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CN101983097B - 具有改善的容尘量和改善的高湿度环境抗性的空气过滤介质 - Google Patents

具有改善的容尘量和改善的高湿度环境抗性的空气过滤介质 Download PDF

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CN101983097B CN200980111858.2A CN200980111858A CN101983097B CN 101983097 B CN101983097 B CN 101983097B CN 200980111858 A CN200980111858 A CN 200980111858A CN 101983097 B CN101983097 B CN 101983097B
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Abstract

本发明公开了用于暖通空调系统中所用的空气过滤器的过滤介质。所述介质包含具有小于1μm的直径的纤维的至少一个纳米纤维层和至少一个上游层，所述介质具有足够的尘粒容纳量，使得可以将在使用过程中整个所述介质上的效率损失和压力损失最小化。

Description

具有改善的容尘量和改善的高湿度环境抗性的空气过滤介质
发明领域
本发明涉及用于过滤气体流中的颗粒物质的空气过滤介质。
发明背景
传统上，已经通过低效、中效和高效打褶复合过滤介质实现了气相过滤，所述过滤介质包括无规取向纤维的低效、中效或高效纤维过滤层，以及使复合过滤介质打褶和保持其形状的一个或多个可透气的增强层。这样的过滤装置用作车辆乘客室空气过滤器、高性能发动机空气过滤器和发动机机油过滤器。ASHRAE(美国供暖制冷与空调工程师协会)密褶式过滤器等通常使用打褶的高效过滤介质作为过滤元件。
目前，这类过滤装置中通常使用的打褶高效介质是由ASHRAE过滤介质或纸制品制成。这类纸制品通过湿法成网技术制备，该技术将纤维例如玻璃或纤维素纤维分散在含水粘结剂浆液中，并对浆液进行搅拌，以使纤维彼此充分而无规地混合在一起。然后在长网造纸机或真空圆网抄纸机内将含水粘结剂浆液内的纤维沉积到常规造纸滤网或线材上，以形成含有粘结剂树脂如酚醛树脂的糙面纸。由这类纸制备的打褶过滤元件可表现出高效率，但也表现出高的压降。
这些过滤应用中也使用带静电的合成过滤介质，这些过滤介质至少在其初始带电状态下可保持非常高的过滤与压降的性能特征比。静电增强空气过滤介质和通过湿法成网工艺制备的介质(更具体地讲使用玻璃纤维制备)目前存在局限性。如美国专利4,874,659和4,178,157中描述的静电处理的熔喷过滤介质开始性能良好，但在使用过程中，当介质开始捕集颗粒时，介质上积聚的灰尘会使静电荷被绝缘，从而使过滤效能迅速丧失。此外，由于颗粒的有效捕集是建立在电荷基础上，因而这种过滤器的性能极大地受空气湿度的影响，从而引起电荷消散。
采用微玻璃纤维和含有微玻璃纤维的共混物的过滤介质通常包含小直径玻璃纤维，这些玻璃纤维被安排成织造或非织造结构，并且具有显著的耐化学侵蚀性和相对小的孔隙。此类玻璃纤维介质公开于下列美国专利中：授予Smith等人的美国专利2,797,163、授予Waggoner的美国专利3,228,825、授予Raczek的美国专利3,240,663、授予Young等人的美国专利3,249,491、授予Bodendorfet等人的美国专利3,253,978、授予Adams的美国专利3,375,155以及授予Pews等人的美国专利3,882,135。微玻璃纤维和含有微玻璃纤维的共混物在打褶时通常相对易碎，并且会产生不期望的收率损失。断裂的微玻璃纤维也可由包含微玻璃纤维的过滤器释放到空气中，如果吸入微玻璃，则产生潜在的健康危害。
已经公开了非织造纤维网用于空气过滤介质。授予DuPont的美国专利申请案2006/0137317(A1)提出了对用于空气过滤器的由稀松布纳米纤维(SN)双层结构组成的过滤介质的权利要求。
SN介质具有良好的流量/阻隔性能(即高效率和低压降)。然而，在某些工业HVAC应用中，当过滤器遇到非常小的尘粒时，容尘量会低于所需值，这种情况会在HVAC系统被设计和构造成在高效的最终过滤器之前具有较低效预过滤器时发生。在SN结构中，稀松布通常由纤维直径为14至30微米的非织造纤维网制成，其可预过滤出粒度大于约5微米的颗粒。剩余颗粒会到达较薄的纳米纤维层，并迅速填满孔眼和堵塞过滤器。因此，过滤阻力将迅速增加，从而缩短过滤器寿命。已经尝试通过增加稀松布层的基重和厚度来提高容尘量，但对于要求更为苛刻的情形，结果仍然不令人满意。
使该问题更为复杂的是，当进入的空气的湿度较大时，过滤介质纳米纤维层上荷载的灰尘可吸收水分并膨胀。众所周知，高百分比的大气气溶胶具有吸湿性。这会进一步缩小剩余的孔径，并产生额外的气流阻力和升高整个过滤器的压降。这些压降峰值可给HVAC系统带来严重问题。
授予Donaldson的美国专利6521321尝试通过在梯度结构介质(如SNSNSN)内交替层叠至少6至7层粗细纤维网来延长空气过滤器的寿命。所需层叠数量使得该方法无经济吸引力。
授予Millipore Corporation的美国专利7125434尝试使用由用于过滤生物医药流体的材料的三个区组成的深梯度密度过滤器。该过滤器具有至少0.5英寸的深度，并且设计用于过滤液体。这样的厚度对于密褶式空气过滤应用来说是无法接受的。
因此，为了在空调和通风用途中净化空气，目前所生产的空气过滤介质和空气过滤器具有某一有限的容尘量。而容尘量高的过滤器或者不经济，或者不适合该应用。在达到某一限值后，必须更换介质，所述限值可以表示为使用天数或差压。因此，根据空气过滤器在通过其中的某一空气流量达到下限(进而终结使用寿命)之前所能够接受的最大灰尘量来衡量容尘量。
介质设计的目标是在具有可接受的过滤效率的条件下，实现最大灰尘存储容量，进而实现最大使用寿命。然而，由于一方面的效率和另一方面的使用寿命彼此负相关，因而除非只是简单地增大所安装的过滤器的尺寸，否则只可通过降低效率来延长单层均匀介质的使用寿命。然而，由于会增加成本，更特别是由于安装空间有限，而使尺寸受到限制，使得对于例如折叠板式过滤器来说，无法将折叠数增加到所需程度。
作为补救措施，可以例如在入口侧用泡沫材料层将板式过滤器中浸渍纸内的褶绉覆盖，以保留一部分灰尘或至少减小颗粒的动能，从而延长使用寿命。然后，由于在另一加工阶段制备面板之后必须将泡沫材料层粘合到折叠面板上(例如使用热熔性粘合剂的小珠)，该方法的确在制造技术方面存在显著劣势。
