DE2756826A1 - Verfahren zur herstellung eines filters aus elektrisch geladenem elektretfasermaterial - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines filters aus elektrisch geladenem elektretfasermaterial

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Description

-3- 2756S26
N.V. Verto
Rotterdam, Niederlande
20. üez. 197?
Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial aus einer hochmolekularen, nicht-polaren Substanz, bei dem eine Folie aus dieser Substanz kontinuierlich zugeführt, verzogen bzw. gestreckt, (elektrisch) aufgeladen und aufgefasert wird und das so gewonnene Fasermaterial zu einem Filter verarbeitet wird.
Ein Verfahren dieser Art ist bekannt. Es zeigt sich jedoch, daß bei den nach diesem Verfahren erhaltenen Filtern der Zusammenhalt bzw. die Kohärenz in der Fasermasse speziell für die Anwendungsfälle unzureichend ist, in denen das Filter mechanischen Schwingungen ausgesetzt ist oder anderweitig mechanisch belastet wird. Außerdem erfüllt die Filterleistung nicht ganz die Erwartungen, da die Durchdringung bei hoher Staubbeladung zu schnell zunimmt.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Filters, mit welchem ein solches Gefüge des Filters erzielbar ist, daß sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Filtereigenschaften dieses Filters hohen Anforderungen genügen.
80982>/0756
275682b
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der vorstehend umrissenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch geeignete Wahl der Folie und/oder der Art des Streckens ein kräuselfähiges Fasermaterial hergestellt und dieses Fasermaterial in ungekräuseltem Zustand zu einem Faserwickel aufgespult und anschließend gekräuselt wird.
Durch Kräuseln der Fasern nach dem Aufrollen zu einem Wickel, in welchem sie bereits einen gewissen gegenseitigen Zusammenhalt besitzen, wird erreicht, daß sich die Fasern ineinander verhaken oder miteinander verzahnen und dadurch ihren Zusammenhalt verstärken. Infolgedessen bilden die Fasern ein festes bzw. kompaktes Filter, das auch einer mechanischen Belastung standzuhalten vermag. Außerdem zeigt es sich dabei, daß die Poren des Filters bezüglich ihrer Form unregelmäßiger und bezüglich Abmessungen und Verteilung gleichmäßiger werden. Hierdurch wird die Staubaufnahme durch die aufgeladenen Fasern verbessert, was sich anhand einer geringeren Durchdringung bzw. "Tränkung" (penetration) und mithin einer besseren Arbeitsweise des Filters erweist.
Zur Ermögliellung des Aufwickeins des Fasermaterials in nicht gekräuseltem Zustand zu einem Faserwickel wird die Folie während des Faserns, ebenso wie das daraus erhaltene, netzartige Faservlies, beim Aufspulen leicht gestrafft bzw. unter Zugspannung gesetzt, wodurch die spontane Tendenz der Fasern zu einem Kräuseln unterdrückt wird.
Nachdem ein Faserwickel des gewünschten Volumens hergestellt worden ist, wird er, beispielsweise durch Schneiden in Axialrichtung, von der Spuleinrichtung abgenommen. Hierbei fällt dann die Zugspannung, unter welcher der Wickel aufgespult
80982^0756
-5- 275682B
worden ist, ab, so daß eine Kräuselung der Fasern eintritt.
Zur Verstärkung der Kräuselung und auch zur Fixierung der Kräuselung und somit auch des Zusammenhalts der Fasern wird das Filter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Wärmebehandlung unterworfen, indem es beispielsweise etwa 15 min lang in einen wird.
einen Ofen mit einer Temperatur von etwa 700C eingebracht
Erforderlichenfalls kann das Filter noch weiter verfestigt und verdichtet werden, indem es einer Nadelungsbehandlung unterworfen wird.
Die Krauselbarkeit der Fasern wird gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Folie verwendet wird, in welcher mindestens zwei Substanzen mit unterschiedlichen Verzugs- oder Krauseleigenschaften in einem nicht-homogenen Gemisch enthalten sind.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besteht die verwendete Folie aus einem Laminat der genannten Substanzen. Die Kräuselungseigenschaften der so erhaltenen Fasern sind gleichmäßiger und besser reproduzierbar, wodurch vermieden wird, daß das Filter schwache oder zu durchlässige Stellen aufweist. Die Zieh- oder Kräuselungseigenschaften der verwendeten Substanzen können infolge unterschiedlicher Art dieser Substanzen variieren. Diese Substanzen können jedoch auch von gleicher Art sein, wobei der Unterschied in den Eigenschaften dann durch einen Unterschied im Molekulargewicht der Gemische oder im Fall eines Laminats dadurch hervorgebracht wird, daß das Material der einen Lage vorgestreckt und das Material der anderen Lage nicht oder nicht im selben Ausmaß gestreckt worden ist.
80982^/0756 -6-
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kräuselungsfähigkeit der Fasern dadurch erreicht oder verbessert, daß die Folie während oder nach dem Verziehen bzw. Strecken stark verformt wird, indem sie z.B. über eine scharfe Kante gezogen wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die nach dem vorstehend umrissenen Verfahren hergestellten Filter. Diese Filter unterscheiden sich von den bisherigen Filtern dieser Art dadurch, daß sie verbesserte mechanische Eigenschaften, verbesserte Homogenität und verbesserte Filterwirkung bzw. -leistung besitzen. Sie eignen sich speziell für die Fälle, in denen das Ausfiltern von Bakterien wesentlich ist, beispielsweise für die Ventilations- oder Klimaanlagen von Operationsräumen und Laboratorien, als Gesichts-(schutz)masken und als Filter für Staubsauger, entweder als Staubbeutel oder als Entladungs- bzw. Ausschüttfilter (discharge filter). Außerdem bieten sie den Vorteil, daß sie nachgiebiger, d.h. elastischer sind als Filter aus nicht gekräuselten Fasern, so daß sie zur Raumeinsparung für Transport und Lagerung zusammengepreßt werden können.
