CN1250541A - 吸附剂构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种由模压成形的颗粒吸附剂构件构成的吸附剂过滤器及其制造方法。所述构件包含颗粒吸附剂和用来将所述颗粒吸附剂保持非散粒状的足够量粘结剂。较好的是,所述过滤器构件置于一多孔罩壳中。所述多孔罩壳为发泡的多孔聚四氟乙烯。优选的是,所述吸附剂构件置于一由外壳构成、并内置有电子元件的内部空腔中。由此,所述过滤器可以保护该内部空间,保护其中的电子元件不受损害。所述过滤器构件典型地可应用于硬盘驱动器。

Description

吸附剂构件及其制造方法
发明领域
本发明涉及一种吸附剂。更具体地说，本发明提供一种可用于各种环境下的吸附剂过滤器。所述吸附剂过滤器特别适用于电子设备，例如，适用于那些对潮气、有机蒸气及/或酸性气体敏感的计算机的硬盘驱动装置中。
发明背景
吸附剂过滤器被广泛地使用于如电子工业及医药工业等的工业领域中。例如，在计算机领域中，吸附剂过滤器被装置于硬盘驱动器中，以保护该硬盘不受水蒸气、烃类及/或酸性气体的损害。如果没有这样一种保护设施，这些蒸气可导致静摩擦及腐蚀的产生，并最终使上述硬盘驱动器损坏。
通常，吸附剂过滤器包括一个内置吸附剂的多(微)孔构件。目前广泛使用的装置包括封装于袋子中的颗粒状或粉末状吸附剂，例如，干燥剂及/或碳吸附剂。上述装置描述于授予W.L.Gore§Associates，Inc的第4,830,643号美国专利。描述于该643号美国专利上的装置包括一其二端密封，封入吸附剂颗粒的多孔聚四氟乙烯的管状容器。在该643号美国专利描述的作为吸附剂颗粒的物质，有硅胶(SG)、活性炭、硫酸钙、碳酸钙、活性氧化铝及分子筛吸附剂。
类似于那些描述于该643号专利上的吸附剂过滤器的替代构件可购自明尼苏达州的Bloomingtoon的唐纳森公司(Donaldson Company，Inc.)，该公司是本发明的受让者。上述的Donaldson吸附剂构件通常为一袋子构件。所述袋子构件由二片沿边界或周缘互作密封的聚四氟乙烯薄膜构成。袋中装入吸附剂颗粒材料。在一些吸附剂构件中，是在一个袋子之中装入第2个袋子，而在第2个袋子中则装有吸附剂材料。在上述的任一场合下，在以往所述的构件中，所述的吸附剂材料通常是松散、散粒状(流动性的)固体颗粒材料。
发明简述
本发明提供了一种吸附剂过滤器构件。所述的吸附剂过滤器构件通常是一模压的颗粒吸附剂，装在一外侧多孔罩壳(out porous cover)的内部空间中。所述模压的颗粒吸附剂构件通常由一种颗粒吸附剂和粘结剂的混合物组成。足够量的粘结剂被用来将所述颗粒吸附剂保持于不能流动的(非散粒状)状态。即是说，所述粘结剂可用来将本来是自由流动的颗粒或粉末状吸附剂散粒保持于一个预定的刚性体形状。如此，所述模压的颗粒吸附剂构件包括在通常的操作和使用条件下仍能保持形状的块状、片状或饼状(Brick，wafer or tablet)形状。
一个较好的罩壳(cover)材料包括发泡的多孔聚四氟乙烯材料。在一些优选的实施例中，所述罩壳材料包括以适当的形式层压在一足够量的热塑性聚合物制稀疏织物上的聚四氟乙烯，由此，可以进行超声波焊接或热密封。通常，可以使用一种例如纺粘型的聚丙烯稀疏织物的聚烯烃稀疏织物以完成上述目的。
一个优选的颗粒吸附剂的模压构件包括一种颗粒吸附剂的混合物，该混合物含有颗粒吸附剂(较好的是粉末吸附剂，例如，所述粉末吸附剂通过美国标准筛的100筛目。或者，如果所述吸附剂是粒状吸附剂的话，则所述颗粒吸附剂较好的是通过美国标准筛的28-200目)与一种粘结剂，例如，聚乙烯醇(PVA)、淀粉、羧甲基纤维素(CBC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、微晶纤维素(MCC)、磷酸二钙的二水合物(dicalcium phosphate dihydrate)或它们的混合物。
这里，“U.S.S.”一词是指美国标准筛。上述标准是以所述筛上的每英寸长度中的网丝数目来表征的。例如，一个28U.S.S.筛目即表示筛网每英寸长度上均匀间隔的网丝数目为28。“28-200目”一词意指那些通过28U.S.S.目、但没有通过200U.S.S.目的颗粒级分。这样，上述标准给出了所述级分材料中的最大及最小的粒度。值得注意的是：所述表征并不是绝对的，例如，可以在过筛之前后，一些粒子被粉碎或形成粉末，而另一些则凝聚成较大的颗粒。更确切地说，该术语指其在商业中的通常的应用，所述应用仅仅是指用于形成组合物时所选用的筛子级分而已。一般来说，可以发现，由筛目尺寸对材料所作的定义通常可代表大部分颗粒的筛目尺寸，包括数量及重量上的大部分。
如果所使用的颗粒吸附剂为粉末状的，则较好的是，所述吸附剂为通过100目的颗粒吸附剂。最好的是，所述颗粒吸附剂所包含的绝大多数颗粒的标称(平均)粒径大于7微米。其部分原因是因为如果所述颗粒的标称粒径小于或等于7微米，则所述材料通过压片机的流动即会受阻。而如果所述粒径大于28目，则很难获得足够、有效的颗粒间的粘结力。
如下所详述的吸附剂材料，可以包括一个很大的范围。对大多数典型的应用来说，不难了解到：所述吸附剂材料可以是干燥剂(用于水蒸气的吸附)；活性炭的某种形式(用于有机蒸气或酸性气体的吸附)；或者，可以是上述二者的混合物。这里所用的“吸附剂”一词并不是指任何特定颗粒材料或者用于对任何特定杂质进行的吸附的吸附材料。更一般地说，吸附剂可以包括：硅胶、未处理的活性炭、用于酸性气体吸附的未作化学处理的活性炭(典型的化学处理是使用碳酸钾、碳酸钙或碳酸钠的化学处理)、分子筛、活性氧化铝或它们的混合物。这里，“碳吸附剂”一词或其类似的词，如无特别说明，意指包括活性炭及进行了化学处理的活性炭。
