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CN1468134A - 袋滤室元件 - Google Patents

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CN1468134A
CN1468134A CNA018168213A CN01816821A CN1468134A CN 1468134 A CN1468134 A CN 1468134A CN A018168213 A CNA018168213 A CN A018168213A CN 01816821 A CN01816821 A CN 01816821A CN 1468134 A CN1468134 A CN 1468134A
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Jm
J·M·比特拿
�ղ��ʿ�
J·A·勒布朗克
M·A·戈金斯
ά
T·M·维克
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Donaldson Co Inc
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Abstract

通过将袋式组件制成管状或者双折叠结构，此时过滤介质结构的气体到达的表面上置有细纤维层，可以制得通常已知为袋滤室或者过滤袋或者具有袋式结构的空气过滤器的过滤器结构。所述过滤设备包括具有内部部件的过滤室。所述过滤设备悬在过滤室的内部。所述过滤设备包括用于过滤介质的框子或支撑物。所述框子或支撑物支承着过滤袋，使过滤袋悬在箱体内部的框子上。吸入的空气进入壳体，经过过滤设备，然后离开壳体。空气必须首先流入细纤维层、过滤介质，然后流到壳体的外面去。

Description

袋滤室元件
本申请是美国公司及居民Donaldson Company，Inc.于2001年8月21日提交的PCT国际专利申请，该申请选定除美国外所有的国家，并要求提交于2000年9月5日的美国专利No.60/230,138和提交于2001年5月31日的美国专利No.09/871,006的优先权。
发明领域
本发明说明用来过滤包括气体或液体的流体中微粒的过滤结构或构造。更具体地说，本发明涉及袋滤室过滤元件。通常在袋滤室中使用过滤元件来除去排出气体中所含的微粒。袋滤室过滤结构通常用来处理大体积的排出气体，除去其中的灰尘和粗粒。本发明还涉及过滤设备、结构和方法。更具体的说，本发明涉及一种箱式过滤设备，其中所述过滤元件包括一系列悬在箱体中用来过滤排出气体中的灰尘或其它微粒的过滤袋。本发明中所用的过滤袋可以有各种结构形状或者构型。用于本发明箱体中过滤元件的过滤袋，其过滤效率高且具有长期的使用寿命。过滤袋可以是具有折叠对称性的管形过滤袋或者片状过滤结构。根据要过滤的空气的体积，过滤器壳体可以包括数目大但是数目可改变的过滤袋单元。
发明背景
灰尘收集器，也称为袋滤室，通常用于过滤工业排出物或者排出气中的微粒材料。经过滤以后，洁净的排出气可以通入大气或者循环利用。这种袋滤室灰尘收集器在结构上通常包括一个或者多个支承在箱体或者类似结构中柔韧的过滤组。在这种过滤箱体和过滤组中，过滤袋通常固定在箱体内，保持一定位置使排出物能有效流经过滤袋，有效除去所含的微粒。固定在箱体内的过滤袋通常支承在一结构上，使其洁净空气面和脏空气面保持分开，并支撑过滤袋以保持高效的操作。
发明概述
我们已经发现在袋滤室元件上使用一层细纤维(最大直径约为0.5微米的纤维)可以保持或者提高袋滤室元件的效率，并可以基本保持和提高袋滤室元件的总体使用寿命。在过滤操作过程中，遇上袋滤室元件的微粒被捕获并留在过滤器结构的表面上或者表面中。在过滤器表面上聚积的这些微粒在某个时刻上会开始降低过滤器寿命以及微粒除去的效率。我们已经发现，通过替换过滤器元件两面的一部分细纤维，可以保持过滤器的效率，同时充分提高过滤器的使用寿命。可以使用反向脉冲净化步骤来除去聚积的微粒并显著降低压力降。
我们已经发现，本发明的袋滤室结构至少可以采取两种实施方式。在第一种实施方式中，所述细纤维结构可以呈管状的袋或部件上多孔管状层的形式，其一端密封在微粒冲击过滤袋的表面上形成有细的纤维。所述管状部件的敞开端可以用围绕管状部件的环套固定。所述环套可以置于袋滤室结构中的管状部件和支撑结构之间的密封中。所述管状部件可以由一支撑部件支撑，保持袋的形状，防止坍塌。这种部件可以是各种包括多孔管或者金属网的结构。
在第二个实施方式中，细纤维结构通常在过滤袋上呈多孔过滤层的形式，它通常由几块矩形的织物片形成，这些织物片沿相对的边缘或者缝隙连接或者密封，将洁净面和脏的即有灰尘的面隔开。在一优选实施方式中，将一通常为矩形长条状的单块织物沿对开低边折叠，形成一折叠结构有细纤维在微粒冲击过滤袋的表面。一个呈U形的金属夹子沿每个过滤袋的低边和薄垫片部件的两面延伸，或者夹在一起夹住其间的过滤袋低边。这种部件的目的是在过滤袋低边位置提供足够的重量，使之保持垂直方向并防止过滤袋由于气体流经所述过滤袋以及其中压力差的影响而被往上拉。在过滤袋内部封入金属网或者其它合适的材料，防止织物片坍塌，并确保过滤袋的表面能经受气体的通过。在各过滤袋的上表面或者末端固定一环套。为适当且高效的过滤操作，使用这种环套是确保将所述过滤袋密封在箱体中。在本申请中，术语“过滤效果不改变”是指按选定的用途，能保持除去流体中微粒的足够效率。
本发明也涉及所制造的对热、湿气、反应性物质和机械应力具有高稳定性的聚合物材料。这种材料可以用来形成具有高稳定性和强度的细纤维，如微米纤维和纳米纤维。随着纤维细度的降低，材料的经久性会日益成为一个问题。在一个用途中，可以使用这种细纤维工艺来制造过滤结构。本发明涉及聚合物、聚合组合物、纤维、过滤器、过滤结构以及过滤方法。本发明的用途具体涉及从流体例如空气流和液体(例如，非水性和水性)流中微粒的过滤。所述工艺涉及在过滤介质中具有一层或多层细纤维的结构。为性能和经久性的综合考虑，可以对组合物和纤维细度进行选择。
附图简要说明
图1是操作中袋滤室灰尘收集器的示意图。
图2是图1过滤装置的侧视图，其中有些部位被揭开。
图3是图2装置沿其中线3-3的截面图。
图4是图3装置的侧视图。
图5是袋滤室灰尘收集器另一实施方式的示意性透视图，其中有些部位被揭开，为的是显示其内部细节。
图6是在图5袋滤室中所用的管形过滤袋(filter tube)、管形过滤袋框子、管用法兰和管板的示意性局部剖视图。
图7是描述组装在一起的管形过滤袋、管形过滤袋框子、管用法兰和管板的放大局部截面图。
优选实施方式的详细说明
本发明涉及过滤装置以及改进的含有许多便于更换以保持并提高过滤操作或者装置容量的过滤元件的过滤结构。所述过滤结构根据空气流量和灰尘微粒情况可以呈各种几何形状。使用封装过滤装置的壳体形成本发明过滤结构，所述壳体具有结合在壳体和过滤结构上用来使空气流经壳体的装置。采用所述壳体将来自微粒产生源的含有微粒的空气流引导流经过所述壳体，除去微粒并获得净洁的空气流，然后将其输送到原来区域或者外部环境中。本发明的过滤结构通常大多用来除去工业操作产生的空气流中的灰尘。对空气污染问题日益关注以及将空气或其它废气在返回产生源部位或者排到环境大气中之前，除去其中的灰尘、污垢、粗粒等的强烈要求在日益增大。当前，对环境的要求迫在眉睫并日益增大。对提高袋滤室容量、效率和维护容易方面的要求是个重要的目标。这种袋滤室可以含有各种袋形的过滤元件。这种过滤袋通常呈折叠片状的通管形式，而过滤袋装入壳体中密封之。在袋滤室操作过程中，载有微粒的空气流入壳体，和过滤袋的外部接触，穿过过滤袋，而洁净空气离开过滤袋结构的内部。灰尘通常积聚在过滤袋的外表面上。
