專利名稱：：高精度過濾器的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種高精度的過濾器。更確切地說，本發(fā)明涉及一種過濾器，該過濾器與常規(guī)過濾器相比，具有高的精度、小的初始壓力降和長的過濾壽命。
背景技術：
：近年來，在化工領域?qū)σ岳w維為原料的過濾器的需求迅猛增加，這些過濾器用于除去產(chǎn)品或其它溶液中的、粒度約為0.2μm到幾百μm的顆粒夾雜物質(zhì)。以纖維為原料的過濾器有多種特點，如它們一般是便宜的，過濾精度能夠通過改變原料纖維的直徑來自由改變，以及由于纖維間的孔隙部分能捕集許多顆粒物質(zhì)，它們具有長的過濾壽命。然而，過濾器的某些最終用戶一直強烈要求比常規(guī)過濾器具有更高過濾精度和更長過濾壽命的過濾器。這些過濾器的性能主要是通過過濾精度、液體通過能力和過濾壽命來評價的。這里使用術語“過濾精度”是用能夠被捕捉99.9％或更多的顆粒最小直徑表示的，術語“液體通過能力”是用當一定量的液體流過過濾器時，過濾器的壓力損失表示的。而術語“過濾壽命”是用連續(xù)過濾一個具有一定濃度的分散體系，直到所產(chǎn)生的壓力損失值達到必須更換過濾器時所經(jīng)歷的時間。一般來講，過濾器的過濾精度越高，在許多情況下，過濾器的液體通過能力越低，過濾壽命越短。不過，即使對于高過濾精度的過濾器，也能改善其液體通過能力和過濾壽命，方法是就所用原料或介質(zhì)的類型制成不均一的過濾器結構，以及改變過濾器中的纖維直徑和過濾方向上的孔隙率，也就是從液體要通過過濾器的上游側到下游側。迄今，已提出幾種改善液體通過能力和過濾壽命的方法。第一，公開號為平7-82649的日本公開專利中揭示的方法，該方法在纖維紡絲步驟通過一種熔體噴射工藝，隨著纖維通過時間來改變將要擠壓的樹脂的量和噴射氣流的流速，從而連續(xù)改變要紡絲纖維的平均直徑，然后將纖維卷繞在適當?shù)木砝@芯上。該方法的一個優(yōu)點是可以相當自由地改變形成過濾器的纖維的平均直徑，但其缺點是無論是要擠壓的樹脂的量還是噴射氣流的流速，它們改變的范圍都是有限的，因而很難在過濾器的厚度方向(過濾方向)上對纖維直徑作大的改變。此外，它還有一個缺點，即由于該方法的紡絲條件是連續(xù)改變的，故難以生產(chǎn)細旦纖維。在公開號為平1-297113的日本公開專利中公開了一種方法，其中事先制備幾種具有不同纖維直徑的非織造織物，然后將這些非織造織物卷繞在一個有孔的芯上以制備過濾器。根據(jù)此方法，有可能對纖維直徑作大的改變。但是，該方法也有缺點，即為了有效地進行深層過濾，將被結合的各種非織造織物的數(shù)量增加，因為纖維直徑的變化必須更加溫和，并因此增加了生產(chǎn)步驟的數(shù)目，且需要很長的時間。再者，在公開號為昭56-49605的日本專利中公開了一種方法，其中熔化粘合人造短纖維的梳理機纖維網(wǎng)卷繞在卷繞芯上的同時，對該纖維網(wǎng)加熱并施加適當?shù)木€性壓力，熔體噴射非織造織物在卷繞梳理機纖維網(wǎng)的過程中卷繞在一起來形成過濾器。該方法的特點是在利用便宜的人造短纖維的同時，可制備這樣的過濾器，其精度與熔體噴射工藝生產(chǎn)的過濾器的精度相當。但是，該方法也有一個缺點，即當要捕捉的顆粒直徑遠遠小于人造短纖維的纖維直徑時，小顆粒只能在插入的熔體噴射非織造織物中捕捉到，這樣就縮短了過濾壽命。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供低生產(chǎn)成本的過濾器，這種過濾器具有常規(guī)過濾器不能達到的高精度和長過濾壽命。通過本專利發(fā)明者為解決上述問題而進行的不懈研究，已發(fā)現(xiàn)通過下述方法能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的在由非織造纖維集料組成的過濾器中排列至少兩層預過濾層和一層精密過濾層；制造該預過濾層，從而使結構纖維的直徑在過濾方向上變得更細；以及用非織造纖維集料制成精密過濾層，非織造纖維集料所含纖維具有比預過濾層中最小直徑的纖維更小的直徑，這樣就完成了本發(fā)明。本發(fā)明概述如下(1)由非織造纖維集料制成的一種高精度的過濾器，包括在過濾方向上排列的至少兩層預過濾層和一層精密過濾層，該預過濾層是按這樣的方法制成的預過濾層中所有或部分纖維的直徑在朝向過濾方向上逐漸變小，精密過濾層包括一個或多個非織造纖維集料的堆積層，在這一個或多個非織造纖維集料的堆積層中，重量百分比為10％或更多纖維的直徑小于預過濾層中最小直徑纖維的直徑。(2)在上一段(1)中所述的高精度過濾器，其中預過濾層由非織造纖維集料組成，該非織造纖維集料包含至少一種選自一組包含聚烯烴纖維和聚酯纖維的纖維。(3)在上面段落(1)或(2)中所述的高精度過濾器，其中預過濾層包含通過一種熔體噴射工藝制備的非織造纖維集料。(4)在上面段落(1)到(3)中所述的高精度過濾器，其中預過濾層的非織造纖維集料中的纖維包含一種高熔點組分和一種低熔點組分，高熔點組分和低熔點組分的熔點差為10℃或更多，預過濾層中所含低熔點組分的重量百分比為10％到90％。(5)在上面段落(4)中所述的高精度過濾器，其中預過濾層的非織造纖維集料纖維是復合纖維，它包含一種高熔點組分和一種低熔點組分，二者的熔點差為10℃或更多。(6)在上面段落(4)中所述的高精度過濾器，其中預過濾層的非織造纖維集料是一種高熔點組分超細纖維和一種低熔點組分超細纖維的混合物，兩種組分的熔點差為10℃或更多。