根据本发明，提供了一种组合构件，所述组合构件包括一个形成一个空腔即内部空间的外壳。例如，如前所述地，所述组合构件包括内置其中的电子元(器)件，及至少一个如前所述的吸附剂过滤器。典型地，所述空间即是一个硬盘驱动器的内部。所述过滤器设置于所述壳体的内置空间中，以吸附其中的蒸气(例如，潮气及/或有机蒸气)。所述外壳和电子元件可以包括，例如，一个计算机硬盘驱动器。
这里所述的“吸附剂”及“吸附”并不是根据截留蒸气的方式或机理而定义的。这即是说，该术语是指任何机理的蒸气截留，而不论所述截留的机理是吸附、吸收或其它。
同样根据本发明，提供了一种保护电子元件(例如，保护计算机的硬盘驱动器不因其中存在的蒸气而遭受破坏)的方法。所述保护方法通常是在所述电子元件中至少放置一个如上所述的吸附剂过滤器。且，所述的过滤器也可用于药物容器中。
同样根据本发明，提供了一种所述吸附剂过滤器的制造方法。所述方法通常包括对至少含有颗粒吸附剂(粉末或粒状吸附剂)的混合物，或者，对还含有混合吸附剂及粘结剂的混合物进行模压。所述的混合物还可以含有润滑剂。一个用于这样构件的优选的润滑剂是粉末状的PTFE，例如，那些可从Delaware的Wilmington的杜邦公司购得的商品名为Teflon的润滑剂。
附图的简单说明
图1为本发明的过滤器构件的斜视图。
图2所示为沿图1中的2-2直线截取的剖视图。
图3为图1所示构件中内部元件的斜视图。
图4为用于图1所示过滤器构件的外围设备的分解斜视图。
图5所示为显示在实验阶段中所列数据的第一个图表。
图6所示为显示在实验阶段中所列数据的第二个图表。
优选实施例的详细说明
1.关于颗粒干燥剂的进一步说明
吸附剂过滤器，特别是那些用于电子元件，例如，欲保护计算机硬盘驱动器、蜂窝式电话机、电子线路板、VCR、TV，及信号灯设备的吸附剂过滤器，其尺寸必须相对较小。通常，这些吸附剂过滤器须占有不大于体积约为262立方厘米(cc或cm3)的空间，且其用于硬盘驱动器的典型的吸附剂过滤器占有0.008～262cm3的空间，更为典型地是，占有0.26-18cm3的空间，视特定的系统而异。
通常的吸附剂过滤装置一般是一个袋子，袋子的形成受到尺寸的限制，其中封装有可流的吸附剂粉末或散粒。一个比较广泛接受的看法是：由可流动的散粒状颗粒形式所提供的大表面积对于吸附剂的有效操作不光是必须的，且是所希望的。这个观点描述于第4,830,643号美国专利的第1栏25～36行。
在广泛使用包括可流动的散粒状颗粒材料的装置中，会遇到一些固有的问题。例如，在使用可流动的散粒状颗粒吸附剂材料时，很难精确控制置于任一袋子中的吸附剂量。同样，可以装在给定空间的吸附剂数量通常受到所述颗粒(即，可流动的)吸附剂材料的表观密度的限制。
另外，在一典型的系统中，在将所述颗粒吸附剂散料装入一袋子或保护性构件中时，必须将所述袋子或保护性构件的某些部分密封。如果粉末或颗粒材料的某些部分处在需要密封的部位时，则此时的密封可能会受到影响，甚至难以进行。此时，所述的密封可能导致材料的浪费及产品的失败。在某些情况下，其中最终置有吸附剂过滤器的外围设备受到粉末状或颗粒状干燥剂材料的污染。
另外，在许多情况下，元件的制造或装配必须在洁净的室内环境下进行。如果可能的话，最好是避免可流动的疏松粉末或颗粒状吸附剂散料在这种环境下的产生的危险。
II.一个实施例
参见图1-3。该些附图显示了本发明的吸附剂过滤器的第一个实施例。图4显示了一个包括所述吸附剂过滤器的组合构件，即一个使用该吸附剂过滤器的实施例。
首先，见图4。该图显示，在一个具体使用中的封入空间中，封装了一个计算机硬盘驱动器1。图中，以分解图示的方式表示了图1的硬盘驱动器，该图显示了一个包括盖子3及底板4的外壳2。底板4通常是一个如E涂覆(E-coated)的铝铸件，所述底板上装置有硬盘驱动器元件6(硬件或电子元件)。组装时，在由底板4及盖子3所形成的空间7中，必须及/或最好是提供一种用于在设备使用及温度循环中对蒸气的控制。所述对蒸气的控制由过滤器构件10提供，其中包括如前所述的干燥剂(用于水汽的控制)及/或用于有机蒸气或酸性气体控制的活性炭。当然，也可以使用其它或添加的吸附剂。
在某些情况下，计算机硬盘驱动器的底板即铸件上有一个容纳空间或其中的槽子。在组装时，将过滤器构件10装于其中。与槽子配合的侧壁及盖子可将上述过滤器构件固定就位。在另一些装置中，可将粘结剂涂敷于过滤器构件10的平坦底面上，藉此固定所述构件10。此时，通常是使用一具有低放气率、耐久的丙烯酸酯系压敏粘结剂(PSA)。可用的粘结剂为那些可购自位于明尼苏达州的圣保罗市的3M公司的467MS粘结剂。
作为第三种办法，在某些情况下，使用一个塑料制壳体或框架。所述壳体或框架固定于所述铸件或底板4上，其尺寸的设计使其可轻巧地将过滤器构件10嵌入其中。
总之，如前所述的三种固定过滤器构件的办法均表明，在使用中所要求的是一个适当的装置，以使既能固定过滤器构件10，又不影响电子元件6的工作。一种通常较为理想的装置是，可以让空气通过扩散，比较自由地流入，并流动通过所述过滤器构件10。
下面请看图1-3，这些图更详细地显示了过滤器构件10。图1显示了过滤器构件10的立体图。图2显示了构件10的截面图。图3显示了构件10的内部。
见图1，过滤器构件10包括一个外侧罩壳：(outer cover，casing，pouch，orshell)12。优选的是，所述罩壳12由一种稳定的多孔材料形成。其结果，要吸附的蒸气可以藉由扩散过程通过该多孔材料。
