BRPI1007445B1

BRPI1007445B1 - Meio de filtro não tecido

Info

Publication number: BRPI1007445B1
Application number: BRPI1007445-7A
Authority: BR
Inventors: Gupta Hermant; Brad E. Kahlbaugh
Original assignee: Donaldson Company, Inc
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2021-04-13
Also published as: JP6288855B2; US20120312488A1; EP2391753A2; BRPI1007445A2; JP5707339B2; JP2015044200A; US20130340962A1; EP3862474A1; MX354176B; JP2017020159A; WO2010088403A2; US20100187712A1; US20180223478A1; MX2011007775A; US8524041B2; US9885154B2; WO2010088403A3; CN102301049A; US9353481B2; DE112010000801B4

Abstract

meios fibrosos e método para formação dos mesmos. mantas não tecidas e meios de filtro são descritos aqui tendo uma região que tem um gradiente onde a concentração da fibra ou uma propriedade varia de um lado da região para o outro lado da região. em uma modalidade, um aparelho inclui uma divisão de mistura a jusante da uma ou mais fontes de uma primeira e segunda correntes de fluxo que inclui, cada uma, uma fibra. a divisão de mistura define uma ou mais aberturas que permitem a comunicação do fluido entre as duas correntes de fluxo. o aparelho também inclui uma região de recepção situada a jusante de uma ou mais fontes e projetada para receber pelo menos uma corrente de fluxo combinada e formar uma manta não tecida pela coleta da fibra da corrente de fluxo combinada. em uma modalidade, um método inclui coletar a fibra em uma região de recepção situada proximal e a jusante da fonte ou fontes da corrente de fluxo, onde a região de recepção projetada para receber a corrente de fluxo distribuída da fonte e formar uma camada úmida pela coleta da fibra.

Description

[001]Esse pedido está sendo depositado como um pedido de Patente Internacional PCT em 28 de janeiro de 2010, no nome de Donaldson Company, Inc., uma sociedade nacional dos EUA, requerente para a designação de todos os países exceto os EUA, e Gupta Hernant, Ph.D. um cidadão americano e Brad E. Kahlbaugh, um cidadão americano, requerentes para a designação dos EUA somente e reivindica a prioridade ao Pedido de Patente U.S. 61/147.861 depositado em 28 de janeiro de 2009 e Pedido de Patente U.S. 12/694.913, depositado em 27 de janeiro de 2010 e Pedido de Patente 12/694.935, depositado em 27 de janeiro de 2010, os conteúdos dos quais são aqui incorporados por referência.

Campo da invenção

[002]O campo da invenção é um meio não tecido compreendendo características controláveis dentro do meio. O termo meio (plural meios) se refere a uma manta feita de fibra tendo estrutura e propriedades físicas variáveis ou controladas. Tais materiais podem ser usados em produtos e processos de filtragem. O campo também se refere a métodos ou processos ou aparelhos para formar o meio ou manta. O termo meio (plural meios) se refere a uma manta feita de fibra tendo estrutura e propriedades físicas variáveis ou controladas.

Precedentes

[003]Mantas ou meios fibrosos não tecidos têm sido fabricados por muitos anos para muitos usos finais incluindo filtragem. Tais materiais não tecidos podem ser feitos por uma variedade de procedimentos incluindo técnicas por via aérea, união por fiação, união por fusão e fabricação de papel. A fabricação de uma coleção amplamente aplicável de meios com aplicações, propriedades ou níveis de desempenho variados usando essas técnicas de fabricação requereu uma ampla faixa de composições de fibra e outros componentes e frequentemente requer múltiplas etapas de processo. A fim de obter uma formação de meios que possa servir para satis- fazer a ampla faixa de usos, um grande número de composições e técnicas de fabricação de múltiplas etapas foi utilizado. Essas complexidades aumentam os custos e reduzem a flexibilidade nas ofertas do produto. Existe uma necessidade substancial em reduzir a complexidade na necessidade por uma variedade de composições de meios e procedimentos de fabricação. Uma meta nessa tecnologia é ser capaz de fazer uma faixa de meios usando um número único ou reduzido de materiais fonte e um número único ou reduzido de etapas de processo.

[004]Meios têm uma variedade de aplicações incluindo a filtragem do líquido e ar, bem como filtragem de poeira e névoa, entre outros tipos de filtragem. Tais meios podem também ser colocados em camadas em estruturas de meios em camadas. As estruturas em camadas podem ter um gradiente que resulta das mudanças de camada para camada. Muitas tentativas na formação dos gradientes em meios fibrosos foram direcionadas para aplicações de filtragem. Entretanto, a tecnologia revelada da técnica anterior desses meios de filtro é frequentemente camadas de mantas de componente único ou múltiplo com propriedades variadas que são simplesmente colocadas umas contra as outras ou costuradas ou de outra forma unidas durante ou depois da formação. A união de camadas diferentes durante ou depois da formação da camada não proporciona um gradiente contínuo útil de propriedades ou materiais. Uma interface discreta e detectável entre as camadas existirá no produto acabado. Em algumas aplicações, é altamente desejável evitar o aumento na resistência do fluxo que é obtida a partir de tais interfaces na formação de um meio fibroso. Por exemplo, na filtragem do particulado líquido ou transportado por ar, a interface (ou interfaces) entre as camadas do elemento de filtro é onde frequentemente se formam o particulado preso e os contaminantes. A formação suficiente de partícula entre as camadas nas interfaces ao invés de dentro dos meios de filtro pode resultar em duração mais curta do filtro.

[005]Outros métodos de fabricação, tais como com agulhas e hidroentrela- çamento podem melhorar a mistura das camadas, mas esses métodos frequentemente resultam em meios de filtro que tipicamente contêm tamanhos de poro maiores, o que resulta em baixas eficiências de remoção para partículas menores do que 20 microns (μ) de diâmetro. Também, estruturas costuradas e hidroentrelaçadas são muitas vezes materiais de peso básico pesado, relativamente grossos, o que limita a quantidade de meios que podem ser usados em um filtro.

Sumário

[006]Uma família multifacetada de mantas não tecidas que podem tomar a forma de meios de filtro, um processo de formação adaptável e uma máquina capaz de fabricar a faixa de mantas ou meios são revelados. As mantas ou meios fibrosos planares podem ter uma primeira superfície e uma segunda superfície definindo uma espessura e uma largura. O meio pode compreender uma região tendo um gradiente. Tal gradiente é formado tendo um meio onde a concentração de uma fibra, uma propriedade, uma característica ou outro componente varia de uma superfície para a próxima superfície ou de borda para borda. A região de gradiente dos meios pode compreender todo o meio ou pode compreender uma região que compreende uma porção dos meios. Os meios são caracterizados pela presença de uma mudança contínua da concentração da fibra dentro da região do gradiente. O meio tem pelo menos uma região compreendendo uma primeira fibra tendo um diâmetro de pelo menos 1 mícron e uma segunda fibra tendo um diâmetro de no máximo 6 mícrons onde a primeira fibra é maior em diâmetro do que a segunda fibra e a segunda fibra varia em concentração na região, tal que a concentração da segunda fibra aumenta através da região em uma direção de uma superfície para a outra superfície. A região pode compreender um gradiente, tal que a composição da fibra nos meios é diferente na região e varia através da região em uma direção de uma superfície para a outra superfície. Tal meio de filtro pode ter uma primeira superfície e uma segunda superfície definindo uma espessura, o meio compreendendo pelo menos uma região na espessura, a região compreendendo uma fibra de poliéster, uma fibra separadora tendo um diâmetro de pelo menos 0,3 mícrons e uma fibra de eficiência tendo um diâmetro de no máximo 15 mícrons onde a fibra de poliéster não varia substancialmente na concentração na região e a fibra separadora varia na concentração na região, tal que a concentração da fibra separadora aumenta através da região em uma direção de uma superfície para a outra superfície.

[007]Tal manta pode compreender fibras tendo diâmetros que podem variar de 1 a 40 mícrons e uma segunda fibra tendo um diâmetro que pode variar de 0,5 mícrons a aproximadamente 6 mícrons. No gradiente da invenção, o gradiente pode existir dentro dos meios e pode variar na dimensão z (isto é) através da espessura dos meios, tal que o gradiente aumenta em qualquer direção. Similarmente, o gradiente pode aumentar na máquina cruzada (isto é) a dimensão x, tal que o gradiente aumenta em qualquer direção. O meio de filtro pode ter uma primeira borda e uma segunda borda definindo uma largura, cada borda paralela à direção de máquina do meio, o meio compreendendo uma primeira região compreendendo uma primeira fibra e uma segunda fibra onde a segunda fibra varia em concentração na primeira região, tal que a concentração da segunda fibra aumenta da primeira borda para a segunda borda.

[008]Os meios são tipicamente caracterizados pela ausência de uma porção do meio que pode adicionar resistência ao fluxo, tal como uma camada de união adesiva ou qualquer outra tal camada de transição entre camadas discretas na formação dos meios. Uma manta não tecida pode também ser feita compreendendo uma estrutura de fibra planar tendo um gradiente.

[009]Os meios da invenção podem ser usados em uma variedade de aplicações com a finalidade de remover os particulados de uma variedade de materiais de fluido incluindo gases ou líquidos. Ademais, o meio filtrado da invenção usado em uma variedade de tipos de elemento de filtro incluindo meios planos, meios dobra- dos, filtros de painel plano, filtros de fiação cilíndrica, filtros dobrados de meios z e outras modalidades onde o gradiente produz propriedades úteis.

[0010]Em uma modalidade da invenção, é descrito um aparelho para a fabricação de uma manta não tecida. O aparelho inclui uma ou mais fontes configuradas para distribuir uma primeira corrente de fluxo de fluido compreendendo uma fibra e uma segunda corrente de fluxo de fluido também compreendendo uma fibra. O aparelho também inclui uma divisão de mistura a jusante da uma ou mais fontes, onde a divisão de mistura posicionada entre a primeira e a segunda correntes de fluxo da uma ou mais fontes. A divisão de mistura define uma ou mais aberturas que permitem a comunicação de fluido entre as duas correntes de fluxo. O aparelho também inclui uma região de recepção situada a jusante da uma ou mais fontes e projetada para receber pelo menos uma corrente de fluxo combinada e formar uma manta não tecida coletando a fibra da corrente de fluxo combinada.

[0011]Em outra modalidade, o aparelho inclui uma primeira fonte configurada para distribuir uma primeira corrente de fluxo de fluido compreendendo uma fibra, uma segunda fonte configurada para distribuir uma segunda corrente de fluxo de fluido também compreendendo uma fibra e uma divisão de mistura a jusante da primeira e segunda fontes. A divisão de mistura é posicionada entre a primeira e a segunda correntes de fluxo e define duas ou mais aberturas na divisão de mistura que permitem a comunicação de fluido e a mistura entre a primeira e a segunda correntes de fluxo. O aparelho inclui uma região de recepção situada a jusante da primeira e segunda fontes e projetada para receber pelo menos uma corrente de fluxo combinada e formar uma manta não tecida pela coleta da corrente de fluxo combinada.

[0012]Em ainda outra modalidade, um aparelho para fabricar uma manta não tecida inclui uma fonte projetada para distribuir uma primeira corrente de fluxo de líquido incluindo uma fibra, uma divisão de mistura a jusante da fonte, a divisão de mistura compreendendo uma ou mais aberturas na divisão de mistura e uma região de recepção situada a jusante da fonte e projetada para receber a corrente de fluxo e formar uma manta não tecida pela coleta da fibra da corrente de fluxo.

[0013]Um método de fabricação de uma manta não tecida usando um aparelho é descrito. O método inclui distribuir uma primeira corrente de fluido de uma primeira fonte, onde a corrente de fluido inclui a fibra. O aparelho tem uma divisão de mistura a jusante da primeira fonte e a divisão de mistura é posicionada entre duas trajetórias de fluxo da primeira fonte. As trajetórias de fluxo são separadas pela divisão de mistura, que define uma ou mais aberturas na divisão de mistura que permitem a comunicação de fluido de pelo menos uma trajetória de fluxo para outra. O método ainda inclui coletar a fibra em uma região de recepção situada próxima e a jusante da fonte. A região de recepção é projetada para receber a corrente de fluxo distribuída da fonte e formar uma camada úmida pela coleta da fibra. Uma etapa adicional do método é a secagem da camada úmida para formar a manta não tecida.

[0014]Em outra modalidade descrita aqui, um método de fabricação de uma manta não tecida inclui fornecer uma guarnição de uma fonte, a guarnição incluindo pelo menos uma primeira fibra e distribuindo uma corrente da guarnição de um aparelho para a fabricação de uma manta não tecida. O aparelho tem uma divisão de mistura a jusante de uma fonte da corrente e a divisão de mistura define pelo menos uma abertura para permitir a passagem de pelo menos uma porção da corrente. O método ainda inclui coletar a fibra que passa através da abertura em uma região de recepção situada a jusante da fonte, coletar o restante da fibra na região de recepção em uma porção a jusante da divisão de mistura e secar a camada úmida para formar a manta não tecida.

Breve descrição dos desenhos

[0015]A figura 1 é uma vista do corte parcial esquemática de uma modalidade de um aparelho para a fabricação de uma manta não tecida.

[0016]A figura 2 é uma vista do corte parcial esquemática de outra modali- dade de um aparelho para a fabricação de uma manta não tecida.

[0017]As figuras 3-8 são vistas superiores de configurações exemplares de uma divisão de mistura.

[0018]A figura 9 é uma vista isométrica de uma divisão de mistura que efetua um gradiente na direção X nos meios.

[0019]A figura 10 é uma vista superior da divisão de mistura da figura 9.

[0020]A figura 11 é uma vista lateral da divisão de mistura da figura 9.

[0021]A figura 12 é uma vista superior de uma divisão de mistura em leque que efetua um gradiente na direção X nos meios.

[0022]As figuras 13-15 são vistas superiores de configurações exemplares adicionais de uma divisão de mistura.

[0023]As figuras 16-19 são gráficos ilustrando o desempenho dos meios com gradiente exemplares.

[0024]As figuras 20-23 são imagens de micrografia eletrônica de varredura (SEM) de mantas não tecidas produzidas com configurações diferentes de divisão de mistura.

[0025]A figura 24 mostra imagens SEM de um corte de uma manta não tecida produzida com uma configuração de divisão de mistura, mostrando regiões diferentes.

[0026]A figura 25 é um gráfico do conteúdo de sódio das regiões do meio da figura 24.

[0027]A figura 26 é uma vista superior de quatro configurações diferentes de divisão da mistura que foram usadas para gerar os meios relacionados com as figuras 25 e 24.

[0028]A figura 27 mostra treze regiões de meios gerados usando uma divisão sólida.

[0029]A figura 28 mostra treze regiões de meios com gradiente gerados usando uma divisão de mistura com aberturas.

[0030]A figura 29 é uma comparação de materiais de gradiente feitos com uma divisão de mistura fendida para um meio laminado convencional de duas camadas e para meios de duas camadas feitos com uma divisão sólida é mostrada na tabela 18.

[0031]As figuras 30 e 31 são informação dos espectros do infravermelho de transformação Fourier (FTIR) para meios com gradiente e meios sem gradiente.

[0032]A figura 32 é imagens de fotomicrografia eletrônica de meios sem gradiente e com gradiente.

[0033]De forma geral, nas figuras 1-32, a dimensão x, a dimensão y e a dimensão z são mostradas, onde relevante.

Descrição detalhada

[0034]Uma manta não tecida é descrita aqui, que pode ser usada como um meio de filtro, onde a manta inclui uma primeira fibra e uma segunda fibra, e onde a manta inclui uma região sobre a qual existe uma variação em alguma composição, morfologia da fibra ou propriedade da manta e pode conter uma região sem gradiente constante. Tais regiões podem ser colocadas a montante ou a jusante. A primeira fibra pode ter um diâmetro de pelo menos 1 mícron e uma segunda fibra tendo um diâmetro de no máximo 5 mícrons. A região pode compreender uma porção da espessura e pode ser 10% da espessura ou mais. Em um exemplo, a concentração da segunda fibra varia através da espessura para a manta. Em outro exemplo, uma concentração da segunda fibra varia através da largura ou comprimento da manta. Tal manta pode ter duas ou mais de uma primeira região constante não tecida ou duas ou mais de uma segunda região de gradiente. O meio pode ter uma segunda região da espessura que compreende uma concentração constante da fibra de poli- éster, da fibra separadora e da fibra de eficiência.

[0035]Muitos outros exemplos de variações em uma propriedade da manta serão ainda descritos aqui. Também são descritos aqui um aparelho e um método para a fabricação de tal manta.

[0036]Em uma modalidade, um meio de filtro tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície definindo uma espessura, o meio compreendendo pelo menos uma região na espessura, a região compreendendo uma fibra de poliéster, uma fibra separadora tendo um diâmetro de pelo menos 0,3 mícrons e uma fibra de eficiência tendo um diâmetro de no máximo 15 mícrons onde a fibra de poliéster não varia substancialmente em concentração na região e a fibra separadora varia em concentração na região, tal que a concentração dos aumentos da fibra separadora através da região em uma direção de uma superfície para a outra superfície pode ser feita. O meio compreende 30 a 85 % em peso de fibra de poliéster, 2 a 45% em peso de fibra separadora e 10 a 70 % em peso de fibra de eficiência. A fibra de poliés- ter pode compreender uma fibra de bicomponente; a fibra separadora pode compreender uma fibra de vidro; a fibra de eficiência pode compreender uma fibra de vidro. A fibra separadora pode compreender uma fibra de poliéster de fase única.

[0037]Em outra modalidade, um meio de filtro pode ser feito tendo uma primeira borda e uma segunda borda definindo uma largura, cada borda paralela à direção de máquina do meio. O meio compreende uma primeira região compreendendo uma primeira fibra e uma segunda fibra onde a segunda fibra varia em concentração na primeira região, tal que a concentração da segunda fibra aumenta da primeira borda para a segunda borda. A largura do meio de filtro pode compreender uma segunda região da espessura que compreende uma concentração constante da primeira fibra e da segunda fibra. O meio de filtro pode ter uma primeira superfície e uma segunda superfície definindo uma espessura, o meio compreendendo uma segunda região compreendendo um gradiente, a segunda região onde a segunda fibra varia em concentração na segunda região, tal que a concentração da segunda fibra aumenta através da região em uma direção de uma superfície para a outra superfí- cie. No meio de filtro, a segunda região pode atravessar uma porção da espessura do meio. No meio de filtro, a primeira fibra tem uma primeira composição de fibra e a segunda fibra pode ter uma segunda composição de fibra diferente da primeira composição de fibra. No meio de filtro, a primeira fibra pode ser de diâmetro maior do que a segunda fibra. No meio de filtro, a região central da largura pode ser feita onde a concentração da segunda fibra é mais alta na região central. No meio de filtro, o meio de filtro inclui uma primeira região de borda adjacente a primeira borda e uma segunda região de borda adjacente a segunda borda, onde a concentração da segunda fibra é mais alta na primeira região de borda do que na segunda região de borda.

I. Necessidade por e vantagens dos meios com gradiente

[0038]Meios fibrosos tendo variações ou gradientes em composições ou características específicas são úteis em muitos contextos. Uma vantagem substancial da tecnologia dessa revelação é a capacidade de produzir uma ampla faixa de propriedades e desempenho nos meios por via úmida de uma única composição de guarnição ou um pequeno conjunto de guarnições. Uma segunda vantagem, porém importante, é a capacidade de produzir esse amplo espectro de produtos usando um processo de formação de meios por via úmida único. Depois de formado, os meios têm excelentes características de desempenho, mesmo sem o processamento adicional ou camadas adicionadas. Como pode ser observado nos dados abaixo, uma única guarnição pode ser usada para produzir uma faixa de eficiências com longas durações de vida do produtor. Essas propriedades surgem nos materiais com gradiente formados no processo por via úmida da invenção. Eficiência variada implica em um tamanho de poro variado que proporciona vantagens. Por exemplo, os meios com um gradiente de tamanho de poro são vantajosos para, entre outras aplicações, a filtragem de particulados. Os gradientes do tamanho do poro na porção a montante de um filtro podem aumentar a duração de um filtro permitindo que os contaminantes depositem através da profundidade dos meios ao invés de entupir as camadas mais a montante ou a interface. Adicionalmente, os meios fibrosos tendo características de gradiente controláveis e previsíveis, por exemplo, como química da fibra, diâmetro da fibra, reticulação ou fusão ou funcionalidade da união, presença do aglutinante ou gomagem, a presença de particulados e assim por diante são vantajosos em muitas aplicações diversas. Tais gradientes proporcionam desempenho otimizado na remoção e armazenamento dos contaminantes quando utilizado nas aplicações de filtragem. Os gradientes dos materiais e seus atributos associados são vantajosos quando fornecidos através da espessura dos meios fibrosos ou através de outra dimensão, tal como largura ou comprimento cruzado da manta de uma folha de meios fibrosos.

