CN120569524A - 具有可热分裂的双组分纤维的过滤介质 - Google Patents

Abstract

公开了过滤介质、制造方法和过滤器。该过滤介质包括可热分裂纤维，以减小过滤介质内纤维的至少一些组分的纤维尺寸。这种减小的纤维尺寸提高了这类过滤器捕获污染物(特别是那些尺寸范围为约0.1至约10微米的污染物)的总体效率，而不损害过滤器的其他重要特性。过滤介质包括一种或多种双组分纤维，每种双组分纤维均具有第一组分和第二组分。第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，且具有比第二组分高的收缩比/百分比/率，使得在对纤维施加热量或热能时，至少部分的第一组分与第二组分分离。

Description

具有可热分裂的双组分纤维的过滤介质

技术领域

本说明书总体涉及具有改进的性能特征的过滤介质，更具体地，涉及包含可热分裂的双组分纤维的过滤介质。

背景技术

液体和气体过滤器从空气、水或其他物质中捕获许多不同类型的污染物。例如，空气过滤器通常包括含有纤维或多孔材料的过滤介质，纤维或多孔材料可以从空气中去除固体颗粒，如灰尘、花粉、霉菌和细菌。

空气过滤装置主要有两种类型：表面过滤器和深度过滤器。表面过滤器(如薄膜或膜)充当污染物的屏障，在污染物进入介质结构之前将其捕获。这些表面过滤器通常具有亚微米级孔径和狭窄的孔径分布。表面过滤器往往具有相对高的颗粒捕获效率。然而，它们也具有相对较高的压降和较低的载尘量。高压降会导致通过过滤器的空气流量减少。而低载尘量则会显著缩短过滤器的使用寿命。因此，表面过滤器在空气过滤行业中的应用数量有限。

深度过滤器通常用于中至高效率、低压降且载尘量相对较高的空气过滤装置中。深度过滤器通常采用多种纤维，这些纤维可形成网或其他非织造结构，纤维之间具有曲折的路径，气流(如空气)会通过这些路径。当气体流经网中的路径时，气体中的颗粒物会因颗粒尺寸与路径直径的相对关系，被截留于网的上游侧或网的曲折路径内。

传统的住宅和商用空气过滤器，例如HVAC过滤器，通常根据过滤器捕获约0.3至10微米颗粒的能力来评级。这种评级被称为最低效率报告值或MERV，由美国采暖、制冷与空调工程师协会(ASHRAE)制定。MERV评级范围为1-16，数值越高表明捕获特定类型颗粒的效率就越高。在测试过程中，根据气流中不同的颗粒尺寸来对比效率值也很常见。E3、E2和E1值分别指3-10微米、1-3微米和0.3-1微米的颗粒效率。

污染物的尺寸范围很广。然而，小于1微米的污染物是对人体危害最大的颗粒，且相对难以过滤。例如，常规的机械空气过滤器通常将纤维过滤材料的MERV评级报告为约8-10。这些过滤介质的纤维尺寸通常不够小，无法捕获亚微米级颗粒，诸如病毒和其他有害病原体。此外，在当前的新冠(Covid-19)大流行期间，ASHRAE已开始正式建议，某些高效空气过滤器需达到MERV 13的评级，以有效防护空气传播感染。因此，用于提高过滤介质对亚微米级颗粒捕获的方法已变得至关重要。

用于制造设计用于过滤器中的纤维的当前技术，限于生产最小尺寸为约1.7dtex至5.6dtex(例如，通过梳理)。由于难以生产低于特定尺寸的纤维，过滤行业已聚焦于两种不同的方法来改善对这些亚微米级颗粒的捕获：静电力以及在过滤介质中使用纳米颗粒。

静电过滤器通过使用摩擦电法、电晕放电、水力充电、静电纺丝或其他已知方法对纤维材料内的纤维进行静电充电而形成。静电或“驻极体”过滤介质在不必然增加推动空气通过过滤介质所需力的大小的情况下提高了过滤效率。介质的“压降”是介质上游侧至下游侧的压力下降。迫使空气通过介质的难度越大，压降就越大，且迫使空气通过介质所需的能量也越大。因此，通常有利的是在提高过滤器捕获污染物能力的同时，降低压降或保持压降。

静电过滤器在捕获亚微米级颗粒方面效果最佳，在捕获1至3微米颗粒尺寸方面相当有效，而在捕获3至10微米的较大颗粒方面则最低效。静电纤维通常用于诸如口罩、高效过滤器等多种过滤应用中，以过滤诸如病毒等亚微米级污染物。

然而，静电过滤器的一个缺点是，静电荷会随着时间的推移和过滤器的使用而衰减。因此，过滤器的效率会下降相对较快，从而缩短其寿命。例如，初始MERV评级为13的静电过滤器在静电力衰减后，其MERV评级可能至少降低2-3个点。这会损害过滤器的完整性，并可能部分或完全削弱其捕获亚微米级颗粒的能力。某些带静电的过滤器的另一个缺点是，目前用于这些过滤器的材料在纤维上所能产生的电荷量(或电荷密度)有限。过滤器中的静电荷越低，污染物的穿透就越多。这种限制降低了过滤器捕获这些污染物的整体效率。

另一种捕获亚微米级污染物的方法是将纳米颗粒与纤维结合使用。过滤系统可以采用包含直径以微米计量的相对较大的纤维和相对较小的纳米颗粒的过滤介质。纳米颗粒通过减小介质内的整体纤维尺寸，来增加介质内用于捕获颗粒的表面积。纳米颗粒还倾向于相互堆叠，从而提高过滤介质内的堆积密度。已经表明，即使在微纤维材料上形成一层少量的纳米尺寸的纤维，也能改善该材料的过滤特性。

尽管现有结合了纳米颗粒的过滤介质已提升了这些过滤器的相对效率，但由于纳米颗粒通常仅分散在纤维材料表面上，这些过滤器在某些应用中的商业潜力仍受到限制。过滤器表面上这层相对较薄的纳米颗粒层，仅能对颗粒提供有限的过滤，且具有相对较低的容尘量。

尽管在过滤介质中结合静电力和/或纳米颗粒的过滤器已展现出有前景，但仍有改进空间。因此，目前需要的是用于液体和/或气体过滤器的改进的过滤介质。尤其期望的是提高这种过滤器捕获尺寸范围为约0.1至1微米的污染物(即E1颗粒)的效率，而不损害过滤器其他重要特性，诸如过滤器的总成本、或其寿命、容尘量、或压降或通过过滤器的气流。

发明内容

以下呈现了所主张的主题的简化概述，以便提供对所主张的主题的某些方面的基本理解。该概述并非对所主张主题的全面综述。其既非旨在标识所主张主题的关键要素，也非界定所主张主题的范围。其唯一目的是以简化形式呈现所主张主题的一些概念，作为对后续更详细描述的铺垫。

提供了包括双组分纤维的过滤介质和过滤器，所述双组分纤维是可热分裂的，以减小过滤介质内至少一些纤维组分的纤维尺寸。这种减小的纤维尺寸可提高此类过滤器捕获污染物的整体效率，而不损害过滤器的其他重要特性。还提供了制造这种过滤介质和过滤器的系统及方法。

在一方面，过滤介质包括一种或多种双组分纤维，每种双组分纤维具有第一组分和第二组分。第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，且具有比第二组分高的收缩百分比，使得在向该纤维施加热量或热能时，至少部分的第一组分与第二组分分离。

在一些实施方式中，分裂后的第一组分具有小于约1.5dtex、或约0.005至约0.05dtex、或约0.01至约0.02dtex的尺寸。本文所用的术语“分特克斯(dtex)”是指每10,000米纤维的克数质量。第一组分可具有约1-10微米，或约3-5微米的最大尺寸。从双组分纤维中分离出来的第一组分的尺寸减小，在过滤介质中提供了较小的长丝或纤维，这用现有技术加工(即便可能)很困难。例如，目前任何小于1.5旦尼尔的短纤维都不能通过传统的梳理工艺加工而没有显著问题。在一定深度上分裂结构可提升过滤介质的效率，尤其是捕获尺寸范围为约0.1至1微米(即E1颗粒)和1至3微米(即E2颗粒)的污染物的效率。

在一些实施方式中，第一组分的熔点为约100℃至200℃，且低于第二组分的熔点，第二组分的熔点可大于约200℃。第一组分和第二组分的熔体流动速率(MFR)优选为约10-50g/10min。

在一些实施方式中，第一组分的热塑性弹性体材料为第一组分的重量的小于约25％，或为第一组分的约10％至20％，优选约15％。申请人发现，减少第一组分中热塑性弹性体材料的总量可降低该组分中材料的粘性，从而允许在加热过程中使第一组分与第二组分分离。

