BR112018008665B1

BR112018008665B1 - Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, método de formação do mesmo e elemento de filtração tubular

Info

Publication number: BR112018008665B1
Application number: BR112018008665-7A
Authority: BR
Inventors: Andrew Ray Dye; David Jack Burns; Johnny Glen Keeton
Original assignee: Parker-Hannifin Corporation
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2023-05-30
Also published as: ES2908576T3; MX2018005407A; US10315141B2; BR112018008665A2; EP3368185A1; US20170120174A1; EP3368185B1; CN108348828A; EP3368185A4; WO2017075407A1; BR112018008665B8; EP3964276A1

Abstract

MEIO DE FILTRAÇÃO DE FELTRO DE MÚLTIPLAS CAMADAS TERMICAMENTE LIGADO. Um filtro formado essencialmente a partir de uma fibra descontínua é fornecido. Uma fibra descontínua não-tecida é comprimida em uma esteira ou folha de porosidade selecionada. A esteira ou folha não inclui um aglutinante ou fibras de bicomponentes. As fibras descontínuas podem ser tratadas termicamente. A folha é formada em uma forma geométrica selecionada e as fibras são termicamente fundidas para unir as fibras descontínuas em um elemento de filtração poroso. A forma preferida é um tubo enrolado helicoidalmente ou várias folhas, sendo cada folha sobreposta e comprimida para sobrepor outra folha. Cada folha é, de preferência, aquecida e comprimida individualmente e as folhas podem ser selecionadas para terem diferentes porosidades e densidades.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]Esta invenção refere-se geralmente a elementos de filtração e métodos de fabricação de elementos de filtração a partir de meios de filtração de feltro não- tecido incluindo fibras descontínuas.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[002]Meios de filtração não-tecidos adequados para elementos de filtração de múltiplas camadas termicamente ligados são geralmente conhecidos. Tais meios de filtração não-tecidos são geralmente preparados por um processo de cardação mecânico seguido por ligação termicamente da teia fibrosa cardada com uma fibra de bicomponente ou aglutinante. Uma fibra de bicomponente é uma fibra que tem uma camada de revestimento externo de um polímero e um núcleo interno feito de outro polímero. A camada de bainha exterior é geralmente construída de um polímero com um ponto de fusão mais baixo do que o material do núcleo interno. O uso de fibras de bicomponentes em uma esteira de fibra cardada não-tecida permite que a camada de bainha exterior inferior derreta quando exposta ao calor em uma estufa, enquanto o material do núcleo interno não funde nas mesmas condições de temperatura. A camada de bainha exterior funde e flui entre as fibras para as fibras termicamente ligadas juntas, onde as mesmas se cruzam na esteira de fibra. O material de bainha exterior forma assim um material de ligação térmica, enquanto o material do núcleo interno permanece sólido proporcionando resistência e estrutura ao meio de filtração.

[003]Os elementos de filtração laminados de múltiplas camadas, incluindo fibras de bicomponentes e/ou materiais aglutinantes, são também conhecidos na técnica. Por exemplo, os elementos de filtração não-tecidos construídos com uma mistura de fibras descontínuas e de bicomponentes são descritos na Patente U.S. de No. 5.827.430 intitulada “Coreless and spirally wound non-woven filter element”, cuja descrição completa é aqui incorporada por referência na sua totalidade. Tiras de um material de filtração não-tecido incluindo ambas as fibras descontínuas e as fibras de bicomponentes são enroladas juntas sob compressão e ligadas termicamente para formar um elemento de filtração laminado de múltiplas camadas. Filtros e métodos adicionais relacionados com elementos de filtração laminados de múltiplas camadas são descritos na Publicação da Patente U.S. de Números 2011/0210059 e 2014/0275692, cujas descrições totais são aqui incorporadas por referência em sua totalidade.

[004]No entanto, quando usado em algumas aplicações, tal como filtração em temperaturas elevadas ou em ambientes quimicamente agressivos, um meio de filtração de múltiplas camadas típico é limitado em compatibilidade química e capacidade de temperatura pela menor temperatura de fusão e compatibilidades químicas dos diferentes polímeros na fibra de bicomponente. Assim, quando a temperatura ou as capacidades químicas de um dos polímeros são excedidas, o meio de filtração pode quebrar em uso, resultando em diminuição da vida útil do filtro.

[005]Os meios de filtração e construções de filtração com resistência melhorada a condições de operação desafiadoras são desejados. Estas e outras vantagens da invenção, bem como as características da invenção adicionais, serão evidentes a partir da descrição da invenção aqui fornecida.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006]O objetivo geral da invenção é fornecer um elemento de filtração aperfeiçoado, feito com métodos aperfeiçoados para sua fabricação. Surpreendentemente, verificou-se que um meio de filtração laminado de múltiplas camadas não requer fibras de bicomponentes ou outros aglutinantes para alcançar a ligação térmica das camadas adjacentes. A invenção proporciona um meio de filtração laminado de múltiplas camadas e um elemento de filtração.

[007]Em um aspecto, a invenção fornece um meio de filtração laminado de múltiplas camadas. O meio de filtração inclui uma primeira camada de meio de filtração com fibras que são de não-bicomponentes e isentas de material aglutinante para compreender um primeiro componente de fusão único. O meio de filtração também inclui uma segunda camada de meio de filtração com fibras que são de não- bicomponentes e isentas de material aglutinante para compreender um segundo componente de fusão único. Uma interface ligada termicamente une a primeira camada e a segunda camada, utilizando pelo menos um dos primeiros componentes de fusão únicos e o segundo componente de fusão único.

[008]Em um aspecto do meio de filtração laminado de múltiplas camadas, as primeiras e segundas camadas são formadas a partir da mesma folha de meio de filtração que é sobreposta a si mesma, de modo que o meio de filtração da primeira camada é o mesmo que o meio de filtração da segunda camada.

