CN1144612C - 层压制品、脉冲喷射过滤袋及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种层压制品。层压制品包括一多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜的第一层和含有纱线的聚四氟乙烯的机织物的第二层。隔膜最好具有在12.7毫米(0.5英寸)水标处的至少0.003米3/米2·分(0.01英尺3/英尺2·分)透气性和比约12.7微米(0.5密耳)大的厚度。机织物最好具有约509克/米2(15盎司/码2)与1017克/米2(30盎司/码2)之间的重量。层压制品被缝合，以提供一用在脉冲喷射过滤场合中的过滤袋。

Description

层压制品、脉冲喷射过滤袋及其制造方法
发明领域
本发明涉及一种层压制品、一种脉冲喷射过滤袋及其制造层压制品和脉冲喷射过滤袋的方法。本发明尤其涉及一种包括一多孔膨胀的聚四氟乙烯膜层的层压制品和一种包括含有纱线层的聚四氟乙烯的机织物。
发明背景
织物过滤袋经常用于从工业流体流中分离出颗粒杂物。这些过滤器会聚集一颗粒块，有时候就要去掉这种颗粒块或更换过滤器。在工业过滤市场中，采用清洁方法是这类过滤袋的普遍特点。最常用的清洁技术是反向空气、摇动器和脉冲喷射。反向空气和摇动器技术被认为是能力较低的清洁技术。反向空气技术是在内部集中有尘土的过滤袋上有平缓的空气逆流。这种反向冲洗使袋子塌陷，使袋子底部的尘埃块破碎而进入一漏斗。摇动器机构清洁也集中在袋里面的过滤器尘土块。袋子的顶部连接于一能在袋子中形成正弦波的振荡臂，以除去尘土块。脉冲喷射清洁技术采用进入过滤器内的顶部的短脉冲压缩空气。当脉冲清洁空气通过文氏管时，它吸取二次空气，最终的大量空气使袋子猛烈膨胀而去除所集聚的尘土块。袋子一般又将立刻快速恢复到笼子支承件上，并又立刻回到收集颗粒的工作状态。
在三种清洁技术中，脉冲喷射在过滤器媒质上作用最强烈。与反向空气和摇动器过滤袋相比，除了承受清洁过程中产生的应力之外，使用中的脉冲喷射过滤袋一般受到较大容积的气流/织物面积之比。
经常用于脉冲喷射过滤袋的过滤媒介包括聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃纤维、聚酰亚胺、聚酯、丙烯酸(类)和聚丙烯。当脉冲喷射袋用于过滤含有氧化剂、酸或硷的高温工业流时，许多过滤媒介具有过早损坏的可能性。PTFE的优点是能够承受高温和具有氧化剂的环境的能力。
目前市场上有售的用在脉冲喷射过滤集尘室应用中的PTFE过滤媒介是以PTFE针刺毡为基础的。例如，授予Sassa的美国专利4,983,434描述了用一叠层片预制的脉冲喷射过滤袋，该叠层片是用一机织稀松布加固的膨胀的多孔聚四氟乙烯隔膜和聚四氟乙烯毡制品。由PTFE纤维的针刺毡预制的过滤器有售。这些毡制品的重量一般从678-882克/米2(20-26盎司/码2)开始，并用机织稀松布[68-203克/米2(2-6盎司/码2)]加固。这些毡制品由长度为50.8-152.4毫米(2-6英寸)的人造短纤维(通常是6.7旦尼尔/单丝或7.4分特/单丝)制成。
PTFE针刺毡暴露于高温时会收缩，随着时间的推移又会伸长。由于PTFE针刺毡的收缩，他们通常在使用之前进行双倍的热定形。
发明概要
本发明提供一种可用于过滤场合的层压制品。层压制品包括第一层和第二层，第一层包括多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜，第二层包括含有纱线的聚四氟乙烯机织物。多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜最好具有在12.7毫米(0.5英寸)水标处的至少0.003米3/米2·分(0.01英尺3/英尺2·分)的透气性，厚度比美国材料试验标准D579-89第35部分(ASTM D579-89 sec.35)的约12.7微米(0.5密耳)大。含有纱线的聚四氟乙烯机织物最好具有约509克/米2(15盎司/码2)与1017克/米2(30盎司/码2)之间的重量。第一层和第二层的聚四氟乙烯聚合物都从硅酮处理PTFE获得。