对于内燃机来说，也采用了梯度过滤器，该过滤器由合成纤维制成，并且在流体通过过滤器的方向上密度不断增加。在这种情况下，粗颗粒在表面处分离，而细颗粒则沉积在过滤器内部较深处。此处的缺点是，对于给定量的安装空间，可以包含的褶绉要少得多。然而，这样会增加冲击力或入口流速，并导致所有与之相关的缺陷：由于流速较高而导致过滤器内的压力损失较大，并且在较小的过滤面积上沉积了所需灰尘量，使得在这种情况下特定灰尘存储容量必须增加许多倍。此外，由于无法再采用常规的热熔融技术密封褶绉末端，因而这种过滤介质使得有必要彻底改变现有生产系统。事实上，就此类介质而言，在塑性机架内使用注塑成型法将波纹状褶绉直接注塑而成，这种方法相对比较复杂。
用于例如在空调和通风应用中延长使用寿命的其它现有方法在德国专利公布9,218,021.3(实用新型)或欧洲专利公布0 687 195中有所描述。在这些方法中，在入口侧上用粗过滤层将决定过滤效率的熔喷微纤维非织造材料细过滤层覆盖起来，以便提高容尘量。这些方法的缺点是，褶绉式设计通常需要第三层来提供机械强度，更具体地讲提高刚度，使得褶绉结构能够自支承。
Wente，Van A.在Industrial Engineering Chemistry第48卷第1342-1346页的“Superfine Thermoplastic Fibers”文章中描述了熔喷法的原理。在气体或相应的空气过滤中，由于细纤维具有通常略低于1μm至10μm的直径，并且由于频繁施加的驻极体电荷，熔喷层通常充当高效分离过滤层，而细熔喷层始终在外侧作为第二过滤层使用，其中熔喷层在例如欧洲专利公布0 687 195、德国专利公布9,218,021(实用新型)或德国专利公布19,618,758中有所描述。气流入口侧上的支撑材料充当深度过滤意义上的储尘装置，而熔喷层则充当细尘过滤意义上的第二级过滤器。如果将气流入口设置在“错误侧”(即熔喷侧位于上游)进行灰尘测试，则初始分离程度将基本相同，但尘粒存储容量会降低，即会形成不期望的滤饼，滤饼会增加具有熔喷层表面的入口侧上的压力损失。
德国专利公布4,443,158描述了熔喷层位于入口侧的此类结构，其中熔喷材料极高的分离能力会提高表面过滤程度，而支撑材料则完全执行机械功能。在这种情况下，与具有极其开放的孔的第二层相比，熔喷层会提高过滤效率，但同时也会缩短使用寿命。
如U.S.6,315,805所公开的，可以制备极其粗糙、开放的非织造材料，例如蓬松的熔喷非织造材料，该材料在常规滤纸的入口侧上使用时会显著延长使用寿命，即，将使用寿命延长约30％至300％以上，具体取决于特定设计。在这方面，问题不在于熔喷非织造材料能否真正起到过滤作用，而在于滤纸入口侧上会形成滤饼，滤饼会嵌入熔喷层，形成非常松散的结构，并从而减少压力损失。如‘805专利所公开的，出于此目的，可以选择10μm以上、或甚至15μm以上的纤维直径。
仍然需要提供用于这些过滤应用的相对廉价的高效过滤介质，该介质表现出相对高的纳污量和/或空气污染物容纳量和相对低的压降；并需要提供表现出相对高的纳污量和相对低的压降的低效与中效过滤介质。
本发明的一个目标是提供一种过滤介质和空气过滤器，该过滤介质和空气过滤器可以在不显著改变效率和不增加过滤介质厚度的情况下提高容尘量。
发明概述
本发明的过滤介质包括至少两个非织造层，其中一层为纳米纤维网，以及与该纳米纤维网呈面对面关系的第二上游非织造层。过滤介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约1至约10之间，优选介于约1至约8之间，并且更优选介于约1和约6之间。
在另一个实施方案中，过滤介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中微纤维网层的平均流孔径介于约12至约40微米之间，优选介于约15至约25微米之间，并且更优选介于约18至约22微米之间。
在另一个实施方案中，过滤介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与攻击颗粒的质量平均直径的比率介于约50和约154之间。
在本发明的一个实施方案中，上游层的基重可以大于约5gsm，优选10gsm，并且更优选15gsm或30gsm。
上游层的效率可以大于约50％，优选大于约55％，并且更优选大于约60％。
上游层也可以包括熔喷聚合物纤维网。
纳米纤维网可以包括通过选自下组方法制备的非织造纤维网：电吹法、静电纺纱法、离心纺丝法和熔喷法。介质还可以包括接触纳米纤维网或接触上游层的稀松布支撑层。
本发明还涉及过滤空气的方法，该方法包括使空气通过介质的步骤，所述介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约1至约10之间。
在另一个实施方案中，过滤空气的方法包括使空气通过介质的步骤，所述介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中微纤维网层的平均流孔径介于约12至约40微米之间，优选介于约15至约25微米之间，并且更优选介于约18和约22微米之间。
过滤空气的方法还可以包括使空气通过介质的步骤，所述介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率介于约50和约154之间。
当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率可以介于约57和约96之间。
当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率还可以介于约69和约85之间。
在该方法的一个实施方案中，上游层的基重可大于约5gsm，优选10gsm，并且更优选15gsm或30gsm。
该方法的上游层的效率可以大于约50％，优选大于约55％，并且更优选大于约60％。
该方法的上游层可以包括熔喷聚合物纤维网。
该方法的纳米纤维网可以包括通过选自下组的方法制备的非织造纤维网：电吹法、静电纺纱法、离心纺丝法和熔喷法。介质还可以包括接触纳米纤维网或接触上游层的稀松布支撑层。
附图简述
图1示出了实施例的压降增加值随平均流孔径比率的变化。
图2示出了实施例的压降增加值随上游纤维网的平均流孔径的变化。
图3示出了实施例和比较实施例的压降增加值随过滤时间的变化。
发明详述
定义
“稀松布”为支撑层并可以是能够与过滤介质结合、粘附、或层合的任何结构。有利的是，可用于本发明的稀松布层为纺粘非织造层，但可由非织造纤维的梳理纤维网、熔喷非织造层、织造织物和网等制成。可用于某些过滤应用的稀松布层需要足够的刚度来保持褶绉形状。本发明所用稀松布应具有足够开放的结构，以免影响介质的容尘结构。
