DE102004036440A1

DE102004036440A1 - Hochleistungsfiltermaterial mit integrierter Nanofaserstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004036440A1
Application number: DE200410036440
Authority: DE
Inventors: Barry M. Stoughton Verdegan; Stephen L. Madison Fallon; Byron A. Cookeville Pardue; William C. Cookeville Haberkamp
Original assignee: Fleetguard Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2005-02-17
Also published as: GB2404347A; US20070021021A1; US7754123B2; US20050026526A1; GB0410116D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochleistungsfiltermaterial mit Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86), wobei das Filtermaterial (30, 40, 56) hauptsächlich aus groben Fasern (36) mit einem Durchmesser größer als 1 mum zusammengesetzt ist. Es wird vorgeschlagen, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) in die innere Struktur des Filtermaterials (30, 40, 56) eingebunden und eingearbeitet sind und daß der Durchmesser der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) kleiner als 1 mum ist.

Description

Die Erfindung betrifft Filtermaterial und im Einzelnen Filtermaterial mit Nanofasern mit einem Durchmesser kleiner als 1 μm für hohe Leistungen.
Filtermaterial mit Nanofasern ist aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Nanofaserschicht des Filtermaterials ist üblicherweise entlang einer stromaufwärtigen Oberfläche eines Filtermaterialsubstrats mit einer Schicht grober Fasern angeordnet. Die Nanofasern erstrecken sich parallel zu der Oberfläche der Schicht des Filtermaterialsubstrats und stellen eine hocheffiziente Filterung von kleinen Partikeln zusätzlich zu der Filterung von großen Partikeln durch das grobe Filtermaterial bereit. Die Nanofasern werden in einer dünnen Schicht auf einem Trägersubstrat abgelegt und/oder in Verbindung mit Schutzschichten verwendet, um verschiedene Vorteile, einschließlich einer erhöhten Effizienz, eines anfänglichen reduzierten Druckabfalls, besserer Reinigungsfähigkeit und einer reduzierten Dicke des Filtermaterials zu erzielen, und/oder um eine für bestimmte Fluide, wie z. B. Wassertröpfchen, undurchlässige Barriere bereitzustellen. Die bekannten Filtermaterialien weisen mehrere inhärente Nachteile auf, einschließlich der notwendigen Existenz eines Trägersubstrats, der Gefahr des Abblätterns der Nanofaserschicht von dem Substrat, der schnelleren Verstopfung des Filters durch aufgenommene Verschmutzungen und der Ausrichtung der Nanofasern parallel zu der Oberfläche des Filtermaterials.
Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls Filtermaterialen bekannt, die grobe Zellulosefasern und ein Gemisch aus Glas-Nanofasern und Mikrofasern in dem Filtermaterial aufweisen. Diese Filter verwenden steife Glas-Nanofasern und polymere Mikrofasern, um das Filtermaterial zu stärken. Diese Filtermaterialien wurden in Kraftstofffiltern, Luftfiltern und hydraulischen Filtern verwendet.
Die vorliegende Erfindung geht die zuvor genannten Probleme an und löst diese bei Hochleistungsfiltermaterial mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Anspruch 39 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung des entsprechenden Hochleistungsfiltermaterials. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Erfindung stellt ein fasriges Filtermaterial bereit, bei dem Nanofasern eingebunden und in die innere Struktur des Filtermaterials eingearbeitet sind. Die Erfindung kann für verschiedene Anwendungen zur Filterung von Fluid einschließlich Gasen, sowie Luft, Abgas und Kurbelgehäusegas, und einschließlich Flüssigkeiten, sowie Öl, Kraftstoff, Kühlmittel, Wasser und hydraulischer Fluide, verwendet werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 in schematischer Darstellung die Makrostruktur des Filtermaterials in Übereinstimmung mit der Erfindung,
2 eine Ansicht wie 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
3 eine Ansicht wie 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
4 eine schematische Darstellung der Mikrostruktur des Filtermaterials in Übereinstimmung mit der Erfindung,
5 eine Darstellung wie 4 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
6 eine Darstellung wie 4 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
7 ein Mikrophotogramm des Filtermaterials in Übereinstimmung mit der Erfindung,
8 eine Tabelle mit Kenndaten des Filtermaterials,
9 ein Mikrophotogramm einer Probe des Filtermaterials,
10 eine Ansicht wie 9 einer weiteren Probe des Filtermaterials,
11 eine Ansicht wie 9 einer weiteren Probe des Filtermaterials,
12 eine Ansicht wie 9 einer weiteren Probe des Filtermaterials,
13 einen Graphen mit der Partikelgröße über der partiellen Effizienz der Proben des Filtermaterials,
14 ein Mikrophotogramm einer weiteren Probe des Filtermaterials,
15 eine Ansicht wie 14 einer weiteren Probe des Filtermaterials,
16 eine Ansicht wie 14 einer weiteren Probe des Filtermaterials,
17 eine Ansicht wie 14 einer weiteren Probe des Filtermaterials,
18 einen Graphen, der die Eigenschaften der Probe des Filtermaterials aus der Tabelle in 8 darstellt,
19 einen weiteren Graphen, der die Eigenschaften der Probe des Filtermaterials aus der Tabelle in 8 darstellt,
20 eine Ansicht wie 14 des Standes der Technik.
1 zeigt ein Hochleistungsfiltermaterial 30 mit Nanofasern 32 mit einem Durchmesser kleiner als 1 μm, die in die innere Struktur des Filtermaterials 34 eingebunden und eingearbeitet sind. Das Filtermaterial 34 besteht hauptsächlich aus groben Fasern 36 mit einem Durchmessern größer als 1 μm. Die Nanofasern 32 werden, vorzugsweise, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: polymerischem Material, keramischem Material, acrylischem Material, Nylon, Polyvinylalkohol, polymerischem Halogenkohlenwasserstoff, Polyester, Polyaramid (Kevlar), Polyvenylensulfid, Zellulose, Titandioxid, Glas, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid. Die groben Fasern 36 werden, vorzugsweise, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: polymerischem Material, keramischen Material, acrylischem Material, Nylon, Polyvinylalkohol, polymerischem Halogenkohlenwasserstoff, Polyester, Polyaramid (Kevlar), Polyvenylensulfid, Zellulose, Titandioxid, Glas, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid. Das Verhältnis des Durchmessers der groben Fasern 36 zu dem Durchmesser der Nanofasern 32 liegt zwischen 10 und 1.000. In einigen Ausführungen, insbesondere für Flüssigkeiten, weisen die Nanofasern 32 einen Durchmesser, vorzugsweise, kleiner als 500 nm und größer als 50 nm auf. In weiteren Ausführungsformen, insbesondere zur Filterung von Luft werden kleinere Durchmesser für die Nanofasern 32 bevorzugt. Die Nanofasern 32 umfassen, vorzugsweise, weniger als 5 Gew.-% des Gewichts des Filtermaterials 30 und, weiter vorzugsweise, weniger als 1 Gew.-% des Gewichts des Filtermaterials 30. In der Ausführungsform der 1 sind die Nanofasern 32 gleichmäßig in dem Filtermaterial 30 verteilt.
In einer anderen Ausführungsform, 2, sind Nanofasern 38 ungleichmäßig in einem Filtermaterial 40 verteilt, so daß die Nanofasern 38 in Bündeln 42 konzentriert sind, die Taschen aus Nanofasern 38 in einer Matrix aus groben Fasern 36 bereitstellen. Die Bündel oder Taschen 42 stellen räumlich ausgeprägte Flächen mit größerer Filtrationseffizienz in einer Matrix mit geringerer Filtrationseffizienz bereit. Die Nanofasern 38 werden in hinreichend geringer Konzentration und mit hinreichend kleinem Durchmesser bereitgestellt, wie noch beschrieben wird, so daß nur ein unwesentlicher Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeit relativ zu Filtermaterial ohne Nanofasern 38 auftritt, wie durch Pfeil 44 bei Filtermaterial 40 quer durch die Oberfläche 46 gezeigt, zumindest bis die Bündel 42 aus Nanofasern 38 beginnen zu verstopfen. Daraufhin wird der Strom zunehmend durch Abschnitte 48 mit groben Fasern 36 in der Matrix zwischen den Taschen geleitet. Ferner bewirkt diese entsprechende Anordnung und Ausgestaltung der Nanofasern 38 eine Nettoauswirkung in Form einer höheren Gesamteffizienz als in einem Filtermaterial, das nur aus groben Fasern 36 besteht, und eine größere Lebensdauer als bei Filtern mit hoher Effizienz aufgrund einer hohen Konzentration von Nanofasern 38. Die Filtrationseffizienz ist relativ zu Materialien ohne Nanofasern 38 erhöht, unter Beibehaltung der gleichen Strömungsgeschwindigkeit und des gleichen Druckabfalls wenigstens anfänglich, bis die Nanofaserbündel 42 beginnen zu verstopfen.
In einer weiteren Ausführungsform, 3, sind Nanofasern 50 an einer stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Oberfläche 52 oder 54 des Filtermaterials 56 konzentriert und über diese verteilt, vorzugsweise an der stromaufwärtigen Oberfläche 52 des Filtermaterials 56. Die distal gegenüberliegenden stromaufwärtigen und stromabwärtigen Oberflächen 52 und 54 sind senkrecht zu dem Strom durch das Filtermaterial 56 angeordnet, wie bei Strömungspfeil 58 gezeigt. Die Nanofasern 50 beinhalten eine erste Gruppe von Nanofasern 60, die sich im wesentli chen parallel zu der Oberfläche 52 erstrecken und eine zweite Gruppe von Nanofasern 62, die sich im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 52 erstrecken. Die Nanofasern 60 und 62 können strikt voneinander getrennte Nanofasern sein oder sie können die gleichen Nanofasern sein, die Segmente mit unterschiedlicher Orientierung aufweisen, welche an einer Biegestelle miteinander verbunden sind.
In jedem der bekannten Ausführungsbeispiele stützen die groben Fasern 36 die Nanofasern 32, 38, 50 strukturell ohne ein zusätzliches Trägersubstrat für die Nanofasern 32, 38, 50. Abhängig von der Anwendung und der Dicke des Filtermaterials 30, 40, 56 kann ein Trägersubstrat für die groben Fasern 36 vorgesehen sein.
