CN1270648A - 用机械纸浆制造滤纸和其它纸的织物的发泡工艺 - Google Patents

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J·考科帕尔斯
K·勒克曼
H·萨贝尔
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    • D21FPAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F11/00Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines
    • D21F11/002Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines by using a foamed suspension

Abstract

用发泡工艺制造纤维材料的无纺织物,原料用机械纸浆(例如CTMP纸浆、CMP纸浆、TMP纸浆,或磨纸浆),通常至少用50%的机械纸浆,最好采用约60%到基本上100%的机械纸浆。最好采用例如树脂或乳胶浸渍纤维片、在纤维片上形成槽、折叠纤维片和使树脂或乳胶固化等方法将纤维片作成汽车用过滤纸。例如,用发泡工艺制造的纤维片具有至少60%的机械纸浆和至少5%的长纤维,该长纤维可以是人造丝、HPZ、棉、羊毛和它们的混合物。该过滤元件通常与汽车机油过滤器罩、汽车空气过滤器罩、汽车燃料过滤器罩,或汽车车箱过滤器罩联用。

Description

用机械纸浆制造滤纸和其它纸的织物的发泡工艺
互引用的有关申请
本申请基于1997年9月19日提出的临时申请60/059559。
本发明的背景及概要
本发明涉及发泡工艺,该工艺采用特殊原料作用于制造特殊用品的无纺织物。本发明的发泡工艺基本上如美国专利No.3716449和No.3938782所述(这些专利的内容已作为参考包含在本文中)以及如共同未决申请系列No.08/923900中图1和图2所示,该申请于1997年9月4日提出(律师案号30-441),其内容已作为参考包含在本文中。
按照本发明的一个方面,应用制造织物的发泡工艺采用机械纤维素纸浆来制造织物,通常至少采用50%的机械纸浆,最好采约60%至大体100%的机械纸浆。尽管本发明的细节是针对CTMP(化学热机械纸浆chemi themo mechanical pulp)进行说明的,但应当明白,其它机械纸浆,包括CMP(化学机械纸浆)、TMP(热机械纸浆)和磨木浆也是适用的。过去采用的液体工艺法很难利用大多数机械纸浆来制造各种合格的织物。然而根据本发明采用发泡工艺可以利用机械纸浆来生产织物,这种织物与水沉积的机械纸浆织物相比具有许多令人满意的特性,例如显著增加的均匀性和低密度。
本发明涉及生产过滤纸,特别涉及生产汽车用过滤纸。在约40~50年前过滤纸已开始用在汽车上,在今天在装有内燃机的各种车辆上过滤纸已成为一种标准装置。现在过滤纸主要作以下的应用:发动机用空气过滤、机油过滤、多尘埃空气(HDA)过滤、燃料介质过滤以及车箱空气过滤。发动机用空气介质/过滤纸系统设计成可捕获随空气进入发动机颗粒物。HAD过滤纸具有相同作用,但设计用于空气中具有大量尘埃的更苛求的环境(例如地面行驶车辆等)。油介质/过滤纸系统设计成可滤除进入发动机油流中的颗粒物。燃烧介质/过滤纸系统设计成可以在作为狄塞尔机燃料的汽油进入发动机之前滤去汽油中的颗粒物。车箱空气介质/过滤纸系统设计成在空气进入乘客乘座的车箱或隔间之间除去外部颗粒物。在其它方面也可应用这些种过滤纸。
当今采用湿式沉积工艺生产汽车过滤纸,这种工艺可回朔到本世纪初。在这种工艺中,纤维装在碎浆机中用搅拌法进行破碎。然后将呈浆液的纤维经deflakers机和精浆机泵到造纸机。该deflakers和精浆机帮助分散纤维,并使纤维得到更利于产生接合强度的表面。造纸机的主要部件是湿端装置和干端装置。在碎浆机和湿端装置之间可以加入各种增强强度的湿、干化学试剂。湿端装置包括料箱和脱水部件。料箱通常具有平的倾斜长网或圆筒形微孔部件。脱水部件被设计成从浆液中吸出水,使其在运动丝网(微孔部件)上脱水,从约0.05%纤维浓度脱水到25%纤维浓度。经过湿端装置以后,工质进入干端装置。目的是使介质干燥,从25%纤维浓度干燥到98%~99%的纤维浓度。
该介质或者在同一造纸机上进行“在线”浸渍,或者卷起来在分开的浸渍机上进行“离线”浸渍。浸渍工艺的目的是用树脂或乳胶(热固性塑料或热塑性塑料)完全饱和介质,由此使介质获得其最后的机械强度,并使它变成过滤网。浸渍工艺基本上包括干燥器后的浸渍装置。浸渍装置可以是施胶机、辊式涂布机、幕涂机等,干燥器是常规的接触/非接触式干燥机,当介质达到约10%~15%水份时,便在油用或HAD用型介质上形成槽道,使介质在机器方向形成连续的S形。如此作的理由是增加总的渗透表面,并在助于保持随后在折叠介质和形成过滤件时形成的分开的褶。