术语“非织造材料”是指包含多根纤维的纤维网。纤维可以彼此结合，或者可以不结合。纤维可以是短纤维或连续纤维。纤维可包含一种材料或多种材料，也可以是不同纤维的组合，或者是由不同材料构成的类似纤维的组合。
所谓两个或更多个纤维网呈“面对面关系”是指任何一个纤维网的表面的位置基本平行于一个或多个其他纤维网的表面，使得纤维网表面至少部分地重叠。纤维网不需要彼此结合，但可以在表面或边缘的至少一部分上部分地或全部地彼此结合。
如本文所用，术语“纳米纤维网”和“纳米网”为同义的。
本发明的实施方案中使用的非织造纤维网可以包含聚乙烯、聚丙烯、弹性体、聚酯、人造丝、纤维素和尼龙的纤维以及此类纤维的共混物。已经提出有关非织造纤维网的许多定义。纤维通常包括短纤维或连续长丝。如本文所用，“非织造纤维网”采用其一般含义，用来限定相对平坦、柔韧和多孔并由短纤维或连续长丝构成的通常为平面的结构。有关非织造材料的详细描述，参见E.A.Vaughn所著“Nonwoven Fabric Primer and ReferenceSampler”1992年第三版，ASSOCIATION OF THE NONWOVEN FABRICSINDUSTRY。非织造材料可以被梳理、纺粘、湿法成网、气流成网和熔喷成本行业熟知的产品。
非织造织物的实例包括熔喷纤维网、纺粘纤维网、梳理纤维网、气流法纤维网、湿法纤网、射流喷网、以及包括一种以上的非织造层的复合纤维网。
如本文所用，术语“纳米纤维”是指具有小于约1000nm，甚至小于约800nm，甚至介于约50nm和500nm之间，并且甚至介于约100和400nm之间的数均直径的纤维。就非圆形横截面的纳米纤维而言，如本文所用，术语“直径”是指最大的横截面尺寸。
根据实例可最好地了解测量过滤介质的过滤性能的实验条件。然而，除非本文另外指明，过滤数据得自下列测试：在0.5小时内，将具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率以及16mg/m3的气溶胶浓度的氯化钠气溶胶连续通过具有直径11.3cm的圆形开口的扁片状介质。过滤效率和初始压降在测试开始时测量，最终压降在测试结束时测量。压降增加值是通过最终压降减去初始压降来计算。
本发明的过滤介质包括至少两个非织造层，一层为纳米纤维网，第二层为与该纳米纤维网呈面对面关系的上游非织造层，其中微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约1至约10之间，优选介于约1至约8之间，并且更优选介于约1和约6之间。
在其他实施方案中，微纤维网层与纳米纤维网层的平均流孔径的比率优选与介质的所需总效率相关，而总效率可以通过纳米纤维网的孔径来控制。例如，在介质的其他实施方案中，当介质具有大于约60％的效率时，微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约1至约3之间。当介质具有大于约70％的效率时，微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约2至约4之间。当介质具有大于约80％的效率时，微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约4至约6之间。
本发明的介质也可以被上游介质的孔径限定。例如，过滤介质可以包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中微纤维网层的平均流孔径介于约12至约40微米之间，优选介于约15至约25微米之间，并且更优选介于约18至约22微米之间。
本发明的介质还可包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率介于约50和约154之间。在另一个实施方案中，当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率介于约57和约96之间。
在另一个实施方案中，当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率介于约69和约85之间。
在上述任何实施方案或本发明所附权利要求中，本发明的介质在暴露于空气流中的颗粒时也可以表现出低的效率变化。例如，在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，过滤介质在0.5小时期间可表现出小于5％的效率下降，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率、和16mg/m3的气溶胶浓度。
在任何实施方案中，本发明的介质在暴露于空气流中的颗粒时也可以表现出低的压降。例如，在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，过滤介质在0.5小时期间可表现出小于200Pa的压降增加，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率、和16mg/m3的气溶胶浓度。
在本发明的一个实施方案中，上游层的基重可以大于约10gsm，优选15gsm，并且更优选20gsm或30gsm。
上游层的效率可以大于约50％，优选大于约55％，并且更优选大于约60％。上游层可以包括熔喷聚合物纤维网。
纳米纤维网可以包括通过选自下组的方法制备的非织造纤维网：电吹法、静电纺纱法、离心纺丝法和熔喷法。纳米纤维网可以具有大于约2克/平方米(gsm)、并且优选大于约3gsm的基重。介质还可以包括接触纳米纤维网或上游层的稀松布支撑层。
当介质荷载有灰尘并接触水分时，本发明的介质也可以阻止透气率降低。例如，当将质量平均直径为0.26微米的氯化钠气溶胶装载至最终阻力介于150和300Pa之间时，本发明的介质可以在25℃、相对湿度为98％的空气中暴露8小时后表现出小于约25％的透气率损失。
本发明还涉及过滤包括空气在内的气体的方法，该方法包括使空气通过介质的步骤，所述介质包括至少两个非织造层，其中一层为纳米纤维网，第二层为与该纳米纤维网呈面对面关系的上游非织造层，其中微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约1至约10之间，优选介于约1至约8之间，并且更优选地介于约1和约6之间。
在该方法的其他实施方案中，微纤维网层与纳米纤维网层的平均流孔径的比率优选地与介质的所需总效率相关，而总效率可以通过纳米纤维网的孔径来控制。例如，在介质的其他实施方案中，当介质具有大于约60％的效率时，微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约1至约3之间。当介质具有大于约70％的效率时，微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约2至约4之间。当介质具有大于约80％的效率时，微纤维网层与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约4至约6之间。