(7)在上面段落(1)到(6)中任一段所述的高精度過濾器，其中預過濾層的非織造纖維集料中的纖維的最小直徑和最大直徑之比為1∶2到1∶10。(8)在上面段落(1)到(7)中任一段所述的高精度過濾器，其中精密過濾層的非織造纖維集料中的纖維直徑與預過濾層中纖維的最小直徑之比為1∶1到1∶20，精密過濾層中含有直徑小于預過濾層中纖維的最小直徑的纖維。(9)在上面段落(1)到(8)中任一段所述的高精度過濾器，其中精密過濾層的非織造纖維集料具有45％到97％的孔隙率，精密過濾層含有直徑小于預過濾層中最小直徑纖維的直徑的纖維。(10)在上面段落(1)到(9)中任一段所述的高精度過濾器，其中精密過濾層的非織造纖維集料是通過一種熔體噴射工藝制備的，精密過濾層含有直徑小于預過濾層中最小直徑纖維的直徑的纖維。(11)在上面段落(1)到(9)中任一段所述的高精度過濾器，其中精密過濾層的非織造纖維集料包含玻璃纖維，精密過濾層含有直徑小于預過濾層中最小直徑纖維的直徑的纖維。(12)在上面段落(1)到(11)中任一段所述的高精度過濾器，其中該過濾器的形狀是圓柱形的。附圖簡述圖1是本發(fā)明的圓柱形過濾器的局部剖開的透視圖。圖2是本發(fā)明的平板形過濾器的剖開的透視圖。圖3是顯示圖1或圖2所示過濾器中從上游到下游在A-B截面處纖維直徑變化模式的示意圖。在圖1和圖2中，標號1表示多孔支承圓柱體，2表示支承層，3表示精密過濾層，4表示預過濾層，5a和5b表示端蓋，6a和6b表示平墊片，7表示膜，而實線A-B則表示連接上游極端位置和下游極端位置的線的例子。在圖3中，符號x表示預過濾層，y表示精密過濾層，z表示支承層，A表示最上游側，B表示最下游側。實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式作為在本發(fā)明中使用的形成非織造纖維集料的纖維組分，可使用熱塑性樹脂，比如聚酰胺、聚酯、低熔點共聚酯、聚苯乙烯、聚氨酯彈性體、聚酯彈性體、聚丙烯、聚乙烯、以及聚丙烯共聚物(例如，丙烯作為主要組分與乙烯、丁烯-1、4-甲基戊烯-1等等的二元或三元共聚物)。特別從價格、耐水性和耐化學性的角度考慮，最好使用聚丙烯和聚酯。此外，玻璃纖維可用于精密過濾層。下面對作為本發(fā)明過濾器一部分的預過濾層進行解釋。在形成本發(fā)明過濾器的過濾器介質(zhì)的多層中，預過濾層排列在液體過濾方向的最上游位置，而預過濾層的排列是為了捕捉液體中的較大顆粒。用于制備預過濾層的材料是非織造纖維集料，其中一部分或所有纖維的直徑在過濾方向上逐漸變小，而預過濾層的形狀最好是網(wǎng)狀、非織造織物或者濾紙狀。因為在過濾方向上，非織造纖維集料的纖維直徑逐漸減小，在模制后過濾器中形成預過濾層的纖維直徑也是逐漸減小的。為了有效地改變纖維直徑，熔融紡絲工藝是獲得制備預過濾層的非織造纖維集料的優(yōu)選紡絲方法。這是因為在熔融紡絲工藝中，通過改變待擠壓樹脂的量和拉伸比，很容易連續(xù)改變待紡絲纖維的直徑。作為這種可以連續(xù)改變纖維直徑的熔融紡絲工藝的例子，可采用普通熔融紡絲工藝、紡粘工藝和熔體噴射工藝。為了通過普通熔融紡絲工藝獲得其中纖維直徑連續(xù)改變的纖維網(wǎng)，待擠壓樹脂的量是連續(xù)變化的，且這樣形成的纖維要被拉伸、切割，然后進入梳理機。這樣就獲得了短纖維網(wǎng)，其中纖維的直徑在梳理機方向或縱向上是變化的。作為另一種方法，通過采用紡粘工藝和連續(xù)改變工藝中所用的拉力可獲得纖維直徑連續(xù)改變的紡粘纖維網(wǎng)。制備形成預過濾層的非織造纖維集料的特別有效的紡絲方法是熔體噴射工藝。作為該工藝，可以采用諸如公開號為平7-98131的日本專利中揭示的已知工藝。熔體噴射工藝是這樣一種工藝，其中熔融的熱塑性樹脂從噴絲孔擠壓出來，噴絲孔排列在縱向的機械方向上，通過高溫、高速從噴絲孔周圍吹出的氣流使熔融的熱塑性樹脂噴射到一個收集傳送器網(wǎng)或轉動圓柱形卷筒上，從而獲得超細纖維網(wǎng)。平均纖維直徑在縱向上變化的超細纖維網(wǎng)適合于作為制備預過濾層的非織造纖維集料，通過在此階段連續(xù)改變紡絲條件如待擠壓樹脂的量和噴吹氣流的噴射速度可獲得超細纖維網(wǎng)。特別是優(yōu)選連續(xù)改變噴吹氣流噴射速度的工藝，因為能在不改變纖維網(wǎng)的METSUKE(基本重量)的情況下改變纖維的直徑。形成預過濾層的非織造纖維集料包括一種高熔點的樹脂組分和另一種低熔點的樹脂組分，二者熔點相差10℃或更多。作為非織造纖維集料中排列高熔點組分和低熔點組分的方法，構成非織造纖維集料的纖維可以制備成復合纖維的形狀，該復合纖維包括一種高熔點的樹脂和一種低熔點的樹脂；高熔點樹脂纖維和低熔點樹脂纖維可以在紡絲步驟混合；或者高熔點樹脂纖維和低熔點樹脂纖維可以在紡絲之后混合。依據(jù)高熔點組分和低熔點組分的總量，在預過濾層中低熔點組分的混合重量百分比通常為10％到90％，優(yōu)選為20％到70％，更好為30％到50％，因為當這樣的預過濾層制成過濾器時能獲得卓越的強度和形狀保持。當?shù)腿埸c組分的重量百分比小于10％時，就會形成許多絨毛，而且即使對纖維網(wǎng)進行熱處理，其強度也會降低，因為纖維的粘附點數(shù)目小，這樣就失去了使用低熔點組分的意義。相反地，當?shù)腿埸c組分的重量百分比超過90％時，由于熱處理而失去纖維形狀的低熔點組分部分地充填了纖維間的孔隙，或者使孔隙直徑變大，這樣就導致了過濾能力的降低。