DE4017184A1 - Praegbares filtergewebe - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein thermoformbares, luftdurchlässiges, kohärentes Filtergewebe, umfassend Glasfasern und ein Bindemit­ tel und angepaßt, um geprägt und gefaltet zu werden, um einen Luftfilter zu bilden.

Gefaltete Blatt- oder Glasfasergewebefilter werden vorzugsweise wegen ihres hohen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisses in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt. Für maximale Wirksamkeit ist es wichtig, einen geeigneten Zwischenraum zwischen gegen­ überliegenden Falten während der Verwendung aufrechtzuerhalten. Dieser Zwischenraum wird entweder durch einen einzelnen Abstand­ halter oder ein Trennelement gewonnen, das dem Filter zugefügt wird oder dadurch, daß das Blatt oder Gewebe selbst mit Prägun­ gen oder Deformationen wie Mulden versehen wird, um den Raum zwischen benachbarten Faltungen nach dem Falten beizubehalten.

Es wurde früher von Mathews et al. in US-PS 30 35 965 vorge­ schlagen, ein Papier aus Glasfasern mit weniger als 2,5 µm Durchmesser zu bilden, welches mit einem thermoplastischen Poly­ mer überzogen ist. Allerdings mangelte es dem Papier an ge­ schnittenen Strangfasern mit einem größeren Durchmesser.

Powell et al. beschreibt in US-PS 43 18 774 ein zusammengesetz­ tes nicht-gewebtes Gewebe aus Glasfasern und Textilfasern mit einem thermoplastischen Bindemittel.

Klein beschreibt in US-PS 42 86 977 einen Luftfilter, bestehend aus Glasfasern mit kleinem Durchmesser, Textilfasern und einem thermoplastischen Bindemittel.

Buckman beschreibt in GB-PS 8 74 383 (1961) ein gefaltetes Luft­ filter, welches eingeprägte Abstandhalter aufweist, die aus Fil­ terpapier hergestellt sind, welches mit einem synthetischen Harz imprägniert ist.

Das Bulletin Nr. 815E der Flanders Filter Inc. (1987) beschreibt ebenfalls ein gefaltetes Luftfilter mit Mulden. Es wird angenom­ men, daß es üblich war, eine derartige Prägung oder Deformation während der Formung des Gewebes oder Blattes durchzuführen, wäh­ rend es noch im nassen Zustand einer Fourdrinier-Maschine ist. Versuche, das Blatt oder Gewebe nach dem Trocknen zu prägen, waren wegen der Tendenz des Gewebes zu reißen oder zu brechen erfolglos. Hierdurch wurde die Kohärenz und Wirksamkeit zer­ stört. Da die meisten Filterhersteller oder -fertiger das Fil­ terblatt oder Gewebematerial nicht selbst herstellen, aber trotzdem eine Vielzahl von Mustern und Zwischenräumen für die Prägung wünschen, um das Gewebe für die individuell gestalteten Konstruktionen für Faltenfilter, die für bestimmte Anwendung angepaßt sind, passend zu machen, besteht ein Bedarf für ein gleichmäßiges, trockenes, weiches, oberflächenbehandeltes Gewebe oder Blatt eines Glasfaserfiltermaterials, welches mit einer einfachen und billigen Ausrüstung, wie einem Paar Prägewalzen, die das gewünschte Muster besitzen, geprägt oder deformiert wer­ den kann.