Das Filtermaterial 30, 1, weist distal gegenüberliegende stromaufwärtige und stromabwärtige Oberflächen 64 und 66 senkrecht zu der Strömung durch diese, wie bei Strömungspfeil 68 gezeigt, auf, die die Dicke 70 des Filtermaterials 30 dazwischen definieren. Das Filtermaterial 40, 2, weist distal gegenüberliegende stromaufwärtige und stromabwärtige Oberflächen 46 und 72 senkrecht zu der Strömung durch diese, wie bei Strömungspfeil 44 gezeigt, auf, die die Dicke 74 des Filtermaterials 40 dazwischen definieren. Das Filtermaterial 56, 3, weist ebenfalls distal gegenüberliegende stromaufwärtige und stromabwärtige Oberflächen 52 und 54 senkrecht zu der Strömung durch diese, wie bei Strömungspfeil 58 gezeigt, auf, die die Dicke 76 des Filtermaterials 56 dazwischen definieren. Jedes der Filtermaterialien 30, 40, 56 weist eine Makrostruktur auf, wie noch näher beschrieben wird. Die Makrostruktur ist definiert bei einer Ansicht mit einer 5 bis 50fachen Vergrößerung, und zwar wie folgt: Das Filtermaterial 30, 1, weist eine Makrostruktur A auf, bei der die Nanofasern 32 gleichmäßig in dem Filtermaterial 30 verteilt sind, das Filtermaterial 40, 2, weist eine Makrostruktur B auf, bei der die Nanofasern 38 ungleichmäßig in Bündeln 42 verteilt sind, die Taschen aus Nanofasern 38 in einer Matrix aus groben Fasern 36 bereitstellen, und das Filtermaterial 56, 3, weist eine Makrostruktur C auf, bei der die Nanofasern 50 nahe einer der Oberflächen 52 und 54, vorzugsweise nahe der Oberfläche 52, in dreidimensionaler räumlich zufälliger Orientierung konzentriert sind. Jedes Filtermaterial 30, 40, 56 weist einen Grenzbereich zwischen den Nanofasern 32, 38, 50 und den groben Fasern 36 auf, der eine Mikrostruktur bereitstellt, wie noch näher beschrieben wird. Die Mikro struktur ist definiert bei einer Ansicht mit einer 50 bis 500fachen Vergrößerung, und zwar wie folgt: eine Mikrostruktur 1, 4, bei der die Nanofasern 32 eine Brücke 78 über Poren 80 zwischen den groben Fasern 36 bilden, eine Mikrostruktur 2, 5, bei der sich die Nanofasern 82 im wesentlichen an die groben Fasern 36 anlagern, und eine Mikrostruktur 3, 6, bei der Taschen 84 der Nanofasern 86 keine signifikante Brückenbildung (4) und keine signifikante Anlagerung der Nanofasern 86 an die groben Fasern 36 (5) zeigen, weil die Taschen 84 nur Nanofasern 86 beinhalten, die zusammen gruppiert und üblicherweise miteinander verschlungen oder zusammengefaltet sind. In verschiedenen Ausführungsformen, wie noch beschrieben wird, ist das Filtermaterial 30, 40, 56 zusammengesetzt aus einer Kombination aus: der Makrostruktur A und der Mikrostruktur 1, der Makrostruktur A und der Mikrostruktur 2, der Makrostruktur A und der Mikrostruktur 3, der Makrostruktur B und der Mikrostruktur 1, der Makrostruktur B und der Mikrostruktur 2, der Makrostruktur B und der Mikrostruktur 3, der Makrostruktur C und der Mikrostruktur 1, der Makrostruktur C und der Mikrostruktur 2, der Makrostruktur C und der Mikrostruktur 3.
In Makrostruktur A, 1, ist es bevorzugt, daß die Nanofasern 32 gleichmäßig in allen drei Dimensionen durch das Filtermaterial 30 verteilt sind, d. h. die erste und die zweite laterale Ausdehnung sind parallel zu den Oberflächen 64 und 66, nämlich in die Zeichnungsebene hinein und aus der Zeichnungsebene heraus, sowie nach rechts und links in 1, und die dritte Ausdehnung, ist vertikal in 1, parallel zu Pfeil 68.
In Makrostruktur B, 2, ist es bevorzugt, daß jedes Bündel 42 eine oder mehrere relativ kurze Nanofasern 38, vorzugsweise kürzer als 1cm, beinhaltet, die verdreht und zu einem üblicherweise lockeren Knoten oder einer Ansammlung vermischt sind. Die längste Ausdehnung des Bündels 42 ist, vorzugsweise, kleiner als die Dicke 74 des Filtermaterials 40 und, weiter vorzugsweise, im Bereich von 10% bis 50% der Dicke 74 des Filtermaterials 40. Es ist bevorzugt, daß die Bündel 42 kumulativ weniger als 20% des Volumens des Filtermaterials 40 belegen.
In Makrostruktur C, 3, ist es bevorzugt, daß die Nanofasern 50 dreidimensional zufällig orientiert an der Oberfläche 52 angeordnet sind, so daß sich einige Abschnitte 60 der Nanofasern 50 im wesentlichen parallel zu der Oberfläche 52 erstrecken und sich einige Abschnitte 62 der Nanofasern 50 im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 52 erstrecken, so daß die sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden Abschnitte 62 der Nanofasern 50 die Haftstärke an den groben Fasern 36 erhöhen, die Gefahr der Abblätterung der Nanofasern 50 vermindern und den Druckabfall aufgrund der erhöhten Orientierung der Nanofasern 50 in Richtung der Strömung 58 reduzieren.
In Mikrostruktur 1, 4, ist es bevorzugt, daß die Nanofasern 32 Brücken 78 über die Poren 80 bilden, die die Poren 80 in Teilporen 88 und 90 mit einer Größe abhängig von der relativen Anzahl der Nanofasern 32 und der groben Fasern 36 unterteilen.
In Mikrostruktur 2, 5, ist es bevorzugt, daß der Grenzbereich 92 der Nanofasern 82 und der groben Fasern 36 einen Faserverbund 94, mit den Nanofasern 82 entlang und über den groben Fasern 36 liegend, bildet, Kanäle zum Transport und Abfluß schafft, eine künstlich angerauhte Sammeloberfläche mit vergrößerter Oberfläche relativ zu den groben Fasern 36 allein bereitstellt und eine stärkere Bindung der Fasern 36, 82 in der Matrix bereitstellt, die die Festigkeit des Filtermaterials erhöht.
In Mikrostruktur 3, 6, haben flexible nicht gläserne Nanofasern 86 keine ausreichende Stärke, um sich selbst zu stützen und können infolge dessen in sich selbst zusammenfallen, in welchem Fall das Material eine geringere Attraktivität für spezielle Filtrationsanwendungen aufweist, aber eine hohe Attraktivität für Anwendungen, bei denen eine vergrößerte Oberfläche zur Adsorption vorteilhaft ist oder als ein Mittel, um Tröpfchen von den groben Fasern 36 weg zu leiten, beispielsweise in Coalescer-Filtrationsanwendungen.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 im Vergleich zu den groben Fasern 36 unterschiedliche trieboelektrische Eigenschaften auf, um einen trieboelektrischen Effekt zum Entfernen von Partikeln aus einem zu filternden Fluid bereitzustellen. Die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und die groben Fasern 36 werden jeweils durch erste und zweite Arten von Fasern bereitgestellt, vorzugsweise aus verschiedenen Materialien, die in der trieboelektrischen Reihe weit genug voneinander entfernt sind, um, wenn sie zusammen verwendet werden, eine Ladung zu erzeugen. Eine der ersten und zweiten Arten von Fasern wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Nylon, Polyaramid und Zellulose. Die andere der ersten und zweiten Arten von Fasern wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Acryl, Polyester, Polypropylen und polymeren Kohlenwasserstoffen.
In einer anderen Ausführung weisen die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 im Vergleich zu den groben Fasern 36 unterschiedliche Adsorptionseigenschaften auf. In einer weiteren Ausführung weisen die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 im Vergleich zu den groben Fasern 36 unterschiedliche Oberflächenladungseigenschaften auf. Die unterschiedlichen Oberflächenladungseigenschaften stellen einen lokalen elektrischen Feldgradienten in dem Filtermaterial 30, 40, 56 bereit, der die Entfernung von Partikeln aus dem zu filternden Fluid verbessert. In einer weiteren Ausführungsform weisen die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und die groben Fasern 3 6 eine unterschiedliche Benetzbarkeit auf. Beispielsweise nimmt das Filtermaterial 30, 40, 56 in einer Kraftstoff/Wassertrennungsanlage in einer zu filternden Flüssigkeit verteilte Tröpfchen, d. h. Wassertröpfchen aus Kraftstoff in einer Kraftstoff/Wasserverbindung, auf, wobei, vorzugsweise, die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 von den Tröpfchen benetzt werden und, vorzugsweise, die groben Fasern 36 von den Tröpfchen nicht benetzt werden, wodurch ein kapillarer Druckgradient erzeugt wird, der die Tröpfchen von den groben Fasern 36 wegleitet, den Druckabfall senkt, sowie die Trennung und den Abfluß vereinfacht.
In einer anderen Ausführung, insbesondere in einer Coalescer-Anwendung, nimmt das Filtermaterial 30, 40, 56 Tröpfchen aus der zu filternden Flüssigkeit auf und bindet diese, wobei, vorzugsweise, die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 durch die Tröpfchen nicht benetzt werden und, vorzugsweise, die groben Fasern 36 durch die Tröpfchen benetzt werden, wodurch ein kapillarer Druckgradient geschaffen wird, der die Tröpfchen von den Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 wegleitet, den Druckabfall senkt, sowie die Bindung und den Abfluß vereinfacht. In entsprechenden Anwendungen schließen die Mikrostrukturen 1, 2 und 3 die Bereitstellung von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 aus adsorptiven oder katalytischen Materialien ein, um die Oberfläche zu erhöhen und eine große adsorptive oder katalytische Aktivität bereitzustellen, ohne wesentliche Erhöhung des Strömungswiderstandes. Die Mikrostrukturen 2 und 3 sind ebenfalls günstig zur Verbesserung der Bindung der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 an die groben Fa sern 36. Sie stellen eine erhöhte Festigkeit des Filtermaterials 30, 40, 56 und einen erhöhten Zusammenhalt der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und der groben Fasern 36 bereit, besser als dies möglich wäre mit Nanopartikeln oder Nanopulver, das mit Kleber oder Binder gebunden ist. In weiteren wünschenswerten Anwendungen, einschließlich der Mikrostrukturen 1, 2, 3, sind die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 aus Materialien ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: katalytischen Materialien, reaktiven Materialien und adsorptiven Materialien.