用于第一组分的合适热塑性弹性体材料包括苯乙烯嵌段共聚物(SBS、SIS、SEBS)、烯烃嵌段聚合物、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、热塑性聚苯乙烯弹性体(TPS)、聚酯共聚物弹性体如(杜邦公司生产的无增塑剂的热塑性聚酯弹性体)、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚酰胺弹性体(PEBAX)、热塑性聚氨酯(TPU)、离聚物、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、基于丙烯的弹性体、丙烯-乙烯共聚物、乙烯-辛烷共聚物及它们的组合。在优选实施方式中，热塑性弹性体材料包括烯烃嵌段共聚物。

用于第一组分的合适热塑性材料包括聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、CoPET、PLA、PHB、聚酰胺及它们的组合。在优选实施方式中，第一组分中的热塑性材料包括PP树脂，第二组分中的热塑性材料包括CoPET、PET、PBT、PLA和聚酰胺。

双组分纤维可包括任何合适的形状，例如具有同心芯的芯/鞘、具有偏心芯的芯/鞘、具有实心或空心芯的并排、具有同心或偏心空心芯的并排、具有实心或空心芯的分割饼状物、条纹纤维、导电纤维、海岛、混合纤维或它们的组合。在某些实施方式中，双组分纤维包括具有约4至约32个分割段、优选约8至约20个的分割段的分割饼状物。在示例性实施方式中，分割饼的芯是空心的且基本上是同心的。

第二组分可包括具有比第一组分高的熔点的任何合适的材料。用于第二组分的合适材料包括但不限于聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的混合物、PBT、PET、PLA、PA及它们的组合。

第一组分与第二组分的重量比可为约20/80至约80/20。在某些实施方式中，第二组分的重量百分比大于第一组分。在示例性实施方式中，第一组分的重量百分比为双组分纤维约50％，或约40％或约30％或约20％。

双组分纤维可包括短纤维或连续纤维。在过滤介质制造工艺之前，纤维可以是裸露的(即，零纺丝油剂)。在过滤介质制造工艺之前，纤维可以包括纺丝油剂。

在示例性实施方式中，双组分纤维为短纤维，其具有小于约2％的常规纺丝油剂和约40mm至约80mm或约60mm的长度。申请人发现，向纤维施加纺丝油剂涂层可降低第一组分中弹性体的粘性。在某些实施方式中，热塑性材料和热塑性弹性体材料被选择为具有相似或基本相同的熔体粘度，以改善纤维纺丝。

在一些实施方式中，双组分纤维在第一组分和第二组分分离之前被卷曲。申请人发现，对纤维进行卷曲可改善分离，从而提高过滤介质的整体效率。在示例性实施方式中，纤维被卷曲为约6个卷曲/英寸至约30个卷曲/英寸，优选为约10至约20个卷曲/英寸。

在一些实施方式中，第一组分和第二组分被加热至约60℃至约200℃、优选约110℃至约160℃的温度。申请人发现该温度范围使第一组分产生足够的收缩，以实现第一组分和第二组分间的分离，同时最小化第一组分中弹性体的粘性。

在一些实施方式中，过滤介质还包括一种或多种第二纤维，该第二纤维不可热分裂，或在比第一双组分纤维更高的温度可热分裂，即第二纤维包括单一材料或多种具有基本上相同的熔点、MFR和/或收缩比/百分比的材料。用于第二纤维的合适材料包括但不限于HDPE/PET、PP/PET、HDPE/PP、PLA/PLA、PP/PLA和CoPET/PET双组分纤维，以及PE、PP、PET、PLA、聚酰胺单组分纤维。

第二纤维可改善过滤介质的结合性并增加其“蓬松度”。本文所用的蓬松度定义为空隙空间的体积与总固体的体积之比。过滤介质中第一纤维与第二纤维的比例可为约80/20至约20/80。在某些实施方式中，第二纤维为过滤介质的重量的约40％至约60％，或约50％。

在一些实施方式中，第二纤维包括双组分纤维，诸如芯/鞘、具有偏心芯的芯/鞘、具有实心或空心芯的并排、具有同心或偏心空心芯的并排、具有实心或空心芯的分割饼状物、条纹纤维、导电纤维、海岛、混合纤维或它们的组合。在示例性实施方式中，第二纤维包括具有偏心芯的芯/鞘纤维。申请人发现，包括具有偏心芯的第二纤维降低了过滤介质的总压降。

在一些实施方式中，第二纤维具有比双组分纤维低的线质量密度。例如，可分裂的双组分纤维可具有约1旦尼尔至约8旦尼尔、或约5至6旦尼尔的线质量密度，而第二纤维可具有约1至8旦尼尔或约3旦尼尔的线质量密度。

在某些实施方式中，过滤介质中的纤维可以带静电，使得例如污染物通过机械过滤和静电过滤两种方式被捕获。静电或驻极体基底可以是例如通过梳理和针刺制成的高蓬松度摩擦电过滤介质。

在另一方面，提供一种包括上述过滤介质的过滤器。该过滤器可进一步包括结合至过滤介质的基本上刚性的支撑层。纤维基底可包括挤出膜，该挤出膜包括一个或多个用于流体或液体流过的孔。例如，这些孔可以是六边形、圆形、正方形或菱形的。

过滤器可包括褶皱。例如，纤维基底可包括至少一个折痕以在基底内形成褶皱。在另一个实施例中，过滤器进一步包括跨纤维基底表面延伸的多个褶皱。纤维基底可以是非褶皱的。

在另一方面，制造过滤介质的方法包括：提供一种或多种双组分纤维，每种双组分纤维具有第一组分和第二组分，以及加热该双组分纤维，使得至少部分的第一组分与第二组分分离。第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料。热塑性弹性体材料为第一组分的重量的小于约25％。

在一实施方式中，双组分纤维在允许至少部分的第一组分与第二组分分离的温度彼此热结合。将双组分纤维加热至约60℃至约200℃、优选约110℃至约160℃的温度。在一些实施方式中，第一组分在加热过程中收缩至少约10％或至少约60％。可通过控制第一组分中热塑性弹性体的量来控制具体的收缩量。增加第一组分中热塑性弹性体材料与热塑性材料的比例会增加第一组分的收缩量。

在另一实施方式中，经由纤维纺丝过程中的拉伸量来控制第一组分的收缩量。具体而言，增加拉伸量会拉长弹性体树脂的物理键，使得在加热时产生更多的收缩。

基底的纤维可通过任何合适的方法制造，包括但不限于熔喷、双组分熔喷、纺粘或水刺、双组分纺粘、热粘合、梳理、热风粘合梳理、气流成网、湿法成网、挤出、共成型、针刺、缝合、水力缠结等。在某些实施方式中，裸露的连续纤维通过选自由纺粘和熔喷所组成的组的工艺形成。在其他实施方式中，结合于过滤介质的短纤维通过梳理、气流成网、湿法成网或类似工艺形成。

在一个这样的实施方式中，对双组分纤维进行梳理。该方法还包括在梳理步骤之前对双组分纤维进行卷曲。双组分纤维的卷曲数为约6至约30个卷曲/英寸，优选约10至约20个卷曲/英寸。

在一些实施方式中，该方法还包括将一种或多种第二纤维与第一纤维共混。第二纤维可由单一组分或在加热过程中基本上保持彼此结合的多于一种的组分形成。在一些实施方式中，第二纤维包括双组分纤维，其具有在加热过程中基本上保持彼此结合的至少两种组分。

在一些实施方式中，第一组分和/或第二组分包括被选择用于降低第一组分与第二组分之间界面能的滑爽添加剂。这会增加在加热和粘合步骤中这些组分之间发生的分裂量。

这里对由本说明书中的各种实施方式所满足的理想目标的叙述，并不意味着暗示或表明任何或所有这些目标均作为必要特征(无论是单独还是共同地)存在于本说明书的最一般实施方式或其任何更具体的实施方式中。

