專利名稱：通過離心得到的含有礦物纖維的過濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來制造過濾器，特別用來制造袋式過濾器的過濾介質(zhì)及其制造方法。本發(fā)明特別涉及用來過濾氣體，特別用來過濾空氣(除去懸浮在空氣中的顆粒)的具有按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779分類為F5～F9級(jí)的高效細(xì)袋袋式過濾器。
由通過所謂的“Aerocor”方法制造的過濾介質(zhì)，制造符合如上所述標(biāo)準(zhǔn)的袋式過濾器是眾所周知的，按照該方法，在具有強(qiáng)氣流的水平火焰中，由垂直的玻璃小棒水平地牽拉成纖維。在成形以后，將纖維在帶有小孔的毯子上收集成為層紗，所述毯子相對于水平線是傾斜的。但是，人們還在研究改善此類過濾器的效率，降低它所引起的壓頭損失。
通過如下的方法制備按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)，此方法包括如下步驟—通過使用所謂內(nèi)離心方法的裝置來形成纖維，然后—在該纖維上噴灑膠粘劑前體，然后—將纖維收集在紗層上，然后—沿著被控制的厚度上，將包括該纖維和紗的整體進(jìn)行熱處理，使得膠粘劑前體轉(zhuǎn)變?yōu)槟z粘劑。
如此得到的過濾介質(zhì)包括被粘結(jié)的含有無機(jī)纖維的氈片，該氈片被粘結(jié)在紗層上。當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)，剛好在牽拉纖維之后被噴上的膠粘劑前體就轉(zhuǎn)化為膠粘劑，所述膠粘劑一方面起著在纖維之間進(jìn)行粘結(jié)，使其具有氈片結(jié)構(gòu)的作用，另一方面起著就氈片粘結(jié)在紗層上的作用。
一般說來，為了就纖維接受在置于可透過氣體帶子上的層紗上，要通過所述層紗和帶子吸氣，將所述纖維引導(dǎo)到所述層紗上。
對于給定的表面質(zhì)量，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)對通過其的氣體產(chǎn)生比較小的壓降。對于使用按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)制造的過濾器也是同樣的。
另外，對于給定的表面質(zhì)量，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)具有很強(qiáng)的保留顆粒的能力(也稱為堵塞能力)。一般認(rèn)為，當(dāng)袋式過濾器引起的氣體壓頭損失為450Pa時(shí)，袋式過濾器即用完了(即由所過濾的灰塵引起很大的堵塞)。因此，保留能力是當(dāng)其造成所述450Pa的壓頭損失時(shí)，過濾器所含的灰塵表面質(zhì)量。按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得在保留很強(qiáng)的保持能力和引起比較小的壓頭損失的同時(shí)，能夠使用更小的表面質(zhì)量。
按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的突出性能有可能來源于纖維網(wǎng)絡(luò)的特殊結(jié)構(gòu)。特別是，這樣的解釋并不能限制本申請的范圍，這些纖維可能具有特別隨機(jī)的取向。
對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員，內(nèi)離心方法的原理是已知的。示意性地說，本方法在于把一股熔融的無機(jī)材料引入到也稱為紡絲盤的離心機(jī)中，該離心機(jī)以高速旋轉(zhuǎn)，在其周邊上開有許多孔，在離心力的作用下，熔融的材料從這些孔中噴出形成長絲。這些長絲在沿著離心機(jī)壁的高溫和高速的環(huán)狀氣流的作用下被牽拉，氣流使之變細(xì)并轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維。此牽拉的氣流將形成的纖維帶到接收裝置中，該裝置一般由能夠透過氣體的帶形成。此已知的方法成為許多改進(jìn)的目標(biāo)，其中特別在歐洲專利申請EP 0189534、EP 0519797或EP 1087912中曾經(jīng)公開過。
在按照本發(fā)明的方法中，紡絲盤的孔應(yīng)該具有足夠小的直徑，使得通過內(nèi)離心方法得到的纖維具有最大12L/min，優(yōu)選最大10L/min，一般至少0.4L/min的細(xì)度指數(shù)，所述細(xì)度指數(shù)是通過在2002年5月22日提交的法國專利申請0206252中敘述的技術(shù)測量的。此專利申請實(shí)際上涉及包括測量細(xì)度指數(shù)裝置的纖維細(xì)度指數(shù)的測定裝置，所述細(xì)度指數(shù)測量裝置一方面具有至少一個(gè)與用來接受由許多纖維組成的試樣的測量室相連的第一孔，另一方面具有與測量所述試樣一邊和另一邊壓差的壓差測量裝置相連的第二孔，所述壓差測量裝置用來與產(chǎn)生流體流的裝置相連，其特征在于，該細(xì)度指數(shù)測量裝置包括至少一個(gè)測量穿過所述測量室的流體流量的體積流量計(jì)。此裝置從纖維粗到足可以有馬克隆尼值存在時(shí)開始，在“馬克隆尼細(xì)度(micronaire)”值和每分鐘升數(shù)之間給出對應(yīng)關(guān)系。對于如在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用的很細(xì)的纖維，即使沒有馬克隆尼值存在，也可以用上述專利中的技術(shù)，用L/min的單位來度量細(xì)度。