以下，通过优选部件的详细描述，说明用于制造罩壳12的优选材料及其孔隙率。总之，必需及所希望的是，材料应具有一个适当的孔隙率，以便可(藉由扩散)使其中通过如水汽、有机蒸气、酸性气体等蒸气。这些蒸气可以通过内置于罩壳中的吸附剂材料得以控制。在一个优选的、如前已述的装置中，除了可能是沿一个如下所述的周缘密封的区域之外，所述的罩壳12的多孔贯穿其表面。
再见图1。图中所示的具体的罩壳12包括二个沿其周边密封、互相固定的壳体组成部件15、16。壳体构件15成平坦状，用作盖子17。壳体构件16呈碗状或内凹形状18，具有一个外侧凸缘19。壳体构件15藉由周边密封20，固定于壳体构件16的外侧凸缘19上。吸附剂材料则封装在罩壳12中。下面将叙述形成所述周边密封20的方法。这里，用于形成罩壳12的材料又可以指封装材料，所以，有时，罩壳被称为封装构件。
总之，壳体构件15及壳体构件16形成了一个内装袋或内部空间24(图2)，该空间中装有吸附剂构件25。所述吸附剂构件25不是以粉末或颗粒状散粒提供。所述吸附剂构件25是由原先可流动的粉末或颗粒状散料固定制成的饼状、片状或块状的形式。下面描述其方法及配方。图3中表示了饼状、片状或块状形式29的吸附剂构件25。这种构件25在通常的操作中，将保持其形式、形状即其完整性。
图-3中所示装置中的构件如下形成。按下述步骤，从可流动的颗粒材料，例如，从形成颗粒状干燥剂(用于控制水分)及/或活性炭或处理的活性炭(用于有机蒸气控制及/或酸性气体控制)，形成片状或块状吸附剂构件29。由此，藉由如下所述的过程，颗粒或粉末状的吸附材料可以与一适当量的粘结剂混合，然后模压形成块状(片状或饼状)构件29。如果希望的话，也可在模压之前混入其它原料，以提供吸附剂构件10对某些有机蒸气的吸附(及控制)性能。
较好的是，使用粉末状或颗粒状粘结剂。在某些情况下，将所述粘结剂与吸附剂在粘结剂为潮湿的状态下进行混合可能是理想的。这时，水汽将起临时粘结剂的作用，帮助将粘结剂材料固定至所述的吸附剂粒子上。在以下描述的一个较好的制造方法，就是如此。
壳体构件16可由如下所述的适当材料形成。
通常，壳体构件16用于放置块状(片状或饼状)吸附剂的空间的形成过程可与在其中所放置述块状(片状或饼状)吸附剂材料29的放置过程同时进行。形成壳体构件16的片材可放置于一合适尺寸的模具空腔中，接着，将所述块状(片状或饼状)吸附材料29压入形成所述壳体构件的片材之中，然后，压入空腔中，这样，同时，所述的片材即位于块状吸附剂及模子空腔之间。如此，模压形成其中有空腔的壳体构件16。同时，其中含有吸附剂29。通常，只要选用了下述优选材料，就可以容易地进行上述操作。或者，可以使用一压机，先压出所述壳体构件16，然后，将所述的块状(片状或饼状)吸附材料29设置其中。
最后所得的装置，其中装有块状(片状或饼状)吸附材料29的壳体构件16，将用壳体构件15覆盖其上，周边用例如超声波焊接或热封接技术密封。
通常可以预见到，在装配中，用于压铸块状吸附材料29及壳体构件16的压模或铸件将可以用作施加盖子片材15及超声波焊接或热密封操作过程中用的焊接窝。这将便于合适、快速的制造。
在过滤器构件的装配中，可流动颗粒材料在操作时的不利之处可因此避免。同样，在某些情况下，当将如下所述的优选方法用于片状或块状吸附材料29的形成时，所述吸附材料单位体积的吸附剂量，可以超过自由流动状态的吸附剂的表观密度。如从下述报告的试验结果可见：尽管粘结剂与吸附剂材料进行了混合，并且，尽管上述吸附剂形成为块状、片状或饼状(即，形成为预定的不能自由流动)的形式，但吸附剂材料的作为过滤器的作用仍然有效地发挥。
通常，在许多情况下，优选的是，在将其置于上述计算机硬盘驱动器中之前，对构件10进行清洗或清洁。此时，可以使用任何可用于最终产品的、能达到所希望清洁程度的清洁方法。所述清洗或清洁方法的使用通常将取决于具体的制造商(例如，硬盘驱动器制造商)的倾向性如何而定。一般来说，可以预见到，包括使用去离子水及各种洗涤剂在内的通常的超声波清洗等技术将是理想的清洗方法。在使用了下述的优选材料时，根据给定的用途所希望的对污染物控制的具体的程度，这些清洗方法及其变形是可行的。这些清洗方法将不会对构件10作为吸附剂过滤器的作用产生负面影响，特别是所述构件10是从下述优选材料制得时，特别如此。
III优选的可使用材料
A.(袋子)罩壳或封装材料
通常，用于形成罩壳或封装构件的材料较好的是，具有足够孔隙率的多孔材料，以使空气、水汽及，如果适当的话，有机蒸气能自由通过其中，而同时又可有效地封装所述吸附剂构件。用于所述袋子、罩壳或封装材料的较好的物理性能为：厚度范围：          0.0005-0.050英寸MVTR(水汽传输率)：  950g/m2/24小时(由ASTM E96湿杯法测得的最小值)颗粒效率            10.5fpm(英尺/分)时，0.3微米(粒径)时的最小值为99.99％孔径：              0.1-2.0微米
同样较好的是，所述材料强力较大，耐撕裂或开裂、价格低廉并易于购得。较好的材料有发泡的多孔聚四氟乙烯(PTFE)材料。所述PTFE材料可从许多供应商处购得，或可以使用已知技术制得。有用的PTFE材料可从位于明尼苏达州Bloomington的唐纳森公司的Tetratec分公司购得，及从位于Delaware州Newark的W.L.Gore & Associates，Inc.，公司购得。较好的是，所购得的PTFE材料为这样的形式：所述材料层压至一纺粘型聚丙烯或类似的材料上，以便于进行热粘结或超声波焊接。