Es wurde nun gefunden, daß ein trockenes Blatt eines Glasfaser­ filtermaterials, welches bestimmte typische Eigenschaften be­ sitzt, ohne weiteres im trockenen Zustand geprägt werden kann, ohne zu brechen oder zu reißen, einfach dadurch, daß man es auf eine Temperatur von 93,3 bis 176,7°C (200 bis 350°F) erhitzt und es zwischen Prägerollen durchlaufen läßt. Das Blatt ist ein thermoformbares, luftdurchlässiges, kohärentes Filtergewebe, um­ fassend ein Glasfasergemisch, das im wesentlichen aus (1) 5 bis 35 Gew.-% geschnittenen Strangfasern mit einer durchschnitt­ lichen Faserlänge von 3 bis 19 mm und einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 6 bis 20 µm, und (2) Rest Glaswolle, mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 0,1 bis 5 mm und einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,2 bis 6 µm besteht, zusammen mit einem thermoplastischen, polymeren Bindemittel, wel­ ches vernetzen kann, wenn man es auf eine Temperatur von 137,8°C (280°F) oder darüber erhitzt, wobei der Anteil dieses Binde­ mittels zwischen 2 und 30 Gew.-% des gesamten Glasfasergemisches und Binders beträgt und das Gewebe eine Dicke zwischen 0,0305 und 0,102 cm (0,012-0,040 in.), eine Zugfestigkeit (MD) von 0,452 bis 2,825 J (4-25 lb/in. width) und eine Zugfestigkeit (CD) von 0,226 bis 1,356 J (2-12 lb/in. width) und ein Basis­ gewicht von 18,12 bis 45,3 kg/278,71 m² (40-100 1b/3000 sq.ft.) besitzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Blatt eine Dehnung von mindestens 2% beim Prägen bei 93,3°C (200°F) über einer Erhebung, die einen Querschnitt in der Form eines Kreis­ segments mit einer Höhe von 2 mm und einer Breite von 8,5 mm besitzt, und es behält eine permanente Dehnung von wenigstens 1% innerhalb dieser Prägung nach dem Prägen bei, selbst wenn es anschließend auf 137,8°C (280°F) oder darüber erhitzt wird, um die Vernetzung zu beschleunigen oder zu vervollständigen und auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält das Glas­ fasergemisch 8 bis 15 Gew.-% geschnittene Strangfasern, wobei die geschnittenen Strangfasern eine durchschnittliche Länge von 6 bis 13 mm besitzen, die Bindemittelzusammensetzung zwischen 3 und 6 Gew.-% des Gesamtgewichts beträgt, das Gewebe ein Basis­ gewicht von 24,91 bis 33,98 kg/278,71 m² (55-75 1b/3000 sq.ft.) hat, eine Gurley-Steifheit von wenigstens 1500 mg hat und es nach dem Prägen bei 93,3°C (200°F) auf einer Erhebung, die einen Querschnitt in der Form eines Kreissegments mit einer Höhe von 2 mm und einer Breite von 8,5 mm besitzt, eine permanente Dehnung von 1 bis 5% beibehält, selbst wenn anschließend auf 137,8°C (280°F) oder höher erhitzt wird, um die Vernetzung zu beschleunigen oder zu vervollständigen, und auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Das Einkerben des trockenen Gewebes um das Fal­ ten zur Bildung von Falten zu erleichtern, wird vorzugsweise auf dem nicht-erhitzten Gewebe vor dem Erhitzen und Prägen durchge­ führt.

Ein gewisses Vernetzen des Binders kann während des Präge­ schritts auftreten, in Abhängigkeit von der Temperatur auf wel­ che das Gewebe erhitzt wurde und der Zeitdauer, die für den Prägeschritt benötigt wird. Weitere Vernetzung durch weiteres Erhitzen nach dem Prägen und/oder selbst nach dem Sanmeln des Gewebes in der gefalteten Form kann stattfinden.

Weitere Eigenschaften des Gewebes werden durch die nachfolgende Beschreibung offenbart.

Die Glasfaser in dem Gewebe umfaßt ein Gemisch von zwei Typen oder Klassen von Fasern, zum einen geschnittene Glasfaser und zum anderen Glaswolle, welche die Dimensionen und Abmessungen wie oben ausgeführt besitzen. Derartige Fasern werden in ein­ facher Weise von einer Vielzahl von Quellen erhalten. Das Ge­ misch kann mit üblichen Verfahren und Ausrüstungen hergestellt werden. Trockenes Vermischen kann durchgeführt werden, aber es wird bevorzugt, nasses Vermischen anzuwenden, in welchem die Fasern in einem wäßrigen Medium in einem Holländer oder Stoff­ löser oder einem Bottich mit hoher Schermischung dispergiert werden, vorzugsweise unter Zusatz einer Säure, um die Trennung der Glasfasern zu erleichtern und zu unterstützen.

Das Bindemittel, welches benötigt wird, um dem Produkt die not­ wendige Kohärenz und andere physikalische Eigenschaften zu ver­ leihen, kann dem Fasergemisch während oder nach Herstellung des Gemisches zugesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fasergemisch zunächst auf einer Fourdrinier-Maschine in ein Gewebe oder Blatt geformt und anschließend wird das Gewebe oder Blatt mit einer wäßrigen Dispersion des Bindemittels ge­ sättigt. Überschüssiges Wasser wird anschließend auf der Four­ drinier-Maschine durch Absaugen entfernt und das Gewebe oder Blatt in der üblichen Weise auf beheizten Trockendosen getrock­ net.