In der vorliegenden Erfindung sind die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, nämlich die Fasern, die einen Durchmesser kleiner als 1 μm haben, in die Struktur des Filtermaterials 30, 40, 56, die hauptsächlich aus groben Fasern 36 mit einem Durchmesser größer als 1 μm zusammengesetzt ist, eingebunden und durch ein "Wet-Laid-Verfahren" (die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und groben Fasern 36 können zusammengemischt/vermengt und im feuchten Zustand ausgelegt werden), ein Vakuumformverfahren, eine wassergestützte Faserverflechtung oder ein anderes Verfahren hergestellt. Auf Massebasis machen die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 weniger als 5 Gew.-% der gesamten Masse des Filtermaterials 30, 40, 56 aus und, vorzugsweise, weniger als 1 Gew.-%. Wie zuvor beschrieben liegt das Verhältnis des Durchmessers der groben Fasern 36 zu dem Durchmesser der Nanofasern, vorzugsweise, zwischen 10 und 5.000. Die Benetzungseigenschaften der Fasern können so gewählt werden, daß die Adhäsion von Ölrückständen und anderen Halbfeststoffen minimiert wird, so daß die Lebensdauer des Filters erhöht wird, um den Druckabfall über den Kraftstoff/Wasserabscheider oder andere Abscheider zu senken, und um andere wünschenswerte Leistungseigenschaften zu erzielen.
In der Makrostruktur A sind die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 gleichmäßig in der Matrix des Filtermaterials verteilt. Das Filtermaterial 30, 40, 56 wird unter Verwendung eines konventionellen "Wet-Laid-Verfahrens" aus einer Mischung aus Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und groben Fasern 36 hergestellt. In einigen Ausführungsformen werden Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einer Länge unter 1 cm verwendet. In anderen Ausführungsformen kann es geeigneter sein, längere Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zu verwenden, insbesondere für die Makrostrukturen A und B, um die Poren 80 der groben Fasern 36 besser zu überbrücken und das Filtermaterial 30, 40, 56 zu stärken. Auf einer Makroskala variieren die lokalen Filtrationseigenschaften nicht signifikant mit der räumlichen Lage. Der Nettoeffekt besteht in einer signifikant höheren Effizienz, einem geringeren Druckabfall, einer höhreren Lebensdauer und einer höheren Kapazität zu vergleichbaren Filtern.
In Makrostruktur B sind die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 ungleichmäßig in der Matrix des Filtermaterials 30, 40, 56 verteilt. Die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 sind in Form von Bündeln 42, Knoten oder Taschen in der Matrix konzentriert. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren verwendet eine "Islands-in-the-Sea-Technologie", die noch näher erläutert wird. Diese hat räumlich mit größerer und geringerer Filtrationseffizienz ausgeprägte Gebiete in der Matrix zur Folge. Aufgrund der geringen Konzentration und des kleinen Durchmessers der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 ändern sich die relativen Strömungsgeschwindigkeiten durch die verschiedenen Gebiete, wenn die Bündel 42 aus Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 beginnen zu verstopfen. Wenn dies eintritt, wird die Strömung zunehmend durch die Gebiete 48 mit groben Fasern 36 zwischen den Taschen 42 der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 geleitet. Der Nettoeffekt ist eine im gesamten höhere Effizienz als bei vergleichbaren Filtern, die nur aus groben Fasern 36 hergestellt sind und eine höhere Lebensdauer als bei vergleichbaren Filtern, die Nanofaserschichten für eine hohe Effizienz verwenden.
In Makrostruktur C werden die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 durch Verwendung der "Islands-in-the-Sea-Technologie" (IITS) der "segmented-pie-Technologie" (SP), "Electrospinning" o. ä. hergestellt. Die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 werden in der Nähe der Oberfläche des Filtermaterials 30, 40, 56 aus groben Fasern 36 konzentriert. Diese Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, wozu auf "Advances in Sub-Micron Fiber Production", John Hagewood, Arnold Wilkie, NonWovens World, April-Mai 2003, Seiten 69 bis 73, "The microfibre business in Japan", Max Golding, Technical Textiles International, Mai 1992, Seiten 18 bis 23, Elsevier Science Publishers 1992, Bezug genommen wird.
In einigen Ausführungsformen werden kurze Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einer Länge kleiner als 1 cm verwendet. In weiteren Ausführungsformen werden noch kürzere Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einer Länge im Millimeterbereich verwendet. Mit den bekannten Verfahren werden Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 hergestellt, nicht aber notwendigerweise kurze Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86. Dementsprechend kann es notwendig sein, die so hergestellten Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 abzuschneiden oder auf andere Weise zu kürzen. Jede der IITS- und SP-Technologien verwendet einen Träger für die Fasern. Üblicherweise wird der Träger durch ein "sea polymer" bereitgestellt. Bei Verwendung eines "sea polymers" als Träger, der sich langsam auflöst, werden relativ gut über die Oberfläche des Grundmaterials verteilte Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 bereitgestellt, was zu Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einer zufälligen dreidimensionalen Orientierung führt, mit einigen Nanofaserabschnitten 62, die im wesentlichen senkrecht zu der Filtermaterialoberfläche 52 orientiert sind, anstelle einer flachen zweidimensionalen Orientierung mit allen Fasern parallel zu der Oberfläche 52 des Filtermaterials 30, 40, 56. Die dreidimensionale Orientierung führt zu einer erhöhten Oberfläche, einer besseren Reinigungsfähigkeit und einer verringerten Gefahr der Abblätterung der Nanofaserschichten.
Ein Vorteil der offenbarten Strukturen, insbesondere der Makrostrukturen A und B besteht darin, daß die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in die innere Struktur des Materials eingebunden sind, wodurch die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 strukturell gestützt werden. In der Makrostruktur C minimiert die im Inneren eingebundene Struktur und die zufällige Orientierung der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, insbesondere die dreidimensionale Orientierung, die Abblätterung. In allen Makrostrukturen A, B, C können mit einem geringerem Druckabfall oder ohne Kapazitätsnachteil mehr Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 pro Oberflächeneinheit des Materials verwendet werden, als bei konventionellem Material mit Nanofaserschichten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 verwendet werden können, um die Oberfläche des Filtermaterials 30, 40, 56 für Adsorptionsanwendungen zu erhöhen.
Es hat sich herausgestellt, daß bereits ein kleiner Anteil von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 die Effizienz, mit minimalem unerwünschten Druckabfall ΔP in die Höhe treibt, wie noch beschrieben wird. Die im Inneren eingebundene Struktur erhöht die Effizienz bei der Entfernung von sehr kleinen Partikeln, d. h. kleiner als 5 μm, verglichen mit der Entfernung von größeren Partikeln. Die Struktur stellt eine erhöhte Adsorption und katalytische Aktivität pro Volumeneinheit bereit. Die Struktur stellt weiter Verbesserungen in der Festigkeit und der Verarbeitbarkeit des Materials bereit.
In der Mikrostruktur 1 dienen die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 als besagte Brücken 78 über die Poren 80. Die Poren 80 werden aus den groben Fasern 36 gebildet. Die Brücken 78 führen zu einer Erhöhung der Anzahl der noch kleineren Poren 88, 90, die jeweils Seiten, gebildet aus einer Mischung aus den groben Fasern 36 und den Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, aufweisen.
In der Mikrostruktur 2 lagern sich die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 an den groben Fasern 36 an. Die Faserzwischenräume 96, die zu der künstlich rauheren Sammeloberfläche mit vergrößerter Oberfläche verglichen mit Filtermaterial aus ausschließlich groben Fasern 36 führen und auch die gesamte Materialstruktur stärken, d. h. zu einer höheren "Mullen burst strength" führen, reduzieren die für die Fertigstellung des Materials benötigte Menge an Harzbinder.
Wie zuvor beschrieben, können die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit unterschiedlichen trieboelektrischen Eigenschaften relativ zu den groben Fasern 36 gewählt werden, um den trieboelektrischen Effekt zu nutzen, um die Entfernung zu filtender Partikel zu erhöhen. Bei der Nutzung des trieboelektrischen Effekts ist es von größtem Vorteil, wenn die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 durch "Elektrospinning" gebildet werden. Bei diesem Verfahren werden die erzeugten Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in einem elektrischen Feld geformt und sind weniger von Verunreinigungen durch Chemikalien betroffen, die den trieboelektrischen Effekt beeinflussen können. Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit im Vergleich zu groben Fasern 36 unterschiedlichen Adsorptionseigenschaften oder Oberflächenladungseigenschaften können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise für die Öl- oder Wasserfiltration. Dieser Unterschied kann genutzt werden, um einen lokalen elektrischen Feldgradienten in dem Filtermaterial 30, 40, 56 zu erhöhen oder zu erschaffen, um das Entfernen der Partikel zu verbessern. Die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und die groben Fasern 36 können auch unterschiedliche Benetzungseigenschaften aufweisen, wie bereits zuvor beschrieben wurde.
In den verschiedenen Makrostrukturen und Mikrostrukturen ist es bevorzugt, daß die Länge der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 kurz genug ist, um diese in die Struktur einzubinden, aber auch lang genug, um die Poren 80 zwischen den groben Fasern 36 zu überbrücken oder benachbarte grobe Fasern 36 zu verbinden. Bei der ursprünglichen Entwicklung war es bevorzugt, daß die Länge der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 kleiner als 1 cm ist. In weiteren Entwicklungen hat sich gezeigt, daß die Länge der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 für die Makrostrukturen A und B nicht kürzer als ein 1 cm sein muß und tatsächlich Längen größer als 1 cm wünschenswert sein können, um die Poren 80 grober Fasern 36 besser zu überbrücken und das Material zu stärken. Ursprünglich wurde gedacht, daß die kurze Länge erforderlich sei, damit die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in Bündel 42 passen. Jedoch wurde herausgefunden, daß sich die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 auch zu Bündeln 42 in relativ kompakter Weise einhüllen oder gruppieren können, wenn die Länge der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 größer als 1 cm ist. Wenn die Länge der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zu kurz ist, können die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 keine Poren 80 in der Mikrostruktur 1, 4, bilden. Für die Makrostruktur C ist es weiter bevorzugt, daß die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 eine Länge kürzer als 1 cm aufweisen und in einigen Ausführungen wesentlich kürzer als 1 cm, d. h. im Millimeterbereich.
