專利名稱：用于在具有過濾特性的基板上實(shí)現(xiàn)包括毫微纖維的過濾分離器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種用于實(shí)現(xiàn)過濾分離器的方法。
更特別地，本發(fā)明涉及一種用于實(shí)現(xiàn)過濾分離器的方法，過濾分 離器包括與具有過濾特性的支承基板相關(guān)聯(lián)的毫微纖維層。
一般地，毫微纖維是指直徑小于一個(gè)微米的所有纖維。
如已知的，在負(fù)載損失相等的情況下，直徑小于一個(gè)微米的纖維 相對于尺寸更大的纖維具有更大的過濾效率。
為此，它們在不同的技術(shù)業(yè)中，例如在汽車業(yè)中，特別地用在流 體過濾的領(lǐng)域中。
特別地，聚合材料的毫微纖維目前用于構(gòu)造過濾分離器，過濾分 離器用于內(nèi)燃機(jī)中的空氣的過濾。
背景技術(shù)：
在這種類型的應(yīng)用中，用直徑一般小于0.5微米的聚合材料制造 亳微纖維；無紡織物的過濾層由這些亳微纖維制造，其根據(jù)特定需要 具有不同尺寸的網(wǎng)格。
在大多數(shù)情況下，所述過濾層非常薄，具有幾個(gè)重疊的亳微纖維 的厚度，從而在負(fù)載損失非常小的情況下獲得高的過濾效率。
由于這種一般小于一個(gè)微米的有限的厚度，所以通過聚合毫微纖 維獲得的過濾層具有非常有限的機(jī)械特性，通常不足以承受由于其自 身重量引起的應(yīng)力和由于隨后的處理引起的應(yīng)力。
為此，通常將亳微纖維過濾層放在合適的支承基板上，支承基板 必須是待過濾的流體所能滲透的，并且必須具有合適的機(jī)械特性以生 產(chǎn)堅(jiān)固且可靠的過濾分離器。
一般地，這些基板由傳統(tǒng)地用在流體過濾領(lǐng)域中的類型的材料制
4造，例如纖維素片或聚合微纖維墊。
通常從液體聚合物質(zhì)開始借助于一般稱為靜電紡紗的工藝在相似 的支承結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)亳微纖維層，液體聚合物質(zhì)典型地是基于聚合物的 液體溶液或處于熔融狀態(tài)中的聚合物。
根據(jù)這種工藝，將液體聚合物質(zhì)注入配備有分配噴嘴的容器中， 分配噴嘴具有毛細(xì)管尺寸的孔口 。
所述容器與第一電極和導(dǎo)電材料的收集器相關(guān)聯(lián)，笫一電極與液 體聚合物質(zhì)接觸，導(dǎo)電材料的收集器典型地為銅或鋁板，其位于離分
配噴嘴一個(gè)距離處以充當(dāng)?shù)诙姌O。支承基板位于分配噴嘴和導(dǎo)電材 料收集器之間。
靜電紡紗的工藝預(yù)見向第一電極應(yīng)用一非常高的電壓(大約
20000V)，從而產(chǎn)生高電位的電場，該電場朝著導(dǎo)電材料收集器驅(qū)動(dòng) 或發(fā)射從分配噴嘴離開的液體聚合物質(zhì)的射流，導(dǎo)電材料收集器通常 處于接地電位。
下列事實(shí)使得所述電場的產(chǎn)生變得可能，即當(dāng)一般地用具有基卞、 上電介質(zhì)的特性的材料實(shí)現(xiàn)時(shí)，支承基板不是能電絕緣收集器的完美 的電介質(zhì)。
照這樣，在其穿過空氣的過程中，液體聚合物質(zhì)干燥或固化，呈 現(xiàn)納米尺寸的固體纖維的網(wǎng)狀物的形式，其逐漸聚集在支承基板上， 形成所需的過濾層。
該工藝的一個(gè)缺點(diǎn)在于支承基板在所產(chǎn)生的電場中不可避免地 產(chǎn)生干擾，該干擾可能是基板本身上的毫微纖維不正確分配的原因， 降低了可獲得的過濾層的效率和可靠性。
另一個(gè)缺點(diǎn)在于導(dǎo)電材料收集器的存在使得用于實(shí)現(xiàn)該工藝的 設(shè)備相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，導(dǎo)致相對高的設(shè)施和生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是通過有限的成本在簡單、合理的解決方案的情況 下克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。
該目標(biāo)通過具有權(quán)利要求所述的特征的發(fā)明獲得?？偟恼f來，本發(fā)明預(yù)見通過具有導(dǎo)電性質(zhì)的材料給支承基板富集， 并且在靜電紡紗工藝中直接用這樣富集的基板作為收集器。


通過結(jié)合在所附圖表中所示的圖來閱讀下面作為示范而非限制所
提供的說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，其中 圖1示意性地表示用于實(shí)現(xiàn)本方法的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
作為本發(fā)明的目標(biāo)的方法涉及實(shí)現(xiàn)所述類型的復(fù)合式過濾分離器 10，其包括聚合毫微纖維的層1,聚合毫微纖維的層1位于具有過濾 特性的支承基板2的頂部上。
毫微纖維優(yōu)選地具有小于0.5微米的直徑，并且沉積在基板2上 因此形成非常薄的網(wǎng)狀物，該網(wǎng)狀物的網(wǎng)格根據(jù)應(yīng)用可以具有不同的 尺寸。