為了得到具有所需細(xì)度的纖維，特別可以使用如在專利申請EP1087912中敘述的使用內(nèi)離心方法的裝置。一般說來，紡絲盤上的孔徑為0.3～0.9mm，更一般為0.4～0.8mm。對于紡絲盤的直徑400mm，可包括1,500～15,000個(gè)孔。這些孔可以分布在紡絲盤周邊的帶上，很多水平的排數(shù)重疊，比如5～20排。紡絲盤的直徑可以不是400mm，比如是600mm，與直徑變化相關(guān)引起在紡絲盤周邊帶上孔數(shù)的變化，使得單位表面上的孔數(shù)仍然與在直徑400mm時(shí)紡絲盤1,500～15,000的情況下基本一樣。如果減小紡絲盤上的孔徑和/或如果加大其牽拉速度，就會(huì)得到更細(xì)的纖維。
該裝置優(yōu)選裝有內(nèi)燒嘴。優(yōu)選調(diào)節(jié)該裝置，使得每個(gè)孔的牽拉量很小。恰好在成纖之后，就將纖維牽拉到燒嘴處，比如環(huán)狀燒嘴，特別是切線型燒嘴處。該裝置優(yōu)選裝有切線燒嘴，即具有牽拉纖維以導(dǎo)致其最終直徑(一般在大約1μm的數(shù)量級(jí))的切線組件，特別是如在專利申請EP 0189354中所述的組件。
調(diào)節(jié)成纖速度優(yōu)選為紡絲盤的每個(gè)孔每天0.1～1kg輸出范圍。
如在專利申請EP 0189354中所述，紡絲盤優(yōu)選是沒有底的，優(yōu)選與籃子相組合。
按照本發(fā)明的方法使得能夠連續(xù)地制造按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)帶。對于高的生產(chǎn)率來說，與所謂Aerocor方法相比，這樣的方法所消耗的燃料量比較少。能夠達(dá)到每天大約200～5,000kg的生產(chǎn)率。對于大約3～10Nm3/h的燃料氣的消耗，可以達(dá)到1,000kg/d的生產(chǎn)率，而在Aerocor方法的情況下，100Nm3/h的燃料氣消耗，達(dá)到120kg/d的生產(chǎn)率。內(nèi)離心方法紡出1kg玻璃纖維的總能耗為大約20kW/h，而Aerocor方法是85kW/h。
噴灑的膠粘劑前體可以是酚醛樹脂型的或丙烯酸酯型或環(huán)氧樹脂型的。根據(jù)其種類不同，此前體可以在溶液或乳液的形式下進(jìn)行噴灑。噴灑的物料一般含有大量的水，比如70～98％的水，特別是大約90％的水。被噴灑物料的其余部分含有膠粘劑前體，任選還含有油和任選還含有添加劑，比如使纖維和膠粘劑之間的界面更加優(yōu)化的硅烷或殺微生物劑。油和添加劑的總量一般占前體質(zhì)量的1～3wt％，特別占1～3wt％。此油特別可以是Exxon Mobil公司牌號(hào)為Mulrex 88的商品。
用來轉(zhuǎn)化為纖維的無機(jī)材料一般是玻璃?？梢园ǜ鞣N類型可以用所謂內(nèi)離心方法轉(zhuǎn)變的玻璃。特別能夠涉及硼硅鈣型玻璃，特別是biosoluble。
紗層一般是由聚酯或聚丙烯或玻璃制造的，一般其表面質(zhì)量為5～100g/m2。
熱處理的作用是將膠粘劑前體轉(zhuǎn)化為膠粘劑，以引起固化的化學(xué)反應(yīng)(交聯(lián)或聚合)并使揮發(fā)性成分(溶劑、反應(yīng)產(chǎn)物等)汽化。在熱處理結(jié)束時(shí)，在氈子中的纖維之間彼此相連，而氈子又與紗層相連。在進(jìn)行此操作時(shí)，在固化的過程中同時(shí)保持過濾介質(zhì)的厚度，這一般是通過將氈子/紗層的整體保持在放置于彼此恒定距離的兩個(gè)傳送帶之間來做到的，此間距就相當(dāng)于所希望的對于過濾介質(zhì)的總厚度的那個(gè)。此厚度可以為比如4～12mm，比如說大約7mm。
最終的過濾介質(zhì)可以呈帶狀，由含有無機(jī)纖維、紗層和膠粘劑的氈子構(gòu)成，一般含有—10～25wt％的膠粘劑+油(必要時(shí))+添加劑(必要時(shí))；—10～50wt％的紗層；—25～80wt％的無機(jī)材料，一般是玻璃。
按照剛剛敘述的，膠粘劑、油和添加劑質(zhì)量的總和占過濾介質(zhì)整體質(zhì)量的10～25wt％。
最終的過濾介質(zhì)一般是連續(xù)制造的，在此情況下，它們作為可以卷起的帶狀物出現(xiàn)，其表面質(zhì)量為30～110g/m2，更一般為50～90g/m2。帶的寬度可以是比如1～3m。然后可以將過濾介質(zhì)帶切割為方形或矩形，然后將其組裝成本領(lǐng)域的專業(yè)人員所熟知的樣子，用來制造袋式過濾器。