II. Descrição de uma modalidade dos meios, aparelho e método para os mesmos

[0039]Com o uso da tecnologia descrita aqui, estruturas de manta projetadas controladas em um não tecido podem ser fabricadas usando os processos por via úmida, nos quais a manta não tecida tem uma região tendo uma mudança controlada em uma fibra, uma propriedade ou outro aspecto de filtragem em uma direção a partir de uma primeira superfície da manta para uma segunda superfície da manta, ou de uma primeira borda da manta para uma segunda borda de uma manta ou ambos. As mantas projetadas podem ser fabricadas usando técnicas por via úmida com uma ou mais regiões de manta convencionais não tecidas ou tecidas em combinação com uma ou mais regiões de manta(s) não tecida(s) de acordo com as modali-dades descritas aqui tendo a mudança projetada nas propriedades do filtro.

[0040]A fim de proporcionar contexto para discussão adicional dos meios, método e aparelho, umas poucas modalidades particulares serão brevemente descritas, com a consciência que muitas modalidades adicionais e diferentes serão descritas mais tarde aqui. Em uma modalidade, tal meio pode ser fabricado usando um aparelho que tem uma primeira corrente de fluxo de fluido e uma segunda corrente de fluxo de fluido, cada corrente de fluxo incluindo pelo menos um tipo de fibra. Um exemplo de tal aparelho é mostrado na figura 1. Nesse exemplo particular, o aparelho 100 inclui uma primeira fonte 102 de uma primeira corrente de fluxo 104 e uma segunda fonte 106 de uma segunda corrente de fluxo 108. O aparelho é projetado e configurado para obter a mistura controlada das duas correntes de fluxo usando uma estrutura de divisão de mistura, chamada uma divisão de mistura 110, que define aberturas 112 através dela. A divisão de mistura pode também ser chamada como uma lamela de mistura.

[0041]A primeira corrente de fluxo 104 flui para uma região de recepção 114 que é posicionada abaixo da divisão de mistura, enquanto a segunda corrente de fluxo flui para uma superfície superior da divisão de mistura 110. Porções da segunda corrente de fluxo passam através das aberturas 112 para a região de recepção 114, de modo que a mistura ocorre entre a primeira corrente de fluxo 104 e a segunda corrente de fluxo 108. Em uma modalidade onde a primeira corrente de fluxo 104 inclui um primeiro tipo de fibra, e a segunda corrente de fluxo 108 inclui um segundo tipo de fibra, a manta não tecida resultante tem uma distribuição de gradiente do segundo tipo de fibra por toda a espessura da manta, onde a concentração do segundo tipo de fibra diminui a partir de uma superfície inferior para uma superfície superior, usando a orientação da manta na figura 1.

[0042]O aparelho da figura 1 pode ser similar a um aparelho do tipo de fabricação de papel em alguns aspectos. Máquinas de fabricar papel na técnica anterior são conhecidas por ter estruturas de divisão que são sólidas e permitem mínima mistura de duas correntes de fluxo. A estrutura de divisão da mistura da invenção é adaptada com aberturas de várias geometrias que cooperam com as pelo menos duas correntes de fluxo para obter um nível desejado e localização da mistura das correntes de fluxo. A divisão de mistura pode ter uma abertura, duas aberturas ou mais aberturas. As formas e as orientações das aberturas da divisão de mistura permitem que uma estrutura de gradiente específica seja atingida na manta, como será discutido em detalhes adicionais aqui.

[0043]Em uma modalidade, os meios se referem a meios compostos não tecidos, por via úmida tendo formabilidade, dureza, força de tração, baixa compressibi- lidade e estabilidade mecânica para propriedades de filtragem; alta capacidade de carregamento de particulado, baixa queda de pressão durante o uso e um tamanho de poro e eficiência adequados para uso na filtragem dos fluidos, por exemplo, gases, névoas ou líquidos. Um meio de filtragem de uma modalidade é por via úmida e é composto de formação aleatoriamente orientada de fibra de meios.

III. Liberdade de um limite da interface

[0044]A manta da fibra que resulta de tal processo usando uma divisão de mistura pode ter uma região sobre a qual existe um gradiente de uma característica da fibra e sobre a qual existe uma mudança na concentração de uma determinada fibra, mas sem ter duas ou mais camadas discretas. Essa região pode ser toda a espessura ou largura do meio ou uma porção da espessura ou largura do meio. A manta pode ter uma região de gradiente, como descrito, e uma região constante tendo mínima mudança na fibra ou características do filtro. A manta de fibra pode ter o gradiente sem as desvantagens do fluxo que estão presentes em outras estruturas que não têm uma interface entre duas ou mais camadas discretas. Em outras estruturas que têm duas ou mais camadas discretas que são unidas, um limite da interface está presente, que pode ser uma camada laminada, um adesivo de laminação ou uma interface de ruptura entre quaisquer duas ou mais camadas. Pelo uso do aparelho de divisão de mistura com aberturas de formação de gradiente em, por exemplo, um processo via úmida, é possível controlar a formação da manta na fabricação dos meios por via úmida e evitar esses tipos de interfaces discretas. Os meios resultantes podem ser relativamente finos enquanto mantendo intensidade mecânica sufici- ente para serem transformados em dobras ou outras estruturas de filtragem.

VI. Definições dos termos chave

[0045]Para a finalidade desse pedido de patente, o termo “manta” se refere a uma estrutura semelhante à folha ou planar tendo uma espessura de aproximadamente 0,05 mm até uma espessura indeterminada ou arbitrariamente maior. Essa dimensão da espessura pode ser de 0,5 a 2 cm, 0,8 mm a 1 cm ou 1 mm a 5 mm. Ademais, para a finalidade desse pedido de patente, o termo “manta” se refere a uma estrutura semelhante à folha ou planar tendo uma largura que pode variar de aproximadamente 2,00 cm a uma largura indeterminada ou arbitrária. O comprimento pode ser um comprimento indeterminado ou arbitrário. Tal manta é flexível, usiná- vel, dobrável e de outra forma capaz de transformação em um elemento de filtro ou estrutura de filtro. A manta pode ter uma região com gradiente e pode também ter uma região constante.

[0046]Para a finalidade dessa revelação, o termo “fibra” indica um grande número de fibras relacionadas de modo composicional tal que todas as fibras se situam dentro de uma faixa de tamanhos de fibra ou características de fibra que são distribuídas (tipicamente em uma distribuição substancialmente normal ou Gaussia- na) ao redor de um tamanho ou característica de fibra média ou mediana.

[0047]Os termos “meios de filtro” ou “meio de filtro”, como esses termos são usados na revelação, se referem a uma camada tendo pelo menos mínima permeabilidade e porosidade, tal que ela é pelo menos minimamente útil como uma estrutura de filtro e não é uma camada substancialmente impermeável, tais como papel convencional, matéria-prima revestida ou papel para impressão fabricado em um processo convencional por via úmida de fabricação de papel.

[0048]Para a finalidade dessa revelação, o termo “gradiente” indica que alguma propriedade de uma manta varia tipicamente na direção x ou z em pelo menos uma região da manta ou na manta. A variação pode ocorrer a partir de uma primeira superfície para uma segunda superfície ou de uma primeira borda para uma segunda borda da manta. O gradiente pode ser um gradiente de propriedade física ou um gradiente de propriedade química. O meio pode ter um gradiente em pelo menos um do grupo consistindo de permeabilidade, tamanho do poro, diâmetro da fibra, comprimento da fibra, eficiência, solidez, capacidade de umedecimento, resistência química e resistência à temperatura. Em tal gradiente, o tamanho da fibra pode variar, a concentração da fibra pode variar ou qualquer outro aspecto composicional pode variar. Ademais, o gradiente pode indicar que alguma propriedade do filtro do meio, tais como tamanho do poro, permeabilidade, solidez e eficiência pode variar da primeira superfície para a segunda superfície. Outro exemplo de um gradiente é uma mudança na concentração de um tipo particular de fibra de uma primeira superfície para uma segunda superfície, ou de uma primeira borda para uma segunda borda. Gradientes de capacidade de umedecimento, resistência química, intensidade mecânica e resistência à temperatura podem ser obtidos onde a manta tem gradientes de concentrações de fibra de fibras com diferentes químicas de fibra. Tal variação na composição ou propriedade pode ocorrer em uma distribuição de gradiente linear ou distribuição de gradiente não linear. Ou a composição ou o gradiente da concentração da fibra na manta ou meio pode mudar em um modo linear ou não linear em qualquer direção no meio, tal como a montante, a jusante, etc.

[0049]O termo “região” indica uma porção arbitrariamente selecionada da manta com uma espessura menor do que a espessura geral da manta, ou com uma largura menor do que a largura geral da manta. Tal região não é definida por qualquer camada, interface ou outra estrutura, mas é arbitrariamente selecionada somente para comparação com regiões similares da fibra, etc., adjacentes ou próximas à região na manta. Nessa revelação, uma região não é uma camada discreta. Exemplos de tais regiões podem ser observados nas figuras 24, 27 e 28. Na região, a primeira e a segunda fibras podem compreender uma combinação de fibras dife- rentes de modo composicional e a região ser caracterizada por um gradiente que é uma porção da espessura do meio.

[0050]O termo “características da fibra” inclui qualquer aspecto de uma fibra incluindo composição, densidade, tratamento de superfície, a organização dos materiais na fibra, a morfologia da fibra incluindo diâmetro, comprimento, relação de aspectos, grau de plissagem, forma transversal, densidade de volume, distribuição do tamanho ou dispersão do tamanho, etc.

[0051]O termo “morfologia da fibra” significa a forma, aparência ou estrutura de uma fibra. Exemplos de morfologias de fibra particulares incluem torcida, plissada, arredondada, semelhante à fita, reta ou espiralada. Por exemplo, uma fibra com uma seção transversal circular tem uma morfologia diferente do que uma fibra com uma forma semelhante à fita.

[0052]O termo “tamanho da fibra” é um subconjunto da morfologia e inclui “relação de aspectos”, a relação do comprimento e diâmetro e “diâmetro” se refere ao diâmetro de uma seção transversal circular de uma fibra ou a uma dimensão transversal mais larga de uma seção transversal não circular de uma fibra.

[0053]Para a finalidade dessa revelação, o termo “divisão de mistura” se refere a uma barreira mecânica que pode separar uma corrente de fluxo de pelo menos uma área de recepção, mas produzir, na divisão, áreas abertas que propiciam um grau controlado de mistura entre a corrente de fluxo e a área de recepção.

[0054]Na divisão de mistura, o termo “fenda” se refere a uma abertura que tem uma primeira dimensão que é significativamente maior do que uma segunda dimensão, tal como um comprimento que é significativamente maior do que uma largura. Para a finalidade dessa revelação, é feito referência a uma “fibra”. É para ser entendido que essa referência se refere a uma fonte de fibra. As fontes de uma fibra são tipicamente produtos de fibra, onde grandes números das fibras têm diâmetro de composição e comprimento ou relação de aspectos similares. Por exemplo, a fibra de bicomponente revelada, fibra de vidro, poliéster e outros tipos de fibra são fornecidos em grande quantidade tendo grandes números de fibras substancialmente similares. Tais fibras são tipicamente dispersas em um líquido, tal como uma fase aquosa, com a finalidade de formação dos meios ou mantas da invenção.

[0055]O termo fibra “de armação” significa, no contexto da invenção, uma fibra em uma concentração substancialmente constante que proporciona intensidade mecânica e estabilidade para o meio. Exemplos de uma fibra de armação são fibra de bicomponente curada ou uma combinação de uma fibra e uma resina em uma camada curada. Em uma modalidade, a fibra de armação compreende uma fibra de bicomponente e ambas a primeira e a segunda fibras compreendem independentemente uma fibra de vidro ou de poliéster. Em outra modalidade, a fibra de armação compreende uma fibra celulósica e a primeira e a segunda fibras compreendem independentemente uma fibra de vidro ou de poliéster.

[0056]O termo fibra “separadora” significa, no contexto dos meios da invenção, uma fibra que pode ser dispersa na fibra de armação do meio, onde a fibra separadora pode formar um gradiente e é maior em diâmetro do que a fibra de eficiência.

[0057]O termo fibra “de eficiência”, no contexto da invenção, significa uma fibra que pode formar um gradiente e, em combinação com a fibra de armação ou a fibra separadora, proporciona eficiência do tamanho do poro para o meio. Os meios da invenção, à parte a fibra de armação, a separadora e a de eficiência, podem ter uma de mais fibras adicionais.

[0058]O termo “composição da fibra” significa a natureza química da fibra e o material ou materiais da fibra, incluindo a organização dos materiais da fibra. Tal natureza pode ser orgânica ou inorgânica. As fibras orgânicas são tipicamente polimé- ricas ou biopoliméricas por natureza. A primeira fibra ou a segunda ou a fibra de armação ou separadora pode ser fibra selecionada de uma fibra compreendendo vi dro, celulose, cânhamo, ábaco, uma poliolefina, um poliéster, um poliamido, um polímero halogenado, um poliuretano ou uma combinação desses. Fibras inorgânicas são feitas de vidro, metais e outros materiais de fonte de carbono não orgânicos.

[0059]O termo “meios de profundidade” ou “meios de carregamento de pro-fundidade” se refere aos meios de filtro nos quais um particulado filtrado é adquirido e mantido por toda a espessura ou dimensão z dos meios de profundidade. Embora um pouco do particulado possa, na realidade, acumular na superfície dos meios de profundidade, a qualidade dos meios de profundidade é a capacidade de acumular e reter o particulado dentro da espessura dos meios de profundidade. Tal meio tipicamente compreende uma região com propriedades de filtragem substanciais. Em muitas aplicações, especialmente essas envolvendo taxas de fluxo relativamente altas, meios de profundidade podem ser usados. Meios de profundidade são geralmente definidos em termos da sua porosidade, densidade ou porcentagem de conteúdo de sólidos. Por exemplo, meios de solidez de 2-3% seriam um emaranhado de fibras de meios de profundidade disposto tal que aproximadamente 2-3% do volume geral compreende materiais fibrosos (sólidos), o restante sendo ar ou espaço de gás. Outro parâmetro útil para a definição dos meios de profundidade é o diâmetro da fibra. Se a solidez porcentual é mantida constante, mas o diâmetro da fibra (tamanho) é reduzido, o tamanho do poro é reduzido; isto é, o filtro se torna mais eficiente e capturará mais efetivamente partículas pequenas. Um filtro de meios de profundidade convencional típico é meios de densidade relativamente constante (ou uniforme), isto é, um sistema no qual a solidez dos meios de profundidade permanece substancialmente constante por toda a sua espessura. No meio de profundidade, a segunda fibra pode aumentar de uma primeira superfície a montante para uma segunda superfície a jusante. Tal meio pode compreender uma região de carregamento e uma região de eficiência.

[0060]Por “substancialmente constante” nesse contexto, é planejado que somente flutuações relativamente menores em uma propriedade, tal como concen-tração ou densidade, se alguma, sejam encontradas por toda a profundidade dos meios. Tais flutuações, por exemplo, podem resultar de uma leve compressão de uma superfície engatada externa, por um recipiente no qual os meios de filtro são posicionados. Tais flutuações, por exemplo, podem resultar do enriquecimento ou esvaziamento pequeno, porém inerente, da fibra na manta causado por variações no processo de fabricação. Em geral, a organização dos meios de profundidade pode ser projetada para proporcionar o carregamento dos materiais particulados substan-cialmente através do seu volume ou profundidade. Assim, tais organizações podem ser projetadas para carregar uma maior quantidade de material particulado, em relação aos sistemas de superfície carregada, quando a duração de vida completa do filtro é alcançada. Entretanto, em geral, a troca para tais organizações tem sido eficiência desde que, para o carregamento substancial, relativamente poucos meios sólidos são desejados. Por exemplo, o meio pode ter uma região que é uma região unida uniforme ou substancialmente constante, de fibra de armação, separadora ou de eficiência. A primeira fibra na região unida é uniforme ou substancialmente constante na concentração.

[0061]Para a finalidade dessa revelação, o termo “meios de superfície” ou “meios de carregamento de superfície” se refere a meios de filtro nos quais o particu- lado está em grande parte acumulado na superfície dos meios de filtro e pouco ou nenhum particulado é encontrado dentro da espessura da camada dos meios. Frequentemente o carregamento de superfície é obtido pelo uso de uma camada de fibra fina formada na superfície para agir como uma barreira à penetração do parti- culado na camada do meio.

[0062]Para a finalidade dessa revelação, o termo “tamanho do poro” se refere aos espaços formados por materiais fibrosos dentro dos meios. O tamanho do poro dos meios pode ser estimado pela revisão de fotografias eletrônicas dos meios. O tamanho médio do poro dos meios pode também ser calculado usando um Porô- metro de Fluxo Capilar tendo o modelo no. APP 1200 AEXSC disponível de Porous Materials Inc. de Ithaca, NY.

[0063]Para a finalidade dessa revelação, o termo “fibra unida” indica que na formação dos meios ou manta da invenção, materiais fibrosos formam uma união com materiais fibrosos adjacentes. Tal união pode ser formada utilizando as propriedades inerentes da fibra, tal como uma camada exterior fusível de uma fibra de bi- componente agindo como um sistema de união. Alternativamente, os materiais fibrosos da manta ou os meios da invenção podem ser unidos usando aglutinantes resinosos separados que são tipicamente fornecidos na forma de uma dispersão aquosa de uma resina do aglutinante. Alternativamente, as fibras da invenção podem também ser reticuladas usando reagentes de reticulação, unidas usando um feixe ele-trônico ou outra radiação energética que pode causar a união de fibra com fibra, através da união em alta temperatura, ou através de qualquer outro processo de união que possa fazer com que as fibras se unam uma fibra na outra.

[0064]“Fibra de bicomponente” significa uma fibra formada de um material termoplástico tendo pelo menos uma porção de fibra com um ponto de fusão e uma segunda porção termoplástica com um ponto de fusão menor. A configuração física dessas porções de fibra é tipicamente em uma estrutura lado a lado ou de revestimento-núcleo. Na estrutura lado a lado, as duas resinas são extrusadas tipicamente em uma forma conectada em uma estrutura lado a lado. Uma pessoa poderia também usar fibras lobuladas onde as pontas têm polímero com menor ponto de fusão. A fibra de bicomponente pode ser 30 a 80 % em peso do meio de filtro.

[0065]Como usado aqui, o termo “fonte” é um ponto de origem, tal como um ponto de origem de uma corrente de fluxo de fluido compreendendo uma fibra. Um exemplo de uma fonte é um bico. Outro exemplo é uma caixa de coleta.

[0066]Uma “caixa de coleta” é um dispositivo configurado para soltar um flu- xo substancialmente uniforme de guarnição através de uma largura. Em alguns casos, a pressão dentro de uma caixa de coleta é mantida por bombas e controles. Por exemplo, uma caixa de coleta almofadada com ar usa um espaço de ar acima da guarnição como um modo de controle da pressão. Em alguns casos, uma caixa de coleta também inclui rolos retificadores, que são cilindros com grandes furos neles, girando lentamente dentro de uma caixa de coleta almofadada com ar para ajudar a distribuir a guarnição. Em caixas de coleta hidráulicas, a redistribuição da guarnição e a dissolução dos flocos são realizadas com bancos de tubos, áreas de expansão e mudanças da direção do fluxo.

[0067]Uma “guarnição” como esse termo é usado aqui é uma combinação de fibras e líquido. Em uma modalidade, o líquido inclui água. Em uma modalidade, o líquido é água e a guarnição é uma guarnição aquosa.

[0068]“Direção de máquina” é a direção que uma manta percorre através de um aparelho, tal como um aparelho que está produzindo a manta. Também, a direção de máquina é a direção da dimensão mais longa de uma manta do material.

[0069]“Direção de manta cruzada” é a direção perpendicular à direção de máquina.

[0070]A “direção x” e a “direção y” definem a largura e o comprimento de uma manta de meios fibrosos, respectivamente e a “direção z” define a espessura ou a profundidade dos meios fibrosos. Como usado aqui, a direção x é idêntica à direção da manta cruzada e a direção y é idêntica à direção de máquina.