构成本发明含微米或纳米纤维层的细纤维，其直径约为0.001～10微米，宜为0.05～0.5微米。所述细纤维过滤层的一般厚度约为纤维直径的1～100倍，单位重量约为0.01～240微克/厘米2。
流体流如空气流和其他气流通常携带有微粒物质。需要除去流体中的一部分或者全部微粒物质。例如，进入车厢的空气流、电脑磁盘驱动器中的空气、HVAC空气、使用过滤袋、阻隔织物、机织材料的净化室通风和用途、进入机动车发动机或者发电设备的空气、进入燃气轮机的气流以及进入各种燃烧炉中的空气流，通常都包含微粒物质。在车厢空气过滤器的情况，为使乘客舒适和/或为了美观，有必要除去其中的微粒物质。至于进入发动机、燃气轮机和燃烧炉中的的空气和进气流，要除去其中的微粒物质，这是因为微粒会因有关各种机理对内部工件产生实质性的损害。在其它情况下，工业过程或发动机的产出气或者排出气会包含微粒物质。在可以或者应该将这种气体通入各种后面设备或者排入大气之前，应充分除去这些气流中的微粒物质。
考虑了以下的过滤介质类型，可以理解一些空气过滤器的基本原理和问题：表面负载介质和深度介质。对这些介质类型均已作了深入的研究，并且已经广泛地应用。例如，在U.S.专利Nos.5,082,476、5,238,474和5,364,456中说明了某些有关它们的原理。这三个专利全部参考结合于此。
过滤器的“使用寿命”通常由过滤器所选定的限制压力降来表征。过滤器的压力降上升将使用寿命限定在用途或设计所决定的水平上。由于这种压力降上升是负载的结果，对于相同效率的系统来说，较长的使用寿命通常直接和较高的过滤容量有关。效率是说明介质捕获微粒而不是放过微粒的。很明显的是，通常过滤介质除去气流中微粒的效率越高，一般来说，过滤介质达到“使用寿命”的压力降就越快(假设其它变量保持恒定)。在本发明过滤器的基底上形成的细纤维层在过滤性能和纤维分布方面应充分均匀。对充分均匀性，我们是指所述纤维充分覆盖所述基底，对所覆盖的基底具有至少某些可测量的过滤效率。在纤维覆盖方面虽有很大的差异，也可保证充分的过滤，因此，细纤维薄层在纤维覆盖率、单位重量、层厚或者其它纤维旋加措施方面可各不相同，仍然在本发明的限制范围内保持良好性能。即使施加相对少的细纤维也能提高整体过滤器结构的效率。
在制造非织造细纤维过滤介质中，已经使用了各种包括玻璃纤维、金属、陶瓷和许多种聚合组合物的材料。已经使用了各种技术制造直径细小的微米纤维和纳米纤维。一种方法是使呈熔融态或者处于随后要蒸发的溶液中的材料经过细小的毛细管或者开口。这种纤维也可以通过使用常用于制造如尼龙的合成纤维的“纺丝板”来形成。已知也可以使用静电抽丝技术。这种技术涉及使用皮下注射针、喷嘴、毛细管或者可动发射器。这些结构可以提供聚合物液体溶液，然后可在高压静电场中将其吸引到一收集区域。由于这些材料从发射器中射出并在静电区中加速，所述纤维变得很细，并通过蒸发溶剂可以形成纤维结构。
本发明提供一种改进的聚合物材料。这种聚合物具有改进的物理和化学稳定性。聚合物细纤维(微米纤维和纳米纤维)可以制成有用的产品形式。纳米纤维是直径小于200纳米或0.2微米的纤维。微米纤维是直径大于0.2微米但不大于10微米的纤维。这种细纤维可以制成改进的多层微过滤介质结构的形式。本发明的细纤维层中是随机分布的细纤维，它们可相互结合形成连锁网络。主要是由于细纤维可以阻挡微粒通过，所以可以获得过滤性能。由附着有细纤维的基底提供刚性、强度、折叠能力这些结构性能。所述细纤维的连锁网络具有重要的特征：微米纤维或纳米纤维形式的细纤维以及纤维之间较小的空隙。这种纤维间的空隙通常约为0.01～25微米或者通常约为0.1～10微米。选择适当的基底，所述含有细纤维层和基底层的过滤产品很薄。所述细纤维对全部细纤维和基底过滤介质来说厚度增加小于1微米。在使用中，过滤器可以阻止难免有的微粒通过细纤维层，并形成捕获了微粒的表面负载层。包括灰尘或者其它微粒的微粒，迅速在细纤维表面形成粉饼，并且能保持很高的起始和总体微粒去除效率。即使对粒径约为0.01～1微米的相当细的污染物，含有细纤维的过滤介质仍具有很高的微粒捕获容量。
这里所述的聚合物材料对于热量、湿度、高流量、逆向脉冲净化、操作磨损、亚微米微粒、使用中过滤器的净化以及其它苛刻条件的不利影响，都有相当高的经久性。所述改进的微米纤维和纳米纤维的性能是形成微米纤维或纳米纤维的聚合物材料特性改进的结果。而且，使用改进聚合物材料的本发明过滤介质能提供许多包括更高效率、更小流量限制、在研磨性微粒存在情况下的高耐久性(和应力有关或者和环境有关)以及不含疏松纤维或原纤维的光滑外表面这些优点。所述过滤材料的总体结构提供能提高单位体积的介质面积、降低经过介质的速度、提高介质效率以及降低流量限制的总体上更薄的过滤介质。
本发明一个优选的方式就是含有第一种和第二种(在聚合物类型、分子量或者物理性能上不同)聚合物的混合物，所述聚合物混合物在高温经过调活或者处理。所述聚合物混合物可以反应形成单一的化学物质或者通过退火过程物理混合成为混合的组合物。退火意味着象结晶度、应力释放或者取向上的物理变化。优选的材料是进行了化学反应，形成单种聚合物质，经差示扫描量热法分析认为是单相聚合物材料。当和优选的添加剂材料混合时，这种材料可以在微米纤维上形成添加剂的表面涂层，以致在高温、高湿度以及严峻的操作条件下能提供疏油性、疏水性或者其它相关的改进稳定性。此类材料的细纤维，其直径可以为2微米到小于0.01微米。这种微米纤维可以具有光滑表面，它是添加剂材料单独的涂层，或者部分溶解在聚合物表面上或在聚合物表面上部分形成合金的添加剂材料外层，或者两种情况都有。用于混合聚合物系统中的优选材料包括尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙(6-66-610)共聚物和其它线型脂肪族尼龙组合物。用端基滴定法分析了一种优选尼龙共聚物树脂(SVP-651)的分子量。(J.E.Walz和Taylor，determination of the molecular weight ofnylon，Anal.Chem.Vol.19，Number7，pp448-450(1947))，其数均分子量(Mn)为21,500～24,800。用三种组分尼龙(约45％尼龙6、约20％尼龙66和约25％尼龙610)的熔融温度相图来估测所述组合物。(第286页，Nylon PlasticHandbook，Melvin Kohan ed.Hanser Publisher，New York(1995))。
SVP-651的物理性能为：
性能                 ASTM方法          单位           代表值
比重                 D-792             --             1.08
吸水性(浸没24小时)   D-570             ％             2.5
硬度                 D-240             肖尔D          65
熔点                 DSC               ℃(°F)        154(309)
拉伸强度@屈服        D-638             兆帕           50(7.3)
                                       (每平方英尺千磅)
断裂伸长             D-638             ％             350
