<Desc/Clms Page number 1>
SPINKOPFILTER
De uitvinding heeft betrekking op een filter voor gebruik bij hoge druk filtratie, zoals bij de polymeerfiltratie. Bij het spinnen van synthetische vezels uit nylon of polyester bijvoorbeeld, wordt het gesmolten polymeer doorheen een spinkopfilter geperst. Deze filter staat in voor de eindfiltratie, net v66r het spinnen van de filamenten.
Het spinnen van synthetische vezels kent een enorme groei. De hoeveelheid polymeer die per tijdseenheid door het filterelement wordt gestuurd, en de initiële druk aangewend bij de inlaat van de spinkopfilter, nemen overeenkomstig toe.
Vaak lopen deze hydraulische drukken op tot meer dan 30 MPa.
Tijdens het polymerisatieproces worden onvermijdelijk gels gevormd. Deze gels moeten zoveel mogelijk verwijderd worden uit de polymeersmelt vooraleer de synthetische filamenten gesponnen worden, gezien ze een nefaste invloed hebben op de vezelkwaliteit. De gels geven immers aanleiding tot insluitsels in de filamenten. Verder veroorzaken ze een snelle verstopping van de filterplaat, het sluitstuk van de spinkop.
Om te beletten dat gels, dit zijn in wezen niet-lineaire, geneste (cross-linked) polymeerketens, terecht zouden komen in de gesponnen filamenten, moeten ze zoveel mogelijk gebroken worden tot kleinere. Deze kleinere gels kunnen dan vooralsnog gemakkelijker aligneren vooraleer de filamenten gesponnen worden. Om de gels te breken worden vaak een aantal filterlagen uit granulair materiaal (kwartszand, aluminazand, glaspoeder of metaalpoeder) in het filterhuis van de spinkopfilter voorzien. De resterende, niet-gealligneerde gels worden tenslotte zoveel mogelijk tegengehouden in een meer stroomafwaarts gelegen filterelement, dat vaak een metaalfilterstructuur is, bestaande uit een aantal metaalgazen welke samengehouden worden door een metalen ring.
Ook het gebruik van een (meerlagig) samengedrukt en gesinterd metaalvezelvlies als filterelement is gekend.
<Desc/Clms Page number 2>
Conventioneel bestaat een spinkop aldus uit een filterhuis dat volgens de stromingsrichting volgende elementen omvat : een of meerdere lagen granulair materiaal, gevolgd door ofwel een aantal metaalgazen welke samengehouden worden door een metalen ring, ofwel een (meerlagig) samengedrukt, gesinterd metaalvezelvlies, een ondersteunende verdeelplaat, en een geperforeerde filterplaat als sluitstuk.
Bij de hoge hydraulische drukken vertonen zowel de metaalgazen als de poreuze, conventioneel gesinterde vezelstructuren een aanzienlijke verdichting, zodat de ontwerpkarakteristieken van de filter tijdens het gebruik wijzigen. De compressieweerstand van een filterelement wordt gedefineerd als de maximale hydraulische druk waaraan het element kan weerstaan zonder dat er verdichting van het filtermedium optreedt.
Bovendien is het procentueel volume ingenomen door de vezels in de meerlagige, conventioneel gesinterde filterelementen vaak relatief groot ten opzichte van dat van de metaalgazen, hetgeen dergelijke filterelementen duur maakt.
Een preliminaire verdichting van de meerlagige elementen tot een porositeit van minder dan 80 % verhoogt weliswaar de compressieweerstand, maar onvermij- delijk ook de kostprijs.
Voor de produktie van sterke synthetische vezels worden polymeren aangewend met een hoge polymerisatiegraad en een hoge viscositeit. Het drukverlies in de filter, de hoge initiële drukken, en de snelle drukstijging in de loop van de tijd bij het spinnen van vezels op basis van deze hoge-viscositeitspolymeren, maken de conventionele filterelementen, in het bijzonder de gelaagde metaalgaasfilters minder geschikt voor gebruik als filterelement.