[0071]Como o termo é usado aqui, “a jusante” é na direção do fluxo de pelo menos uma corrente de fluxo no aparelho que forma a manta. Quando um primeiro componente é descrito como estando a jusante de um segundo componente aqui, isso significa que pelo menos uma porção do primeiro componente está a jusante da totalidade do segundo componente. Porções do primeiro e do segundo componentes podem sobrepor, mesmo embora o primeiro componente esteja a jusante do segun- do componente.

IV. Descrição detalhada dos meios a. Tipos diferentes de gradiente nos meios

[0072]Um gradiente pode ser gerado em qualquer uma da direção x, direção y ou direção z de uma manta. A estrutura de divisão de mistura particular usada para gerar esses tipos diferentes de gradientes será discutida mais aqui. O gradiente pode também ser gerado em combinações desses planos. O gradiente é efetuado pelo ajuste da distribuição relativa de pelo menos duas fibras. As, pelo menos, duas fibras podem diferir uma da outra por ter uma propriedade física diferente, tais como composição, comprimento, diâmetro, relação de aspectos, morfologia ou combinações desses. Por exemplo, as duas fibras podem diferir no diâmetro tal como para uma primeira fibra de vidro tendo um diâmetro médio de 0,8 mícrons e uma segunda fibra de vidro tendo um diâmetro médio de cinco mícrons.

[0073]As pelo menos duas fibras que formam o gradiente podem diferir uma da outra por ter composições químicas diferentes, tratamentos de cobertura ou ambos. Por exemplo, uma primeira fibra poderia ser uma fibra de vidro enquanto uma segunda fibra é uma fibra celulósica.

[0074]A manta não tecida descrita aqui pode definir um gradiente de, por exemplo, tamanho do poro, densidade de reticulação, permeabilidade, tamanho médio da fibra, densidade do material, solidez, eficiência, mobilidade líquida, capacidade de umedecimento, química da superfície da fibra, química da fibra ou uma combinação deles. A manta pode também ser fabricada para ter um gradiente em proporções dos materiais incluindo fibras, aglutinantes, resinas, particulados, reticulado- res e assim por diante. Embora pelo menos duas fibras tenham sido descritas até agora, muitas modalidades da invenção incluem três, quatro, cinco, seis ou mais tipos de fibras. É possível que a concentração de um segundo, terceiro e quarto tipos de fibra varie através de uma porção da manta.

b. Meio com região com gradiente e região constante

[0075]O meio das modalidades descritas aqui pode ter uma característica de gradiente. Em um aspecto da invenção, o meio pode ter duas ou mais regiões. A primeira região pode compreender uma porção da espessura do meio com um gradiente definido como definido e discutido acima. A outra região pode compreender outra porção da espessura do meio, tendo um gradiente ou características de meios constantes na ausência substancial de qualquer característica de gradiente importante. Tais meios podem ser formados usando o processo e a máquina da invenção com ajustes de máquina, tal que a camada formada da fibra liberada pela máquina forma tais meios com uma primeira região compreendendo meios constantes e uma segunda região compreendendo meios com gradiente. Os meios podem ser fabricados na ausência substancial de uma estrutura laminada e adesivo ou qualquer interface significativa entre as regiões. Nos meios, existe pelo menos aproximadamente 30 pesos% e no máximo aproximadamente 70 pesos% de uma fibra de bicomponen- te e pelo menos aproximadamente 30 pesos% e no máximo aproximadamente 70 pesos% de uma segunda fibra compreendendo uma fibra de poliéster ou de vidro onde a concentração da segunda fibra é formada em um gradiente contínuo que aumenta da primeira superfície para a segunda superfície. Em grande parte, as fibras da região podem ser similares em qualidade ou podem ser substancialmente diferentes. Por exemplo, a região constante pode compreender uma região de fibra celulósica, fibra de poliéster ou fibra sintética celulósica misturada, enquanto a região com gradiente compreende uma fibra de bicomponente ou fibra de vidro ou outras fibras ou misturas de fibras reveladas em outra parte nessa revelação.

[0076]Dependendo dos ajustes da máquina, as regiões são formadas no processo da invenção tipicamente pela formação de uma camada úmida em um fio de formação e depois remoção do líquido que deixa a camada da fibra para secagem adicional e outro processamento. Nos meios secos finais, as regiões podem ter uma variedade de espessuras. Tais meios podem ter uma espessura que varia de aproximadamente 0,3 mm a 5 mm, 0,4 mm a 3 mm, 0,5 mm a 1 mm, pelo menos 0,05 mm ou maior. Tais meios podem ter uma camada da região com gradiente que pode estar em qualquer ponto de aproximadamente 1% a aproximadamente 90% da espessura do meio. Alternativamente, a espessura da camada com gradiente pode compreender de aproximadamente 5% a aproximadamente 95% da espessura dos meios. Ainda outro aspecto do gradiente dos meios da invenção compreende meios onde o gradiente é 10% a 80% da espessura dos meios. Ainda adicionalmente, outra modalidade da invenção compreende meios onde a espessura da camada com gradiente é de aproximadamente 20% a aproximadamente 80% da espessura dos meios em geral. Em modo similar, os meios podem compreender uma região constante onde a região constante é maior do que 1% da espessura dos meios, maior do que 5% da espessura dos meios, maior do que 10% da espessura dos meios ou maior do que 20% da espessura dos meios.

[0077]Em uma modalidade, a concentração de uma fibra no fundo da região com gradiente é pelo menos 10% maior do que a concentração dessa fibra no topo da região com gradiente. Em outra modalidade, a concentração de uma fibra no fundo da região com gradiente é pelo menos 15% maior do que a concentração dessa fibra no topo da região com gradiente. Em outra modalidade, a concentração de uma fibra no fundo da região com gradiente é pelo menos 20% maior do que a concentração dessa fibra no topo da região com gradiente.

[0078]Ter uma região constante e uma região com gradiente nos meios pode servir a várias funções. Em uma modalidade, a camada com gradiente pode agir como uma camada a montante inicial prendendo uma pequena partícula que leva a aumentar a duração de vida para os meios. Ainda outra modalidade da invenção envolve meios onde a região constante é a camada a montante tendo uma característica de filtro projetada para operar eficientemente com um tamanho específico de partícula. Em tal modalidade, a região constante pode então remover quantidades substanciais de um determinado tamanho de partícula dos meios deixando os meios com gradiente para agir como uma reserva removendo outros tamanhos de partícula levando a um aumento da duração de vida do filtro. Como pode ser observado, o uso de uma camada constante e uma região com gradiente pode ser projetado para a finalidade de filtragem de tipos específicos de partícula de uma camada de fluido específica em uma variedade de aplicações diferentes.

c. Exemplos de fibra

[0079]As fibras podem ser de uma variedade de composições, diâmetros e relações de aspecto. Os conceitos descritos aqui para formar um gradiente em uma manta não tecida são independentes da matéria-prima da fibra particular usada para criar a manta. Para a identidade composicional da fibra, o versado pode julgar qualquer número de fibras úteis. Tais fibras são normalmente processadas de produtos orgânicos ou inorgânicos. As exigências da aplicação específica para o gradiente podem tornar uma escolha de fibras, ou combinação de fibras, mais adequada. As fibras dos meios com gradiente podem compreender bicomponente, vidro, celulose, cânhamo, ábaco, uma poliolefina, poliéster, um poliamido, um polímero halogenado, poliuretano, acrílico ou uma combinação deles.

[0080]Combinações de fibras incluindo combinações de fibras sintéticas e naturais e fibras tratadas e não tratadas, podem ser usadas adequadamente no compósito.

[0081]Celulose, fibra celulósica ou fibra de celulose/sintética misturada pode ser um componente básico do meio composto. A fibra celulósica pode ser uma camada separada ou pode ser a fibra de armação ou a fibra separadora e pode ter um diâmetro de pelo menos aproximadamente 20 mícrons e no máximo aproximadamente 30 mícrons. Embora disponíveis de outras fontes, as fibras celulósicas são derivadas primariamente de polpa de madeira. Fibras de polpa de madeira adequa- das para uso da invenção podem ser obtidas de processos químicos bem conhecidos, tais como os processos Kraft e de sulfito, com ou sem branqueamento subsequente. Fibras de polpa podem também ser processadas por métodos termomecâni- cos, quimiotermomecânicos ou combinações deles. A fibra de polpa preferida é produzida por métodos químicos. Fibras de madeira triturada, fibras de polpa de madeira reciclada ou secundária e fibras de polpa de madeira branqueada e não branqueada podem ser usadas. Madeiras moles e madeiras de lei podem ser usadas. Detalhes da seleção das fibras de polpa de madeira são bem conhecidos para aqueles versados na técnica. Essas fibras estão comercialmente disponíveis de várias com-panhias. As fibras de polpa de madeira podem também ser pré-tratadas antes do uso na presente invenção. Esse pré-tratamento pode incluir tratamento físico ou químico, tais como combinação com outros tipos de fibra, sujeição das fibras ao vapor, ou tratamento químico, por exemplo, reticulação das fibras de celulose usando qualquer um de uma variedade de agentes de reticulação. A reticulação aumenta o volume da fibra e a resiliência.

[0082]Fibras sintéticas incluindo fibras poliméricas, tais como poliolefina, po- liamida, poliéster, cloreto de polivinila, álcool polivinílico (de vários graus de hidrólise), fibras de acetato de polivinila podem também ser usadas no compósito. Fibras sintéticas adequadas incluem, por exemplo, tereftalato de polietileno, polietileno, po- lipropileno, náilon e fibras de raiom. Outras fibras sintéticas adequadas incluem essas feitas de polímeros termoplásticos, celulósicos e outras fibras revestidas com polímeros termoplásticos e fibras de múltiplos componentes, nas quais pelo menos um dos componentes inclui um polímero termoplástico. Fibras de componente único e múltiplo podem ser fabricadas de poliéster, polietileno, polipropileno e outros materiais fibrosos termoplásticos convencionais.

[0083]Embora não devam ser interpretados como uma limitação, exemplos de fibras de pré-tratamento incluem a aplicação de tensoativos ou outros líquidos que modificam a química de superfície das fibras. Outros pré-tratamentos incluem a incorporação de antimicrobianos, pigmentos, corantes e meios de adensamento ou amolecimento. Fibras pré-tratadas com outras substâncias químicas, tal como resinas termoplásticas e termorrígidas, também podem ser usadas. Combinações de pré-tratamentos também podem ser utilizadas. Tratamentos similares podem também ser aplicados depois da formação do compósito nos processos de pós- tratamento.

[0084]Meios de fibra de vidro e meios de fibra de bicomponente que podem ser usados como fibra da manta são revelados na Patente U.S. 7.309.372, emitida em 18 de dezembro de 2007, que é incorporada aqui por referência na sua íntegra. Exemplos adicionais de meios de fibra de vidro e meios de fibra de bicomponente que podem ser usados como fibra da manta são revelados no Pedido de Patente Publicado U.S. 2006/0096932, publicado em 11 de maio de 2006, que é também incorporado aqui por referência na sua íntegra.

[0085]Uma proporção substancial de fibra de vidro pode ser usada na fabricação das mantas descritas aqui. A fibra de vidro pode compreender aproximadamente 30 a 70 % em peso do meio. A fibra de vidro proporciona controle de tamanho do poro e se associa com as outras fibras nos meios para obter meios de taxa de fluxo substancial, alta capacidade, eficiência substancial e alta resistência a úmido. O termo ‘fonte’ de fibra de vidro significa um produto de fibra de vidro de um grande número de fibras de uma composição definida caracterizada por um diâmetro e comprimento médios ou relação de aspectos que fica disponível como um material bruto distinto. Fontes de fibra de vidro adequadas, por exemplo, estão comercialmente disponíveis de Lauscha Fiber International, tendo a localização em Summerville, Carolina do Sul, USA, como B50R tendo um diâmetro de 5 mícrons, B010F tendo um diâmetro de 1 mícron ou B08F tendo um diâmetro de 0,8 mícrons. Fibras similares estão disponíveis de outros fornecedores.

[0086]“Fibra de bicomponente” significa uma fibra formada de um material termoplástico tendo pelo menos uma porção de fibra com um ponto de fusão e uma segunda porção termoplástica com um ponto de fusão menor. A configuração física dessas porções de fibra é tipicamente em uma estrutura lado a lado ou de revestimento-núcleo. Na estrutura lado a lado, as duas resinas são tipicamente extrusadas em uma forma conectada em uma estrutura lado a lado. Em uma estrutura de revestimento-núcleo, o material com o menor ponto de fusão forma o revestimento. Também é possível usar, da mesma maneira, fibras onde as pontas têm um polímero de menor ponto de fusão.

[0087]Os polímeros de fibras de bicomponente (revestimento/núcleo ou lado a lado) podem ser compostos de materiais termoplásticos diferentes, tais como, por exemplo, fibras de bicomponente de poliolefina/poliéster (revestimento/núcleo), com o que a poliolefina, por exemplo, revestimento de polietileno, derrete em uma temperatura menor do que o núcleo, por exemplo, poliéster. Polímeros termoplásticos típicos incluem poliolefinas, por exemplo, polietileno, polipropileno, polibutileno e seus copolímeros, e poliésteres tal como tereftalato de polietileno. Um exemplo particular é uma fibra de bicomponente de poliéster conhecida como 271P disponível de DuPont. Outras fibras incluem FIT 201 disponível de Fiber Innovation Technology de Johnson City, Tennessee, Kuraray N720 disponível de Kuraray Co., Ltd. do Japão e Unitika 4080 disponível de Unitika do Japão e materiais similares. Outras fibras in-cluem acetato de polivinila, acetato de cloreto de polivinila, butiral de polivinila, resinas acrílicas, por exemplo, poliacrilato e polimetilacrilato, polimetilmetacrilato, polia- midas, a saber náilon, cloreto de polivinila, cloreto de polivinilideno, poliestireno, álcool polivinílico, poliuretanos, resinas celulósicas, a saber nitrato celulósico, acetato celulósico, butirato de acetato celulósico, etilcelulose, etc., copolímeros de qualquer um dos materiais acima, por exemplo, copolímeros de etileno-acetato de vinilo, co- polímeros de etileno-ácido acrílico, copolímeros de estireno-bloco de butadieno, bor- rachas Kraton e assim por diante. A primeira fibra ou a fibra de armação pode compreender uma fibra de bicomponente compreendendo um núcleo e uma parte externa, cada um independentemente compreendendo um poliéster ou uma poliolefina.

[0088]Todos esses polímeros demonstram a característica da reticulação do revestimento com a conclusão da primeira fusão. Isso é importante para aplicações com líquido onde a temperatura de aplicação fica tipicamente acima da temperatura de fusão do revestimento.

[0089]Meios não tecidos podem conter fibras secundárias feitas de várias fibras hidrófilas, hidrofóbicas, oleófilas e oleofóbicas, igualmente. Essas fibras cooperam com outras fibras para formar um meio de filtragem permeável, mecanicamente estável, porém forte, que pode suportar o esforço mecânico da passagem dos materiais de fluido e pode manter o carregamento do particulado durante o uso. Fibras secundárias são tipicamente fibras de monocomponente com um diâmetro que pode variar de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 50 mícrons e podem ser feitas de uma variedade de materiais incluindo algodão de ocorrência natural, linho, lã, várias fibras naturais celulósicas e protéicas, fibras sintéticas incluindo raiom, acrílico, aramida, náilon, poliolefina, fibras de poliéster. Um tipo de fibra secundária é uma fibra de aglutinante que coopera com outros componentes para unir os materiais em uma folha. Outro tipo de fibra secundária é uma fibra estrutural que coopera com outros componentes para aumentar a força de tração e de arrebentamento dos materiais em condições secas e úmidas. Adicionalmente, a fibra do aglutinante pode incluir fibras feitas de tais polímeros como PTFE, cloreto de polivinila, álcool poliviní- lico. Fibras secundárias podem também incluir fibras inorgânicas tais como carbo- no/fibra de grafita, fibra de metal, fibra cerâmica e combinações dessas. Fibras condutoras (por exemplo) fibras de carbono ou fibras de metal incluindo alumínio, aço inoxidável, cobre, etc. podem produzir um gradiente elétrico nos meios. Devido aos desafios ambientais e de fabricação, uma fibra que é química e mecanicamente es- tável durante a fabricação e uso é preferida. Qualquer de tais fibras pode compreender uma combinação de fibras de diâmetros diferentes.

d. Opções da resina do aglutinante

[0090]Resinas do aglutinante podem ser usadas para ajudar a unir as fibras de armação e outras, tipicamente na ausência da fibra de bicomponente, tais como uma fibra celulósica, de poliéster ou de vidro, em meios mecanicamente estáveis. Tais materiais da resina do aglutinante podem ser usados como um pó seco ou sistema de solvente, mas são tipicamente dispersões aquosas (um látex ou uma de uma série de treliças) de resinas termoplásticas de vinilo. A resina usada como aglutinante pode ser na forma de polímero solúvel ou dispersível em água adicionado diretamente na dispersão de fabricação dos meios ou na forma de fibras do agluti-nante termoplástico do material de resina misturado com as fibras de aramida e vidro a serem ativadas como um aglutinante pelo calor aplicado depois que os meios são formados. Resinas incluem material celulósico, materiais de acetato de vinilo, resinas de cloreto de vinilo, resinas de álcool polivinílico, resinas de acetato de poli- vinila, resinas de acetil de polivinila, resinas acrílicas, resinas metacrílicas, resinas de poliamida, resinas de copolímero de polietileno acetato de vinil, resinas termorrí- gidas tais como fenol de uréia, formaldeído de uréia, melamina, epóxi, poliuretano, resinas de poliéster insaturado curável, resinas poliaromáticas, resinas de resorcinol e resinas de elastômero similares. Os materiais preferidos para o polímero do agluti-nante solúvel ou dispersível em água são resinas termorrígidas solúveis em água ou dispersíveis em água, tais como resinas acrílicas, resinas metacrílicas, resinas de poliamida, resinas de epóxi, resinas fenólicas, poliuréias, poliuretanos, resinas de formaldeído de melamina, resinas de poliésteres e alquídicas, geralmente, e especificamente, resinas acrílicas solúveis em água, resinas metacrílicas, resinas de poli- amida que estão em uso comum na indústria de fabricação dos meios. Tais resinas do aglutinante tipicamente revestem a fibra e aderem fibra com fibra na matriz final não tecida. Resina suficiente pode ser adicionada em uma guarnição para revestir totalmente a fibra sem causar uma película excedente nos poros formados na folha, meios ou material de filtro. A resina pode ser um elastômero, uma resina termorrígi- da, um gel, uma conta, um pélete, um floco, uma partícula ou uma nanoestrutura e pode ser adicionada na guarnição durante a fabricação dos meios ou pode ser aplicada nos meios depois da formação.

[0091]Um aglutinante de látex usado para unir a manta de fibra não tecida tridimensional em cada estrutura não tecida ou usado como o adesivo adicional, pode ser selecionado de vários adesivos de látex conhecidos na técnica. O versado pode selecionar o adesivo de látex particular dependendo do tipo das fibras celulósicas que devem ser unidas. O adesivo de látex pode ser aplicado por técnicas conhecidas tais como pulverização ou formação de bolhas. De forma geral, adesivos de látex inicialmente tendo de 15 a 25% de sólidos são usados. A dispersão pode ser feita pela dispersão das fibras e depois adição do material do aglutinante ou dispersão do material do aglutinante e depois adição das fibras. A dispersão pode também ser feita pela combinação de uma dispersão de fibras com uma dispersão do material do aglutinante. A concentração das fibras totais na dispersão pode variar de 0,01 a 5 ou 0,005 a 2 % em peso com base no peso total da dispersão. A concentração do material do aglutinante na dispersão pode variar de 10 a 50 % em peso com base no peso total das fibras. Gomagem, enchimentos, cores, auxiliares de retenção, fibras recicladas de fontes alternativas, aglutinantes, adesivos, reticuladores, partículas, agentes antimicrobianos, fibras, resinas, partículas, materiais orgânicos ou inorgânicos com molécula pequena ou qualquer mistura desses pode ser incluída na dispersão.

e. Coberturas para a união seletiva

[0092]Uma cobertura ou elemento para a união seletiva se refere a uma metade que une seletivamente um material parceiro. Tais coberturas ou elementos são úteis para prender ou capturar seletivamente um material parceiro alvo em uma fibra.

[0093]Exemplos de metades úteis como tal cobertura ou elemento incluem espécies moleculares bioquímicas, químicas inorgânicas ou químicas orgânicas e podem ser derivadas por métodos naturais, sintéticos ou recombinantes. Tais metades incluem, por exemplo, absorventes, adsorventes, polímeros, celulósicos e ma- cromoléculas, tais como polipeptídeos, ácidos nucléicos, carboidrato e lipídeo. Tal cobertura pode também compreender uma cobertura química reativa que pode reagir com componentes, solúvel ou insolúvel em uma corrente de fluido durante o processamento do filtro. Tais coberturas podem compreender ambos os materiais de cobertura polimérica e de pequena molécula ou grande molécula. Tal cobertura pode ser depositada sobre ou aderida aos componentes de fibra a fim de realizar reações químicas na superfície da fibra.