通常因为需要高的孔隙度(或松密度),所以只有范围十分窄的纤维素纤维适于制作过滤纸。通常采用北方/南方软木纤维(3~4.5mm长,30~45μm直径)、硬木纤维(1~2mm长,20~30μm)直径和按树纤维(1~2mm长,6~15μm)。如果纤维素经丝光处理或快干处理,则可以得到更大的孔隙度。现在市场上最主要的纤维是经丝光处理的南方软木纤维,称作HPZ(由Buckeye Cellulose Co.,公司生产)。这些增加疏松度的纤维价格很贵,但常常要用它来获得合格的孔隙度。在一定程度上也采用合成纤维,主要是聚酯纤维(6mm长,1.7分特直径),以增加强度。
过滤纸最重要的质量特性是渗透效率、寿命/容量和机械强度。这些特性取决于以下重要物理特性:单位面积重量(g/m2)、厚度(mm)、起泡点(mmWC)、孔隙度(mmWC)、韧度(mg)和破裂强度(kPa)。
汽车上所用滤纸(基片)的这些物理特性的典型值是:
发动机空气滤纸   机油滤纸   HDA滤纸 燃料滤纸 车箱空气滤纸
单位面积重量g/m2     110     110     100   105     120
  厚度(mm)     0.6     0.6     0.45   0.36     0.7
 起泡点(mmWC)     110     120     200   220     120
 孔隙度(mmWC)     10     14     60   90     8
破裂强度(kPa)     100     120     150   130     100
浸渍后介质被切成不同切口宽度的片,然后进行包装,送给用户。用户再将介质在常规拆纸机上进行折叠,使介质达到其最后的物理形状,然后作成包含过滤纸的过滤部件。
这些介质的端部如何密度、如何进一步骤含以及那种特征是特别重要的这些问题取决于用户和最终应用,这些细节是常规的。
按照本发明,可以利用不太贵的材料制造完全适合于汽车中上述各方面应用的滤纸以及需要从空气流或液体流中滤除颗粒物的其它方面应用的滤纸。按照本发明,可以利用机械纸浆,无论那里其用量达到滤纸的至少50%至基本上100%。采用至少50%的机械纸浆能够制造出合格的滤纸仅仅是因为采用了制造织物的发泡工艺来制作滤纸,而没有采用常规的水沉积工艺。
与现有的湿沉积工艺比较,本发明所用的发泡工艺可以得到好得多的织物结构。这意味着得到更好的空气流/孔经关系,增强了渗透单。织物优良的结构肯定还会对折叠过程产生正面影响,造成滤纸通过常规折叠机时破损较小。
本发明的其它许多优点是能够利用不太贵的原料即机械纸浆来提供足够的孔隙率/厚度(可特别用于过滤空气和机油)。可以提供较大孔隙度(对渗透限制较小)和/或厚度的常规纤维素纤维(例如HPZ、棉花、羊毛和/或人造丝纤维)具有很高的价格。然而应用发泡工艺,便可以不用绝大多数或所有的用于增加疏松度的价格很高的纤维素纤维或合成纤维,而同时仍能获得具有合格特性的滤纸,并在某些情况下还能获得更好的特性。
按照本发明的一个方面,提供了一种制造纤维材料的无纺织物的方法。该方法包括以下步骤:(a)形成空气、水、表面活性剂和纤维的发泡浆液,该纤维按重量计至少50%是机械纸浆纤维;(b)使发泡浆液与运动的微孔部件结触;(c)通过微孔部件除去浆液中泡沫,从而在微孔元件上形成纤维织物,然后干燥该织物。
此方法还包括用适合于将织物作成汽车用过滤纸的树脂或乳胶浸渍织物,和/或在织物上形成槽道,使得该织物适合于用作汽车用过滤纸,和/或折叠该织物,使得该织物适合于用作汽车用过滤纸。浸渍织物的树脂或乳胶可以固化,这又使该织物适合于用作汽车过用滤纸。折叠步骤和固化步骤可以在远离步骤(a)~(b)处并在织物切成片后进行。
本发明还涉及用上述步骤(a)~(c)制造的具有至少50%机械纸浆的纸元件。
按照本发明的另一方面,提供了一种过滤纸元件,包括:纤维材料片,该片按重量计至少具有50%的机械纸浆纤维。该片用可固化的树脂或乳胶浸渍,使其适合于用作颗粒过滤器。该片具有许多褶,使其适合于用作颗粒过滤器。
过滤纸元件还包括许多在该片上大体垂直于这些褶延伸的槽,使得有利于将该片用作颗粒过滤器,并且该过滤纸元件还可以与汽车机油过滤器罩、汽车空气过滤器罩、汽车燃烧过滤器罩或汽车车箱过滤器罩结合使用。该纤维材料片最好包括至少60%的机械纸浆和至少5%的长纤维。长纤维可以是人造丝、HPZ、棉花、羊毛和其混合物。例如该片可以包括约65%的CTMP和约35%的HPZ。
