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Filtres moulés au moyen d'une suspension de fibres.
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La présente invention concerrie des produits nsnu# facturés moulés par dépôt sous vide d'une matière fibreuse d'ane suspension aqueuse sur des soûles ouverts garais deun
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tanis et en particulier des procédés perfectionnés pour le
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moulage d$éléments pavant être assemblés en filtres à sacs ou à manches à jeter de grande dimension qui sont utilisés pour
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éliminer les impuretés de courants de fluides.
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On connaît déjà des filtres à mnches ou à sacs de grande àbensim, de diverses fornes et cônstructions, par
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exemple., ceux décrits dans les brevets des Etats--Unis d'Amé- rique n 2.853.154 de Rivers, 3.099.547 de Hagendoorn et
3,124.440 de Eogg. Ces filtres étaient fabriqués jusqu'à présent à l'aide de feuilles plates de matière filtrante fléchie recevant la configuration voulue par plissage., pliage et d'autres procédés de façonnage. Le façonnage des éléments constituant le filtre est une opération fastidieuse et onéreuse dont le coût vient s'ajouter à celui de la matière flexible.
Comme les filtres de ce genre sont de préférence des filtres qui sont jetés après usage, le coût initial peut déter- miner leur réussite ou leur échec commercial.
On a déjà proposé dans le passé de mouler directementd'autres types ,de filtres relativement petits à partir de matières fibreu- ses. Les procédés connus recourent au dépôt sous vide connu de matière fibreuse à partir d'une suspension aqueuse sur un moule ouvert. La matière fibreuse s'accumule à la surface du moule en une couche feutrée et enchevêtrée qui, après retrait du moule et séchage, constitue une feuille continue pouvant avoir pratiquement n'importe quelle forme voulue- Toutefois, ces produits fibreux moulés offrent certains inconvénients du fait que leur résistance est insuffisante pour les filtres à sacs ou à manchesde grande dimension dont il est question plus haut.
Si par sa nature et sa densité la matière fibreuse permet de fabriquer des produits moulés plus résistants, éventuellement grâce à l'addition de résines ou d'autres liants de renforcement, la porosité du produit moulé résultant est insuffisante pour permettre le débit d'air nécessaire à l'échelle industrielle.
D'autre part, des filtres à sacs ou à manchesde très grande dimension,moulés directement par dépôt sous vide à l'eide de matières qui par leur nature et leur densité assurent le débit d'air requis ont une ténacité insuffisante pour résister à un usage industriel. Par conséquent, les procédés
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connus de fabrication de filtres par dépôt sous vide ont - - . été limités jusqu'à présent à la fabrication de filtres relativement petits dans lesquels les débits defluide ne sont pas importants, comme il en est, par exemple, des filtres moulés à l'aide de matière fibreuse décrits dans le brevet des
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Etats-Unis d'Amérique na 2.539.767 de Anderson.
Les matières fibreuses se moulant classiquement se sont révélées impropres à la fabrication de filtres à sacsou
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a manches de grande dimension par mou1ëge direct à la forme voulue par'dépôt sous vide.Le brevet des Etats-Unis d'hnérique n9 2.933.154 dé Laïterback donne des indications sur différentes matiè- res naturelles et synthétiques qui pourraient être utiles pour
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la fabrication de filtres non tissés, mais beaucoup des :#:t1ê- res envisagées dans ce brevet sont tout à fait impropres au moulage par dépôt sous vide.
Ces indications concernant de nombreuses matières constituent tout au plus une invitation à les expérimenter, mais ne donnent pas de renseignements utiles concernant les combinaisons convenables de matières qui permettraient de mouler avec succès des filtres à sacsou à manchesde grande dimension par le dépôt sous vide d'une suspen-
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scion aqueuse de matière fibreuse.
La fabrication des filtres à jeter désirés fait inter- venir, outre le prix peu élevé, deux facteurs critiques. Pre-
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mièrement., coeme indiqué plus haut, les propriétés filtrantes et la ténacité des filtres doivent être équilibrées. Deux1è- mement, les propriétés filtrantes des filtres :impliquent-un équilibre critique entre le débit d'air possible,d'une part,et la capacité de collecter les impuretés, d'antre part.
Par conséquent, le problème qui n'a pu recevoir jus-
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qu'à présent de solution est de procurer des filtres à 1Ii2Ilches ou à sacs de grande dimension présentant les propriétés jus- qu'ici inconciliables de ténacité et de pouvoir filtrant, moulés
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directement à partir d'une nouvelle combinaison de matières par dépôt sous vide en filtres efficaces à jeter après usage.
La présente invention procure un filtre noulé sous vide permettant d'éliminer des impuretés de courants gaze= et un procédé pour le fabriquer, qui consiste à préparer une suspension aqueuse extrêmement fluide qui contient de pré- férence moins de 0,4% en poids de matière fibreuses principa- lement synthétique. La matière fibreuse comprend au maximm environ 30,0% en poids de pulpe de bois., une quantité Impor- tante de fibres oléfiniques, de fibres acryliques, de fibres modcaryliques et/ou de fibres de copolymères de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle, et,,pour le reste, des fibres de rayonne, de polyester, de polyamides de verre.. d'asbeste,éven- tuellement en mélange.
Une couche de la matière fibreuse est formée par dépôt sous vide sur un moule ouvert ayant la con- formation propre à conférer la forme voulue au filtres et la couche de matière fibreuse est transférée alors du moule au transporteur-séchoir au moyen d'un moule de transfert d'une conformation correspondante. Le moule est un moule à rentesgarni d'un tamis, tandis que le moule de transfert est un moule à fentes mais sans tamis.