De uitvinding heeft tot doel een spinkopfilter te verschaffen omvattende een eenvoudig filterelement met onder andere een hoge compressieweerstand, hetgeen zeer belangrijk is met het oog op het verkrijgen van constante filterkarakteristieken tijdens het spinnen. De vinding beoogt tegelijk een dergelijk filterele- ment te verschaffen, omvattende een gesinterd metaalvezeiviies met een relatief
<Desc/Clms Page number 3>
laag vezelgewicht per eenheid filteroppervlak. Bovendien beoogt de vinding te voorzien in zulke filterelementen met een grote capaciteit tot geldeformatie. De vinding heeft aldus tot doel spinkopfilters te vervaardigen met een lange standtijd, een hoge stofopnamecapaciteit (DHC, Dirt Holding Capacity) en lage drukval.
De uitvinding komt aan deze doelstellingen tegemoet door een spinkopfilter te verschaffen welke opgebouwd is uit een filterhuis omvattende een speciale metaalfilterstructuur. Deze metaalfilterstructuur wordt verkregen door continue sintering van een viies op basis van metaalvezels met een equivalente diameter van minder dan 70 um, en een aantal metaalgazen, waarvan minstens één gaas aan de uitstroomzijde van de spinkopfilter. Eventueel omvat het filterhuis ook één of meerdere lagen granulair materiaal, stroomopwaarts van de bedoelde metaalfilterstructuur. Volgens de doorstroomrichting bestaan deze lagen bijvoorbeeld uit granulair materiaal (bijvoorbeeld kwarts- of aluminazand, glas- of metaalpoeder) met afnemende korreldiameter.
De uitvinding betreft tevens een spinkop waarin, stroomafwaarts van de spinkopfilter, opeenvolgend een ondersteunende verdeelplaat en een spinplaat aanwezig is.
De equivalente diameter van een vezel is de diameter van een fictieve ronde vezel met dezelfde dwarse doorsnede als deze van de beschouwde reële vezel.
De uitvinding zal thans meer in detail worden toegelicht aan de hand van be- pa aide uitvoeringsvormen geïllustreerd in bijgaande tekeningen.
Figuur 1 schetst schematisch de dwarsdoorsnede van een spinkop volgens de vinding.
Figuur 2 is een schematische weergave van een metaalfilterstructuur, onderdeel van de spinkopfilter, welke deel uitmaakt van de spinkop.
<Desc/Clms Page number 4>
De spinkop 1 in de uitvoeringsvorm zoals geschetst in Figuur 1, bestaat uit een filterhuis 2 waarin een koker 3 is aangebracht dat een aantal lagen granulair materiaal 4 omvat, bijvoorbeeld kwartszand, aluminazand, metaalpoeder of glaspoeder. Meer stroomafwaarts ten opzichte van deze granulaire lagen, omvat het filterhuis 2 een metaalfilterstructuur 5, een ondersteunende verdeelplaat 7, en een geperforeerde spinplaat 6 als sluitstuk van de spinkop 1. Het gesmolten polymeer wordt aangevoerd via een toevoerkanaal 8. Eventueel kan nog een additioneel ondersteuningsgaas (niet getoond) ingebracht worden tussen het granulair materiaal 4 en de metaalfilterstructuur 5.
De hogerbedoelde metaalfilterstructuur 5, welke schematisch werd weergegeven in Figuur 2, wordt verkregen door het continu samen sinteren van een metaalvezelvlies 9 en bijvoorbeeld twee (maximum drie) metaalgazen 10, 11, waarvan minstens een metaalgaas 11 aan de uitstroomzijde van de metaalfilterstructuur. Aldus bevinden er zich 1,2 of 3 gazen aan de uitstroomzijde van de filterstructuur, en geen, 1 of 2 aan de instroomzijde ervan.
De methode ter vervaardiging van deze metaalfilterstructuur bestaat erin om de metaalgazen samen met het metaalvezelviies continu in te brengen tussen twee roterende metalen cilinders welke op een verschillende elektrische potentiaal staan. Doorheen de dwarssectie van de metaalfilterstructuur in vervaardiging, ter hoogte van de contactzone met de roterende cilinders, vloeit derhalve een elektrische stroom, welke ervoor zorgt dat de vezels en de metaalgazen onder druk aan elkaar worden gesinterd. Het vervaardigen van het strookvormig filterelement waaruit vervolgens metaalfilterstructuren worden gestanst met gepaste afmetingen, kan aldus in een bewerking gebeuren. De methode van continue sintering onder druk werd beschreven in de octrooiaanvraag WO 94/14608 van aanvrager.