弯曲模量             D-790             兆帕           180(26)
                                       (每平方英尺千磅)
体积电阻系数         D-257             欧姆-厘米      1012
水解程度为87.0～99.9+％的聚乙烯醇可以用在这种聚合物系统中。这些系统宜进行交联。而且它们最好是和显著量的疏油性和疏水性添加剂材料交联和混合。
本发明另一优选的方式涉及混合有添加剂组合物的单一聚合物材料，该添加剂是用来提高纤维的使用寿命或者操作性能。本发明这一方面所用的优选聚合物包括尼龙聚合物、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇，尤其是当这些所列材料和强疏油性和强疏水性添加剂混合时能与添加剂材料在细纤维表面上的涂层中形成微米纤维或者纳米纤维。而且，类似聚合物的混合物，如类似尼龙的混合物、类似聚氯乙烯的混合物、聚偏二氯乙烯聚合物的混合物在本发明中很有用。而且，本发明也可设想使用不同聚合物的混合物或者合金。在这方面，聚合物的相容混合物在形成本发明微米纤维材料中很有用。可以使用例如含氟表面活化剂、非离子表面活化剂、低分子量树脂(例如分子量小于3000的叔丁基苯酚树脂)的添加剂组合物。所述树脂以在没有亚甲基桥键基团的存在条件下苯酚核心之间的低聚键合为特征。羟基和叔丁基可以在环的周围随机的位置。苯酚核心之间的键合通常邻近于羟基发生，不是随机的。类似地，所述聚合物材料可以和可溶于醇的由双酚A形成的非线型聚合树脂混合。这种材料类似于上述叔丁基苯酚，它是在不存在任何桥键基团如亚烯基或亚甲基条件下，利用低聚键直接将芳香环连接到芳香环上形成的。
聚合物材料已经制成非织造和机织的织物、纤维和微米纤维。所述聚合物材料能提供产品稳定性所要求的物理性能。这些材料不应在尺寸上明显改变，不应降低其分子量，不应在阳光、湿气、高温或者其它负面环境影响下变得柔韧性较差，也不会出现应力裂缝或者出现物理退化。本发明涉及在遇到难免的电磁辐射如环境光线、热量、湿气和其它物理作用时仍能保持物理性能的改进聚合物材料。
能用于本发明聚合组合物中的聚合物材料包括加成聚合物和缩合聚合物，如聚烯烃、聚缩醛、聚酰胺、聚酯、纤维素醚和酯、聚亚烃化硫、聚氧化芳撑(polyarylene oxide)、聚砜、改性聚砜以及它们的混合物。属于这些类别的优选材料，包括以交联和非交联形式并以各种水解程度(87～99.5％)存在的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(和其它丙烯酸树脂)、聚苯乙烯以及它们的共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯和聚乙烯醇。优选的加成聚合物通常是玻璃态的(Tg高于室温)。这是聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯组合物或合金或者聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇材料低结晶度时的情况。一类聚酰胺缩合聚合物是尼龙材料。通常，尼龙术语中包括一系列数字如尼龙66，表示原料为C6二胺和C6二酸(第一个数字表示C6二胺，第二个数字表示C6二羧酸化合物)。另一种尼龙可以在少量水存在条件下由ε-己内酰胺(C6)(或其它C6-内酰胺)缩聚作用制得。这种反应形成的是线型聚酰胺的尼龙6(由称为ε-氨基己酸的环状内酰胺制得)。而且，也可以使用尼龙共聚物。共聚物可以是在反应混合物中混合各种二胺化合物、各种二酸化合物和各种环状内酰胺结构，然后形成具有在聚酰胺结构中随机定位的单体材料的尼龙。例如，尼龙6，6-6，10材料是由己二胺和C6、C10二酸混合物制成的尼龙。尼龙6-6，6-6，10是通过共聚ε-氨基己酸、己二胺和C6、C10二酸混合物材料制得的尼龙。
嵌段共聚物也能用于本发明的方法。对于这种共聚物，溶剂溶胀剂的选择很重要。所选的溶剂是两种嵌段都能溶解于其中的溶剂。一个例子为二氯甲烷溶剂中的ABA(苯乙烯-EP-苯乙烯)或者AB(苯乙烯-EP)聚合物。如果一种组分不溶于溶剂，它将会形成凝胶。这种嵌段共聚物的例子为Kraton型苯乙烯-b-丁二烯和苯乙烯-b-氢化丁二烯(乙烯基丙烯(ethylene propylene))、Pebax型e-己内酰胺-b-环氧乙烷、Sympatex聚酯-b-环氧乙烷以及环氧乙烷与异氰酸酯的聚氨酯。
加成聚合物如聚偏二氟乙烯、间同聚苯乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、聚乙烯醇、聚乙酸乙酯；无定形加成聚合物如聚丙烯腈以及它和丙烯酸和甲基丙烯酸酯的共聚物、聚苯乙烯、聚氯乙烯以及各种共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和其各种共聚物可以比较简单地进行溶液抽丝，这是因为它们能在低压低温下溶解的缘故。但是，高结晶聚合物如聚乙烯和聚丙烯如果要进行溶液抽丝的话，就需要高温高压的溶剂。因此，聚乙烯和聚丙烯的溶液抽丝很困难。静电溶液抽丝是制造纳米纤维和微米纤维的一种方法。
我们还发现将含有两种或多种聚合物材料混合的聚合组合物、合金形式或者交联化学键合结构的显著优点。我们认为这种聚合组合物能通过改变聚合物特性如提高聚合物链的柔韧性或者链活动性、提高总体分子量以及通过形成聚合物材料网络进行增强来改进其物理性能。
在这种观念的一个实施方式中，为获得有益的性能可以混合两种相关的聚合物材料。例如，将高分子量聚氯乙烯和低分子量聚氯乙烯混合。类似地，可以将高分子量尼龙材料和低分子量尼龙材料混合。而且，可以混合不同种类的常规聚合物物质。例如，高分子量苯乙烯可以和低分子量、耐冲击性好的聚苯乙烯混合。尼龙6材料可以和尼龙共聚物如尼龙6；6-6；6，10共聚物混合。而且，低水解度的聚乙烯醇如87％水解的聚乙烯醇可以和水解度为98～99.9％以及更高的完全或者超水解聚乙烯醇混合。混合物中所有的这些材料可以利用合适的交联机理进行交联。尼龙可以使用能和酰胺键合中氮原子反应的交联剂进行交联。聚乙烯醇材料可以使用羟基活性材料如单醛类，例如甲醛、尿素、蜜胺-甲醛树脂及其类似物、硼酸和其它无机化合物、二醛类、二酸类、氨基甲酸乙酯类、环氧类以及其它已知的交联剂进行交联。交联技术是人们熟知的，易于理解的现象，在其中交联剂反应并在聚合物链之间形成共价键，大大提高分子量、耐化学性、总体强度和耐机械降解的性能。
我们已经发现，添加剂材料能显著提高细纤维形式聚合物材料的性能。添加剂的存在可以显著提高其对热、湿气、冲击、机械应力和其它负面环境作用的经久性。我们已经发现在制作本发明微米纤维材料时，所述添加剂材料可以提高其疏油性，疏水性并似乎可对提高材料化学稳定性有帮助。我们认为，由于这些添加剂可以形成保护涂层、烧蚀表面或者渗入表面一定深度来提高聚合物材料的性质，从而在这些疏油性和疏水性添加剂存在情况下可以改进本发明微米纤维形式的细纤维。我们认为，这些材料的重要特征是存在同时也具有亲油特性的强亲水基团。强疏水基团包括氟烃基团、疏水性烃基表面活性剂或者嵌段以及主要是烃的低聚组合物。将这些材料制成具有一部分能和所述聚合物材料相容的分子的组合物，所述分子通常和聚合物形成物理结合或者关联，同时因为添加剂和聚合物的相互作用，所述强疏水或者疏油基团形成位于表面上的保护表层或者和聚合物表层成为合金或者混合。对具有10％添加剂含量的0.2微米纤维来说，如果添加剂迁移到了表面，表面厚度计算出约为50埃。由于整体材料中疏油或疏水基团的不相容性，认为这种迁移是会发生的。50埃的厚度对保护涂层来说是合理的厚度。对0.05埃直径的纤维，50纳米的厚度对应为20质量％。对2微米直径的纤维，50埃的厚度对应为2质量％。添加剂材料的用量宜为约2～25重量％。能和本发明聚合物材料一起使用的低聚添加剂包括分子量约为500～5000、宜为500～3000的，较宜是含氟化学物质、非离子表面活性剂和低分子量树脂或低聚物的低聚物。