作為低熔點組分和高熔點組分結合的實例，可使用聚乙烯/聚丙烯、丙烯共聚物/聚丙烯、低熔點共聚酯/聚酯及聚乙烯/聚酯。其中，丙烯共聚物/聚丙烯或者低熔點共聚酯/聚酯的組合是優(yōu)選的，因為通過熱處理能在纖維間形成強的結合力，這樣就可獲得具有高強度的過濾器。下面對作為本發(fā)明過濾器一部分的精密過濾層進行解釋。在形成本發(fā)明過濾器的過濾介質(zhì)中，精密過濾層位于預過濾層的下游側，用來捕集預過濾層不能捕捉的微小顆粒。精密過濾層包含一個或多個非織造纖維集料的堆積層，其形狀如非織造織物和濾紙。通過本專利發(fā)明者不懈地研究，已發(fā)現(xiàn)纖維直徑和形成精密過濾層的非織造纖維集料的孔隙率在改善本發(fā)明過濾器的性能方面有大的作用。精密過濾層可以是一層非織造纖維集料，也可以是兩種或多種非織造纖維集料交替堆積的多層。但是，在形成精密過濾層的非織造纖維集料的纖維中，至少有重量百分比為10％的纖維必須具有小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑。當這一百分比低于10％時，就會有這樣的危險通過預過濾層未被捕捉的大部分顆粒即使用精密過濾層也不能捕捉。包含在精密過濾層中的非織造纖維集料的孔隙率通常為45％到97％，優(yōu)選為55％到85％，更好為55％到65％。在該孔隙率小于45％的情況下，當它用作過濾器時，壓力損失就會變大，且由于沒有足夠的空間來保持絲餅而縮短過濾壽命。相反，在該孔隙率高于97％的情況下，當用于過濾器時，有時會失去足夠的壓力阻力和形狀保持效果。依據(jù)預期的過濾精度，能夠決定包含在精密過濾層的非織造纖維集料中的纖維直徑，該直徑小于具有最小直徑纖維的直徑。確切地說，首先，形成精密過濾層的非織造纖維集料的纖維直徑為預期過濾精度(單位μm)的0.5到5倍是合適的，優(yōu)選為0.8到3倍。當纖維直徑小于目標過濾精度的0.5倍時，它勢必要顯著增加孔隙率，因而壓力阻力將會變低。而當纖維直徑大于目標過濾精度的5倍時，它勢必要顯著降低孔隙率，因而將縮短過濾壽命。在這一方面，當具有非圓形截面的纖維用作材料時，纖維直徑可能相當大，因為捕捉效率高于具有圓形截面的纖維。其次，預過濾層中纖維的最小直徑約為包含在精密過濾層中的纖維直徑的1.1到20倍是適當?shù)模撝睆揭∮陬A過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑。當這一比率小于1.1倍時，使用精密過濾層就失去了其意義，但當這一比率超過20倍時，許多顆粒將充填在精密過濾層中，這樣，由于用預過濾層不可能捕捉足夠量的顆粒，有時就會縮短過濾壽命。作為制備包含在精密過濾層中纖維的方法，該纖維具有小于預過濾層中最小直徑纖維的直徑，可以采用裂膜纖維的工藝、玻璃纖維的工藝、熔體噴射工藝和紡粘工藝。在這些工藝中，最好采用熔體噴射方法和使用玻璃纖維的方法，特別是當預期的過濾精度低于5μm時。精密過濾層的非織造纖維集料中重量百分比為10％或更多的纖維其直徑要小于預過濾層中具有最小直徑纖維的直徑，之所以這樣決定的理由是僅靠預過濾層難以形成在過濾方向上纖維直徑逐漸減小的纖維集料。即，因為在本發(fā)明中當預過濾層制備好后，采用了一種特殊的紡絲工藝，其中結構纖維的直徑是連續(xù)變化的，故難以在一定的范圍降低預過濾層中的最小纖維直徑。例如，當使用熔體噴射工藝通過連續(xù)改變紡絲條件，諸如待擠壓樹脂的量和噴吹氣流的噴射速度，來改變預過濾層中纖維集料中纖維的直徑時，必需在適合預過濾層中具有最大直徑纖維的相對低的溫度下傳導紡絲。然而，當在低的紡絲溫度下過多地增加噴吹氣流，或者當過多地減少待擠壓樹脂的量時，就會形成飛花(纖維屑飛出而未收集在收集傳送網(wǎng)上)，因而會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，以致于不能獲得包含具有期望最小直徑的纖維的非織造纖維集料。即使當采用其它熔融紡絲工藝時，也會出現(xiàn)這樣的問題。所以，難以把預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑減小到小于2μm。根據(jù)本發(fā)明，除了預過濾層以外，通過排列精密過濾層能夠?qū)崿F(xiàn)期望的精密過濾，該精密過濾層由非織造纖維集料組成，其中包含重量百分比為10％或更多的纖維，其直徑小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑。當通過熔體噴射或其它工藝制備預過濾層時，有必要采用超細旦絲的非織造纖維集料，比如熔體噴射非織造織物或玻璃纖維非織造織物，甚至在精密過濾層中包含的非織造纖維集料，并且具有直徑小于預過濾層中最小直徑纖維的直徑。通常，熔體噴射非織造織物或玻璃纖維非織造織物的纖維直徑都不是恒定的，而是分布在一定的范圍內(nèi)，而且在這些非織造織物的情況下，過濾精度主要是通過它們的平均纖維直徑和孔隙率來決定的。所以，在下文描述熔體噴射非織造織物或玻璃纖維非織造織物的纖維直徑時，除非另有說明，術語“纖維直徑”都是指平均纖維直徑。當采用熔體噴射非織造織物時，通過選擇紡絲條件有可能將平均纖維直徑控制在0.5到40μm之間。當使用玻璃纖維非織造織物時，平均纖維直徑可控制在0.1到30μm之間。通過使用砑光輥或類似機械來壓縮這些非織造織物可將這些非織造織物的孔隙率調(diào)節(jié)到適當?shù)闹?。