De nombreux avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est faite ci-après avec référence au dessin annexé dans lequel les mêmes chiffres de référence désignent des élémeent, identiques et dans lequels-
Fig. 1 est une vue en élévation frontale ou diamant d'un filtre assemblé suivant l'invention;
Fig. 2 est une vue en élévation de coté du filtre de la Fig. l; Fig.# est unevue en élévation arrière ou d'aval du filtre de la PU* 1;
Fig. 4 est une vue partieelle en élévation, $en coupe,
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à plus grande échelle suivant la ligne 4-4 de la Fig. 2 ; Fig. 5 est une vue en plan suivant la ligne 5 - 5 de la Fig. 2 d'un filtre moulé, et
Fig. 6 est une vue schématique d'un appareil permet- tant de mouler le filtre de la Fig. 1.
Les Fig. 1 à 3 du dessin montrent un filtre rem- plaçable 10 permettant d'éliminer les impuretés de courants gazeux. Le filtre comprend une série de couches 12 superposées formant des saés. Là largeur et la hauteur du filtre remplaçable sont à peu près égales, de sorte que ses faces antérieure et postérieure sont carrées. La longueur et les autres dimensions du filtre peuvent varier beaucoup-en fonc- tion du milieu dans lequel le filtre doit servir.
La face frontale 14 peut être appelée "face d'amont du filtre, tandis que la face postérieure 16 peut être appelée -.face d'aval" du filtre. Les couches superposées forçant les s a c s peuvent être attachées ensemble et à un châssis 18 à la face d'amont du filtre et elles conservent cet assemblage à la face d'aval du filtre sans dispositif de fixation supplé- mentaire.
Le châssis 18 peut avantageusement comprendre un élément antérieur 20 et un élément postérieur 22 ayant tous deux la forme d'un rectangle ouvert- Les bords de la face d'amont du filtre sont replias vers l'extérieur . et place entre les éléments de châssis 20 et 22 et ceux-ci . sont fixés aux couches filtrantes de cette façon à l'aide d'un adhésif ou d'un autre moyen approprié. Loradue le filtre remplaçable est agencé de cette façon, il peut être installé dans les cavités existantes appropriées auxquelles est amené de l'air dont doivent être éliminées les impuretés.
Comme on le sait, lorsqu'un filtre 10 est usé il peut être simplesent retiré et jeté pour être remplacé par un nouveau filtre remplaçable 10 dans le circuit du courant d'air.
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Outre la fixation des diverses couches 12 formant les sacs à l'aide du châssis 18, chacune de ces couches peut être fixée àsa couche adjacente comme en 24 Cette fixation peut être avantageusement réalisée en prévoyant des protubérances 25 qui s'étendent latéralenent sur toute la face d'amont de chaque couche. Lorsque les couches sont assemblées pour former les filtres 10 finis, les protubérances
25 de couches adjacentes peuvent être fixées les unes aux autres par soudage à chaud ou par d'autres moyens appropriés.
Ce soudage à chaude dans le cas de la combinaison de matières décrite plus bas, est foncation, comme on le sait, de la tempé- rature, de la pression et de la durée du soudage. Un filtre remplaçable 10 peut comporter, par exemple, quinze couches 12 dans chacune desquelles comporte plusieurs sacs.
Chaque couche 12 comprend deux moitiés 26 soudées ensemble à chaud pour former la série de sacs allongés 28 qui sont ouverts à la face d'amont 14 du filtre fini et fermés à la face d'aval 16 du filtre fini. Comme on le sait, le courant d'air dans lequel le filtre est placé entre dans les sacs 28 à l'extrémité ouverte et est forcé à traverser la matière fil- trante sur toute la longueur des sacs. Dans le filtre assemblé, l'espace 30 entre les sacs établit un canal dans lequel 1'air filtré peut s'écouler et s'échapper librement de la face d'aval
16 du filtre. Comme les deux moitiés 26 de chaque couche 12 sont identiques, il suffit de décrire en détail l'une d'elles seulement.
Chaque moitié 26 comprend donc un côté d'amont 32 et un c8té d'aval 34. Si on considère une de ces moitiés 26 depuis le coté d'amont, comme sur la Fig. 5, le filtre comprend sur sa face antérieure les protubérances 25 précitées. A peu prés dans -le mené plan que la protubérance 25, mais légèrement déplacée par rapport à celle-ci, se trouve une protubérance secondaire 36
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qui occupe les trois c8tés restants de la moitié:
Lorsque deux moitiés de ce genre sont disposées de façon que leurs côtés d'amont 32 se trouvent face à face, les protubérances 36 entrent en contact plane de sorte que les deux moitiés peuvent être fixées l'une à l'autre par soudage à chaud ou par d'autres moyens pour former l'une des couches de sacs 12. Chaque moitié 26 comprend., en outre, une série de dépressions
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aucm9ées au creux 38 qui sont ouverts à l'extrémité d'mut et fermés à 1-*e,-,.-trér-ité d'aval. 3orsque les deux moitiés sont réunies pour former une couche 32, les creux opposés 38 1'cm: n1; les sacs allongés 28 précités.
Les creux adjacents 38 de cha- que moitié 26 sont séparés par des nervures parallèles 40 comportant des parties supérieures plates allongées qui sont coplanaires avec la protubérance 36. Corme on peut le voir, lors- que deux moitiés sont assemblées, les nervures 40 peuvent être soudées aux protubérances 36 pour isoler les sacs les uns des autres.