Das Bindemittel ist in Form eines thermoplastischen Materials wie Vinyl- oder Vinylidenpolymere oder -copolymere, das in der Lage ist, zu vernetzen, wenn man es auf eine Temperatur von 137,8°C (280°F) oder darüber erhitzt. Die Fähigkeit zur Ver­ netzung kann durch Miteinbeziehen eines Vernetzungsmittels her­ gestellt werden, welches mit Restvinylgruppen oder anderen reak­ tiven Gruppen, wie Carboxylgruppen, in dem thermoplastischen Polymer oder Copolymer reagieren kann oder durch Vermischen des Vinyl- oder Vinylidenpolymers oder -copolymers mit einem zweiten Harz oder Polymermaterial, welches vernetzen kann, wenn es er­ hitzt wird, so wie Harnstoff-Formaldehydharz, Melamin-Form­ aldehydharz, Phenol-Formaldehydharz, Epoxidharz oder ähnliches. Für beste Ergebnisse ist es wünschenswert, daß das thermoplasti­ sche Bindemittelmaterial eine Glasübergangstemperatur (T _g ) von +10°C bis +50°C besitzt und daß es fähig ist, die Thermo­ plastizität beizubehalten, wenn es auf eine Temperatur bis zu 137,8°C (280°F) erhitzt wird. Unter geeigneten Bindemitteln oder vernetzbaren Materialien sind Copolymere von Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylacetat, Acrylsäureester, Acrylnitrile usw. Die Fähigkeit zur Vernetzung wird durch Comonomere herge­ stellt, die z.B. angehängte Carboxylgruppen besitzen oder durch Gemische mit Harnstoff-Formaldehyd oder anderen härtbaren Ma­ terialien. Die Vernetzung ist durch Erhitzen auf eine Temperatur von mindestens 137,8°C (280°F) oder darüber aktivierbar.

Die nachfolgenden speziellen Beispiele sollen das Wesen der Er­ findung veranschaulichen, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus geschnittenen Strangglasfilamenten oder Fasern (Durchmesser 6,5 µm) und flammengeblasenen Glasmikrofasern oder -wolle (Durchmesser 0,65 bis 2,7 µm) wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt:

Code 104, 106 und Code 110 sind Glasmikrofasern, die von der Manville Corp. aus einem Type 475 Borsilicatglas hergestellt wurden.

Die DE 1/2′′ 636 wird von der Owens-Corning aus üblichem E-Glas hergestellt. Drei verschiedene Gemische der Fasern wurden mit den nachfolgenden Gewichtsteilen hergestellt:

Die Fasern wurden so gemischt, daß sie eine Aufschlämmung mit einem Feststoffanteil von 5% in Wasser bildeten, welches mit Schwefelsäure auf einen pH von 2,7 eingestellt war. Die Auf­ schlämmung wurde in einem Mischbottich mit hoher Scherung her­ gestellt. Nach anfänglicher Dispersion und Mischung wurde die Aufschlämmung auf 2 Gew.-% verdünnt und in den Kopfbehälter einer Fourdrinier dosiert, wo sie weiter auf einen Feststoff­ anteil von etwa 0,1 bis 0,5% verdünnt wurde, um eine gleich­ mäßige Faserverteilung sicherzustellen. Nach anfänglicher Bil­ dung einer Fasermatte auf dem Fourdrinier-Sieb wurde jedes der Gemische A und B mit einer wäßrigen Dispersion, die 3 bis 5 Gew.-% des Bindemittels enthält, gesättigt. Das Bindemittel bestand aus einer Mischung aus 30 Gew.-Teilen eines Copolymers von Vinylidenchlorid und Acrylsäureester (GEON 660X 14) mit einer T _g von 14°C und 70 Gew.-Teilen eines Copolymers von Vinyl­ chlorid/ Acrylsäureester (GEON 460X 47) mit einer T _g von 46°C. Beide Copolymere besitzen inhärent hitzereaktive, selbstver­ netzende, funktionelle Amidseitengruppen, die bei einer Tempera­ tur von 137,8°C (280°F) aktiviert werden. Derartige Copolymere sind bei The B.F. Goodrich Company erhältlich. Überschüssiges Bindemittel und Wasser wurde von dem Fourdrinier-Sieb entfernt, und das Glasfaser-Bindemittel-Gewebe wurde auf übliche Weise auf dampfbeheizten Trockendosen getrocknet. Drei verschiedene Gewebe mit drei verschiedenen Basisgewichten von 24,91, 28,09 und 31,71 kg/278,71 m² (55, 62 und 70 1b/3000 sq.ft.) wurden so her­ gestellt.

Die Fasermischung C wurde ebenfalls wie oben beschrieben behan­ delt, außer daß das Bindemittel aus 15 Gew.-Teilen GEON 660X 14 und 85 Teilen GEON 460X 57 bestand. Das resultierende Gewebe hat­ te ein Basisgewicht von 31,71 kg/278,71 m² (70 1b/3000 sq.ft.).

Die vier Gewebe hatten die folgenden Eigenschaften:

Jedes Blatt konnte man mit Infrarot auf eine Temperatur von 148,9°C (300°F) erhitzen und, während es noch heiß war, zügig durch ein Paar Polyurethan-Prägewalzen führen und so einer Prägung über einer Rippe oder Erhebung aussetzen, die einen Querschnitt in der Form eines Kreissegments mit einer Höhe von 2 mm und eine Breite von 8,5 mm besaß, ohne zu reißen oder zu brechen. Jedes Blatt konnte auch eingekerbt und zu Falten mit einer Höhe von 2,54 cm (1 in.) bis etwa 22,86 cm (9 in.) gefaltet werden. Die gegenüberliegenden Seiten der Falten blie­ ben durch die Prägungen bei einer Faltendichte von 4 bis 12 Fal­ ten pro 2,54 cm (pro inch) in Abstand zueinander.