附图简要说明

图1A为用于过滤介质的双组分纤维的剖面图；

图1B为图1A的双组分纤维的第一组分的放大图；

图2为纤维纺丝后的双组分纤维的剖面图；

图3为梳理后的双组分纤维的剖面图；

图4为热粘合后的双组分纤维的剖面图；

图5A为挤出后多根双组分纤维的示意图；

图5B为切割和卷曲后的双组分纤维的示意图；

图5C为梳理后的双组分纤维的示意图；

图5D为热粘合后的双组分纤维的示意图；

图6为本文所述双组分纤维的横截面的光学显微镜图像；以及

图7示出了本文所述纤维在梳理和粘合后的一系列光学显微镜图像。

具体实施方式

本说明书及所附附图说明了示例性实施方式，不应被视为限制，本说明书的范围由权利要求书(包含等同物)来界定。在不脱离本说明和权利要求书(包含等同物)范围的情况下，可以进行各种机械、组成、结构和操作上的更改。在某些情况下，对于公知的结构和技术并未详细展示或描述，以免使本说明书晦涩。两个或多个图中的相同编号表示相同或相似的元件。此外，参照一个实施方式详细描述的元件及其相关方面，只要实际可行，也可包括在未具体展示或描述的其他实施方式中。例如，如果某个元件参照一个实施方式进行了详细描述，但未参照第二个实施方式进行描述，则该元件仍可主张包含于第二个实施方式中。而且，本文的描述仅用于说明目的，并不一定反映系统或图示部件的实际形状、大小或尺寸。

需注意的是，如本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一”、“一个”和“所述(该)”，以及任何词语的任何单数用法，都包括复数指代对象，除非明确且毫不含糊地限定为一个指代对象。本文中使用的术语“包括(包含)”及其语法变体旨在是非限制性的，使得在清单中列出的项目并不排除可以替代或添加到所列项目的其他类似项目。

除非另有说明，任何量值均为近似值，无论是否注明“约”或“大约”等词。本文所描述的材料、方法和示例仅为说明性的，并非旨在进行限定。

提供了过滤介质和过滤器，例如气体或液体过滤器、面罩、CPAP过滤器、真空袋、舱室空气过滤器、HVAC炉过滤器、住宅用空气过滤器、商用空气过滤器、气轮机、和压缩机进气过滤器、板式过滤器等。本文所述的过滤介质和过滤器包括可热分裂的双组分纤维，以减小过滤介质中至少一些纤维组分的纤维尺寸。这种减小的纤维尺寸增加了比表面积，从而提高了此种过滤器捕获污染物的整体效率，尤其是那些尺寸范围为约0.1至约1微米的污染物(即，E1颗粒)，而不损害过滤器的其他重要特性，诸如压降和透气性。

双组分纤维各自具有至少第一和第二组分。在某些实施方式中，在梳理和/或热粘合过程中，至少一些第一组分与第二组分分离。分离的第一组分具有比双组分纤维明显较小的尺寸。

在一些实施方式中，双组分纤维具有约1.5dtex至约18dtex、或约1.5dtex至约5.6dtex的尺寸。本文所用的术语分特克斯(dtex)是指每10,000米纤维的克数质量。第一组分可与第二组分分离或分裂，以产生显著更小的纤维或长丝或片段。例如，在分离或分裂后，至少一些第一组分具有小于约1.5dtex、或约0.005至约0.05dtex、或约0.01至约0.02dtex的尺寸。第一组分可具有约1-10微米、或约3-5微米的最大尺寸。

双组分纤维可包括任何合适的形状，例如具有同心芯的芯/鞘、具有偏心芯的芯/鞘、具有实心或空心芯的并排、具有同心或偏心空心芯的并排、具有实心或空心芯的分割饼状物、条纹纤维、导电纤维、海岛、混合纤维或它们的组合。

在示例性实施方式中，双组分纤维包括具有约4至约32个分割段、优选约8至约20个之间的分割段的分割饼状物。在示例性实施方式中，分割饼状物的芯是空心的且基本上是同心的。

第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，且具有比第二组分高的收缩比/百分比/率，使得在向该纤维施加热量或热能时，至少部分的第一组分与第二组分分离。

在一些实施方式中，第一组分的熔点比第二组分的熔点低约50℃。第一组分和第二组分的MFR优选彼此相近。在一些实施方式中，这些组分的MFR为约10-50g/10min。

在一些实施方式中，第一组分的热塑性弹性体材料为第一组分的重量的小于约25％，或为第一组分的重量的约10％至约20％、优选约15％。

用于第一组分的合适热塑性弹性体材料包括苯乙烯嵌段共聚物(SBS、SIS、SEBS)、烯烃嵌段聚合物、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、热塑性聚苯乙烯弹性体(TPS)、聚酯共聚物、聚酯弹性体(例如，)、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚酰胺弹性体(PEBAX)、热塑性聚氨酯(TPU)、离聚物、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、基于丙烯的弹性体、丙烯-乙烯共聚物、乙烯-辛烷共聚物及它们的组合。在优选实施方式中，热塑性弹性体材料包括烯烃嵌段共聚物，例如Exxon生产的Vistamaxx^TM 7020BF(丙烯-乙烯共聚物)。

就聚合物共混物的选择而言，将可混溶的树脂与相似材料共混。例如，PP可与烯烃嵌段共聚物基弹性体混合，聚酰胺弹性体与聚酰胺树脂共混，聚酯弹性体树脂与PET或PBT共混。在其他实施方式中，任何弹性体均可与任何热塑性聚合物树脂共混，只要它们是可混溶的。例如，为了进一步增加收缩，可将PLA与烯烃嵌段共聚物共混。

用于第一组分的合适热塑性材料包括聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、PLA、PA、CoPET及它们的组合。在优选实施方式中，热塑性材料包括PP。

第二组分可包括具有比第一组分高的熔点和/或与第一组分相似的熔体流动速率(MFR)的任何合适的材料。用于第二组分的合适材料包括但不限于聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、PLA、聚酰胺及它们的组合。

第一组分与第二组分之间的重量比可为约20/80至约80/20。在某些实施方式中，第二组分的重量百分比大于第一组分。在示例性实施方式中，第一组分的重量百分比为双组分纤维的约50％，或约40％或约30％或约20％。

纤维可以是短纤维或连续纤维。纤维可以是裸露的(如，零纺丝油剂)或者纤维可以包括纺丝油剂。纺丝油剂可以包括但不限于润滑剂、乳化剂、抗静电剂、抗微生物剂、粘合剂和润湿剂。其他有机液体，如醇类或有机液体共混物，也可添加至纺丝油剂中。纺丝油剂例如可在纤维梳理过程中、熔体纺丝操作期间，或在纤维的牵伸、卷曲和切割的操作中施加。

在示例性实施方式中，双组分纤维是短纤维，其具有小于约2％的常规纺丝油剂和约40mm至约80mm或约60mm的长度。在某些实施方式中，热塑性材料和热塑性弹性体材料被选择为具有基本相同的熔体粘度。

在一些实施方式中，双组分纤维在第一组分和第二组分分离之前被卷曲。在示例性实施方式中，纤维被卷曲为约8个卷曲/英寸至约30个卷曲/英寸，优选约14至约20个卷曲/英寸。

在一些实施方式中，第一组分和第二组分被加热至约60℃至约200℃、优选约110℃至约160℃、更优选约130℃至约160℃的温度。

在一些实施方式中，过滤介质还包括一种或多种不可热分裂的第二纤维，即，第二纤维包括单一材料或多种具有基本上相同的熔点、MFR和/或收缩比/百分比的材料。在其他实施方式中，第二纤维在高于第一纤维的温度可热分裂。在这些实施方式中，第一纤维和第二纤维将在允许第一纤维热分裂而第二纤维基本上不发生热分裂的温度进行热粘合。第二纤维可改善粘合性并增加过滤介质的“蓬松度”。本文所用的蓬松度定义为空隙空间的体积与总固体的体积之比。过滤介质中第一纤维与第二纤维的比例可为约80/20至约20/80。在某些实施方式中，第二纤维占过滤介质重量的约40％至约60％，或约50％。

在一些实施方式中，第二纤维包括双组分纤维，例如芯/鞘、具有偏心芯的芯/鞘、具有实心或空心芯的并排、具有同心或偏心空心芯的并排、具有实心或空心芯的分割饼状物、条纹纤维、导电纤维、海岛、混合纤维或其组合。在示例性实施方式中，第二纤维包括具有偏心芯的芯/鞘纤维。申请人发现，包括具有偏心芯的第二鞘/芯纤维可降低过滤介质的总压降。

纤维可具有适合应用的厚度。在一些实施方式中，纤维的至少一个维度在约1至约10,000微米或约1至约1,000微米或约10至100微米的范围内。纤维的厚度也可以以旦尼尔为单位来测量，旦尼尔是纤维的线质量密度的度量单位。在一些实施方式中，纤维可具有约1旦尼尔至约10旦尼尔的线密度。纤维可被配置为梯度密度介质，其中孔径从过滤器的上表面(上游)到下表面(下游)减小，或反之，以提高捕获效率和容尘量。

在某些实施方式中，第二纤维具有宽范围的线质量密度。例如，第一双组分纤维可具有约1旦尼尔至约18旦尼尔、或约3至6旦尼尔的线质量密度，而第二纤维可具有约1至约18旦尼尔或约3至6旦尼尔的线质量密度。