第一层和第二层可热粘合在一起，或用一粘结剂粘合在一起。较好的粘结剂包括氟化聚合物粘结剂，诸如氟化乙烯丙烯(FEP)共聚物、四氟乙烯/全氟丙烯共聚物以及聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride)。
机织物最好由含有尺寸在约600旦尼尔与2,400旦尼尔之间的纱线的膨胀聚四氟乙烯预制而成。最好是，机织物的重量约在610克/米2(18盎司/码2)与780克/米2(23盎司/码2)之间。隔膜的厚度最好在约25微米(1密耳)与64微米(2.5密耳)之间。
为了在脉冲喷射过滤袋应用中起到很好的作用，层压制品应当具有按照ASTM D737-75的约2.13与6.10米3/米2·分(7与20英尺3/英尺2·分)之间的透气性；按照ASTM3786的约10715与17858克/毫米(600与1,000磅/英寸)之间的马伦式织物顶破强力；按照ASTM D579-89的约2680与8930克/毫米(150与500磅/英寸)之间的拉伸强度；加热到260℃(500°F)持续2小时，收缩量小于3％左右；按照ASTM D2176-63T大于约500,000循环的挠曲；以及在23千克(50磅)小于8％的延伸率。要理解的是，层压制品可用于干燥过滤场合和液体过滤场合。在液体过滤应用场合中，最好是层压制品具有按照ASTM D737-75的0.003与2.13米3/米2·分(0.01与7英尺3/英尺2·分)之间的透气性。
本发明提供一种脉冲喷射过滤袋。脉冲喷射过滤袋包括具有第一层的多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜和第二层的含有纱线的聚四氟乙烯机织物的层压制品，其中层压制品缝合在一起，以提供过滤袋。最好是，用折边缝(feld seam)缝合层压制品，以提供一用作脉冲喷射过滤应用中的过滤袋。
本发明提供一种制造层压制品的方法。该方法包括如下的步骤：提供第一层的膨胀的多孔聚四氟乙烯隔膜；提供第二层的含有纱线的聚四氟乙烯的机织物；以及将第一层与第二层粘合在一起。第一和第二层可在至少约260℃(500°F)的温度或用一粘结剂粘合在一起。
附图简要说明
图1示出了根据本发明原理制造的一较佳层压制品；
图2示出了一过滤袋集尘室操作的示意图；以及
图3示出了制造图1层压制品的方法的示意图。
发明的详细说明
提供一种在一脉冲喷射过滤袋中使用的层压制品。层压制品包括一多孔膨胀的聚四氟乙烯(PTFE)膜和一包括含有纱线的聚四氟乙烯的机织物。多孔膨胀的PTFE膜在此称为隔膜，含有纱线的PTFE机织物在此称为机织物。隔膜和机织物热粘合在一起或用粘结剂粘合在一起。
多孔膨胀的PTFE膜包括市场有售的工业过滤场合用的PTFE膜，并且可用许多不同的已知工艺预制，但最好是通过膨胀在授予Dillon等人的美国专利4,945,125和授予Dillon等人的美国专利5,066,683中所描述的聚四氟乙烯来预制，这些专利的所有的公开内容在此援引以作参考。总的来讲，术语多孔膨胀的PTFE其范围包括微孔PTFE和处理过的微孔PTFE，其中的一个例子是如美国专利4,945,125和5,066,683中所描述的硅酮处理PTFE。另外还可根据美国专利4,187,390；4,110,392和3,953,566提供的技术预制多孔膨胀的PTFE。所谓“多孔”，是指隔膜具有在12.7毫米(0.5英寸)水标处(water gauge)的至少0.003米3/米2·分[每平方英寸每分钟0.01立方英尺(英尺3/英尺2·分)]的透气性。可使用91.44米3/米2·分(300英尺3/英尺2·分)或更大的透气性。小孔是用膨胀的PTFE的节点和原纤维所形成的微孔。隔膜最好具有在12.7毫米(0.5英寸)水标处的约2.13与22.86米3/米2·分(7与75英尺3/英尺2·分)之间的透气性，以用在气流过滤中。透气性较低的隔膜可用在液流场合。最好是，用在液流场合的隔膜具有约在0.003与2.13米3/米2·分(0.01与7英尺3/英尺2·分)之间的透气性。