在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当介质具有大于约90％的效率时，该方法和本发明的纤维网中的微纤维网层的平均流孔径与纳米纤维网的平均流孔径的比率介于约5至约7之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率、和16mg/m3的气溶胶浓度。
本发明的介质也可以被上游介质的孔径限定。例如，过滤介质可以包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中微纤维网层的平均流孔径介于约12至约40微米之间，优选介于约15至约25微米之间，并且更优选介于约18至约22微米之间。
本发明的介质还可包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与该纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率介于约50和约154之间。在另一个实施方案中，当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率介于约50和约154之间。
在该方法的另一个实施方案中，当被一定粒度的颗粒冲击，并且介质具有介于50％和99.97％之间的效率时，微纤维网层的平均流孔径与该粒度的比率介于约50和约154之间。
在上述任何实施方案或本发明所附权利要求中，本发明的介质在暴露于空气流中的颗粒时也可以表现出低的效率变化。例如，在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，过滤介质在0.5小时期间可表现出小于5％的效率下降，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率、和16mg/m3的气溶胶浓度。
在任何实施方案中，本发明的方法中所用的介质在暴露于空气流中的颗粒时也可以表现出低的压降。例如，在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，过滤介质在0.5小时期间可表现出小于200Pa的压降，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率、和16mg/m3的气溶胶浓度。
在本发明的一个实施方案中，上游层的基重可以大于约10gsm，优选15gsm，并且更优选20gsm或30gsm。
上游层的效率可以大于约50％，优选大于约55％，并且更优选大于约60％。上游层可以包括熔喷聚合物纤维网。
纳米纤维网可以包括通过选自下组方法制备的非织造纤维网：电吹法、静电纺纱法、离心纺丝法和熔喷法。纳米纤维网可以具有大于约2gsm、并且优选大于约3gsm的基重。介质还可以包括接触纳米纤维网或接触上游层的稀松布支撑层。
当将带有灰尘的介质接触水分或湿空气时，本发明的介质也可以阻止透气率降低。例如，当将质量平均直径为0.26微米的氯化钠气溶胶装载至最终阻力介于150和300Pa之间时，本发明的介质可以在25℃、相对湿度98％的空气中暴露8小时后表现出小于约25％的透气率损失。
在该方法的一个实施方案中，上游层的基重可以大于约10gsm，优选15gsm，并且更优选20gsm或30gsm。
该方法的上游层的效率可以大于约55％，优选大于约60％，并且更优选大于约65％。
上游层可以包括熔喷聚合物纤维网。
该方法的纳米纤维网可以包括通过选自下组方法制备的非织造纤维网：电吹法、静电纺纱法、离心纺丝法和熔喷法。介质还可以包括接触纳米纤维网或接触上游层的稀松布支撑层。
初生纳米纤维网可主要包含或仅包含纳米纤维，该纳米纤维有利地通过静电纺纱来制备，例如传统的静电纺纱或电吹法，在某些情况下通过熔喷法或其他此类合适的方法制成。传统的静电纺纱是在全文并入本文中的美国专利4,127,706中所述的技术，其中向聚合物溶液施加高电压以生成纳米纤维和非织造垫。然而，静电纺纱方法中的总生产能力太低，以致无法商业化生产较重基重的纤维网。
“电吹”法在世界专利公布WO 03/080905中有所公开，其全文以引用方式并入本文。将包含聚合物和溶剂的聚合物溶液流从储罐送至喷丝头内的一系列纺丝喷嘴中，向喷丝头施加高电压，聚合物溶液经喷丝头排出。同时，任选地加热的压缩空气由空气喷嘴排出，该空气喷嘴设置在纺丝喷嘴的侧面或周边。通常向下引导空气以形成吹气流，吹气流包裹住新排出的聚合物溶液并使其前进，并且有助于形成纤维网，纤维网被收集在真空室上方的接地多孔收集带上。电吹法使得可在相对短的时间周期内形成商用尺寸和数量的纳米纤维网，其基重超过约1gsm，甚至高达约40gsm或更高。
也可以使用离心纺丝法来制备用于本发明的纳米纤维网。离心纺丝是一种纤维成型方法，其包括下列步骤：将具有溶解于至少一种溶剂的至少一种聚合物的纺丝溶液供应给具有旋转的圆锥喷嘴的旋转式喷涂器，该喷嘴具有凹的内表面和前表面排放边缘；从旋转式喷涂器中沿凹的内表面流出纺丝溶液，以向喷嘴排放边缘的前表面分布所述纺丝溶液；在存在或不存在电场的情况下，由纺丝溶液形成分离的纤维流，同时蒸发溶剂以制备聚合物纤维。成型流体可以在喷嘴周围流动，以将纺丝溶液引导离旋转式喷涂器。纤维可以收集到收集器中以形成纤维网。
还可以通过例如熔喷之类的熔融方法来制备用于本发明介质的纳米纤维网。例如，纳米纤维可包括由聚合物熔体制成的纤维。用于由聚合物熔体生产纳米纤维的方法描述于例如以下专利中：授予University of Akron的U.S.6,520,425、U.S.6,695,992、和U.S.6,382,526；授予Torobin等人的U.S.6,183,670、U.S.6,315,806、和U.S.4,536,361；以及美国专利公布2006/0084340。
可将基底或稀松布安排在收集器上以便收集和组合在基底上纺成的纳米纤维网，使得可将组合的纤维网用作高性能过滤器、擦拭物等。基底的实例可包括多种非织造布，例如熔喷非织造布、针刺或射流喷网非织造布、织造布、针织布、纸材等，并且只要能将纳米纤维层添加到基底上，对基底的使用并无限制。非织造布可包含纺粘纤维、干法成网或湿法成网纤维、纤维素纤维、熔喷纤维、玻璃纤维、或它们的共混物。