[0094]Outras tais coberturas ou elementos que podem ser presos em uma fibra e que exibem a união seletiva em um material parceiro alvo são conhecidos na técnica e podem ser utilizados no dispositivo, aparelho ou métodos da invenção dados os ensinamentos e a orientação providos aqui.

f. Particulado quimicamente reativo

[0095]Um particulado quimicamente reativo pode ser disperso nos meio das modalidades descritas aqui.

[0096]O particulado da invenção pode ser feito de ambos materiais orgânicos e inorgânicos e híbridos. Os particulares podem incluir partículas de carbono, tais como carbono ativado, resinas de troca iônica/contas, partículas de zeólito, terra diatomácea, partículas de alumina, tal como alumina ativada, partículas poliméricas incluindo, por exemplo, monômero de estireno e partículas absorventes, tal como partículas superabsorventes comercialmente disponíveis. Particulados orgânicos podem ser feitos de copolímeros de poliestireno ou estireno expandidos ou de outra forma, náilon ou copolímeros de náilon, polímeros de poliolefina incluindo polietileno, polipropileno, etileno, copolímeros de olefina, copolímeros de propileno olefina, polímeros e copolímeros acrílicos incluindo polimetilmetacrilato e poliacrilonitrilo. Ademais, o particulado pode compreender materiais celulósicos e contas derivadas de celulose. Tais contas podem ser fabricadas a partir de celulose ou de derivados de celulose, tais como metilcelulose, etilcelulose, hidroximetiletilcelulose, hidroxietilcelu- lose e outros. Ademais, os particulados podem compreender uma terra diatomácea, zeólito, talco, argila, silicato, bióxido de silício fundido, contas de vidro, contas cerâmicas, particulados de metal, óxidos de metal, etc. O particulado da invenção pode também compreender um absorvente reativo ou estrutura semelhante à fibra adsor- vente tendo um comprimento e diâmetro predeterminados. Outros exemplos de aditivos são partículas tendo uma cobertura reativa.

[0097]As partículas podem ficar em camadas diferentes dentro do emaranhado fibroso. Particulados, fibras, resinas ou qualquer mistura desses que ajudam nas propriedades finais dos meios de gradiente podem ser adicionados na dispersão em qualquer momento durante o processo de fabricação ou acabamento dos meios com gradiente.

e. Aditivos

[0098]Aditivos de gomagem, enchimentos, cores, auxiliares de retenção, fibras recicladas de fontes alternativas, aglutinantes, adesivos, reticuladores, partículas ou agentes anti-microbianos podem ser adicionados na dispersão aquosa.

f. Falta das estruturas de interface nos meios

[0099]Na técnica anterior, certas estruturas foram fabricadas pela formação de uma primeira camada separadamente de uma segunda camada e depois combinando as camadas, resultando em uma mudança gradual nas características dos meios através da espessura dos meios resultantes. Tal combinação envolve tipicamente a formação de uma interface entre as camadas. Tal interface inclui algumas vezes uma zona entre as camadas caracterizada por fibra esmagada, tal que as fibras não estão mais no mesmo estado físico como as folhas laminadas separadas como as folhas antes da laminação. Outras interfaces contêm um adesivo unindo as camadas. Em muitas das modalidades da manta não tecida descrita aqui, tais efeitos da interface incluindo a interface da camada esmagada e a interface da camada adesiva estão ausentes da manta não tecida.

[00100]Uma modalidade dos meios descritos aqui é caracterizada pela ausência de qualquer limite ou barreira, tal como na direção x, direção y e direção z dentro de uma manta fibrosa.

V. Descrição detalhada do método e aparelho

[00101] Uma vantagem substancial da tecnologia da invenção é obter uma formação de meios com uma faixa de propriedades úteis usando uma ou um conjunto limitado de guarnições e um processo por via úmida de etapa única.

a. Processo

[00102]Em uma modalidade, essa invenção utiliza um processo por via úmida de passagem única para gerar um gradiente dentro das dimensões de um emaranhado fibroso. Por uma passagem única, é planejado que a mistura das fibras na região e o depósito da guarnição ou guarnições misturadas ocorram somente uma vez durante uma passagem da produção para produzir os meios com gradiente. Nenhum processamento adicional é feito para acentuar o gradiente. O processo de passagem única usando o aparelho da divisão de mistura proporciona meios com gradiente sem uma interface discernível ou detectável dentro dos meios. O gradiente dentro dos meios pode ser definido do topo para a base ou através da espessura dos meios. Alternativamente o, além disso, um gradiente dentro dos meios pode ser definido através de uma dimensão de comprimento ou largura dos meios.

[00103]Em uma modalidade, um método de fabricação de uma manta não tecida inclui distribuir uma primeira corrente de fluido de uma primeira fonte, onde a corrente de fluido inclui a fibra. Um aparelho usado nesse método tem uma divisão de mistura a jusante da primeira fonte e a divisão de mistura é posicionada entre duas trajetórias de fluxo da primeira fonte. As trajetórias de fluxo são separadas pela divisão de mistura, que define uma ou mais aberturas na divisão de mistura que permitem a comunicação de fluido de pelo menos uma trajetória de fluxo para a outra. O método ainda inclui coletar a fibra em uma região de recepção situada próxima e a jusante da fonte. A região de recepção é projetada para receber a corrente de fluxo distribuída da fonte e formar uma camada úmida pela coleta da fibra. Uma etapa adicional do método é secar a camada úmida para formar a manta não tecida.

[00104]Em outra modalidade, um método de fabricação de uma manta não tecida inclui fornecer uma guarnição de uma fonte, a guarnição incluindo pelo menos uma primeira fibra e distribuir uma corrente da guarnição de um aparelho para fabricar uma manta não tecida. O aparelho tem uma divisão de mistura a jusante de uma fonte da corrente e a divisão de mistura define pelo menos uma abertura para permitir a passagem de pelo menos uma porção da corrente. O método ainda inclui coletar a fibra passando através da abertura em uma região de recepção situada a jusante da fonte, coletar o restante da fibra na região de recepção em uma porção a jusante da divisão de mistura e secar a camada úmida para formar a manta não tecida.

b. Princípios gerais da divisão de mistura

[00105]Em uma modalidade, a divisão de mistura é usada no contexto de uma máquina de papel modificada, tal como uma máquina de fabricar papel inclinada ou outras máquinas que serão ainda discutidas aqui. A divisão de mistura pode ser posicionada em um plano horizontal ou em uma inclinação descendente ou ascendente. Guarnições deixando as fontes na máquina prosseguem para uma zona de formação ou região de recepção. As guarnições são pelo menos inicialmente separadas pela divisão de mistura. A divisão de mistura da invenção tem fendas ou aberturas na sua superfície.

[00106]Os meios com gradiente que são formados usando o aparelho da divisão de mistura da invenção são o resultado da mistura regional e controlada das guarnições fornecidas das fontes na transição. Existem muitas opções diferentes para o projeto da divisão de mistura. Por exemplo, aberturas maiores ou mais frequentes no início da divisão da mistura resultarão em mais mistura quando as guarnições retêm a maior parte da água. Aberturas maiores ou mais frequentes no fim da divisão da mistura resultarão na mistura depois que mais líquido foi removido. Dependendo dos materiais presentes nas guarnições e das propriedades finais desejadas, mais mistura nos estágios precoces do processo de formação do meio ou mais mistura de fibras posteriormente no processo de formação do meio pode proporcionar vantagens na construção final dos meios fibrosos com gradiente.

[00107]Quando mais do que duas guarnições são utilizadas usando o aparelho e métodos da invenção, então três ou mais gradientes de fibra podem ser formados. Ademais, uma ou mais do que uma divisão de mistura pode ser utilizada. Será verificado que a mistura pode ser variada através da manta durante a formação do meio selecionando um padrão de aberturas na divisão de mistura que varia através da manta. Será verificado que a máquina e a divisão de mistura da invenção oferecem essa variabilidade e controle com facilidade e eficiência. Será verificado que meios com gradiente serão formados em uma passagem ou aplicação sobre a divisão de mistura. Será verificado que materiais com gradiente, por exemplo, meios fibrosos não tendo interfaces discretas discerníveis, mas tendo propriedades químicas ou físicas controláveis, podem ser formados usando o aparelho e métodos da invenção. Será verificado que a concentração ou razão de, por exemplo, tamanhos variáveis de fibra, proporciona uma densidade crescente ou decrescente dos poros por todos os meios com gradiente específico. Os meios fibrosos assim formados podem ser utilizados vantajosamente em uma ampla variedade de aplicações.

[00108]Em uma modalidade, a divisão de mistura é utilizada em um aparelho para fabricar uma manta não tecida, onde o aparelho inclui uma ou mais fontes configuradas para distribuir uma primeira corrente de fluxo de fluido incluindo uma fibra e uma segunda corrente de fluxo de fluido também incluindo uma fibra. A divisão de mistura é posicionada a jusante da uma ou mais fontes e entre a primeira e a segunda correntes de fluxo. A divisão de mistura define uma ou mais aberturas que permitem a comunicação de fluido entre as duas correntes de fluxo. O aparelho também inclui uma região de recepção situada a jusante da uma ou mais fontes e projetada para receber pelo menos uma corrente de fluxo combinada e formar uma manta não tecida pela coleta da fibra da corrente de fluxo combinada.

[00109]Em outra modalidade, a divisão de mistura é incluída em um aparelho que inclui uma primeira fonte configurada para distribuir uma primeira corrente de fluxo de fluido incluindo uma fibra e uma segunda fonte configurada para distribuir uma segunda corrente de fluxo de fluido também incluindo uma fibra. A divisão de mistura é a jusante da primeira e da segunda fontes, é posicionada entre a primeira e a segunda correntes de fluxo e define duas ou mais aberturas na divisão de mistura que permitem a comunicação de fluido e a mistura entre a primeira e a segunda correntes de fluxo. O aparelho também inclui uma região de recepção situada a jusante da primeira e da segunda fontes e projetada para receber pelo menos uma corrente de fluxo combinada e formar uma manta não tecida pela coleta da corrente de fluxo combinada.

[00110]Em ainda outra modalidade, um aparelho para fabricar uma manta não tecida inclui uma fonte projetada para distribuir uma primeira corrente de fluxo líquido incluindo uma fibra, uma divisão de mistura a jusante da fonte, a divisão de mistura compreendendo uma ou mais aberturas na divisão de mistura e uma região de recepção situada a jusante da fonte e projetada para receber a corrente de fluxo e formar uma manta não tecida pela coleta da fibra da corrente de fluxo.Modalidades específicas adicionais serão descritas aqui.

c. Modalidade com duas correntes de fluxo (figura 1)

[00111]Como previamente discutido, a figura 1 mostra um corte esquemático através de um aparelho ou máquina de fabricar papel inclinada modificada 100 com duas fontes 102, 106 e uma divisão de mistura 110. Uma modalidade de aparelho diferente será discutida com relação à figura 2, que é um esquemático de uma máquina de fabricar papel inclinada modificada 200 com uma fonte.

[00112]As fontes 102, 106 podem ser configuradas como caixas de coleta. Uma caixa de coleta é um dispositivo configurado para soltar um fluxo substancialmente uniforme de guarnição através de uma largura.

[00113]A divisão de mistura pode ser projetada para se estender por uma seção de escoamento inteira da máquina e se conectar em trilhos laterais da máquina. A divisão de mistura pode se estender através de toda a largura da região de recepção.

[00114]A máquina de fabricar papel inclinada da figura 1 inclui dois tubos de alimentação 115, 116 que transportam as correntes de fluxo 104, 108 para longe das fontes 102, 106. A figura 1 mostra duas fontes posicionadas uma em cima da outra. Entretanto, o aparelho 100 pode incluir uma, duas, três ou mais fontes empilhadas, fontes alimentando em outras fontes, fontes escalonadas na direção de máquina na extremidade distal da divisão de mistura e fontes escalonadas na direção cruzada da manta na extremidade distal da divisão de mistura. No caso de uma disposição de fonte única, uma fonte pode conter divisões internas onde as guarnições podem ser segregadas a fim de produzir duas correntes de fluxo.

[00115]Os tubos de alimentação 115, 116 podem ser inclinados um pouco para ajudar no movimento das correntes de fluxo. Na modalidade da figura 1, os tubos de alimentação 115, 116 são inclinados para baixo. A divisão de mistura 110 está presente na extremidade distal do tubo de alimentação superior 116. A divisão de mistura pode ser inclinada para baixo ou para cima dependendo dos meios com gradiente sendo produzidos. A divisão de mistura 110 define aberturas 112, que serão ainda descritas aqui. A divisão de mistura tem uma extremidade proximal 122 mais próxima das fontes e uma extremidade distal 124 distante das fontes.

[00116]Na modalidade da figura 1, as aberturas 112 são definidas na porção da divisão de mistura 110 que fica acima do guia de fio 118. Entretanto, em outras modalidades, a divisão de mistura define aberturas em uma porção mais a montante do aparelho, tal como entre as duas correntes de fluxo 115, 116.

[00117]Em uma extremidade distal do tubo de alimentação inferior 115, a primeira corrente de fluxo 104 é transportada em um guia de fio 118 que é enrolado nos roletes (não mostrados) que são conhecidos na técnica. No guia de fio, a guarnição da primeira corrente de fluxo 104 se move para a região de recepção 114. Um pouco da guarnição da segunda corrente de fluxo 108 desce através das aberturas 112 como permitido pelas dimensões das aberturas 112, para a região de recepção 114. Como resultado, a segunda corrente de fluxo 108 mistura e combina com a primeira corrente de fluxo 104 na região de recepção 114.

[00118]As dimensões e as posições das aberturas da divisão de mistura 112 terão um grande efeito na ajustagem e nível de mistura da primeira e da segunda correntes de fluxo. Em uma modalidade, uma primeira porção da segunda corrente de fluxo 108 passará através de uma primeira abertura, e uma segunda porção da segunda corrente de fluxo passará através da segunda abertura e uma terceira porção da segunda corrente de fluxo passará através da terceira abertura e assim por diante, com qualquer porção restante da segunda corrente de fluxo passando sobre a extremidade distal 124 da divisão de mistura e para a região de recepção 114.

[00119]A primeira e a segunda guarnições que são suficientemente diluídas facilitam a mistura das fibras das duas correntes de fluxo na porção de mistura da região de recepção. Na guarnição, a fibra é dispersa no fluido, tal como água, e adi- tivos. Em uma modalidade, uma ou ambas das guarnições é uma guarnição aquosa. Em uma modalidade a porcentagem de peso (peso%) da fibra em uma guarnição pode ficar na faixa de aproximadamente 0,01 a 1 peso%. Em uma modalidade o percentual em peso da fibra em uma guarnição pode ficar em uma faixa de aproximadamente 0,01 a 0,1% em peso. Em uma modalidade o peso % da fibra em uma guarnição pode ficar em uma faixa de aproximadamente 0,03 a 0,09% em peso. Em uma modalidade o peso % da fibra em uma solução aquosa pode ficar em uma faixa de 0,02 a 0,05% em peso. Em uma modalidade, pelo menos uma das correntes de fluxo é uma guarnição tendo uma concentração de fibra menor do que aproximadamente 20 gramas de fibra por litro.

[00120]Água ou outros solventes e aditivos são coletados nas caixas de escoamento 130 sob a região de recepção 114. A coleta da água e solventes 132 pode ser auxiliada pela gravidade, extração a vácuo ou outro modo de secagem para extrair os fluidos excedentes da região de recepção. A mistura e a combinação adicionais das fibras podem ocorrer dependendo do dispositivo de coleta do fluido, tal como vácuo, aplicado nas caixas de escoamento 130. Por exemplo, um nível mais forte de extração a vácuo dos fluidos da região de recepção pode tornar mais provável que os meios tenham diferenças entre os dois lados, o que é também chamado como duas lateralidades. Também, nas áreas onde o grau de remoção da água é re-duzido, tal como pelo fechamento ou vedação seletiva das caixas de escoamento, isso resultará na mistura aumentada das duas correntes de fluxo. A contrapressão pode até mesmo ser gerada que faz com que a guarnição da primeira corrente de fluxo 104 passe ascendentemente através das aberturas 112 na divisão de mistura e misture em um maior grau com a segunda corrente de fluxo 108.

[00121]A máquina de fabricar papel inclinada modificada 100 pode incluir um invólucro superior 152 ou uma configuração aberta (não mostrada).

[00122]As fontes 102, 106 e os tubos de alimentação 115, 116 podem todos ser uma parte de uma máquina hidroformadora 154, tal como uma máquina Deltaformer™ (disponível de Glens Falls Interweb, Inc. de South Glens Falls, NY), que é uma máquina projetada para transformar pastas fluidas de fibra muito diluídas em meios fibrosos.

d. Processo com fonte única & divisão de mistura semelhante a uma peneira (figura 2)

[00123]A figura 2 ilustra outra modalidade de um aparelho 200 para formação de meios com gradiente contínuos onde uma única fonte de guarnição é usada em combinação com uma divisão de mistura em um processo por via úmida de uma etapa. A fonte ou caixa de coleta 202 proporciona uma primeira corrente de fluxo 204 de uma guarnição que inclui pelo menos duas fibras diferentes, tal como tamanhos diferentes de fibra ou fibras de composições químicas diferentes. A primeira corrente de fluxo é fornecida para a divisão de mistura 210 através de um tubo de alimentação 211. A divisão de mistura inclui aberturas 212. Em uma modalidade, a divisão de mistura tem uma porção inicial 216 sem aberturas e uma segunda porção 220 com aberturas 212. A divisão de mistura tem uma extremidade proximal 222 mais próxima da fonte e uma extremidade distal 224 mais distante da fonte. Os tamanhos das aberturas 212 na divisão de mistura 210 são configurados para selecionar, ou peneirar, os tamanhos diferentes de fibra na guarnição. Porções da primeira corrente de fluxo passam através das aberturas na divisão de mistura e são depositadas no guia de fio 214. Caixas de escoamento 230 coletam ou extraem a água e outros solventes por gravidade ou outro modo de extração. Uma porção não peneirada 232 da primeira corrente de fluxo 204 é depositada no meio com gradiente no fim do processo 234, mas antes do pós-tratamento.

[00124]O aparelho da figura 2 pode incluir um invólucro superior 234 ou uma configuração aberta. A modalidade do aparelho e método da figura 2 pode ser usada com todas as variações descritas aqui com relação aos tipos diferentes de fibra, mo- dalidades de divisão de mistura, concentrações de guarnição.

e. Configurações da divisão de mistura

[00125]A divisão de mistura e suas aberturas podem ter qualquer forma geométrica. Um exemplo é uma divisão de mistura fendida. Em uma modalidade, a divisão de mistura define aberturas retangulares que são fendas na direção do fluxo cruzado ou da manta cruzada. Essas fendas retangulares podem se estender através de toda a largura da manta cruzada em uma modalidade. Em outra modalidade, a divisão de mistura define fendas na direção a jusante ou de máquina. As aberturas ou fendas podem ser de largura variável. Por exemplo, as fendas podem aumentar de largura na direção para baixo da manta ou as fendas podem aumentar de largura na direção cruzada da manta. As fendas podem ser separadas variadamente na direção para baixo da manta. Em outras modalidades, as fendas prosseguem na direção cruzada da manta de um lado da manta para o outro. Em outras modalidades, as fendas prosseguem somente sobre parte da manta de um lado para o outro. Em outras modalidades, as fendas prosseguem na direção para baixo da manta, da extremidade proximal da divisão de mistura para a extremidade distal. Por exemplo, as fendas podem ser paralelas à trajetória de fluxo tomada pelas guarnições quando elas deixam as fontes. Combinações de projetos ou disposições de fenda podem ser usadas na divisão de mistura.

[00126]Em outras modalidades, a divisão de mistura define áreas abertas que não são fendas, por exemplo, as áreas abertas que não progridem na direção cruzada da manta de um lado para o outro. Em tais modalidades, as áreas abertas na divisão de mistura são furos ou perfurações discretas. Em outras modalidades, as aberturas são furos redondos largos na divisão de mistura de várias polegadas de diâmetro. Nas modalidades, os furos são circulares, ovais, retilíneos, triangulares ou de alguma outra forma. Em uma modalidade particular, as aberturas são uma pluralidade de aberturas circulares discretas. Em algumas modalidades, as aberturas são regularmente espaçadas sobre a divisão de mistura. Em outras modalidades, as aberturas são espaçadas irregularmente ou aleatoriamente sobre a divisão de mistura.