Neben der Verwendung als Filter ist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt auch als Staubtuch verwendbar. Beim Abwischen einer Fläche, z.B. der Oberfläche eines Tellers o. dgl., mit dem Filtermaterial wird diese Oberfläche völlig staubfrei, während der Zusammenhalt der Fasern aufgrund ihrer Kräuselung verhindert, daß lose Fasern des Filtermaterials auf der gereinigten Fläche zurückbleiben.
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
8098 2^/07 5 6
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß der Erfindung und
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Durchdringung
(penetration) als Funktion der Staübbeladung für ein erfindungsgemäß hergestelltes Kräuselfilter und ein vergleichbares, nicht gekräuseltes Filter.
Gemäß Fig. 1 liefern zwei Extruder 31 und 32 je eine Komponente einer hochmolekularen Substanz, jeweils von verschiedenem Molekulargewicht, zu einer gemeinsamen Düse bzw. Spritzform 33 mit streifenförmiger Strangpreß-Düsenöffnung 34. Die auf diese Weise hergestellte Folie 1, in welcher die beiden Komponenten in laminatförmiger, nicht-homogener Verteilung vorliegen, wird nach dem Durchlauf durch Walzen 3 und 4 einem ersten Streckvorgang zwischen einem Walzenpaar 5* 6 und einem zweiten, mit höherer Drehzahl umlaufenden Walzenpaar 9» 10 unterworfen, wobei die Folie über eine Kante 7 eines Blocks 8 gezogen wird, der mit einem schematisch angedeuteten Heizelement 15 versehen ist. Zwischen dem Walzenpaar 9» 10 und einem Walzenpaar 13, 14, das mit noch höherer Drehzahl umläuft, wird die Folie 1 einem zweiten Streckvorgang unterworfen, während sie über eine gewölbte Platte 12 mit einem schematisch angedeuteten Heizelement 16 läuft. Gleichzeitig wird die Folie 1 mittels einer Sprühentladungseinrichtung elektrisch aufgeladen, deren Koronaentladungsdrähte 25 an eine nicht dargestellte Hochspannungsquelle angeschlossen sind und bei welcher die Platte 12 den Gegenpol bildet. Die auf diese Weise gebildete, aufspaltbare Elektretfolie 1 wird anschließend mittels einer Stützwalze 20 über eine Nadelwalze 29 geführt, welche die Folie 1 zu einem aufgefaserten Faserband 35 auffasert. Anschließend wird dieses Faserband durch eine Auf spreizvorrichtung 36 zu einem netzartigen Faservlies 37 aufgeweitet und auf eine Rolle oder Spule 38 aufgewickelt . —
8098 29-/075 6
-8- 2756S26
Wenn auf diese Weise eine Fasermatte der gewünschten Dicke aufgerollt worden ist, wird diese Fasermatte von der Spule 38 abgenommen, indem sie in Axialrichtung der Spule durchgeschnitten oder aber ohne Schneiden von der Spule 38 heruntergeschoben wird. Die die Fasermatte bildenden Fasern werden nunmehr nicht mehr in einem geradegezogenen Zustand gehalten, so daß sie sich aufgrund der unterschiedlichen Ausmaße der Entspannungskräuselung der beiden hochmolekularen Substanzkomponenten, aus denen die Fasern bestehen, spontan kräuseln. Dabei verhaken bzw. verzahnen sich die Fasern miteinander, so daß sie eine Filtermatte mit homogenem und festem Gefüge bilden, das durch etwa 15 min lange Wärmebehandlung in einem nicht dargestellten Ofen, in welchem die Temperatur auf etwa 70° C eingestellt ist, noch weiter verbessert wird.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, in welcher auf der Ordinate die Durchdringung, als Verhältnis der Staubkonzentration hinter dem Filter im Vergleich zu derjenigen vor dem Filter bzw. an seiner Vorderseite ausgedrückt, und auf der Abszisse die Staubbeladung des Filters in g/m aufgetragen sind. Die ausgezogene Linie zeigt die Beziehung zwischen diesen Größen für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes, gekräuseltes Elektretfilter, während die gestrichelte Linie für ein vergleichbares , nicht gekräuseltes Elektretfilter gilt.
Diese graphische Darstellung zeigt, daß die Durchdringung bzw. Durchlässigkeit für nicht aufgefangenen Staub beim Elektretfilter aus gekräuselten Fasern bei zunehmender Staubbeladung wesentlich geringer ist als beim Filter aus nicht gekräuselten Fasern, so daß das gekräuselte Filter in der Praxis eine wesentlich längere Betriebslebensdauer besitzt als das nicht gekräuselte Filter.
- 9 80982^/0756
Beispiel
Bei dem in Verbindung mit Pig. 1 beschriebenen Verfahren wird ein Laminat mit einer Dicke von 50 /um und einer Breite von 6 cm, bestehend aus Polypropylen mit einem Schmelzfließindex von 1,5 und Polypropylen mit einem Schmelzfließindex von 8, mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 13 m/min und einem Streck- bzw. Verzugsverhältnis von 1:6 über einen Block 8 mit einer Temperatur von etwa 100°C und sodann mit einem Streck- oder Verzugsverhältnis von 1:1,5 über die Platte 12 mit einer Temperatur von etwa 15O°C gezogen. Die Koronaentladungsdrähte 25 befinden sich 5 mm über der Folie und liegen gegenüber der Platte 12 an einer Spannung von -10 kV. Die Folie wird mittels einer Nadelwalze mit 60 Nadelreihen aufgefasert, deren Nadeln in einem gegenseitigen Abstand von 0,5 mm angeordnet sind. Das so erhaltene, gespaltene Faserband wird auf eine Breite von 90 cm aufgeweitet und in I70 Lagen zu einer Fasermatte bzw. einem Faserwickel mit einer Dicke von 3 mm aufgespult. Die Fasermatte wird dann von der Spule abgenommen und 15 m™ lang bei 7O0C in einen Ofen eingelegt.
g Das so erhaltene Filtertuch zeigt eine Dichte von 25O g/m .
In Fig. 2 zeigt die ausgezogene Linie die Filtereigenschaften dieses Filtertuchs. Das vergleichsweise durch die gestrichelte Linie dargestellte Filter aus nicht gekräuselten Fasern wird auf dieselbe Weise durch Strecken, Auffasern und Aufspulen einer Folie mit denselben Maßen hergestellt, die jedoch ausschließlich aus Polypropylen mit einem Schmelzfließindex von 1,5 besteht. Dieses Filtermaterial wird dabei ebenfalls zu einer Filtermatte mit einer Dichte von 250 g/m aufgewickelt.
Bei Versuchen zeigten beide Filter praktisch keinen Unterschied im Fließ- bzw. Strömungswiderstand; dieser Widerstand erhöhte sich bei beiden Filtern nur in einem vernachlässigbaren Maße. 80 98 2φ/ 0 7 5 6
-AO-. Leerse ite