也可以使用按第4,110,392号、第4,187,390号、第3,953,566号等美国专利上所描述的方法制得的发泡多孔聚四氟乙烯。不过，也可以使用其替换材料，只要所述替换材料满足通常所需的物性要求即可。本发明中，参照引用了四个专利。
对图1-3所示的具体构件来说，所述的材料必须能在周边进行密封。较好的是，所述多孔PTFE材料再以这样的形式提供，使其可以作自身密封，形成周边密封或焊接。用于完成上述目的的一个较好的技术是：在PTFE材料的待密封的一面，提供一层热塑性聚合物(例如，聚丙烯等聚烯烃)。也可以使用如纺粘型稀疏织物的纤维质材料。所述材料实质上并不对构件12的多孔隙性能产生什么影响，但在存在有聚丙烯时，可提供一个可作自身密封的整体结构。即是说，所述薄片或层压构件的热塑性聚合物侧可以使用如超声波焊接等技术作自身密封。通常，可从PTFE的上述供应商处购得那些将PTFE层压至一纺粘型聚丙烯稀疏织物上的合适的薄膜材料。
对于用于计算机硬盘驱动器的典型的装置来说，可以采用许多构型的吸附剂材料。一般来说，较好的可能是矩形的片状或块状吸附剂材料(即，当对所述构件的任一侧平面进行观察时均呈方形或矩形)。
通常，较好的是，用于构件10的材料不含有可测量(藉由通常的NVR/FTIR分析方法)的硅、酰胺或DOP(邻苯二甲酸二辛酯)。同样较好的是，所述材料没有可测得(如由液上GC/MS@105℃24小时的测量所测定)的烃及其它对硬盘驱动器有害的杂质的放气。其上置有聚丙烯稀疏织物用于密封的聚四氟乙烯材料即可达到上述目的。值得注意的是：上述要求对于整个构件来说是需要的。因此，也适用于放置在罩壳构件中的材料。下面所定义的优选的材料满足这些要求。
这里，“NVR”一词意指非挥发性残余物分析(Nonvolatile ResidueAnalysis)，而“FTIR”一词意指通常的傅里叶变换红外线分析(Fourier transformInfrared Analysis).“GC/MS”一词意指使用通常技术所作的气相色谱-质谱法(GasChromatography/Mass Spectrometry)。
B.块状、片状或饼状吸附剂
置入罩壳中的吸附剂块状、片状或饼状物，较好的是对流动性颗粒状粉末材料和粘结剂的混合物进行模压或其它的成形加工而形成。所述制得模压吸附剂块状、片状或饼状物为一种稳定的、模压成形的吸附剂块状、片状或饼状物。即是说，所述方法使用了足够量的粘结剂以保持所述模压成形的颗粒吸附剂构件为一“非自由流动性”的吸附剂构件。这里，“非自由流动性”一词意指形成所述构件(吸附剂块状、片状或饼状物)中的各个分散的微粒或颗粒被充分地粘结，使其在正常的操作中不会分离。如上所述，所述组合物，在模压成形之前，可以包含任何用于对蒸气，即水汽、有机蒸气及/或酸性气体的控制所需的、优选的选择吸附剂(或混合物)。
对典型的操作来说，在-40℃～100℃的温度范围内稳定、并可进行吸附的材料是最为理想的吸附剂材料。可以使用优选的粉末(通过U.S.S.100目)或颗粒(28～200目)的吸附剂。一个典型的和所希望的吸附剂材料粒径是约大于7微米的标称(平均)粒径。可用材料举例示于下述表中。
较好的粘结剂通常是在应用之前为干燥粉末状或颗粒状的粘结剂，所述粘结剂可以与吸附剂容易混合。如下所述，在某些较好的操作中，将所述固体粉末状或颗粒状的粘结剂及吸附剂在存在有液态临时粘结剂的状况下进行混合，以便于使粘结剂涂覆于吸附剂颗粒上，然后干燥。应该避免的是，使用一种会完全涂覆吸附剂颗粒的粘结剂材料，因为这会妨碍吸附剂在整体构件中作用的有效发挥。较好的粘结剂示于下述表中。
较好的是，所述饼状、片状及块状的吸附剂组成物包含约为50-98％(重量)的吸附剂(较好的是，所述吸附剂含量占一大半部分，例如，约为75-95％(重量)，最好的是，约为80％(重量))，及约为2-50％(重量)的粘结剂(较好的是，所述粘结剂含量占一小半部分，例如，约为5-25％(重量)，最好的是，约为20％(重量))。在某些场合下，所述组合物中以包括一少量的如PTFE(Teflon)的润滑剂为宜，以便于与模具分离。在使用上述材料时，所述润滑剂的添加比例较好的是，不大于约为该组合物的10％；更好的是，所述润滑剂的添加比例不大于该组合物的约3％的比例。使用润滑剂时，则润滑剂的使用量以能保证进行有效的模具分离和再使用的最小的量为宜。
上述块状、片状或饼状吸附剂的成形可以使用各种模压压片技术。通常，所有这些技术所要求的是施加足够的压力及/或加热，以保证在通常的操作及制造条件下吸附剂块能保持充分的完整性。
通常，一个合适的和所希望的压制是：与保持其颗粒状、自由流动状态的占有单位体积的吸附剂的量比较，所述加压后的单位体积的吸附剂含量约为前者的0.8-1.75倍(较好的是1-1.75倍，更好的是，大于1倍)。为完成上述加压，宜采用如同通常的压片技术。通常，在12,700至25,500psi级别的压片压力已足够。也可通过配方的选择或粘结剂的改性，对任何特定的用途及几何尺寸使用较低的压力。
如果上述的固体基本上(即，大于70重量％)含有用作干燥剂(即，吸收水分的)的硅胶，则通常希望模压后的最小有效表观密度至少为0.61g/cc(克/cm3)。较好的是，上述模压足够的大，以获得大于0.85g/cc的表观密度，而更好的是，获得大于约0.92g/cc的表观密度。
上述材料最好是模压成形后的预定形状的尺寸不会小于0.20cm，更好的是，上述形状的尺寸不会小于0.51cm。这样的尺寸有助于保证构件在模压条件下的结构稳定性。较好的是，对电子元件的典型应用来说，用于模压件的总体积在约0.008至262cm3的范围；更好的是，在约0.26至18cm3的范围。在本发明中，“总体积”一词意指从加压模腔测得的、或意由制得的模压件的外部尺寸计算得到的体积。对一典型的硬盘驱动器来说，可以使用的“块状物”在一个尺寸上约为3.1cm长，另一个尺寸上约0.6cm厚，而在另尺寸(该产品具有平坦的侧面)约为0.5cm厚。