在某些实施方式中，过滤介质可包括至少两种不同的纤维厚度或线密度，以在同一过滤介质内提供至少两个不同的过滤层。在某些实施方式中，过滤介质可包括三个或更多独立部分或层，每个部分内具有不同旦尼尔纤维范围。

现在参考图1，现将描述双组分纤维10的一个实施方式。如图所示，纤维10是具有第一组分20和第二组分30的分割饼状物双组分纤维。第二组分30形成为围绕空心中心部分40的环形长丝。第一组分20优选包括延伸穿过环形第二组分30的多根长丝。纤维10显示为具有八根第一组分长丝，其在饼状物中形成16个分割段，不过应当理解，双组分纤维10可包括具有约4至约32个分割段、优选约8至约20个分割段的分割饼状物。

第一组分20的每根长丝可具有任何合适的横截面形状，例如圆形、椭圆形、矩形、正方形、三角形等。在一实施方式中，长丝具有基本为扇形的横截面形状，如图2所示。这种长丝的维度可包括沿半长轴的直径为约0.1微米至约10微米、或约3微米至约5微米、优选约4微米。沿半短轴的直径可为约1微米至约10微米、或约2微米至约4微米、优选约3微米。第一组分长丝的总尺寸为约0.1至1.1dtex。

在某些实施方式中，本文讨论的双组分纤维可作为用于捕获或吸收污染物的过滤装置的一部分，例如液体过滤器、用于家用和商用空气过滤的气体过滤器(例如，HVAC)、外科口罩或其他面部覆盖物等。该过滤装置可以是机械过滤器、吸收过滤器、隔离过滤器、离子交换过滤器、反渗透过滤器、表面过滤器、深度过滤器等，并可被设计为从空气、水或其他介质中去除多种不同类型的污染物。

在一个这样的实施方式中，纤维被并入从空气中去除颗粒和污染物的空气过滤器中，例如HEPA(即，褶皱式机械空气过滤器)、紫外光过滤器、静电过滤器、可清洗过滤器、介质过滤器、玻璃纤维过滤器、褶皱式或非褶皱式空气过滤器、活性炭过滤器、袋式过滤器、V型紧凑过滤器、过滤片、平板式过滤器、滤筒等。该介质可包括用于空气过滤器的这种可分裂纤维，并可由支撑层或稀松布层支撑，或可包含在其他层或材料中。

传统的家用和商用空气过滤器，例如HEPA或褶皱式过滤器，通常根据其捕获约0.3和10微米颗粒的能力进行评级。该评级被称为最低效率报告值或MERV，由美国采暖、制冷与空调工程师协会(ASHRAE)制定。MERV评级范围为1-16，数值越高表明捕获特定类型颗粒的效率越高。在测试期间，通常也根据气流中的颗粒尺寸来比较效率值。E3、E2和E1值分别指3-10微米、1-3微米和0.3-1微米的颗粒效率。

本文讨论的过滤介质的预测MERV评级将基于多种因素而变化，包括过滤介质中使用的纤维的类型和尺寸、过滤介质的宽度、褶皱(如有)的数量和尺寸、面速度等。同样，过滤介质的压降也将取决于许多因素，包括上述因素。

在某些实施方式中，基底为用于气体过滤器(如HVAC过滤器)的过滤介质。在这些实施方式中，可热分裂纤维将过滤介质在捕获E1、E2和E3颗粒组中污染物的效率提高了约5-30个点，或提高约10％至约50％。在这些实施方式中，过滤介质的MERV评级可仅通过提供可热分裂纤维来提高。MERV评级可从MERV 6提高至MERV 10。过滤器的压降基本保持不变。因此，可热分裂纤维在不影响压降的情况下提高了过滤介质的效率。

在某些实施方式中，过滤介质包括非织造材料，非织造材料包括基底、片材、层、膜、多孔膜、网状物或其他含纤维的介质。本文所述的非织造基底可包括单股纤维或纱线相互交织、互锁或结合在一起的结构。非织造织物可包括通过机械、热或化学方式使纤维或长丝缠结(以及通过对膜打孔)而结合在一起的片材或网状结构。它们可以是直接由分离的纤维或熔融塑料或塑料膜制成的基本平坦的多孔片材。合适的非织造材料的示例包括但不限于熔喷、纺粘或水刺、热粘合、粘合梳理、气流成网、湿法成网、共成型、针刺、缝合、水力缠结等的纤维、层或网。

在一些实施方式中，非织造纺织品可用于例如网状过滤器、非织造过滤垫和其他模切件、离心过滤袋、液体过滤袋、集尘袋、床式干燥袋、转鼓过滤器、过滤带、叶滤机、炉用过滤器、卷筒介质等。

所预期的纤维可具有多种横截面形状，包括但不限于圆形、芸豆形、狗骨形、三叶形、杠铃形、领结形、星形、Y形等。这些形状和/或其他常规形状可用于实施方式，以获得所需的性能特征。过滤介质中的纤维通过热粘合和化学粘合相互缠结、使用粘合剂等结合剂等方式保持彼此连接。

介质中的双组分纤维可通过热粘合、化学粘合或相互缠结的方式与其他纤维(如上述不可热分裂的第二纤维)保持连接。在一些实施方式中，基底可包括“高蓬松度”非织造材料，该非织造材料包括纺粘或热风粘合梳理非织造纤维。在热风粘合梳理非织造纤维中，基底的蓬松度可通过本领域技术人员已知的各种方法来控制。例如，可通过在粘合过程中对介质施加较小的压缩力来增加蓬松度。在另一个实施例中，可使用具有更大厚度的纤维来制造高蓬松度非织造材料，例如厚度大于3旦尼尔，例如5旦尼尔或更大、6旦尼尔或更大(下文将更详细地讨论)。在其他实施方式中，可通过使用偏心双组分纤维来增加蓬松度。在其他实施方式中，可以通过使用不可粘合纤维来增加蓬松度。

在某些实施方式中，纤维可以带静电，使得例如污染物通过机械和静电过滤两者被捕获。可使用摩擦起电法、电晕放电、静电纤维纺丝、湿法充电、充电棒或其他已知方法对基底进行静电充电。电晕充电适用于对聚合物纤维或纤维共混物或织物充电。摩擦起电可以适用于对具有不同电负性的纤维充电。静电或驻极体过滤介质可以是通过梳理和针刺制成的高蓬松度摩擦电过滤介质。静电纤维纺丝将聚合物的充电与纤维的纺丝结合为一步工艺。第9,074,301号美国专利和于2022年9月28日提交的序列号为63/410,729的共同受让的临时专利申请中描述了合适的摩擦起电法，出于所有目的，上述专利的全部公开内容在此以引用方式并入本文。

过滤介质可包括电荷添加剂，以改变纤维的摩擦电荷，并提高过滤器中摩擦电荷的稳定性和/或持续时间。这提高了过滤器的整体过滤效率，而不损害过滤器其他重要特性(如寿命、容尘量以及压降或通过过滤器的气流)。于2022年9月28日提交的序列号为63/410,731的共同受让的临时专利申请中描述了适用于摩擦起电的电荷添加剂，出于所有目的，上述专利的全部公开内容在此以引用方式并入本文。

在某些实施方式中，纤维可包括硅基涂层，以提高过滤介质捕获污染物、尤其是E2和E3颗粒组范围内的污染物的效率。该硅基涂层可包括反应性硅氧烷粗乳液。硅氧烷乳液可包括例如二甲基硅氧烷乳液(、氨基型硅氧烷乳液、有机官能硅氧烷乳液、树脂型硅氧烷乳液、成膜硅氧烷乳液等。在一个实施方式中，所述反应性硅氧烷粗乳液包含氨基官能聚二甲基硅氧烷和/或聚乙二醇单十三烷基醚。2022年9月14日提交的序列号为63/406,686的共同受让的美国临时专利申请中描述了合适的硅涂层，其全部公开内容以引用方式并入本文。

在某些实施方式中，过滤介质可被刻痕、打褶或折叠成褶皱式过滤器。褶皱可通过各种常规打褶操作形成，包括但不限于杆、旋转和星形齿轮的打褶操作。过滤器包括一个或多个结合至过滤介质的支撑层。在一些实施方式中，提供的聚合物层、薄膜或膜包括一个或多个用于气体或液体流过的孔。在其他实施方式中，该材料包括用于手指绷带垫、面罩等的柔性表面层。