位于支承基板2上的毫微纖維層1具有在負(fù)載損失的增加非常小 的情況下過濾分離器10的效率相當(dāng)大地增加的性質(zhì)。
支承基板2相對于毫微纖維基板1相當(dāng)厚，并且具有改善的機(jī)械 特性。所述基板2具有支承亳微纖維層1的功能，并且被實(shí)現(xiàn)成隨后 被鍛造，例如被成形或打褶，以制造適合于通常的過濾設(shè)施中的各種 應(yīng)用的過濾分離器10。
特別地，本發(fā)明涉及一種復(fù)合式過濾分離器10的實(shí)現(xiàn)，其中所述 支承基板2由基本上表現(xiàn)為電介質(zhì)的材料構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述基板2由尺寸大于亳微纖維的纖維的網(wǎng)狀物構(gòu)成， 例如通過"熔噴"或"紡粘法"工藝、要不然通過一層纖維材料獲得 的纖維素片、聚合微纖維墊。
或者，形成基板2的材料可以是相似于沉積在其上的毫微纖維的 材料。
為了在相似的支承基板2上實(shí)現(xiàn)毫微纖維層1，作為本發(fā)明的目 標(biāo)的方法預(yù)見用導(dǎo)電材料使所述基板2富集。
特別地，為了使支承基板2富集，可以采用能將導(dǎo)電材料緊密且不可分離地結(jié)合到所述電介質(zhì)材料基板2以便形成具有過濾和導(dǎo)電性 質(zhì)的單個(gè)主體的任何工藝。
根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例，通過將合適的導(dǎo)電材料添加到用于制 造基板2本身的原料來獲得支承基板2的富集。
例如，在從基于聚合物的液體開始制造所述基板2的情況下，如 在"熔噴"或"紡粘法"工藝中發(fā)生的，使導(dǎo)電材料直接與所述基于 聚合物的液體混和以使得通過所獲得的混合物，用具有導(dǎo)電性質(zhì)的毫 微纖維制造相似的墊。優(yōu)選地，以具有納米尺寸的固體粉末的形式添 加導(dǎo)電材料，例如石墨顆粒。
根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例，通過在制造基板2本身之后應(yīng)用合適 的導(dǎo)電材料來獲得支承基板2的富集。
例如，能通過采用冷等離子體技術(shù)的干燥工藝使支承基板2遭受 表面處理。
通過向低壓氣體應(yīng)用高電位的電場直到獲得所謂的閃光放電為止 來產(chǎn)生冷等離子體，所述閃光放電即伴有反應(yīng)粒子(電子，原子，分 子，離子和原子團(tuán))的強(qiáng)烈發(fā)射和光輻射(以可見的和紫外線的形式) 的電流的通過。
通過這些發(fā)射使待處理的材料暴露于相當(dāng)大的轟擊，其中所述發(fā) 射具有改變所處理的表面的化學(xué)和物理性質(zhì)的能力，該改變的最大深 度一般不大于幾十納米。
特別地，根據(jù)所使用的氣體和采用的工作條件，冷等離子體與待 處理表面的相互作用可能導(dǎo)致不同的改變，包括在所處理的區(qū)域中插 入原子或整個(gè)化學(xué)族。
在本發(fā)明的情況下，預(yù)見用冷等離子體技術(shù)處理支承基板2，優(yōu) 選地處理以聚合材料實(shí)現(xiàn)的類型的支承基板2，因此獲得具有導(dǎo)電性 質(zhì)的材料的原子或化學(xué)族的插入。
作為選擇，能采用不同的工藝，例如通過浸入合適的浴槽中來用 基于導(dǎo)電材料的液體物質(zhì)浸泡支承基板，因而例如通過干燥工藝將所 述液體物質(zhì)固定到基板2本身。在富集之后，所述方法預(yù)見在普通的靜電紡紗工藝中用所述富集
的基板2作為收集器。
詳細(xì)地說，所述方法預(yù)見準(zhǔn)備液體聚合物質(zhì)3，例如基于聚合物 的液體溶液或熔融聚合物，其被注入合適的容器4內(nèi)。
所述容器4位于離富集的基板2 —個(gè)距離處，并且設(shè)有配備有孔 口的分配噴嘴5，所述孔口優(yōu)選地具有毛細(xì)管的尺寸。
優(yōu)選地，分配噴嘴5的末端和所述富集的基板2之間的中間距離 包含在10到30厘米之間。
容器4與第一電極6相關(guān)聯(lián)，第一電極6與液體聚合物質(zhì)3直接 接觸并且與電壓發(fā)生器7相連。
第二電極由富集的基板2形成，其優(yōu)選地位于接地電位。
這里，啟動(dòng)發(fā)生器7，因此向第一電極6應(yīng)用非常高的電壓(大 約20000V )。
第一電極6和富集的基板2之間的電壓差產(chǎn)生高電位的電場，該 電場朝著富集的基板2驅(qū)動(dòng)(或發(fā)射)從分配噴嘴5離開的液體聚合 物質(zhì)3的射流。
在所述射流移動(dòng)的過程中，液體聚合物質(zhì)3干燥或固化，呈現(xiàn)納 米尺寸的長的、固體的纖維的網(wǎng)狀物的形式，所述纖維直接聚集在富 集的基板2上。
調(diào)節(jié)液體聚合物質(zhì)3的粘性、所應(yīng)用的電壓和分配噴嘴5與基板 2之間的距離，能實(shí)現(xiàn)具有可變的固體/空隙比和單分散的尺寸分配的 毫微纖維網(wǎng)狀物，所述尺寸分配具有包含在幾十納米和幾個(gè)微米之間 的平均數(shù)。
特別地，為了調(diào)節(jié)從分配噴嘴5離開的液體聚合物質(zhì)3的數(shù)量， 預(yù)見使用與容器相關(guān)聯(lián)的機(jī)械泵8，例如使用注射泵。