下面，提供了一个用于制造上述吸附剂的块状物、片状物或饼状物的可用技术。从该制造方法可以显见：它可以有多种一般的用途。在所述方法中，“％(重量)”为基于最终吸附剂块状物、片状物或饼状物29(图3)中干燥材料的总重量计。任何以后使用的罩壳的重量并不计算在内。
首先，可以制得包含63％(重量)的硅胶(28-200目的硅胶)及约为10.5(重量)的聚乙烯醇粉末(PVA，AirProducts’Air Vault 203S)的混合物。这些材料将与水或另一液体进行混合，其中硅胶与水的混合比例为2∶1。然后，在空气中干燥。水起了临时粘结剂的作用，它有助于促进上述粘结剂对硅胶颗粒表面的涂覆。
上述干燥材料用一30目的筛过筛，以减少其中的结块物。为此，添加约为24％的微晶纤维素(MCC，FMC lattice NT-050或NT-105)。对该混合物再添加2.5％的Teflon粉末(DoPont Aonyl MP-1100)作为润滑剂。
然后，使用通常的制片装置在12,700-25,500psi的压力下，进行压片。
典型的片状吸附剂结构尺寸如下：
长度：0.38cm-10.16cm
宽度：0.38cm-10.16cm
厚度：0.38cm-2.54cm
使用一水溶性PVA配方具有多种优点。例如，上述混合物具有良好的流动性，这样可提压片速度。另外，PVA粉末与硅胶的混合性也很良好。PVA粉末的组合物可以使用于硬盘驱动装置中。这就使硬盘驱动器所不希望的挥发性物质不易释放。上述方法在某些方面是有利的，因为，它避免了使用醇溶剂。其结果，对电子设备的污染可能性较小。在下表中，例举了某些可以压片的材料。
表1
可用于吸附剂片的材料
    组    分     作    用     供应商及试样产品
硅胶 水汽吸附 Grace Davison(Grade 11 or Syloid)63)Baltimore，MD 21203-2117；Fuji Sylisia(Type A or Type B)Portland，OR 97204′
活性炭 有机蒸汽、烃类及/或酸性气体的吸附 Barnebey and Sutcliffe(209C；209C KINA)Columbus，OH 43216
微晶纤维素     粘结剂 FMC(Lattice NT-050 or NT-006)Philadelphia，PA 19103
Teflon粉末     润滑剂 DuPont(Zonyl MP1100)Wilmington，DE 19805
聚乙烯醇     粘结剂 Air Products(Airvol 203 S)Allentown，PA
淀粉     粘结剂 ADM(Clineo 718)Clinton，IA
羧甲基纤维素     粘结剂 Hercules(Aqualon 7MX)Wilmington，DE 19894
聚乙烯吡咯烷酮     粘结剂 GAF Chemicals Corporation(Plasdone)Wayne，NJ 07470
磷酸二钙二水合物     粘结剂 Rhone Poulenc(DI-TRB)Shelton，CT
实验
目的
本实验研究的目的是，将本发明的硅胶片和现有的、由唐纳森公司(本发明的受让者)提供的吸附剂袋(使用松散的颗粒硅胶)对硬盘驱动器工业的吸附特性作一比较。
过程
通常使用如上所述的方法压制成片，其更具体的方法在下面详述。使用一手动压片机压片，其压片压力约为25,000psi。以下所述的试样包括在本研究中。试样编号      说明1180/20(A)    片其中，80％(重量)为Davison Grade 11硅胶；
            20％(重量)的Lattice 006为微晶纤维素(MCC)；
            每一称量盘放3片；各片为7mm(毫米)直径，
            2.7mm厚。6380/20(B)    片，其中，80％(重量)为Davison Syloid 63硅胶；
            20％(重量)的Lattice 006为MCC；每一称量盘放3
            片；各片为7mm(毫米)直径，1.8mm厚。1170/30(C)    片其中，70％(重量)为Davison Grade 11硅胶；
            30％(重量)的lattice 006为MCC，每一称量盘放3片；
            各个片为7mm(毫米)直径，2.7mm厚6370/30(D)    片其中，70％(重量)为Davison Syloid 63硅胶；
            30％(重量)的lattice 006为MCC；每一称量盘放3片；
            各片为7mm(毫米)直径，2.7mm厚。6350/50(E)    片其中，50％(重量)为Davison Syloid 63硅胶；
            50％(重量)的lattice 006为MCC；每一称量盘放2片；
            各个片7mm(毫米)直径，1.8mm厚。P53-7365(F)   由唐纳森公司供应给硬盘驱动工业公司的现有吸附剂袋，
            编号Part P53-7365(基线)；丸粒每一称量盘放1个试样，
            袋长为29mm，袋宽为12.7mm。袋厚为6.4.