[009]Em outro aspecto do meio de filtração laminado de múltiplas camadas, a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são formadas a partir das diferentes primeiras e segundas folhas de meio de filtração, e a primeira folha de meio de filtração tem uma eficiência de filtração diferente e porosidade quando comparada com a segunda folha de meio de filtração.

[010]Em alguns aspectos do meio de filtração laminado de múltiplas camadas, o primeiro componente de fusão único e o segundo componente de fusão único do meio de filtração laminado de múltiplas camadas podem ser o mesmo material polimérico.

[011]As fibras da primeira camada e da segunda camada do meio de filtração laminado de múltiplas camadas podem incluir individualmente um único polímero selecionado a partir do grupo que consiste em poliéster, polipropileno, náilon, PCT (tereftalato de policiclohexilenodimetileno), e PPS (sulfeto de polifenol).

[012]Em alguns aspectos do meio de filtração laminado de múltiplas camadas, pelo menos, uma da primeira camada e da segunda camada do meio de filtração laminado de múltiplas camadas inclui um material de feltro tratado termicamente. O material de feltro tratado termicamente pode ser um material de feltro perfurado com agulhas compreendendo fibra descontínua de monofilamento consistindo em um único polímero.

[013]Em outro aspecto do meio de filtração laminado de múltiplas camadas, diferentes fibras descontínuas de monofilamento são usadas na primeira camada e na segunda camada para fornecer diferentes resistências e eficiências de filtração.

[014]Em vários aspectos do meio de filtração laminado de múltiplas camadas, a primeira e a segunda camadas de meios de filtração possuem, cada uma, individualmente uma permeabilidade ao ar entre 10 pés cúbicos por minuto e 2000 pés cúbicos por minuto, medida por ASTM F778; uma porosidade entre 0,1 μm e 100 μm, medida por ASTM F316; e uma eficiência de filtração superior a 50% para partículas sólidas de tamanho 100 μm, medida por ASTM F797; uma resistência de ruptura de Mullen entre 5 e 500 libras por polegada quadrada, medida por ASTM D3786; uma espessura de calibre entre 0,1 e 5 milímetros; e um diâmetro de fibra entre 5 μm e 200 μm.

[015]Em outro aspecto, a invenção fornece um elemento de filtração tubular com um meio de filtração laminado de múltiplas camadas. O filtro tubular inclui um tubo de filtração que se estende entre extremidades opostas. O tubo de filtração tem uma superfície anular externa e uma superfície anular interna que define um interior oco para permitir a passagem de fluido ao longo de um eixo central. O meio de filtração laminado de múltiplas camadas é envolvido em torno do eixo central em uma forma anular, de modo que o fluido passando da superfície anular externa e da superfície anular interna deve passar através do meio de filtração laminado de múltiplas camadas.

[016]Em alguns aspectos do elemento de filtração tubular, o elemento de filtração tubular como um todo tem uma permeabilidade ao ar entre 1 pé cúbico por minuto e 1500 pés cúbicos por minuto, medido por ASTM F778, e uma eficiência de filtração superior a 50% para partículas sólidas de tamanho 100 μm, medida por ASTM F797.

[017]Em outro aspecto do elemento de filtração tubular, o elemento de filtração tem tampas de extremidade fechadas ligadas a ou formadas em extremidades opostas. O elemento de filtração também inclui um anel de vedação na superfície anular externa entre extremidades opostas, e o elemento de filtração fornece filtragem de dois estágios.

[018]Em outro aspecto do elemento de filtração tubular, o elemento de filtração de uma tampa de extremidade aberta ligada a ou formada em uma das extremidades opostas, e uma tampa de extremidade fechada ligada a ou formada em uma diferente de uma das extremidades opostas, e o elemento de filtração fornece um único estágio de filtragem.

[019]Em outro aspecto, a presente invenção fornece um método de formar o meio de filtração laminado de múltiplas camadas descrito anteriormente. O método inclui a etapa de aquecer, pelo menos, uma superfície da primeira camada de meio de filtração para um ponto de transição vítrea do primeiro componente de fusão único da primeira camada de meio de filtração. O método também inclui a etapa de ligar termicamente a primeira camada de meio de filtração à segunda camada de meio de filtração, utilizando o primeiro componente de fusão único.

[020]Em alguns aspectos do método de formação de um meio de filtração laminado de múltiplas camadas, o primeiro meio de filtração inclui um feltro, também inclui a etapa de, antes do aquecimento, chamuscar uma superfície de, pelo menos, uma das primeiras camadas para derreter extremidades ou porções de fibras em cavidades de fusão na superfície da primeira camada, e permitindo que as cavidades de fusão resfriem. As extremidades ou porções de fibras resfriadas formam locais de ligação para adesão entre camadas. Depois que as cavidades de fusão são formadas, os locais de ligação são aquecidos.

[021]Em alguns aspectos do método de formação de um meio de filtração laminado de múltiplas camadas, o método também inclui a etapa de conduzir a mesma chamuscagem e permite operações para a segunda camada de meio de filtração antes da etapa de aquecimento.

[022]Em alguns aspectos do método de formação de um meio de filtração laminado de múltiplas camadas, o método também inclui a etapa de, imediatamente após a etapa de aquecimento para facilitar a ligação térmica, enrolar uma folha em torno de um eixo central em, pelo menos, relação de sobreposição parcial sobre si mesma. A folha proporciona, assim, a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração, de modo que a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são unitariamente fornecidas pela folha.