Chaque moitié 26 peut être noulée directement sous vide à la forme voulue sur un moule ouvert. Les moules peuvent être incorporés dans un appareillage classique de moulage des matières fibreuses, comme le montrent la Fig. 6 et la-partie gauche des dessins annexés au brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.704.493 de Randall. Cet appareillage est du type à rota-
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tien .1nter:
üttente dans lequel des moules femelles perforés 42, montés sur des bras radiaux creux 44 sont amenés . ¯ à tourner pas à pas sous l'effet d'un arbre 46 dans un réservoir de matière fibreuse 48 en vue de former par dépôt sous vide des objets moulés. A chaque arrêt de
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la rotation de 1.?ubre- 46,. un objet moulé est retiré d'im r - mule au moyen dun ooule de transrert mâle ,0,' monté sur ,1-' ' 7 T - - ¯ i - .= . ,.iQ, µ ; va bras creux 52 entraîné par un arbre- 54.
Les moules :"='-;:':::.2':;':::' - , .¯ ,<µà;-ù#j =J' *g ouverts 42 et le moule de transfert 50 comporteÍ2t.es '">Ef%B='"l±.Ô'=J -"..-&... : - ".."' : -...... - ...--' -"f;::.;..-:-²
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connexions classiques permettant d'admettre de l'air et d'éta- blir une dépression pour former et transférer les objets moulés.
L'arbre 54 est commandé par un excentrique 56 monté sur un arbre d'entrainement 58 tournant de façon continue, de sorte que l'arbre 54 et son moule de transfert 50 sont animés d'un mouvement de va-et-vient par @@port aux Boules 42 corres- pondant à la rotation pas à pas des moules 42.
Lorsqu'un moule . se dispose en registre avec le moule de transfert, celui-ci se déplace vers le moule pour recevoir l'objet moulé., après quoi il se déplace latéralement sous l'effet d'une came appropriée quelconque ou d'un dispositif analogue (non représente) pour déposer l'objet moulé sur une courroie transporteuse 60 qui l'emmène sur une autre courroie transporteuse 62 dans un séchoir ouvert 64 de construction classique. Les objets soûlés peuvent être supportés d'une façon appropriée quelconque par la courroie transporteuse 62 et ils sont de préférence déposés sur la surface plane sans supports de séchage ou autres agencements.
Les moules 42 convenant pour l'invention sont de préférence des moules à fentes garnis d'un tamis utilisés couramment dans l'industrie du moulage des matières fibreuses. Les moules de ce genre sont décrits en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.829.568 de Chaplin. Toutefois, dans les moules utilisés suivant l'invention,, environ 80% de la surface de travail exposée sont fornés par des régions supportant le tamis entre les .fentes,etlesrentes s'étendent parallèlement en travers de la face de travail du moule., de préférence parallèlement aux grands cotés de la face de travail rectangulaire du moule.
Une dépression est appliquée par des ouvertures ménagées à l'arrière et communiçuant
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avec le revers des fentes, et la dépression est répartie parle tards sur toute la surface de travail du meule. La fraction importante du tamis qui recouvre les fentes permet le passage d'un volume important de fluide dans le moule et donc le dépôt d'une couche appropriée de matière fibreuse sur le tamis à partir de la sus- pension de matière fibreuse décriteplus en détail ci-après.
Le moule de transfert 50 peut être un moule à fentes classique dans ce domaine, c'est-à-dire un moule sans tamis.
Un tel moule est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.273.055 de Manson, Dans un moule de ce genre, les régions se trouvant entre les fentes entrent en contact avec la couche de matière fibreuse qui y est transférée à partir du moule. tiae dépression est exercée par les ouvertures ménagées à l'arrière et communiqueant avec le revers des fentes, environ 95 % de la surface de l'objet moulé venant en contact avec les régions formées entre les fentes. Le moule de transfert convenant aux fins de l'invention ne doit pas être muni de dispositifs de chauffage, étant donné que le pressage et le transfert se font rapidement à la température ambiante, comme indiqué ci-après.
La suspension de matière fibreuse utilisée suivant l'in- vention est une suspension aqueuse contenant jusqu'à 0,45 et de préférence 0,05% au maximum en poids d'un mélange intime de solides. La suspension est préparée par mélange d'environ
2 % en poids de la matière fibreuse avec environ 98% en poids d'eau, puis addition d'eau et mélange pour obtenir la suspen- - sion aqueuse contenant moins de 0,4% en poids de matière fibreu- se.
Pour préparer le mélange, la pulpe de bois décrite ci-après est de préférence mélangéed'abord avec l'eau, après quoi les fibres hydrophobes décrites ci-après sont incorporées au
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mélange résultant et les constituants,comme la rayonne,qui se mé- langent facilement,. sont ajoutés en dernier lieu. ensuite, avant l'addition du supplément d'eau enant la densité de le. suspension à la valeur désirée., un agent d'ignifuga- tion peut être ajouté suivant l'utilisation envi- sagée pour le filtre fini, de même qu'environ 1% en poids d'amidon cationique pour améliorer la cohésion de lamatière fibreuse et 1,5% d'alun pour abaisser le pH, de façon que l'agent d'ignifugation ait Inaction voulue sur la matière fibreuse.
La combinaison des constituants peut varier compte tenu des paramètres indicées ci-après,suivant l'uasge auquel . est destiné le filtre fini. La combinaison préférée des consti- tuants pour la matière fibreuse comprend jusqu'à 30,0% en poids de pulpe de bois et, à titre d'exemple, environ 20% en poids.
'Une pulpe de bois appropriée est du kraft de bois résineux blan- chi, qui est un constituant classique en papeterie et dont lesfibres ontune longueur adéquate, bien que des fibres équivalentes ayant de bonnes qualités de fibrillation favorisent le feutrage, comme l'asbeste,puissent remplacer la pulpe de bois, si on le désire.
La pulpe de bois est une matière très peu onéreuse qui est facile à mouiller, ce qui facilite le moulage. En outre, la pulpe de bois, du fait qu'elle est constituée par de petites fibres, améliore Inaptitude à piéger les fines ou les petites particules., mais de grandes quantités de pulpe de bois, à savoir de plus de 30% en poids, réduisent de façon correspondante le débit d'air possible à travers le filtre fini.