[00127]Uma finalidade da incorporação de áreas abertas na divisão de mistura é, por exemplo, para fornecer fibras de um reservatório de guarnição e misturar com as fibras de um segundo reservatório de guarnição em proporções controladas. As proporções de mistura das guarnições são controladas variando a magnitude e a localização das áreas abertas ao longo do comprimento da divisão de mistura. Por exemplo, áreas abertas maiores proporcionam mais mistura das guarnições e vice- versa. A posição dessas áreas abertas ao longo do comprimento da divisão de mistura determina a profundidade da mistura das correntes de guarnição durante a formação do emaranhado fibroso com gradiente.

[00128]Podem existir muitas modificações dessa invenção em relação à distribuição, forma e tamanhos das áreas abertas, dentro da divisão de mistura. Algumas dessas modificações são, por exemplo, 1) fendas retangulares com áreas progressivamente crescentes/decrescentes, 2) fendas retangulares com áreas constantes, 3) número variado de fendas com formas e posições variadas, 4) divisão de mistura porosa com fendas confinadas à seção inicial da base da divisão de mistura somente, 5) divisão de mistura porosa com fendas confinadas à seção final da base de divisão de mistura somente, 6) divisão de mistura porosa com fendas confinadas à seção intermediária somente ou 7) qualquer outra combinação de fendas ou áreas abertas. A divisão de mistura pode ser de comprimento variável.

[00129]Duas variáveis de divisão de mistura particular são a magnitude da área aberta dentro da divisão de mistura e a localização da área aberta. Essas variáveis controlam o depósito da guarnição misturada produzindo o emaranhado fibroso. A quantidade de mistura é controlada pelas áreas abertas na divisão de mistura em relação às dimensões da divisão de mistura. A região onde a mistura das dife- rentes composições de guarnição ocorre é determinada pela posição da(s) abertu- ra(s) ou fenda(s) no aparelho da divisão de mistura. O tamanho da abertura determina a quantidade da mistura das fibras dentro de uma região de recepção. A localização da abertura, isto é, para a extremidade distal ou proximal da divisão de mistura, determina a profundidade da mistura das guarnições na região dentro do emaranhado fibroso dos meios com gradiente. O padrão de fendas ou aberturas pode ser formado em uma única peça de material, tal como metal ou plástico, da base da divisão de mistura. Alternativamente, o padrão das fendas ou aberturas pode ser formado por muitas peças de material de formas geométricas diferentes. Essas peças podem ser fabricadas de metal ou plástico para formar a base da divisão de mistura. Em geral, a quantidade de área aberta dentro do aparelho da divisão de mistura é diretamente proporcional à quantidade da mistura entre fibras fornecidas pelos reservatórios de guarnição.

[00130]Em outra modalidade, a divisão de mistura compreende uma ou mais aberturas definidas por uma ou mais aberturas estendidas em uma direção para baixo da manta da divisão de mistura. A uma ou mais aberturas podem se estender de uma primeira borda para baixo da manta de uma peça da divisão da mistura para uma borda para cima da manta de um aparelho de divisão de mistura. Esse posicionamento das fendas de aberturas entre peças de material pode prosseguir para baixo da manta por várias iterações dependendo dos parâmetros químicos e físicos finais requeridos dos meios com gradiente sendo produzidos. Assim, a uma ou mais aberturas podem compreender uma pluralidade de aberturas compreendendo larguras diferentes, comprimentos diferentes, orientações diferentes, espaçamento diferente ou uma combinação deles. Em uma modalidade particular, a divisão de mistura define pelo menos uma primeira abertura tendo primeiras dimensões e pelo menos uma segunda abertura tendo segundas dimensões diferentes.

[00131]Em uma modalidade, a divisão de mistura compreende uma ou mais aberturas estendidas em uma direção cruzada da manta da divisão de mistura. As peças da divisão de mistura se estendem para cada lado do aparelho. A uma ou mais aberturas se estendem de uma primeira borda cruzada da manta de uma peça da divisão da mistura para uma segunda borda cruzada da manta de uma divisão de mistura. Esse posicionamento das aberturas entre peças das peças da divisão de mistura pode prosseguir através da manta por várias iterações dependendo dos pa-râmetros químicos e físicos finais requeridos dos meios com gradiente sendo produ-zidos. Assim, a uma ou mais aberturas podem compreender uma pluralidade de aberturas compreendendo larguras diferentes, comprimentos diferentes, orientações diferentes, espaçamento diferente ou uma combinação deles.

[00132]Em uma modalidade, a divisão de mistura compreende uma ou mais aberturas definidas por um ou mais furos ou perfurações se estendendo em uma direção para baixo da manta da divisão de mistura. Os furos ou perfurações podem ser de tamanho microscópico a macroscópico. O um ou mais furos ou perfurações se estendem de uma primeira borda para baixo da manta da divisão de mistura para uma segunda borda para baixo da manta da divisão de mistura. Esse posicionamento e frequência dos furos ou perfurações podem prosseguir para baixo da manta por várias iterações dependendo dos parâmetros químicos e físicos finais dos meios com gradiente sendo produzidos. Assim, o um ou mais furos ou perfurações com-preendem uma pluralidade de furos ou perfurações compreendendo tamanhos diferentes, localizações diferentes, frequências diferentes, espaçamento diferente ou uma combinação deles.

[00133]A divisão de mistura compreende uma ou mais aberturas definidas por um ou mais furos ou perfurações estendidos em uma direção cruzada da manta da divisão de mistura. Esse posicionamento e frequência dos furos ou perfurações podem prosseguir através da manta por várias iterações dependendo dos parâmetros químicos e físicos finais dos meios com gradiente sendo produzidos. Assim, o um ou mais furos ou perfurações compreendem uma pluralidade de furos ou perfurações compreendendo tamanhos diferentes, localizações diferentes, frequências diferentes, espaçamento diferente ou uma combinação desses.

[00134]Em uma modalidade, uma dimensão da divisão de mistura na direção de máquina é pelo menos aproximadamente 29,972 cm (11,8 polegadas) e no máximo aproximadamente 149,86 cm (59 polegadas), enquanto em outra modalidade ela é pelo menos aproximadamente 70,104 cm (27,6 polegadas) e no máximo aproximadamente 119,38 cm (47 polegadas).

[00135]Em uma modalidade particular, a divisão de mistura define pelo menos três e no máximo oito fendas, onde cada fenda tem individualmente uma largura de aproximadamente 1 a 20 cm.

[00136]Em outra modalidade, a divisão de mistura define aberturas retangulares definidas entre peças retangulares removíveis. Em outra modalidade particular, a divisão de mistura define cinco aberturas retangulares definidas no meio por cinco ou mais peças retangulares removíveis, onde as larguras das peças são, cada uma, aproximadamente 1,5 cm a 15 cm (0,6 polegadas a 5,9 polegadas) e as larguras das aberturas são, cada uma, aproximadamente 0,5 cm a 10 cm (0,2 polegadas a 3,9 polegadas).

[00137]Em uma modalidade, a uma ou mais aberturas da divisão de mistura ocupam pelo menos 5% e no máximo 70% da área total da divisão de mistura, ou pelo menos 10% e no máximo 30% da área total da divisão de mistura.

[00138]Em uma modalidade da divisão de mistura que efetua um gradiente x nos meios, a divisão de mistura tem um eixo geométrico central na direção de máquina dividindo a divisão de mistura em duas metades, e uma metade não é idêntica a outra metade. Em algumas modalidades, uma metade não tem aberturas e a outra metade define a abertura ou aberturas. Em outra divisão de mistura que efetua um gradiente x, a divisão de mistura tem uma primeira borda externa e uma segunda borda externa, onde a primeira e a segunda bordas externas são paralelas à direção de máquina e a divisão de mistura define uma primeira abertura que varia na largura da direção de máquina, de modo que a largura da direção de máquina mais perto da primeira borda externa é menor do que a largura da direção de máquina mais perto da segunda borda externa. Em outros exemplos de uma modalidade que efetua um gradiente x, a divisão de mistura tem uma primeira porção de borda sem aberturas e uma segunda porção de borda sem aberturas. A primeira e a segunda porções de borda se estendem, cada uma, de uma borda cruzada da manta a jusante para uma borda cruzada da manta a montante. A divisão de mistura ainda compreende uma porção central entre as primeira e segunda porções de borda e uma ou mais aberturas são definidas na porção central.

f. Exemplos de divisão de mistura mostrados nas figuras 3 a 8

[00139]Várias configurações das aberturas da divisão de mistura são mostradas nas figuras 3 a 8, que são vistas superiores das divisões de mistura. Cada divisão de mistura das figuras 3 a 8 tem uma configuração diferente de aberturas. Cada divisão de mistura tem bordas laterais, uma primeira borda de extremidade e uma segunda borda de extremidade. As bordas laterais das divisões de mistura podem ser presas nas paredes laterais esquerda e direita da máquina (não mostrada). Nas figuras 3 a 8, a seta 305 indica a direção para baixo da manta enquanto a seta 307 indica a direção cruzada da manta. A figura 3 mostra a divisão de mistura 300 tendo sete aberturas em formato de fenda da manta cruzada 302 de áreas retangulares substancialmente iguais, separadas na direção cruzada da manta. Três fendas 302 são igualmente separadas uma da outra e, em uma porção diferente da divisão de mistura, quatro fendas 302 são igualmente separadas uma da outra. A divisão de mistura 300 inclui uma porção de deslocamento 304 adjacente a primeira borda, onde nenhuma abertura está presente.

[00140]A figura 4 mostra uma divisão de mistura 308 tendo oito aberturas re- tangulares diferentes através da manta 310 tendo seis tamanhos diferentes. A figura 5 mostra uma divisão de mistura 312 tendo quatro aberturas retangulares para baixo da manta 314, cada uma tendo uma área desigual comparada com as outras. O tamanho das aberturas aumenta se movendo através da divisão de mistura 312 na direção cruzada da manta.

[00141]As divisões de mistura 300, 308 e 312 mostradas nas figuras 3 a 5 podem ser construídas de peças retangulares individuais separadas para produzir as aberturas retangulares.

[00142]A figura 6 mostra uma divisão de mistura 316 tendo aberturas circulares 318. Três tamanhos diferentes de aberturas circulares estão presentes na divisão de mistura 316, onde o tamanho das aberturas aumenta na direção para baixo da manta. A figura 7 mostra uma divisão de mistura 320 tendo aberturas retangulares 322 que são mais longas na direção cruzada da manta e não se estendem sobre toda a largura da divisão de mistura. O tamanho das aberturas retangulares aumenta na direção para baixo da manta. A figura 8 mostra uma divisão de mistura 326 tendo quatro aberturas em formato de cunha iguais 328 que são longas na direção para baixo da manta e alargam na direção para baixo da manta. As figuras 6 a 8 mostram divisões de mistura 316, 320 e 326 que podem ser formadas de uma peça única de material de base com aberturas produzidas nele.

[00143]Cada configuração da divisão tem um efeito diferente na mistura que ocorre entre duas correntes de fluxo em uma modalidade de duas correntes de fluxo. Em alguns exemplos de divisão de mistura, a variação no tamanho ou forma das aberturas ocorre na direção para baixo da manta. Quando as aberturas são posicionadas na extremidade proximal, ou extremidade a montante, da divisão de mistura, a abertura possibilitará mais a mistura das guarnições para o fundo da manta. As aberturas na extremidade distal ou extremidade a jusante da divisão de mistura produzem a mistura das guarnições mais perto do topo da manta. O tamanho ou a área das aberturas controla a proporção da mistura das guarnições dentro da profundidade da manta. Por exemplo, aberturas menores produzem menos mistura das duas guarnições e aberturas maiores produzem mais mistura das duas guarnições.

[00144]As divisões de mistura mostradas nas figuras 3 a 8 são configuradas para produzir um gradiente em uma espessura ou direção z de uma manta. No meio ou manta, a primeira superfície e a segunda superfície definem a espessura do meio que varia de 0,2 a 20 mm ou de 0,5 a 20 mm e a porção da região é maior do que 0,1 mm.

[00145]A divisão de mistura da figura 5 é um exemplo que é configurado para também produzir um gradiente na direção da manta cruzada da manta. Em várias modalidades, diferentes combinações de formas de aberturas, por exemplo, retangular ou circular, podem ser usadas na mesma divisão de mistura.

g. Exemplos de divisão de mistura para produzir um gradiente X nos meios

[00146]A figura 9 é uma vista isométrica de uma divisão de mistura 2100 que efetua um gradiente na direção X nos meios, enquanto a figura 10 é uma vista superior e a figura 11 é uma vista lateral da divisão de mistura 2100. A divisão de mistura 2100 criará um gradiente em ambas a espessura dos meios e através da direção X ou direção de máquina cruzada dos meios. O gradiente na espessura ocorrerá em uma região central na dimensão cruzada da manta. Áreas abertas 2102 são definidas pela divisão de mistura 2100. As áreas abertas retangulares 2102 estão presentes em uma seção central da divisão de mistura na direção cruzada da manta e são escalonadas ao longo da direção de máquina da divisão de mistura.

[00147]Quando a divisão de mistura 2100 é usada com duas fontes de guarnição para formar uma manta não tecida, os componentes de fibra da guarnição da fonte superior estarão presentes somente em uma seção central dos meios na manta não tecida. Também, na seção central, os componentes da fonte superior formarão um gradiente composicional através da espessura da manta, com mais das fi- bras da guarnição superior estando presentes em uma superfície superior da manta e a concentração dessas fibras diminuindo gradualmente, de modo que existem menos dessas fibras presentes em uma superfície inferior oposta da manta.

[00148]Fibras traçadoras azuis foram usadas somente em uma fonte superior para formar uma manta não tecida usando a divisão de mistura 2100. As fibras azuis ficaram visíveis em uma seção no centro da manta não tecida resultante. Também, as fibras azuis ficaram visíveis em ambos os lados superior e inferior da manta, mas mais concentradas no lado superior do que no lado inferior.

[00149]A divisão de mistura 2100 poderia ser formada de muitas maneiras diferentes, tal como pela usinagem de uma única peça de metal ou de uma única peça de plástico. Na modalidade das figuras 9-23, a divisão de mistura é formada usando várias peças diferentes. Como melhor observado na figura 10, duas peças retangulares laterais 2104 e 2106 são posicionadas, de modo que existe uma seção retangular aberta entre elas no centro da divisão de mistura. Pelo fato de que as peças retangulares laterais 2104, 2106 são sólidas sem quaisquer aberturas, os lados da divisão de mistura 2100 são sólidos sem quaisquer aberturas. A primeira peça retangular lateral 2104 se estende de uma primeira borda da direção de máquina 2108 para uma borda interna 2109, que está também na direção de máquina. A primeira peça retangular lateral 2104 também se estende de uma borda da extremidade da manta cruzada a jusante 2112 para uma borda da extremidade da manta cruzada a montante 2114. A segunda peça retangular lateral 2106 é similar em forma e se estende para uma borda interna 2111. Peças retangulares menores 2116 são colocadas sobre as peças laterais 2104, 2106 em intervalos para definir as aberturas 2102.

[00150]A divisão de mistura 2100 também tem uma protuberância vertical 2118 que é mais bem observada na figura 11. Uma protuberância vertical 2118 se estende para baixo das bordas internas 2109, 2111 das duas peças laterais 2104, 2106. Como resultado da protuberância vertical da divisão de mistura, a guarnição da fonte superior é direcionada para a região de recepção em uma trajetória mais reta e o ponto de desembarque da guarnição superior é mais previsível do que sem uma porção vertical 2118. Em uma modalidade, uma divisão de mistura é similar à divisão de mistura 2100, mas não tem uma divisão vertical. Também é possível que outras configurações de divisão de mistura descritas aqui tenham uma porção vertical estendida para baixo em direção à região de recepção. A porção vertical pode também se estender em um ângulo a um plano vertical.

[00151]Na divisão de mistura 2100 da figura 9, as áreas abertas 2102 são áreas abertas retangulares que são definidas no centro da largura da divisão de mistura. Em outras modalidades similares à figura 9, um gradiente mais gradual na direção x é formado onde a porção da área aberta muda mais gradualmente na direção x. Por exemplo, uma única ou uma série de aberturas em formato de losango que afunilam para as bordas na direção de máquina 2108, 2110. Muitos outros exemplos de configurações de divisão de mistura formam um gradiente x mais gradual nos meios resultantes.

[00152]A figura 12 é uma vista superior de uma divisão de mistura em leque 2400 que efetua um gradiente na direção X nos meios e também efetua um gradiente na espessura de uma manta não tecida. A divisão de mistura 2400 define aberturas 2402 que estão presentes em um lado da divisão de mistura. A divisão de mistura 2400 inclui uma peça retangular lateral 2406 que bloqueia a outra metade da área de recepção e não permite que a guarnição superior seja depositada nessa parte da região de recepção. A divisão de mistura 2400 também inclui várias peças retangulares menores 2404 que se estendem na direção da manta cruzada. As peças 2404 são posicionadas em um leiaute tipo leque, de modo que as aberturas 2402 são de-finidas em formato de cunha. Como resultado, mais da guarnição da fonte superior é depositada perto da borda externa da manta não tecida do que para o centro.

h. Mais detalhes sobre o processo por via úmida e equipamento

[00153]Em uma modalidade do processamento por via úmida, o meio com gradiente é feito de uma guarnição aquosa compreendendo uma dispersão de material fibroso e outros componentes como necessário em um meio aquoso. O líquido aquoso da dispersão é geralmente água, mas pode incluir vários outros materiais tais como materiais de ajuste do pH, tensoativos, desespumantes, retardadores de chama, modificadores de viscosidade, tratamentos de meios, substâncias corantes e assim por diante. O líquido aquoso é geralmente escoado da dispersão pela condução da dispersão para uma tela ou outro suporte perfurado que retém os sólidos dispersos e passa o líquido para produzir uma composição de meios úmida. A composição úmida, depois de formada no suporte, é geralmente ainda desidratada pelo vácuo ou outras forças de pressão e ainda seca pela evaporação do líquido restante. Opções para remoção do líquido incluem dispositivos de escoamento da gravidade, um ou mais dispositivos de vácuo, um ou mais rolos de mesa, folhas de vácuo, rolos de vácuo ou uma combinação deles. O aparelho pode incluir uma seção de secagem proximal e a jusante da região de recepção. Opções para a seção de secagem incluem uma seção de recipiente de secagem, um ou mais aquecedores de IR, um ou mais aquecedores de UV, um secador de passagem de ar, um fio de transferência, um transportador ou uma combinação deles.

[00154]Depois que o líquido é removido, a união térmica pode acontecer onde apropriado pela fusão de alguma porção da fibra termoplástica, resina ou outra porção do material formado. Outros procedimentos pós-tratamento são também possíveis em várias modalidades, incluindo etapas de cura com resina. Prensagem, tratamento térmico e tratamento com aditivo são exemplos de pós-tratamento que podem acontecer antes da coleta do fio. Depois da coleta do fio, tratamentos tradicionais, tais como secagem e calandragem do emaranhado fibroso podem ser conduzidos nos processos de acabamento.

[00155]Uma máquina específica que pode ser modificada para incluir a divisão de mistura descrita aqui é a máquina Deltaformer™ (disponível de Glens Falls Interweb, Inc. de South Glens Falls, NY) que é uma máquina projetada para transformar pastas fluidas de fibra muito diluídas em meios fibrosos. Tal máquina é útil onde, por exemplo, fibras inorgânicas ou orgânicas com comprimentos de fibra relativamente longos para um processo por via úmida são usadas, porque grandes volumes de água precisam ser usados para dispersar as fibras e para impedir que elas se embaracem na guarnição. Fibra longa no processo por via úmida tipicamente significa fibra com um comprimento maior do que 4 mm, que pode variar de 5 a 10 mm e maiores. Fibras de náilon, fibras de poliéster (tal como Dacron®), fibras de celulose regenerada (raiom), fibras acrílicas (tal como Orlon®), fibra de algodão, fibras de poliolefina (isto é, polipropileno, polietileno, seus copolímeros e assim por diante), fibras de vidro e fibras de abacá (cânhamo-de-manilha) são exemplos de fibras que são vantajosamente transformadas em meios fibrosos usando tal máquina de fabricar papel inclinada modificada.

