CN1656038A - 通过离心得到的含有矿物纤维的过滤介质 - Google Patents

通过离心得到的含有矿物纤维的过滤介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括与纱层相粘结的纤维毡片的过滤介质的制造方法，该方法包括如下的步骤：—通过使用包括纺丝盘的所谓内离心方法的装置来形成纤维，然后—在该纤维上喷洒胶粘剂前体，然后－将纤维收集在纱层上，然后—沿着被控制的厚度上，将包括该纤维和纱的整体进行热处理，使得胶粘剂前体转变为胶粘剂。如此得到的过滤介质能够制造特别高效的袋式过滤器。

Description

通过离心得到的含有矿物纤维的过滤介质
本发明涉及用来制造过滤器，特别用来制造袋式过滤器的过滤介质及其制造方法。本发明特别涉及用来过滤气体，特别用来过滤空气(除去悬浮在空气中的颗粒)的具有按照标准EN 779分类为F5～F9级的高效细袋袋式过滤器。
由通过所谓的“Aerocor”方法制造的过滤介质，制造符合如上所述标准的袋式过滤器是众所周知的，按照该方法，在具有强气流的水平火焰中，由垂直的玻璃小棒水平地牵拉成纤维。在成形以后，将纤维在带有小孔的毯子上收集成为层纱，所述毯子相对于水平线是倾斜的。但是，人们还在研究改善此类过滤器的效率，降低它所引起的压头损失。
通过如下的方法制备按照本发明的过滤介质，此方法包括如下步骤：
—通过使用所谓内离心方法的装置来形成纤维，然后
—在该纤维上喷洒胶粘剂前体，然后
—将纤维收集在纱层上，然后
—沿着被控制的厚度上，将包括该纤维和纱的整体进行热处理，使得胶粘剂前体转变为胶粘剂。
如此得到的过滤介质包括被粘结的含有无机纤维的毡片，该毡片被粘结在纱层上。当进行热处理时，刚好在牵拉纤维之后被喷上的胶粘剂前体就转化为胶粘剂，所述胶粘剂一方面起着在纤维之间进行粘结，使其具有毡片结构的作用，另一方面起着就毡片粘结在纱层上的作用。
一般说来，为了就纤维接受在置于可透过气体带子上的层纱上，要通过所述层纱和带子吸气，将所述纤维引导到所述层纱上。
对于给定的表面质量，按照本发明的过滤介质对通过其的气体产生比较小的压降。对于使用按照本发明的过滤介质制造的过滤器也是同样的。
另外，对于给定的表面质量，按照本发明的过滤介质具有很强的保留颗粒的能力(也称为堵塞能力)。一般认为，当袋式过滤器引起的气体压头损失为450Pa时，袋式过滤器即用完了(即由所过滤的灰尘引起很大的堵塞)。因此，保留能力是当其造成所述450Pa的压头损失时，过滤器所含的灰尘表面质量。按照本发明的过滤介质的这个优点使得在保留很强的保持能力和引起比较小的压头损失的同时，能够使用更小的表面质量。
按照本发明的过滤介质的突出性能有可能来源于纤维网络的特殊结构。特别是，这样的解释并不能限制本申请的范围，这些纤维可能具有特别随机的取向。
对于本领域的专业人员，内离心方法的原理是已知的。示意性地说，本方法在于把一股熔融的无机材料引入到也称为纺丝盘的离心机中，该离心机以高速旋转，在其周边上开有许多孔，在离心力的作用下，熔融的材料从这些孔中喷出形成长丝。这些长丝在沿着离心机壁的高温和高速的环状气流的作用下被牵拉，气流使之变细并转变为纤维。此牵拉的气流将形成的纤维带到接收装置中，该装置一般由能够透过气体的带形成。此已知的方法成为许多改进的目标，其中特别在欧洲专利申请EP 0189534、EP 0519797或EP 1087912中曾经公开过。
在按照本发明的方法中，纺丝盘的孔应该具有足够小的直径，使得通过内离心方法得到的纤维具有最大12L/min，优选最大10L/min，一般至少0.4L/min的细度指数，所述细度指数是通过在2002年5月22日提交的法国专利申请0206252中叙述的技术测量的。此专利申请实际上涉及包括测量细度指数装置的纤维细度指数的测定装置，所述细度指数测量装置一方面具有至少一个与用来接受由许多纤维组成的试样的测量室相连的第一孔，另一方面具有与测量所述试样一边和另一边压差的压差测量装置相连的第二孔，所述压差测量装置用来与产生流体流的装置相连，其特征在于，该细度指数测量装置包括至少一个测量穿过所述测量室的流体流量的体积流量计。此装置从纤维粗到足可以有马克隆尼值存在时开始，在“马克隆尼细度(micronaire)”值和每分钟升数之间给出对应关系。对于如在本发明的范围内使用的很细的纤维，即使没有马克隆尼值存在，也可以用上述专利中的技术，用L/min的单位来度量细度。