[023]Em outro aspecto, a presente invenção fornece um método de formação de um meio de filtração laminado. O método inclui as etapas de fornecer uma primeira camada de meio de filtração e tratar termicamente um primeiro lado da primeira camada de meio de filtração para criar cavidades de fusão. O primeiro lado da primeira camada de meio de filtração é arrefecido para criar uma pluralidade de áreas de ligação. Uma segunda camada de meio de filtração também é fornecida. Pelo menos um do primeiro lado da primeira camada de meio de filtração e um lado da segunda camada de meio de filtração é aquecido, e a pluralidade de áreas de ligação está termicamente ligada ao lado da segunda camada de meio de filtração.

[024]Em alguns aspectos do método de formação de um meio de filtração laminado, a etapa de tratamento térmico é uma etapa de chamuscagem.

[025]Em outros aspectos do método de formação de um meio de filtração laminado, a primeira camada de meio de filtração é fornecida como um primeiro polímero não-tecido de feltro, e a segunda camada de meio de filtração é fornecida como um segundo polímero não-tecido de feltro.

[026]Em outro aspecto do método de formação de um meio de filtração laminado, a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são fornecidas a partir de uma única folha de meio de filtração, e a única folha de meio de filtração é sobreposta sobre si mesma, tal que o meio de filtração da primeira camada é o mesmo que o meio de filtração da segunda camada.

[027]Ainda em outros aspectos do método de formação de um meio de filtração laminado, a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são fornecidas a partir das diferentes primeiras e segundas folhas de meio de filtração, respectivamente, e a primeira folha de meio de filtração é fornecida com uma eficiência de filtração e porosidade diferentes em comparação com a segunda folha de meio de filtração.

[028]Em outros aspectos do método de formação de um meio de filtração laminado, a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são fornecidas a partir das primeiras e segundas folhas de meio de filtração que compreendem um mesmo material polimérico.

[029]Em outro aspecto do método de formação de um meio de filtração laminado, a primeira camada de meio de filtração é fornecida sem um polímero de bicomponente ou um material aglutinante.

[030]Outros aspectos, objetivos e vantagens da invenção tornar-se-ão mais evidentes a partir da seguinte descrição detalhada quando tomada em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[031]Os desenhos anexos incorporados em e que fazem parte do relatório descritivo ilustram vários aspectos da presente invenção e, juntos com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos:

[032]A FIG. 1 é uma vista em perspectiva em uma seção parcial de uma modalidade preferida da invenção que ilustra um elemento de filtração com múltiplas sobreposições.

[033]A FIG. 1A é uma vista em perspectiva de um elemento de filtração empregando os meios de filtração da FIG. 1 com um núcleo de suporte opcional e tampas de extremidade empregadas para uma aplicação de filtração;

[034]A FIG. 2 é uma fotografia ampliada de um material de um único componente de feltro com agulha;

[035]A FIG. 2A é uma fotografia em seção transversal ampliada de um material de um único componente de feltro com agulha;

[036]A FIG. 3 é uma seção transversal de representação esquemática do material de um único componente, de feltro com agulha das FIGURAS 2 e 2A;

[037]A FIG. 4 é uma fotografia ampliada de um material de um único componente, de feltro com agulha após uma operação de calendário, tirada com a mesma ampliação que a FIG. 2;

[038]A FIG. 4A é uma fotografia de seção transversal ampliada de um material de um único componente, de feltro com agulha após uma operação de calendário, tirada com a mesma ampliação da FIG. 2A;

[039]A FIG. 5 é uma seção transversal representacional esquemática de operação de calendário de um material de um único componente, de feltro com agulha das FIGURAS 4 e 4A;

[040]A FIG. 6 é uma fotografia ampliada de um único material de componente, de feltro com agulha após uma operação de calendário, tirada com a mesma ampliação da FIG. 2;

[041]A FIG. 6A é uma fotografia de seção transversal ampliada de um único material de componente, de feltro com agulha após uma operação de chamuscagem, tirada com a mesma ampliação da FIG. 2; e

[042]A FIG. 7 é uma seção transversal representacional esquemática de chamuscar o material de um único componente, de feltro com agulha das FIGURAS 6 e 6A.

[043]Embora a invenção será descrita em conexão com certas modalidades preferidas, não há intenção de limitá-la a essas modalidades. Pelo contrário, a intenção é de cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes, como incluídos dentro do espírito e escopo da invenção, como definidos pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[044]Com referência à FIG. 1 dos desenhos, um elemento de filtração de múltiplas sobreposições 11 é mostrado construído de acordo com a presente invenção. Na modalidade mostrada, o elemento de filtração 11 é um elemento de filtração tubular que inclui uma primeira folha ou tira de tecido não-tecido de múltiplas sobreposições 13, uma segunda folha de tecido não-tecido de múltiplas sobreposições de uma tira 15, uma terceira folha ou tira de tecido não-tecido de múltiplas sobreposições 17, e uma quarta folha de tecido não-tecido de múltiplas sobreposições na forma de uma tira 19. Cada folha de tecido na forma de uma tira 13, 15, 17, 19 é espiral ou helicoidalmente enrolada em camadas sobrepostas para formar bandas sobrepostas 14, 16, 18, 20, respectivamente. A superfície radialmente interior 21 da banda 14 forma a periferia de um espaço anular que se estende axialmente 22 que se estende a partir de uma extremidade 25 do primeiro elemento de filtração para a extremidade oposta 27 do elemento de filtração 11. Em outras modalidades, o elemento de filtração 11 pode ter duas tiras de tecido sobrepostas, três tiras de tecido sobrepostas, ou cinco ou mais tiras de tecido sobrepostas. Detalhes adicionais sobre a estrutura e fabricação do elemento de filtração 11 podem ser encontrados na Patente U.S. de No. 5.827.430, cuja descrição completa é aqui incorporada por referência na sua totalidade. O elemento de filtração de meios de múltiplas camadas de feltro chamuscado é particularmente útil em uma modalidade como mostrado na FIG. 1, pelas razões discutidas abaixo, mas também pode ser útil em outras construções de feridas ou mesmo em construções de filtração pregueadas ou de outro tipo.