在某些实施方式中，纤维可包含于或结合至具有孔、孔隙或穿孔的薄膜或层中。这些孔可以经压花形成图案(如圆形、菱形、六边形、椭圆形、三角形、矩形等)，然后拉伸，直至在压花产生的变薄区域中形成开孔。这种开孔的基底可由多种聚合物制成，例如聚丙烯、聚乙烯、高密度聚乙烯(“HDPE”)等。聚合物层例如可包括挤出膜。开孔膜可通过商业渠道获得，并以商标销售。基底以辊供应，纳米纤维通过辊对辊工艺沉积到基底中。

预期的纤维可以通过任何方法制造和/或加工，包括但不限于气流成网或干法成网方法、梳理、喷丝头、凝胶纺丝、熔融纺丝、湿法纺丝、干法纺丝、海岛状短纤维或纺粘、分割饼状物短纤维或纺粘等。这些方法在第4,406,950号、第6,338,814号、第6,616,435号、第6,861,142号、第7,252,493号、第7,300,272号、第7,309,430号、第7,422,071号、第7,431,869号、第7,504,348号、第7,774,077号、第9,522,357号、第9,993,761号的美国专利以及公开号为2009/266,759的美国专利中被描述，出于所有目的，上述专利的全部公开内容在此以引用方式并入本文。

在示例性实施方式中，过滤介质通过形成如上所述的具有第一和第二组分的双组分纤维来制造。纤维的长丝被熔融，然后通过挤出机中的喷丝孔挤出或拉伸，以形成双组分形状，例如分割饼状物、并排状等。图2示出了纤维纺丝后的代表性双组分纤维10，显示了第一和第二组分20、30。图5A示出了挤出后的多根纤维50。

在示例性实施方式中，短纤维被梳理。该系统可以包括一台梳理机或两台彼此串联布置的梳理机。短纤维长度(40-80mm)经纤维开松、共混和固结处理，形成连续的纤维网。图3示出了梳理后的代表性纤维10，显示第一和第二组分20、30的轻微分离。图5C示出了梳理后的多根纤维50，显示一些第一组分20已开始从纤维50中分离，形成直径显著更小的长丝或纤维。

一旦经梳理形成纤维网，可采用二次结合工艺赋予纤维网整体性和强度。这种结合工艺可通过化学、热或机械方法实现。在一实施方式中，利用热量对纤维进行热粘合，这也导致至少部分的第一组分与第二组分20、30分离(参见图4和5D)。

在示例性实施方式中，纤维在温度低于约200℃、优选为约110至180℃、或为约150℃的热风烘箱中加热并粘合。在一些实施方式中，第一组分在加热过程中收缩至少约10％，或至少约40％。

在某些实施方式中，纤维在熔融纺丝过程之前、之中或之后被涂覆纺丝油剂并被卷曲。图5B示出了在梳理过程之前已被切割并卷曲的多根纤维。

在一些实施方式中，可热分裂纤维的第一和/或第二组分包括滑爽添加剂，以便在热激活过程中易于分裂。滑爽添加剂选自包括但不限于蜡、低表面能添加剂、陶瓷、润滑剂等。

在其他实施方式中，裸露的连续纤维通过选自由纺粘和熔喷所组成的组的工艺形成。在一个实施例中，系统可包括纺粘生产线，其中长丝通过纺丝熔融聚合物并拉伸开熔融长丝而形成。长丝纤维束被分离并铺展，然后在层叠于网帘上形成网。纤维通过热粘合和压花以片材形式结合。可热分裂的长丝随后在热处理过程中分裂。

在又一个实施例中，纤维可通过熔喷模头形成。在第6,972,104号、第8,017,534号、第7,772,456号的美国专利以及第US20200216979A1号美国专利申请中更详细地讨论了可用于制造非织造材料的合适熔喷模头的示例，出于所有目的，上述专利的全部公开内容以引用方式整体并入本文。

实施例

申请人对用于过滤介质的可热分裂纤维进行了大量测试。在这些测试中，申请人发现了纤维及其制造工艺的许多关键特征，这些特征显著提升了包括这些纤维的过滤介质的过滤效率。

首次试验

在首次试验中，申请人测试了过滤介质的过滤效率，该过滤介质包括具有空心中心的分割饼状物横截面(16瓣)、质量线密度为3旦尼尔、纤维长度为60mm的双组分长丝或纤维。第一组分包括按重量计75:25的PP树脂与商品名为Vistamaxx^TM 7020BF(由Exxon生产)的弹性体材料的共混物。第一个样品中的第二组分包括100％的PET，第二个样品中的第二组分包括97％的PET和3％的滑爽添加剂。第一组分占纤维体积的60％，第二组分占体积的40％。纤维被手动切割，没有进行任何卷曲处理。

申请人随后制备了包括两种不同纤维的过滤介质：(1)包括不可热分裂的材料的3旦尼尔的双组分纤维；以及(2)上述双组分纤维。两种纤维的比例为80％不可分裂纤维和20％可分裂纤维。申请人将这种过滤介质的测试结果与包括100％不可分裂的3旦尼尔纤维的标准过滤介质进行了比较。测试结果的总结如下表1所示。

表1

如表1所示，与100％的3旦尼尔不可分裂纤维相比，可分裂纤维降低了过滤介质的压降，但未显著提升过滤介质在E2和E3区内的过滤效率。申请人认为，这至少由以下五个原因中的至少一个所致：(1)双组分纤维未被卷曲；(2)第一组分中弹性体的重量百分比过高，导致在拉伸过程中弹性体粘附到第二组分上；(3)纤维加热温度过高，同样导致弹性体材料粘附到其他可分裂纤维上；(4)不可热分裂纤维与可分裂纤维的比例(即，80/20)过高；和/或(5)具有可分裂纤维的网的基重低于对照样品。

申请人还进行了不同温度曲线的测试，以确定可分裂纤维收缩的最佳温度。用于该测试的纤维与上述首次试验中描述的纤维基本相同。该测试表明，纤维中的第一组分在65-70℃左右开始显著收缩。此外，弹性体聚合物切片在100℃左右开始软化并相互粘连。

申请人随后对过滤介质的过滤效率进行了第二次测试，该过滤介质包括具有空心的分割饼状物横截面(16瓣)、质量线密度为3旦尼尔、纤维长度为60mm的双组分长丝或纤维。第一组分包括按重量计75:25的PP树脂与商品名为Vistamaxx^TM 7020BF(由Exxon生产)的弹性体材料的共混物。第一个样品中的第二组分包括100％的PET，第二个样品中的第二组分包括97％的PET和3％的滑爽添加剂。第一组分占纤维的60％，第二组分占40％。纤维被卷曲为约12个卷曲/英寸。纤维被加热至150℃并保持约20秒。

申请人随后制备了包括两种不同纤维的过滤介质：(1)包括不可热分裂材料的3旦尼尔的双组分纤维；以及(2)上述双组分纤维。两种纤维的比例为70％不可分裂纤维和30％可分裂纤维。申请人将该过滤介质的测试结果与包括100％不可分裂的3旦尼尔纤维的标准过滤介质进行了比较。测试结果的总结如下表2所示。

表2

如所示，含30％可分裂纤维的样品显示在E2和E3颗粒组的过滤有所提升，这使得过滤介质的整体MERV评级从MERV 7提高至MERV 9。然而，在500CFM(立方英尺/分钟)/180FPM(英尺/分钟)的测试条件下，具有该样品纤维的过滤介质的压降从0.1598英寸水柱略微增加至0.1664英寸水柱。

申请人对过滤介质的过滤效率进行了另一项测试，该过滤介质包括具有空心中心的分割饼状物横截面(16瓣)、质量线密度为5.6旦尼尔、纤维长度为60mm的双组分长丝或纤维。第一组分包括按重量计85:15的PP树脂与商品名为Vistamaxx^TM 7020BF(由Exxon生产)的弹性体材料的共混物。第二组分包括100％的PLA。在第一轮试验中，第一组分占纤维总横截面体积的40％，第二组分占60％。在第二轮试验中，第一组分与第二组分的比例为50/50。纤维被卷曲为约10-20个卷曲/英寸。纤维被加热至150℃并保持约20秒。

申请人确定，使用较大的双组分纤维(即，5.6旦尼尔长丝)可减少拉伸过程中的长丝断裂量。此外，申请人发现较低的导丝辊温度导致长丝粘连显著减少。事实上，所生产的288根单独的长丝在制造过程中均未发生相互粘连。