圖1示意性地表示按照本發(fā)明的方法。
一股熔融的無機(jī)材料1從離心機(jī)的中空軸2的中心流下，接觸到籃子3，然后所述材料被離心力甩向帶有孔的紡絲盤4。熔融的材料以纖維狀穿過小孔，然后借助于切線燒嘴5牽拉此纖維。噴霧嘴6將膠粘劑前體噴灑到纖維上，然后將其接收到紗層7上，其本身被可透過氣體的帶子8帶動(dòng)。在圖1中未顯示的吸氣通過此帶，用來將纖維吸引并保持在紗層的表面上。然后，纖維/紗層的整體被帶到烘箱9中，以將膠粘劑前體轉(zhuǎn)化為膠粘劑。在此烘箱中，過濾介質(zhì)被夾在兩個(gè)行進(jìn)的傳送帶10和11之間，它們彼此之間的距離就是過濾介質(zhì)最終厚度所希望的數(shù)值。在膠粘劑固化以后，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)可以卷成12。內(nèi)燒嘴沒有表示出來，在紡絲盤4的出口處牽拉纖維。
圖2表示按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)，它包括紗層13和粘在其上面的纖維氈14。
袋式過濾器的效率用標(biāo)準(zhǔn)EN 779的F5～F9級(jí)來表征。這些級(jí)別直接取決于在標(biāo)準(zhǔn)EN 779的意義上的平均譜效率。
本發(fā)明特別能夠制造具有平均譜效率80～90％的袋式過濾器，對于表面質(zhì)量為60～70g/m2的過濾介質(zhì)，其具有在0.6μm下的平均譜效率時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的保留能力至少為45g/m2，甚至至少為50g/m2，甚至于至少為60g/m2。
本發(fā)明還能夠制造平均譜效率60～80％的袋式過濾器，對于表面質(zhì)量為70～90g/m2的過濾介質(zhì)，其具有在0.6μm下的平均譜效率時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的保留能力至少為50g/m2，甚至至少為60g/m2，甚至于至少為70g/m2。
本發(fā)明還能夠制造平均譜效率40～60％的袋式過濾器，對于表面質(zhì)量為80～100g/m2的過濾介質(zhì)，其具有在0.6μm下的平均譜效率時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的保留能力至少為60g/m2，甚至至少為70g/m2。
實(shí)施例連續(xù)地制備按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)帶。在表1中匯總了通過內(nèi)離心方法紡絲的方法(如在EP 0189354中使用切線燒嘴、沒有底而帶有籃子的直徑400mm的紡絲盤)和得到的過濾介質(zhì)的特征。在此表1中，特別提到—牽拉量是每天被轉(zhuǎn)變的玻璃的噸數(shù)；—切線燒嘴壓力是mm水柱(標(biāo)為mmCE)；—纖維的細(xì)度是按照法國專利申請0206252中敘述的技術(shù)測量的；—過濾介質(zhì)的表面質(zhì)量。
然后就過濾介質(zhì)帶切開，并轉(zhuǎn)變?yōu)榇竭^濾器。以空氣速度0.13m/sec測量的此袋式過濾器的性能匯總在表2中。在此表中，特別提到—初始不透明率和平均不透明率，是按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的；—初始譜效率和平均譜效率，是按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的；—保留能力和級(jí)別，兩者都是按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的。
將這些過濾器的性能與類似的并具有相同表面質(zhì)量，但是按照所謂Aerocor法制備的過濾器進(jìn)行比較。
表3從保留能力的觀點(diǎn)出發(fā)，比較了兩種過濾器的效率?？梢钥吹?，在每一級(jí)過濾器(F5、F6、F7)中，按照本發(fā)明的過濾器，其保留能力都高于Aerocor型的比較過濾器，盡管它們具有相同的表面密度。
還得到了譜效率為90～95％的F8級(jí)過濾器。此類過濾器具有80g/m2的表面質(zhì)量、55g/m2的保留能力和90％的平均譜效率。
顯然使用按照本發(fā)明的方法還能夠得到F9級(jí)的過濾器。
對于內(nèi)離心方法，以如下的不確定度計(jì)算出各種數(shù)據(jù)—對于表面質(zhì)量±2％相對；—對于保留能力±10％相對；—對于平均譜效率±5％相對。
盡管這些不確定度，本發(fā)明相對于所謂Aerocor先有技術(shù)方法的意義還是明顯的。
表1
表2
表權(quán)利要求
1.包括與紗層相粘結(jié)的纖維氈片的過濾介質(zhì)的制造方法，該方法包括如下的步驟—通過使用包括紡絲盤的所謂內(nèi)離心方法的裝置來形成纖維，然啟—在該纖維上噴灑膠粘劑前體，然后—將纖維收集在紗層上，然后—沿著被控制的厚度上，將包括該纖維和紗的整體進(jìn)行熱處理，使得膠粘劑前體轉(zhuǎn)變?yōu)槟z粘劑。