由于在樹脂紡絲時熔體噴射非織造織物的孔隙率一般約為80％到95％，故可通過適當?shù)奶幚矸椒ㄊ咕苓^濾層非織造纖維集料的孔隙率達到所希望的值，精密過濾層所含有直徑小于預過濾層中具有最小直徑纖維的直徑的纖維。在這樣的情況下，形成預過濾層的非織造纖維集料和精密過濾層的非織造纖維集料可用分開的步驟制備，精密過濾層含有直徑小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑的纖維。該處理方法沒有特別的限制，壓實處理可作為一種例子。砑光輥的表面形狀最好為平滑的。盡管也可用具有適當形狀的壓紋輥，但如果不是為了特殊的目的，比如增強非織造織物的目的，最好還是使用平軋輥，因為用壓紋方式壓縮過的部分不能通過液體。砑光輥的溫度依賴于非織造纖維集料的原料，但一般低于非織造纖維集料的熔點(在復合材料的情況下低熔點組分的熔點)10℃到60℃是合適的。當這一溫度差小于10℃時，樹脂就有可能熔化而粘到輥的表面上。相反，當這一溫度差大于60℃時，壓實處理有時就失去了其意義，因為不能固定壓實條件。此外，通過壓實處理調(diào)節(jié)精密過濾層非織造纖維集料的孔隙率，有可能給予預過濾層和精密過濾層之間一個可選擇的表觀密度差，精密過濾層含有直徑小于預過濾層中具有最小直徑纖維的直徑的纖維。這里使用的“表觀密度”術語是指一部分過濾器材料的重量除以該部分(包括其中的孔隙)的體積所得到的值。通過給予這樣一個表觀密度差，可有效地增強預過濾層捕捉相對大顆粒的功能。盡管在本發(fā)明的過濾器中，精密過濾層的孔隙率可以大于預過濾層的孔隙率，但是當前者小于后者時，上述預過濾層的功能會獲得更大的增強。更好的情況是，預過濾層的孔隙率為55％到90％，而預過濾層的孔隙率(％)減去精密過濾層的孔隙率(％)所得值在5％到45％之間。當該孔隙率的差值小于5％時，就沒有多大作用。盡管隨著該孔隙率差值的增加，預過濾層的作用會變大，但當此值超過45％時，預過濾層的強度就會變得不夠，因此必需把預過濾層的孔隙率增加到90％以上。下面對本發(fā)明的過濾器中需要使用的支承層給出解釋。在形成本發(fā)明過濾器的過濾介質(zhì)中，支承層排列在緊挨著精密過濾層的下游處，以保持精密過濾層的形狀并防止過濾器介質(zhì)從精密過濾層脫落。然而，當精密過濾層具有足夠的形狀保持能力時，當合適的支承體用于保持精密過濾層的形狀時，或者當過濾器介質(zhì)根本不可能從精密過濾層脫落時，就可不用該支承層。作為形成支承層的非織造纖維集料，可以使用與上文所述形成預過濾層一樣的非織造纖維集料，也可使用諸如紡粘非織造織物這樣的具有較高強度的非織造纖維集料?，F(xiàn)在解釋通過配合使用這些介質(zhì)形成本發(fā)明過濾器的方法。圖1所示為成型過濾器的實例。圖1(a)和(b)是圓柱形過濾器的實例。圖2是平板形過濾器的實例。本發(fā)明的過濾器不必局限于這些實例中，只要該過濾器包括一個預過濾層，其中結構纖維的直徑是從上游側到下游側逐漸減小的，和一個精密過濾層，該層包含有直徑小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑的纖維。下面參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。圖1(a)和(b)分別是顯示本發(fā)明實例的圓柱形過濾器的局部剖開的透視圖。同樣，圖2是平板形過濾器的局部剖開的透視圖。圖1(a)所示過濾器包括用多孔支承圓柱筒1支承的支承層2、置于支承層2上的精密過濾層3、置于精密過濾層3外面的預過濾層4、以及端蓋5a和5b用于密封圓柱形過濾器的兩端部。在圖1(b)所示過濾器中，沒有使用圖1(a)所示過濾器中使用的多孔支承圓柱筒1，支承層2變成了一個厚層，而且提供了平墊片6a和6b。圖2所示的過濾器包含平板形支承層2、置于支承層2上的精密過濾層3、置于精密過濾層3上的預過濾層4、以及膜7用于密封邊緣面。為了制備圖1(a)所示的圓柱形過濾器，首先，用于加強目的的非織造纖維板圍繞在多孔支承圓柱筒1周圍以形成支承層2。上述用于加強目的的非織造纖維板的作用是防止過濾器介質(zhì)從精密過濾層3脫落，作為其材料，優(yōu)選使用紡粘非織造織物及類似的材料。當過濾器介質(zhì)根本不可能從精密過濾層3脫落時，可不用該非織造纖維板。其次，非織造纖維集料至少纏繞1.5次以形成精密過濾層3，該非織造纖維集料含有直徑小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑的纖維，且是在形成精密過濾層3之前制備的。與此同時，可以將一適當?shù)母綦x物同時纏繞在一起，以改善液體的通過能力。這種隔離物的形狀沒有特別的限制，可以使用各種材料，比如針織品、網(wǎng)狀物、和針刺板。接下來，作為形成預過濾層材料而事先制備的非織造纖維集料纏繞在上面以形成預過濾層4，該過濾層中的纖維直徑從上游側到下游側是連續(xù)減小的。此后，端蓋5a和5b粘接到兩端以防止液體從端部流出，并用一個殼提高密封粘著性能，這樣就完成了本發(fā)明的一個過濾器的生產(chǎn)。為了制備圖1(b)所示的圓柱形過濾器，可采用公開號為昭56-49605的日本專利中公開的方法。在此情況下，由熱熔粘附纖維制成的非織造纖維集料用作形成預過濾層4的非織造纖維集料。例如，可使用由高熔點樹脂和低熔點樹脂組成的非織造纖維集料，兩種樹脂的熔點差大于10℃。這種非織造纖維集料用作為預過濾層4的材料的同時，也用作為支承層的材料。首先，形成精密過濾層4的非織造纖維集料在事先加熱到高于非織造纖維集料的熱熔化粘附溫度的溫度，然后圍繞適當?shù)木砝@芯以形成支承層2。