同时制得含有下述成份的试样(称为“11PVA”或“G”)：63％(重量)的Davison Grade 11硅胶、10.5％(重量)的Air Products’Airvol 203S PVA、24％(重量)的Lattice NT-050 MCC、2.5％(重量)DuPont Eonyl MP-1100Teflon粉末。其直径为12.7mm，厚度为0.28mm厚。每一称量盘仅使用1片。
Davison Grade ll硅胶为28-200目的硅胶、而Daxison Syloid 63为7微米直径的硅胶。所有的试样均进行两个平行的实验，除了P/N63 50/50(E)试样之外，因为P/N63 50/50(E)试样的获得较为困难，所以，数据A1及A2是表示材料A的两次试验，等等。
试样制备
各个使用MCC的片均是称量出如上所述比例的原料而制得。然后，将上述混合原料在一手动压片机上压制成片。针对MCC的压片过程中的压力约为25,000psi。
对使用MCC和PVA及Tefllon的混合物的片来说，下述步骤用来制造片。
1)混合6份Davison Grade 11硅胶和1份Air Products’Airvol 203S PVA；
2)取上述1)所制得的混合物，对每2份硅胶添加1份水；
3)空气干燥混合物；
4)用30目的筛过筛上述混合物，除去小块的块状物；
5)添加并混合FMC Lattice NT-050的MCC，使得最终混合物含有24％(重量)的MCC；
6)添加并混合DuPont Aonyl MP-1100的Teflon粉末，使最终混合物含有2.5％(重量)的所述粉末；
7)使用约为17,800-25,000psi的压力，在手动压片机上压制成片。下述步骤用于分析：
1)在一个用于分析的贴有标签的铝制盘中放入试样(如上所述，为1、2、或3片)。测得具备有PTE袋子的P53-7365试样的基线。其它的试样均
在不用封装罩壳的条件下进行测试。
2)在105℃的条件下干燥试样15小时；
3)从干燥箱中取出试样，密封在防湿层包装中，使其冷却至环境温度。
4)设置一Teney保温保湿室，以保持50％RH(相对湿度)和21.1℃的温度，保持平衡；
5)然后，从上述防湿层包装中取出各个试样，称重，称重重量计为干燥重量。其暴露于环境的时间应尽量地少，以保证精确的干燥重量；
6)接着，将所述试样置于温湿度保持室中，此时的时间记录为启动时间；
7)逐次，间隔一定时间，从所述的温湿度保持室中取出试样称重。暴露环境的时间减少至最小，以保证称重准确；
8)对各个试样，逐次，间隔一定时间称重，直至重量不再变化；
9)根据配方、干重或直接称量，确定吸附剂的重量。对某些试样来说，如上述表中所述，各个试样由2或3片组成。数据分析/背景
对各个试样，将所述称重的重量作为各个试样的时间函数。从各次称量中扣去干重，其差认为是水汽吸附量。计算出每个试样在各个时间的水汽吸附量，然后，将其归一到干燥硅胶的单位重量及单位吸附剂体积。画出归一后的吸附-时间曲线，用来表示吸附剂的吸附性能。所述图表可直接用来比较吸附剂片的曲线和P53-7365(F1及F2)基线。所收集的数据除了11PVA或G之外，均示于下表H、III及IV。
                                           表II原始数据(试样，重量(克))
试样名称 试样编号
11 80/20(1)     A1   1.3246    1.3460    1.3622   1.3725   1.3799   1.3849   1.3849   1.3921   1.3936   1.3936   1.3951
11 80/20(2)     A2   1.3406    1.3656    1.3788   1.3903   1.399   1.4037   1.408   1.4115   1.4121   1.4117   1.4124
63 80/20(1)     B1   1.2252    1.2416     1.254    1.262   1.2666   1.2677   1.2689   1.2704   1.2702   1.2693   1.2699
63 80/20(2)     B2   1.4704    1.4818    1.4882   1.4948   1.4979   1.4985   1.4992   1.4997   1.4997   1.4994   1.4999
11 70/30(1)     C1   1.6509    1.6686    1.6858   1.6981   1.7049   1.7086   1.7126   1.7154   1.7157   1.7156   1.716
11 70/30(2)     C2   1.6508    1.6704    1.6864   1.6941   1.7047   1.7087   1.712   1.7153   1.716   1.7154   1.7165
63 70/30(1)     D1   1.5338    1.5505      1.56   1.5657   1.5705   1.5720   1.5740   1.5753   1.5751   1.5745   1.5747
63 70/30(2)     D2   1.4628    1.4732    1.4797   1.4837   1.4870   1.4883   1.4892   1.490   1.4898   1.4893   1.4896
63 50/50(1)     E   1.4935    1.5007    1.5065   1.5093   1.5115   1.513   1.5139   1.5145   1.515   1.5145   1.5144
P537365基线(1)     F1   2.2749    2.2997     2.325   2.3444   2.3628   2.3762   2.3895   2.4008   2.4081   2.4122   2.4156
P537365基线(2)     F2   2.2992    2.323    2.3509   2.3687   2.3922    2.4037   2.4137   2.4272   2.4328   2.4356   2.4421
时间(分)     0     30     63     96     131     164     194     224     255     285     316
    A1     1.3947     1.394     1.3988     1.3978     1.3973     1.3982
    A2     1.4134     1.4139     1.4192     1.418     1.4176     1.4181
    B1     1.2702     1.2698     1.2715     1.2708     1.2704     1.2716
    B2     1.4999     1.4994     1.5002     1.4997     1.4996     1.5000
    C1     1.7172     1.717     1.7211    .17203     1.7199     1.7208
    C2     1.717     1.7169     1.7219     1.7205     1.7203     1.7209
    D1     1.5754     1.5751     1.5761     1.5753     1.5754     1.5759
    D2     1.4895     1.4897     1.4908     1.4899     1.4900     1.4905
    E     1.5147     1.5146     1.5155     1.5149     1.5149     1.5151
    F1     2.4229     2.4302     2.4813     2.4749     2.4767     2.4795
    F2     2.4507     2.4563     2.5064     2.5053     2.5046     2.5064
时间(分)     346     377     1244     1274     1305     1364
                                          表III吸附的水汽(g)
试样编号