2.按照前面權(quán)利要求的方法，其特征在于，該紗層放置在能夠透過氣體的帶上，通過穿過所述紗層和所述帶吸氣將該纖維引導(dǎo)到所述紗層上。
3.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該纖維的細(xì)度指數(shù)最多為12L/min。
4.按照前面權(quán)利要求的方法，其特征在于，該纖維的細(xì)度最多為10L/min。
5.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該纖維的細(xì)度至少為0.4L/min。
6.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該紡絲盤具有直徑為0.3～0.9mm的孔。
7.按照前面權(quán)利要求的方法，其特征在于，該紡絲盤孔的直徑為0.4～0.8mm。
8.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該裝置包括內(nèi)燒嘴。
9.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該裝置包括切線燒嘴。
10.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該紡絲盤沒有底，并與籃子相組合。
11.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，膠粘劑前體是酚醛樹脂或丙烯酸樹脂或環(huán)氧樹脂。
12.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該控制的厚度是4～12mm。
13.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該最終的過濾介質(zhì)含有—10～25wt％的膠粘劑+油+添加劑；—10～50wt％的紗層；—25～80wt％的無機(jī)材料。
14.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于，該過濾介質(zhì)的表面質(zhì)量為30～110g/m2。
15.按照前面權(quán)利要求的方法，其特征在于，該過濾介質(zhì)的表面質(zhì)量為50～90g/m2。
16.一種過濾介質(zhì)，特別是用來制造袋式過濾器的過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)是通過按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法制造的。
17.一種袋式過濾器，其平均譜效率為80-90％，按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的保留能力為至少45g/m2，其過濾介質(zhì)的表面質(zhì)量為60～70g/m2。
18.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的袋式過濾器，其特征在于，其保留能力至少為50g/m2。
19.按照前面各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的袋式過濾器，其特征在于，其保留能力至少為60g/m2。
20.一種袋式過濾器，其平均譜效率為60～80％，按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的保留能力為至少50g/m2，其過濾介質(zhì)的表面質(zhì)量為70～90g/m2。
21.按照前面權(quán)利要求的袋式過濾器，其特征在于，其保留能力至少為60g/m2。
22.按照前面權(quán)利要求的袋式過濾器，其特征在于，其保留能力至少為70g/m2。
23.一種袋式過濾器，其平均譜效率為40～60％，按照標(biāo)準(zhǔn)EN 779測量的保留能力為至少60g/m2，其過濾介質(zhì)的表面質(zhì)量為80～100g/m2。
24.按照前面權(quán)利要求的袋式過濾器，其特征在于，其保留能力至少為70g/m2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括與紗層相粘結(jié)的纖維氈片的過濾介質(zhì)的制造方法，該方法包括如下的步驟—通過使用包括紡絲盤的所謂內(nèi)離心方法的裝置來形成纖維，然后—在該纖維上噴灑膠粘劑前體，然后－將纖維收集在紗層上，然后—沿著被控制的厚度上，將包括該纖維和紗的整體進(jìn)行熱處理，使得膠粘劑前體轉(zhuǎn)變?yōu)槟z粘劑。如此得到的過濾介質(zhì)能夠制造特別高效的袋式過濾器。
文檔編號(hào)D04H1/70GK1656038SQ03812304
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月27日
發(fā)明者A·莫爾克雷特, J·-P·馬里庫爾特, L·皮魯茨, E·努西埃寧, J·-D·德皮勒, E·范登赫克 申請人:圣戈班伊索福公司