一种用于发动机空气过滤器的过滤介质

技术领域

本发明涉及一种用于发动机空气过滤器的过滤介质，该过滤介质包括载体层和熔喷层，以及一种包括该过滤介质的过滤元件。

背景技术

空气过滤介质的重要质量标准包括高过滤效率，即大颗粒和小颗粒的分离，以及足够高的容尘量。关于发动机空气过滤介质，应注意发动机在满载时每小时吸入200m

发动机空气过滤器滤芯负责为发动机提供正常燃烧过程所需的净化空气。发动机空气过滤器介质还具有以下与车内空气管理有关的功能：发动机进气的过滤；改善气流以获得最佳燃烧和发动机声学效果，例如降低进气噪音；保护下游发动机部件，例如涡轮增压器，免受颗粒轰击。

为了提高过滤效率，可使用纳米纤维层(即纤维直径小于1.5μm)，但需要复杂的制造过程，因此成本高昂。另一个缺点是纳米纤维层的机械稳定性低。

此外，必须按照车辆制造商规定的时间间隔，更换发动机空气过滤器。这是检查工作的一部分。如果空气中含尘量高(或行驶一定里程)，建议提前更换过滤器。因此，理想情况下，过滤介质(或过滤器)应尽可能便宜。

因此，本发明的目的是创造一种过滤介质和过滤元件，该过滤介质和过滤元件特别适用于发动机的空气滤清器，该过滤介质和过滤元件具有非常好的效率和容尘量，易于使用标准制造工艺生产，并且相应地生产成本低廉。

具体实施方式

本发明涉及了一种用于发动机空气过滤器的过滤介质，其包括载体层和含有聚酯纤维的熔喷层，其中该过滤介质是带电的。

该过滤介质特别适用于发动机空气过滤器。到目前为止，发动机空气过滤器介质并未带电，因为当灰尘含量高时会发生快速放电，因此与非带电的介质相比，过滤效率没有明显差异。令人惊讶的是，与不带电的介质相比，本发明的带电过滤介质具有更好的效率和容尘量。因此，熔喷层可以用更大的纤维直径制造。这允许在相同压降的情况下，降低过滤介质的制造成本，提高效率和容尘量。

优选地，聚酯纤维包含聚对苯二甲酸丁二醇酯，或由聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维组成。

这些熔喷纤维具体的平均直径2到8μm、优选地是2到5μm，特别优选3至4μm。平均直径用本发明描述的方法测量。

根据本发明的熔喷层在0.005巴测试板压力下具有具体为0.05至0.90mm的厚度，优选0.10至0.80mm的厚度且特别优选0.15至0.70mm的厚度。

熔喷层的基重具体是5至90g/m

根据本发明的熔喷层的透气性具体为50-3000l/m

本领域已知的熔喷工艺用于生产根据本发明的熔喷非织造布(nonwoven)。合适的聚合物(特别是聚酯)，例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。优选地，熔喷层包含聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维。特别优选地，熔喷层由聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维组成。根据需要，可以向聚合物中添加添加剂，例如亲水剂、疏水剂、结晶促进剂或颜色。熔喷层可在生产过程中带电，或与载体层一起带电。所有已知的方法，例如电晕充电，都可以用作充电方法。

为了增加电荷稳定性，本领域已知的添加剂可以混合在其中，例如双硬脂酰乙二胺(bis-stearoyl-ethylenediamide)。

载体层可以是湿法成网层或干法成网层。

在本发明的意义上，湿法成网层或纸层，是可以用生产滤纸领域中已知的湿法成网方法生产的所有的层。湿法成网层可包含天然纤维、合成纤维或它们的混合物。天然纤维的例子，包括纤维素、棉花、羊毛和大麻(hemp)，并且所使用的纤维素材料可以包括来自针叶树和/或落叶树的无木和/或含木纤维素、再生纤维素和原纤化纤维素。