此后，具有與預過濾層4的非織造纖維集料相同寬度的非織造纖維集料與形成預過濾層4的非織造纖維集料纏繞在一起，以致纏繞次數(shù)至少為1.5，從而形成精密過濾層3。形成精密過濾層3的非織造纖維集料是事先制備的，它含有直徑小于預過濾層中具有最小直徑纖維的直徑的纖維，然后只要在其上依次纏繞形成預過濾層的非織造纖維集料就可形成預過濾層4，在預過濾層4中，纖維直徑在過濾方向上是逐漸減小的。當形成精密過濾層3的非織造纖維集料的纏繞次數(shù)小于1.5時，由于精密過濾層的厚度小而幾乎不能獲得足夠的過濾精度。形成精密過濾層3的非織造纖維集料纏繞的地方就是這樣的位置，此處預過濾層4的厚度與支承層的厚度之比(預過濾層的厚度/支承層的厚度)為0.5到4，優(yōu)選為0.7到4。當預過濾層的厚度是支承層的厚度4倍以上時，支承層就沒有足夠的強度。另一方面，當小于0.5倍時，預過濾層的集聚作用就變得小了，這樣就難以延長過濾器的過濾壽命。接下來，將它們冷卻，抽出卷繞芯，然后將平墊片6a和6b裝在兩端，以完成本發(fā)明的一個過濾器的生產(chǎn)。為了制造圖2所示的平板形過濾器，包含一種高熔點樹脂和一種低熔點樹脂，二者熔點差為10℃或更多的非織造纖維集料用作形成預過濾層4的非織造纖維集料。這一非織造纖維集料加熱到熔化粘附溫度或更高溫度之后折疊起來以形成支承層2。在該支承層2上，堆積至少一種具有與形成預過濾層4的非織造纖維集料相同寬度的非織造纖維集料以形成精密過濾層3。接下來，只有形成預過濾層4的非織造纖維集料堆積在上述精密過濾層上以形成預過濾層。然后將膜7粘貼到壁面上以防止液體的涌出。下面介紹本發(fā)明過濾器的纖維直徑設計。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，預過濾層的纖維直徑設計是決定本發(fā)明過濾器的液體通過能力和過濾壽命的一個特別重要的因素。首先，預過濾層4中最大纖維直徑與最小纖維直徑之比(最大纖維直徑/最小纖維直徑)為2或更大時都是有效的，而優(yōu)選比率為3或更大，進一步優(yōu)選為4或更大，因為很多時候原液(待過濾液體)中顆粒尺寸一般分布范圍都很大。不過，該比率一般低于20，優(yōu)選為低于10，因為即使當該比率的變化超出必要的范圍，捕捉具有與纖維直徑相應粒度顆粒的層也變薄了，它反過來使有效進行深層過濾變得不可能了。當預過濾層中的最大纖維直徑與包含在精密過濾層中的非織造纖維集料的纖維直徑之比(預過濾層中的最大纖維直徑/非織造纖維集料中的纖維直徑，該直徑小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑)在2.2到200的范圍時，可獲得更有效的過濾，其中精密過濾層中纖維的直徑小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑。當這一比值小于2.2時，過濾壽命就會縮短，因為它不足以給出纖維直徑的變化，而且在充分利用精密過濾層之前，顆粒就填滿了預過濾層的孔隙。此外，當該比率超過200時，依據(jù)不同的液體，捕捉具有與纖維直徑相應粒度的顆粒的層就變薄了，它反過來使有效進行深層過濾變得不可能了。下面介紹本發(fā)明的過濾器中液體流動方向上纖維直徑的變化模式。圖3是顯示過濾方向上纖維直徑變化模式實例的示意圖。即在諸如圖1或圖2所示過濾器的截面上從上游到下游在A和B之間的層。盡管當兩種或多種非織造纖維集料是交替堆積時，精密過濾層y中纖維的直徑變得不連續(xù)了，作為典型值，這里還是標出了包含在精密過濾層中的非織造纖維集料的纖維直徑，精密過濾層中非織造纖維集料的纖維直徑小于預過濾層中具有最小直徑的纖維的直徑。圖3(a)顯示一個過濾器中給出的纖維直徑變化的標準模式，它可以用于廣泛的過濾領域。即，預過濾層x從最大纖維直徑開始，且該纖維直徑向著下游方向直線減小。在接近下游側的位置，排列著精密過濾層y。盡管支承層z的排列位置更接近于精密過濾層的下游側，但當過濾器介質(zhì)根本不可能從精密過濾層脫落時，就可不用該支承層。當支承層排列在下游側以保持精密過濾層的形狀時，優(yōu)選按圖3(b)或(c)進行布置。即，與過濾器的總厚度相比，配置具有足夠厚度的支承層z用于保持過濾器的形狀。由于支承層z對顆粒的捕捉幾乎沒有貢獻，故它最好由如圖(b)所示大直徑的纖維制成，以增加液體通過能力。相反，在連續(xù)制備的非織造纖維集料用于過濾層x和支承層z，而不是按圖c所示設計模式的情況下，由于可通過逐漸改變紡絲條件來改變纖維直徑，故產(chǎn)生了一個優(yōu)點，即能夠更容易地制備這些層。精密過濾層y不必設置在預過濾層中具有最小的纖維直徑的那部分的下游側，例如，它可以在具有最小纖維直徑的該部分的上游側，如圖3(d)所示。然而，由于在此情況下預過濾層x中最小纖維直徑和精密過濾層y的纖維直徑之差增大了，故采用這樣的設計僅限于有特殊原因，如保持強度的情況。此外，當原液中含有許多大顆粒時，最好是相對增加上游側的纖維直徑，如圖3(e)所示。這是因為這樣的過濾器在上游側有許多捕捉大顆粒的空間，因而在進行過濾時大顆粒不會堵塞過濾器表面。再者，當原液中含有許多小顆粒時，最好是增加預過濾層中具有最小纖維直徑部分的厚度，如圖3(f)所示。采用這一模式可延長過濾壽命，因為預過濾層x能夠保持原液中更多的相對小的顆粒，這樣就減少了精密過濾層y的負荷。實施例現(xiàn)在，將參照實例對本發(fā)明進行更具體的描述。不過應當理解，本發(fā)明并不受這些具體實施例的限制。