申请人随后用上述双组分纤维进行了多次梳理试验以制造过滤介质。该过滤介质包括两种不同的纤维：(1)包括不可热分裂材料的3旦尼尔的双组分纤维；以及(2)上述双组分纤维。在首次梳理试验中，3旦尼尔纤维采用G8油剂(即可提升过滤效率的特殊过滤油剂)。如下表3所示，申请人测试了三种不同过滤介质的过滤效率：(1)样品1(标记为P-S1)：100％的具有G8油剂的不可热分裂的3旦尼尔的纤维；(2)样品2(标记为P-S2)：70％的具有G8油剂的不可热分裂的3旦尼尔纤维与30％的5.6旦尼尔的60/40可分裂纤维；以及(3)样品3(标记为P-S3)：70％的具有G8油剂的不可热分裂的3旦尼尔纤维与30％的5.6旦尼尔的50/50可分裂纤维。同样的，60/40和50/50对应可热分裂纤维中第一组分与第二组分的体积比。第一组数据表示实际平片结果，标记“*”的第二组数据表示归一化至120克/平方米(gsm)的平片结果。

表3

这些结果表明，与60/40可分裂纤维共混物及样品1相比，使用50/50可分裂纤维(样品3)在过滤效率相近的情况下提供更低的压降(PD)。

如下表4所示，申请人对五种不同过滤介质组合的过滤效率进行了第二次测试。请注意，G6和G8分别对应标准纺丝油剂(G6)和可提升过滤效率的纺丝油剂(G8)。(1)样品1(标记为S1)：100％的不可热分裂的3旦尼尔双组分纤维，该双组分纤维具有同心芯/鞘结构且具有G6纺丝油剂(厚度为83密耳)；(2)样品2(标记为S2)：70％的不可热分裂的3旦尼尔双组分纤维(具有同心芯/鞘结构和G6纺丝油剂)与30％的5.6旦尼尔的60/40可分裂纤维(厚度为101密耳)；(3)样品3(标记为S3)：70％的不可热分裂的3旦尼尔双组分纤维(具有同心芯/鞘结构和G6纺丝油剂)与30％的5.6旦尼尔的50/50可分裂纤维(厚度为75密耳)；样品4(标记为S4)为60％的不可热分裂的3旦尼尔双组分纤维(具有同心芯/鞘结构和G6油剂)与40％的5.6旦尼尔的50/50可分裂纤维(厚度为60密耳)；样品5(标记为S5)为60％的不可热分裂的3旦尼尔双组分纤维(具有偏心芯/鞘结构)与具有G8油剂的3旦尼尔双组分绿色纤维。

表4

如所示，具有可热分裂纤维的两个样品(样品2和样品3)的过滤效率(尤其是在E3的过滤效率)有所提升，且压降基本上相同。

如所示，样品5的偏心芯/鞘结构降低了过滤介质的总压降。此外，与其他样品相比，G8纺丝油剂显著提高了过滤介质捕获E3颗粒组中污染物的效率。

在优选实施方式中，申请人制备了16分割饼。第一组分为PLA，同时第二组分为PP(85％)与Vistamaxx(15％)的共混物。图6为纤维横截面的光学显微镜图像。图7展示了梳理和粘合后网表面的一系列光学图像。分割的卷曲源于分裂和收缩。在替代实施方式中，可热分裂双组分纤维可通过双组分纺粘技术制备，其中长丝是连续的。

在替代实施方式中，过滤器还可包括结合至基材或过滤介质中的纳米颗粒。本文所用术语“纳米颗粒”指在至少一个轴或维度上具有小于1微米的维度的任何颗粒。例如，直径或宽度小于1微米且长度大于1微米的纤维属于本文所用的纳米颗粒。纳米纤维可具有连续长度，或纳米纤维可具有离散长度，如1至100,000微米，优选约100至10,000微米。

在某些实施方式中，纳米颗粒“以一定深度”分散在基材内。本文所用术语“以一定深度”是指纳米颗粒的分散越过基底的第一表面，使得至少部分纳米颗粒分布在第一和第二相对表面之间，并进入基材或介质的内部结构。在某些实施方式中，纳米颗粒分散遍及从第一表面到相对的第二表面的基本整个介质中。在其他实施方式中，纳米颗粒分散贯穿从第一表面到第一和第二表面之间的位置的介质部分。

纳米颗粒可选择为相对于第一或第二纤维具有不同的摩擦电特性，以便利用摩擦电效应来增强颗粒去除。通过这种方法，生成的纳米颗粒在电场中形成，且不易受到可能削弱摩擦电效应的化学物质污染。也可使用与粗纤维具有不同吸附性能或表面电荷特性的纳米颗粒，例如在油或水过滤中。这种差异可用于在过滤介质内增强或产生局部电场梯度，以增强颗粒去除。纳米颗粒与粗纤维可具有不同的润湿特性。

纳米颗粒可包括任何合适的材料，诸如玻璃、生物可溶性玻璃、陶瓷材料、丙烯酸、碳、金属(如氧化铝)、聚合物(如尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烃、聚缩醛、聚酯、纤维素醚、聚亚烷基硫醚、聚(亚芳基氧化物)、聚砜、改性聚砜聚合物和聚乙烯醇、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、聚偏二氟乙烯及它们的任意组合。

在一些实施方式中，纳米颗粒通过机械缠结结合至纤维。这种机械结合可用粘合剂或结合剂进行补充。在某些实施方式中，纳米颗粒未被卷曲(即，它们不包括与松弛状态下的纳米颗粒相关的明显波浪形、弯曲、卷曲、盘绕锯齿或类似形状)。在其他实施方式中，纳米颗粒可具有有着离散长度的卷曲体结构。例如，当这些具有离散长度的卷曲纳米纤维附着于纤维时，它们彼此之间相互缠结，并与纤维缠绕，牢固附着在纤维上和周围，以形成改性纤维。在其他实施方式中，纳米纤维附着至微米纤维是通过纤维和纳米颗粒之间的静电荷吸引和/或范德华力吸引来实现的。关于包含纳米颗粒的过滤介质的更完整描述，可以在均于2022年4月8日递交的共同受让的、共同未决的序列号为63/328,970、63/328,959、63/328,983、63/328,998、63/329,009、63/329,018、63/329,137、63/329,146、63/329,155、63/329,158、63/329,161和63/329,162的美国临时专利申请中找到，出于所有目的，其全部公开内容以引用方式整体并入本文。

在其他实施方式中，提供了用于伤口的吸收垫和绷带，其包括本文所述的一种或多种双组分纤维。这些双组分纤维增加了吸收垫的表面积，从而提高其液体吸收能力。

吸收垫和绷带可用于治疗任何类型的上皮组织(如皮肤)破损或开口。例如，伤口可以是擦伤、刮伤、结痂、水疱、烧伤、切口、撕裂伤、刺伤或撕脱伤，并且可将吸收材料应用于创面或正在愈合、闭合的组织。本公开的吸收材料还可用于焦痂、溃疡和受感染的皮肤。从伤口排出并进入吸收垫的一层或多层的典型流体包括血液及其成分、汗液、浆液、脓液等。该材料可用于任何大小、形状或深度的伤口，可在临床或其他环境中使用。

在一个这样的实施方式中，绷带或伤口敷料包括粘合层和吸收垫。附加层，例如背衬层，也可以是绷带的一层。在某些实施方式中，可在吸收垫的与伤口接触的表面添加伤口离型层。应当理解，可添加其他类型的背衬层或离型层，且可包括与从包装中轻松移除垫或绷带相关的层。可选地，离型层可存在于粘合层的表面，例如硅胶纸离型条(未示出)，使用者可在将绷带放置到皮肤上之前将其移除。使用本文所述的双组分纤维的合适的绷带或伤口敷料的更完整描述，可以在于2021年2月21日提交的共同受让的、共同未决的序列号为16/989,209并美国专利申请中找到，其完整公开内容以引用方式并入本文。

在一实施方式中，吸收垫包括第一聚合物层和第二层，该第二层与第一层热粘合并包括至少一种热粘合纤维。在一些实施方式中，该热粘合纤维包括如上所述的双组分纤维。该双组分纤维可包括任何合适的构造，例如具有同心或偏心芯的芯/鞘、并排、分割饼、海岛、空心双组分纤维、空心分割饼、三叶形双组分纤维、混合纤维、条纹纤维、导电纤维等。该双组分纤维可具有实心或空心的芯。

在一些实施方式中，双组分纤维包括第一组分和第二组分。第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，并且具有比第二组分更高的收缩百分比，使得在向纤维施加热量或热能时，至少部分的第一组分与第二组分分离。用于第一组分和第二组分的合适材料如上所述。在一些实施方式中，第一组分的热塑性弹性体材料占第一组分重量的小于约25％、或第一组分的重量的约10％至约20％、优选约15％。