为了得到具有所需细度的纤维，特别可以使用如在专利申请EP1087912中叙述的使用内离心方法的装置。一般说来，纺丝盘上的孔径为0.3～0.9mm，更一般为0.4～0.8mm。对于纺丝盘的直径400mm，可包括1,500～15,000个孔。这些孔可以分布在纺丝盘周边的带上，很多水平的排数重叠，比如5～20排。纺丝盘的直径可以不是400mm，比如是600mm，与直径变化相关引起在纺丝盘周边带上孔数的变化，使得单位表面上的孔数仍然与在直径400mm时纺丝盘1,500～15,000的情况下基本一样。如果减小纺丝盘上的孔径和/或如果加大其牵拉速度，就会得到更细的纤维。
该装置优选装有内烧嘴。优选调节该装置，使得每个孔的牵拉量很小。恰好在成纤之后，就将纤维牵拉到烧嘴处，比如环状烧嘴，特别是切线型烧嘴处。该装置优选装有切线烧嘴，即具有牵拉纤维以导致其最终直径(一般在大约1μm的数量级)的切线组件，特别是如在专利申请EP 0189354中所述的组件。
调节成纤速度优选为纺丝盘的每个孔每天0.1～1kg输出范围。
如在专利申请EP 0189354中所述，纺丝盘优选是没有底的，优选与篮子相组合。
按照本发明的方法使得能够连续地制造按照本发明的过滤介质带。对于高的生产率来说，与所谓Aerocor方法相比，这样的方法所消耗的燃料量比较少。能够达到每天大约200～5,000kg的生产率。对于大约3～10Nm3/h的燃料气的消耗，可以达到1,000kg/d的生产率，而在Aerocor方法的情况下，100Nm3/h的燃料气消耗，达到120kg/d的生产率。内离心方法纺出1kg玻璃纤维的总能耗为大约20kW/h，而Aerocor方法是85kW/h。
喷洒的胶粘剂前体可以是酚醛树脂型的或丙烯酸酯型或环氧树脂型的。根据其种类不同，此前体可以在溶液或乳液的形式下进行喷洒。喷洒的物料一般含有大量的水，比如70～98％的水，特别是大约90％的水。被喷洒物料的其余部分含有胶粘剂前体，任选还含有油和任选还含有添加剂，比如使纤维和胶粘剂之间的界面更加优化的硅烷或杀微生物剂。油和添加剂的总量一般占前体质量的1～3wt％，特别占1～3wt％。此油特别可以是Exxon Mobil公司牌号为Mulrex 88的商品。
用来转化为纤维的无机材料一般是玻璃。可以包括各种类型可以用所谓内离心方法转变的玻璃。特别能够涉及硼硅钙型玻璃，特别是biosoluble。
纱层一般是由聚酯或聚丙烯或玻璃制造的，一般其表面质量为5～100g/m2。
热处理的作用是将胶粘剂前体转化为胶粘剂，以引起固化的化学反应(交联或聚合)并使挥发性成分(溶剂、反应产物等)汽化。在热处理结束时，在毡子中的纤维之间彼此相连，而毡子又与纱层相连。在进行此操作时，在固化的过程中同时保持过滤介质的厚度，这一般是通过将毡子/纱层的整体保持在放置于彼此恒定距离的两个传送带之间来做到的，此间距就相当于所希望的对于过滤介质的总厚度的那个。此厚度可以为比如4～12mm，比如说大约7mm。
最终的过滤介质可以呈带状，由含有无机纤维、纱层和胶粘剂的毡子构成，一般含有：
—10～25wt％的胶粘剂+油(必要时)+添加剂(必要时)；
—10～50wt％的纱层；
—25～80wt％的无机材料，一般是玻璃。
按照刚刚叙述的，胶粘剂、油和添加剂质量的总和占过滤介质整体质量的10～25wt％。
最终的过滤介质一般是连续制造的，在此情况下，它们作为可以卷起的带状物出现，其表面质量为30～110g/m2，更一般为50～90g/m2。带的宽度可以是比如1～3m。然后可以将过滤介质带切割为方形或矩形，然后将其组装成本领域的专业人员所熟知的样子，用来制造袋式过滤器。
图1示意性地表示按照本发明的方法。
一股熔融的无机材料1从离心机的中空轴2的中心流下，接触到篮子3，然后所述材料被离心力甩向带有孔的纺丝盘4。熔融的材料以纤维状穿过小孔，然后借助于切线烧嘴5牵拉此纤维。喷雾嘴6将胶粘剂前体喷洒到纤维上，然后将其接收到纱层7上，其本身被可透过气体的带子8带动。在图1中未显示的吸气通过此带，用来将纤维吸引并保持在纱层的表面上。然后，纤维/纱层的整体被带到烘箱9中，以将胶粘剂前体转化为胶粘剂。在此烘箱中，过滤介质被夹在两个行进的传送带10和11之间，它们彼此之间的距离就是过滤介质最终厚度所希望的数值。在胶粘剂固化以后，按照本发明的过滤介质可以卷成12。内烧嘴没有表示出来，在纺丝盘4的出口处牵拉纤维。
