專(zhuān)利名稱(chēng)：包括短金屬纖維的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)及制造該分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)的方法。進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)作為表面過(guò)濾器的使用。
背景技術(shù)：
表面過(guò)濾時(shí)，顆粒在過(guò)濾膜的表面被捕獲。被捕獲顆粒的大小取決于位于或靠近過(guò)濾膜表面的孔隙。
粉塵極少或不能移動(dòng)進(jìn)入過(guò)濾介質(zhì)的基體內(nèi)。
包括粉末顆粒例如金屬粉末顆粒頂層的表面過(guò)濾器在本領(lǐng)域廣為人知。包括金屬顆粒的頂層的特征在于，一個(gè)低的開(kāi)放區(qū)域，并因此該頂層易于捕獲顆粒。
不過(guò)，具有粉末顆粒頂層的表面過(guò)濾器具有有限的孔隙率并因此具有高的壓降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種避免現(xiàn)有技術(shù)缺陷的分層過(guò)濾元件。
另一個(gè)目的是提供一種分層過(guò)濾元件，由此其第一層的孔隙率和第二層的孔隙率可以在大范圍內(nèi)選取；兩者互相獨(dú)立。
另一個(gè)目的是提供一種化學(xué)上惰性的過(guò)濾元件，它可以容易清洗并且可以重復(fù)清潔，比如通過(guò)反向沖洗或回洗，從而具有高耐用性和長(zhǎng)壽命。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種分層過(guò)濾元件。
該分層過(guò)濾元件包括-一個(gè)第一層，所述第一層包括一多孔的金屬層；-一個(gè)第二層，所述第二層包括一由燒結(jié)的短金屬纖維構(gòu)成的自支撐層。
第一層和第二層燒結(jié)在一起。
第一層支撐第二層，而第二層的作用是分離層或過(guò)濾層。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，‘自支撐層’被限定為支撐自身的層。這意味著第二層可以同樣處理，比如它可以同樣被傳輸。
優(yōu)選地，第一層是燒結(jié)而成的。
第一層可以包括金屬粉末顆粒，短金屬纖維，長(zhǎng)金屬纖維或它們的組合物。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，短纖維被限定為長(zhǎng)度直徑比(L/d)在30和100之間的纖維。
優(yōu)選地，短纖維的等效直徑在1μm和20μm之間。
等效直徑的含義是具有與一根金屬纖維的橫截面相同的表面的一個(gè)假想圓的直徑。
長(zhǎng)纖維被限定為長(zhǎng)度直徑比(L/d)高于100的纖維。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，第一層包括至少一層含有長(zhǎng)金屬纖維的非編織金屬纖維棉網(wǎng)(fiber fleece)。
優(yōu)選地，長(zhǎng)金屬纖維的等效直徑范圍在0.5μm和100μm之間。更優(yōu)選地，等效纖維直徑在0.5μm和50μm之間，例如介于l μm和25μm之間，例如2μm，4μm，8μm或12μm。
金屬纖維可以通過(guò)本領(lǐng)域任何已知的技術(shù)獲得，例如，它們可以通過(guò)金屬線束拉拔技術(shù)或金屬薄片刮削技術(shù)得到。
優(yōu)選地，非編織金屬纖維棉網(wǎng)是燒結(jié)而成的。
非編織金屬纖維棉網(wǎng)可以是通過(guò)例如冷態(tài)等靜壓制操作的方法壓緊的。
優(yōu)選地，第一層的孔隙率高于50％，更優(yōu)選地，第一層的孔隙率高于60％，例如在70和85％之間。
第一層可以只包括一金屬纖維棉網(wǎng)或者包括一疊不同的金屬纖維棉網(wǎng)，每層棉網(wǎng)包含具有單位等效直徑，纖維密度和重量的纖維。層重量表達(dá)為g/m2并在后面表示為‘單位層重’(specific layerweight)。
當(dāng)?shù)谝粚影ú煌慕饘倮w維棉網(wǎng)時(shí)，優(yōu)選地第一層燒結(jié)而成。
可選擇地，作為第一層的部分的每一金屬纖維棉網(wǎng)是預(yù)先單獨(dú)燒結(jié)而成的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第一層包括一由燒結(jié)的粉末顆粒構(gòu)成的多孔金屬層。
對(duì)于金屬粉末顆粒，可以使用任何的金屬粉末顆粒例如粉碎的粉末顆?；蜢F化粉末顆粒。
具有規(guī)則球體形狀的金屬粉末顆粒，或具有不規(guī)則形狀的金屬粉末顆粒都是適用的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，多孔層包括短金屬纖維。第一層可以被加強(qiáng)結(jié)構(gòu)例如金屬絲網(wǎng)支撐。
第二層包括一由燒結(jié)在一起的短金屬纖維構(gòu)成的自支撐層。
優(yōu)選地，第二層包括一個(gè)大體平坦的層。
‘大體平坦’的意思是在等于第二層厚度的長(zhǎng)度上測(cè)量的Rt值小于第二層的短金屬纖維等效直徑的三倍。更優(yōu)選地，Rt值小于第二層的短金屬纖維的等效直徑，例如小于第二層的短金屬纖維等效直徑的50％。