[045]De acordo com um aspecto da presente invenção, as folhas ou tiras adequadas para formar o elemento de filtração 11 são formadas a partir de fibras descontínuas, sem a presença de fibras de bicomponentes ou um aglutinante. Uma fibra descontínua é uma fibra construída de um polímero e que possui propriedades térmicas substancialmente uniformes, tal como o ponto de fusão. As fibras descontínuas têm vantagens sobre as fibras de bicomponentes, tais como a temperatura de fusão uniforme e a resistência química. Cada folha formada a partir de um único tipo de fibra descontínua pode ser referida como um único componente de fusão. As fibras descontínuas também são geralmente mais baratas e mais fáceis de fabricar do que as fibras de bicomponentes. Depois de formada a manta ou folha, a folha é, de preferência, tratada termicamente para alterar as propriedades da superfície da folha, ao mesmo tempo que retém substancialmente a porosidade selecionada, como apresentado em detalhe adicional abaixo.

[046]Cada tira de elemento de filtração 11 é enrolada sob tensão para assim comprimir cada camada em um grau selecionado. À medida que as folhas sucessivas são envolvidas e comprimidas, cada camada é aquecida para ligar termicamente a camada a uma camada subjacente. A ligação térmica ocorre quando uma folha é aquecida à temperatura de transição vítrea (Tg) de uma fibra descontínua ou componente de material da folha, sem fundir substancialmente o componente de material da folha (isto é, a superfície da folha é aquecida a uma temperatura entre Tg e a temperatura de fusão (Tm)). A folha é, em seguida, colocada em contato com uma folha ou tira adjacente, fundindo fibras individuais de folhas ou tiras adjacentes juntas sem fundir completamente as fibras individuais. Como as fibras descontínuas das folhas sucessivas podem ser ligadas termicamente, diretamente umas às outras, não é necessário um polímero de ponto de fusão inferior adicional (isto é, de uma fibra de bicomponente) ou um aglutinante separado. As folhas ou tiras adjacentes podem adicionalmente ser colacadas em contato sob pressão para facilitar a ligação térmica.

[047]Em algumas modalidades, a superfície mais externa de uma folha pode ser brevemente levantada acima da Tm da fibra descontínua ou componente de material da folha, desde que a fusão substancial da folha não ocorre. Alguma fusão do polímero pode ocorrer, mas não é preferida ou é, de outro modo, limitada. De preferência, não ocorre fusão de fibras de polímero durante o processo de ligação térmica.

[048]Ao formar um filtro laminado de múltiplas camadas, uma primeira camada de meio de filtração (por exemplo, folha 13) e uma segunda camada de meio de filtração (por exemplo, folha 15) podem ser formadas a partir da mesma folha de meio de filtração sobreposta a si mesma. Em outras modalidades, a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração podem ser formadas a partir de diferentes folhas de meios de filtração. Quando diferentes folhas de meio de filtração estão presentes no elemento de filtração 11, as diferentes folhas de meio de filtração podem ter as mesmas propriedades físicas (por exemplo, eficiência de filtração, porosidade, diâmetro de fibra, e composição de polímero) ou diferentes propriedades físicas.

[049]Na modalidade mostrada na FIG. 1, o elemento de filtração 11 é formado como um elemento de filtração sem núcleo envolvendo em um mandril. Em uma modalidade opcional mostrada na FIG. 1A, o elemento de filtração 11 pode ser envolvido em um elemento de núcleo perfurado 23. O elemento de núcleo 23 pode ser formado a partir de qualquer material adequado, tal como um elemento de núcleo de metal ou um elemento de núcleo de polímero. O polímero de um elemento de núcleo de polímero pode ser o mesmo polímero que uma ou mais folhas de elemento de filtração 11, ou pode ser um polímero diferente.

[050]Como também mostrado na FIG. 1A, o elemento de filtração 11 é um elemento de filtração tubular que inclui uma tampa de extremidade fechada de múltiplas camadas laminada 26. Na modalidade opcional mostrada na FIG. 1A, o elemento de filtração 11 pode ser configurado com tampas fechadas opostas e de extremidades abertas 26, 28 ligadas, de forma estanque, a extremidades opostas do meio de filtração tubular. A tampa de extremidade aberta 28 tem uma abertura 29 para servir como um orifício de saída para um fluido filtrado. Uma ou mais vedações, tais como juntas de anel em O 31, podem ser dispostas na tampa de extremidade 28 para vedar com uma cabeça de montagem de um sistema de fluido. Cada tampa de extremidade 26, 28 pode ser formada por qualquer material adequado, tal como um metal ou polímero. O polímero de uma tampa de extremidade de polímero pode ser o mesmo polímero que uma ou mais folhas de elemento de filtração 11, ou pode ser um polímero diferente.