Die oben genannten IITS- und SP-Technologien sind Zweikomponenten-Technologien, die zunächst eine Vorstufen-Zweikomponentenfaser bereitstellen, welche dann durch Entfernung des "sea polymers" oder des Trägerpolymers auf eine Nanofaser 32, 38, 50, 82, 86 reduziert wird, wie es bekannt ist. Eine Zweikomponentenfaser ist eine Faser, die zwei unterschiedliche polymere Bestandteile aufweist, von denen eines, beispielsweise durch eine Flüssigkeit, die geheizt wird, entfernt wird, so daß die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zurückbleiben. Die Zweikomponentenfaser ist zunächst eine Vorstufenfaser, die üblicherweise grob ist. Das zuvor genannte "Elektrospinning"-Verfahren stellt die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 unmittelbar ohne den Zwischenschritt einer Vorstufen-Zweikomponentenfaser her. In einigen Fällen sollten die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, einschließlich der Vorstufen-Zweikomponentenfasern, wenn verwendet, vor dem Bilden des Filterverbundmaterials gut verteilt und mit den groben Fasern 36 vermischt werden. Wenn Vorstufen-Zweikomponentenfasern verwendet werden, sollten geeignete Lösungsmittel oder Verfahren verwendet werden, um den "sea polymer"-Träger von den Vorstufen-IITS- oder SP-Fasern zu entfernen, um die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zu erstellen.
Während der Herstellung kann es notwendig sein, die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, einschließlich der Vorstufen-Zweikomponentenfasern, wenn verwendet, zu kürzen, insbesondere wenn Längen kürzer als 1 cm für die Makrostruktur C gewünscht sind oder eine bestimmte Länge größer als 1 cm in bevorzugten Ausfüh rungsformen der Makrostrukturen A und B. Die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, einschließlich der Zweikomponentenfasern, wenn verwendet, können dazu neigen, miteinander zu verklumpen, so daß es notwendig sein kann, diese zu trennen und zu verteilen, vor oder während der Zugabe der groben Fasern 36.
Wenn die energetische Potentialbarriere für die Wechselwirkung zwischen den Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und den groben Fasern 36, unter Verwendung der DLVO-Theorie (Derajaguin, Landau, Verwey, Overbeek) berechnet, niedrig ist, tendieren die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 dazu, sich um größere Fasern herumzuwickeln und/oder sich an Faserzwischenräumen 92 anzusammeln, was es ohne eine bessere Verteilung/Mischung der Fasern schwierig macht, die Mikrostruktur 1, 4, zu erhalten. Die niedrige energetische Potentialbarriere führt statt dessen zu der Mikrostruktur 2, 5. Um die Mikrostruktur 1 herzustellen, ist eine verbesserte Verteilung oder Mischung der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 erforderlich. Dies wird erreicht durch eine Erhöhung der energetischen Potentialbarriere für die Wechselwirkung zwischen den Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und den groben Fasern 36 durch eine Einstellung des pH-Werts der verteilenden Flüssigkeit durch Zugabe von Tensiden oder anderen Dispergiermitteln, durch Zugabe adsorbierender Ionen, um die elektrische Doppelschichtabstoßung zwischen den Fasern zu erhöhen, oder durch Änderung der Benetzungseigenschaften des Fluids oder der Fasern. Während der Entfernung des Lösungsmittels oder der verteilenden Flüssigkeit im Verlauf des Trocknens oder Heizens können sich die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 an den groben Fasern 36 anlagern, was es schwer macht, die Mikrostruktur 1 zu erhalten. Wie beschrieben kann diese Anlagerung der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 vermindert oder kontrolliert werden durch Änderung oder Kontrolle der energetischen Potententialbarriere für die Wechselwirkung zwischen den Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und den groben Fasern 36 durch Verwendung der Dispersionschemie, wie zuvor beschrieben. Alternativ dazu kann das Anlagern der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 vermindert werden durch eine Erhöhung der Länge der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86. Ein Harzbinder kann zugefügt werden, um das Material zu stärken und die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und die groben Fasern 36 aneinander zu binden.
Wenn die Vorstufen-Zweikomponentenfasern, wie z. B. bei der IITS- oder SP-Technologie, verwendet werden, sollte das Lösungsmittel oder das Verfahren zur Entfernung des "sea-polymer"-Trägers kompatibel zu den groben Fasern 36 sein.
Wenn der "sea-polymer"-Träger entfernt ist, ist es notwendig, wenn die Mikrostruktur 1 erwünscht ist, die verbleibenden Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 voneinander zu trennen, am Verklumpen untereinander und am Verklumpen/Umschlingen der groben Fasern 36 zu hindern. Wie beschrieben kann dies erreicht werden durch Erhöhung der energetischen Potentialbarriere für die Wechselwirkung zwischen den Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und den groben Fasern 36, durch Anpassung des pH-Werts der verteilenden Flüssigkeit durch Zugabe von Tensiden oder anderen Dispergiermitteln, durch Zugabe adsorbierender Ionen, um die elektrische Doppelschichtabstoßung zwischen den Fasern zu erhöhen, oder durch Änderung der Benetzungseigenschaften des Fluids oder der Fasern.
In Makrostruktur A sind die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 hauptsächlich als individuelle Fasern relativ gleichmäßig in dem Material in allen drei Dimensionen verteilt. Die Grenzbereiche zwischen den Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und den groben Fasern 36 oder die Verbindungen werden durch die Mikrostruktur 1 oder die Mikrostruktur 2 oder die Mikrostruktur 3 oder eine Kombination von diesen bereitgestellt.
Die Makrostruktur B kann aus einer Nanofasermasse hergestellt werden. Dazu wird die Nanofasermasse, die beispielsweise durch Elektrospinnung hergestellt ist, in geeignete Längen gekürzt, dann werden die gekürzten Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in kleinen Mengen, üblicherweise weniger als 1% der gesamten Materialmasse, mit einer wäßrigen Suspension, die die groben Fasern 36 enthält, gemischt, anschließend wird die resultierende Suspension durch Vermischen dispergiert und, wenn notwendig, mit Dispergiermitteln versetzt, so daß die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 weitgehend als Bündel 42 bestehen bleiben, dann wird die verteilende Flüssigkeit entfernt, beispielsweise durch Filterung der Suspension in einem Sieb und danach wird das Material getrocknet. Ein Beispiel so hergestellten Materials ist in 7 gezeigt, die ein Mikrophotogramm mit 500facher Vergrößerung zeigt. Bindemittel und/oder Harz kann dem Material bei geeigneten Verfahrensschritten zugesetzt werden, um die Festigkeit des Materials zu erhöhen.
Material mit der Makrostruktur B kann alternativ dazu unter Verwendung von Zweikomponentenfasern hergestellt werden, beispielsweise durch die bekannten IITS- oder SP-Verfahren, die nach Entfernung des "sea polymer"-Trägers zu Bündeln 42 von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 führen. Üblicherweise werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt: Die Länge der Zweikomponentenfasern wird, wenn dies nicht bereits getan wurde, durch Abschneiden oder andere Verfahren verringert. Eine kleine Menge, üblicherweise weniger als 5% der gesamten Fasermasse, der gekürzten Zweikomponentenfasern werden mit groben Fasern 36 vermischt, um eine Suspension zu bilden, die suspendierten Fasern werden unter Verwendung eines geeigneten Mischapparats mit oder ohne Dispergiermittel vermischt und dispergiert, die dispergierende Flüssigkeit wird dann entfernt, üblicherweise durch Filterung der Suspension in einem Sieb. Der "sea polymer"-Träger der Zweikomponentenfasern wird durch Änderung der Fluidtemperatur oder durch Verwendung eines Lösungsmittels entfernt, was vor, während oder nach dem Schritt der Entfernung der dispergierenden Flüssigkeit erfolgen kann. Das Material wird getrocknet und Bindemittel und/oder Harz wird dem Material bei einem geeigneten Verfahrensschritt zugesetzt, um die Festigkeit des Materials zu erhöhen, wobei das Bindemittel als Teil der dispergierenden Flüssigkeit zugesetzt werden kann oder separat dem Entfernen des Fluids oder des Trägers folgen kann.
In Makrostruktur C sind die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zufällig dreidimensional orientiert und liegen nicht ausschließlich flach in einer zweidimensionalen Ebene. Diese zufällige dreidimensionale Orientierung weist signifikante Vorteile auf, einschließlich einer erhöhten Bindungskraft des Nanofaseranteils des Materials an den Anteil des Materials mit groben Fasern 36, einer verringerten Gefahr des Abblätterns, die sonst bei Nanofaserschichten besteht und eines reduzierten Druckabfalls aufgrund der erhöhten Orientierung der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in Richtung der Strömung 58. Material mit der Makrostruktur C kann unter Verwendung von Zweikomponentenfasern durch die folgenden Schritte hergestellt werden: Die Länge der Zweikomponentenfasern kann zunächst durch Schneiden oder andere Verfahren verringert werden, wenn dies nicht bereits zuvor geschehen ist. Die gekürzten Zweikomponentenfasern werden dann in einem geeigneten Fluid mit Dispergiermittel, soweit dies gebraucht wird, um eine Zweikomponentenfasersuspension bereitzustellen, dispergiert. Auch die groben Fasern 36 werden in einem geeignetem Fluid mit Dispergiermittel, soweit dies gebraucht wird, um eine Suspension aus groben Fasern 36 bereitzustellen, dispergiert. Die dispergierende Flüssigkeit wird aus der Suspension mit groben Fasern 36, üblicherweise durch Filterung in einem Filter, entfernt, um ein Netz aus groben Fasern 36 bereitzustellen. Die Zweikomponentenfasersuspension wird über das Netz aus groben Fasern 36 gegeben, was zu jeder Zeit nach Beginn der Entfernung der dispergierenden Flüssigkeit von den groben Fasern 36 stattfinden kann, wobei die Durchmischung der zwei Arten von Fasern um so größer ist, je früher die Zugabe stattfindet. Die dispergierende Flüssigkeit wird von der Zweikomponentenfasersuspension üblicherweise durch Filterung durch das Netz aus groben Fasern 36 entfernt, der "sea polymer"-Träger der Zweikomponentenfasern wird durch Änderung der Fluidtemperatur oder durch Verwendung eines Lösungsmittels entfernt, was vor, während oder nach der Entfernung der dispergierenden Flüssigkeit stattfinden kann. Das Material wird getrocknet und Bindemittel und/oder Harz kann dem Material bei einem geeigneten Verfahrensschritt zugesetzt werden, um die Festigkeit des Materials zu erhöhen, wobei das Bindemittel als Teil der dispergierenden Flüssigkeit oder separat der Entfernung des Fluids oder des Trägers folgend zugesetzt werden kann.