測定實施例中纖維和過濾器的物理性能的定義和方法如下〖纖維直徑〗對于人造短纖維，纖維直徑是從基于校正重量的細度得到的。對于熔體噴射非織造織物、紡粘非織造織物和玻璃纖維非織造織物，從電子顯微鏡拍攝的圖片中隨機選取100根纖維，這些纖維直徑的算術平均值就作為平均纖維直徑。對于熔體噴射非織造織物、紡粘非織造織物和玻璃纖維非織造織物，除非另有規(guī)定，“纖維直徑”都是指這一平均纖維直徑。〖過濾精度〗一個過濾器置于循環(huán)型過濾器性能測試儀的測試室中，用一個泵使水從50升的水槽中循環(huán)通過過濾器。將流量調(diào)節(jié)到101/min后，測試基本物理性能的標準粉末，即空氣凈化器精細測試粉末(縮寫為ACFTD；平均直徑6.6到8.6μm)作為測試粉末以1mg/min的速率連續(xù)地加入到水槽中，原液和濾液在加入粉末開始后5分鐘取樣，然后用光散射型顆粒探測器計算每種液體中顆粒的粒度分布。利用顆粒粒度分布的測定結果計算出過濾器捕捉的顆粒數(shù)目比作為捕捉效率，然后將捕捉效率為99.9％的顆粒直徑作為該過濾器的過濾精度?！汲跏級毫p失、過濾壽命、和耐壓強度〗一個過濾器置于上文所述循環(huán)型過濾器性能測試儀的測試室中，水以101/min的流量循環(huán)通過過濾器。工業(yè)測試粉末JIS16以400mg/min的速率連續(xù)加入到水中，測定基側面和次級側面的壓力并記錄壓力損失的變化。直到過濾器的壓力損失達到2kg/cm2時所經(jīng)歷的時間作為過濾壽命。粉末加入之前過濾器的壓力損失就作為初始壓力損失。繼續(xù)加入上述粉末，當過濾器的壓力損失達到10kg/cm2時，或者過濾器被損壞時的壓力損失就作為耐壓強度。實例1作為形成預過濾層的非織造纖維集料，制備了一種熔體噴射非織造織物，它包含丙烯共聚物纖維(熔點140℃)和聚丙烯纖維(熔點165℃)的混合物，混合重量比為5∶5，METSUKE50g/m2，厚度500μm。通過逐漸增加噴吹氣流的量使纖維直徑從15μm變到2μm，然后在2μm的狀態(tài)下保持一段時間，再通過減少噴吹氣流的量使纖維直徑從2μm變到15μm。作為形成精密過濾層的非織造纖維集料，制備了一種熔體噴射非織造織物，它包含平均直徑為1μm的聚丙烯纖維，其具有METSUKE75g/m2，厚度500μm；該織物在120℃的溫度下用平滑滾筒壓實，以形成包括平均直徑為1μm的聚丙烯纖維，METSUKE為75g/m2，厚度為200μm的熔噴非織造織物。接著，用于形成預過濾層的非織造纖維集料加熱到150℃，在加熱熔化的同時，卷繞在一個直徑為30mm的金屬芯上，直到平均纖維直徑變?yōu)樽钚?，從而形成厚度?mm的支承層。然后，形成精密過濾層的非織造纖維集料與形成預過濾層的非織造纖維集料一起卷繞，以致形成精密過濾層的非織造纖維集料卷繞7次，以形成厚度為2mm的精密過濾層。接下來，僅纏繞用于預過濾層的非織造纖維集料以形成厚度為13mm的預過濾層，從而制備一個外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、長度為245mm的圓柱形過濾器。該過濾器中纖維直徑的變化是按圖3(c)所示的模式控制的。該過濾器的兩端部都用一個平墊片(通過將起泡率為3倍、厚度為3mm的泡沫化聚乙烯切割成環(huán)形形狀而制備)密封，從而使總長度變成250mm。對于平墊片與過濾器的粘附，采用了熱熔化粘附方法。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例2作為形成預過濾層的非織造纖維集料，使用與實例1相同的非織造纖維集料。作為形成精密過濾層的非織造纖維集料，采用了包含聚丙烯纖維的熔體噴射非織造織物，它具有25g/m2的METSUKE、500μm的厚度、和1μm的平均直徑。該織物用與實例1相同的方法制成圓柱形過濾器，該過濾器外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例3作為形成預過濾層的非織造纖維集料，使用與實例1相同的非織造纖維集料。作為形成精密過濾層的非織造纖維集料，采用了玻璃纖維非織造織物，它具有150g/m2的METSUKE、1000μm的厚度、和0.7μm的平均直徑。該織物用與實例1相同的方法模壓成圓柱形過濾器，該過濾器外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例4作為形成預過濾層的非織造纖維集料，制備了一種熔體噴射非織造織物，它包含丙烯共聚物纖維(熔點140℃)和聚丙烯纖維(熔點165℃)的混合物，其混合重量比為5∶5，METSUKE為50g/m2，厚度為500μm。通過逐漸增加噴吹氣流的量使纖維直徑從20μm變到3μm，然后在3μm的狀態(tài)下保持一段時間，再通過減少噴吹氣流的量使纖維直徑從3μm變到15μm。作為形成精密過濾層的非織造纖維集料，制備了一種由聚丙烯纖維組成的熔體噴射非織造織物，它具有25g/m2的METSUKE、500μm的厚度，所含纖維的平均直徑為1μm。這些織物用與實例1相同的方法制成圓柱形過濾器，該過濾器外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例5作為形成預過濾層的非織造纖維集料和形成精密過濾層的非織造纖維集料，都使用與實例4相同的非織造纖維集料。首先，形成預過濾層的非織造纖維集料水平堆積至厚度為5mm。接著堆積7片形成精密過濾層的非織造纖維集料以形成厚度為1.5mm的精密過濾層。