本发明所用的含氟有机润湿剂是由下式表示的有机分子：Rf-G式中，Rf为含氟脂肪族自由基，G为至少含有一个亲水基团如阳离子、阴离子、非离子或者两性基团的基团。优选采用非离子材料。Rf是至少含有两个碳原子的氟化单价脂肪族有机自由基。它宜为饱和全氟脂肪族单价有机自由基。但是，氢原子或氯原子可以作为取代基存在在骨架链上。虽然含有许多碳原子的自由基可以充分起作用，但是优选含有不超过20个碳原子的化合物，因为相比较短的骨架链，大自由基中氟的利用效率较低。Rf宜含有2～8个碳原子。
本发明中所用的含氟有机物质中有用的阳离子基团，可包括可以不含氧原子(例如，-NH2)或者含有氧原子(例如，氧化胺)的胺或者季铵盐阳离子基团。这种胺和季铵盐阳离子亲水基团可以具有如下通式：-NH2、-(NH3)X、-(NH(R2)2)X、-(NH(R2)3)X或 ，式中，X为抗衡阴离子，如卤离子、氢氧根、硫酸根、硫酸氢根或者羧酸根，R2为H或C1-18烷基，且各R2可以和其它R2基团相同或者不同。R2宜为H或C1-16烷基，X宜为卤离子、氢氧根或硫酸氢根。
本发明所用的在含氟有机润湿剂中有用的阴离子基团，包括通过离子化可以成为阴离子自由基的基团。所述阴离子基团可以具有如下通式：-COOM、-SO3M、-OSO3M、-PO3HM、-OPO3M2或者-OPO3HM，式中M为H、金属离子、(NR1 4)+或(SR1 4)+，各R1分别为H或者取代或非取代的C1～C6烷基。M宜为Na+或K+。本发明中优选的含氟有机润湿剂阴离子基团具有-COOM和-SO3M的通式。阴离子含氟有机润湿剂包括阴离子聚合物材料，它通常由其上含有氟烃侧基的烯键式不饱和单羧酸和二酸单体制得。这种材料包括从3M公司获得的称为FC-430和FC-431的表面活性剂。
本发明所用的含氟有机润湿剂中有用的两性基团，包括含有至少一个上述阳离子基团和至少一个上述阴离子基团的基团。
本发明所用的含氟有机润湿剂中有用的非离子基团，包括亲水但在正常农业用途的pH条件下不会离子化的基团。所述非离子基团可以具有如下通式：-O(CH2CH2)xOH(其中x大于1)、-SO2NH2、-SO2NHCH2CH2OH、-SO2N(CH2CH2H)2、-CONH2、-CONHCH2CH2OH或-CON(CH2CH2OH)2。这种材料的例子包括以下结构的材料：
F(CF2CF2)n-CH2CH2O-(CH2CH2O)m-H
式中，n为2～8，m为0～20。
其它含氟有机润湿剂包括例如U.S.专利Nos.2,764,602、2,764,603、3,147,064和4,069,158中所述的那些阳离子含氟化学物质。这种两性含氟有机润湿剂包括例如U.S.专利Nos.2,764,602、4,042,522、4,069,158、4,069,244、4,090,967、4,161,590和4,161,602中所述的那些两性含氟化学物质。这种阴离子含氟有机润湿剂包括例如U.S.专利Nos.2,803,656、3,255,131、3,450,755和4,090,967中所述的阴离子含氟化学物质。
这种材料的例子有duPont Zonyl FSN和duPont Zonyl FSO非离子表面活性剂。能用于本发明聚合物中的添加剂的另一例子包括低分子量丙烯酸氟烃酯材料，如具有以下一般结构的3M公司的Scotchgard材料：
CF3(CX2)n-丙烯酸式中，X为-F或-CF3，n为1～7。
而且，包括低脂肪醇乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物和壬基苯酚乙氧基化物等的非离子烃基表面活性剂也可以用作本发明用的添加剂材料。这些添加剂材料的例子包括Triton X-100和Triton N-101。
本发明组合物中用作添加剂的一种有用材料是叔丁基苯酚低聚物。这种材料往往是分子量较低的芳香族酚醛树脂。这种树脂是通过酶催化氧化偶联制备的酚醛聚合物。不存在亚甲基桥键会产生独特的化学和物理稳定性。这些酚醛树脂可以和各种胺和环氧化物交联，并和各种聚合物材料相容。这些材料通常由以下结构通式作为例子说明，其特征为酚醛材料中重复单元不存在具有酚醛和芳香基团的亚甲基桥键：
Figure A0181682100191
Figure A0181682100201
式中，n为2～20。这些酚醛材料的例子包括Enzo-BPA、Enzo-BPA/苯酚、Enzo-COP，且其它相关酚醛类物质可以从Enzymol International Inc.，Columbus，Ohio获得。
应当明白，为不同的用途存在很多种的纤维过滤介质。本发明所述的耐用纳米纤维和微米纤维可以加入任何介质中。本发明所述的纤维也可以用来取代这些已知介质中的纤维组分，由于其直径很小，可以有改进性能(提高效率和/或降低压力降)的显著优点，同时具有较好的耐久性。
聚合物纳米纤维和微米纤维是已知的，但是由于其对机械应力呈脆性，且由于其表面积/体积之比很大而容易化学变质，其用途受到很大的限制。本发明所述的纤维解决了这些问题，因此能用于各种过滤、纺织、薄膜和其它不同的用途。
本发明尤其优选的材料是尺寸约为2～0.01微米的微米纤维材料。最优选的纤维细度为0.05～0.5微米。具有此优选细度的纤维可以提供优良的过滤性能，便于逆向脉冲净化的性能以及其它特性。本发明优选的聚合物系统具有附着特性，当和纤维质基底接触时，能以足够的强度附着在基底上，可以抵抗逆向脉冲净化技术和其它机械应力时会发生的脱层作用。在这种方式中，所述聚合物材料在经受相当于常规过滤条件的过滤结构的脉冲净化(除逆向外)时，必须一直附着在基底上。当纤维和基底接触或者用热或压力后处理基底上的纤维时，这种附着力来自纤维形成的溶解效应。但是，聚合物的特性，例如类似于氢键的特定化学相互作用、Tg以上或者以下出现的聚合物和基底之间的接触以及包含添加剂的聚合物配方，在决定附着力时起着重要的作用。在附着时用溶剂或水蒸汽增塑的聚合物可以提高其附着力。
本发明重要的一个方面，是利用这种微米纤维或者纳米纤维形成过滤结构。在这种结构中，本发明的细纤维材料形成在过滤基底上并附着在过滤基底上。可以使用天然纤维和合成纤维的基底，如纺粘织物，合成纤维的非织造织物以及由纤维质、合成纤维和玻璃纤维的混合物制成的非织造织物，非织造和机织的玻璃纤维织物，塑料网例如挤压和冲孔的材料，以及有机聚合物的UF和MF薄膜。然后将片状基底成形为过滤结构，将其置于包括空气流或者液体流的流体中，用来除去流体中悬浮或者夹带的微粒。所述过滤材料的形状和结构是设计工程师决定的事。过滤部件形成之后的一个重要参数是它对热量、湿度或者两者的经久性。本发明过滤介质的一个方面，是对过滤材料经受长时间浸没在温水中的能力的试验。浸没试验可以提供有价值的关于细纤维经受湿热环境以及过滤部件在主要含有强净化表面活性剂和强碱性材料的水溶液中经受净化的能力的信息。适宜的是，本发明细纤维材料可以经受浸没在热水中，能保留至少50％的形成于基底表面的细纤维。细纤维保留50％可以保持足够的纤维效率，同时不损失过滤容量，也不增加背压力。最好的是至少保留75％。