[00156]A máquina Deltaformer™ difere de uma máquina Fourdrinier tradicional em que a seção do fio é ajustada em uma inclinação, forçando as pastas fluidas a fluírem para cima contra a gravidade quando elas deixam a caixa de coleta. A inclinação estabiliza o padrão de fluxo das soluções diluídas e ajuda o controle do escoamento das soluções diluídas. Uma caixa de formação de vácuo com múltiplos compartimentos ajuda no controle do escoamento. Essas modificações propiciam um modo para transformar pastas fluidas diluídas em meios fibrosos tendo uniformidade melhorada das propriedades, através da manta quando comparado com um projeto Fourdrinier tradicional. Na figura 1, os componentes sob o colchete 154 são esses que são parte de uma máquina Deltaformer™.

[00157]Em algumas modalidades de um aparelho para fabricar uma manta com gradiente como descrito aqui, existem quatro seções principais: a seção úmida (ilustrada nas figuras 1 e 2), a seção de prensa, a seção secadora e a seção de ca- landragem.

[00158]Em uma modalidade da seção úmida, misturas de fibras e fluido são fornecidas como uma guarnição depois de um processo separado de fabricação da guarnição. A guarnição pode ser misturada com aditivos antes de ser passada para a próxima etapa no processo de formação do meio. Em outra modalidade, fibras secas podem ser usadas para fazer a guarnição enviando as fibras secas e o fluido através de um refinador que pode ser parte da seção úmida. No refinador, as fibras são submetidas a pulsos de alta pressão entre barras nos discos do refinador rotativo. Isso quebra as fibras secas e ainda as dispersa no fluido, tal como água, que é fornecido para o refinador. A lavagem e a desaeração podem também ser executa-das nesse estágio.

[00159]Depois que a fabricação da guarnição está completa, a guarnição pode entrar na estrutura que é a fonte da corrente de fluxo, tal como uma caixa de coleta. A estrutura da fonte dispersa a guarnição através de uma largura, a carrega para um transportador de malha de fio móvel com um jato de uma abertura. Em algumas modalidades descritas aqui, duas fontes ou duas caixas de coleta são incluídas no aparelho. Configurações diferentes de caixa de coleta são úteis no fornecimento dos meios com gradiente. Em uma configuração, as caixas de coleta superior e inferior são empilhadas direto em cima uma da outra. Em outra configuração, as caixas de coleta superior e inferior são escalonadas levemente. A caixa de coleta superior pode ser mais para baixo na direção de máquina, enquanto a caixa de coleta inferior é a montante.

[00160]Em uma modalidade, o jato é um fluido que impele, move ou propele uma guarnição, tal como água ou ar. A formação da corrente no jato pode criar algum alinhamento da fibra, que pode ser parcialmente controlado pelo ajuste da diferença de velocidade entre o jato e o transportador da malha de fio. O fio circula ao redor de um rolo de acionamento avançado, ou rolo dianteiro, de sob a caixa de coleta, além da caixa de coleta onde a guarnição é aplicada e para o que é geralmente chamada a prancha de formação.

[00161]A prancha de formação funciona em conjunto com a divisão de mistura da invenção. A guarnição é nivelada e o alinhamento das fibras pode ser ajustado na preparação para a remoção da água. Mais abaixo da linha do processo, caixas de escoamento (também chamadas como a seção de escoamento) removem o líquido do meio com ou sem vácuo. Perto da extremidade do transportador de malha de fio, outro rolo frequentemente chamado como um rolo sofá remove o líquido residual com vácuo que é uma força de vácuo mais elevada do que previamente presente na linha.

VII. Exemplos de aplicações de filtro para meios com gradiente

[00162]Embora o meio descrito aqui possa ser feito para ter um gradiente na propriedade através de uma região, livre da interface ou linha de adesivo, o meio depois de totalmente fabricado pode ser montado com outras estruturas de filtro convencionais para criar uma camada de composto de filtro ou unidade de filtro. O meio pode ser montado com uma camada de base que pode ser uma membrana, um meio celulósico, um meio de vidro, um meio sintético, um tecido forte ou um suporte de metal expandido. O meio tendo um gradiente pode ser usado em associação com muitos outros tipos de meios, tal como meios convencionais, para melhorar o desempenho ou a duração de vida do filtro.

[00163]Uma estrutura perfurada pode ser usada para suportar os meios sob a influência do fluido sob pressão que passa através dos meios. A estrutura de filtro da invenção pode também ser combinada com camadas adicionais de uma estrutura perfurada, um tecido forte, tal como um tecido forte de alta permeabilidade, mecanicamente estável, e camadas de filtragem adicionais tal como uma camada de carregamento separada. Em uma modalidade, tal combinação de meios de múltiplas re- giões fica alojada em um cartucho de filtro geralmente usado na filtragem de líquidos não aquosos.

VIII. Avaliação do grau dos gradiente nos meios

[00164]Em um método para avaliar o grau do gradiente nos meios produzidos pelos métodos descritos aqui, os meios são divididos em seções diferentes, e as seções são comparadas usando Micrografias Eletrônicas de Varredura (SEMs). O conceito básico é pegar uma folha de camada única que tem uma estrutura de gradiente, e dividir a sua espessura em múltiplas folhas que terão propriedades dissimi- lares que refletem com o que a estrutura de gradiente anterior se parecia. Os meios resultantes podem ser examinados com relação à presença ou ausência de uma interface ou limite dentro dos meios com gradiente. Outro aspecto a estudar é o grau de suavidade das mudanças nas características dos meios, por exemplo, de porosidade grossa para porosidade fina. É possível, embora não requerido, adicionar fibras de traço colorido em uma das fontes de guarnição, e então a distribuição des-sas fibras coloridas pode ser estudada nos meios resultantes. Por exemplo, fibras coloridas poderiam ser adicionadas na guarnição distribuída de uma caixa de coleta superior.

[00165]Depois que os meios com gradiente foram produzidos, mas antes que os meios sejam curados no forno, uma amostra é removida para secionamento. A análise crio-micrótoma pode ser usada para analisar a estrutura dos meios com gradiente. Um material de enchimento tal como glicol de etileno é usado para saturar os meios antes que eles sejam congelados. Seções congeladas finas são fatiadas de um emaranhado fibroso e analisadas microscopicamente com relação à estrutura do gradiente, tais como tamanho ou porosidade da fibra. Uma SEM é então tirada de cada seção, de modo que as propriedades de cada seção podem ser comparadas. Tal SEM de um secionamento pode ser observado nas figuras 27-28, que serão descritas adicionalmente aqui.

[00166]Também é possível que os meios sejam secionados usando um Divisor de Folha Beloit que está disponível de Liberty Engineering Company, Roscoe, IL.. O Divisor de Folha Beloit é um instrumento de precisão especificamente projetado para a análise da distribuição transversal da composição e estrutura, por exemplo, em papel e prancha. Uma amostra úmida é introduzida no estreitamento dos rolos de divisão de ácido oxidável. Esses rolos são esfriados para um ponto abaixo de 0° C (32 °F). A amostra é dividida internamente no lado de saída do estreitamento. O plano interior da divisão ocorre em uma zona que não foi congelada pelas frentes de gelo avançadas sendo produzidas pelos rolos de divisão. As seções divididas são removidas dos rolos. Cada uma das duas metades é então dividida novamente, para um conjunto final de quatro seções de meios. A fim de usar o divisor de folha Beloit, a amostra precisa estar úmida.

[00167]As seções divididas podem ser analisadas usando um instrumento de teste de eficiência ou um colorímetro. Também, uma SEM pode ser produzida para cada seção, de modo que as diferenças na composição da fibra e aspectos dos meios das seções diferentes podem ser observadas. O colorímetro pode ser usado somente se fibras de traço colorido foram usadas na produção.

[00168]Desde que as fibras coloridas são somente adicionadas em uma fonte, o nível de gradação na folha é mostrado pela quantidade de fibras coloridas presentes nessa seção. As seções podem ser testadas com um colorímetro para quantificar a quantidade de mistura das fibras. Também é possível analisar as seções dos meios usando um instrumento de teste de eficiência, tal como um instrumento de teste de eficiência fracionária.

[00169]Outra técnica que pode ser usada para analisar o gradiente no meio é a análise dos espectros de Infravermelho de Transferência Fourier do Infravermelho Fourier (FTIR). Se uma fibra é usada somente em uma caixa de coleta superior, os únicos espectros de FTIR dessa fibra podem ser usados para mostrar que os meios têm uma diferença na concentração dessa fibra particular nos seus dois lados. Se duas fibras similares ou diferentes são usadas somente em uma caixa de coleta superior e uma inferior, os espectros FTIR únicos dessas fibras podem ser usados para mostrar que os meios têm uma diferença na composição ou na concentração das fibras nos seus lados opostos.

[00170]Ainda outra técnica que pode ser usada é a espectroscopia do raio X dispersivo de energia (EDS), que é uma técnica analítica usada para a análise elementar ou a caracterização química de uma amostra. Como um tipo de espectros- copia, ela conta com a investigação de uma amostra através de interações entre a radiação eletromagnética e a matéria, analisando os raios x emitidos pela matéria em resposta a ser golpeada com partículas carregadas. Suas capacidades de caracterização são devido, em grande parte, ao princípio fundamental que cada elemento tem uma estrutura atômica única permitindo que os raios x que são característicos da estrutura atômica de um elemento sejam identificados unicamente um do outro. Elementos de traço são embutidos nas estruturas da fibra e podem ser quantificados na caracterização EDS. Nessa aplicação, um gradiente no meio pode ser mostrado onde existe uma diferença na composição das fibras através de uma região e a diferença na composição é evidente usando EDS.

[00171]Detalhes adicionais sobre métodos de teste, exemplos particulares e resultados de análise para esses exemplos serão discutidos aqui.

IX. Exemplos

[00172]As guarnições foram formuladas para produzir mantas não tecidas tendo pelo menos uma propriedade de gradiente. A tabela 1 mostra a informação composicional sobre as formulações da guarnição. As fibras diferentes seguintes foram usadas nos exemplos de guarnição listados na tabela 1, onde uma abreviação para cada fibra é fornecida em parênteses:

[00173]1. Uma fibra de bicomponente de poliéster conhecida como 271P, tendo um comprimento de fibra de 6 mm e 2,2 denier, disponível de E.I. DuPont Nemours, Wilmington DE (271P). O diâmetro médio da fibra de 271P é aproximada-mente 13 mícrons.

[00174]2. Fibras de vidro de Lauscha Fiber Intl., Summerville, SC, tendo um comprimento variável e diâmetro de fibra de 5 mícrons (B50R), tendo um diâmetro de fibra de 1 mícron (B10F), tendo um diâmetro de fibra de 0,8 mícrons (B08F) e tendo um diâmetro de fibra de 0,6 mícrons (B06F).

[00175]3. A fibra de poliéster azul tendo um comprimento de 6 mm e 1,5 denier, disponível de Minifibers, Inc., Johnson City, TE (Blue PET).

[00176]4. Fibra de poliéster (P145) disponível de Barnet USA de Arcadia, Carolina do Sul.

[00177]5. Fibra de corte curto de bicomponente feita de uma mistura de poli- éster/copoliéster, consistindo de 49,5% de tereftalato de polietileno, 47% de copoli- éster e 2,5% de copolímero de polietileno (BI-CO). Um exemplo de tal fibra é TJ04BN SD 2,2X5 disponível de Teijin Fibers Limited de Osaka, Japão.

[00178]Nesses exemplos, ácido sulfúrico foi adicionado para ajustar o pH para aproximadamente 3,0 para dispersar as fibras na suspensão aquosa. O conteúdo de fibra era aproximadamente 0,03% (% em peso) nas suspensões aquosas das guarnições usadas para fabricar os meios com gradiente nos exemplos. As guarnições contendo fibras dispersas foram armazenadas nas suas caixas de máquina respectivas (tanques de armazenamento) para uso subsequente. Durante a fabricação dos meios, as correntes da guarnição foram alimentadas para suas caixas de coleta respectivas depois da diluição apropriada.

1. Ajustes de máquina para os exemplos

[00179]Outras variáveis na máquina que são ajustadas durante a formação dos meios com gradiente incluem consistência da polpa, ângulo de inclinação da divisão de mistura inicial, ângulo de inclinação da máquina, ângulo de inclinação da divisão de mistura estendida, peso básico, velocidade da máquina, altura do salto, fluxo da guarnição, fluxo da caixa de coleta, consistência da caixa de coleta e coleta da caixa de escoamento. A tabela 2 fornece orientação para ajustes usados para produzir meios com gradiente do aparelho de divisão de mistura. Os meios com gra-diente resultantes podem ser pós-tratados, por exemplo, com calandragem, calor ou outros métodos e equipamento familiar na técnica para produzir um emaranhado fibroso com gradiente acabado.

[00180]A tabela 2 fornece ajustes de máquina que foram usados na produção dos exemplos 1 a 4 para meios não tecidos de acordo com os métodos descritos aqui. O pH de ambas as guarnições em cada um dos exemplos 1 a 4 foi ajustado para ser 3,25. O fluxo da matéria-prima da caixa de coleta superior e o fluxo da matéria-prima da caixa de coleta inferior indicam a taxa de fluxo da guarnição da matéria prima quando ela entrou nas caixas de coleta superior e inferior, respectivamente, em litros por minuto. O fluxo da caixa de coleta superior e o fluxo da caixa de coleta inferior indicam a taxa de fluxo da água da diluição em litros por minutos quando ela entrou nas caixas de coleta superior e inferior, respectivamente.

[00181]Vários ajustes são proporcionados relacionados com a aplicação de vácuo para remover o fluido da região de recepção. Como discutido acima com refe- rência à figura 1, a região de recepção 114 pode incluir caixas de escoamento 130 para receber a água escoando do guia de fio 118. Essas caixas de escoamento, que são também chamadas caixas planas, podem ser configuradas para aplicar vácuo. No aparelho usado para gerar os exemplos, existiam dez caixas de escoamento 130, cada uma capaz de receber o escoamento de aproximadamente 25,4 cm (10 polegadas) da distância horizontal debaixo do guia de fio. A tabela 2 fornece os ajustes do vácuo para cada uma das dez caixas de escoamento em pés de água, bem como o fluxo de escoamento em litros por minuto que foi permitido em cada uma das seis primeiras caixas de escoamento quando os exemplos 1 a 4 foram produzidos. A tabela 2 também especifica o ajuste para a porcentagem da válvula de escoamento que foi aberta para cada uma das seis primeiras caixas de escoamento.

[00182]Os ajustes de vácuo e escoamento podem ter um impacto significativo no gradiente formado nos meios não tecidos. Escoamento mais lento e menor ou nenhum vácuo causará mais mistura entre as duas guarnições. Ajustes de escoamento mais rápido e maior vácuo reduzirão a mistura entre as duas guarnições.

[00183]A tabela 2 também especifica o ângulo da inclinação do guia de fio 118 em graus, bem como a velocidade da máquina, que é a velocidade do guia de fio inclinado em pés por minuto (metros por minuto).

b. Partições de mistura usadas nos exemplos

[00184]A máquina de fabricar papel inclinada usada para fazer os exemplos 1-4 tinha uma divisão de mistura com projetos de fenda como mostrado nas figuras 13-15. As dimensões para as divisões de mistura são mostrados nas tabelas 3, 4 e 5. Os ajustes para fazer funcionar a máquina em cada exemplo são mostrados na tabela 2, como discutido acima.

[00185]A figura 13 ilustra nove configurações diferentes para a divisão de mistura que foram usadas para produzir meios a partir das composições de guarnição descritas acima como exemplos 1 e 2. Essas divisões de mistura foram forma- das usando peças retangulares posicionadas para definir múltiplas tiras igualmente dimensionadas. As dimensões das nove configurações da divisão de mistura 1600 da figura 13 são mostradas na tabela 3 abaixo. A seta 1601 indica a direção de máquina. Agora com referência à figura 13, cada divisão de mistura 1600 tem uma extremidade a montante 1602 e uma extremidade a jusante 1604, que são marcadas nos exemplos representativos na figura 13. Cada divisão de mistura 1600 na figura 13 inclui múltiplas fendas 1606 que são definidas entre peças retangulares 1607. A tabela 3 especifica a largura de cada fenda 1606 ou abertura em polegadas e centímetros e o número total de fendas 1606. Na extremidade a montante 1602, algumas das divisões de mistura têm uma porção de compensação de fenda 1608, que é uma porção da divisão de mistura sem quaisquer aberturas, entre a extremidade a montante e a primeira fenda 1606. A tabela 3 também lista a porcentagem de área morta para cada divisão de mistura, onde a área morta 1610 é a parte da divisão de mistura que é sólida sem quaisquer aberturas adjacentes à extremidade a jusante 1604. A tabela 3 também lista a largura das peças retangulares 1607.

[00186]Em algumas das modalidades da divisão de mistura mostradas na figura 13, a divisão de mistura tem uma área de compensação de fenda e nenhuma área morta, tal como nas configurações 4 e 7. Em algumas configurações, a divisão de mistura não tem área de compensação de fenda, mas tem uma área morta, tal como configurações 2 e 5. Em algumas configurações, a divisão de mistura não tem uma área morta nem uma área de compensação de fenda, tal como configurações 1 e 6, e nessas configurações, a colocação de peças retangulares uniformemente dimensionadas 1607 compõe a divisão de mistura. Em algumas configurações, a divisão de mistura tem ambas uma área morta e uma área de compensação de fenda, tal como as configurações 3, 8 e 9.

[00187]A figura 14 ilustra treze configurações diferentes para a divisão de mistura que foram usadas para produzir meios a partir das composições de guarnição descritas acima como exemplo 3, onde os meios incluíam fibras de bicomponen- te de poliéster e fibras de vidro tendo um diâmetro de 5 mícrons na fonte de guarnição superior. A fonte de guarnição inferior era primariamente fibras de bicomponente e fibras de vidro de 0,8 mícrons.

[00188]Cada divisão de mistura mostrada na figura 14 foi formada usando peças retangulares posicionadas para definir múltiplas tiras igualmente dimensionadas. Os aspectos das divisões de mistura 1600 são rotulados usando os mesmos números de referência como na figura 13.

[00189]A tabela 4 mostra as dimensões das treze configurações da divisão de mistura da figura 14, incluindo a compensação de fenda 1608, a distância da extremidade a montante 1602 para a extremidade da última fenda da divisão de mistu- ra, a largura média da fenda e a largura média da peça.

[00190]A figura 15 ilustra seis configurações diferentes para uma divisão de mistura que foram usadas para produzir meios a partir das composições da guarnição descritas acima como exemplo 4, onde fibras PET azuis foram incluídas na fonte de guarnição superior.

[00191]Cada divisão de mistura mostrada na figura 15 era de 111,76 cm (44 polegadas) de comprimento e foi formada usando peças retangulares 1607 posicionadas para definir tiras, mas as tiras aumentam no tamanho na direção de máquina 1601. Aspectos das divisões de mistura 1600 são rotulados usando os mesmos números de referência como na figura 13.

[00192]A tabela 5 mostra as dimensões das seis configurações de divisão de mistura da figura 15, incluindo a compensação da fenda 1608, o comprimento da divisão de mistura, as larguras da fenda e as larguras da peça.

Teste de eficiência

[00193]Na filtragem de líquido, o teste beta (teste β) é um padrão industrial comum para avaliar a qualidade dos filtros e o desempenho do filtro. A avaliação do teste beta é derivado de Multipass Method for Evaluating Filtration Performance of a Fine Filter Element, um método padrão (ISO 16899:1999). O teste beta proporciona uma razão beta que compara a limpeza do fluido a jusante com a limpeza do fluido a montante. Para testar o filtro, contadores de partícula medem precisamente o tamanho e a quantidade das partículas a montante para um volume conhecido de fluido, bem como o tamanho e a quantidade das partículas a jusante do filtro para um volume de fluido conhecido. A razão da contagem da partícula a montante dividida pela contagem da partícula a jusante em um tamanho de partícula definido é a razão beta. A eficiência do filtro pode ser calculada diretamente a partir da razão beta porque a eficiência de captura presente é ((beta - 1)/beta x 100. Usando essa fórmula, uma pessoa pode observar que a razão beta de dois sugere uma % de eficiência de 50%.

[00194]Exemplos de avaliações de eficiência correspondendo com razões beta particulares são como segue:

[00195]Precaução precisa ser tomada quando usando as razões beta para comparar filtros. A razão beta não leva em conta as condições de operação reais, tais como fluxo, mudanças na temperatura ou pressão. Ademais, a razão beta não fornece uma indicação da capacidade de carregamento para particulados do filtro. Nem a razão beta considera a estabilidade ou o desempenho através do tempo.