用于本发明的隔膜最好是那些应用于本发明的机织物时能承受在脉冲喷射过滤袋中的应力的隔膜。即，较佳的隔膜在脉冲喷射过滤袋应用中的正常使用情况下不会破裂。总的来讲，用于本发明的隔膜的特征是，其厚度如ASTM D579-89 sec.35或ASTM D1777-64决定的大于约12.7微米(0.5密耳)。要知道的是，膨胀的PTFE的厚度是很难精确测量的，这是因为隔膜已膨胀，其伸长的结果是隔膜上的厚度是变化的。再者，膨胀薄膜包括影响厚度的原纤维和节点，而且薄膜是可压缩的。总而言之，膨胀的PTFE隔膜的厚度往往是用范围来表示的。厚度约12.7微米(0.5密耳)或更小的隔膜一般称为轻量级的隔膜。较好的是，膨胀的PTFE隔膜厚度约在25微米(1密耳)与50微米(2密耳)之间，称为中等重量的隔膜，更好的是，膨胀的PTFE隔膜厚度约在38微米(1.5密耳)与64微米(2.5密耳)之间，称为重量级的隔膜。用于本发明的膨胀的PTFE隔膜可从明尼苏打州的Bloomington的唐纳森公司购买，其商标为Tetratex。
申请人发现，使用称为重而紧密织造的机织物，在不牺牲透气性的情况下隔膜上的应力减少。要知道的是，重量级机织物一般是指具有至少约509克/米2(15盎司/码2)重量的机织物。如果织物轻于509克/米2(15盎司/码2)，可以预料，纱线在自身上滑动，并对隔膜加压力。这是美国专利4,983,434的第2栏第17-27行所指出的问题。此外，机织物不应该重到在脉冲喷射应用中层压制品难以清洁，或重到机织物的渗透性较差。可以预料，较重的机织物为了能移动机织物以便清洁过滤袋而需要较大的能量。较好的是，机织物的重量不超过1017克/米2(30盎司/码2)，更好的是在约610至780克/米2(18至23盎司/码2)的范围之内。
在提供重而紧密的机织物时，要使用尽可能粗的纱线。要知道的是，尽管纱线的重量用旦尼尔表示，但是纱线可包括两股或更多股较轻的纱线，以提供较重的纱线。重纱线的好处是能承受发生在脉冲喷射过滤袋操作中的应力。一般而言，将被织入织物的纱线的尺寸预定在约600旦尼尔与2,400旦尼尔之间。如果纱线的重量小于约600旦尼尔，那么，可以预料，机织物不可能为脉冲喷射应用提供所需程度的耐应力能力。如果纱线尺寸大于约2,400旦尼尔，可以预料，机织物的织物经纬密度(pic count)将会下降，由此机织物的重量和机织物的透气性都会下降。最好是，纱线的重量在约1,000旦尼尔与1,600旦尼尔之间。较佳纱线的重量约为1,200旦尼尔。当然，两股400旦尼尔纱线可合并成一800旦尼尔机织用纱线。类似地，两股600旦尼尔纱线可合并成一1200旦尼尔机织用纱线。
机织图案可根据对机织物所要求的渗透性和重量来调整。用于预制本发明机织物的典型的机织图案包括间断的四经破缎纹(broken crow foot)、3×1斜纹、4×1斜纹以及纬面缎纹。较佳的机织图案是3×1斜纹。
用于预制机织物的纱线是一种含有纱线的PTFE。即，纱线包括重量至少约50％的PTFE纱线或膨胀的PTFE纱线。纱线可包括一股PTFE和一股诸如玻璃纤维或聚苯硫(polyphenyl sulfide)的非PTFE纱线。应予以理解的是，经线和衬垫纱线可以是相同的或不同的材料。最好是，经线和衬垫纱线是含有纱线的PTFE。更好的是，经线和充填纱线是100％的PTFE或被处理过的PTFE。
用于预制机织物的纱线可从澳大利亚的Lenzing A.G.购买，名称为Profilen。最好是，纱线由膨胀过的或未膨胀过的PTFE薄膜预制而成。例如，PTFE薄膜可根据美国专利4,945,125和5,066,683所描述的技术预制。最好是，薄膜由微孔PTFE/渗硅酮材料预制而成。或者，薄膜可根据美国专利4,187,390；4,110,392和3,953,566预制。然后将最终的薄膜撕开，提供所需的纱线厚度。纱线可以以平的纱线或做成圆的纱线提供。这样，最终的纱线被机织成机织物。机织物的技术是众所周知的。
