多组分纺粘层容重的300％。
25.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述集成无纺织层压材料具有75克每平方米至374克每平方米的整体基重。
26.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述集成无纺织层压材料具有100克每平方米至225克每平方米的整体基重。
27.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述低膨松多组分纺粘层包括集成无纺织层压材料整体基重的15％至60％。
28.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述低膨松多组分纺粘层包括集成无纺织层压材料整体基重的20％至50％。
29.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述微纤维层包括集成无纺织层压材料整体基重的5％至70％。
30.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述微纤维层包括集成无纺织层压材料整体基重的5％至60％。
31.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述高膨松多组分纺粘层包括集成无纺织层压材料整体基重的15％至80％。
32.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述高膨松多组分纺粘层包括集成无纺织层压材料整体基重的20％至70％。
33.根据权利要求24所述的集成无纺织层压材料，其中所述微纤维层包括阻挡层与膨体层。
34.根据权利要求33所述的集成无纺织层压材料，其中所述阻挡层包括所述微纤维层基重的5％至100％。
35.根据权利要求33所述的集成无纺织层压材料，其中所述膨体层包括高达95％的所述微纤维层基重。
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