细纤维结构包括双层或者多层结构，其中，所述过滤器含有一层或者多层用一片或者多片合成、纤维素或者混合的织物即基底连接在一起或者相互隔开的细纤维层。另一个优选方式是在基体或者其它纤维混合物中包含细纤维的结构。
我们认为过滤结构中的纤维和微米纤维层的重要特征，涉及耐温性、耐湿度或湿气性以及耐溶剂性，尤其当所述微米纤维在高温下和潮湿、湿气或者溶剂接触时。而且，本发明材料另一重要性能涉及材料对基底结构的附着性。所述微米纤维层的附着性是过滤材料的一个重要特性，使得可以制造微米纤维层和基底不会分层的材料，所述微米纤维和基底可以加工制成包括带褶材料、辊轧材料和其它结构的过滤结构，而不会显著分层。我们已经发现制造过程中的加热步骤能充分提高纤维之间以及和基底之间的附着性，所述加热步骤中，将其温度升至一种聚合物材料的熔化温度或者稍低的温度附近，通常低于最低的熔化温度。在熔融化度或者以上，细纤维会丧失其纤维结构。控制加热速度也很关键。若所述纤维长期在其结晶温度，也可能丧失其纤维结构。仔细的热处理也可以提高聚合物性能，这是由于作为添加剂材料的外部添加层的形成转移到表面，并将疏水或者疏油基团外露在纤维表面上。
工作性能的标准是所述材料能经受各种纤维操作或者过滤温度而保持完整，即根据最终用途，在140°F、160°F、270°F或300°F的温度能经受1或3小时，同时其过滤效率保持在30％、50％、80％或者90％。性能的另一标准为所述材料能经受各种操作温度而保持完整，即根据最终用途在140°F、160°F、270°F或300°F的温度能经受在1或3小时，同时在过滤层中能保持30％、50％、80％或者90％有效的细纤维。只要进入的空气以正常的速度流经过滤器，所述纤维的温度通常保持在室温附近。当流体流动受到约束时、当环境空气是热的时，当装置操作异常或者当空气流停止后装置保持在高温时，所述纤维或者过滤器会受到高温的作用。在低湿度、高湿度以及水汽饱和的空气中，在这些温度下的经久性很重要。当所述材料能经受浸没在160°F以上的温度，而同时保持其效率5分钟以上时，认为本发明的微米纤维和过滤器材料能耐湿气。类似地，当材料能在70°F经受和溶剂如乙醇、烃、水力液体或者芳族溶剂约5分钟以上，而同时保持50％的效率时，就可以获得本发明过滤材料和微米材料的耐溶剂性。
本发明的细纤维材料可以用于各种过滤用途，包括下列用途的脉冲净化和非脉冲净化过滤器：灰尘收集、燃气轮机和发动机空气进口或者诱导系统、燃气轮机进口或诱导系统、重型车辆发动机进口或诱导系统、轻型车辆发动机进口或诱导系统、Zee过滤器、车厢空气、越野车车厢空气、磁盘驱动器中的空气、除去影印机色粉、商用或者民用过滤应用中HVAC过滤器。
由于可以预想含有更多使用过滤介质的苛刻用途，就要求性能显著提高的材料，它能经受100～250°F，最高至300°F的高温、10～90％最高至100％RH的高湿度、气体和液体的高流量，能过滤微米和亚微米颗粒(约0.01～10微米以上)、从流体中除去研磨性和非研磨性以及活性和非活性颗粒这种种严格考验。
我们已经发现，在本申请中有个关键的细纤维加入量。将一单位重量细纤维置于基底上，可以制得效率约为15～80％的细纤维单层。优选的加入参数如下所述：细纤维加入量的上限是0.1～3微米厚具有5～40％密实度的纤维层(90～60％空隙度分数)。此情况下单位重量为0.00005～0.2毫克/厘米2或者0.00055～2磅/3000英尺2(磅/3000英尺2是织物和纸张制造厂家用的标准单位)。这种细纤维加入量低于一般操作量，但是当置于过滤元件的两面即相反的两面时，已有足够的细纤维能保率和使用寿命。
过滤介质至少包括在机械稳定的过滤结构中与基底材料结合的微米或者纳米纤维织物层。当流体如气体或者液体流经此过滤介质时，这些薄层提供优良的过滤性能、高的微粒捕获性能和最小流量限制时的效率。基底可以位于流体流前面、后面或者在内层中。近年来，许多工业已经充分注意到用来过滤即除去流体如气体或者某些情况下液体中不想要的微粒的过滤介质的使用。普通的过滤方法可以除去包括空气流或者其它气流或者液体流如水力流体、润滑油、燃料油、水流或其它流体中的微粒。这种过滤方法要求微米纤维和基底材料具有机械强度、化学和物理稳定性。过滤介质可能处于很广范围的温度条件、湿度、机械振动和冲击以及流体含有活性和非活性、磨损或非磨损性微粒的情况。而且，过滤介质通常要求具有置于逆向压力脉冲(流体短暂的逆流用来除去微粒表面层)时的自我净化能力或者其它能除去过滤介质表面所含微粒的净化机理。这种逆向净化能充分改进(即)降低脉冲净化后的压力降。脉冲净化后通常不能提高其微粒捕获效率，但是脉冲净化可以降低压力降，节省过滤操作所需的能量。这种过滤器可以拆卸下来以便进行维护，在水性或者非水性净化组合物中进行清洗。这种介质常是通过纺制出细纤维，在多孔基底上形成微米纤维的联锁织物来制造。在纺制即抽丝过程中，所述纤维可以在纤维之间形成机械结合，将纤维层连锁成为整体层。然后将这种材料制成所需的过滤形式，如筒式、平盘式、箱式、平板式、袋式和囊式。在这些结构中，所述介质可以充分折叠、辊压或者以其他方式固定在支撑结构上。
这种过滤袋可以由各种常规纤维制成，所述纤维包括纤维素纤维如棉花、大麻或其它天然纤维，无机纤维如玻璃纤维或者有机纤维如聚酯、尼龙或其它常规纤维或者聚合物材料。本发明的过滤袋可以是织造或者非织造的。在织造过滤袋过程中，所述纤维通常以典型织造形式制成互锁的纤维织物。非织造织物一般是以没有重要或者特定取向而松散地形成纤维，然后使这些纤维结合来制造的。一种重要的织物材料是毛毡织物。通常使用回弹性优良且耐受空气通过和微粒捕获作用的纤维。织物应对化学微粒具有稳定性，对流经袋滤室的空气和截留在过滤器表面上的微粒的不同温度也应比较稳定。所述管状过滤器和片状过滤袋通常能让负载有微粒的气体流从外部经过内部，并从过滤袋结构内部离开。这种操作方式在气流方向上产生一个压力降，往往会导致在操作过程中过滤袋坍塌。也有“由内向外操作的过滤袋”，它是反向安装的，并用反向空气流进行操作。载有灰尘的空气流入过滤袋的内部并通过外部离开。在这种应用方式中，纤维置于过滤袋的内面或者两面上。摇摆或振动这种过滤袋进行清洁。
本发明的过滤结构通常是将织物支撑在位于过滤袋内的适当支撑结构上，来保持其有用的敞开形状。这种支撑结构可以由缠绕的金属丝线状部件或者笼状结构形成。或者，所述支撑结构可以是模拟成过滤袋形状的多孔陶瓷或者金属结构。在任何情况下，所述支撑结构应能让空气流过，并且在过滤袋内不会增大压力降。通常形成这种支撑结构，使它们和整个过滤袋内部接触并保持过滤袋有效的过滤形状和结构。
为了保持或者减小操作压力降，过滤袋在操作过程中要进行脉冲净化。在脉冲净化操作过程中，在和正常过滤操作相反的方向上导入空气的脉冲，流经过滤袋。空气脉冲的作用有两个重要的效果。第一，所述空气脉冲对应于内部压力增大往往会使过滤袋弯曲。这种向外的弯曲运动能机械地除去在过滤袋外部积聚成滤饼的微粒。而且，以相反方向通过过滤器表面的空气流的增大可通过空气流经过滤袋结构中的多孔通路的作用除去微粒。在操作过程中空气以相反方向流经过滤袋的重要作用，会减小在过滤袋外部聚集的微粒即滤饼的量，由此将过滤袋的压力降恢复到对于所述结构高效操作更为合适的水平。这种空气脉冲净化操作可以对各种袋滤室内的内部结构来进行。所述袋滤室可以有个内部风扇，它能使空气沿相反方向经过壳体结构。或者，所述壳体可以有个安装在支撑结构内或者可以在支撑结构上来回移动的空气喷孔或喷嘴，将相反的脉冲空气流通入过滤袋的内部。