试样名称 时间(分)     0     30     63     96     131     164     194   224     255     285     316
11 80/20(1)     A1     0   0.0214   0.0376   0.0479     0.0553    0.0603     0.0648  0.0675     0.069     0.069   0.0705
11 80/20(2)     A2     0   0.0250   0.0382   0.0497     0.0584    0.0631     0.0674  0.0709     0.0715     0.0711   0.0718
63 80/20(1)     B1     0   0.0164   0.0288   0.0368     0.0414    0.0425     0.0437  0.0452     0.045     0.0411   0.0447
63 80/20(2)     B2     0   0.0114   0.0178   0.0244     0.0275    0.0281     0.0288  0.0293     0.0293     0.029   0.0295
11 70/30(1)     C1     0   0.0177   0.0349   0.0472     0.054    0.0577     0.0617  0.0645     0.0648     0.0647   0.0651
11 70/30(2)     C2     0   0.0196   0.0356   0.0433     0.0539    0.0579     0.0612  0.0645     0.0652     0.0646   0.0657
63 70/30(1)     D1     0   0.0167   0.0262   0.0319     0.0367    0.0382     0.0402  0.0415     0.0413     0.0407   0.0409
63 70/30(2)     D2     0   0.0104   0.0169   0.0209     0.0242    0.0255     0.0264  0.0272     0.027     0.0265   0.0268
63 50/50(1)     E     0   0.0072   0.0130   0.0158     0.018    0.0195     0.0204  0.021     0.0215     0.021   0.0209
P537365基线(1)     F1     0   0.0248   0.0501   0.0695     0.0879    0.1013     0.1146  0.1259     0.1332     0.1373   0.1407
P537365基线(2)     F2     0   0.0238   0.0517   0.0695     0.093    0.1045     0.1145  0.128     0.1336     0.1364   0.1429
    时间(分)     346     377     1244     1274     1305     1364
    A1     0.0701     0.0694     0.0742     0.0732     0.0727     0.0736
    A2     0.0728     0.0733     0.0786     0.0774     0.077     0.0775
    B1     0.045     0.0446     0.0463     0.0456     0.0452     0.0464
    B2     0.0295     0.029     0.0298     0.0293     0.0292     0.0296
    C1     0.0663     0.0661     0.0702     0.0694     0.069     0.0699
    C2     0.0662     0.0661     0.0711     0.0697     0.0695     0.0701
    D1     0.0416     0.0413     0.0423     0.0415     0.0416     0.0421
    D2     0.0267     0.0269     0.028     0.0271     0.0272     0.0277
    E     0.0212     0.0211     0.022     0.0214     0.0214     0.0216
    F1     0.148     0.1553     0.2064     0.2     0.2018     0.2046
    F2     0.1515     0.1571     0.2072     0.2061     0.2054     0.2072
                                              表IV体积计算
试样名称 试样编号 #片 直径(英寸) 半径(英寸) 高(英寸) 体积(立方英寸)
11 80/20(1)     A1     3     0.284   0.142   0.106     0.0201
11 80/20(2)     A2     3     0.289   0.1445   0.109     0.0214
63 80/20(1)     B1     3     0.288   0.144   0.072     0.0141
63 80/20(2)     B2     2     0.287   0.1435   0.07     0.0091
11 70/30(1)     C1     3     0.289   0.1445   0.105     0.0207
11 70/30(2)     C2     3     0.289   0.1445   0.107     0.0210
63 70/30(1)     D1     3     0.291   0.1455   0.071     0.0142
63 70/30(2)     D2     2     0.289   0.1445   0.07     0.0092
63 50/50(1)     E     2     0.287   0.1435   0.07     0.0091
P537365基线(1)     F1     0.4335   0.2445   1.0775     0.0835
P537365基线(2)     F2     0.4365   0.261   1.0775     0.0909
结果/讨论
图5所示为各个试样归一到干燥硅胶的单位质量的水汽吸附速率。如图5所示，硅胶片的水汽吸附速率大于P53-7365(F1及F2)基线。各个试样归一到干燥硅胶单位质量的最终吸附量为20-30％。该范围对各个试样来说，可能是由于硅胶在其与粘结剂的混合物中与粘结剂的混合变异性的结果。块状的硅胶被期望可在所述的条件下吸附约为其重量的28.75％。因此，本发明制片的过程并不会对硅胶的水汽吸附产生负面影响。
图6表示了归一为单位体积的水汽吸附量。如图6所示，硅胶片的单位体积的吸附性能优于P53-7365(F1及F2)基线。该图形图表有利于其使用空间有限的硬盘驱动装置中。如人们所期望的，具有高含量的硅胶片显示了较高的单位体积的水汽吸附性能。含Grade 11硅胶或Syloid 63硅胶材料的吸附性能似乎相似。
结论
从所述结果可以得出如下结论：
1)在所测试的条件下，与袋装颗粒状硅胶基线比较，硅胶片具有较大的水汽吸附速率；
2)在所测试的条件下，与袋装颗粒状硅胶基线比较，硅胶片具有更加大得多的单位体积水汽吸附容量；
3)在所测试的条件下，硅胶片的水汽吸附容量与大块硅胶相比，是不受影响的；
4)在所测试的条件下，在含Davison Grade 11硅胶和Syloid 63硅胶材料的片之间，吸附性能并无明显差异。
将试样11PVA或G与P53-7365基线比较，通常，硅胶片(试样11PVA)的吸附速率一般大于P53-7365基线。然而，在该试验中的吸附速率的差异如同以上所报道的其它试验一样，可能是由于P53-7365基线的试样具有一个PTFE袋子及不同的几何形状，这样可能导致较低的表面积和吸附质量之比。一般来说，试样11PVA(即，试样G)，吸附了更多的H2O重量(每克干燥硅胶)，同时，其单位体积的吸水量也较大。