[051]Em modalidade opcional alternativa, as tampas de extremidade 26, 28 podem ser duas tampas de extremidade fechadas para um filtro de dois estágios a ser usado para os elementos mostrados na Patente U.S. de No. 5.919.284, intitulada “Gas filter separator caolescer and multi-stage vessel”, cuja descrição completa é aqui incorporada por referência em sua totalidade. Em outra modalidade, um conjunto de filtração de múltiplas camadas, laminado, de múltiplos estágios pode ser configurado como descrito na Patente U.S. de No. 8.936.661 intitulada "Multi-stage filter element", cuja descrição completa é aqui incorporada por referência em sua totalidade. O conjunto de elemento de filtração de múltiplos estágios inclui um primeiro elemento de filtração que compreende um primeiro tubo de meio de filtração de múltiplas camadas envolvendo um eixo longitudinal. O conjunto de elemento de filtração de múltiplos estágios também inclui um segundo elemento de filtração que compreende um segundo tubo de meio de filtração de múltiplas camadas envolvendo um eixo longitudinal quando montado com o primeiro elemento de filtração. O primeiro elemento de filtração pode ser adaptado para encostar axialmente ao segundo elemento de filtração com uma passagem de fluxo interna entre os mesmos. O conjunto do elemento de filtração de múltiplos estágios inclui uma primeira vedação para o primeiro elemento de filtração, e uma segunda vedação para o segundo elemento de filtração. Os primeiro e segundo elementos de vedação podem estar adjacentes uns aos outros e aproximam uma interface entre o primeiro e o segundo elementos de filtração quando na relação de encosto.

[052]Em modalidades preferidas da presente invenção, as folhas ou tiras usadas para formar o elemento de filtração 11 são um material não-tecido de feltro. Meios de filtração não-tecidos de feltro podem ser fabricados a partir de uma teia fibrosa úmida ou seca seguida de um processo de entrelaçamento. Geralmente, uma teia fibrosa pode ser produzida por cardagem, camada de ar ou camada úmida, como geralmente conhecido na técnica. A teia fibrosa resultante pode, em seguida, ser emaranhada por um de vários processos, como também é conhecido na técnica. Por exemplo, a teia fibrosa pode ser perfurada por agulha, hidroamarrada, ou ar entrelaçado. Ainda em outras modalidades, outros tipos de meios de filtração não- tecidos podem ser empregados, tais como teias fibrosas ligadas por fiação ou teias fibrosas fundidas por fusão.

[053]Em uma modalidade típica, uma teia fibrosa cardada é de feltro com agulha. A feltragem de agulha (também referida como punção por agulha) une as fibras de uma manta de fibra juntas, entrelaçando fisicamente as fibras individuais. A teia de feltro com agulha resultante é adequada para elementos de filtração de múltiplas camadas laminadas. As fibras podem ser de feltro com agulha para formar uma esteira de fibra de monocomponente, eliminando a necessidade para fibras de bicomponentes ou outro aglutinante, e eliminando ainda mais a necessidade para processar a esteira de fibra em um forno para unir as fibras juntas termicamente. A ligação entre camadas de material de feltro em uma construção de filtração laminada de múltiplas camadas pode ser melhorada tratando termicamente o material de feltro após o processo de perfuração da agulha, como descrito em mais detalhe abaixo. O tratamento térmico pode incluir cardação, chamuscagem, aquecimento infravermelho ou outras formas de alterar as propriedades da superfície do material de feltro. O material de feltro pode ser tratado termicamente em um ou em ambos os lados da folha.

[054]Em geral, o elemento de filtração 11 pode ser formado a partir de qualquer polímero adequado ou fibra natural. Diferentes fibras descontínuas de monofilamento podem ser selecionadas para alcançar as propriedades do material desejadas, incluindo, mas não limitadas à, resistência química e eficiências de filtração. Os polímeros adequados incluem polímeros de condensação, tais como poliéster, poliacetais, e poliamidas, e polímeros de adição, tais como polietileno, politetrafluoroetileno (PTFE) e polipropileno. Polímeros tipicamente usados na construção de tais filtros laminados incluem polipropileno, poliéster, e náilon. Polímeros adicionais adequados para meios de filtração não-tecidos incluem fibras descontínuas de ponto de fusão mais elevadas, tais como o tereftalato de policiclohexilenodimetileno (PCT) e o sulfureto de polifenol (PPS). No entanto, como será reconhecido por um versado na técnica, o meio de filtração não está limitado aos materiais anteriores e pode ser prontamente feito de qualquer material conhecido na técnica.

[055]Em uma modalidade preferida da presente invenção, materiais de feltro adequados para formar o elemento de filtração 11 são formados a partir de um único tipo de fibra descontínua. Em tais redes fibrosas de monofilamento, cada folha ou tira de material do laminado de múltiplas camadas tem uma única temperatura de fusão. Em outras modalidades da invenção, materiais de feltro adequados para formar o elemento de filtração 11 podem incluir redes fibrosas com mais de um tipo de fibra descontínua. Em ainda outras modalidades, os materiais de feltro adequados para formar o elemento de filtração 11 podem incluir tanto fibras descontínuas e fibras de bicomponentes. Onde diferentes materiais de feltro são incluídos no elemento de filtração 11, cada material de feltro diferente pode ter as mesmas propriedades físicas (por exemplo, eficiência de filtração, porosidade, resistência, diâmetro de fibra, e composição de polímero) ou propriedades físicas diferentes.

[056]Em várias modalidades, cada camada de meio de filtração em um meio de filtração laminado de múltiplas camadas pode individualmente ter uma permeabilidade entre 10 e 2000 pés cúbicos por minuto, conforme medido por ASTM F778. Adicionalmente, cada camada pode individualmente ter uma porosidade entre 0,1 μm e 100 μm, medida por ASTM F797. Cada camada pode individualmente ter uma eficiência de filtração superior a 50% para partículas com um tamanho de 100 μm (isto é, partículas com um diâmetro efetivo de 100 μm). Cada camada pode, individualmente, também ter uma resistência à ruptura de Mullen entre 5 e 500 libras por polegada quadrada, medida por ASTM D3786. Cada camada pode individualmente também ter uma espessura de calibre entre 0,1 e 5 milímetros.