第一组分与第二组分的重量比可为约20/80至约80/20。在某些实施方式中，第二组分的重量百分比大于第一组分。在示例性实施方式中，第一组分的重量百分比为双组分纤维的约50％、或约40％或约30％或约20％。

双组分纤维可包括短纤维或连续纤维。在过滤介质制造过程之前，纤维可以是裸露的(即，零纺丝油剂)。在过滤介质制造过程之前，纤维可以包括纺丝油剂。

尽管本文已根据某些优选实施方式对装置、系统和方法进行了详细描述，但本领域技术人员可对其进行多种修改和变更。因此，前述描述不应被解释为限制性的，而应被解释为包括上述明显变化，并仅受以下权利要求的精神和范围的限制。

例如，在第一方面，第一实施方式是一种过滤介质，其包括具有第一组分和第二组分的双组分纤维。第一组分具有比第二组分低的熔点。第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料。热塑性弹性体材料为第一组分的重量的小于约25％。

第二实施方式为第一实施方式，其中第一组分具有比第二组分高的收缩比或收缩百分比或收缩率。

第三实施方式为前两个实施方式的任意组合，其中热塑性弹性体材料为第一组分的重量的约10％至约20％。

第四实施方式为前三个实施方式的任意组合，其中热塑性弹性体材料为第一组分的重量的约15％。

第五实施方式为前四个实施方式的任意组合，其中第一组分具有与第二组分基本上相同的熔体粘度。

第六实施方式为前五个实施方式的任意组合，其中第一组分的热塑性材料包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、CoPET、尼龙、PLA及它们的组合所组成的组的材料。

第七实施方式为前六个实施方式的任意组合，其中热塑性弹性体材料包括选自由苯乙烯嵌段共聚物(SBS、SIS、SEBS)、烯烃嵌段聚合物、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、热塑性聚苯乙烯弹性体(TPS)、聚酯共聚物弹性体、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚酰胺弹性体(PEBAX)、热塑性聚氨酯(TPU)、离聚物、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、基于丙烯的弹性体、丙烯-乙烯共聚物、乙烯-辛烷共聚物及它们的组合所组成的组的材料。

第八实施方式为前七个实施方式的任意组合，其中双组分纤维包括分割饼状物。

第九实施方式为前八个实施方式的任意组合，其中分割饼状物是同心的。

第十实施方式为前九个实施方式的任意组合，其中分割饼状物是偏心的。

第十一实施方式为前十个实施方式的任意组合，其中双组分纤维具有空心的中心部分。

第十二实施方式为前十一个实施方式的任意组合，其中空心的中心是同心的。

第十三实施方式为前十二个实施方式的任意组合，其中空心的中心是偏心的。

第十四实施方式为前十三个实施方式的任意组合，其中双组分纤维包括不连续的短纤维。

第十五实施方式为前十四个实施方式的任意组合，其中双组分纤维是连续的。

第十六实施方式为前十五个实施方式的任意组合，其中第一组分和第二组分被加热至约110℃至约180℃的温度。

第十七实施方式为前十六个实施方式的任意组合，其中第一组分和第二组分被加热至约130℃至约150℃的温度。

第十八实施方式为前十七个实施方式的任意组合，其中双组分纤维具有约2旦尼尔至约16旦尼尔的线质量密度。

第十九实施方式为前十八个实施方式的任意组合，其中第一组分为第一组分和第二组分的重量的约40％至约60％。

第二十实施方式为前十九个实施方式的任意组合，其中第一组分为第一组分和第二组分的重量的约50％。

第二十一实施方式为前二十个实施方式的任意组合，其中第二组分为聚合物，该聚合物包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、PLA、尼龙、PHB、PTFE及它们的组合所组成的组的材料。

第二十二实施方式为前二十一个实施方式的任意组合，进一步包括第二双组分纤维，该第二双组分纤维包括具有明显不同的熔点的第一组分和第二组分，且较低熔点部分充当粘合剂纤维。

第二十三实施方式为前二十二个实施方式的任意组合，其中第二双组分纤维占过滤介质的重量的约30％至约70％。

第二十四实施方式为前二十三个实施方式的任意组合，其中第二双组分纤维包括芯和鞘。

第二十五实施方式为前二十四个实施方式的任意组合，其中芯与鞘偏心。

在另一方面，提供了一种空气过滤器产品，其包括前述25个实施方式的任意组合的过滤介质。

在另一方面，第一实施方式为一种过滤介质，其包括双组分纤维，该双组分纤维包含第一组分和第二组分。当被加热至阈值温度时，至少部分的第一组分与第二组分分离。第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料。热塑性弹性体材料为第一组分的重量的小于约25％。

第二实施方式为第一实施方式，其中阈值温度为约110℃至约180℃。

第三实施方式为前两个实施方式的任意组合，其中阈值温度为约130℃至约150℃。

第四实施方式为前三个实施方式的任意组合，其中第一组分具有较低的熔点。

第五实施方式为前四个实施方式的任意组合，其中第一组分具有比第二组分高的收缩比/百分比。

第六实施方式为前五个实施方式的任意组合，其中第一组分具有与第二组分基本上相同的熔体粘度。

第七实施方式为前六个实施方式的任意组合，还包括具有第一组分和第二组分的第二双组分纤维，其中当被加热至阈值温度时，第一组分基本上保持与第二组分结合。

第八实施方式为前七个实施方式的任意组合，其中第二双组分纤维占过滤介质的重量的约30％至约70％。

第九实施方式为前八个实施方式的任意组合，其中热塑性弹性体材料为第一组分的重量的约10％至约20％。

第十实施方式为前九个实施方式的任意组合，其中热塑性弹性体材料为第一组分的重量的15％。

在另一方面，提供了一种空气过滤器产品，其包括前10个实施方式的任意组合的过滤介质。

在另一方面，第一实施方式为一种制造过滤介质的方法，包括提供具有第一组分和第二组分的双组分纤维，并加热该双组分纤维，使得至少部分的第一组分与第二组分分离。第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料。热塑性弹性体材料为第一组分的重量的小于约25％。

第二实施方式为第一实施方式，还包括将第一组分和第二组分共同挤出以形成双组分纤维。

第三实施方式为前两个实施方式的任意组合，其中挤出第一组分和第二组分以形成分割饼状物双组分纤维。

第四实施方式为前三个实施方式的任意组合，其中将双组分纤维加热至约110℃至约180℃的温度。

第五实施方式为前四个实施方式的任意组合，其中将双组分纤维加热至约130℃至约150℃的温度。

第六实施方式为前五个实施方式的任意组合，还包括对该双组分纤维进行卷曲。

第七实施方式为前六个实施方式的任意组合，其中双组分纤维的卷曲数为约8至约20个卷曲/英寸。

第八实施方式为前七个实施方式的任意组合，还包括将涂层施加至双组分纤维以对纤维进行纺丝上油。

第九实施方式为前八个实施方式的任意组合，还包括在加热过程中，使第一组分收缩至少约10％。

第十实施方式为前九个实施方式的任意组合，还包括在加热过程中，使第一组分收缩至少约30％。

第十一实施方式为前十个实施方式的任意组合，还包括对双组分纤维进行梳理。

第十二实施方式为前十一个实施方式的任意组合，还包括利用选自由纺粘和熔喷组成的组的工艺形成双组分纤维。

第十三实施方式为前十二个实施方式的任意组合，还包括将第二双组分纤维与第一双组分纤维共混，第二双组分纤维具有在加热过程中基本上保持相互结合的第一组分和第二组分。

第十四实施方式为前十三个实施方式的任意组合，其中第二双组分纤维占过滤介质的重量的约30％至约70％。

在另一方面，提供一种由上述14个实施方式的任意组合的方法制造的空气过滤器。

在另一方面，第一实施方式为一种双组分纤维，其包括第一组分和第二组分。第一组分具有比第二组分低的熔点，且包括热塑性弹性体材料和热塑性材料。热塑性弹性体材料为第一组分的重量的小于约25％。

第二实施方式为第一实施方式，其中第一组分具有比第二组分高的收缩比/百分比/率。

第三实施方式为前两个实施方式的任意组合，其中热塑性弹性体材料为第一组分的重量的约15％。

第四实施方式为前三个实施方式的任意组合，其中第一组分的热塑性材料包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、CoPET、尼龙、PLA及它们的组合所组成的组的材料。

第五实施方式为前四个实施方式的任意组合，其中热塑性弹性体材料包括选自由苯乙烯嵌段共聚物(SBS、SIS、SEBS)、烯烃嵌段聚合物、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、热塑性聚苯乙烯弹性体(TPS)、聚酯共聚物、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚酰胺弹性体(PEBAX)、热塑性聚氨酯(TPU)、离聚物、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、基于丙烯的弹性体、丙烯-乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物及它们的组合所组成的组的材料。