La matière fibreuse préférée comprend'également 20 à 65% de fibres oléfiniques, acryliques-et modacryliques, de mené que des fibres d'un copolymère de chlorure de vinyle et â'acé- tate de vinyle. Par exemple, on utilise de préférence environ 30% en poids de fibres d'un copolymère de chlorure de vinyle et
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d'acétate de vinyle. Ce copolymère contient généralement un --- t moins environ 80% en poids de chlorure de vinyle copolynérisé.
Bien que tous les copolgnères de ce genre conviennent C1X fins de l'invention, il est généralement préférable d'utiliser un
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coPaY=ère contenant au moins F3N en poids de chlorure de vinyle copolymérisé. Le nvn1l est un copoly.aère chlorure de vlnyle-acétate de vinyle du coszneree typique qui s'est révélé très satisfaisant aux fins de l'invention. Ce copolymère contient, croit-on, 88 à 90fi en poids de chlorure de vinyle copo- 1.y!nérisé. Il est vendu en fibres d'une longueur d'environ 6,35 à et d'un dia tre inférieur à environ 100 microns et par exemple d-lenviron 15 à 20 microns. Ce copolymère fibreux :St ignifuge et a l'mtéressmlte propriété de se souder à chaud, de sorte que les moitiés 26 peuvent être unies pour former les couches 12 dont est constitué le filtre 10.
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présence de ce copolysère à raison de moins d'environ 20% con- duit donc à un produit qui a de médiocres propriétés de souda- bilité à chaud et qui exige le recours à des additifs pour assurer l'ignifugation. Bien qu'on puisse utiliser plus de 65% de ce copolymère, il convient d'utiliser plus de 20%, par exemple 30%, de pulpe de bois dans de pareils cas pour assurer l'aptitude au moulage.
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Le aéisnge de matières fibreuses comprend égalementy pour le reste,des fibres de rayonne, des fibres de polyester, par exemple des fibres de poly(téré#htalate d"éthy1ène), des fibres de polyamide., des fibres de verre ou de l'asbeste, éventuellement en mêl#ge. Il comprend de préférence 10 à j0% en poids de fibres de rayonne et 10 à 4p% en poids de fibres de poJ.y(téréphU12.te d'éthyiènè).
Plus -particu1.i.ère:: rrt, à titre d'exemple, on a produit des filtres appropriés en utilisent environ 30% en poids de fibres de rayonne d'une longueur atteignant environ 9,5 mm, une proportion mineure des fibres ayant
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un diamètre d'environ 15 à 20 nierons et une proportion majeure d'environ 27 à 32 microns,et environ 20% en poids de fibres de
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poly(téréphtalate d-9é-tbylène) d'une longueur d'environ 9,3 mm et d'un diamètre d'environ 15 à 20 microns,, bien que ce dia- mètre puisse atteindre 100 microns.
La rayonne est préférée parce qu'elle est peu onéreuse et disponible dans le commerce en de nombreux diamètres qui permettent un choix judicieux
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assurant la porosité du produit fini. 7outef'oi.s,coame la rayonne est jnf'1e:nable, sa présence en Quantités 11:1port tes exige un supplénent d'agent dlignlfugatlon. Le poly- (têréphtalate d'éthylène) confére rn filtre nid ',une ex cellente aptitude à collectles poussières, mais il est onéreux, de sorte qu'il convient d'éviter d%tlliser des quantités importantes de ce const:1tuantS211f" dms le cas de filtres dent la capacité de filtration doit être suffisamment élevée pour justifier la dépense.
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Des filtres utiles ont été fabriqués CflrO1NàMt à l'invention de la façon suivante. La suspension doenatiéres fibreuses indiquées ci-dessus et prisesdans des quantités précitées est préparée d'abord suivant le procédé schématiséplus haut. Cette suspension est introduite et retenue dans le réservoir 48 de la façon classique. Le moule à fentes
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garni d'un te.-is 42 décrit ci-dessus est 1:m#rgé dans la suspension aqueuse et un vide d'environ 12,? à SO8 ca de mercure est appliqué pendent environ 1 à 1- secondes.
En raison du pourcentage exceptionnellement élevé (20%) de la surface du moule
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à tentes qui est exposée à la dépression, des quantités 1!:ipor-. tantes de Ii qui de sont aspirées à travers le tsaia et ,r déposent la matière fibreuse- Par exemple, pour lamoitié .
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26 de forme généralement rectangulalrejles Alimmsicns étant d'v1ron 5,9 cm c 30, 5 cm, environ 94,6 l1s de I3 qnI de tra- versent le moule 42 sous un vide de 50,8 cn de mercure en un
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temps de moulage de 6 secondes.
Le moule portant la couche de matière fibreuse est alors retiré de la suspension et amené dans une position qui lui permet de s'engager avec le moule de transfert 50. La couche de matière fibreuse déposée sur le moule à ce stade est composée d'environ 1 partie de matière fibreuse pour 4 parties d'eau.
Après cela, le moule de transfert 50, dont la comformation cor- respond à celle du moule, est mis en contact avec la couche de matière fibreuse se trouvant sur le moule et légèrement pressé contre le moule de transfert à la température ambiante pendant quelques secondes au maximum. Un vide d'environ 12,7 50,8 cm de mercure est alors appliqué au moule de transfert et le vide appliqué au moule est rompu et remplacé par une surpression d'air de la façon connue pour le passage de la couche de matière fibreuse moulée du moule au moule de transfert. Le moule de trans- fert prend ensuite une position appropriée au-dessus du séchoir à transporteur 60 et la couche de matière fibreuse moulée est transférée sur ce transporteur par le remplacement de la façon connue de la dépression par une surpression.