[057]Em várias modalidades, as fibras descontínuas adequadas para formar um meio de filtração de feltro, de acordo com a presente invenção, podem ter um diâmetro entre 1 μm e 200 μm. Em modalidades preferidas, as fibras descontínuas têm diâmetros entre cerca de 1 μm a 5 μm, 5 μm a 30 μm, 30 μm a 50 μm, 50 μm a 200 μm ou superior a 200 μm. O tamanho selecionado irá conferir diferentes características de resistência e filtração. Em algumas modalidades, nanofibras (isto é, fibras com um diâmetro inferior a 1 μm) podem ser utilizadas, como descritas na Publicação de Patente U.S. de No. 2011/0210059, cuja descrição completa é aqui incorporada por referência em sua totalidade.

[058]O elemento de filtração 11 como um todo pode ter uma permeabilidade entre 1 e 1500 pés cúbicos por minuto, conforme medido por ASTM F778. Adicionalmente, o elemento de filtração 11 pode ter uma porosidade entre 0,1 μm e 100 μm, conforme medido por ASTM F797. O elemento de filtração 11 também pode ter uma eficiência de filtração superior a 50% para partículas de tamanho de 100 μm.

[059]Com referência à FIG. 2, uma fotografia ampliada de um material de feltro de agulha 30 é mostrada. FIG. 2A é uma fotografia ampliada (50 x) de uma secção transversal de material de feltro de agulha 30. Adicionalmente, referindo-se à FIG. 3, o material de feltro de agulha 30 é uma folha geralmente planar 32 ou esteira de fibra 32. As fibras individuais 34 da esteira de fibra 32 são fisicamente entrelaçadas por um processo de perfuração por agulha. Fibras individuais 34 são fibras descontínuas ou fibras de monocomponentes sem um aglutinante, resina, e não precisam ser unidas juntas termicamente. O processo de feltragem de agulha produz uma esteira de fibra 32 tendo um núcleo emaranhado mais denso 36 e uma camada externa 38 que se torna progressivamente menos densa do núcleo 36 para as superfícies externas 40. Como melhor mostrado na FIG. 2A, aproximando as superfícies exteriores 40 a partir da direção do núcleo 36, relativamente poucos fiapos 35 de fibras individuais 34 estão presentes. Os envolvimentos essencialmente aleatórios de fibras individuais 34 na esteira de fibra 32 não apresentam grandes locais de ligação próximos das superfícies externas 40 para aderência de uma camada do material 40 à outra camada de material.

[060]As FIGURAS 4-5 mostram um material de feltro calandrado 50 depois de uma operação de cardação ser aplicada ao material de feltro de agulha 30. A FIG. 4 é uma foto ampliada do mesmo tipo de material de feltro de agulha 30, tirada com a mesma ampliação e composta pelo mesmo tipo de fibras. FIG. 4A é uma fotografia ampliada (50 x) de uma seção transversal de material de feltro de agulha 50 após uma operação de cardação ser aplicada ao material de feltro de agulha 30. Referindo ainda à FIG. 5, em uma operação de cardação, um material de feltro de agulha 30 é passado entre dois rolos 52, 54. Como mostrado, o material de feltro de agulha 30 é passado entre os rolos 52, 54 para comprimir e alisar a superfície do de feltro de agulha 30, produzindo desse modo um material de feltro calandrado 50. Como melhor mostrado na FIG. 4A, rolos de cardação 52, 54 comprimem a esteira de fibra 32 e alisam as superfícies exteriores calandradas 56 do material de feltro calandrado 50, melhorando a disponibilidade dos locais de ligação próximos das superfícies exteriores calandradas 56 em relação aos locais de ligação limitados disponíveis em material de feltro de agulha bruto 30. A superfície exterior calandrada 56 é adequada para aderir uma camada do material à outra camada de material.

[061]A operação de cardação da FIG. 5 pode ser realizada a temperaturas elevadas por aquecimento de um ou ambos os rolos 52, 54. A cardação a temperaturas elevadas pode fundir parcialmente as fibras na superfície exterior da esteira de fibra 32, criando cavidades de material de monofilamento fundido. As cavidades de fusão 78 na superfície exterior calandrada 56 melhoram assim a resistência de ligação entre as camadas adjacentes quando formadas em um laminado de múltiplas camadas, em comparação com a ligação térmica de meios de filtração de feltro sem tratamento térmico. Ao calandrar a temperaturas elevadas, a velocidade do material de feltro de agulha 30 através dos rolos 52, 54 pode ser selecionada para aumentar a temperatura das fibras individuais 34 da camada exterior 38 próxima das superfícies exteriores 40, sem substancialmente amolecer ou fundir fibras individuais 34 perto de núcleo 36. A pressão aplicada à esteira de fibra 32 pode ser selecionada ajustando a distância mínima entre os rolos de cardação 52, 54.

[062]As FIGURAS 6-7 mostram um material de feltro de agulha chamuscado 70 depois de uma operação de chamuscagem ser aplicada ao material de feltro de agulha 30. A FIG. 6 é uma foto ampliada do mesmo tipo de material de feltro de agulha 30, tirado com a mesma ampliação e composto pelo mesmo tipo de fibras. FIG. 6A é uma fotografia ampliada (50 x) de uma seção transversal do material de feltro de agulha 70 depois de uma operação de chamuscagem ser aplicada ao material de feltro de agulha 30. Referindo-se ainda à FIG. 7, em uma operação de chamuscagem, o material de feltro de agulha 30 é exposto a uma fonte térmica 72, por exemplo, uma chama 74, por um breve período de tempo. Ou seja, a superfície da folha é exposta a temperaturas elevadas para rapidamente selar ou derreter fibras na superfície da esteira de fibra 32, sem fundir substancialmente as fibras de fusão em todo o núcleo 36. As fibras individuais 34 da camada externa 38 da esteira de fibra 32 são assim fundidas, formando cavidades de fusão 76 nas superfícies chamuscadas 78 da esteira de fibra 32. Como mostrado nas FIGURAS 6A e 7, o material de feltro de agulha chamuscado 70 é chamuscado em ambos os lados da esteira de fibra 32. Alternativamente, um material de feltro de agulha 30 pode ser chamuscado em um lado da esteira de fibra 32. Um material de feltro de agulha 30 pode ainda ser calandrado para comprimir o núcleo 36 da esteira de fibra 32, antes ou depois de uma operação de chamuscagem 72.