Eine Reihe von Proben wurde hergestellt und getestet, einschließlich fünf Proben zum Test von Luftfiltern, nämlich die Probe A, die Probe B, die Probe C, die Probe D und die Probe E, vgl. Tabelle 1, 8. Alle fünf Proben verwenden ähnliche Zellulosefasern als Basis und eine ähnliche Menge für die groben Fasern, aber die Art und die Menge der zweiten Fasern (Nanofasern 32, 38 , 50, 82, 86) variiert wie folgt: die Probe A enthält keine zweiten Fasern, Tabelle 1 und 9. Die Probe B enthält 0,25 g von schmelzgeblasenem Polyester mit einem Durchmesser von 1.400 bis 3.300 nm als zweite Fasern, Tabelle 1. Die Probe C enthält 1,0 g von schmelzgeblasenem Polyester mit einem Durchmesser von 1.400 bis 3.300 nm als zweite Fasern, Tabelle 1 und 10. Die Probe D enthält 0,03 g von acrylischen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einem Durchmesser von 100 bis 500 nm als zweite Fasern, Tabelle 1 und 11. Die Probe E enthält 0,25 g Glas-Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einem Durchmesser von 800 nm als zweite Fasern, Tabelle 1 und 12.
Die physikalischen Eigenschaften der Proben, ebenso wie deren fraktionierte Effizienz und der Druckabfall sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die 9 bis 12 zeigen Mikrophotogramme mit 500facher Vergrößerung und enthalten eine Linienskala, die die Länge darstellt. 7 zeigt die stromaufwärtige Oberfläche der Probe D. Die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 liegen in den bekannten Bündeln 42 oder als lokalisierte Massen vor, die über die gesamte Dicke des Materials verteilt sind. Tabelle 1 zeigt, daß die fünf Proben A bis E in etwa das gleiche Gewicht und die gleiche Dicke (mit einem Meßschieber gemessen) aufweisen.
Die Daten in der Tabelle zeigen, folgendes: Die Effizienz steigt mit der Zugabe der "sekundären" Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit kleinerem Durchmesser als die groben Fasern 36 des Substrats (Zellstoff, Zellulose). Die Verwendung bereits kleinerer Mengen von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in der inneren Struktur führen zu einem großen Anstieg der Effizienz verglichen mit dem Ausgangsmaterial. Ungefähr die 30fache Menge bezüglich der Masse von groben schmelzgeblasenen Polyesterfasern 36 ist erforderlich, um die Effizienz zu erzielen, die mit acrylischen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 erzielt werden kann. Die etwa 4 bis 10fache Menge bezüglich der Masse von groben schmelzgeblasenen Polyesterfasern 36 ist erforderlich, um die Effizienz zu erzielen, die mit Glas-Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 erzielt werden kann. Schließlich sind weniger Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 erforderlich, als bei irgendeiner groben Faser 36 als sekundärer Faser, um die Erhöhung der Effizienz zu erreichen.
Ein Vergleich der fraktionierten Effizienz für Luftfilter für die Proben A, B, C, D, E ist in 13 gezeigt. Die Einbindung von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in die innere Struktur des Materials ist für eine erhöhte Festigkeit erstrebenswert Ein damit einhergehender Nutzen ist der in der Reduktion der Menge von Bindemittel oder Harz zu sehen, das erforderlich ist, um das Material zu stärken. Für diesen Vorteil sind die Makrostrukturen A oder B bevorzugt, die gut verteilte und relativ lange Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 verwenden, beispielsweise Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 größer als 1 cm. Zum Zweck der Erhöhung der Festigkeit ist die Mikrostruktur 2 bevorzugt, wenn auch die Mikrostruktur 1 ebenfalls eine verbesserte Festigkeit bereitstellt, insbesondere wenn die Bündel 42 relativ porös und mit den groben Fasern 36 vermischt sind.
Eine weitere Reihe von fünf Proben wurde hergestellt und getestet, nämlich die Proben G, H, I, J, K, vgl. Tabelle 1, 8. Die Eigenschaften dieser Proben wurden für Filtermaterial für Kraftstoffe ausgewählt. Alle fünf dieser Proben verwenden die gleichen groben Zellulosefasern und die gleiche Menge als Ausgangspunkt, aber die Art und die Menge der sekundären Fasern wurde wie folgt variiert: Die Probe G enthält 0,5 g Glas-Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einem Durchmesser von 800 nm als sekundäre Fasern, Tabelle 1 und 14, die Probe H enthält 0,5 g feinfasriges Kevlar mit einem Durchmesser von 500 bis 4.000 nm als sekundäre Fasern, Tabelle 1, die Probe I enthält 1,0 g feinfasriges Kevlar mit einem Durchmesser von 500 bis 4.000 nm als sekundäre Fasern, Tabelle 1 und 15, die Probe J enthält 0,8 g schmelzgeblasenen Polyesters mit einem Durchmesser von 1.400 bis 3.300 nm als sekundäre Fasern, Tabelle 1 und 16, die Probe K enthält 0,06 g polyaramidischer Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einem Durchmesser von 200 bis 600 nm als sekundäre Fasern, Tabelle 1 und 17. Die 14 bis 17 zeigen Mikrophotogramme mit einer 1.000fachen Vergrößerung und enthalten eine Linienskala, die die Länge angibt. Wie im Fall der Proben A bis E waren nur geringe Mengen von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 relativ zu den groben Fasern 36 in den Proben G bis K erforderlich, um eine signifikante Verringerung der mittleren Strömungsporengröße zu erzielen. Die Probe K, die die Makrostruktur B und die Mikrostruktur 2 aufweist, wurde durch Verwendung von polyaramidischen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 erreicht. Die Probe G, die die Makrostruktur A und die Mikrostruktur 1 aufweist, wurde durch Erhöhung der Menge von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 relativ zu den groben Fasern 36 erzielt.
18 zeigt in einem Graphen die mittlere Strömungsporengröße (MFP) in μm über dem spezifischen Grundgewicht in Gramm pro Quadratmeter (g/m²) für die Proben aus Tabelle 1. Die erste Gruppe von Proben A bis E sind miteinander vergleichbar in Bezug auf das spezifische Grundgewicht, nämlich ungefähr 80g/m². In ähnlicher Weise ist die zweite Gruppe von Proben G bis K miteinander vergleichbar in Bezug auf das spezifische Grundgewicht, nämlich ungefähr 130 g/m². In der ersten Gruppe wurde beobachtet, daß die Zugabe von kleinen Mengen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 die MFP bedeutend absenkt, ohne eine merkliche Erhöhung des spezifischen Grundgewichts. Diese Absenkung des MFP erhöht gleichzeitig die Effizienz zur Partikelentfernung. In der zweiten Gruppe G bis K senkt die Zugabe von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, beispielsweise in der Probe G, den MFP relativ zu einem Material ohne Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, beispielsweise in der Probe J, wie es auch in der ersten Gruppe von Proben beobachtet wurde. Dennoch erhöhte die Zugabe von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in der Probe K den MFP nur in geringem Maß relativ zu dem Material ohne Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, beispielsweise der Probe J. Dies stellt die Bedeutung der Mikrostruktur in Bezug auf den MFP und infolge dessen auf die Effizienz zur Entfernung von Partikeln heraus. Die Probe G weist die Mikrostruktur 1 auf, in der die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 die großen Poren 80 (geformt durch die Überschneidung von groben Fasern 36) in kleinere Poren 88, 90 einteilen. Im Gegensatz dazu lagerten sich die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 der Probe K an den groben Fasern 36 an, Mikrostruktur 2, 5, wodurch weder das Grundgewicht noch der MFP bedeutend beeinflußt wurden.
Die Mikrostruktur 2 kann für eine verbesserte Materialfestigkeit für einige Anwendungen wünschenswert sein. Ein anderer Vorteil der Mikrostruktur 2 liegt in der Möglichkeit, die Oberfläche in der Struktur ohne allzu große Erhöhung des Strömungswiderstandes oder Verringerung der durchschnittlichen Porengröße zu erhöhen. Beispielsweise kann die Zugabe von feinem Puder zu "wet laid"-Material die Oberfläche erhöhen, aber es ist sehr schwierig, dieses Material während des Formungsprozesses beizubehalten. Nanofasermaterialien können dagegen sehr einfach beibehalten werden, weil die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 die größeren Fasern umschlingen. Die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 erhöhen die Oberfläche dennoch wesentlich, ebenso wie feines nanoskaliges Puder oder Nanopartikel dies würden. Ferner können die nanoskaligen Fasern 32, 38, 50, 82, 86 vorteilhafte chemische oder katalytische Eigenschaften aufweisen, z. B. können sie insbesondere aus katalytischem Material, reaktivem Material und/oder adsorptivem Material zusammengesetzt sein.
Zum Vergleich von Probe I und Probe J wird darauf hingewiesen, daß diese in Bezug auf die ursprünglichen zellulosehaltigen Komponenten identisch sind, aber sich in der Verwendung der sekundären Fasern unterscheiden. Die Probe J verwendet nur Mikrofasern als sekundäre Fasern, beispielsweise mit einem Durchmesser von 1.400 bis 3.300 nm.
Die Probe I verwendet in großem Umfang Mikrofasern als sekundäre Fasern mit einigen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86. Beispielsweise sind die meisten der sekundären Fasern Mikrofasern (größer als 1 μm) mit einem Durchmesserbereich von 500 bis 4.000 nm. Ein kleiner Teil beinhaltet Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 (kleiner als 1 μm). Damit übereinstimmend weist die Probe I einen kleineren MFP von 13,4 μm als die Probe J mit einem MFP von 16,1 μm auf.
Beim Vergleich von Probe G und Probe H wird darauf hingewiesen, daß diese identisch in Bezug auf die ursprünglichen zellulosehaltigen Komponenten sind, aber die Probe G Glas-Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 als sekundäre Fasern verwendet, während die Probe H in großem Umfang Mikrofasern als sekundäre Fasern mit einigen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 verwendet. Die Probe G weist einen wesentlich kleineren MFP als die Probe H auf.
19 zeigt in einem Graphen die Beziehung zwischen der mittleren Strömungsporengröße (MFP) in μm und der Materialdicke in mm für die Proben aus Tabelle 1. Im allgemeinen folgen die Ergebnisse denen für das spezifische Grundgewicht dahingehend, daß die Einbindung von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 die Erzielung eines geringere MFP bei geringerer Materialdicke ermöglicht. Dies ist für die Filtration von Vorteil, da ein dünneres Material die Verwendung einer höheren Faltendichte ermöglicht, wodurch wiederum die Staubaufnahmekapazität in den Filterelementen erhöht wird und die Geschwindigkeit der Strömung durch die Filterfläche reduziert wird.