La moitié de filtre 26 est alors passée de la façon habituelle dans le séchoir-tunnel 64. De préférence, dans le cas de la présence d'environ 50% en poids de fibres mouilla- bles, le séchage dure 5 à 20 minutes à une température du séchoir d'environ 93 à 149 c Au cours du séchage, le produit manufacturé atteint une température d'environ 116 à 121 C qui se trouve dans l'intervalle de ramollissement du copolymère de chlorure de vinyle et d'acétate de vinyle, mais qui est inférieure à son point de fusion.
Il en résulte que ce copolymère assure une légére cohésion qui, croit-on, augmente dans une certaine mesure la résistance mécanique du produit fini. lorsque-le
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produit moulé atteint l'extrémité de sortie du séchoir-tunnel 64, il est prêt à être assemble avec un autre produit moulé de ce genre pour former une couche 12 servant à l'assemblage final du filtre remplaçable 10.
Des filtres fabriqués de la façon décrite ci-dessus se sont révélés extrêmement satisfaisants en pratique. La résistance de la matière filtrante est plus que suffisante,même dans le cas defiltres à sacs ou à manches de ce genre de gran- de dimension. Le débit d'air que permet la matière fil= trante peut être facilement équilibré avec son aptitude à capter les poussières, ces deux propriétés étant déterminées par la nature, le diamètre et la longueur des fibres.
Pour certaines applications, il est désirable que le débit d'air soit plus élevé et que 3'aptitude à capter les poussières soit plus faible et les constituants de la matière fibreuse peuvent être combinés en se conformant aux indications données plus hmt pour régler le débit d'air et l'aptitude à capter les poussiè- res dans des intervalles étendus.
En outre, dans le cas des filtres produits suivant l'invention, les débits d'air possibles sont maintenus à la valeur élevée désirée, bien que les filtres remplaçables subissent un colmatage considérable après un usage prolongé.
Cette propriété est due, croit-on, au fait que le coté d'aval 34 du filtre est le côté"tanis"du filtre, c'est-à-dire le côté du filtre qui s'est trouvé au contact du mvule 42 au cours du moulage. Le côté d'amont 32 du filtre est de ce fait plus"floconneux" et moins compact que le côté d'amont, ce qui améliore sensiblement les propriétés anticolmatage du filtre suivant l'Invention.
Comme le moule 42 comprend une série de fentes parallèles sous le tamis, le produit fini comprend des bandes parallèles de matière fibreuse qui -sont plus denses aux
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endroits qui se trouvaient au-dessus des fentes au cours du mou- lage et soins denses dans les régions intermédiaires.Les bandes denses augmentent la résistance du produit fini et les bandes moins denses.,qui alternent avec les premières, permettent un débit d'air accru. Dans le cas du filtre mentionné plus haut,, la porosité et la résistance mécaique sont équilibrées de façon que des débits d'air d'environ 283 --13/minute et davan- . tage sont possibles.
A titre d'exemple, une poussière expéri- mentale normalisée comprenant environ 70% en poids de noir de carbone, 3% en poids de lintersde coton et 27% en poids de poussières desroutesd'Arizona est éliminée par filtration d'un courant d'air à raison de 0,54 g/dm2 sous une perte de charge de
0,20 à 0,41 cm de H2O et à un débit de 1897 litres d'air à la température ambiante par minute.
Bien que divers modes et détails d'exécution aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre.
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Filters molded using a fiber suspension.
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The present invention relates to invoiced products molded by vacuum deposition of a fibrous material of an aqueous suspension on open bottoms of an aqueous suspension.
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tanis and in particular improved processes for
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molding of elements which can be assembled into large-size disposable bag or bag filters which are used to
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remove impurities from fluid streams.
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We already know filters with muff or bags of large tobensim, of various forms and constructions, for example.
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for example, those described in U.S. Patents 2,853,154 to Rivers, 3,099,547 to Hagendoorn and
3,124,440 from Eogg. These filters have heretofore been made using flat sheets of flexed filter material given the desired configuration by pleating, bending and other shaping processes. The shaping of the elements constituting the filter is a tedious and expensive operation, the cost of which is added to that of the flexible material.
As filters of this type are preferably filters which are discarded after use, the initial cost may determine their commercial success or failure.
It has been proposed in the past to directly mold other types of relatively small filters from fibrous materials. The known methods make use of the known vacuum deposition of fibrous material from an aqueous suspension on an open mold. The fibrous material accumulates on the surface of the mold in a felted and entangled layer which, after removal from the mold and drying, forms a continuous sheet which can be of almost any shape desired. However, these molded fibrous products suffer from certain disadvantages of the invention. that their resistance is insufficient for the bag filters or large bags referred to above.
If by its nature and density the fibrous material allows for the manufacture of more resistant molded products, possibly through the addition of resins or other reinforcing binders, the porosity of the resulting molded product is insufficient to allow air flow. necessary on an industrial scale.
On the other hand, very large bag or bag filters, molded directly by vacuum deposition using materials which by their nature and density provide the required air flow have insufficient toughness to withstand a industrial use. Therefore, the processes
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known manufacturing filters by vacuum deposition have - -. heretofore been limited to the manufacture of relatively small filters in which the fluid flow rates are not large, as is, for example, the filters molded from fibrous material disclosed in the United States patent.
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United States of America na 2,539,767 from Anderson.
Conventionally molding fibrous materials have been found to be unsuitable for the manufacture of bag filters or
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large-dimension handles by direct casting to the desired shape by vacuum deposition. US Patent No. 2,933,154 to Laiterback provides guidance on various natural and synthetic materials which might be useful in
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the manufacture of nonwoven filters, but many of the materials contemplated in this patent are quite unsuitable for vacuum deposition molding.