上述后一试验中的原始数据表示于表V、VI、VII中。表V显示了重量随时间变化的关系。表VI给出了硅胶质量及硅胶体积等的试样规格，以及作为试样包装的袋子重量。表VII给出了各个时间间隔后所吸附的水汽量。
                                       表V原始数据
  说明 wt0  wt1  wt2  wt3  wt4  wt5  wt6  wt7  wt8  wt9
 P537365(F) 0.985  1.034  1.065  1.083  1.101  1.112  1.128  1.134  1.140  1.164
 P537365(F) 1.021  1.074  1.101  1.125  1.139  1.152  1.163  1.171  1.179  1.201
 11PVA(G1) 2.423  2.507  2.541  2.565  2.588  2.598  2.608  2.615  2.627  2.641
 11PVA(G2) 2.466  2.542  2.575  2.599  2.616  2.628  2.64  2.649  2.657  2.679
  时间     0     30     60     90    120    150    185    215    255   1030
                                      表VI试样规格
  试  样   袋得   mSG(g) vSG(立方英寸)
P537365(F)     0.236     0.699     0.0699
P537365(F)     0.241     0.730     0.0730
11PVA(G1)     0.7008     0.0699
11PVA(G2)     0.7176     0.0699
                                      表VII吸附的水汽
  试样
  时间     0     30     60     90     120     150     185     215     255    1030
  P537365(F)   0.00   7.01   11.44   14.02   16.60   18.17   20.46   21.32   22.17   25.61
  P537365(F)   0.00   7.26   10.96   14.25   16.16   17.95   19.45   20.55   21.64   24.66
  11PVA(G1)   0.00   11.99   16.84   20.26   23.54   24.97   26.40   27.40   29.11   31.11
  11PVA(G2)   0.00   10.59   15.19   18.53   20.90   22.58   24.25   25.50   26.62   29.68

Claims (18)

1.一种组合构件，其特征在于，所述组合构件包括：
(a)一个限定一个内部空间的外壳，所述内部空间置有须保护的计算机硬盘驱动器；及
(b)一个置于所述外壳内部空间的吸附剂过滤器；所述过滤器中包括一个模压的颗粒吸附剂构件，所述构件含有将所述模压的颗粒吸附剂材料构件维持在非流动状态的足够量的粘结剂。
2.如权利要求1所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述吸附剂过滤器结包括：
(i)一个限定一个内部空间的外侧多孔罩壳；及
(ii)所述模压形成的颗粒吸附剂构件；所述颗粒吸附剂构件置于所述吸附剂过滤器外层罩壳的内部空间中。
3.如权利要求2所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述吸附剂过滤器罩壳包括二个壳体构件。
4.如权利要求3所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述吸附剂过滤器罩壳包括二个具有密封边缘的壳体构件。
5.如权利要求2所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述罩壳材料包括发泡的多孔聚四氟乙烯。
6.如权利要求5所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述罩壳材料为层压至纤维质热塑性稀疏织物上的发泡的多孔聚四氟乙烯。
7.如权利要求6所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述罩壳材料包括层压至聚丙烯性稀疏织物上的发泡的多孔聚四氟乙烯。
8.如权利要求1所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述模压成形的颗粒吸附剂材料构件包括由下述组成的混合物：
(i)粘结剂；及
(ii)选自硅胶、活性炭、分子筛、活性氧化铝及它们混合物的吸附剂。
9.如权利要求8所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述粘结剂选自聚乙烯醇、淀粉、纤维素、羧甲基纤维素、磷酸二钙二水合物及它们的混合物。
10.如权利要求7所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述颗粒吸附剂是通过100U.S.S筛目的吸附剂级分。
11.如权利要求10所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述颗粒吸附剂是其平均粒径大于7微米的吸附剂颗粒。
12.如权利要求7所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述颗粒吸附剂是通过28U.S.S筛目的吸附剂级分。
13.如权利要求12所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述颗粒吸附剂材料是未通过200U.S.S筛目的吸附剂颗粒级分。
14.如权利要求7所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述模压成形的颗粒吸附剂构件具有0.008～262cm3的总体积。
15.如权利要求14所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述模压成形的颗粒吸附剂构件中单位体积的吸附剂含量至少为该吸附剂构件所由之形成的可流动状吸附剂散料表观密度的0.8倍。
16.如权利要求15所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述模压成形的颗粒吸附剂构件没有小于0.20cm的尺寸。
17.如权利要求7所述的组合构件，其特征在于：
(a)所述模压成形的颗粒吸附剂构件包含：
(i)75～95％(重量)的颗粒吸附剂；及
(ii)5～25％(重量)的粘结剂。
18.一种保护硬盘驱动器不受蒸气损害的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(a)将一蒸气吸附剂过滤器置于硬盘驱动器中，所述过滤器包括封装于一外侧多孔罩壳中的模压颗粒吸附剂构件；
(i)所述盖子的材料是包括一层压至一聚烯烃稀疏织物上的发泡的多孔聚四氟乙烯；及
(ii)所述模压成形的颗粒吸附剂构件包含
(A)75～95％(重量)的颗粒吸附剂；及
(B)5～25％(重量)的粘结剂。
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Assignee: Donaldson (Wuxi) Filter Co., Ltd.

Assignor: Donaldson Company, Inc.

Contract record no.: 2010990000898

Denomination of invention: Adsorbent construction and method

Granted publication date: 20040908

License type: Exclusive License

Open date: 20000412

Record date: 20101112

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Granted publication date: 20040908

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