本发明的主要目的是提供一种很有利的方法和一种过滤纸元件,前者可用来制造特别适合于用作汽车过滤纸的非织造织物,后者与先有技术制品相比更为有利。从以下本发明的详细说明和权利要求书可以看出本发明的此目的和其它目的。
附图的简要说明
图1是本发明用于制造汽车用过滤纸的方法的示意图;
图2是类似于图1的示意图,示出本发明方法的替代实施例;
图3是示意图,示出利用本发明过渡纸的汽车过滤器。
详细说明
在本发明的一个实施例中,用发泡工艺制造过滤纸,含有约65%的CTMP和约35%的HPZ,而与之相比,在用水沉积工艺制造过滤纸时,含有约60%~80%的HPZ和约20~40%Skogcell快干纤维(快干的北方松木纤维,化学纸浆)。如此用发泡工艺制造的过滤纸其特性与常规60%~80%HPZ纤维纸的特性相当,并且无疑地适合于过滤大多数的汽车用空气和机油。因为CTMP纤维的价格通常为350~380美元/顿,而HPZ纤维价格约为1200美元/噸,因而采用发泡工艺利用至少约50%的机械纸浆制造过滤纸便可节省40%的纤维成本。
可以用各种混合纤维生产本发明的过滤纸,例如可用Skogcell纤维、合成纤维或其它纤维与机械纸浆纤维的混合纤维来生产本发明的过滤纸。
请注意下面两页上的表1和表2,这些表提供了采用常规湿沉积工艺或本发明的发泡工艺用手纸型模生产的物理特性。在这些表中,词“DISPRO”表示泡沫工艺生产生的产品。
当BP(起泡点)测试的第一和第二值之间的差值最小时获得令人满意的过滤纸。密度低通常也构成令人满意的过滤特性。在这些表中的“空气流动指数(air flow index)”值和“机械空气流动指数(mechanical air flow index)”值是尝试用一个数来表示特定过滤纸的总的满意性。
                                                                     表1
纤维配料 制造方法     织物的单位面积重量(g/m2)     厚度(mm)     密度(g/cm3)     DP40(mmWC)/Frazier  BP-1st/Rain(mmWC) 破裂强度(kPa) ″空气流指数″*) ″机械空气流指数″*)
    100%Skogcell(快干) 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.6400.870    0.1880.138     35/3314/83   158/217112/126     11622     4.68.0     523176
 100%Suzano(快干)  湿沉积法发泡工艺法     120120     0.5340.777    0.2250.154     120/1037/32   349/442170/220     7020     2.94.6     20492
 100%Celbi-PP(快干) 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.4830.760    0.2480.158     159/746/25   351/480150     5413     2.23.3     11942
100%Fagglo(快干) 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.5590.760    0.2150.158     79/1525/47   291/338160/184     3912     3.76.4     14477
     100%Westvaco(快干) 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.6090.850    0.1970.141     55/2118/64   246/326135/158     2510     4.57.5     11275
   100%HPZ丝光处理  湿沉积法发泡工艺法     120120     0.9560.915    0.1260.131     7/1655/230   88/10694/102     2626     12.618.8     327489
    100%Porosanier丝光处理 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.9150.898    0.1310.134     7.5/1545/230   89/10494/101     2323     11.918.8     274432