These indications for many materials are at best an invitation to experiment, but do not provide useful information regarding the suitable combinations of materials which would allow the successful molding of large bag or bag filters by vacuum deposition of a suspension
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aqueous scion of fibrous material.
In addition to low cost, two critical factors are involved in the manufacture of the desired disposable filters. Pre-
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In particular, as indicated above, the filtering properties and the toughness of the filters must be balanced. Second, the filtering properties of filters: involve a critical balance between the possible air flow, on the one hand, and the ability to collect impurities, on the other hand.
Therefore, the problem which could not receive until
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that now the solution is to provide filters with 1Ii2Ilches or bags of large size exhibiting the hitherto irreconcilable properties of toughness and filtering power, molded
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directly from a new combination of materials by vacuum deposition into efficient disposable filters.
The present invention provides a vacuum-cast filter for removing impurities from gauze streams and a method of making the same, which comprises preparing an extremely fluid aqueous suspension which preferably contains less than 0.4% by weight of. predominantly synthetic fibrous material. The fibrous material comprises at most about 30.0% by weight of wood pulp, a significant amount of olefin fibers, acrylic fibers, modcaryl fibers and / or vinyl chloride-acetate copolymer fibers. of vinyl, and, for the remainder, fibers of rayon, of polyester, of glass polyamides, of asbestos, optionally in mixture.
A layer of the fibrous material is formed by vacuum deposition on an open mold having the proper conformation to impart the desired shape to the filters and the layer of fibrous material is then transferred from the mold to the conveyor-dryer by means of a mold. transfer of a corresponding conformation. The mold is an annuity mold with a sieve, while the transfer mold is a slotted mold without a sieve.
Many advantages of the invention will emerge from the description which is given hereinafter with reference to the appended drawing in which the same reference numerals designate elements which are identical and in which
Fig. 1 is a front or diamond elevational view of an assembled filter according to the invention;
Fig. 2 is a side elevational view of the filter of FIG. l; Fig. # Is a rear or downstream elevation view of the PU * 1 filter;
Fig. 4 is a partial elevation view, $ in section,
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on a larger scale along line 4-4 of FIG. 2; Fig. 5 is a plan view taken along the line 5 - 5 of FIG. 2 of a molded filter, and
Fig. 6 is a schematic view of an apparatus for molding the filter of FIG. 1.
Figs. 1 to 3 of the drawing show a replaceable filter 10 for removing impurities from gas streams. The filter comprises a series of superimposed layers 12 forming saés. The width and height of the replaceable filter are approximately equal, so that its anterior and posterior faces are square. The length and other dimensions of the filter can vary greatly depending on the medium in which the filter is to be used.
The front face 14 can be called the "upstream face of the filter, while the rear face 16 can be called the" downstream face "of the filter. The superimposed layers forcing the s a c s can be attached together and to a frame 18 at the upstream face of the filter and they retain this assembly at the downstream face of the filter without additional fasteners.
The frame 18 can advantageously comprise a front element 20 and a rear element 22 both having the shape of an open rectangle. The edges of the upstream face of the filter are folded outwards. and placed between the frame members 20 and 22 and these. are attached to the filter layers in this way using an adhesive or other suitable means. If the replaceable filter is arranged in this way, it can be installed in suitable existing cavities to which air is supplied from which impurities are to be removed.
As is known, when a filter 10 is worn out it can be simply removed and discarded to be replaced by a new replaceable filter 10 in the air stream circuit.
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Besides the fixing of the various layers 12 forming the bags with the aid of the frame 18, each of these layers can be fixed to its adjacent layer as in 24 This fixing can be advantageously carried out by providing protuberances 25 which extend laterally over the entire length. upstream face of each layer. When the layers are assembled to form the finished filters, the protrusions
Adjacent layers may be attached to each other by heat sealing or other suitable means.
This hot welding in the case of the combination of materials described below is a function, as is known, of the temperature, the pressure and the duration of the welding. A replaceable filter 10 may have, for example, fifteen layers 12 in each of which has several bags.
Each layer 12 includes two halves 26 heat sealed together to form the series of elongated bags 28 which are open at the upstream face 14 of the finished filter and closed at the downstream face 16 of the finished filter. As is known, the air stream in which the filter is placed enters the bags 28 at the open end and is forced through the filter material the full length of the bags. In the assembled filter, the space between the bags establishes a channel through which the filtered air can flow and escape freely from the downstream face.
16 of the filter. As the two halves 26 of each layer 12 are identical, it suffices to describe in detail only one of them.
Each half 26 therefore comprises an upstream side 32 and a downstream side 34. If we consider one of these halves 26 from the upstream side, as in FIG. 5, the filter comprises on its front face the aforementioned protuberances 25. Approximately in -the led plane that the protuberance 25, but slightly displaced from it, is a secondary protuberance 36
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which occupies the three remaining sides of half:
When two such halves are arranged so that their upstream sides 32 face each other, the protrusions 36 come into planar contact so that the two halves can be secured to each other by heat welding. or by other means for forming one of the bag layers 12. Each half 26 further comprises a series of depressions
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aucm9ées at the hollow 38 which are open at the end of mut and closed at 1- * e, -, .- downstream trér-ité. 3when the two halves are united to form a layer 32, the opposing valleys 38 1'cm: n1; the aforementioned elongated bags 28.
The adjacent recesses 38 of each half 26 are separated by parallel ribs 40 having elongated flat tops which are coplanar with the protuberance 36. As can be seen, when two halves are joined, the ribs 40 may be joined. welded to the protuberances 36 to isolate the bags from each other.