在操作整个过滤结构时，空气通常从空气进口流过袋滤室结构一直到出口。一般来说，使空气在壳体中运动的装置可以是风扇、空气涡轮或者其它使空气运动的装置。一般来说，这种使空气运动的装置安装在空气出口，将空气抽吸到出口离开壳体，同时在壳体内部形成低压区域，从进口吸入空气，然后流经袋滤室结构。当载有微粒的空气和过滤袋的外部接触时，微粒被截留在防止微粒离开袋滤室或过滤结构的过滤袋外表面上。洁净空气从过滤袋内部经过袋滤室的洁净部分抽出，然后流向外部环境的或者重新导入所述空气来自的操作环境。
本发明涉及过滤装置以及改进的含有许多便于更换以保持并提高过滤操作或者装置过滤容量的过滤元件的过滤结构。过滤结构根据空气流量和灰尘微粒的情况可以呈各种几何形状。使用封装过滤装置的壳体形成本发明过滤结构，所述壳体具有装在壳体和过滤结构上用来使空气在壳体内流动的装置。壳体应适合于将来自微粒产生源的含有微粒的空气流引导流经所述壳体，除去微粒并获得洁净的空气流，然后引导到原来区域或者外部环境中。本发明的过滤结构通常大多用来除去工业操作产生的空气流中的灰尘。对空气污染的关注以及对在将空气或其它废气返回产生源原位或者排到环境大气中之前，除去其中的灰尘、污垢、粗粒和其它微粒的强烈要求在日益增大。当前，对环境的要求迫在眉睫并日益增大。对提高袋滤室容量、效率和维护的容易性的显著要求是重要的目标。
在袋滤室结构中具有上述任意结构的袋滤室元件。上述结构中的过滤器元件通常是至少含有一层织造或非织造织物和细纤维层的多孔元件。在本发明元件中所用的织物包括由常规纤维材料制得的织造和非织造织物。可用于袋滤室元件介质的一般纤维包括天然纤维如棉花或者毛纤维，以及合成纤维如聚酯、尼龙、聚酰胺、聚烯烃等。一种构成本发明元件的优选方式包括使用毛毡介质。毛毡是最早和最成熟的非织造织物。通常，毛毡可认为是可压缩的、多孔的非织造织物，它通常是由天然或者合成纤维制得的，该毛毡的制法是通过平铺毛毡材料的不连续纤维，再使用已有的毛毡结合技术压实成为毛毡层。
附图详细说明
图1显示了使用本发明过滤器框子组件的典型系统的示意图。在图1中，以数字20表示袋滤室空气过滤器。袋滤室空气过滤器20有一个由侧壁21、后壁2、前壁23以及在这一示意图中被示表示的和侧壁21相对的侧壁形成的封闭空间。有个底板30封闭所述装置的底部。上述器壁通常形成矩形的封闭结构，即壳体即箱体。所述前壁23上有第一和第二门板24、25。在所述的示意图中，第一和第二门板24、25分别对应于上部和下部。为了够得着袋滤室空气过滤器20的内部26，第一和第二门孔24、25可以开后和关闭。
在和底板30相对的袋滤室空气过滤器20顶部是一个可拆卸的顶部盖板27，其上具有用来吸入未过滤的或者脏空气的进气通道即进气孔28。在袋滤室空气过滤器20内有个在两个侧壁之间延伸的挡板29，它从器壁上缘向下缘延伸，终止在离底板30一小段距离的部位，在箱体的后部提供一条用来将未过滤空气导入壳体26内部的通道。有个抽风机31连接在顶部盖板27上。所述盖板7就形成了洁净空气出口32。位于内部26中远离进口28，抽风机31下面，靠着挡板29壁面上的是过滤部分，标为33。过滤部分33中有许多用来除去空气中灰尘和其它微粒的过滤器元件。
空气沿箭头34所示的路径流入。即是所述抽风机31产生真空，将脏空气从进口28吸入、经过通道部分38向下，到达过滤部分33底部。然后，空气流经过滤部分33，通过过滤部分中的一些过滤元件，进入洁净空气充气装置35。然后通过出口32排出。
过滤部分33中的过滤器元件70包括许多布袋。在这种系统中，灰尘和其它微粒物质不能通过布袋的表面。灰尘要么朝向底板落在浅盘36中，要么附着在布袋的外表面上。震动棒37在布袋的末端延伸。间歇地通过踏板39人工或者自动启震动棒37，震动棒37就击打布袋上下，用以除去可能在过滤袋70外表面上聚结的灰尘。在所示的实施方式中，每个过滤袋70通常是具有基本平行壁83、84的矩形袋。在壳体中至少有2个、通常有10～100个，但不超过200个过滤袋。
在参考结合于此的美国专利No.3,733,790(Pierce)中说明了以上概述的操作原理。
过滤部分33安装在法兰部件52上，所述法兰部件通过如焊接的方式连接在壳体的侧壁21和相对侧壁上，所述法兰结构具有其中安装有过滤器框子53的通道状引导部分53。所述过滤器框子53在图3和图4中见得很清楚，它包括通道状侧框子部件58和与其适合地连接形成矩形结构的带状末端部件60。位于通道状侧板框部件58顶部的是一些槽子62，通过它们可以如下文所述插入和拆下过滤元件。标为70的过滤元件是许多个袋，这些袋在安装末端用夹子72封闭，在其相对的末端具有安装支架74，这些安装支架装在过滤器框子的通道状板侧板框部件58之内和其间。通过槽子62将其插入框子的上部，并通过隔离块75彼此隔开，在各个过滤元件70之间获得不透气的密封。在隔离块和过滤器安装末端74的顶部有衬垫或者其它合适的带子76，确保框子中各个过滤袋处于边缘不透气且不能移动的状态。如图4可见，各个过滤袋70具有洁净空气开口77，当空气从上游面78向下游面79(在过滤袋内表面)流经过滤袋材料之后，从所述开口77处流向出口32。洁净空气开口77和袋70的内部空间81相通。
可以通过减小或增加隔离块的尺寸和数目，来改变所用袋的数目从而改变过滤元件70的容量。所述过滤元件70安装在壳体中的法兰部分通道状框子53上，并可在其中滑动，处于由门25或前壁23、侧壁21和挡板部分29形成的壳体内的区域中。过滤元件70的宽度和壳体前壁与挡板部分29之间的距离基本相同，并相隔而平行，形成连续的过滤表面，进入的未过滤空气流必须藉抽风机31抽入进口，经过所述过滤表面，从出口27排出。
在过滤装置操作过程中，抽风机31的运转将使空气流通过壳体顶部27的进口28进入由挡板29和后壁22形成的通道。此空气流就绕着挡板29的末端通过过滤部分33。这脏的空气从过滤元件的上游面78流过各元件70，到其下游面79，从洁净空气孔77流出。洁净空气由抽风机31抽出壳体，在顶部盖板的栅格或者出口32处排出经过滤的空气。操作与震动棒37相连的踏板39使过滤器震动，搅动过滤部分将其上的灰尘除去。震掉沉积在过滤器70上的灰尘和污垢，使其落在壳体的底板30上，从门25入内手动除去。
在图5～7中，提供了袋滤室组件的另一实施方式。在图5中，灰尘收集器100(其某些部位揭开)包括具有脏空气进口104和洁净空气出口105的壳体102。管板107将壳体102内的空间分成脏空气部分108和洁净空气部分或者充气装置109。在脏空气部分108中装有许多管形过滤袋或过滤袋120。每根管形过滤袋120具有和管板107相连或相邻的洁净空气出口即开口端130，在组装过程中进行定向，使从开口端130离开的洁净空气进入洁净空气部分109。
在操作过程中，脏空气通过脏空气进口104进入壳体102中。然后该空气通过管形过滤袋或者过滤袋120。当空气进入过滤袋120时，空气中载有的微粒物质被截留在过滤袋120的外壁140上。过滤袋120内部的洁净空气然后向上流，通过开口端130从过滤袋120离开，通过管板107并进入洁净空气部分109。然后，洁净空气通过洁净空气出口105从灰尘收集器100排出。
对所示的装置来说，灰尘收集器100一般包括进气挡板结构体160、过滤器进入门170、灰尘收集斗180以及灰尘出口190。
此外，所示装置包括压缩空气装置200，用来周期性地净化管形过滤袋或过滤袋120。一般来说，这种装置200按逆流方向通过管形过滤袋或过滤袋120提供选定的周期性压缩气体脉冲。这就可以将收集在过滤袋外壁140上的灰尘吹掉，灰尘则落在料斗180中，通过灰尘出口190将其除去。用来进行这一净化操作的压缩空气罐为210。所示类型的压缩空气净化装置也常用于灰尘收集器。
图5所示的这种类型的大型工业灰尘收集器中，管板107上通常有48～484个孔，用来连接各个隔开的过滤袋120。