*)″空气流指数″=BP-1st/DP40  **)“机械空气流指数”=破裂强度×BP-1st/DP40
                                                                       表2
纤维配料 制造方法   织物的单位面积重量(g/m2)     厚度(mm)      密度(g/cm3)     DP40(mmWC)/Frezler BP-1st/Rain(mmWC)   破裂强度(kPa) ″空气流指数″*) ″机械空气流指数″*)
     100%BrunswlckEF-100 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.5860.624     0.2050.192     80/1425/46   174/247135/158     14338     2.25.4     315205
     100%Skogell70Z    湿沉积法发泡工艺法     120120     0.5360.564     0.2240.213     148/857/20   246/344187/226     17366     1.73.3     294216
     100%Skogell90TD    湿沉积法发泡工艺法     120120     0.5400.630     0.2220.190     100/1239/30   209/284155/182     14870     1.94.0     281278
     100%Grand Prairie 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.4860.510     0.2470.235     265/485/14   304/420216/261     25686     1.152.5     294218
     100%CanforECF67    湿沉积法发泡工艺法     120120     0.4970.547     0.2410.219     277/469/17   281/389200/240     22770     1.02.9     227203
     100%CTMP    湿沉积法发泡工艺法     120120     0.7580.896     0.1580.134     197/614/83   128/313100/112     11643     0.657.1     75305
     100%Raumanmnty-selfu 湿沉积法发泡工艺法     120120     0.5100.555     0.2350.216     248/564/18   265/381196/237     30395     1.13.1     333291
*)″空气流指数″=BP-1st/DP40    **)″机械空气流指数″=破裂强度*BP-1st/DP40
从表1和表2可以看出,发泡工艺生产的织物具有许多优点。作为例子,表1中用湿沉积工艺生产的具有100%HPZ纤维的织物其BP值为88/106,而与之对比的是,用发泡工艺生产的织物其BP值为94/102,这表示用发泡工艺时针孔少得多。并且发泡工艺的“空气流动指数”和“机械空气流动指数”均高得多。
下面请注意表2中对100%CTMP片的测试。用湿沉积工艺生产的CTMP片不具有合格的特性,密度太高,BP值完全不合格,其空气流动指数和机械空气流动指数均太低。然而应当注意到,CTMP片(由成本约为HPZ片的四分之一的纤维制成)其性能可与HPZ纤维片相匹敌,甚至在一种情况中更好。用发泡工艺生产的CTMP片具有合格的密度,其BP值好于用湿沉积工艺生产的100%HPZ片,而空气流动指数和机械空气流动指数均在相同的范围内(例如,发泡工艺的100%CTMP片其机械空气流动指数为305而用湿沉积工艺生产的100%HPZ片的机械空气流动指数则为327)。
用发泡工艺生产过滤纸所用原料具有更大灵活性。用湿沉积法时,限于6mm长的纤维(在某些工场要用12mm长纤维),以便不失去结构控制和不产生“成索问题”(纤维形成长的绳或索)。如先前已成功地证明,在发泡工艺中还希望采用较长的纤维(例如18~28mm长度的聚酯纤维)。长纤维的好处是可使纤维片具有更大强度。
另外,与湿沉积工艺相比,发泡工艺只需要较小的能量,因为可以在较高的浓度下将纤维分散开。