Nach den Einkerbungs- und Prägungsschritten wurde die Temperatur des Gewebes auf über 137,8°C (280°F) erhöht, um die Vernetzung des Bindemittels zu bewerkstelligen, wobei die die Steifigkeit und die Form beibehaltenden Eigenschaften des Filtergewebes er­ höht werden. Das fertige gefaltete Filtermedium behielt in jedem Fall den Abstand zwischen den Falten unter einer Vielzahl von Bedingungen bei und zeigte eine hohe Wirksamkeit bei der Luft­ filtration, wie durch die nachfolgenden Beispiele gezeigt wird:

Im allgemeinen zeigen die Produkte der vorliegenden Erfindung, nachdem sie geprägt und vollständig vernetzt sind, einen Luft­ widerstand (ASTM F-778-82) von 0,5 bis 70 mm H₂O und eine DOP- Penetration (ASTM D2986-71) von 0 bis 99%. Wenn der Bindemit­ tel-Anteil in dem Produkt gemäß dieser Erfindung unter 7% liegt, bestehen die Filter, wenn sie mit einer geeigneten Ab­ dichtung konstruiert sind, den Test UL 900, Klasse 1.

Claims (5)

1. Thermoformbares, luftdurchlässiges, kohärentes Filtergewebe, umfassend ein Glasfasergemisch, das im wesentlichen aus (1) 5 bis 35 Gew.-% geschnittenen Strangfasern mit einer durchschnitt­ lichen Faserlänge von 3 bis 19 mm und einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 6 bis 20 µm und (2) Rest Glaswolle mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 0,1 bis 5 mm und einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 0,2 bis 6 µm besteht, einem thermoplastischen, polymeren Bindemittel, das zur Vernetzung beim Erhitzen auf eine Temperatur von über 137,8°C (280°F) in der Lage ist, wobei der Anteil von dem Bindemittel zwischen 2 und 30 Gew.-% des gesamten Glasfasergemisches und des Bindemit­ tels beträgt, das Gewebe eine Dicke von 0,0305 bis 0,102 cm (0,012 bis 0,040 in.) aufweist, eine Zugfestigkeit (MD) von 0,452 bis 2,825 J (4 bis 25 lb/in. width) und eine Zugfestigkeit (CD) von 0,226 bis 1,356 J (2 bis 12 lb/in. width) und ein Basisgewicht von 18,12 bis 45,3 kg/278,71 m² (40 bis 100 1b/3000 sq.ft.) aufweist.

2. Thermoformbares Filtergewebe nach Anspruch 1, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß das Gewebe eine Dehnung von mindestens 2% ohne Brechen oder Reißen während der Prägung bei 93,3°C (200°F) über einer Erhebung mit einem Querschnitt in der Form eines Kreissegments mit einer Höhe von 2 mm und einer Breite von 8,5 mm aufweist und eine dauerhafte Dehnung von mindestens 1% innerhalb dieser Prägung nach dem Vernetzen und Kühlen auf Raum­ temperatur beibehält.

3. Thermoformbares Filtergewebe nach Anspruch 1 oder 2, in welchem das Fasergemisch im wesentlichen aus (1) 8 bis 15 Gew.-% der geschnittenen Strangfasern und der Rest aus der genannten Glaswolle besteht und der Anteil des Bindemittels 3 bis 6 Gew.-% beträgt.

4. Thermoformbares Filtergewebe nach Anspruch 2, in welchem das Gewebe ein Basisgewicht von 24,91 bis 33,98 kg/278,71 m² (55-75 1b/3000 sq.ft.) besitzt und eine dauerhafte Dehnung von 1 bis 5% innerhalb der Prägung nach der Vernetzung und dem Ab­ kühlen beibehält.

5. Thermoformbares Filtergewebe nach Anspruch 1, wobei das Fasergemisch im wesentlichen aus (1) 8 bis 15% geschnittenen Strangfasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 6 bis 13 mm und (2) Rest Glasfaserwolle mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 1 bis 3 mm besteht, wobei der Anteil des Binde­ mittels 3 bis 6 Gew.-% beträgt, das Gewebe eine Dicke von 0,0305 bis 0,0762 cm (0,012-0,030 in.), eine Gurley-Steifigkeit (MD) von mindestens 1500 mg aufweist und eine dauerhafte Dehnung von 1 bis 5% innerhalb der Prägung nach der Vernetzung und dem Ab­ kühlen beibehält.