[00196]Os testes de eficiência beta foram executados usando os meios feitos de acordo com os exemplos 1-4 descritos acima. Partículas de teste tendo uma distribuição conhecida de tamanhos de partícula foram introduzidas na corrente do fluido a montante dos exemplos dos meios de filtro. O fluido contendo as partículas de teste circulou através dos meios de filtro em múltiplas passagens até que a pressão dos meios de filtro alcançou 320 kPa. As medições de partícula do fluido a jusante e do fluido a montante foram tiradas por todo o teste. Os meios de filtro foram pesados para determinar o carregamento em gramas por metro quadrado no elemento de filtro. Pelo exame das partículas no fluido a jusante, foi determinado para qual tamanho de partículas em mícrons os meios de filtro poderiam obter uma razão beta de 200 ou uma avaliação de eficiência de 99,5%. O tamanho da partícula determinado é citado como β200 em microns.

[00197]Outra maneira de descrever o tamanho da partícula β200 é que ele é o tamanho da partícula para o qual quando os meios são desafiados com 200 partículas desse tamanho ou maior, somente uma partícula passa através dos meios. Nessa revelação, entretanto, o termo tem um significado específico. Como usado aqui, o termo se refere a um teste no qual um filtro é desafiado com uma concentração conhecida de uma ampla faixa de tamanhos de partícula de teste sob condições de teste controladas. O conteúdo da partícula de teste do fluido a jusante é medido e β é calculada para cada tamanho de partícula. Nesse teste, uma β200 = 5μ significa que a menor partícula que atinge uma razão de 200 é 5μ.

[00198]Dados de β200 foram produzidos para os meios produzidos de acordo com os exemplos 1-4, mostrados nas figuras 16 a 19. Em geral, a capacidade de controlar as propriedades dos meios da invenção é mostrada nessas figuras. Todas as amostras dos meios para os quais os dados são mostrados dentro de uma figura individual foram produzidas usando a mesma receita de guarnição e têm substancialmente o mesmo peso básico, espessura e composição de fibra, mas foram criadas usando uma variedade de configurações de divisão de mistura. As diferenças de desempenho observadas na eficiência e capacidade de carregamento foram primariamente devido à estrutura do gradiente que foi controlada usando as diferentes configurações de divisão de mistura. Para esses testes, ambas a eficiência e a capacidade dos meios podem ser controladas para uma dada queda de pressão, um máximo de 320 kPa. Amostras de meios sem gradiente com substancialmente as mesmas receitas de guarnição, peso básico, espessura e composição de fibra não eram esperadas de mostrar quaisquer diferenças substanciais na eficiência ou capacidade de carregamento sob as mesmas condições de teste. Tipicamente, amostras de meios que são produzidas com uma única receita de guarnição terão o mesmo desempenho. Entretanto, usando a tecnologia de gradiente descrita aqui, as amostras dos meios foram geradas com características de desempenho diferentes, mas todas da mesma receita de guarnição. As diferenças no desempenho nesses exemplos foram obtidas alterando o gradiente da composição da fibra nos meios, o que foi por si próprio atingido com o uso de diferentes configurações de divisão de mistura.

[00199]Na figura 16, o β2oo foi variado em um modo controlado de 5 a 15 mí- crons. As diferenças nas estruturas do gradiente das amostras resultaram na capacidade de carregamento variando de 1oo a 18o g/m2. Os resultados do teste de β2oo para meios com gradiente de 97,74 g/m2 (6o lb/3ooo pés2), observados na figura 17, mostram que a capacidade pode ser controlada para uma dada eficiência. Nesse exemplo, β2oo foi controlado para aproximadamente 5 mícrons (somente 1 em cada 2oo partículas em ou acima do diâmetro de partícula médio de 5 mícrons passa através dos meios). As diferenças nas estruturas de gradiente das amostras resultaram nas capacidades de carregamento variando de 11o a 15o g/m2. A figura 18 mostra dados adicionais para os meios com β2oo para partículas de 5 mícrons onde o controle sobre o tamanho do poro foi melhorado e as capacidades de carregamento para as amostras variaram de 11o a 15o g/m2, assim ilustrando que o carregamento pode ser variado enquanto mantendo a eficiência. Na figura 19, amostras de meios de filtro mais grossos foram feitas nas quais o β2oo foi variado em um modo controlado de 8 a 13 resultando nas capacidades de carregamento que variaram de 12o a 2oo g/m2.

Exemplo 1

[00200]Meios com gradiente foram produzidos para o exemplo 1 em um peso básico de 65,16 g/m2 (4o lb/3ooo pés2) usando os procedimentos como descrito na tabela 1 para fazer os meios com gradiente. As amostras dos meios com gradiente do exemplo 1 foram produzidas usando as mesmas receitas de guarnição, mas usando as nove configurações diferentes da divisão de mistura da figura 13. Sem as diferenças na divisão de mistura, seria esperado que todas as amostras de meios produzidas com as mesmas receitas teriam o mesmo desempenho ou um muito similar. Entretanto, os resultados do teste de β2oo, observados na figura 16, mostram que ambas a eficiência e a capacidade podem ser controladas para uma dada que- da de pressão. Na figura 16, o β2oo foi variado em um modo controlado de 5 a 15 mícrons. As diferenças nas estruturas de gradiente das amostras resultaram na capacidade de carregamento variando de 100 a 180 g/m2. A figura 16 inclui dezessete pontos de dados relacionados com dezessete diferentes amostras dos meios com gradiente. Certos pares das dezessete amostras dos meios com gradiente do exemplo 1 são atribuíveis a mesma configuração de divisão de mistura.

Exemplo 2

[00201]Meios com gradiente foram produzidos para o exemplo 2 com as mesmas formulações de guarnição como o exemplo 1, mas em um peso básico de 97,74 g/m2 (60 lb/3000 pés2) usando os procedimentos como descrito na tabela 1 para fazer os meios com gradiente, e usando as nove configurações diferentes da divisão de mistura da figura 13. Os resultados do teste β200 para os meios com gradiente de 97,74 g/m2 (60 lb/3000 pés2), observados na figura 17, mostram que a capacidade pode ser controlada para uma dada eficiência. Cada uma das amostras representadas por um ponto de dados na figura 17 foi produzida com a mesma receita dos meios e peso básico. Portanto, seria esperado que essas amostras de meios tivessem o mesmo desempenho. Entretanto, desempenho diferente foi observado devido às diferenças na estrutura da divisão de mistura e, portanto, diferenças na estrutura de gradiente dos meios testados. Nesse exemplo, β200 foi controlada para aproximadamente 5 mícrons. As diferenças nas estruturas do gradiente das amostras resultaram nas capacidades de carregamento variando de 110 a 150 g/m2. Novamente, certos pares das amostras dos meios com gradiente do exemplo 2 são atribuíveis a mesma configuração da divisão de mistura.

Exemplo 3

[00202]A figura 18 mostra dados adicionais para os meios com β200 para partículas de 5 mícrons onde o controle sobre o tamanho do poro foi aperfeiçoado e as capacidades de carregamento para as amostras variaram de 110 a 150 g/m2, assim ilustrando que o carregamento pode ser variado enquanto mantendo a eficiência. Meios com gradiente foram produzidos para o exemplo 3 no peso básico de 97,74 g/m2 (60 lb/3000 pés2) usando os procedimentos como descritos na tabela 1 para fabricar os meios com gradiente, e usando as configurações de divisão de mistura da figura 14. Os resultados do teste β2oo para meios com gradiente de 97,74 g/m2 (60 lb/3000 pés2) mostram que a capacidade pode ser controlada para uma dada eficiência.

[00203]Cada uma das amostras representadas por um ponto de dados na figura 18 foi produzida com a mesma receita dos meios e peso básico. Portanto, seria esperado que essas amostras de meio tivessem o mesmo desempenho. Entretanto, desempenho diferente foi observado devido às diferenças na estrutura da divisão de mistura e, portanto, diferenças na estrutura do gradiente dos meios testados.

Exemplo 4

[00204]Na figura 19, amostras de meios de filtro mais grossos foram criadas nas quais β200 foi variada em um modo controlado de 8 a 13 resultando nas capacidades de carregamento que variaram de 120 a 200 g/m2. Meios com gradiente foram também produzidos para o exemplo 4 em 81,45 g/m2 (50 lb/3000 pés2) usando os procedimentos como descrito na tabela 1 para fabricar os meios com gradiente. Um projeto de divisão de mistura, tal como um desses observados na figura 13, é usado. Os resultados do teste β200 para meios com gradiente de 81,45 g/m2 (50 lb/3000 pés2), observados na figura 19, mostram que a eficiência pode ser controlada para uma dada capacidade. Nesse exemplo, o benefício do gradiente pode ser observado nas amostras de meios com valores β200 para partículas de 10 mícrons. Os resultados do teste mostram que o carregamento de contaminante pode ser aumentado por tanto quanto 50% (aumentando de 120 g/m2 para 180 g/m2) enquanto mantendo a mesma eficiência β200.

[00205]Cada uma das amostras representadas por um ponto de dados na fi- gura 19 foi produzida com a mesma receita de meios e peso básico. Portanto, seria esperado que essas amostras de meios tivessem o mesmo desempenho. Entretanto, desempenho diferente foi observado devido às diferenças na estrutura da divisão de mistura e, portanto, diferenças na estrutura do gradiente dos meios testados.

Exemplo 5

[00206]As imagens SEM (seções transversais) das figuras 20-23 foram geradas usando a guarnição descrita na tabela 1 para o exemplo 5, mas usando configurações diferentes para uma divisão para atingir graus diferentes de gradiente nos meios. Categorias diferentes ou combinação de tipos de fibra foi produzida pelo uso sem aberturas ou disposições diferentes de fenda e áreas na divisão de mistura. Cada imagem SEM mostra uma categoria dos meios com gradiente produzidos do exemplo 5. A diferença na distribuição da fibra em localizações diferentes ao longo da profundidade ou espessura dos meios é distintamente visível nas categorias diferentes.

[00207]A figura 20 foi gerada usando uma divisão sem quaisquer aberturas ou fendas. Duas camadas são visíveis na figura 20. Uma camada 40 poderia ser citada como uma camada de eficiência e a segunda camada 45 poderia ser descrita como a camada de capacidade. Uma interface ou limite é detectável na figura 20.

[00208]A figura 21 foi gerada usando uma divisão de mistura com três fendas. Os meios na figura 10 têm uma composição de fibra combinada tal que não existe interface ou limite discreto.

[00209]Para as figuras 22 e 23, uma divisão de mistura similar às divisões de mistura numeradas como 6 ou 7 na figura 13 foi usada, que têm quatro ou cinco fendas. Novamente, os meios têm uma composição de fibra combinada onde não existe interface visível ou detectável.

Dados de espectroscopia dispersiva de raio X para o exemplo 5

[00210]As figuras 24 e 25 são ilustrações de um experimento e resultam mostrando que uma fibra de vidro maior de uma caixa de coleta superior forma um gradiente através da região dos meios. A figura 24 mostra uma SEM de uma seção transversal de um dos meios produzidos e mostra a seleção das regiões 1 a 10 por toda a espessura dos meios que foram usados para medir o gradiente. A figura 25 mostra os resultados da análise do gradiente.

[00211]As guarnições do exemplo 5 foram usadas para formar vários meios com gradiente usando configuração diferente para a divisão de mistura. Usando essa combinação de receita única de guarnição com as diferentes divisões de mistura mostradas na figura 26, meios com gradiente foram criados. Para estimar a natureza dos gradientes e as diferenças nos gradientes de meio para meio, o conteúdo de sódio da fibra de vidro maior foi medido. O conteúdo de sódio das camadas foi medido. As fibras de vidro maiores B50 na guarnição superior contêm aproximadamente 10% de sódio, enquanto as fibras de vidro B08 na guarnição inferior tinham me-nos do que 0,6% de conteúdo de sódio. Como resultado, a concentração do sódio de cada região é um indício aproximado da grande concentração de fibra de vidro. A concentração de sódio foi medida pela espectroscopia dispersiva do raio x (EDS) usando máquinas e métodos convencionais.

[00212]A figura 24 é uma SEM de uma seção transversal de uma camada de meios 2600 do exemplo 5, formada usando uma das divisões de mistura mostradas na figura 26, dividida em 10 regiões. As regiões progridem em série do lado do fio 2602 dos meios para o lado do feltro 2604 dos meios. A região 1 está no lado do fio 2602 dos meios, onde a região 10 é o lado do feltro 2604. Essas regiões foram selecionadas por sua posição e para análise da concentração da fibra de vidro na região.

[00213]Cada região é de aproximadamente 50-100 mícrons de espessura. Na região 10, grandes fibras incluindo fibras de vidro estão visíveis e predominam, enquanto na região 2 fibras menores incluindo fibras de vidro são visíveis e predominam. Na região 2, algumas fibras de vidro grandes são visíveis. Um número cres- cente de fibras de vidro maiores é observado quando se movendo da região 1 para 10, para o lado do feltro dos meios.

[00214]A figura 25 mostra os resultados da análise de quatro meios diferentes feitos da mesma combinação de guarnição usando as quatro divisões de mistura diferentes como mostrado na figura 26. Cada um dos meios tem gradientes diferentes da fibra de vidro maior como demonstrado nos dados. Em todos os materiais com gradiente, o gradiente de concentração da fibra de vidro grande aumenta do fundo ou regiões no lado do fio e aumenta à medida que as regiões progridem das regiões 1 para 10 (isto é), do lado do fio para o lado do feltro. Observe que no meio A, a concentração de sódio não aumenta até a região 2 e no meio D, a concentração de sódio não aumenta até a região 3. Nos meios B e C, o sódio aumenta na região 1. Esses dados também aparentam mostrar que a concentração do sódio aparenta nivelar, dentro do erro experimental, depois da região 4 para o meio B e depois da região 6 para os meios C e D. O erro experimental para o conteúdo de sódio é aproximadamente 0,2 a 0,5% em peso. Para o meio A, o gráfico aparenta mostrar um aumento continuado na concentração de sódio ou algum nivelamento mínimo depois da região 8. Em geral, esses dados aparentam mostrar que a seleção das divisões de mistura pode controlar ambas a formação do gradiente e a criação de regiões constantes sem gradiente no lado do fio ou no lado do feltro do meio.

[00215]A figura 26 mostra configurações A, B, C e D de uma divisão de mistura. Em cada uma das configurações, uma formação regular de peças retangulares é mostrada, definindo uma formação de posições para comunicação de mistura líquida, colocada em um quadro formando a divisão de mistura. Em cada configuração, as peças retangulares são colocadas em intervalos definidos deixando as aberturas da comunicação de fluido através da estrutura.

[00216]Em todas as configurações da figura 26, oito aberturas retangulares são definidas na divisão de mistura e uma peça retangular inicial na divisão de mis- tura é colocada em par com uma peça retangular final. A peça retangular inicial tem uma largura de aproximadamente 8,89 cm (3,5 polegadas), enquanto a peça retangular final tem uma largura de aproximadamente 11,43 cm (4,5 polegadas). Para as configurações C e D, uma compensação de fenda de 25,4 cm (10 polegadas) está presente. Para a configuração A, as peças retangulares intermediárias são de aproximadamente 9,652 cm (3,8 polegadas) de largura e definem fendas que são de aproximadamente 1,3716 cm (0,54 polegadas) de largura. Para a configuração B, as peças retangulares intermediárias são de aproximadamente 7,7216 cm (3,04 polegadas) de largura e definem fendas que são de aproximadamente 3,4036 cm (1,34 polegadas) de largura. Para a configuração C, as peças retangulares intermediárias são de aproximadamente 6,5786 cm (2,59 polegadas) de largura e definem fendas que são de aproximadamente 1,3716 cm (0,54 polegadas) de largura. Para a configuração D, as peças retangulares intermediárias são de aproximadamente 4,5466 cm (1,79 polegadas) de largura e definem fendas que são de aproximadamente 3,4036 cm (1,34 polegadas) de largura.

Exemplo 6

[00217]Uma composição de guarnição aquosa é feita usando os componentes mostrados na tabela 7 abaixo, incluindo fibras de vidro de dois tamanhos diferentes, uma fibra de bicomponente e fibras azuis que são liberadas de uma caixa de coleta superior. Uma composição de guarnição de celulose é liberada de uma caixa de coleta inferior. Meios com gradiente são formados da mistura dos fluxos das duas guarnições provenientes de caixas de coleta separadas.

[00218]A tabela 8 mostra os parâmetros de máquina que foram usados para formar os meios com gradiente do exemplo 7.

[00219]Os ajustes de máquina para os quais os parâmetros são listados acima são os mesmos ajustes como definido e discutido acima com relação à tabela 2. Os títulos da coluna correspondem com passagens diferentes usando uma divisão sólida ou configurações diferentes de divisões de mistura ou lamelas. As colunas intituladas 1 a 6 correspondem com os ajustes de máquina que foram usados com cinco configurações diferentes de divisão de mistura. Para o ensaio 2-G, 3-K e 4-H, peças retangulares foram igualmente separadas para definir aberturas de tamanhos iguais na divisão de mistura. A passagem intitulada progressiva foi executada com uma divisão de mistura que tinha fendas que se tornavam progressivamente maiores se movendo na direção a jusante. A passagem intitulada regressiva foi executada com uma divisão de mistura que tinha fendas que se tornavam progressivamente menores na direção a jusante.

[00220]Os meios com gradiente são analisados usando a análise de gradiente previamente descrita e os procedimentos β200. Os resultados da análise do gradiente e β200 para as divisões de mistura fendidas foram consistentes com as características dos meios com gradiente. Existe uma ausência de uma interface dis- cernível do topo dos meios para o fundo dos meios. Existe um gradiente suave de porosidade do topo dos meios para o fundo dos meios.

Exemplo 7

[00221]Usando os procedimentos e aparelho dos exemplos prévios, um meio celulósico foi feito compreendendo uma celulose de bordo e uma fibra de celu- lose de bétula onde a guarnição da caixa de coleta superior continha polpa de bordo em uma porcentagem seca de 100% e a guarnição da caixa de coleta inferior continha polpa de bétula em uma porcentagem seca de 100%. O peso total da folha era 130,32 g/m2 (80 lbs/3000 pés2) que foram igualmente divididos entre as duas dadas polpas.

[00222]O gradiente nesse exemplo está na composição da fibra. Os meios com gradiente são analisados usando a análise de gradiente previamente descrita e os procedimentos β200. Os resultados da análise do gradiente e β200 são consistentes com as características dos meios com gradiente. Existe uma ausência de uma interface discernível do topo dos meios para o fundo dos meios. Existe um gradiente suave de porosidade do topo dos meios para o fundo dos meios.

Exemplo 8

[00223]As figuras 27 e 28 são SEMs de diferentes estruturas de meios em que cada uma foi dividida em treze seções através da espessura dos meios pelo uso de um crio-micrótomo, depois do que os meios foram mergulhados em glicol de eti- leno e esfriados. Ambos os meios mostrados nas figuras 27 e 28 foram preparados usando uma receita de meios somente. A informação com relação à receita dos meios e configuração da divisão é mostrada nas tabelas 9-10.

[00224]Favor observar que no caso de uma divisão de mistura sólida, nenhuma mistura acontece entre a pasta fluida superior e a inferior, porque a pasta fluida inferior é escoada primeiramente, de modo que primariamente as fibras da pasta fluida inferior permanecem, antes que a pasta fluida superior seja colocada em cima dela. Como resultado, as folhas produzidas tinham uma estrutura distinta de duas camadas e não uma estrutura de gradiente. Entretanto, usando as mesmas receitas de guarnição nas caixas de coleta superior e inferior, mas com uma divisão de mistura com aberturas, a mistura das fibras entre a pasta fluida superior e a inferior acontece, resultando em uma estrutura de gradiente. Os meios em ambas as figuras 27 e 28 foram produzidos usando a receita fornecida na tabela 10. Nas figuras 27-28, a primeira SEM 1 se refere ao topo dos meios em cada slide enquanto a última SEM 13 se refere à seção inferior dos meios ao longo da espessura. Favor observar que o peso básico total das folhas é 81,45 g/m2 (50 libras/3000 pés2) dos quais 40,73 g/m2 (25 libras/3000 pés2) foram fornecidos pela guarnição 1 e o resto 40,73 g/m2 (25 libras/3000 pés2) foi fornecido pela guarnição 2.