第六实施方式为前五个实施方式的任意组合，其中双组分纤维包括分割饼状物。

第七实施方式为前六个实施方式的任意组合，其中第一组分为第一组分和第二组分的重量的约40％至约60％。

第八实施方式为前七个实施方式的任意组合，其中第二组分为聚合物，该聚合物包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、PLA、尼龙、PHB、PTFE及它们的组合所组成的组的材料。

在另一方面，提供一种用于伤口敷料的吸收垫，其包括上述8个实施方式的任意组合的双组分纤维。

在另一方面，提供一种伤口敷料，其包括上述8个实施方式的任意组合的双组分纤维。

Claims (61)

1.一种过滤介质，包括：

包含第一组分和第二组分的双组分纤维，其中所述第一组分具有比所述第二组分低的熔点；以及

其中所述第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，其中所述热塑性弹性体材料为所述第一组分的重量的小于约25％。

2.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一组分具有比所述第二组分高的收缩比或收缩百分比或收缩率。

3.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述热塑性弹性体材料为所述第一组分的重量的约10％至约20％。

4.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述热塑性弹性体材料为所述第一组分的重量的约15％。

5.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一组分具有与所述第二组分基本上相同的熔体粘度。

6.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一组分的所述热塑性材料包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、CoPET、尼龙、PLA及它们的组合所组成的组的材料。

7.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述热塑性弹性体材料包括选自由苯乙烯嵌段共聚物(SBS、SIS、SEBS)、烯烃嵌段聚合物、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、热塑性聚苯乙烯弹性体(TPS)、聚酯共聚物弹性体、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚酰胺弹性体(PEBAX)、热塑性聚氨酯(TPU)、离聚物、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、基于丙烯的弹性体、丙烯-乙烯共聚物、乙烯-辛烷共聚物及它们的组合所组成的组的材料。

8.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述双组分纤维包括分割饼状物。

9.如权利要求8所述的过滤介质，其中所述分割饼状物是同心的。

10.如权利要求8所述的过滤介质，其中所述分割饼状物是偏心的。

11.如权利要求9所述的过滤介质，其中所述双组分纤维具有空心的中心部分。

12.如权利要求9所述的过滤介质，其中所述空心的中心是同心的。

13.如权利要求9所述的过滤介质，其中所述空心的中心是偏心的。

14.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述双组分纤维包括不连续的短纤维。

15.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述双组分纤维是连续的。

16.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一组分和所述第二组分被加热至约110℃至约180℃的温度。

17.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一组分和所述第二组分被加热至约130℃至约150℃的温度。

18.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述双组分纤维具有约2旦尼尔至约16旦尼尔的线质量密度。

19.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一组分为所述第一组分和所述第二组分的重量的约40％至约60％。

20.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第一组分为所述第一组分和所述第二组分的重量的约50％。

21.如权利要求1所述的过滤介质，其中所述第二组分为聚合物，所述聚合物包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、PLA、尼龙、PHB、PTFE及它们的组合所组成的组的材料。

22.如权利要求1所述的过滤介质，还包括第二双组分纤维，所述第二双组分纤维包括具有明显不同的熔点的第一组分和第二组分，且较低熔点部分充当粘合剂纤维。

23.如权利要求22所述的过滤介质，其中所述第二双组分纤维占所述过滤介质的重量的约30％至约70％。

24.如权利要求22所述的过滤介质，其中所述第二双组分纤维包括芯和鞘。

25.如权利要求24所述的过滤介质，其中所述芯与所述鞘偏心。

26.一种空气过滤器产品，其包括权利要求1所述的过滤介质。

27.一种过滤介质，包括：

包含第一组分和第二组分的双组分纤维，其中当被加热至阈值温度时，至少部分的所述第一组分与所述第二组分分离；以及

其中所述第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，其中所述热塑性弹性体材料为所述第一组分的重量的小于约25％。

28.如权利要求27所述的过滤介质，其中所述阈值温度为约110℃至约180℃。

29.如权利要求27所述的过滤介质，其中所述阈值温度为约130℃至约150℃。

30.如权利要求27所述的过滤介质，其中所述第一组分具有比所述第二组分低的熔点。

31.如权利要求27所述的过滤介质，其中所述第一组分具有比所述第二组分高的收缩率/收缩百分比。

32.如权利要求27所述的过滤介质，其中所述第一组分具有与所述第二组分基本上相同的熔体粘度。

33.如权利要求27所述的过滤介质，还包括具有第一组分和第二组分的第二双组分纤维，其中当被加热至所述阈值温度时，所述第一组分基本上保持与所述第二组分结合。

34.如权利要求33所述的过滤介质，其中所述第二双组分纤维占所述过滤介质的重量的约30％至约70％。

35.如权利要求27所述的过滤介质，其中所述热塑性弹性体材料占所述第一组分的重量的约10％至约20％。

36.如权利要求27所述的过滤介质，其中所述热塑性弹性体材料占所述第一组分的重量的15％。

37.一种制造过滤介质的方法，所述方法包括：

提供具有第一组分和第二组分的双组分纤维，其中所述第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，其中所述热塑性弹性体材料为所述第一组分的重量的小于约25％；以及

加热所述双组分纤维，使得至少部分的所述第一组分与所述第二组分分离。

38.如权利要求37所述的方法，还包括将所述第一组分和所述第二组分共同挤出以形成所述双组分纤维。

39.如权利要求38所述的方法，其中挤出所述第一组分和所述第二组分以形成分割饼状物双组分纤维。

40.如权利要求37所述的方法，其中将所述双组分纤维加热至约110℃至约180℃的温度。

41.如权利要求37所述的方法，其中将所述双组分纤维加热至约130℃至约150℃的温度。

42.如权利要求37所述的方法，还包括对所述双组分纤维进行卷曲。

43.如权利要求42所述的方法，其中所述双组分纤维的卷曲数为约8至约20个卷曲/英寸。

44.如权利要求37所述的方法，还包括将涂层施加至所述双组分纤维以对纤维进行纺丝上油。

45.如权利要求37所述的方法，还包括在加热过程中，使所述第一组分收缩至少约10％。

46.如权利要求37所述的方法，还包括在加热过程中，使所述第一组分收缩至少约30％。

47.如权利要求37所述的方法，还包括对所述双组分纤维进行梳理。

48.如权利要求37所述的方法，还包括利用选自由纺粘和熔喷组成的组的工艺形成所述双组分纤维。

49.如权利要求37所述的方法，还包括将第二双组分纤维与第一双组分纤维共混，所述第二双组分纤维具有在加热过程中基本上保持相互结合的第一组分和第二组分。

50.如权利要求49所述的方法，其中所述第二双组分纤维占所述过滤介质的重量的约30％至约70％。

51.一种空气过滤器，其由权利要求37所述的方法制造。

52.一种双组分纤维，包括：

第一组分和第二组分，其中所述第一组分具有比所述第二组分低的熔点；以及

其中所述第一组分包括热塑性弹性体材料和热塑性材料，其中所述热塑性弹性体材料为所述第一组分的重量的小于约25％。

53.如权利要求52所述的纤维，其中所述第一组分具有比所述第二组分高的收缩比/收缩百分比/收缩率。

54.如权利要求52所述的纤维，其中所述热塑性弹性体材料为所述第一组分的重量的约15％。

55.如权利要求52所述的纤维，其中所述第一组分的所述热塑性材料包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、CoPET、尼龙、PLA及它们的组合所组成的组的材料。

56.如权利要求52所述的纤维，其中所述热塑性弹性体材料包括选自由苯乙烯嵌段共聚物(SBS、SIS、SEBS)、烯烃嵌段聚合物、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、热塑性聚苯乙烯弹性体(TPS)、聚酯共聚物、热塑性硫化橡胶(TPV)、聚酰胺弹性体(PEBAX)、热塑性聚氨酯(TPU)、离聚物、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、基于丙烯的弹性体、丙烯-乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物及它们的组合所组成的组的材料。

57.如权利要求52所述的纤维，其中所述双组分纤维包括分割饼状物。

58.如权利要求52所述的纤维，其中所述第一组分为所述第一组分和所述第二组分的重量的约40％至约60％。

59.如权利要求52所述的纤维，其中所述第二组分为聚合物，所述聚合物包括选自由聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP与PE的共混物、PBT、PET、PLA、尼龙、PHB、PTFE及它们的组合所组成的组的材料。

60.一种用于伤口敷料的吸收垫，其包括如权利要求52所述的双组分纤维。

61.一种伤口敷料，其包括如权利要求52所述的双组分纤维。