隔膜和机织物层叠在一起。最好是，叠层片和机织物在约260℃(500°F)与371℃(700°F)之间的温度中热粘结在一起，以提供足够的粘性。最好是，处理温度约为371℃(700°F)。或者，用粘结PTFE材料的传统粘结剂将隔膜和机织物粘结在一起。举例的粘结剂有氟化聚合物粘结剂，诸如氟化乙烯丙烯(FEP)共聚物、四氟乙烯/全氟丙烯共聚物以及聚偏二氟乙烯。当使用传统粘结剂时，要求将粘结剂加热到足以使粘结剂将隔膜与机织物粘结起来的温度。在使用FEP粘结剂时，需要加热到约316℃(600°F)的温度。应予以理解的是，当使用一种诸如FEP粘结剂的粘结剂时，粘合温度一般可低于将隔膜和机织物热粘合在一起所需的温度。
本发明的层压制品最好具有某些有利于在脉冲喷射过滤袋中使用的物理特性。过滤器可用于干燥过滤或液体过滤。最好是，用于干燥过滤的层压制品的渗透性按照ASTM D737-75在约2.13与6.10米3/米2·分(7与20英尺3/英尺2·分)之间，用于液体过滤的渗透性按照TM D737-75在约0.003与2.13米3/米2·分(0.01与7英尺3/英尺2·分)之间。将要测试的样品放在气流中，并记录压力水位表上显示12.7毫米(0.5英寸)的空气速度，从而获得渗透性。最好是，马伦式织物顶破强力在约422与703克/毫米2(600与1000磅/英寸2)之间，按照ASTM3786最好是约563与633克/毫米2(800与900磅/英寸2)之间。机织叠层片的拉伸强度按照ASTM D579-89较好的是在约2680与8930克/毫米(150与500磅/英寸)之间。拉伸强度更好的是在约3572与8930克/毫米(200与500磅/英寸)之间。层压制品加热到260℃(500°F)持续2小时的情况下收缩应小于3％左右。MIT挠曲(耐折叠能力)按照ASTM D2176-63T中最好大于约500,000循环。机织物的伸长在23千克(50磅)时最好小于约8％。申请人业已发现，本发明的层压制品与市场上有售的PTFE针刺毡过滤制品相比具有如上所述的改进的性能。
下面参阅图1，图中以标号10示出了一较佳的层压制品。层压制品10包括一隔膜12和一机织物14。最好是，隔膜12是多孔膨胀的PTFE隔膜，机织物14包括含有纱线的PTFE。隔膜12和机织物14在层压边界16粘合在一起。
本发明的层压制品可用在脉冲喷射过滤集尘室组件中，并提供了良好的脉冲喷射清洁能力。在机织物中使用PTFE可提供良好的耐热性和耐化学性。在纱线中使用膨胀的多孔PTFE与含有纱线的未膨胀的PTFE相比，其强度和稳定性都提高了。使用较重的PTFE机织物提供了一种容易弯曲、还能承受脉冲喷射清洁引起的应力的耐用材料。这些应力大致分为两类，一类应力是在脉冲喷射清洁过程中突然膨胀引起的，另一类应力是袋子突然塌陷靠在其刚性的支承件而引起的。
使用多孔膨胀的PTFE隔膜能够提供所需的空气流动速度，即较大的渗透性，这有利于过滤组件。小尺寸的孔，以及膨胀的PTFE隔膜的精细原纤维网络避免过滤流中的颗粒杂物透过过滤组件。本领域的技术人员能广泛地知道和理解PTFE隔膜作为过滤材料的良好渗透性能。
下面参阅图2，图中示出了用于干燥过滤场合的脉冲喷射清洁顺序。在漏斗20内，带有颗粒的气流21从入口22进入漏斗，并经过由本发明的层压制品24制成的过滤袋23。在漏斗20内的管片(tube sheet)25阻止气流从过滤袋23旁流过。过滤袋23通过一支承笼子26而保持打开。经过袋子又从袋子出口29出来后的气流33在输出口27排到清洁空气室。在运行时，颗粒在过滤袋的外面形成尘土块28，如在图的左侧的袋子所示。在清洁以去掉过滤器的尘土块时，脉冲管30的空气进入袋子。这种脉冲空气32撑开袋子，使尘土块松开，这样使颗粒31集中在漏斗20的底部。如图右侧的袋子所示，脉冲喷射使过滤袋撑开。抵靠在其支承柱上的袋子的重复撑开和收缩使得袋子磨损。