Each half 26 can be vacuum-cast directly into the desired shape on an open mold. The molds can be incorporated into conventional fibrous material molding equipment, as shown in FIG. 6 and the left-hand side of the drawings appended to US Pat. No. 2,704,493 to Randall. This apparatus is of the rotary type.
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yours .1nter:
Waiting in which perforated female molds 42, mounted on hollow radial arms 44 are fed. ¯ to rotate step by step under the effect of a shaft 46 in a reservoir of fibrous material 48 in order to form molded objects by vacuum deposition. At each stop of
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the rotation of 1.?ubre- 46 ,. a molded object is removed im r - mule by means of a male transrert ooule, 0, 'mounted on, 1-' '7 T - - ¯ i -. =. , .iQ, µ; goes hollow arm 52 driven by a shaft 54.
The molds: "= '-;:' :::. 2 ':;' ::: '-, .¯, <µà; -ù # j = J' * g open 42 and the transfer mold 50 comprisesÍ2t. es' "> Ef% B = '" l ± .Ô' = J - "..- & ...: -" .. "': -...... - ...--' -" f; ::.; ..-: - ²
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conventional connections for admitting air and establishing a vacuum to form and transfer the molded objects.
The shaft 54 is controlled by an eccentric 56 mounted on a continuously rotating drive shaft 58, so that the shaft 54 and its transfer mold 50 are moved back and forth by @ @port aux Boules 42 corresponding to the step by step rotation of the molds 42.
When a mold. is placed in register with the transfer mold, the latter moves towards the mold to receive the molded object., after which it moves laterally under the effect of any suitable cam or similar device (no represents) to deposit the molded object on a conveyor belt 60 which takes it on another conveyor belt 62 in an open dryer 64 of conventional construction. The solid objects can be supported in any suitable way by the conveyor belt 62 and they are preferably deposited on the planar surface without drying racks or other arrangements.
The molds 42 suitable for the invention are preferably slot molds lined with a screen commonly used in the fiber molding industry. Molds of this kind are described in detail in US Pat. No. 2,829,568 to Chaplin. However, in the molds used according to the invention, about 80% of the exposed working surface is formed by screen-supporting regions between the slits, and the recesses extend parallel across the working face of the mold. preferably parallel to the long sides of the rectangular working face of the mold.
A vacuum is applied by openings made at the rear and communicating
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with the reverse side of the slots, and the depression is distributed by late over the entire working surface of the grinding wheel. The large fraction of the sieve which covers the slots allows the passage of a large volume of fluid in the mold and therefore the deposition of a suitable layer of fibrous material on the sieve from the suspension of fibrous material described in more detail. below.
The transfer mold 50 can be a conventional slot mold in this field, that is to say a mold without a screen.
One such mold is described in U.S. Patent No. 2,273,055 to Manson. In such a mold, the regions between the slits contact the layer of fibrous material transferred therein. from the mold. The vacuum is exerted by the openings made at the rear and communicating with the reverse side of the slits, with about 95% of the surface of the molded article coming into contact with the regions formed between the slits. The transfer mold suitable for the purposes of the invention need not be provided with heaters, since pressing and transfer take place rapidly at room temperature, as indicated below.
The suspension of fibrous material used according to the invention is an aqueous suspension containing up to 0.45 and preferably at most 0.05% by weight of an intimate mixture of solids. The suspension is prepared by mixing approximately
2% by weight of the fibrous material with about 98% by weight of water, followed by addition of water and mixing to obtain the aqueous suspension containing less than 0.4% by weight of fibrous material.
To prepare the mixture, the wood pulp described below is preferably mixed first with water, after which the hydrophobic fibers described below are incorporated into the mixture.
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resulting mixture and components, such as rayon, which mix easily ,. are added last. then, before adding the additional water by adjusting the density of the. suspension to the desired value. a flame retardant may be added depending on the intended use for the finished filter, as well as about 1% by weight of cationic starch to improve the cohesion of the fibrous material and 1.5% alum to lower the pH so that the flame retardant has the desired action on the fibrous material.
The combination of constituents may vary taking into account the parameters indexed below, depending on the uasge to which. is intended for the finished filter. The preferred combination of components for the fibrous material comprises up to 30.0% by weight of wood pulp and, by way of example, about 20% by weight.
A suitable wood pulp is bleached softwood kraft, which is a classic constituent in paper making and the fibers of which are of adequate length, although equivalent fibers having good fibrillation qualities promote felting, such as asbestos, can replace wood pulp, if desired.
Wood pulp is a very inexpensive material which is easy to wet, which facilitates molding. In addition, wood pulp, because it is made of small fibers, improves Inability to trap fines or small particles., But large amounts of wood pulp, namely by more than 30% by weight , correspondingly reduce the possible air flow through the finished filter.
The preferred fibrous material also comprises 20 to 65% olefinic, acrylic and modacrylic fibers, as well as fibers of a copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate. For example, preferably about 30% by weight of fibers of a vinyl chloride copolymer is used and
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vinyl acetate. This copolymer generally contains at least about 80% by weight of copolyinised vinyl chloride.
While all such co-polymers are suitable for the purposes of the invention, it is generally preferable to use a
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coPaY = era containing at least F3N by weight of copolymerized vinyl chloride. Nvn1l is a typical vinyl chloride-vinyl acetate copolymer of the typical coszneree which has been found to be very satisfactory for the purposes of the invention. This copolymer is believed to contain 88 to 90% by weight of copolymerized vinyl chloride. It is sold in fibers with a length of about 6.35 to and a diameter of less than about 100 microns and for example of about 15 to 20 microns. This fibrous copolymer: St is flame retardant and has the interesting property of being heat-welded, so that the halves 26 can be united to form the layers 12 of which the filter 10 is made.