[063]A presença de cavidades de fusão 76 na superfície externa chamuscada 78 proporciona área de contato aumentada para ligação térmica entre camadas adjacentes nas superfícies externas chamuscadas 78 em relação à área de contato de ligação limitada disponível para ligação térmica entre camadas adjacentes no material de feltro de agulha bruto 30. A superfície externa chanfrada 78 é adequada para aderir uma camada do material para outra camada de material. As cavidades de fusão 76 na superfície externa chanfrada 78 aperfeiçoam, desse modo, a resistência de ligação entre as camadas adjacentes quando formadas em um laminado de múltiplas camadas, em comparação com a ligação térmica de meios de filtração de feltro sem tratamento térmico.

[064]As cavidades de fusão 76 podem ser deixadas arrefecer e solidificar antes de formar o elemento de filtração 11. Uma primeira camada de meio de filtração (por exemplo, folha ou tira 13) pode ser chamuscada ou, de outro modo, tratada termicamente antes de formar o elemento de filtração 11. Adicionalmente, as segundas e sucessivas camadas de meio de filtração (por exemplo, folha ou tira 15) podem ser chamuscadas ou, de outro modo, tratadas termicamente antes da formação do elemento de filtração 11.

[065]De preferência, o meio de filtração chamuscado e as cavidades de fusão 76 serão permitidas parcialmente ou mais de preferência resfriarem completamente e solidificarem. O meio de filtração chamuscado pode, em seguida, ser armazenado (por exemplo, em um rolo) até se desejar fazer o elemento de filtração. Alternativamente, uma operação de chamuscagem pode ser realizada imediatamente antes da fabricação de um elemento de filtração, de tal forma que as cavidades de fusão parcialmente fundidas são permitidas para se ligarem termicamente às fibras de folhas adjacentes durante a fabricação do filtro.

[066]O elemento de filtração 11 pode ser formado por aquecimento de uma primeira camada (por exemplo, uma tira chamuscada 13 de um material de feltro de agulha) a uma temperatura imediatamente abaixo do ponto de fusão do componente de fusão único para facilitar a ligação térmica e unir a primeira camada para uma segunda camada (por exemplo, tira 15) por ligação térmica da primeira camada à segunda camada. Depois de aquecer a primeira camada para facilitar a ligação térmica, a primeira camada pode ser enrolada em torno do eixo central (por exemplo, espaço anular estendendo-se axialmente 22) para sobrepor-se parcial ou completamente, proporcionando assim ambas a primeira camada e a segunda camada a partir de uma única folha de meio de filtração.

[067]Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patentes, e patentes aqui citadas, são aqui incorporados por referência na mesma extensão como se cada referência fosse individual e especificamente indicada para ser incorporada por referência e estabelecidos aqui em sua totalidade.

[068]O uso dos termos “um/a” e “um/a” e “o/a” e referências similares no contexto da descrição da invenção (especialmente no contexto das seguintes reivindicações) deve ser interpretado para cobrir tanto o singular quanto o plural, salvo indicação em contrário aqui ou claramente contraditado pelo contexto. Os termos “compreendendo”, “tendo”, “incluindo” e “contendo” devem ser interpretados como termos abertos (isto é, significando “incluindo, mas não limitado a”), a menos que indicado de outra forma. A recitação de faixas de valores aqui apresentadas destina- se apenas a servir como um método abreviado de referir-se individualmente cada valor separado dentro da faixa, a menos que indicado de outro modo aqui, e cada valor separado é incorporado no relatório descritivo como se fosse aqui individualmente descrito. Todos os métodos aqui descritos podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que de outro modo indicado aqui ou de outro modo claramente contradito pelo contexto. O uso de qualquer e todos os exemplos, ou linguagem exemplificativa (por exemplo, "tal como") aqui apresentado, destina-se meramente a iluminar melhor a invenção e não representa uma limitação ao escopo da invenção, a menos que reivindicado de outra forma. Nenhuma linguagem no relatório descritivo deve ser interpretada como indicando qualquer elemento não- reivindicado como essencial para a prática da invenção.

[069]As modalidades preferidas desta invenção são aqui descritas, incluindo o melhor modo conhecido pelos inventores para realizar a invenção. Variações dessas modalidades preferidas podem tornar-se aparentes para os versados na técnica ao ler a descrição anterior. Os inventores esperam que os especialistas versados empreguem tais variações conforme apropriado, e os inventores pretendem que a invenção seja praticada de modo diferente do que aqui especificamente descrito. Desta maneira, esta invenção inclui todas as modificações e equivalentes da matéria recitada nas reivindicações anexas, conforme permitido pela lei aplicável. Além disso, qualquer combinação dos elementos acima descritos em todas as variações possíveis dos mesmos é abrangida pela invenção, a menos que seja aqui indicado de outro modo claramente contradito pelo contexto.