Claims (4)

  1. Henkel, Kern, Feiler fr HänzeF Patentanwälte
    Möhlstraße 37 D-8000 München 80
    N. V. Verto Tel.: 089/982085-87 Rotterdam, Niederlande Telex:0529802hnkld Telegramme: ellipsoid
    20. Dez. 1977
    Patentansprüche
    erfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch
    adenem Elektretfasermaterial aus einer hochmolekularen, nicht-polaren Substanz, bei dem eine Folie aus dieser Substanz kontinuierlich zugeführt, verzogen bzw. gestreckt, (elektrisch) aufgeladen und aufgefasert wird und das so gewonnene Fasermaterial zu einem Filter verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Wahl der Folie und/oder der Art des Streckens ein kräuselfähiges Fasermaterial hergestellt und dieses Fasermaterial in ungekräuseltem Zustand zu einem Faserwickel aufgespult und anschließend gekräuselt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einer Wärmebehandlung unterworfen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie verwendet wird, in welcher mindestens zwei Substanzen mit unterschiedlichen Verzugs- oder Kräuseleigenschaften in einem nicht-homogenen Gemisch enthalten sind.
    80982^/0756 -2-
    2756326
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie in Form eines Laminats aus den genannten Substanzen verwendet wird.
    5· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie beim oder nach dem Strecken stark verformt wird.
    - 3 98 2^/07 5 6
DE2756826A 1976-12-23 1977-12-20 Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial Expired DE2756826C2 (de)

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