[00225]As figuras 27 e 28 mostram SEMs de cada uma das treze seções dos meios. Sem a tecnologia do gradiente descrita aqui, seria típico que dois meios produzidos das mesmas receitas de guarnição superior e inferior tivessem estrutura similar por toda a sua espessura. Entretanto, as diferenças na estrutura por todos os meios são visíveis entre as figuras 27 e 28. Para a figura 28, que foi feita com uma divisão de mistura fendida, como os quadros são revistos começando em 1, os quadros iniciais mostram um grande número de fibras de diâmetro maior enquanto os últimos quadros mostram mais das fibras pequenas. Em particular, uma comparação das seções 4, 5 e 6 entre a figura 27 (meios sem gradiente) e a figura 28 (meios com gradiente) revelam diferenças na distribuição das fibras constituintes entre as duas estruturas. Na figura 27, as seções dos meios são altamente enriquecidas em um tipo de fibra particular (grande ou pequena) com transição repentina no meio para tipos de fibra menores. Entretanto, na figura 28, a transição é mais sutil, mas também existe uma maior quantidade de mistura entre tipos de fibra diferentes. Por exemplo, pela comparação das seções correspondentes 4, 5 e 6 nas figuras 27 e 28, é prontamente observado que uma maior quantidade de mistura aconteceu na estrutura do gradiente (figura 28) e relativamente menos ou nenhuma mistura aconteceu nos meios produzidos com a divisão sólida (figura 27).

[00226]Os meios das figuras 27 e 28 também desempenham diferentemente. Os meios sem gradiente da figura 27 atingiram um carregamento contaminado de 160 gramas por metro quadrado quando testado como descrito acima com um desempenho de eficiência de 5 microns para β2oo. Em contraste, os meios com gradientes da figura 28, embora produzidos usando as mesmas receitas para as guarnições superior e inferior como a figura 27, obtiveram um carregamento contaminado de 230 gramas por metro quadrado quando testado como descrito acima com um desempenho de eficiência de 5 mícrons para o teste β200. Essa melhora substancial no desempenho de carregamento na mesma eficiência é atribuível ao gradiente atingido por todos os meios pela divisão de mistura fendida.

Exemplo 9

[00227]Usando a guarnição mostrada na figura 11 e as configurações de divisão de mistura da tabela 3, meios foram preparados. Os meios foram preparados tendo dois pesos básicos diferentes: 65,16 g/m2 e 97,74 g/m2 (40 e 60 libras/3000 pés2.

[00228]Os meios resultantes formados de acordo com essas especificaçõesforam testados para a eficiência beta e os resultados são mostrados na tabela 12.

[00229] Esses dados mostram a capacidade de obter uma faixa de resultados de eficiência (β75 a β200 para partículas de 5 microns) que podem ser adequados para usos finais específicos com carregamento aceitável e características de queda de pressão.

[00230]Os materiais na tabela 13 com referências 1-15 são feitos usando as receitas de guarnição incluídas na tabela 14 usando uma divisão de mistura fendida para formar um gradiente por toda a espessura do meio. O peso básico total de cada folha era de 81,45 g/m2 (50 libras/3000 pés2) dos quais 40,73 g/m2 (25 libras/3000 pés2) foram fornecidos pela guarnição 1 e o resto 40,73 g/m2 (25 libras/3000 pés2) foi fornecido pela guarnição 2.

[00231]O material de comparação A, entretanto, é um meio de duas camadas onde as duas camadas foram formadas separadamente e depois unidas pela laminação. As guarnições usadas para criar as duas camadas separadas do material de comparação A são muito similares às receitas de guarnição para as duas caixas de coleta separadas, exceto sem a fibra PET azul. O material de comparação B foi feito com as guarnições da tabela 14, mas com uma divisão de mistura sólida entre as duas correntes de fluxo. Uma comparação do material do gradiente com os dois materiais convencionais de comparação A e B é mostrada na tabela 13 e na figura 29. Esses dados mostram que várias modalidades da invenção podem ser feitas com uma duração de vida estendida (carregamento maior em 320kPa) enquanto mantendo excelente β2oo.

Dados FTIE para o exemplo 11

[00232]As figuras 30 e 31 são espectros do infravermelho de transferência Fourier (FTIR) dos meios de bicomponente. A figura 30 é um espectro dos meios formados usando equipamento tendo uma caixa de coleta única usada para assentar uma camada única de guarnição sobre um guia de fio. A guarnição para formar os meios da figura 30 incluía fibras de bicomponente, fibras de vidro menores do que um mícron e fibras de poliéster. A figura 31 é um espectro dos meios com gradiente formados com equipamento similar a esse mostrado na figura 1 e com uma divisão de mistura fendida. A tabela 14 aqui mostra o conteúdo da guarnição para as caixas de coleta superior e inferior para a formação dos meios mostrados na figura 31. A figura 30 é um espectro FTIR de um meio de filtro de vidro/bicomponente sem gradiente. Em tal meio, a concentração das fibras diferentes usadas na fabricação dos meios de bicomponente permanece essencialmente constante com pouca variação surgindo dos efeitos da formação dos meios. Na preparação dos espectros da figura 30, o espectro FTIR de ambos os lados da folha dos meios foi tomado usando equipamento de espectros FTIR convencional. A figura mostra dois espectros. O espectro A é um primeiro lado dos meios, enquanto o espectro B é do lado oposto dos meios. Como pode ser facilmente determinado por uma breve inspeção da figura, os espectros da figura A e os espectros da figura B estão substancialmente se sobrepondo e em particular estão sobrepondo na área de pico da carbonila característico em um comprimento de onda de aproximadamente 1700 cm-1 derivado do material de poliéster dos meios. A similaridade do pico da carbonila de poliéster dos espectros A com o espectro B indica que a concentração da fibra de poliéster em ambas as superfícies dos meios é similar e não se desvia por muito mais do que uns poucos por cento.

[00233]A figura 31 mostra um espectro FTIR de ambos os lados dos meios com gradiente da invenção. Como pode ser observado no pico de carbonila de poli- éster característico de cada espectro em um comprimento de onda de aproximadamente 1700 cm-1, os picos de carbonila dos espectros A é substancialmente maior do que o pico da carbonila de poliéster dos espectros B. Isso indica que a concentração de poliéster em um lado dos meios (espectros A) é substancialmente maior do que a concentração de poliéster no lado oposto dos meios (espectros B). Isso é evidência clara que existe uma diferença substancial na concentração da fibra de poliéster no primeiro lado dos meios quando comparado com o segundo lado dos meios. Essa técnica de medição é limitada à medição da concentração da fibra de poliéster na superfície dos meios ou dentro de aproximadamente 4-5 mícrons da superfície dos meios.

[00234]Uma breve revisão dos exemplos e dos dados e da informação de máquina revela que as guarnições são feitas pela combinação de dispersões de fibra da caixa de coleta superior e da caixa de coleta inferior. Essas dispersões de fibra passam da caixa de coleta superior e inferior e são combinadas devido à ação das divisões de mistura.

[00235]Nas guarnições exemplares, as fibras de bicomponente compreendem a fibra de armação e as fibras de vidro e de poliéster são as fibras separadoras. As fibras de vidro menores são as fibras de eficiência. Como pode ser observado nas guarnições exemplares, tipicamente o conteúdo do bicomponente de cada guarnição é relativamente constante, tal que as guarnições aquosas combinadas depois de passarem através da divisão de mistura obterão uma concentração da fibra de bicomponente substancialmente igual e relativamente constante para formar a inte-gridade estrutural nos meios. Na caixa de coleta superior, existe uma proporção grande relevante de uma fibra separadora maior, tipicamente uma fibra de poliéster ou uma fibra de vidro ou uma mistura de ambas as fibras. Também observe que na caixa de coleta inferior existe uma fibra de eficiência de pequeno diâmetro. Como a guarnição da caixa de coleta superior é combinada pela ação da divisão de mistura com a guarnição da caixa de coleta inferior, no mínimo, a concentração da fibra separadora maior da caixa de coleta superior forma um gradiente de concentração, tal que a concentração da fibra separadora varia através da espessura da camada formada quando a camada é formada no fio no processo por via úmida e depois quando a camada é ainda processada. Dependendo do fluxo e da pressão das guarnições, da divisão de mistura e sua configuração, a fibra de eficiência menor pode também formar um gradiente quando as duas guarnições são combinadas antes da formação da camada.

[00236]Como pode ser observado na inspeção das guarnições, depois da formação no fio no processo por via úmida, a composição da camada é relativamente constante na concentração da fibra de bicomponente por toda a camada. Se a fibra separadora compreende uma fibra de poliéster ou uma fibra de vidro ou uma combinação de ambas, a fibra separadora formará um gradiente dentro de uma região da camada ou por toda a camada. A fibra de eficiência menor na região da camada ou na camada completa pode ser relativamente constante na concentração ou pode variar na concentração de uma superfície para a outra. A camada feita da guarnição da tabela 12 compreenderá uma concentração relativamente constante de fibra de bicomponente em aproximadamente 50% da camada geral. A fibra separadora e a fibra de vidro B50 compreenderão um total de aproximadamente 25% do conteúdo de fibra total e formarão um gradiente. A fibra de vidro de eficiência menor compreenderá aproximadamente 25% do conteúdo de fibra geral e pode ser constante na concentração ou formar um gradiente dentro da camada dependendo da contracorrente e pressão. Depois que as camadas são aquecidas, curadas, secas e armazenadas, nós verificamos que a fibra de bicomponente tende a fornecer integridade mecânica para a camada enquanto a fibra separadora e as fibras de eficiência são distribuídas através da camada de bicomponente e são mantidas no lugar pela fibra de armação quando a camada é transportada através da união térmica das fibras. A eficiência para a permeabilidade do tamanho e as outras propriedades da fibra são substancialmente obtidas através da presença da fibra separadora e da fibra de eficiência. A fibra está trabalhando junto proporcionando uma rede interna de fibras que formam as propriedades de fibra permeável eficiente efetiva. Faixas para cada tipo de fibra que pode ser usada em várias modalidades dos meios são mostradas na tabela 15.

Exemplos de gradiente X e dados do gradiente

[00237]Meios foram preparados tendo um gradiente em uma concentração de fibra particular na direção X e também um gradiente na concentração de fibra particular na direção Z. Esses meios com gradiente na direção X foram preparados usando a receita de guarnição mostrada na tabela 16 e usando a divisão de mistura 2100 das figuras 9-11 e a divisão de mistura 2400 da figura 12.

[00238]Quando a divisão de mistura 2100 é usada com duas fontes de guarnição para formar uma manta não tecida, espera-se que os componentes de fibra da guarnição da fonte superior, tal como as fibras PET azul e B06 de 0,6 mícrons, estejam presentes principalmente em uma seção central dos meios na manta não tecida. Também, na seção central, espera-se que os componentes da fonte superior formem um gradiente composicional através da espessura da manta, com mais das fibras da guarnição superior estando presentes em uma superfície superior da manta, e a concentração dessas fibras diminuindo gradualmente, de modo que existem menos dessas fibras presentes em uma superfície inferior oposta da manta.

[00239]Fibras traçadoras azuis foram usadas somente em uma fonte superior para formar uma manta não tecida usando a divisão de mistura 2100. As fibras azuis ficaram visíveis em uma seção no centro da manta não tecida resultante. Também, as fibras azuis ficaram visíveis em ambos os lados superior e inferior da manta, porém mais concentradas no lado superior do que no lado inferior.

[00240]Quando a divisão de mistura 2400 da figura 12 é usada com as duas guarnições na tabela 16, é esperado que a porção da manta sob a peça 2406 não inclua muitas das fibras que ficam somente presentes na caixa de coleta superior. Também é esperado que a parte da manta que não é coberta pela peça 2406 tenha um gradiente na direção X, com a concentração das fibras da caixa de coleta superior aumentando para a borda externa onde as aberturas são maiores. Também é esperado que a parte da manta que não é coberta pela peça 2406 tenha um gradiente na direção Z, com a concentração das fibras da caixa de coleta superior aumentando para a superfície superior da manta. Ambas essas expectativas foram observadas como verdadeiras com base na visibilidade de concentrações mais altas das fibras azuis nos meios resultantes.

[00241]A produção de estruturas de meios diferentes enquanto usando as mesmas receitas de guarnição para as caixas de coleta superior e inferior, mas usando diferentes configurações da divisão de mistura, é ainda prova do conceito que a configuração da divisão de mistura pode ser usada para projetar a estrutura dos meios.

[00242]A estrutura do meio dos meios sem gradiente foi comparada com os meios com gradiente usando micrografias eletrônicas de varredura (SEMs). A figura 32 mostra uma SEM do meio sem gradiente 3200 e outra do meio com gradiente 3202. O meio 3200 foi feito usando uma divisão de mistura sólida e usando as receitas de guarnição mostradas na tabela 16, onde a guarnição superior inclui fibras de bicomponente, fibra de poliéster, fibras de vidro de 5 mícrons e fibras de vidro de 0,6 mícrons. A guarnição inferior inclui somente fibras de celulose de polpa de bétula. Como pode ser observado a partir da SEM do meio 3200, essencialmente não existiu mistura entre as guarnições das caixas de coleta resultando em um meio tendo camadas distintas. Uma interface está visível entre as duas camadas. No meio 3200, as fibras celulósicas formam uma camada celulósica inferior 3206 que é distinta da formação de uma camada superior 3208 tendo fibras de vidro, de bicomponente e de poliéster. A camada superior 3208 é mostrada acima da camada de celulose 3206 na fotomicrografia eletrônica. Nenhuma concentração substancial de fibra de vidro está visível na camada celulósica 3206 e a camada celulósica 3206 é substan-cialmente isenta das fibras de vidro.

[00243]O meio 3202 é um meio de filtro com gradiente feito usando as receitas de guarnição superior e inferior mostradas na tabela 16 usando uma divisão de mistura fendida. Em particular, a divisão de mistura fendida como mostrada nas figuras 9-11 foi usada para gerar o meio de filtro com gradiente 3202. O meio de filtro 3202, portanto, tem um gradiente na direção X, bem como obtém uma estrutura de gradiente na direção Z. A porção mostrada na fotomicrografia 3202 representa uma porção do meio tendo os gradientes da dimensão z, situados no centro do meio em uma direção cruzada da manta. A SEM 3203 mostra uma distribuição substancial das fibras de vidro por todo o meio e alguma distribuição das fibras celulósicas em combinação com as fibras de vidro. Em uma região superior 3210 do meio 3202, mais fibras de vidro estão visivelmente presentes do que na região inferior 3212. Em contraste nítido, o meio 3200 tem camadas claramente distintas de uma camada de meio de vidro de bicomponente sem gradiente convencional 3208 acoplada em uma camada celulósica sem gradiente 3206. Em SEM 3200, uma interface está visível, uma mudança clara e marcada, entre a região dos meios de vidro de bicomponente e a camada celulósica. Tal interface causa uma resistência substancial ao fluxo na interface entre as duas camadas. Ademais, o tamanho médio do poro da camada celulósica é menor do que o tamanho médio do poro dos meios de vidro de bicom- ponente convencionais. Isso ainda introduz um componente interfacial e substancialmente aumenta a resistência ao fluxo dos fluidos que passam através da camada de vidro de bicomponente para a camada celulósica.

[00244]Em contraste nítido, o meio 3202 é um material com gradiente, tal que o tamanho do poro do material muda continuamente de uma superfície para a outra, tal que a mudança é gradual e controlada.

[00245]Usando as divisões de mistura com o gradiente x, nós formamos meios com um gradiente x, tal que a concentração de fibra varia através da direção de máquina e resulta em um gradiente na permeabilidade Frazier. A permeabilidade Frazier usa um aparelho de teste e método dedicados. Em geral, a permeabilidade do meio, em qualquer ponto no meio, deve exibir uma permeabilidade de pelo menos 1 metro/minuto (também conhecido como m3-m-2-min-1) e típica e preferivelmente ao redor de 2-900 metros/minuto. Em um meio com um gradiente x na permeabilidade Frazier, a permeabilidade deve mudar quando a permeabilidade é medida de uma borda para a outra borda. Em uma modalidade, onde o meio foi feito usando a divisão de mistura da figura 12, a permeabilidade aumenta ou diminui de uma borda para a outra. Em outra modalidade, o gradiente de permeabilidade pode exibir uma variação, tal que o centro do meio tem uma permeabilidade aumentada ou reduzida comparada com as bordas, as bordas tendo a mesma permeabilidade ou similar. Em um meio feito com a divisão de mistura de gradiente x da figura 9, a permeabilidade da borda foi medida nas faixas de 42,97 - 56,1 metros/minuto (13,1 a 17,1 fpm) com uma permeabilidade central de 96,46 metros/minuto (29,4 fpm). Em outro meio feito com a divisão de mistura com gradiente x da figura 12, a permeabilidade perto da borda que foi coberta pela peça 2406 foi de 33,46 metros/minuto (10,2 fpm), enquanto a permeabilidade perto da borda que estava coberta não coberta pela peça 2406 foi 40,69 metros/minuto (12,4 fpm).

[00246]O relatório descritivo acima, exemplos e dados proporcionam uma descrição completa da fabricação e uso da composição da invenção. Desde que muitas modalidades da invenção podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção, a invenção reside nas reivindicações a seguir anexas.

Claims

1. Meio de filtro não tecido que compreende uma região não tecida por via úmida derivada de uma guarnição aquosa (aqueous finish), o meio compreendendo: uma fibra de bicomponente compreendendo uma primeira porção termoplástica com um primeiro ponto de fusão e uma segunda porção termoplástica com um ponto de fusão mais baixo, a fibra de bicomponente apresentando um diâmetro de pelo menos 1 e no máximo 40 mícrons; uma fibra de eficiência compreendendo vidro e apresentando um diâmetro de fibra de pelo menos 0,5 mícrons e no máximo 6 mícrons, a fibra de bicomponente é maior no diâmetro do que a fibra de eficiência, em que a fibra de eficiência é diferente em natureza química da fibra de bicomponente; uma fibra separadora; uma superfície de fundo e uma superfície de topo definindo uma espessura, a região compreendendo um gradiente de fibra de direção z; em que o meio é CARACTERIZADO por uma eficiência de captura de 3200 para partículas de tamanho de 5 a 15 mícrons e uma capacidade de carga para 320 kPa de 100 a 230 g/m2, a fibra separadora é maior no diâmetro do que a fibra de eficiência e menor no diâmetro do que a fibra de bicomponente; o gradiente de fibra de direção z compreendendo uma mistura de fibra de bicomponente, fibra de eficiência, e fibra separadora, em que o gradiente compreende uma concentração da fibra separadora que ou continuamente aumenta ou continuamente diminui em uma direção da superfície de fundo para a superfície de topo, em que o meio compreende 30 a 85% em peso de fibra de bicomponente, 10 a 70% em peso de fibra de eficiência, e 2 a 45% em peso de fibra separadora, em que a fibra de bicomponente forma ligações com fibras adjacentes quando a região não tecida é aquecida para pelo menos o ponto de fusão inferior, em que a presença da fibra de eficiência diminui o tamanho de poro do meio.

2. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a região abrange uma porção da espessura.

3. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção compreende mais de 10% da espessura.

4. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio compreende uma segunda região compreendendo um gradiente.

5. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a segunda região abrange uma porção da espessura.

6. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio possui uma primeira borda e uma segunda borda definindo uma largura, em que uma concentração de pelo menos uma das fibras aumenta a partir da primeira borda para a segunda borda.

7. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gradiente é um gradiente linear.

8. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gradiente é um gradiente não linear.

9. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gradiente é um gradiente de propriedade física ou um gradiente de propriedade química.

10. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio possui um gradiente em pelo menos um do grupo consistindo em permeabilidade, tamanho de poros, diâmetro de fibras, comprimento de fibras, eficiência, solidez, capacidade de umedecimento, resistência química, resistência a temperatura, e força mecânica.

11. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio compreende uma ou mais fibras adicionais.

12. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio compreende uma fibra ligada.

13. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pe- lo fato de que a fibra de ligação compreende um aglutinante de resina ou um reagente de reticulação.

14. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio compreende ainda uma região constante.

15. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio é combinado com uma camada de base compreendendo um meio de filtro convencional, uma membrana, um meio de celulose, um meio sintético, uma grade, ou um suporte de metal não expandido.

16. Meio, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio possui uma permeabilidade de 2 a 900 m3/m2min.

17. Meio, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio possui um peso de base de aproximadamente 65 a 130 g/m2.

18. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fibra separadora compreende uma fibra de vidro.

19. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a região apresenta um gradiente de tamanho de poro da superfície de fundo para a superfície de topo.

20. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fibra de bicomponente não varia na região.

21. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o diâmetro da fibra de eficiência e a fibra separadora é menor do que 6 mícrons.

22. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio apresenta um gradiente de tamanho de poro da superfície de fundo para a superfície de topo.

23. Meio de filtro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio define uma espessura de 0,3 a 5 milímetros.