图2表示按照本发明的过滤介质，它包括纱层13和粘在其上面的纤维毡14。
袋式过滤器的效率用标准EN 779的F5～F9级来表征。这些级别直接取决于在标准EN 779的意义上的平均谱效率。
本发明特别能够制造具有平均谱效率80～90％的袋式过滤器，对于表面质量为60～70g/m2的过滤介质，其具有在0.6μm下的平均谱效率时，按照标准EN 779测量的保留能力至少为45g/m2，甚至至少为50g/m2，甚至于至少为60g/m2。
本发明还能够制造平均谱效率60～80％的袋式过滤器，对于表面质量为70～90g/m2的过滤介质，其具有在0.6μm下的平均谱效率时，按照标准EN 779测量的保留能力至少为50g/m2，甚至至少为60g/m2，甚至于至少为70g/m2。
本发明还能够制造平均谱效率40～60％的袋式过滤器，对于表面质量为80～100g/m2的过滤介质，其具有在0.6μm下的平均谱效率时，按照标准EN 779测量的保留能力至少为60g/m2，甚至至少为70g/m2。
实施例
连续地制备按照本发明的过滤介质带。在表1中汇总了通过内离心方法纺丝的方法(如在EP 0189354中使用切线烧嘴、没有底而带有篮子的直径400mm的纺丝盘)和得到的过滤介质的特征。在此表1中，特别提到：
—牵拉量是每天被转变的玻璃的吨数；
—切线烧嘴压力是mm水柱(标为mmCE)；
—纤维的细度是按照法国专利申请0206252中叙述的技术测量的；
—过滤介质的表面质量。
然后就过滤介质带切开，并转变为袋式过滤器。以空气速度0.13m/sec测量的此袋式过滤器的性能汇总在表2中。在此表中，特别提到：
—初始不透明率和平均不透明率，是按照标准EN 779测量的；
—初始谱效率和平均谱效率，是按照标准EN 779测量的；
—保留能力和级别，两者都是按照标准EN 779测量的。
将这些过滤器的性能与类似的并具有相同表面质量，但是按照所谓Aerocor法制备的过滤器进行比较。
表3从保留能力的观点出发，比较了两种过滤器的效率。可以看到，在每一级过滤器(F5、F6、F7)中，按照本发明的过滤器，其保留能力都高于Aerocor型的比较过滤器，尽管它们具有相同的表面密度。
还得到了谱效率为90～95％的F8级过滤器。此类过滤器具有80g/m2的表面质量、55g/m2的保留能力和90％的平均谱效率。
显然使用按照本发明的方法还能够得到F9级的过滤器。
对于内离心方法，以如下的不确定度计算出各种数据：
—对于表面质量：±2％相对；
—对于保留能力：±10％相对；
—对于平均谱效率：±5％相对。
尽管这些不确定度，本发明相对于所谓Aerocor先有技术方法的意义还是明显的。
表1
实施例 在纺丝盘中的孔数  纺丝盘孔的特征 环状烧嘴压力(mmCE) 纤维细度(L/min) 过滤介质的表面质量(g/m2)
    1     4950  11排直径0.6～0.5mm的孔     440     10     90
    2     3150  7排直径0.7～0.5mm的孔     440     4     80
    3     9880  13排直径0.7～0.5mm的孔     600     0.6     65
表2
实施例     1     2     3
初始压头损失     Pa     23     28     55
初始不透明率     ％     27.50     35     64
在0.6μm下的初始谱效率     ％     12     52     72
平均不透明率     ％     71.4     73.5     85
在0.6μm下的平均谱效率     ％     47.9     59.8     84.1
保留能力     G/m2     71     100     65
过滤器级别     F5     F6     F7
表3
    内离心法     Aerocor法
  级别   表面质量(g/m2)   保留能力(g/m2) 平均谱效率(％)   表面质量(g/m2)   保留能力(g/m2) 平均谱效率(％)