Dit sinterproces wordt gekenmerkt door korte contacttijden en een hoge druk van de roterende cilinders op het te sinteren materiaal. De sterke compressie van het materiaal leidt tot een hoge compressieweerstand van het produkt. Dit gegeven
<Desc/Clms Page number 5>
maakt het gesinterd produkt zeer geschikt als filterelement in een spinkopfilter. Het gebruik ervan garandeert immers constante filtratiekarakteristieken, overeenkomstig de ontwerpspecificaties.
Bij de beschreven sintermethode treedt geen rekristallisatie op van de metaalvezels. De vezels behouden hun ruw, oneffen oppervlak, waardoor belangrijke afschuifkrachten geïnduceerd worden in de spinsmelt. De afschuifkrachten zijn groter dan deze geïnduceerd in conventioneel gesinterde vezelmatten. Hierdoor wordt een capaciteit tot geldeformatie verkregen welke minstens vergelijkbaar is met die van een meerlagig conventioneel gesinterd filterelement doch met aanzienlijk minder vezels dan in deze conventionele filterelementen.
Bovendien heeft het aldus gesinterd metaalvezelvlies een specifieke poriënstruc- tuur. De porositeit neemt continu af van de instroomzijde naar de uitstroomzijde van het filterelement. Deze negatieve porositeitsgradiênt in het gesinterd metaal- vezelvlies maakt de metaalfilterstructuur zeer geschikt voor gebruik als filterelement in een spinkopfilter.
Tijdens het gebruik neemt de drukval over de beschreven metaalstructuur slechts traag toe, hetgeen de standtijd van de filter verhoogt, en de te leveren pompenergie voor de toevoer van de polymeervoeding aanzienlijk verlaagt. Dit is een economisch zeer gunstig gegeven.
Meer bepaald omvat de spinkopfilter volgens de vinding een metaalfilterstructuur verkregen door continue sintering onder druk van een aantal meshes met een filterfijnheid welke bij voorkeur begrepen is tussen mesh 14 en mesh 60, en een vlies op basis van metaalvezels met een equivalente diameter van minder dan 70 um, bij voorkeur tussen 2 en 50 pm, en een vezelgewicht begrepen tussen 200 en 800 gin2, bij voorkeur tussen 300 en 600 g/m2. De compressieweerstand van een dergelijk filterelement is groter, en vaak beduidend groter dan 30 MPa (300 bar), en de globale porositeit, d. i. de gemiddelde porositeit van de metaalfilterstructuur in haar geheel, is begrepen tussen 50 en 75%.
<Desc/Clms Page number 6>
Het gangbare begrip"mesh x"ter aanduiding van de filterfijnheid van een metaalgaas duidt op het feit dat er x mazen voorkomen per lineaire duim (inch) van het gaas, genomen volgens de richting van de gaasdraden.
Voorbeeld Een metaalfilterstructuur voor gebruik in een spinkopfilter volgens de vinding, bestaat bijvoorbeeld uit een metaalgaas met een filterfijnheid van mesh 24, waarop door continue sintering een metaalvezelvlies werd aangebracht. Het vlies op basis van metaalvezels met een equivalente diameter van 12 pm, heeft bijvoorbeeld een vezelgewicht van 300 g/m2, en een globale porositeit van 66 %. De compressieweerstand van deze metaalfilterstructuur bedraagt 35 MPa (350 bar). De omtrek van de metaalfilterstructuur kan eventueel gevat worden in een geschikte ring.
Om de standtijd van het filterelement nog verder te verhogen, kan eventueel ook een tweelagig metaalvezelvlies continu gesinterd worden met een aantal (bijvoorbeeld drie) metaalgazen, waarvan minstens een gaas aan de uitstroomzijde van het filterelement.