下面参阅图3，图中根据本发明提供了一种制造层压制品38的较佳方法。该方法的特征是砑光技术。一般而言，一辊子42上提供隔膜40，一辊子46上提供机织物44。隔膜40和机织物44被送到一层压工位50，在该工位，热辊52将机织物44加热到它能粘合到叠层片40上的温度。设置一轧辊54，以在叠层片40与机织物44之间保持一定的压力。
一般而言，热辊52应保持在至少232℃(450°F)的温度，更好的是保持在约302℃(575°F)与371℃(700°F)之间。轧辊54所提供的压力应该大于约14克/毫米2(20磅/英寸2)，较好的是在约42克/毫米2(60psi)与56克/毫米2(80psi)之间。
由卷取辊56卷取和保存层压制品38，并储存以备后用。最好是，卷取辊56与热辊52之间的距离要足够大，使层压制品38能够冷却。一般而言，当该方法是在室温环境中进行时，该距离约为0.9米(3英尺)。

Claims (22)

1.一种层压制品，它包括；
(a)一第一层，它包括多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜，其透气性为在12.7毫米(0.5英寸)水标处至少0.003米3/米2(每平方英尺0.01立方英尺)，其厚度按照美国材料试验标准D579-89第35部分(ASTM D579-89 sec.35)大于12.7微米(0.5密耳)；
(b)一第二层，它包括含有纱线的聚四氟乙烯机织物，其中机织物具有509克/米2(15盎司/码2)与1017克/米2(30盎司/码2)之间的重量。
2.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，含有纱线的聚四氟乙烯包括含有尺寸在600旦尼尔与2,400旦尼尔之间的纱线的膨胀聚四氟乙烯。
3.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，机织物的重量在610克/米2(18盎司/码2)与780克/米2(23盎司/码2)之间。
4.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，隔膜的厚度在25微米(1密耳)与50微米(2密耳)之间。
5.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，隔膜的厚度在38微米(1.5密耳)与64微米(2.5密耳)之间。
6.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，层压制品具有：
按照ASTM D737-752.13与6.10米3/米2·分(7与20英尺3/英尺2·分)之间的透气性；
按照ASTM3786422与703克/毫米2(600与1,000磅/英寸2)之间的马伦式织物顶破强力；
按照ASTM D579-892680与8930克/毫米(150与500磅/英寸)之间的拉伸强度；
加热到260℃(500°F)持续2小时的情况下小于3％左右的收缩量；
按照ASTM D2176-63T大于500,000循环的挠曲；以及
在23千克(50磅)作用下小于8％左右的延伸率。
7.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，第一层和第二层热粘合在一起。
8.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，第一层和第二层用粘结剂粘合在一起。
9.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，多孔膨胀聚四氟乙烯隔膜包括硅酮处理过的PTFE。
10.如权利要求1所述的层压制品，其特征在于，含有纱线的聚四氟乙烯包括硅酮处理过的PTFE。
11.一种层压制品，它包括；