    F5     90     71     47.9     90     50     50
    F6     80     100     59.8     78     38     61
    F7     65     65     84.1     65     33     86

Claims (24)

1.包括与纱层相粘结的纤维毡片的过滤介质的制造方法，该方法包括如下的步骤：
—通过使用包括纺丝盘的所谓内离心方法的装置来形成纤维，然启
—在该纤维上喷洒胶粘剂前体，然后
—将纤维收集在纱层上，然后
—沿着被控制的厚度上，将包括该纤维和纱的整体进行热处理，使得胶粘剂前体转变为胶粘剂。
2.按照前面权利要求的方法，其特征在于，该纱层放置在能够透过气体的带上，通过穿过所述纱层和所述带吸气将该纤维引导到所述纱层上。
3.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该纤维的细度指数最多为12L/min。
4.按照前面权利要求的方法，其特征在于，该纤维的细度最多为10L/min。
5.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该纤维的细度至少为0.4L/min。
6.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该纺丝盘具有直径为0.3～0.9mm的孔。
7.按照前面权利要求的方法，其特征在于，该纺丝盘孔的直径为0.4～0.8mm。
8.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该装置包括内烧嘴。
9.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该装置包括切线烧嘴。
10.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该纺丝盘没有底，并与篮子相组合。
11.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，胶粘剂前体是酚醛树脂或丙烯酸树脂或环氧树脂。
12.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该控制的厚度是4～12mm。
13.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该最终的过滤介质含有：
—10～25wt％的胶粘剂+油+添加剂；
—10～50wt％的纱层；
—25～80wt％的无机材料。
14.按照前面各项权利要求中之一的方法，其特征在于，该过滤介质的表面质量为30～110g/m2。
15.按照前面权利要求的方法，其特征在于，该过滤介质的表面质量为50～90g/m2。
16.一种过滤介质，特别是用来制造袋式过滤器的过滤介质，所述过滤介质是通过按照前面各项权利要求中之一的方法制造的。
17.一种袋式过滤器，其平均谱效率为80-90％，按照标准EN 779测量的保留能力为至少45g/m2，其过滤介质的表面质量为60～70g/m2。
18.按照前面各项权利要求中之一的袋式过滤器，其特征在于，其保留能力至少为50g/m2。
19.按照前面各项权利要求中之一的袋式过滤器，其特征在于，其保留能力至少为60g/m2。
20.一种袋式过滤器，其平均谱效率为60～80％，按照标准EN 779测量的保留能力为至少50g/m2，其过滤介质的表面质量为70～90g/m2。
21.按照前面权利要求的袋式过滤器，其特征在于，其保留能力至少为60g/m2。
22.按照前面权利要求的袋式过滤器，其特征在于，其保留能力至少为70g/m2。
23.一种袋式过滤器，其平均谱效率为40～60％，按照标准EN 779测量的保留能力为至少60g/m2，其过滤介质的表面质量为80～100g/m2。
24.按照前面权利要求的袋式过滤器，其特征在于，其保留能力至少为70g/m2。
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