对可用于形成本发明的纳米纤维网的聚合物材料没有具体限制，其包括加聚物和缩聚物材料，例如聚缩醛、聚酰胺、聚酯、聚烯烃、纤维素醚和酯、聚亚烷基硫、聚亚芳基氧、聚砜、改性的聚砜聚合物、以及它们的混合物。这些种类中优选的材料包括交联和非交联形式的、不同水解程度(87％至99.5％)的聚(氯乙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯(和其他丙烯酸类树脂)、聚苯乙烯、和它们的共聚物(包括ABA型嵌段共聚物)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚乙烯醇。优选的加聚物往往是玻璃状的(Tg大于室温)。聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯聚合物的组合物或合金或低结晶度的聚偏氟乙烯和聚乙烯醇材料便是如此。一类优选的聚酰胺缩聚物为尼龙材料，例如尼龙-6、尼龙-6，6、尼龙6，6-6，10等。当通过熔喷法形成本发明的聚合物纳米纤维网时，可使用能够熔喷形成纳米纤维的任何热塑性聚合物，包括聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯和聚丁烯；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯；以及聚酰胺，例如上述尼龙聚合物。
可能有利的是，向上述各种聚合物中加入本领域已知的增塑剂以降低纤维聚合物的Tg。适合的增塑剂取决于将被静电纺纱或电吹的聚合物，并且取决于纳米纤维网具体的最终应用。例如，尼龙聚合物可用水或甚至用静电纺纱或电吹工艺中的残余溶剂来增塑。可用于降低聚合物Tg的本领域已知的其他增塑剂包括但不限于脂族二元醇类、芳族磺胺类、邻苯二甲酸酯类；邻苯二甲酸酯类包括但不限于选自由下列组成的群组的那些：邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二己酯、邻苯二甲酸二环己酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸双十一酯、邻苯二甲酸双十二酯、以及邻苯二甲酸二苯酯等。“Handbook of Plasticizers”(George Wypych编辑，2004 Chemtec Publishing)公开了可用于本发明的其他聚合物/增塑剂组合，该文献以引用方式并入本文。
实施例
纤维网的制备
对于这些实施例，如WO 03/080905中所述，通过电吹法将24％的聚酰胺-6，6甲酸溶液纺成丝状以形成纳米纤维网。数均纤维直径为大约350nm。
测试方法
平纸片容纳细颗粒测试
过滤器和过滤介质容尘量测试中通常使用ASHRAE尘和ISO细尘作为测试气溶胶。然而，这两种类型灰尘的粒度(质量平均粒径大于15微米)不能反映高效空气过滤器在实地应用中遇到的灰尘的粒度，尤其是使用预过滤器移除大颗粒时。我们在具有预过滤器的空气处理系统中进行的实地测量显示，大于3微米的颗粒很少见，并且在介于0.3至10微米之间的粒度范围内，按质量计约60％的颗粒在介于0.3至0.5微米之间的粒度范围内。因此，使用ASHRAE和ISO细测试气溶胶的现有容尘测试不能准确预测现实生活中的过滤介质容尘量。为了解决这个问题，开发了使用质量平均直径为0.26微米的测试气溶胶的细颗粒容尘测试。
使用自动过滤测试仪(TSI型号8130)在具有直径11.3cm(面积＝100cm2)的圆形开口的扁片状介质上进行细颗粒容尘测试。使用2重量％的氯化钠水溶液生成质量平均直径为0.26微米的细小气溶胶，以用于容尘测试。气流速率为40升/分钟，对应于6.67cm/s的面速度。根据设备制造商的说明，气溶胶浓度为约16mg/m3。过滤效率和初始压降在测试开始时测量，最终压降在测试结束时测量。压降增加值是用最终压降减去初始压降来计算。
纤维尺寸测量
在5,000x的放大倍数下，每个纳米纤维层样本拍摄十张扫描电镜(SEM)图像。在照片中测量十一(11)个清晰可辨的纳米纤维的直径，并进行记录。不包括缺陷(即，纳米纤维块、聚合物滴状物、纳米纤维的交合部)。对每个样本的平均纤维直径进行计算。
对于微纤维层样本，拍摄五张SEM图像。每张照片中测量至少10个微纤维的直径，并进行记录。对每个样本的平均纤维直径进行计算。
透气率
通常使用弗雷泽测量法(ASTM D737)测量过滤介质气流透气率。在该测量中，将124.5N/m2(0.5英寸水柱)的压差施加到适当夹住的介质样本上，并且将所得的气流速率测量为弗雷泽透气率或更简单地讲测量为“弗雷泽”。本文中，弗雷泽透气率以ft3/min/ft2为单位进行记录。高弗雷泽对应于高气流透气率，并且低弗雷泽对应于低气流透气率。
湿度测试
湿度测试的目的是研究相对湿度对载有灰尘或气溶胶的过滤介质的影响。用细小的氯化钠气溶胶(如上所述)装载扁片状介质样本，并使最终阻力介于150至300Pa之间。将样本在25℃和不同相对湿度下调理至少8小时。将样本取出调理室后，立即测量样本的透气率并进行记录。
过滤效率测量
使用自动过滤测试仪(TSI型号8130)在具有直径11.3cm(面积＝100cm2)的圆形开口的扁片状介质上进行过滤效率测量。使用2重量％的氯化钠水溶液生成质量平均直径为0.26微米的细小气溶胶。气流速率为40升/分钟，对应于6.67cm/s的面速度。测试开始时测量过滤效率和初始压降，并进行记录。
平均流孔测量
平均流孔(MFP)径根据ASTM编号E 1294-89“Standard Test Methodfor Pore Size Characteristics of Membrane Filters Using AutomatedLiquid Porosimeter”进行测量，其通过利用ASTM编号F 316的自动泡点法使用毛细管流动孔隙率计(型号CFP-34RTF8A-3-6-L4，PorousMaterials，Inc.(PMI)(Ithaca，NY))大致测量具有0.05μm至300μm的孔径直径的膜的孔径特性。各个样本(8、20或30mm直径)用低表面张力流体(具有16达因/厘米的表面张力的1，1，2，3，3，3-六氟丙烯，或“Galwick”)润湿。将每个样本置于夹持器中，然后施加空气压差并将流体从样本上移除。润湿流量等于干燥流量(无润湿溶剂下的流量)的二分之一处的压差用于利用提供的软件来计算平均流孔径。泡点是指最大孔径。
结果