(a)一包括多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜的第一层；以及
(b)一包括含有纱线的聚四氟乙烯机织物的第二层；
其中所述层压制品具有：
按照ASTM D737-752.13与6.10米3/米2·分(7与20英尺3/英尺2·分)之间的透气性；
按照ASTM3786422与703克/毫米2(600与1,000磅/英寸2)之间的马伦式织物顶破强力；
按照ASTM D579-892680与8930克/毫米(150与500磅/英寸)之间的拉伸强度；
加热到260℃(500°F)持续2小时的情况下小于3％左右的收缩量；
按照ASTM D2176-63T大于500,000循环的挠曲；以及
在23千克(50磅)作用下小于8％左右的延伸率。
12.一种层压制品，它包括；
(a)一包括多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜的第一层；以及
(b)一包括含有纱线的聚四氟乙烯机织物的第二层；
其中所述层压制品具有：
按照ASTM D737-75在0.003与2.13米3/米2·分(0.01与7英尺3/英尺2·分)之间的透气性；
按照ASTM3786在422与703克/毫米2(600与1,000磅/英寸2)之间的马伦式织物顶破强力；
按照ASTM D579-89在2680与8930克/毫米(150与500磅/英寸)之间的拉伸强度；
加热到260℃(500°F)持续2小时的情况下小于3％左右的收缩量；
按照ASTM D2176-63T大于500,000循环的挠曲；以及
在23千克(50磅)作用下小于8％左右的延伸率。
13.一种脉冲喷射过滤袋，它包括；
一通过折边缝缝合在一起以提供一种袋子的层压制品，所述层压制品包括：
(a)一第一层，它包括多孔膨胀的聚四氟乙烯隔膜，其透气性为在12.7毫米(0.5英寸)水标处的至少0.003米3/米2(每平方英尺0.01立方英尺)，其厚度大于12.7微米(0.5密耳)；
(b)一第二层，它包括含有纱线的聚四氟乙烯机织物，其中机织物具有在509克/米2(15盎司/码2)与1017克/米2(30盎司/码2)之间的重量。
14.如权利要求13所述的脉冲喷射过滤袋，其特征在于，含有纱线的聚四氟乙烯包括含有尺寸在600旦尼尔与2,400旦尼尔之间的纱线的膨胀聚四氟乙烯。
15.如权利要求13所述的脉冲喷射过滤袋，其特征在于，机织物的重量在610克/米2(18盎司/码2)与780克/米2(23盎司/码2)之间。
16.如权利要求13所述的脉冲喷射过滤袋，其特征在于，隔膜的厚度在25微米(1密耳)与50微米(2密耳)之间。
17.如权利要求13所述的脉冲喷射过滤袋，其特征在于，隔膜的厚度在38微米(1.5密耳)与64微米(2.5密耳)之间。
18.如权利要求13所述的脉冲喷射过滤袋，其特征在于，层压制品按照ASTM B737-75具有在226与453分米3/分(8与16英尺3/分)之间的渗透性。
19.一种制造层压制品的方法，所述方法包括如下的步骤：
(a)提供第一层，它包括膨胀的多孔聚四氟乙烯隔膜，其透气性为在12.7毫米(0.5英寸)水标处的至少0.003米3/米2(每平方英尺0.01立方英尺)，其厚度大于12.7微米(0.5密耳)；
(b)提供第二层，它包括含有纱线的聚四氟乙烯机织物，其中机织物具有509克/米2(15盎司/码2)与1017克/米2(30盎司/码2)之间的重量；以及
(c)将所述第一层与第二层粘合在一起。
20.如权利要求19所述的制造层压制品的方法，其特征在于，粘合步骤包括在至少260℃(500°F)的温度下热粘合。
21.如权利要求19所述的制造层压制品的方法，其特征在于，粘合步骤包括在第一层与第二层之间提供一粘结剂。
22.如权利要求19所述的制造层压制品的方法，其特征在于，粘结剂包括氟化乙烯丙烯。
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