Die Erfindung stellt Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsfiltermaterial 30, 40, 56 bereit, die die Herstellung von Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 mit einem Durchmesser kleiner als 1 μm und deren Einbindung in die innere Struktur des Filtermaterials, das hauptsächlich aus groben Fasern 36 mit einem Durchmesser größer als 1 μm zusammengesetzt ist, beinhalten. Die Verfahren können ein Elektrospinningverfahren, wie zuvor beschrieben, verwenden, um die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 direkt bereitzustellen oder sie können eine Zweikomponenten-Herstellungstechnologie wie z. B. die IITS- oder SP-Herstellungstechnologie, wie zuvor beschrieben, verwenden, um die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 durch einen Zwischenschritt mit Zweikomponentenfasern unter Verwendung eines Trägers, beispielsweise eines "sea polymer"-Trägers, bereitzustellen.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Filtermaterial 30, 40, 56 hergestellt unter Verwendung von groben Fasern 36 und Zweikomponentenfasern. Die Zweikomponentenfasern werden durch das IITS-Verfahren unter Verwendung eines wasserlöslichen "sea polymers" und eines wasserunlöslichen Inselpolymers hergestellt. Wasser wird als Träger verwendet, um die Zweikomponentenfasern und die groben Fasern 36 zu dispergieren und zu suspendieren und so ein feuchtes Material bereitzustellen, und um als Lösungsmittel für das "sea polymer" zu die nen, um wiederum das "sea polymer" durch Heizen des feuchten Materials zu entfernen.
Das "sea polymer" ist der Träger für das Inselpolymer, welches später die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, wie dies bekannt ist, bereitstellt. Das Wasser ist der Träger für die Zweikomponentenfasern und die groben Fasern 36, ebenso wie das Lösungsmittel für das "sea polymer". Es kann beispielsweise ein wasserlösliches Polymer, wie z. B. Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxid als Träger oder als "sea polymer" verwendet werden, während ein wasserunlösliches Inselpolymer, wie z. B. Polyester oder Nylon, als Insel oder Nanofaserpolymer verwendet werden kann.
Der Heizschritt wird als zusätzlicher heißer Spülschritt ausgeführt. Alternativ dazu kann der Heizschritt durch Zuführung von Wärme während des Trocknens ausgeführt werden. Weiter alternativ wird dem Material heißes Wasser zugegeben und das heiße Wasser wird anschließend durch Absaugen oder Entwässern entfernt, und dann wird Wärme zugeführt, um das Material zu trocknen, und diese zugeführte Wärme wird als Heizschritt verwendet. Der Heizschritt wird durchgeführt durch Erhöhung der Temperatur des Wassers und/oder des Materials, um das "sea polymer" zu lösen und die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 in dem Filtermaterial 30, 40, 56 zurückzulassen.
In einer anderen Ausführungsform wird das Filtermaterial 30, 40, 56 unter Verwendung des IITS-Verfahrens hergestellt und der "sea polymer"-Träger wird mit einer phenolhaltigen Harzlösung gelöst. In einer weiteren Ausführungsform wird der "sea polymer"-Träger mit einem wasserbasierten Harz gelöst, vorzugsweise einem acrylischen und/oder einem wasserbasierten phenolhaltigen Harz. Wärme kann zugeführt werden, um das Granulat zu heilen und diese Wärme kann verwendet werden, um die Lösung des "sea polymer"-Trägers zu vereinfachen.
Bei wünschenswerten Herstellungsimplementierungen wird das Filtermaterial 30, 40, 56 mit einem Zweikomponentenverfahren hergestellt unter Verwendung eines Trägers und anfänglich bereitgestellter Vorstufen-Zweikomponentenfasern, welche zu Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 durch Entfernung des Trägers reduziert werden, wobei die Zweikomponentenfasern vor dem Entfernen des Trägers zu den groben Fasern 36 zugefügt werden. Der Träger wird mit einem Lösungsmit tel gelöst und, vorzugsweise, wird das Lösungsmittel erwärmt. Im Fall der Makrostruktur C werden die dispergierten Zweikomponentenfasern auf die Oberfläche des Materials ohne die Notwendigkeit der Verwendung des Elektrospinnings aufgebracht.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine dreigeteilte Verteilung des Durchmessers der Fasern vorgesehen sein, einschließlich einer ersten Gruppe aus Fasern, 4, im Durchmesserbereich von 50 bis 500 nm, einer zweiten Gruppe von Fasern, wie in gestrichelter Linie bei 98 gezeigt, im Durchmesserbereich von 1 bis 5 μm und einer dritten Gruppe von Fasern im Durchmesserbereich von 10 bis 50 μm. Die erste Gruppe von Fasern wird durch die zweite Gruppe von Fasern gestützt und die zweite Gruppe von Fasern wird durch die dritte Gruppe von Fasern gestützt. Die erste Gruppe von Fasern stellt die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 bereit. Die zweite und die dritte Gruppe von Fasern stellen die groben Fasern 36 bereit. In einer speziellen Ausführung bilden die Fasern der ersten Gruppe Brücken 78 über die Poren 80 zwischen den Fasern der zweiten Gruppe, im wesentlichen ohne eine Anlagerung an den Fasern der zweiten Gruppe. Die Fasern der ersten Gruppe werden durch acrylische Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 bereitgestellt, die Fasern der zweiten Gruppe werden durch feinfasrige paraaramidische Polymere und die Fasern der dritten Gruppe durch eine zellulose Matrix bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ermöglichen die bekannten Herstellungsverfahren die Herstellung des Filtermaterials 30, 40, 56 mit Glas-Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 ebenso wie mit flexiblen, nicht Glas-Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 im Gegensatz zu vorherigen Filtermaterialien. Die Tabelle 1 in 8 zeigt in der ganz rechten Spalte ein kommerzielles zellulosehaltiges Filtermaterial (CF) für Kraftstoffilter, das aus dem Stand der Technik bekannt ist und starre Glas-Nanofasern aufweist. 20 zeigt ein Mikrophotogramm mit 1.000facher Vergrößerung des kommerziellen, aus dem Stand der Technik bekannten, zellulosehaltigen Materials (CF), und schließt eine Linienskala ein, die die Längendimension darstellt. Die Struktur der Fasern in 20 stellt eine Mischung zwischen den Mikrostrukturen 1 und 2 insofern dar, da einige der zweiten Fasern größere Poren überbrücken, während andere Fasern angelagert sind. Das CF-Material verwendet ein phenolisches Harzbindemittel und, zusätzlich zu den ersten zellulosehaltigen Faserkomponenten, enthält es eine Mischung aus Nanofasern und Mikrofasern. Die Makrostruktur des CF-Materials ist ähnlich zu der Makrostruktur A und stützt sich auf die starren Glasfasern, um diese Makrostruktur zu erhalten.
Bei dem vorliegenden System können Glas-Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 und zusätzlich oder alternativ flexible polymere, z. B. acrylische, Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 verwendet werden, um die Makrostruktur A zu erzielen. Um die Makrostruktur A mit flexiblen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zu erzielen, besteht ein wesentlicher Aspekt darin, eine beständige Suspension der Fasern zu erzeugen, die ein Verklumpen, die Ansammlung oder das Zusammenfallen mit den groben Fasern 36 nicht unterstützt. Dies kann erzielt werden durch Ändern der Lösungsumgebung, Anpassung des pH-Werts der Suspension oder durch die Verwendung von Tensiden oder anderen Additiven, um die Oberflächenladung der Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zu erhöhen, wie zuvor beschrieben. Das CF-Material verwendet polymerische Mikrofasern, um das Material zu stärken. Im Gegensatz dazu, z. B. mit Bezug auf Probe K, und unter Verwendung von geeigneten Nanofasermaterial, beispielsweise Polyaramid, können statt dessen geringere Mengen von Nanofasern verwendet werden. In den verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann eine Zweikomponenten-Nanofasertechnologie, beispielsweise IITS oder SP, verwendet werden, um die groben Zweikomponentenfasern herzustellen, die mit den groben Substratfasern 36 vermischt werden können und anschließend wird der "sea polymer"-Träger entfernt, um ein Hochleistungsfiltermaterial 30, 40, 56 mit eingeschlossenen Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 herzustellen. Es kann beispielsweise eine Zweikomponentenfaser bestehend aus einem wasserlöslichen "sea polymer" oder Polymerträger, wie z. B. Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxid, und ein wasserunlösliches Inselpolymer oder Nanofaser 32, 38, 50, 82, 86, wie z. B. Polyester oder Nylon, zu einer Suspension aus wasserunlöslichen groben Fasern 36, wie z. B. Polyester, Acryl oder Zellulose, hinzugefügt werden. Das vorliegende Verfahren ist insbesondere nützlich zur Herstellung der Makrostrukturen B und C und stellt verschiedene alternative Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials 30, 40, 56, das Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 enthält, bereit.
In einem Verfahren, bei dem ein wasserlöslicher "sea polymer"-Träger verwendet wird und Wasser als Träger verwendet wird, um die Fasern während der Herstellung des Filtermaterials 30, 40, 56 zu lösen/verteilen, kann die Lösung des "sea polymers" begleitet werden durch Heizen des feuchten Materials. Dies kann als separater heißer Spülschritt durchgeführt werden oder unter Verwendung der Wärme, die zum Trocknen des Materials während des Absaugens oder Ableitens des heißen Wassers zugeführt wird. In beiden Fällen wird die Temperatur des Wassers und/oder des Materials erhöht und der "sea polymer"-Träger verdampft, so daß die in der Materialmatrix eingelagerten Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 zurückbleiben.
Bei einem anderen Verfahren, bei dem ein Lösungsmittel basiertes phenolisches Harzsystem verwendet wird, um die Fasern zusammenzuhalten, kann das Lösungsmittel für das Harzsystem verwendet werden, um den "sea polymer"-Träger zu lösen, so daß die Verwendung eines zusätzlichen Verfahrensschritts oder zusätzlicher Chemikalien vermieden wird.