使用具有0.35微米的平均纤维尺寸的纳米纤维网，基重范围为2.2至2.5g/m2。使用具有1.7至3.6微米的平均纤维尺寸和8.5至61微米的MFP的微纤维网，基重范围为8至50g/m2。用测试方法部分所述由2重量％氯化钠生成的细小气溶胶(质量平均直径为0.26微米)来装载多层复合材料。由初始阻力和最终阻力来计算压降增加值，结果总结在表中。如表1所示，压降增加值很大程度上受所选微纤维层的影响。在实施例1至3中，使用了纤维尺寸为2.5至3.4微米、MFP为18.5至22.5微米和过滤效率为64％至86％的微纤维网，压降增加值介于88至134Pa之间。在实施例4和5中，使用了纤维尺寸为3.3至4.0微米、MFP为36.3至61.2微米和过滤效率为41％至52％的微纤维网，压降增加值为313至325Pa。在实施例6和7中，使用了纤维尺寸为1.7微米、MFP为11.6至8.5微米和过滤效率为52％至94.1％的细小微纤维网，压降增加值为448和255Pa。存在导致小于200Pa的低压降增加值的平均流孔径和效率的优化范围。在不希望受到介质作用机制限制的情况下，当微纤维尺寸较大时，似乎并不能为纳米纤维提供足够的预过滤作用。当微纤维太小时，似乎在微纤维本身上产生高阻力，如实施例6和7所示。
比较实施例1和2使用相同的细小气溶胶装载工序，不同的是介质由稀松布和纳米纤维制成。在无微纤维层的情况下，气溶胶迅速装载到纳米纤维上，并且压降增加值也高。在比较实施例1中，纳米纤维网不具有任何预过滤层，并且阻力增加了886Pa。在比较实施例2中，纳米纤维网上游是由14微米尺寸的纤维制成的稀松布层。大纤维并不能提供对细小气溶胶的足够预过滤作用，阻力增加值为674Pa。
实施例8使用由聚丙烯制成的纳米纤维网和本发明所述的微纤维网进行。纤维尺寸为220nm，基重为2gsm。按照上文所述相同工序进行容尘测试。阻力增加值为84Pa，该值显著低于无微纤维时的阻力增加值674Pa，如比较实施例3所示。
结果总结在表1和2中。在表1中，气流在标识为“结构”的一行从左至右示出。例如，MNS结构是指熔喷、纳米纤维网、纺粘，气流首先冲击熔喷面。表1中的“微纤维”是指熔喷纤维网。“稀松布”是指纺粘稀松布。数据清楚地表明，使用本发明所述的新方法可以增加容尘量。属于本发明权利要求范围内的实施例4的微纤维层具有恰好高于50％的效率和所有实施例中最高的压力增加值。实施例6含有效率较高但基重较低的微纤维层，该微纤维层还表现出介于实施例4和其他实施例之间的压力增加值。比较实施例要么没有上游层，要么上游层所具有的纤维尺寸不在本发明的权利要求范围内。压力增加值显著高于本发明的实施例。
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4
 结构   MNS   SMNS   SMNS   SMN
 上游稀松布基重   无   68   68   68
 上游稀松布纤维尺寸(微米)   无   50   50   50
 微纤维基重(gsm)   36   30   30   30
 微纤维尺寸(微米)   3.2   2.5   3.4   3.3
 纳米纤维类型   尼龙6，6   尼龙6，6   尼龙6，6   尼龙6，6
 纳米纤维基重(gsm)   2.2   2.2   2.2   2.2
 微纤维层的平均MFP(μm)   22.5   18.5   20.8   61.2
 纳米纤维层的平均MFP(μm)   7.8   7.8   7.8   7.8
 微纤维和纳米纤维层的MFP比率   2.88   2.37   2.67   7.84
 纳米纤维尺寸(微米)   0.40   0.40   0.40   0.40
 初始阻力(Pa)   38   45   37   52
 最终阻力(Pa)   126   151   171   377
 阻力增加值(Pa)   88   106   134   325
 总效率(％)   91   93   84   86
 微纤维效率(％)   79   86   64   51
表1(续)
  实施例5   实施例6   实施例7   实施例8
 结构   MNS   MNS   MNS   MNS
 上游稀松布基重   无   无   无   无
 上游稀松布纤维尺寸(微米)   无   无   无   无
 微纤维基重(gsm)   50   15   8   36
 微纤维尺寸(微米)   4.0   1.7   1.7   3.2
 纳米纤维类型   尼龙6，6   尼龙6，6   尼龙6，6   聚丙烯
 纳米纤维基重(gsm)   2.2   2.2   2.2   2.0
 微纤维层的平均MFP(μm)   36.3   8.5   11.6   22.5
 纳米纤维层的平均MFP(μm)   7.8   7.8   7.8   9.2
 微纤维和纳米纤维层的MFP比率   4.65   1.09   1.48   2.45
 纳米纤维尺寸(微米)   0.40   0.40   0.40   0.22
 初始阻力(Pa)   28   44   34   32
 最终阻力(Pa)   341   299   482   116
 阻力增加值(Pa)   313   255   448   84
 总效率(％)   68.6   97.2   77.5   85
 微纤维效率(％)   41   94.1   52   79
表2
 比较实施例1  比较实施例2  比较实施例3
  结构  NS  SN  NS
  上游稀松布基重  无  100  无
  上游稀松布纤维尺寸(微米)  无  14  无
  微纤维基重(gsm)  无  无  无
  微纤维尺寸(微米)  无  无  无
  纳米纤维类型  尼龙6，6  尼龙6，6  聚丙烯
  纳米纤维基重(gsm)  4.5  4.5  2.0
  初始阻力(Pa)  49  44  46
  最终阻力(Pa)  935  718  720
  阻力增加值(Pa)  886  674  674
  总效率(％)  84  69  68
  微纤维效率(％)  不适用  不适用  不适用
表3总结了上述湿度测试的结果。用氯化钠装载样本，并在25℃、相对湿度分别为65％或98％的环境中调理至少8小时。调理后测量样本的透气率并进行记录。在实施例9中，纳米纤维层具有上游微纤维层，用氯化钠装载复合材料介质至最终阻力为98Pa，阻力值是在面速度为6.67cm/s下测得的。当调理环境中的相对湿度从65％变为98％时，样本透气率从39.2降至29.2CFM/ft2，即降低26％。在实施例10中，用氯化钠装载相同构造的样本至180Pa的较高最终阻力。透气率降低22％。
在比较实施例4中，纳米纤维层具有上游稀松布材料层。用氯化钠装载样本至最终阻力为147Pa。当调理环境中的相对湿度从65％变为98％时，样本透气率从33.6降至3.0CFM/ft2，大幅下降了91％。
这些实施例表明，微纤维层在保护纳米纤维层不同时受灰尘和水分影响方面具有效果。稀松布层不能提供此类保护。
表3