然后，僅在其上堆積形成預過濾層的非織造纖維集料，厚度為13mm。該堆積產(chǎn)品用熱空氣干燥器加熱到150℃，冷卻后切割成面積為0.05m2的塊。然后，通過加熱粘附方法將厚度為0.5mm的低密度聚乙烯膜粘附到該塊的側面以封上它們，這樣就制備了一個平板形的過濾器。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例6作為形成預過濾層的非織造纖維集料，制備了包含聚丙烯纖維(熔點165℃)的一種熔體噴射非織造織物，它具有METSUKE50g/m2，厚度500μm。通過逐漸增加噴吹氣流的量使纖維直徑從15μm變到2μm。作為形成精密過濾層的非織造纖維集料，制備了一種熔體噴射非織造織物，它包含平均直徑為1μm的聚丙烯纖維，其METSUKE為75g/m2，厚度為200μm。具有長度為15cm、METSUKE為30g/m2、厚度為300μm、和平均纖維直徑為25μm的紡粘非織造纖維集料圍繞在直徑30mm和長度240mm的多孔支承圓柱筒上，再按上述方法在其上連續(xù)纏繞7次具有METSUKE為75g/m2、厚度為200μm、和平均纖維直徑為1μm的聚丙烯熔體噴射非織造織物，然后，熔體噴射非織造織物的聚丙烯纖維(熔點165℃)的直徑通過逐漸增加噴吹氣流的量從15μm變化到2μm、具有METSUKE為50g/m2、厚度為500μm、包含聚丙烯纖維(熔點165℃)的熔體噴射非織造織物按上述方法連續(xù)纏繞到厚度為18mm以制備外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、長度為245mm的圓柱形過濾器。因此，過濾器中纖維直徑的變化是按照圖3(a)所示模式進行調(diào)節(jié)的。在此過濾器的兩端，用熱熔化粘附方法粘附上端蓋，從而使過濾器的總長度為250mm。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例7作為形成預過濾層的非織造纖維集料，制備了由丙烯共聚物(熔點140℃)和聚丙烯(熔點165℃)組成的并列型復合纖維的熔體噴射非織造織物，復合重量比為5∶5、METSUKE為50g/m2，纖維厚度為500μm。通過逐漸增加噴吹氣流的量使纖維直徑從15μm變化到2μm，然后在2μm的狀態(tài)保持一段時間，再通過逐漸減少噴吹氣流的量使纖維直徑從2μm變到15μm。作為形成精密過濾層的非織造纖維集料，采用了與實例1所用相同的纖維集料。該織物用與實例1相同的方法制成圓柱形過濾器，該過濾器外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例8除了過濾器中纖維直徑的變化是按圖3(e)所示的模式調(diào)節(jié)外，均按實例1相同的方法制成圓柱形過濾器，其外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。實例9除了過濾器中纖維直徑的變化是按圖3(f)所示的模式調(diào)節(jié)外，均按實例1相同的方法制成圓柱形過濾器，該過濾器外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。對比例1作為形成預過濾層的非織造纖維集料，使用與實例1相同的非織造纖維集料。除了過濾器中沒有精密過濾層外，均按與實例1相同的方法制成圓柱形過濾器，該過濾器外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。對比例2與實例中所用精密過濾層不同，該對比例試圖制備包含丙烯共聚物纖維(熔點140℃)和聚丙烯纖維(熔點165℃)的混合物的熔體噴射非織造織物，它的METSUKE為50g/m2，厚度為500μm，通過逐漸增加噴吹氣流的量使纖維直徑從15μm變化到1μm。然而，由于當纖維直徑小于2μm時形成了飛花，未能制備出這樣的非織造織物。對比例3除了用直徑為25μm的聚丙烯人造短纖維梳理機纖維網(wǎng)代替形成預過濾層的非織造纖維集料外，均按與實例3相同的方法制成圓柱形過濾器，該過濾器外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。對比例4按與實例1相同的方法形成織物而制成外徑為70mm、內(nèi)徑為30mm、總長度為250mm、并配備平墊片的圓柱形過濾器，所不同的是，作為形成精密過濾層的非織造纖維集料，采用了METSUKE為75g/m2，厚度為200μm的一種熔體噴射非織造織物，它包含平均直徑為3μm的聚丙烯纖維，該纖維的制造首先是通過制備METSUKE為75g/m2，厚度為500μm的一種熔體噴射非織造織物來制備的，它包含平均直徑為3μm的聚丙烯纖維，然后，用一個平軋輥在120℃壓實處理。表1列出了如此獲得的過濾器的特征和性能。