Rt被限定為最大粗糙深度，即估計(jì)長(zhǎng)度內(nèi)的表面輪廓的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的距離，此處的長(zhǎng)度等于第二層的厚度。
優(yōu)選地，第二層包括三維定向的短金屬纖維。
優(yōu)選地，短金屬纖維的等效直徑的范圍在1μm和20μm之間。更優(yōu)選地，等效纖維直徑在1μm和10μm之間，例如2μm。
短金屬纖維可以包括柱狀纖維或包括彎曲和/或纏繞的纖維例如WO02/057035所說(shuō)明的纖維。
第二層的短金屬纖維有很多接觸點(diǎn)，因此它們易于燒結(jié)而不需要很大的力。
短金屬纖維之間的孔隙十分小，但孔隙的數(shù)量很大從而第二層的特征是高孔隙率。
優(yōu)選地，第二層的孔隙率高于50％，更優(yōu)選地，第二層的孔隙率高于60％，例如在80和85％之間。
第二層可以包括除短金屬纖維之外的其它金屬顆粒例如短金屬纖維或金屬粉末顆?；蚨探饘倮w維和金屬粉末顆粒的組合物。
第二層包括例如20到80％的短金屬纖維和20到80％的長(zhǎng)金屬纖維。
在一個(gè)可選實(shí)施例中，第二層包括20到80％的短金屬纖維和20到80％的金屬粉末顆粒。
百分比為X的短金屬纖維/長(zhǎng)金屬纖維的意思是第二層總重量的重量百分比X由短金屬纖維/長(zhǎng)金屬纖維組成。
第二層的孔隙率的范圍可以在50％到85％之間。
短金屬纖維可以通過(guò)本領(lǐng)域中任何已知技術(shù)獲得。該金屬纖維例如可以通過(guò)機(jī)械方式把長(zhǎng)金屬纖維切割成短的或用化學(xué)的方法把長(zhǎng)金屬纖維切割成短的而得到。
任何類(lèi)型的金屬或金屬合金可以用來(lái)提供金屬顆粒例如長(zhǎng)金屬纖維，短金屬纖維或金屬粉末顆粒。
金屬顆粒例如可以由諸如不銹鋼之類(lèi)的鋼制成。優(yōu)選的不銹鋼合金是AISI 300或AISI 400系列的合金，例如AISI 316L或AISI 347，或包含F(xiàn)e，Al和Cr的合金，包含鉻、鋁和/或鎳以及重量占0.05-0.3％的釔、鈰、鑭、鉿或鈦的不銹鋼，如Fecralloy，可以使用。
金屬顆粒也可以由鎳或鎳合金制造。
第一層和第二層可以用不同的材料制成。不過(guò)，優(yōu)選地，第一層和第二層用相同的材料制造。
如本發(fā)明的過(guò)濾元件可以是任何形狀。該元件可以是扁平的過(guò)濾元件或圓柱狀的過(guò)濾元件，例如燭形過(guò)濾器或管狀過(guò)濾器。
燭形過(guò)濾器是圓柱狀的管，一端封閉。管狀過(guò)濾器是兩端都開(kāi)口的圓柱狀管。
圓柱狀過(guò)濾元件可以有縱向的焊縫或無(wú)縫。
如本發(fā)明的分層過(guò)濾元件的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)在于第一層的孔隙率和第二層的孔隙率可以在一個(gè)寬范圍內(nèi)選取。
再者，第一層的孔隙率和第二層的孔隙率可以互相獨(dú)立地選取。
如本發(fā)明的分層過(guò)濾元件易于清洗，例如通過(guò)反向沖洗或反向脈沖。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造分層過(guò)濾元件的方法。
該方法包括以下的步驟-提供第一層，所述第一層包括一多孔金屬層。；-提供第二層，所述第二層包括由燒結(jié)的短金屬纖維構(gòu)成的自支撐層；-使所述第一層和所述第二層互相接觸以形成分層結(jié)構(gòu)；-燒結(jié)分層結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的第三方面，提供了分層過(guò)濾元件用作表面過(guò)濾器。
按照本發(fā)明，分層過(guò)濾元件適于氣體或液體的過(guò)濾。
該分層過(guò)濾元件很適合于空氣的過(guò)濾例如在凈化室內(nèi)，例如用于電子元件的生產(chǎn)室。


參照隨后的附圖，本發(fā)明將會(huì)得到更詳細(xì)的說(shuō)明，其中-圖1是如本發(fā)明的分層過(guò)濾元件的圖例說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，如本發(fā)明的分層過(guò)濾元件10包括一個(gè)第一層12和一個(gè)第二層14。
第一層12包括一由長(zhǎng)金屬纖維構(gòu)成的燒結(jié)的非編織的金屬纖維棉網(wǎng)。第一層的金屬纖維直徑是22μm。第一層的重量是225g/m2。
第一層按如下方式制造鋼纖維通過(guò)線束拉拔技術(shù)制成。然后利用例如GB 1 190 844中披露的隨機(jī)進(jìn)料裝置生產(chǎn)出非編織的金屬纖維棉網(wǎng)。在隨后的步驟中，對(duì)該非編織的金屬纖維棉網(wǎng)進(jìn)行燒結(jié)。
第二層14包括一層由三維定向的燒結(jié)在一起的短金屬纖維構(gòu)成的自支撐層。
第二層的短金屬纖維的直徑是2μm。第二層的重量是60g/m2。第二層被壓緊到厚度為0.03mm。第二層的孔隙率為75％。
第二層例如通過(guò)把短金屬纖維倒入三維模具或倒在平坦表面上并隨后燒結(jié)該短金屬纖維而形成。