在其他实施例中，如WO 03/080905中所述，通过电吹法将24％的聚酰胺-6，6甲酸溶液纺成丝以形成纳米纤维网。数均纤维直径为约350nm或600nm。表4总结了纳米纤维网的特性。
表4
图1和2示出了改变纳米纤维层孔径对整个纤维网在0.5小时期间的压降增加值的影响。在图1中，绘制了压降增加值与上游介质和纳米纤维网两者之间平均流孔径的比率的曲线图。在图2中，绘制了压降增加值与上游介质绝对孔径(单位：微米)的曲线图。在两组数据中，压降均具有所期望的最小值。在压降增加值与孔径比率的曲线图中，随着纳米纤维网孔径的增加，最小值的位置移动到较高比率处，即纳米纤维网的效率值增加。
图3示出了实施例和比较实施例的压降增加值随过滤时间的变化。
本文以举例方式示出了本发明，本领域的普通技术人员可以进行各种修改。例如，各种几何形状、材料和纤维网组合也在本发明的范围内。
因此可以认为，从以上描述中，本发明将显而易见。虽然所示出或描述的方法和制品已经被表征为优选的，但很显然，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的前提下可以对其进行各种变化和修改。

Claims (48)

1.过滤介质，所述过滤介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与所述纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1至10之间。
2.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1至8之间。
3.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1至6之间。
4.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述过滤介质在0.5小时期间表现出小于5％的效率下降，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
5.根据权利要求1所述的过滤介质，其中当用质量平均直径为0.26微米的氯化钠气溶胶装载至最终阻力介于150和300Pa之间时，所述介质在25℃、相对湿度为98％的空气中暴露8小时后表现出小于25％的透气率损失。
6.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述过滤介质在0.5小时期间表现出小于200Pa的压降增加，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
7.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述纳米纤维网具有至少2gsm的基重。
8.根据权利要求7所述的过滤介质，其中所述纳米纤维网具有至少3gsm的基重。
9.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于60％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1和3之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
10.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于70％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于2至4之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
11.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于80％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于4至6之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
12.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于90％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于5至7之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
13.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述微纤维网层具有小于或等于95％的效率，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
14.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述上游微纤维网层包括熔喷聚合物纤维网。
15.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述纳米纤维网包括由下列方法制备的非织造纤维网：电吹法、静电纺纱法、离心纺丝法或熔喷法。
16.根据权利要求1所述的过滤介质，所述介质还包括与所述纳米纤维网或所述上游微纤维网层接触或与它们两者接触的稀松布支撑层。
17.根据权利要求1所述的过滤介质，其中稀松布被设置在所述纳米纤维网与所述上游微纤维网层之间。
18.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述上游微纤维网层的基重大于10gsm。
19.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述上游微纤维网层的基重大于15gsm。
20.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述上游微纤维网层的基重大于20gsm。
21.根据权利要求1所述的过滤介质，其中所述上游微纤维网层的基重大于30gsm。
22.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述上游微纤维网层的效率大于55％，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
23.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述上游微纤维网层的效率大于60％，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