權(quán)利要求
1.用于實(shí)現(xiàn)過濾分離器(10)的方法，過濾分離器(10)包括置于具有過濾特性質(zhì)的基板(2)上的毫微纖維(nanofibre)層(1)，其特征在于該方法包括下列操作步驟-用導(dǎo)電材料使具有過濾特性的基板(2)富集(riching)；-在位于離所述基板(2)一個(gè)距離處且設(shè)有分配噴嘴(5)的容器(4)內(nèi)預(yù)先安排液體聚合物質(zhì)(3)；-在與所述液體聚合物質(zhì)(3)接觸的第一電極(6)和充當(dāng)?shù)诙姌O的所述富集的基板(2)之間施加一電壓差，因此產(chǎn)生電場，該電場朝著富集的基板(2)發(fā)射從所述分配噴嘴(5)離開的液體聚合物質(zhì)(3)的射流，以在富集的基板(2)上形成具有毫微米(nanometric)尺寸的固體聚合纖維的網(wǎng)狀物。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于通過將導(dǎo)電材料添加到 用于制造基板(2)本身的原料來獲得基板(2)的所述富集。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于從基于聚合物的液體開 始實(shí)現(xiàn)所述基板(2),并且使導(dǎo)電材料與所述基于聚合物的液體直接 混合。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所迷導(dǎo)電材料呈固體粉 末的形式。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于導(dǎo)電材料的所述固體粉 末具有毫微米尺寸。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于導(dǎo)電材料的所述固體粉 末包括石墨顆粒。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過在實(shí)現(xiàn)基板(2) 本身之后應(yīng)用導(dǎo)電材料來獲得基板(2)的所述富集。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于通過在基板(2)本身 的組成材料內(nèi)干燥插入導(dǎo)電材料的顆粒來獲得基板(2)的所述富集。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述插入通過暴露于冷等離子體而發(fā)生。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述基板(2)富集預(yù) 見了用基于導(dǎo)電材料的液體物質(zhì)浸泡基板(2)，并且將所述液體物質(zhì) 固定到基板(2)本身。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于從分配噴嘴(5)離開 的所述液體聚合物質(zhì)(3)是基于聚合物的液體溶液。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于從分配噴嘴(5)離開 的所述液體聚合物質(zhì)(3)是處于熔融狀態(tài)中的聚合物。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它預(yù)見通過機(jī)械裝置 (8)控制離開分配噴嘴的液體聚合物質(zhì)(3)的數(shù)量。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述機(jī)械裝置包括與 容納液體聚合物質(zhì)(3)的容器(4)相關(guān)聯(lián)的注射泵(8)。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述分配噴嘴(5)設(shè) 有毛細(xì)管尺寸的出口孔口。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述分配噴嘴(5)位 于離基板(2) —個(gè)距離處，該距離包括在10到30厘米之間。
全文摘要
一種用于實(shí)現(xiàn)過濾分離器(10)的方法，過濾分離器(10)包括置于具有過濾特性的基板(2)上的毫微纖維層(1)，該方法包括下列操作步驟用導(dǎo)電材料使具有過濾特性的基板(2)富集；在位于離所述基板(2)一個(gè)距離處且設(shè)有分配噴嘴(5)的容器(4)內(nèi)預(yù)先安排液體聚合物質(zhì)(3)；在與所述液體聚合物質(zhì)(3)接觸的第一電極(6)和充當(dāng)?shù)诙姌O的所述富集的基板(2)之間應(yīng)用一電壓差，因此產(chǎn)生電場，該電場朝著富集的基板(2)驅(qū)動(dòng)從所述分配噴嘴(5)離開的液體聚合物質(zhì)(3)的射流，以在富集的基板上形成具有納米尺寸的固體聚合纖維的網(wǎng)狀物。
文檔編號B01D39/16GK101321570SQ200680045238
公開日2008年12月10日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者G·吉隆迪 申請人:Ufi過濾股份公司