在开始组装时，必须装上管形过滤袋120。在安装过程中，这通常是一个工人进入门170，站在管板107上来进行。而且，要求周期性地维修和更换管形过滤袋120时，再次需要工人进入门170，站在管板107上进行。
试看图6。图6是显示安装图5所示类型的灰尘收集器中管形过滤袋安装步骤的局部示意图。在此图中显示了管板107的局部。在125处，显示了在管板107中为脏空气部分和洁净空气部分(图5中分别为108、109)提供连通的各个孔。
图6中所示的是个管形过滤袋组件128，它包括过滤袋120、过滤袋框子129和袋框法兰(或顶部法兰130)。在操作中，所述柔韧织物结构的管形过滤袋或过滤袋120滑入过滤袋框子129，直到过滤袋120的顶端132有效连接在法兰130上。下文用图7说明法兰130和袋120之间优选的连接方式。在使用过程中，管形过滤袋框子129位于在过滤袋120的内部，它为过滤袋120提供内部支撑，防止袋塌陷。在组装过程中，将组件128向下滑入孔125中的一个，直到法兰130顶住管板107。然后，法兰130通过以下所述的连接装置固定在管板107上。
试看图7，显示了过滤袋120具有上边缘132，此上边缘132有一段缝在一管圈145周围。管圈145是常规的聚合物O形密封圈。
顶部法兰130有下弯的外周缘149和下弯的内周缘150。管圈145的尺寸和形状应适应在板152下面所述外周缘和内周缘149、150之间的凹槽151。其尺寸应使过滤袋120紧贴固定在内周缘150的外部表面153上。这就可以将过滤袋120固定在位。(注意：框子129在图7中并未显示。)
通过连接组件155使管框法兰130和管板107之间牢固连接。连接组件155是个螺栓结构156，它包括铆接螺母(riv-nut)157和螺栓158。所述铆接螺母157是以常规内螺纹的，由于法兰161和162的压缩作用固定在管板107的螺栓孔159。由于管板与法兰162和162之间的压缩，铆接螺母就牢固不可旋转地固定在管板107上。另一种办法可以是对螺母进行焊接，其作用与条纹螺母的固定在位和其他固定方式类似。
上述说明书、实施例和数据提供了本发明设备制造和应用的完整说明。由于在不背离本发明精神和范围的条件下，可以进行许多发明实施方式，所以本发明是体现在本文后附的权利要求书中。

Claims (86)

1.过滤设备，该过滤设备包括具有能流通气态介质的进口和出口的过滤室、在所述过滤室中能将壳体分成第一部分和第二部分的框子、一系列含有过滤织物基底的柔韧过滤袋、和各柔韧过滤袋相连用来防止过滤袋在流经壳体的气流影响下坍塌的装置以及在部分壳体中使气流流经壳体和柔韧的过滤袋的装置；所述过滤袋有延伸的过滤表面，所述框子含有连接柔韧过滤袋和框子以确保气态介质经过壳体中柔韧过滤袋的密封装置，各柔韧过滤袋至少部分被含有直径为0.01～0.5微米的聚合物细纤维的薄层覆盖。
2.权利要求1所述的设备，其特征在于当暴露在140°F空气和100％相对湿度的试验条件下16小时后，仍保留有30％以上过滤效果不变的纤维。
3.权利要求1所述的设备，其特征在于所述聚合物包括加成聚合物。
4.权利要求1所述的设备，其特征在于所述聚合物包括缩合聚合物。
5.权利要求3所述的设备，其特征在于所述聚合物包含加成聚合物和添加剂。
6.权利要求4所述的设备，其特征在于所述聚合物包含缩合聚合物和添加剂。
7.权利要求5所述的设备，其特征在于所述添加剂是疏水的。
8.权利要求6所述的设备，其特征在于所述添加剂是疏水的。
9.权利要求3所述的设备，其特征在于所述加成聚合物是聚卤乙烯。
10.权利要求3所述的设备，其特征在于所述加成聚合物是聚偏二卤乙烯或者它们的混合物。
11.权利要求10所述的设备，其特征在于所述聚偏二卤乙烯是聚偏二氯乙烯。
12.权利要求10所述的设备，其特征在于所述聚偏二卤乙烯是聚偏二氟乙烯。
13.权利要求2所述的设备，其特征在于所述加成聚合物是聚乙烯醇。
14.权利要求13所述的设备，其特征在于所述加成聚合物是共聚物。
15.权利要求13所述的设备，其特征在于所述聚乙烯醇是用1～40％交联剂进行交联的。
16.权利要求15所述的设备，其特征在于所述交联的聚乙烯醇使用分子量为1000～3000的聚丙烯酸交联。
17.权利要求15所述的设备，其特征在于所述交联的聚乙烯醇使用分子量为1000～3000的蜜胺-甲醛树脂交联。
18.权利要求3所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物包含尼龙和添加剂。
19.权利要求18所述的设备，其特征在于所述添加剂包括分子量为500～3000且具有芳香性的树脂低聚物，所述添加剂可溶于所述缩合聚合物。
20.权利要求18所述的设备，其特征在于所述聚合物纤维包含尼龙聚合物和添加剂，该聚合物不是由环状内酰胺和C6-10二胺单体或者C6-10二酸单体形成的共聚物。
21.权利要求20所述的设备，其特征在于所述添加剂是分子量为500～3000且具有烷基苯酚基芳香性的低聚物的组合物，所述添加剂可溶于所述缩合聚合物。
22.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物包含尼龙聚合物和树脂添加剂，所述添加剂是分子量为500～3000且具有芳香性的低聚物，所述添加剂可溶于所述缩合聚合物。
23.权利要求3所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是聚对苯二甲酸亚烷基二酯。
24.权利要求23所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是聚萘酸亚烷基二酯。
25.权利要求24所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
26.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是尼龙聚合物，所述尼龙聚合物是具有来自环状内酰胺的重复单元的均聚物。
27.权利要求4所述的设备，其特征在于所述尼龙共聚物和在分子量或者单体组成上不同的另一种尼龙聚合物混合。
28.权利要求18所述的设备，其特征在于所述尼龙共聚物和另一种尼龙聚合物混合。
29.权利要求28所述的设备，其特征在于所述另一种尼龙聚合物是烷氧基烷基改性聚酰胺。
30.权利要求28所述的设备，其特征在于所述聚合物经过处理，形成通过差示扫描量热法测量认为是单相材料的单种聚合组合物。
31.权利要求30所述的设备，其特征在于所述共聚物和另一种聚合物进行了热处理。
32.权利要求31所述的设备，其特征在于所述共聚物和另一种聚合物是在比这两种聚合物中较低的熔点还低的温度进行热处理。
33.权利要求4所述的设备，其特征在于所述添加剂是含有叔丁基苯酚的低聚物。
34.权利要求33所述的设备，其特征在于所述添加剂是含有下式所示重复单元的低聚物。
Figure A0181682100041
35.权利要求33所述的设备，其特征在于所述添加剂是含有双酚A的低聚物。
36.权利要求35所述的设备，其特征在于所述添加剂是含有下式所示重复单元的低聚物。
37.权利要求4所述的设备，其特征在于所述添加剂是含有二羟基联苯的低聚物。
38.权利要求37所述的设备，其特征在于所述添加剂是含有下式所示重复单元的低聚物。
Figure A0181682100043
39.权利要求4所述的设备，其特征在于所述添加剂是树脂添加剂和含氟聚合物的混合物。
40.权利要求4所述的设备，其特征在于所述添加剂是氟烃表面活性剂。