合适的合成纤维包括聚酯纤维(例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯和聚乳酸(PLA)纤维)、聚烯烃纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维和具有不同单组分熔点的多组分纤维。

湿法成网层中的合成纤维的平均纤维直径具体为3μm(0.1dtex)至30μm(10dtex)，优选为7至20μm，并且切割长度优选为3mm-20mm，特别优选4mm-12mm。

载体层可包含100wt％天然纤维(基于纤维总量)。载体层可包含30-45wt％的合成纤维和70-55wt％的天然纤维，或可包含100wt％的合成纤维。优选地，载体层包含100wt％天然纤维。

湿法成网载体层在0.005巴试验板压力下的厚度具体为0.1mm至1.2mm，优选0.2mm至0.9mm，特别优选0.3mm至0.8mm。

干法成网载体层，是可以使用生产非织造层领域中已知的干法成网方法生产的层。优选地，非织造层是仅包含合成纤维的纺粘或梳理非织造材料。优选地，干法成网载体层由纺粘层组成。在0.005巴测试板压力下，干法成网载体层优选地具有1mm至3.0mm的厚度。特别优选地，干法成网载体层的厚度为1.2mm至2.5mm，尤其是1.3mm至2.1mm。

干法成网载体层包括单组分和/或双组分合成纤维。优选地，干法成网载体层包括单组分聚酯纤维(或由其组成)，更优选地，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(或由其组成)。合适的合成纤维包括，例如，聚酯纤维(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚乳酸(PLA)纤维)、聚烯烃纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维和具有不同单组分熔点的多组分纤维。

双组分纤维由热塑性材料组成，该材料具有至少一个具有较高熔点的纤维部分和具有较低熔点的第二纤维部分。这些纤维的物理构造是本领域技术人员已知的，并且通常由并排或皮芯结构组成。

双组分纤维可由多种热塑性材料制成，包括聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺，包括尼龙6、尼龙6，6、尼龙6，12等)。优选地，双组分纤维由聚酯制成。特别优选地，双组分纤维由PET/coPET制成。

干法成网载体层的单组分和双组分纤维的平均直径具体是10-50μm，优选12-40μm，特别优选14-35μm。

载体层可以被浸渍，其中浸渍剂的类型，由技术人员根据本发明中的过滤材料的预期用途来选择。干浸渍剂在纸的总重量中的比例通常为0.5wt％-50wt％，优选5wt％-40wt％。已知用于滤纸且用作浸渍剂的物质，有例如来自醇溶液的酚醛树脂或环氧树脂，以及例如丙烯酸酯、酚醛树脂、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯的水分散体。另一类可能的浸渍剂是例如聚乙烯醇、三聚氰胺树脂、尿素树脂的水溶液。为了改善润湿性从而因此增加流速，可以通过合适的添加剂，例如表面活性物质或氟碳树脂使浸渍物亲水或亲油。

载体层(即湿法成网或干法成网层)的基重具体是50-350g/m

载体层(即湿法成网或干法成网层)具有的透气性，具体是50-4000l/m

过滤介质可以仅由本发明描述的载体层和熔喷层的组合组成，或者它可以包括一个或多个其他层。

熔喷层可以粘合到载体层，以生产过滤介质。本领域技术人员已知的任何工艺都可以用于该目的，例如针刺工艺、喷水针刺工艺、热处理(即压光机粘合和超声粘合)和化学工艺(即通过粘合剂粘合)。优选地，熔喷层使用点压光机或粘合剂粘合到载体层上。粘合剂的施用量为2-10g/m

根据本发明的过滤介质基重，优选为55g/m

优选地，在0.005巴测试板压力下，过滤介质的厚度为0.4至2.5mm，特别优选0.45至2mm，甚至进一步优选0.45至1mm。

根据本发明的过滤介质的最大孔径(或最大孔尺寸)具体是30-120μm，优选35-110μm。根据本发明的过滤介质的多孔孔径具体是20-80μm，并且优选25-65μm。