短金屬纖維是通過(guò)首先形成某種程度上的金屬纖維而獲得的，這些金屬纖維呈現(xiàn)為一捆纖維、一根纖維繩或一編織結(jié)構(gòu)或甚至是通過(guò)梳理操作得到的大量纖維。
這些或多或少專(zhuān)門(mén)加工得到的纖維被放入粉碎裝置內(nèi)。在該裝置中，每一根纖維被快速轉(zhuǎn)動(dòng)的刀片切割成短金屬纖維。這些刀片的刀刃有一定的刀刃厚度，通常從徑向沖擊或“擊中”纖維。這些纖維發(fā)生機(jī)械塑性變形并纏繞或可能斷成長(zhǎng)度更短的纖維。由于離心力的作用，靠在粉碎裝置的外壁上向外噴所得到的短金屬纖維。該外壁包括一個(gè)有精細(xì)限定開(kāi)孔的篩子。按照這些開(kāi)孔，具有特定長(zhǎng)度的短金屬纖維可以通過(guò)篩子，而太長(zhǎng)的短金屬纖維就留在粉碎裝置內(nèi)，它們會(huì)重新被擊中并且當(dāng)它們長(zhǎng)度足夠小時(shí)就會(huì)穿過(guò)篩子。
第二層在第一層上面。這樣得到的結(jié)構(gòu)在隨后的步驟中被燒結(jié)而得到分層過(guò)濾元件。
權(quán)利要求
1.一種分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，所述過(guò)濾元件包括一個(gè)第一層，所述第一層包含一層多孔金屬層；一個(gè)第二層，所述第二層包含一層由燒結(jié)的短金屬纖維構(gòu)成的自支撐層；所述第一層和第二層燒結(jié)在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第二層的最大粗糙度的深度由小于所述第二層的一根短金屬纖維等效直徑三倍的Rt值限定，所述Rt值在等于所述第二層厚度的長(zhǎng)度上測(cè)量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第二層的所述短金屬纖維是三維定向的。
4.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層是燒結(jié)而成的。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層包括一非編織的金屬纖維棉網(wǎng)，所述金屬纖維棉網(wǎng)包含長(zhǎng)金屬纖維。
6.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層包括金屬粉末顆粒。
7.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層包括短金屬纖維。
8.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層由一加強(qiáng)結(jié)構(gòu)支撐。
9.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第二層進(jìn)一步包括長(zhǎng)金屬纖維和/或金屬粉末顆粒。
10.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第二層包括20到80％之間的短金屬纖維和/或金屬粉末顆粒以及20到80％之間的長(zhǎng)金屬纖維。
11.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層的孔隙率在50到85％之間。
12.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其中，所述第二層的孔隙率在50到85％之間。
13.一種制造分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟提供第一層，所述第一層包括一多孔金屬層；提供第二層，所述第二層包括一由燒結(jié)在一起的短金屬纖維構(gòu)成的自支撐層；使所述第一層和所述第二層互相接觸以形成分層結(jié)構(gòu)；燒結(jié)所述分層結(jié)構(gòu)。
14.將如權(quán)利要求1到12的任一項(xiàng)所述的分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)作為表面過(guò)濾介質(zhì)而使用。
15.對(duì)于液體或氣體的過(guò)濾進(jìn)行如權(quán)利要求14的使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)，所述過(guò)濾元件包括－一個(gè)第一層，所述第一層包含一多孔金屬層；－一個(gè)第二層，所述第二層包括一由燒結(jié)的短金屬纖維構(gòu)成的自支撐層。第一層和第二層燒結(jié)在一起。該分層過(guò)濾結(jié)構(gòu)特別適合作為表面過(guò)濾介質(zhì)，例如用于液體或氣體的過(guò)濾。
文檔編號(hào)B01D39/20GK1705501SQ200380101366
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2003年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者R·洛斯費(fèi)爾德, J·費(fèi)爾西克 申請(qǐng)人:貝克特股份有限公司