Claims

1. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma primeira camada de meio de filtração, a primeira camada de meio de filtração compreendendo fibras que são não-bicomponentes e livres de material aglutinante para compreender um primeiro componente de fusão único; uma segunda camada de meio de filtração, a segunda camada de meio de filtração compreendendo fibras que são não-bicomponentes e livres de material aglutinante para compreender um segundo componente de fusão único; e uma interface termicamente ligada entre a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração utilizando pelo menos um dentre o primeiro componente de fusão único e o segundo componente de fusão único; em que uma superfície de pelo menos uma dentre as primeira e segunda camadas de meio de filtração tem cavidades de fibras individuais fundidas formadas nelas e o núcleo da referida pelo menos uma dentre as primeira e segunda camadas de meio de filtração não tem fibras substancialmente amolecidas ou fundidas, as referidas cavidades de fusão fornecendo contato de superfície aumentado para a interface termicamente ligada entre a primeira e a segunda camadas de meio de filtração.

2. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são formadas a partir de uma única folha de meio de filtração que é sobreposta a ela, de tal forma que o meio de filtração da primeira camada é o mesmo que o meio de filtração da segunda camada.

3. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são formadas a partir das diferentes primeira e segunda folhas de meio de filtração, respectivamente, e em que a primeira folha de meio de filtração tem uma porosidade e eficiência de filtração diferentes em comparação com a segunda folha de meio de filtração.

4. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro componente de fusão único e o segundo componente de fusão único são um mesmo material de polímero.

5. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro componente de fusão único e o segundo componente de fusão único são materiais poliméricos diferentes.

6. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que fibras da primeira camada de meio de filtração e da segunda camada de meio de filtração, cada uma, compreende individualmente um único polímero selecionado a partir do grupo que consiste em poliéster, polipropileno, náilon, PCT (tereftalato de policiclohexilenodimetileno), e PPS (sulfeto de polifenol).

7. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma dentre a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração compreende um material de feltro tratado termicamente.

8. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de feltro tratado termicamente compreende um material de feltro perfurado por agulha, o material de feltro perfurado por agulha compreendendo fibra descontínua de monofilamento consistindo em um único polímero.

9. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que diferentes fibras descontínuas de monofilamento são utilizadas na primeira camada e na segunda camada para proporcionar diferentes resistências e eficiências de filtração.

10. Meio de filtração laminado de múltiplas camadas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração, cada uma, individualmente tem: uma permeabilidade ao ar entre 10 pés cúbicos por minuto e 2.000 pés cúbicos por minuto, medida por ASTM F778; uma porosidade entre 0,1 μm e 100 μm, medida por ASTM F316; e uma eficiência de filtração superior a 50% para partículas sólidas de tamanho 100 μm, medida por ASTM F797; uma resistência de ruptura de Mullen entre 5 libras por polegada quadrada e 500 libras por polegada quadrada, medida por ASTM D3786; uma espessura de calibre entre 0,1 e 5 milímetros; e um tamanho de fibra entre 1 μm e 200 μm.

11. Elemento de filtração tubular CARACTERIZADO pelo fato de que compreende o meio de filtração laminado de múltiplas camadas como definido na reivindicação 1, compreendendo: um tubo de filtração que se estende entre extremidades opostas e compreende uma superfície anular exterior e uma superfície anular interior, a superfície anular interior definindo um interior oco para permitir a passagem de fluido ao longo de um eixo central, o meio de filtração laminado de múltiplas camadas sendo enrolado em torno do eixo central em uma forma anular, de tal modo que o fluido que passa da superfície anular exterior e da superfície anular interior deve passar através do meio de filtração laminado de múltiplas camadas.

12. Elemento de filtração tubular, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de filtração tubular como um todo compreende: uma permeabilidade ao ar entre 1 pé cúbico por minuto e 1.500 pés cúbicos por minuto, medida por ASTM F778; e uma eficiência de filtração superior a 50% para partículas sólidas de tamanho 100 μm, medida por ASTM F797.

13. Elemento de filtração tubular, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda tampas terminais fechadas ligadas ou formadas nas extremidades opostas, e um anel vedante sobre as extremidades opostas intermediárias da superfície anular exterior, em que o elemento de filtração proporciona uma filtração de dois estágios.

14. Elemento de filtração tubular, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda uma tampa de extremidade aberta ligada ou formada em uma das extremidades opostas, e uma tampa de extremidade fechada ligada ou formada em uma diferente das extremidades opostas, em que o elemento de filtração proporciona um único estágio de filtração.

15. Método de formação do meio de filtração laminado de múltiplas camadas, como definido na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa de: fornecer a primeira camada de meio de filtração; tratar termicamente um primeiro lado da primeira camada de meio de filtração para criar cavidades de fusão sobre o primeiro lado da primeira camada de meio de filtração; arrefecer o primeiro lado da primeira camada de meio de filtração para criar uma pluralidade de áreas de ligação; fornecer a segunda camada de meio de filtração; aquecer pelo menos um do primeiro lado da primeira camada de meio de filtração e um lado da segunda camada de meio de filtração; e ligar termicamente a pluralidade de áreas de ligação ao lado da segunda camada de meio de filtração.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de tratamento térmico é uma etapa de chamuscagem.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração é fornecida como um primeiro polímero não-tecido de feltro, e em que a segunda camada de meio de filtração é fornecida como um segundo polímero não-tecido de feltro.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são proporcionadas a partir de uma única folha de meio de filtração, e ainda compreende a etapa de sobrepor a única folha de meio de filtração sobre si própria, de tal modo que o meio de filtração da primeira camada é o mesmo que o meio de filtração da segunda camada.

19. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são fornecidas a partir das diferentes primeira e segunda folhas de meio de filtração, respectivamente, e em que a primeira folha de meio de filtração é fornecida com uma eficiência de filtração e porosidade diferentes, em comparação com a segunda folha de meio de filtração.

20. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração e a segunda camada de meio de filtração são fornecidas a partir das primeira e segunda folhas de meio de filtração compreendendo um mesmo material polimérico.

21. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira camada de meio de filtração é fornecida sem um polímero bicomponente ou um material aglutinante.