图1示意性示出如何以在线方式实施本发明方法来生产汽车用的过滤纸。首先在编号为10的步骤中用泡沫沉积工艺形成织物,在该步骤中,使空气、水、表面活性剂和纤维(纤维中至少约50%是机械纸浆纤维)的浆液流到与运动的微孔部件接触,然后通过该微孔部件除去浆液中的泡沫,从而形成无纺织物。随后实施干燥和其它常规步骤。
图1中的其余步骤是常规步骤,在步骤11,用常规树脂或乳胶进行浸渍,以增强织物的过滤特性,而在需要时于步骤12形成常规槽道。通常在织物制造设备上实施步骤10、11和12,而常规的折叠步骤13和树脂固化步骤14可以在制作实际滤纸的场所进行,或许甚至可以在装入常规金属筒的地方进行。
图2示出与图1相同的流程;只是离线地执行浸渍步骤和成槽步骤,如框15和16所示。也可以实施另一种不太显著的浸渍步骤11和成槽步骤12,而在一种设备上实施步骤15、16,该设备远离执行泡沫沉积织物形成步骤10的地方。
图3很示意性地示出汽车过滤器20,该过滤器用本发明生产的过滤纸制作。过滤纸21(具有至少50%的机械纸浆)用1997年9月4日提出的正审查申请系列No.08/923900(律师案号30-441)中所述的发泡工艺制造,图2中示意示出滤纸上形成的常规槽道22,同时在图3中示意性示出用常规折叠机在滤纸上形成常规的褶23。然后将有褶和有槽的过滤纸21放在适当的金属筒24内,将过滤纸21固定在金属筒21内的实际机构,或金属圆筒的构造细节,以及如何将过滤纸21配置在金属圆筒内是常规的,取决于用途或用户善用的特殊方法。
本发明照例赋予权利要求书作最广泛的解释,以包括所有的等效的解释。

Claims (20)

1.一种生产纤维材料的无纺织物的方法,包括以下步骤:(a)形成空气、水、表面活性剂和纤维的泡沫浆液,该纤维中至少重量的50%是机械纸浆纤维;(b)使泡沫浆液接触运动的微孔部件;和(c)通过微孔部件除去浆液中的泡沫,由此在微孔部件上形成纤维织物,然后干燥该织物。
2.如权利要求1所述的方法,还包括用适合于将织物制成汽车过滤纸的树脂或乳胶浸渍该织物。
3.如权利要求2所述的方法,还包括在织物上形成槽道,以使织物适合用作汽车用过滤纸。
4.如权利要求2所述的方法,还包括折叠织物,使织物适合用作汽车用过滤纸。
5.如权利要求4所述的方法,还包括固化浸渍织物的树脂或乳胶,以使织物适合于用作汽车用过滤纸。
6.如权利要求4所述的方法,还包括在织物上形成槽道,以使它适合于用作汽车用过滤纸。
7.如权利要求5所述的方法,其特征在于,可以在远离步骤(a)~(e)处并在将织物切成片之后进行折叠和固化。
8.如权利要求6所述的方法,还包括固化浸渍织物的树脂或乳胶,使得织物适合于用作汽车用过滤纸。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,在远离步骤(a)~(c)处并在将织物切成片之后进行折叠和固化。
10.一种纸元件,具有至少50%的机构纸浆,其制造步骤是:(a)形成空气、水、表面活性剂和纤维的泡沫浆液,该纤维中至少重量的50%是机械纸浆纤维;(b)使泡沫浆液接触一运动的微孔部件;(e)通过微孔部件除去浆液中的泡沫,由此在微孔部件上形成包含按重量计,至少50%的机械纸浆的织物,然后干燥该织物。
11.一种过滤纸元件,包括:
纤维材料片,具有按重量计至少50%的机械纸浆纤维;
用固化的树脂和乳胶浸渍的上述片,使其适合用作颗粒过滤器;
上述片具有许多褶,使其适合于用作颗粒过滤器。
12.如权利要求11所述的过滤纸元件,还包括在上述片上的许多槽道,这些槽道大体垂直于上述褶延伸,以利于将上述片用作颗粒过滤器。
13.如权利要求12所述的过滤纸元件,该元件可与汽车机油过滤器罩、汽车空气过滤器罩、汽车燃烧过滤器罩,或汽车车箱过滤器罩联用。
14.如权利要求11所述的过滤纸元件,其特征在于,上述片包括至少60%的机械纸浆和至少5%的长纤维。
15.如权利要求14所述的过滤纸元件,其特征在于,上述长纤维选自人造丝、HPZ、棉、羊毛,及其混合物。
16.如权利要求11所述的过滤纸元件,其特征在于,上述包括约65%的CTMP和约35%的HPZ。
17.如权利要求14所述的过滤纸元件,其特征在于,该元件可与汽车机油过滤器罩、汽车空气过滤器罩、汽车燃料过滤器罩,或汽车车箱过滤器罩联用。
18.如权利要求17所述的过滤纸元件,还包括在上述片上的许多大体垂直于上述褶延伸的槽道,以利于将上述纤维片用作颗粒过滤器。
19.如权利要求12所述的过滤纸元件,其特征在于,上述片包括至少60%的机械纸浆和至少5%的长纤维。
20.如权利要求19所述的过滤纸部件,其特征在于,该长纤维选自人造丝、HPZ、棉、羊毛及其混合物。
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