In einem weiteren Verfahren, bei dem ein wasserbasiertes Harzsystem verwendet wird, wie z. B. acrylische und/oder wasserbasierte Phenole, um die Fasern zusammenzuhalten, kann das Wasser des Harzsystems verwendet werden, um den "sea polymer"-Träger zu lösen, so daß die Notwendigkeit eines zusätzlichen Verfahrensschritts vermieden wird. Dem System wird Wärme zugeführt, um das Harzsystem zu heilen, so daß das Lösen des "sea polymers" erleichtert wird. Um die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 einheitlicher zu verteilen, können den groben Fasern 36 während oder vor den Aufschlußverfahren Zweikomponentenfasern zugesetzt werden und das Trägerwasser kann verwendet werden, um das wasserlösliche "sea polymer" zu lösen. Wärme kann zugeführt werden, um diesen Prozeß zu vereinfachen. Als wünschenswerter Aspekt bei der Herstellung der Makrostruktur C ermöglicht die Erfindung die Verwendung eines zwei- oder mehrköpfigen Füllschachts, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, um verteilte Zweikomponentenfasern zu verwenden. Der "sea polymer"-Träger kann durch Verwendung einer der oben beschriebenen Verfahren entfernt werden. Dies erlaubt die Herstellung des Filtermaterials 30, 40, 56 mit Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86, ohne die Nanofasern 32, 38, 50, 82, 86 durch Elektrospinning herstellen und auf dem Substrat ablagern zu müssen.

Claims

Hochleistungsfiltermaterial mit Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86), wobei das Filtermaterial (30, 40, 56) hauptsächlich aus groben Fasern (36) mit einem Durchmesser größer als 1 μm zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) in die innere Struktur des Filtermaterials (30, 40, 56) eingebunden und eingearbeitet sind und daß der Durchmesser der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) kleiner als 1 μm ist.
Filtermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und die groben Fasern (36) aus verschiedenen Materialien hergestellt sind.
Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: polymerischem Material, keramischem Material, acrylischem Material, Nylon, Polyvinylalkohol, polymerischem Halogenkohlenwasserstoff, Polyester, Polyaramid, Polyvenylensulfid, Zellulose, Titandioxid, Glas, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die groben Fasern (36) aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: polymerischem Material, keramischem Material, acrylischem Material, Nylon, Polyvinylalkohol, polymerischem Halogenkohlenwasserstoff, Polyester, Polyaramid, Polyvenylensulfid, Zellulose, Titandioxid, Glas, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers der groben Fasern (36) zu dem Durchmesser der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) zwischen 10 und 5.000 liegt.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) kleiner als 500 nm ist.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) größer als 50 nm ist.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) weniger als 5 Gew.-% des Gewichts des Filtermaterials (30, 40, 56), insbesondere weniger als 1 Gew.-% des Gewichts des Filtermaterials (30, 40, 56) ausmachen.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) gleichmäßig in dem Filtermaterial (30, 40, 56) verteilt sind.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) ungleichmäßig in dem Filtermaterial (30, 40, 56) verteilt sind, so daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) in Bündeln (42) konzentriert sind, die Taschen von Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) in einer Matrix aus groben Fasern (36) bereitstellen und daß die Taschen räumlich ausgeprägte Bereiche mit größerer Filtrationseffizienz in einer Matrix mit geringerer Filtrationseffizienz bereitstellen.
Filtermaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) in einer Konzentration bereitgestellt werden, die gering genug und der Durchmesser der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) klein genug ist, so daß nur ein unwesentlicher Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeit durch das Material über eine Strömungsfläche gesehen relativ zu dem Material ohne Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) auftritt, bis die Nanofaserbündel anfangen zu verstopfen, wodurch die Strömung zunehmend durch die Abschnitte mit groben Fasern (36) in der Matrix zwischen den Taschen geleitet wird, so daß die Filtrationseffizienz relativ zu dem Material ohne Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit und gleichem Druckabfall erhöht ist, wenigstens anfänglich so lange, bis die Nanofaserbündel anfangen zu verstopfen.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) distal gegenüberliegende stromaufwärtige und stromabwärtige Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) im wesentlichen senkrecht zu der Strömung durch diese aufweist und daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an einer dieser Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) konzentriert sind und eine erste Gruppe von Nanofaserabschnitten (60) aufweisen, die sich im wesentlichen parallel zu dieser einen Oberfläche erstrecken und eine zweite Gruppe von Nanofaserabschnitten (62) aufweisen, die sich im wesentlichen senkrecht zu dieser einen Oberfläche (46, 52, 54, 64, 66, 72) erstrecken.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) distal gegenüberliegende stromaufwärtige und stromabwärtige Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) im wesentlichen senkrecht zu der Strömung durch diese aufweist, die die Dicke (70, 74, 76) des Filtermaterials (30, 40, 56) dortzwischen definieren.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) eine Makrostruktur aufweist, definiert durch die Ansicht bei einer 5 bis 50fachen Vergrößerung und ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Makrostruktur A, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) gleichmäßig in dem Filtermaterial (30, 40, 56) verteilt sind, Makrostruktur B, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) ungleichmäßig in Bündeln (42) verteilt sind, die Taschen von Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) in der Matrix von groben Fasern (36) bereitstellen und Makrostruktur C, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an einer der Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) konzentriert sind.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) einen Grenzbereich zwischen Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und groben Fasern (36) aufweist, der eine Mikrostruktur aufweist, definiert durch die Ansicht bei einer 50 bis 500fachen Vergrößerung und ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Mikrostruktur 1, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) Brücken (78) über Poren (80) zwischen groben Fasern (36) bilden, Mikrostruktur 2, bei der sich die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) im wesentlichen an den groben Fasern (36) anlagern und Mikrostruktur 3, bei der weder eine signifikante Brückenbildung der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) über die Poren (80) zwischen den groben Fasern (36), noch eine signifikante Anlagerung der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an den groben Fasern (36) stattfindet und die Nanofaser (32, 38, 50, 82, 86) sich statt dessen zusammen gruppieren.
Filtermaterial nach Anspruch 14 und ggf. nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) die Makrostruktur A aufweist und daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) im wesentlichen gleichmäßig durch das Filtermaterial (30, 40, 56) in allen drei Dimensionen verteilt sind.
Filtermaterial nach Anspruch 14 und ggf. nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) die Makrostruktur B aufweist und jedes Bündel (42) eine oder mehrere Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) aufweist, die zu einer Ansammlung verdreht und vermischt sind.
Filtermaterial nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die längste Ausdehnung des Bündels (42) kleiner als die Dicke (70, 74, 76) des Filtermaterials (30, 40, 56) ist.
Filtermaterial nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die längste Ausdehnung des Bündels (42) in der Größenordnung von 10% bis 50% der Dicke (70, 74, 76) des Filtermaterials (30, 40, 56) ist.
Filtermaterial nach Anspruch 14 und ggf. nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) die Makrostruktur B aufweist und daß die Bündel (42) kumulativ weniger als 20% des Volumens des Filtermaterials (30, 40, 56) besetzen.
Filtermaterial nach Anspruch 14 und ggf. nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) die Makrostruktur C aufweist und daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) im wesentlichen dreidimensional zufällig orientiert an einer der Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) angeordnet sind, so daß sich einige Nanofaserabschnitte (60) im wesentlichen parallel zu der einen Oberfläche (46, 52, 54, 64, 66, 72) und andere Nanofaserabschnitte im wesentlichen senkrecht zu der einen Oberfläche erstrecken, so daß die sich im wesentlichen senkrecht erstreckenden Nanofaserabschnitte (62) die Bindungsstärke an die groben Fasern (36) erhöhen, die Gefahr einer Ablösung der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) senken und den Druckabfall aufgrund der erhöhten Orientierung der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) in der Strömungsrichtung reduzieren.
Filtermaterial nach Anspruch 15 und ggf. nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) die Mikrostruktur 1 aufweist und daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) Brücken (78) über Poren (80) bilden, so daß die Poren (80) in Teilporen (88, 90) geteilt werden, die eine Größe abhängig von der relativen Anzahl der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und groben Fasern (36) aufweisen.
Filtermaterial nach Anspruch 15 und ggf. nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) die Mikrostruktur 2 aufweist und daß der Grenzbereich zwischen den Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und groben Fasern (36) eine Verbundfaser bildet, bei der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) entlang und über den groben Fasern (36) liegen und Kanäle zum Transport und Abfluß bilden und schließlich eine künstlich angerauhte Sammeloberfläche mit relativ großer Oberfläche verglichen mit Filtermaterial aus ausschließlich groben Fasern (36) bereitstellen.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus: adsorbierendem Material, reaktivem Material und katalytischem Material, insbesondere, um Filtermaterial (30, 40, 56) mit erhöhter Oberfläche für adsorptive oder katalytische Aktivität ohne wesentliche Erhöhung des Strömungswiderstandes bereitzustellen.
Filtermaterial nach Anspruch 15 und ggf. nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus: der Mikrostruktur 2 und der Mikrostruktur 3, um die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an die groben Fasern (36) zu binden und eine erhöhte Festigkeit des Filtermaterials (30, 40, 56) und eine bessere Haftung der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und der groben Fasern (36) bereitzustellen.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und die groben Fasern (36) verschiedene trieboelektrische Eigenschaften aufweisen, um einen trieboelektrischen Effekt zum Entfernen von Partikeln aus dem zu filternden Fluid bereitzustellen.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und die groben Fasern (36) jeweils erste und zweite Faserarten aufweisen und daß die eine der ersten und zweiten Faserarten ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus: Nylon, Polyaramid und Zellulose und die andere der ersten und zweiten Faserarten ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Acryl, Polyester, Polypropylen und polymerischem Kohlenwasserstoff.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) und die groben Fasern (36) unterschiedliche Adsorptionseigenschaften und/oder unterschiedliche Oberflächenladungseigenschaften und/oder eine unterschiedliche Benetzbarkeit aufweisen.
Filtermaterial nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Oberflächenladungseigenschaften einen lokalisierten elektrischen Feldgradienten in dem Filtermaterial (30, 40, 56) bereitstellen, der das Entfernen der Partikel aus dem zu filternden Fluid verstärkt.
Filtermaterial nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) Tröpfchen aus der zu filternden Flüssigkeit aufnimmt und, vorzugsweise, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) von den Tröpfchen benetzt werden und, weiter vorzugsweise, daß die groben Fasern (36) von den Tröpfchen nicht benetzt werden, um einen kapillaren Druckradienten zu erzeugen, der die Tröpfchen von den groben Fasern (36) wegleitet, um den Abfluß zu erleichtern.