The
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the presence of this copolyzer in an amount of less than about 20% therefore results in a product which has poor hot pliability properties and which requires the use of additives to ensure flame retardancy. Although more than 65% of this copolymer can be used, more than 20%, eg 30%, wood pulp should be used in such cases to ensure moldability.
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The fiber material also comprises, for the remainder, rayon fibers, polyester fibers, for example poly (ethylene hthalate) fibers, polyamide fibers, glass fibers or glass. asbestos, optionally as a mixture. It preferably comprises 10 to 10% by weight of rayon fibers and 10 to 4% by weight of poly (ethyl terephu12.te) fibers.
More particularly, by way of example, suitable filters have been produced using about 30% by weight of rayon fibers of up to about 9.5 mm in length, a minor proportion of the fibers. having
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a diameter of about 15 to 20 nierons and a major proportion of about 27 to 32 microns, and about 20% by weight of fibers of
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poly (9e-tbylene terephthalate) about 9.3 mm long and about 15 to 20 microns in diameter, although this diameter may be up to 100 microns.
Rayon is preferred because it is inexpensive and commercially available in many diameters which allow for judicious choice.
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ensuring the porosity of the finished product. 7outef'oi.s, as the rayon is jnf'1e: nable, its presence in Quantities 11: 1port tes requires an additional agent delignlfugatlon. Poly (ethylene terephthalate) confers an excellent dust collection ability, but it is expensive, so that large amounts of this should be avoided: 1tuantS211f "dms in the case of tooth filters the filtration capacity must be high enough to justify the expense.
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Useful filters have been made according to the invention as follows. The suspension of fibrous matter indicated above and taken in the aforementioned amounts is first prepared according to the process schematized above. This suspension is introduced and retained in the reservoir 48 in the conventional manner. The slotted mold
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filled with a te.-is 42 described above is 1: m # rged in the aqueous suspension and a vacuum of about 12 ,? at SO8 ca of mercury is applied for about 1 to 1- seconds.
Due to the exceptionally high percentage (20%) of the mold surface
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tent which is exposed to depression, quantities 1!: ipor-. aunts of Ii which are sucked through the tsaia and, r deposit the fibrous material - For example, for half.
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26 of generally rectangular shape Alimmsicns being about 5.9 cm c 30.5 cm, approximately 94.6 l1s of I3 qnI pass through the mold 42 under a vacuum of 50.8 cn of mercury in a
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6 second molding time.
The mold carrying the layer of fibrous material is then removed from the suspension and brought into a position which allows it to engage with the transfer mold 50. The layer of fibrous material deposited on the mold at this stage is composed of approximately 1 part of fibrous material to 4 parts of water.
After that, the transfer mold 50, the conformation of which corresponds to that of the mold, is contacted with the layer of fibrous material on the mold and lightly pressed against the transfer mold at room temperature for a few seconds. to the maximum. A vacuum of approximately 12.7 50.8 cm of mercury is then applied to the transfer mold and the vacuum applied to the mold is broken and replaced by an overpressure of air in the known manner for the passage of the layer of fibrous material. cast from mold to transfer mold. The transfer mold then assumes a suitable position above the conveyor dryer 60 and the molded fibrous material layer is transferred onto this conveyor by replacing the vacuum in the known manner with an overpressure.
The filter half 26 is then passed in the usual manner through the tunnel dryer 64. Preferably, in the case of the presence of about 50% by weight of wettable fibers, the drying takes 5 to 20 minutes at a rate of. dryer temperature of about 93 to 149 C During drying, the manufactured product reaches a temperature of about 116 to 121 C which is in the softening range of the vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, but which is below its melting point.
As a result, this copolymer provides a slight cohesion which, it is believed, increases to a certain extent the mechanical strength of the finished product. when the
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The molded product reaches the exit end of the tunnel dryer 64, it is ready to be assembled with another such molded product to form a layer 12 for the final assembly of the replaceable filter 10.
Filters manufactured as described above have proven to be extremely satisfactory in practice. The resistance of the filter material is more than sufficient even in the case of bag or bag filters of this type of large size. The air flow which the fil = trante material allows can be easily balanced with its ability to capture dust, these two properties being determined by the nature, diameter and length of the fibers.
For some applications it is desirable that the air flow be higher and that the dust pick-up ability is lower and the constituents of the fibrous material can be combined according to the indications given above to adjust the flow. air and the ability to collect dust over extended intervals.
Further, in the case of filters produced according to the invention, the possible air flow rates are maintained at the desired high value, although the replaceable filters suffer considerable clogging after prolonged use.
This property is due, it is believed, to the fact that the downstream side 34 of the filter is the "tan" side of the filter, that is to say the side of the filter which has been in contact with the mvule 42. during molding. The upstream side 32 of the filter is therefore more "flaky" and less compact than the upstream side, which significantly improves the anti-clogging properties of the filter according to the invention.
As the mold 42 comprises a series of parallel slots under the screen, the finished product comprises parallel bands of fibrous material which are denser at the edges.
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places which were above the slits during molding and dense care in the intermediate regions. The dense bands increase the strength of the finished product and the less dense bands, which alternate with the former, allow a flow of increased air. In the case of the aforementioned filter, the porosity and mechanical strength are balanced so that air flow rates of about 283 --13 / minute and more. floor are possible.
For example, a standard test dust comprising about 70% by weight carbon black, 3% by weight cotton linters and 27% by weight Arizona highway dust is removed by filtration of a stream of. air at a rate of 0.54 g / dm2 under a pressure drop of
0.20 to 0.41 cm of H2O and at a flow rate of 1897 liters of air at room temperature per minute.
Although various embodiments and details of execution have been described to illustrate the invention, it goes without saying that the latter is susceptible of numerous variations and modifications without departing from its scope.