过滤介质的H值具体是1.00至2.50，优选1.00至2.00，特别优选1.00至1.80。

H值的计算如下：

H值＝最大孔径/多孔孔径

当H值在上述范围内时，就会显现出非常好的均质性，从而使过滤介质可以长期保证非常高的效率和容尘量。

根据本发明的过滤介质具有的效率，具体为至少99.00％、优选至少99.70并且特别优选至少99.90％。此处给出的效率对应于压强增加到2000Pa后的总效率。这与初始效率有区别。

根据本发明的过滤介质具有的容尘量，具体是70至350g/m

由于根据本发明的过滤介质具有优异的断裂强度，因此只需在更长的时间间隔后更换。

含有天然纤维的过滤介质在机器方向(machine direction)(MD)上的断裂强度具体是60-200N，优选70-180N，特别优选75-100N。仅含有合成纤维(不含天然纤维)的过滤介质在机器方向(MD)上的断裂强度为250-600N，具体优选350-600N，特别优选400-600N。

流入方向优选来自载体层的一侧，但也可以来自熔喷层的一侧。

本发明还涉及一种包括该过滤介质的过滤元件。该过滤元件可以另外包括另一种不同于根据本发明的过滤介质，即，具有其他特性。

根据本发明的过滤介质的一个特别有用的应用领域，是发动机空气过滤器。

测试方法

将变性乙醇添加到上样品架的边缘上(不要直接喷到样品上/大约4mm高)，同时产生轻微的过压。过压缓慢增加(大约5mm WS/sec)，直到第一个气泡变得可见。

在压强计(mm WS)上读取这个必要的压强，并借助乙醇的表面张力(23℃)，计算出最大孔径，即“最大的孔”。如果过压增加到某个程度，即空气通过整个测试区域(10cm

——对于符合DIN EN ISO 1924-2(2009-05)标准的总过滤介质(载体+熔喷；其中过滤介质包含天然纤维)(测量带(measuring strip)长100mm，宽15mm；剥离速度15mm/min)。

——对于符合DIN EN ISO 29073第3部分(1992-08)的总过滤介质(载体+熔喷；其中过滤介质不包括天然纤维)(测量带长100mm，宽50mm；剥离速度100mm/min)。

所述效率值是根据ISO 5011:2014的扁平样品测量法测量的。试验条件：

——试验尘埃：ISO 12103-A2(ISO精细)

——质量浓度：1g/m

——来流速度：11.1cm/s

——过滤面积：100cm

当最终压强达到2000Pa时，测量总效率和容尘量。

测量原理：使用扫描电子显微镜，图像是在一定的放大倍数下拍摄的。这些是用自动化软件测量的。捕获纤维交叉点并因此不代表纤维直径的测量点被手动移除。纤维束通常被视为一根纤维。

设备：

扫描电子显微镜Phenom Fei及其相关软件Fibermetric V2.1。

进行检查：

取样：非织造布在横跨幅宽(web width)5个点处(1.8m处)。

记录：

a.溅射样品；

b.在光学图像的基础上随机记录，用扫描电子显微镜(SEM)将发现的斑点放大1000倍；

c.通过“一键”法测定纤维直径，每根纤维必须记录一次；

d.平均值和纤维直径分布，是通过使用Excel从Fibermetric中获得的数据进行评估得到的。因此，平均纤维直径至少记录在每种非织造布的五个点上。将五个平均值合并为一个平均值。这个值叫做非织造布的平均纤维直径。至少评估500种纤维。

示例

示例1

通过点压光机将厚度为0.22mm、透气性为650l/m

如此获得的过滤材料，具有0.75mm的厚度、365l/m

示例2

将厚度为0.66mm、透气度为1200l/m

所得的过滤材料的厚度为2.00mm，透气性为900l/m

对比示例1

对应于示例1的相同过滤介质，但未加载电晕电荷。

对比示例2

对应于示例2的相同过滤介质，但未加载电晕电荷。

表1列出了根据本发明的过滤介质的一些优点。

表1