表1<tablesid="table1"num="001"><table>預過濾層材料最大纖維直徑(μm)最小纖維直徑(μm)孔隙率(％)實施例1聚丙烯+丙烯共聚物15289實施例2聚丙烯+丙烯共聚物15289實施例3聚丙烯+丙烯共聚物15289實施例4聚丙烯+丙烯共聚物20389實施例5聚丙烯+丙烯共聚物20389實施例6PP15289實施例7聚丙烯+丙烯共聚物15289實施例8聚丙烯+丙烯共聚物15289實施例9聚丙烯+丙烯共聚物15289對比例1聚丙烯+丙烯共聚物15289對比例3聚丙烯+聚乙烯25(25)75對比例4聚丙烯+丙烯共聚物15270</table></tables>表1(續(xù))<tablesid="table2"num="002"><table>精密過濾層過濾器性能材料纖維直徑(μm)孔隙率(％)過濾精度(μm)初始壓力損失(kg/cm2)過濾壽命(min)耐壓強度(kg/cm2)實施例1聚丙烯159114410＜實施例2聚丙烯19520.36110＜實施例3玻璃19320.36610＜實施例4聚丙烯19530.111010＜實施例5聚丙烯19530.122010＜實施例6聚丙烯159115510＜實施例7聚丙烯159114410＜實施例8聚丙烯159114210＜實施例9聚丙烯159114610＜對比例1未用--40.36610＜對比例3聚丙烯19550.11110＜對比例4聚丙烯35920.54810＜</table></tables>從表1可以理解，盡管實例2和對比例1之間在初始壓力損失和過濾壽命方面沒有多大差別，但是與對比例1相比，實例2的過濾器顯示了相當高的過濾精度?？梢钥闯觯M管實例4和對比例1之間在過濾精度方面沒有多大差別，但是與對比例1過濾器的相應性能相比，實例4的過濾器顯示了相當?shù)偷某跏級毫p失和長的過濾器壽命。當比較實例4和對比例3的結果時，可以發(fā)現(xiàn)實例4的過濾器表現(xiàn)了更高的精度和更長的過濾壽命。當比較實例1、8、和9的結果時，實例9的過濾器具有最長的過濾壽命，而且，按照實例1到實例8的順序，過濾壽命是增加的。進一步，與實例2相比，實例1的過濾精度顯著地增加了，實例2中具有小纖維直徑的非織造織物是插入的，而實例1中的精密過濾層是用平軋輥壓實的，這說明實例1的過濾器對除去小顆粒更有用。然而，可以發(fā)現(xiàn)，只通過插入僅僅壓實的非織造織物不能獲得足夠的效果，因為對比例4的過濾器包含一個通過壓實非織造織物而制備的精密過濾層，該非織造織物的纖維直徑大于預過濾層的纖維直徑，盡管對比例4的過濾器與實例2具有大致相同的過濾精度，但對比例4，的初始壓力損失和過濾壽命卻明顯地不及實例2。工業(yè)應用根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有諸如高的精度、小的初始壓力損失和長的過濾器壽命等性能的過濾器。權利要求1．一種高精度的過濾器由非織造纖維集料構成，且在過濾方向上至少包含由一個預過濾層和一個精密過濾層組成的兩層，所述預過濾層是按這樣的方法制成的所述預過濾層中部分或全部纖維的直徑朝著過濾方向逐漸變小，所述精密過濾層包含一層或多層非織造纖維集料，所述一層或多層非織造纖維集料中重量百分比為10％或更多的纖維，其直徑小于所述預過濾層中最小直徑纖維的直徑。2．根據(jù)權利要求1的高精度的過濾器，其特征在于，構成所述預過濾層的非織造纖維集料包含至少一種纖維是從由聚烯烴纖維和聚酯纖維組成的一組中選出的。3．根據(jù)權利要求1或2的高精度的過濾器，其特征在于，所述預過濾層包含一種由熔體噴射工藝制造的非織造纖維集料。4．根據(jù)權利要求1到3中任一項的高精度的過濾器，其特征在于，所述預過濾層的非織造纖維集料中的纖維包含一種高熔點組分和一種低熔點組分，所述高熔點組分和所述低熔點組分的熔點差為10℃或更多，在所述預過濾層中所述低熔點組分的重量百分比為10％到90％。5．根據(jù)權利要求4的高精度的過濾器，其特征在于，所述預過濾層的非織造纖維集料中的纖維是復合纖維，它包含一種高熔點組分和一種低熔點組分，二者的熔點差為10℃或更多。6．根據(jù)權利要求4的高精度的過濾器，其特征在于，所述預過濾層的非織造纖維集料是一種高熔點組分超細纖維和一種低熔點組分超細纖維的混合物，兩種組分的熔點差為10℃或更多。7．根據(jù)權利要求1到6中任一項的高精度的過濾器，其特征在于，所述預過濾層的非織造纖維集料中纖維的最小直徑和最大直徑之比為1∶2到1∶10。8．根據(jù)權利要求1到7中任一項的高精度的過濾器，其特征在于，所述精密過濾層的非織造纖維集料中的纖維直徑與所述預過濾層中纖維的最小直徑之比為1∶1到1∶20，所述精密過濾層含有直徑小于所述預過濾層中具有最小直徑纖維的直徑的纖維。9．根據(jù)權利要求1到8中任一項的高精度的過濾器，其特征在于，所述精密過濾層的非織造纖維集料具有45％到97％的孔隙率，所述精密過濾層含有直徑小于所述預過濾層中最小直徑纖維的直徑的纖維。10．根據(jù)權利要求1到9中任一項的高精度的過濾器，其特征在于，所述精密過濾層的非織造纖維集料是通過一種熔體噴射工藝制備的，所述精密過濾層含有直徑小于所述預過濾層中最小直徑纖維的直徑的纖維。11．根據(jù)權利要求1到9中任一項的高精度的過濾器，其特征在于，所述精密過濾層的非織造纖維集料包含玻璃纖維，所述精密過濾層含有直徑小于所述預過濾層中最小直徑纖維的直徑的纖維。12．根據(jù)權利要求1到11中任一項的高精度的過濾器，其特征在于，所述過濾器的形狀是圓柱形的。全文摘要提供與常規(guī)過濾器相比具有高精度、小壓力損失和長過濾壽命的過濾器。該過濾器由非織造纖維集料制成且是以這樣的方法構造的:至少包含一個預過濾層和一個精密過濾層的兩層非織造纖維集料;該預過濾層是按這樣的方法構成的:預過濾層中纖維的直徑在過濾方向上逐漸變小;精密過濾層中重量百分比至少為10%的纖維,其直徑小于預過濾層中最小直徑纖維的直徑。文檔編號B01D46/24GK1204971SQ97191314公開日1999年1月13日申請日期1997年9月22日優(yōu)先權日1996年9月25日發(fā)明者山口修,福天重則,緒方智申請人:智索公司