Filtermaterial nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) Tröpfchen aus der zu filternden Flüssigkeit aufnimmt und bindet und, weiter vorzugsweise, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) von diesen Tröpfchen nicht benetzt werden und, weiter vorzugsweise, daß die groben Fasern (36) von diesen Tröpfchen benetzt werden, um einen kapillaren Druckgradienten zu erzeugen, der die Tröpfchen von den Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) wegleitet, um die Bindung und den Abfluß zu erleichtern.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) eine dreigeteilte Verteilung des Durchmessers der Fasern aufweist mit einer ersten Gruppe von Fasern im Durchmesserbereich von 50 bis 500 nm, einer zweiten Gruppe von Fasern im Durchmesserbereich von 1 bis 5 μm und einer dritten Gruppe von Fasern im Durchmesserbereich von 10 bis 50 μm.
Filtermaterial nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Fasern von der zweiten Gruppe von Fasern gestützt wird und daß die zweite Gruppe von Fasern von der dritten Gruppe von Fasern gestützt wird, daß die erste Gruppe von Fasern die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) bereitstellt und daß die zweite Gruppe und die dritte Gruppe von Fasern die groben Fasern (36) bereitstellen.
Filtermaterial nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe von Fasern Brücken (78) über die Poren (80) zwischen der zweiten Gruppe von Fasern ohne wesentliche Anlagerung an den Fasern der zweiten Gruppe bildet.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe von Fasern ein feinfasriges paraaramidisches Polymer aufweist und daß die dritte Gruppe von Fasern eine zellulose Matrix aufweist.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) flexibel sind.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) aus einem nicht aus Glas bestehendem Material bestehen.
Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) ein Fluid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Gas, einschließlich Luft, Abgas und Kurbelgehäusegas, und Flüssigkeit, einschließlich Öl, Kraftstoff Kühlmittel, Wasser und hydraulischer Flüssigkeit, filtert.
Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsfiltermaterial (30, 40, 56), bei dem das Filtermaterial (30, 40, 56) hauptsächlich zusammengesetzt ist aus groben Fasern (36) mit einem Durchmesser größer als 1 μm, dadurch gekennzeichnet, daß Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) mit einem Durchmesser kleiner als 1 μm in die innere Struktur des Filtermaterials (30, 40, 56) eingebunden und eingearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial(30, 40, 56) hergestellt wird mit einem Zweikomponentenfaserprozeß, der anfänglich eine Zweikomponentenfaser als Vorstufe bereitstellt, welche durch Entfernung eines Trägers zu einer Nanofaser (32, 38, 50, 82, 86) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorstufen-Zweikomponentenfaserprozeß ausgewählt wird aus einer Gruppe bestehend aus: "islands-in-the-sea"-Verfahren und "segmented-pie"-Verfahren.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial unter Verwendung von groben Fasern (36) und Zweikomponentenfasern hergestellt wird, daß die Zweikomponentenfasern mit dem "islands-in-the-sea"-Verfahren hergestellt werden, bei dem ein "sea polymer" als Träger für ein Inselpolymer verwendet wird, um die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) nach Entfernung des "sea polymer"-Trägers bereitzustellen, bei dem ein wasserlösliches "sea polymer" und ein wasserunlösliches Inselpolymer verwendet wird, wobei das Wasser als Träger zum Verteilen und Suspendieren der Zweikomponentenfasern und der groben Fasern (36) verwendet wird, um benetztes Material und ein Lösungsmittel für das "sea polymer" bereitzustellen, so daß das Wasser der Träger für die Zweikomponentenfasern und die groben Fasern (36) und gleichzeitig das Lösungsmittel für das "sea polymer" ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger und/oder ein Lösungsmittel durch Wärmezufuhr bei einem Heizschritt entfernt wird, insbesondere, daß das "sea polymer" durch Erwärmen des benetzten Materials gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschritt als separater Schritt durch heißes Spülen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das benetzte Material getrocknet wird und daß der Heizschritt durch Zuführung von Wärme während des Trocknens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 43 und ggf. nach Anspruch 44 oder 45, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material heißes Wasser zugefügt wird, daß das heiße Wasser durch Absaugen und/oder Ableiten entfernt wird, daß dem Material Wärme zum Trocknen zugeführt wird und daß die zugeführte Wärme als Heizschritt verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 43 und ggf. nach einem der Ansprüche 44 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschritt durch Erhöhung der Temperatur des Wassers und des Materials ausgeführt wird, um das "sea polymer" zu lösen, so daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) zurückbleiben und in dem Filtermaterial (30, 40, 56) gehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 41 und ggf. nach einem der Ansprüche 42 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) mit dem "islands-in-the-sea"-Verfahren hergestellt wird, das ein "sea polymer" als Träger verwendet und bei dem das "sea polymer" durch ein Lösungsmittel mit phenolischem oder wasserbasiertem Harz gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserbasierte Harzsystem ausgewählt ist aus: acrylischem und wasserbasiertem phenolischen Harz.
Verfahren nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme zum Ausheilen des Harzes zugeführt wird und daß die Wärme auch genutzt wird, um das Lösen des "sea polymers" zu vereinfachen.
Verfahren nach Anspruch 40 und ggf. nach einem der Ansprüche 41 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstufen-Zweikomponentenfasern vor dem Entfernen des Trägers zu den groben Fasern (36) zugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 40 und ggf. nach einem der Ansprüche 41 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) distal gegenüberliegende stromaufwärtige und stromabwärtige Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) im wesentlichen senkrecht zu der Strömung durch diese aufweist, die die Dicke (70, 74, 76) des Filtermaterials (30, 40, 56) dazwischen definieren und daß das Filtermaterial (30, 40, 56) eine Makrostruktur C aufweist, definiert durch die Ansicht bei 5 bis 50facher Vergrößerung, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an einer der Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) konzentriert sind und die Vorstufen-Zweikomponentenfasern über die eine Oberfläche (46, 52, 54, 64, 66, 72) verteilt angeordnet werden und/oder bei dem die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an einer der Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) konzentriert werden und Vorstufen-Zweikomponentenfasern verwendet werden, um die Makrostruktur C zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 40 und ggf. nach einem der Ansprüche 41 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86), gebildet durch die Entfernung des Trägers von den Vorstufen-Zweikomponentenfasern, durch einen Verfahrensschritt voneinander getrennt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Anpassung des pH-Werts, Zugabe eines Dispergiermittels, Zugabe von Ionen, Änderung der Benetzbarkeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) mit einer Makrostruktur A hergestellt wird, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) im wesentlichen gleichmäßig in dem Filtermaterial (30, 40, 56) verteilt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) mit einer Makrostruktur B hergestellt wird, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) ungleichmäßig in Bündeln (42), die Taschen von Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) bereitstellen, in einer Matrix aus groben Fasern (36) verteilt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 55, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) distal gegenüberliegende stromaufwärtige und stromabwärtige Oberflächen im wesentlichen senkrecht zu der Strömung durch diese aufweist, die die Dicke (70, 74, 76) des Filtermaterials (30, 40, 56) dazwi schen definieren, und bei dem das Filtermaterial (30, 40, 56) mit einer Makrostruktur C hergestellt wird, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an einer der Oberflächen (46, 52, 54, 64, 66, 72) konzentriert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 56, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial mit einer Mikrostruktur 1 hergestellt wird, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) Brücken (78) über die Poren (80) zwischen den groben Fasern (36) bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 57, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) mit einer Mikrostruktur 2 hergestellt wird, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) im wesentlichen an den groben Fasern (36) angelagert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 58, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (30, 40, 56) mit einer Mikrostruktur 3 hergestellt wird, bei der keine signifikante Brückenbildung der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) über die Poren (80) zwischen den groben Fasern (36) und keine signifikante Anlagerung der Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) an den groben Fasern (36) stattfindet und bei der sich die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) statt dessen zusammen gruppieren.
Verfahren nach Anspruch 40 und ggf. nach einem der Ansprüche 41 bis 59, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger entfernt wird, um Bündel (42) von Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) zu erzielen, die die Makrostruktur B bereitstellen, bei der die Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) ungleichmäßig in Bündeln (42), die Taschen von Nanofasern (32, 38, 50, 82, 86) bereitstellen, in einer Matrix aus groben Fasern (36) verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 40 und ggf. nach einem der Ansprüche 41 bis 60, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Vorstufen-Zweikomponentenfasern auf eine gewünschte Länge reduziert wird, so daß gekürzte Zweikomponentenfasern bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 40 und ggf. nach einem der Ansprüche 41 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweikomponentenfasern weniger als 5 Gew.-% des Gewichts des Filtermaterials (30, 40, 56) ausmachen.
Verfahren nach Anspruch 40 und ggf. nach einem der Ansprüche 41 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweikomponentenfasern mit den groben Fasern (36) gemischt werden, um eine Suspension in einem verteilten Fluid zu bilden, daß das verteilte Fluid entfernt wird, daß der Träger durch einen Wechsel der Fluidtemperatur oder durch ein Lösungsmittel entfernt wird vor, während oder nach dem Schritt des Entfernens des verteilten Fluids, daß das Material getrocknet wird und daß ein Bindemittel oder ein Harz bei einem ausgewählten Schritt zugesetzt wird als Bestandteil des verteilten Fluids oder separat der Entfernung des Fluids oder des Trägers folgend.
Verfahren nach Anspruch 61 und ggf. nach Anspruch 62 oder 63, dadurch gekennzeichnet, daß die gekürzten Zweikomponentenfasern in einem Fluid verteilt werden, das Dispergiermittel aufweist, wie es gebraucht wird, um eine Zweikomponentenfasersuspenion bereitzustellen, daß die groben Fasern (36) in einem Fluid, das Dispergiermittel aufweist, wie es gebraucht wird um eine grobe Fasersuspension bereitzustellen, verteilt werden, daß das verteilende Fluid aus der Suspension der groben Fasern (36) entfernt wird, um ein Netz aus groben Fasern (36) bereitzustellen, daß die Zweikomponentenfasersuspension über dem Netz aus groben Fasern (36) zu einem Zeitpunkt nach dem Anfang des Entfernens des verteilenden Fluids von den groben Fasern (36) zugesetzt wird, daß das verteilende Fluid aus der Zweikomponentenfasersuspension entfernt wird, daß der Träger durch einen Wechsel der Fluidtemperatur oder durch ein Lösungsmittel vor, während oder nach dem Entfernen des verteilenden Fluids von den Zweikomponentenfasern entfernt wird, daß das Material getrocknet wird, daß ein Bindemittel oder ein Harz zugesetzt wird an einem ausgewählten Schritt als Teil des Dispergiermittel enthaltenen Fluids oder separat dem Entfernen des Fluids oder des Trägers folgend.