41.权利要求4所述的设备，其特征在于所述添加剂是非离子表面活性剂。
42.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是聚氨酯。
43.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是聚氨酯和聚酰胺的混合物。
44.权利要求43所述的设备，其特征在于所述聚酰胺聚合物是尼龙。
45.权利要求18所述的设备，其特征在于所述尼龙是尼龙均聚物、尼龙共聚物以及它们的混合物。
46.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是芳香族聚酰胺。
47.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是二胺单体和聚间苯二甲酰间苯二胺的反应物。
48.权利要求46所述的设备，其特征在于所述聚酰胺是二胺和聚对苯二甲酰对苯二胺的反应产物。
49.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是聚苯并咪唑。
50.权利要求4所述的设备，其特征在于所述缩合聚合物是多芳基化合物。
51.权利要求50所述的设备，其特征在于所述多芳基化合物聚合物是双酚A和混合邻苯二甲酸之间的缩合聚合反应产物。
52.权利要求1所述的设备，其特征在于所述柔韧的过滤袋包括具有敞开端和封闭端的管形过滤袋，所述敞开端具有密封部件，所述气流从袋的内部离开，且细纤维层的单位重量为每平方厘米管状过滤袋的外部大约有0.0005～0.2毫克。
53.权利要求52所述的设备，其特征在于所述管形过滤袋包括织造织物。
54.权利要求52所述的设备，其特征在于所述管形过滤袋包括非织造织物。
55.权利要求52所述的设备，其特征在于所述管形过滤袋部分包含聚酯纤维。
56.权利要求52所述的设备，其特征在于所述管形过滤袋包含棉花纤维。
57.权利要求52所述的设备，其特征在于所述过滤器每平方英尺的过滤介质每分钟可以通过约5～15立方英尺的气体介质。
58.权利要求52所述的设备，其特征是在壳体中有约10～100个管形过滤袋。
59.权利要求52所述的设备，其特征在于所述管形过滤袋包括位于管形过滤袋上游表面上的细纤维层和位于管形过滤袋气体离开的表面上的另一细纤维层。
60.权利要求52所述的设备，其特征在于所述细纤维层厚度约为0.1～3微米，单位重量约为0.001～0.1毫克/平方厘米。
61.袋滤室装置，所述装置包括：
(a)形成内腔、进口和出口的壳体；
(b)安装在壳体内部的框子；
(c)至少两个安装并密封在所述框子上的过滤袋；
(i)所述各过滤袋具有上游外表面和形成内腔空间的下游表面；各过滤袋具有和内腔体积相连通的洁净空气口；
(A)各过滤袋外表面均匀沉积了单位重量约为0.0005～0.2毫克/厘米2的细纤维层；
(d)使空气流流经壳体进口，从过滤袋的上游表面通过过滤袋到下游表面，再进入内腔空间，然后通过洁净空气口离开内腔空间从壳体出口离开的抽气装置。
62.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述各过滤袋为矩形，具有基本平行的壁。
63.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述各过滤袋为管状的。
64.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述各过滤袋含有织造织物。
65.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述各过滤袋含有非织造织物。
66.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述各过滤袋含有聚酯纤维。
67.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述各过滤袋含有棉花纤维。
68.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述过滤装置每平方英尺过滤介质每分钟可以通过约5～15立方英尺的气体介质。
69.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)在所述壳体中有大约10～100个过滤袋
70.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述各过滤袋包括位于各过滤袋上游表面上的细纤维层和位于各过滤袋气体离开表面上的第二细纤维层。
71.权利要求61所述的装置，其特征在于：
(a)所述细纤维层厚度约为0.1～3微米，单位重量约为0.001～0.1毫克/厘米2。
72.过滤含有微粒的空气流的方法，该方法包括以下步骤：将空气过滤袋置于具有空气进口和空气出口的过滤器壳体中，所述过滤器壳体包括壳体中的框子支撑物，以将壳体分成两部分，即洁净部分和脏部分，所述壳体和框子中有一系列柔韧的能透过空气的过滤袋、固定在至少一个过滤袋上用于保持洁净部分和脏部分分离的密封件、所述过滤袋中防止过滤袋坍塌的透气装置和壳体一部分中的有使空气流经所述过滤袋的装置，所述各过滤袋有基本敞开的上端和与框子的密封件；使空气流经过滤袋，确保空气流中的微粒除去，所述过滤袋具有外表面和内表面，所述外表面上均匀沉积了单位重量为0.0005～0.2毫克/厘米2的细纤维层，所述空气流入过滤袋并离开其内表面。
73.权利要求72所述的方法，其特征在于所述过滤方法包括脉冲净化步骤，此时通过短暂的反向空气流产生充分低的压力降来清除在过滤袋外表面形成的灰垢。
74.权利要求72所述的方法，其特征在于所述过滤方法包括过滤袋的机械振动净化，此时通过振动产生充分低的压力降来清除在过滤袋外表面形成的灰垢。
75.制造过滤袋的方法，其步骤如下：
(a)在过滤袋织物上形成细纤维层，所用纤维的直径约为0.01～0.5微米，层的单位重量约为0.0005～0.2毫克/厘米2，层的厚度小于约0.3微米；
(c)将所述纤维和织物组装成为过滤袋。
76.权利要求75所述的方法，其特征在于有个对纤维层和织物热处理一段时间的步骤，有效提高纤维对织物的附着作用，形成附着的纤维和织物。
77.权利要求76所述的方法，其特征在于所述热处理步骤在组装好所述过滤袋之后进行。
78.权利要求75所述的方法，其特征是在步骤(b)中，将所述附有纤维的织物制成卷料，然后展开、切割、缝合成过滤袋。
79.权利要求75所述的方法，其特征在于将所述纤维是静电纺纱到织造织物上。
80.权利要求76所述的方法，其特征在于在比聚合物较低熔点更低的温度将所述纤维和织物进行热处理。
81.权利要求75所述的方法，其特征在于将预成形的细纤维层层压在基底上形成细纤维层。
82.权利要求52所述的设备，其特征在于所述细纤维覆盖有用来防止细纤维层磨损的薄层。
83.权利要求53所述的设备，其特征在于所述用于防止磨损的薄层是单位重量为0.2～2盎司/码2的稀疏织物。
84.权利要求52所述的设备，其特征在于所述管形过滤袋在位于管形过滤袋气体离开的表面上有细纤维层。
85.权利要求52所述的设备，其特征在于所述管形过滤袋有位于管形过滤袋上游表面上的细纤维层和位于管形过滤袋气体离开的表面上的另一细纤维层。
86.权利要求52所述的设备，其特征在于所述细纤维层厚度约为0.1～3微米，单位重量约为0.001～0.1毫克/厘米2。
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