24.根据权利要求1所述的过滤介质，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述上游微纤维网层的效率大于65％，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
25.过滤空气的方法，所述方法包括使所述空气通过介质的步骤，所述介质包括具有小于1微米的数均纤维直径的纳米纤维网和与所述纳米纤维网呈面对面关系的上游微纤维网层，其中所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1至10之间。
26.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1至8之间。
27.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1至6之间。
28.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述过滤介质在0.5小时期间表现出小于5％的效率下降，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
29.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中当用质量平均直径为0.26微米的氯化钠气溶胶装载至最终阻力介于150和300Pa之间时，所述介质在25℃、相对湿度为98％的空气中暴露8小时后表现出小于25％的透气率损失。
30.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述过滤介质在0.5小时期间表现出小于200Pa的压降增加，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
31.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述纳米纤维网具有至少2gsm的基重。
32.根据权利要求31所述的过滤空气的方法，其中所述纳米纤维网具有至少3gsm的基重。
33.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于60％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于1至3之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
34.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于70％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于2至4之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
35.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于80％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于4至6之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
36.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，当所述介质具有大于90％的效率时，所述微纤维网层的平均流孔径与所述纳米纤维网的平均流孔径的比率介于5至7之间，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
37.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述微纤维网层具有小于或等于95％的效率，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
38.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中稀松布被设置在所述纳米纤维网与所述上游微纤维网层之间。
39.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述上游微纤维网层的基重大于10gsm。
40.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述上游微纤维网层的基重大于15gsm。
41.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述上游微纤维网层的基重大于20gsm。
42.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述上游微纤维网层的基重大于30gsm。
43.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述上游微纤维网层的效率大于55％，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
44.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述上游微纤维网层的效率大于60％，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
45.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中在使具有11.3cm直径的圆形开口的扁片状介质经受氯化钠气溶胶的测试中，当过滤0.26微米的粒度的颗粒时，所述上游微纤维网层的效率大于65％，所述氯化钠气溶胶具有0.26微米的质量平均直径、对应于6.67cm/s的面速度的40升/分钟的气流速率和16mg/m3的气溶胶浓度。
46.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述上游微纤维网层包括熔喷聚合物纤维网。
47.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，其中所述纳米纤维网包括由下列方法制备的非织造纤维网：电吹法、静电纺纱法、离心纺丝法或熔喷法。
48.根据权利要求25所述的过滤空气的方法，所述方法还包括与所述纳米纤维网或所述上游微纤维网层接触或与它们两者接触的稀松布支撑层。
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