DE10215555B4 - Funktionsfiltermittel und Verfahren zur Herstellung von Funktionsfiltermitteln in Anwendung einer aerodynamischen Verflechtungsmethode - Google Patents

Funktionsfiltermittel und Verfahren zur Herstellung von Funktionsfiltermitteln in Anwendung einer aerodynamischen Verflechtungsmethode Download PDF

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Abstract

Funktionsfiltermittel, insbesondere adsorptives Filtermittel, hergestellt in Anwendung einer aerodynamischen Verflechtungsmethode mit den Merkmalen:
a) eine Schutzschicht (81), die sich auf dem Filtermittel (8) befindet und hauptsächlich aus Kurzfasern (1) besteht, wobei sie einen dichteren stapelnden Zustand zeigt;
b) eine Aufnahmeschicht (82), die sich oben auf der Schutzschicht (81) befindet und hauptsächlich aus Funktionsteilchen (2) besteht, die gleichmäßig mit Kurzfasern (1) derart verflechtet sind, dass eine dreidimensionale Struktur entsteht, wobei die aufgestapelte Dichte der Funktionsteilchen (2) kleiner ist, während die Dichte der Zwischenräume zwischen den wärmebehandelten Kurzfasern (1) größer ist, so dass verschlungene Wege für Luftströmungen zwischen den Kurzfasern (1) und den Funktionsteilchen (2) gebildet sind; und
c) eine Strömungsausgleichsschicht (83), die sich oben auf der Aufnahmeschicht (82) befindet und hauptsächlich aus Kurzfasern (1) besteht, wobei sie einen leereren aufgestapelten Zustand zeigt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionsfiltermittel und ein Verfahren zur Herstellung von Funktionsfiltermitteln in Anwendung einer aerodynamischen Verflechtungsmethode, insbesondere ein verbessertes Verfahren, durch das Verbundfasern und Funktionsteilchen in einer Verbundstruktur des Funktionsfiltermittels integriert sind.
  • Viele Erfindungen haben sich mit den Anwendungsbereichen von chemischen Filtermitteln beschäftigt. Die mit den Funktionsteilchen, wie z.B. Aktivkohle, versehene Fasermatrix ist die Hauptrichtung in diesem Bereich. Hinsichtlich der Herstellungstechnik dieses Filtermittels sind aus den US 4 795 668 , US 4 686 032 und US 5 486 410 bekannt, dass ein mit verankerten Funktionsteilchen versehenes faseriges Gewebe in Anwendung auf das Herstellungsverfahren des adsorptiven Filtermittels dargestellt ist. Die Fasern dienen als Klebestoff zum Verbinden von Funktionsteilchen mit der faserigen Struktur. Beim Filtern von Luft oder Flüssigkeit werden die Luft- oder Wasserschadstoffe von Funktionsteilchen aufgenommen, um die Schutzwirkung zu erreichen.
  • Ein Stand der Technik beschreibt ein schmelzgeblasenes Gewebe (melt blown web), das die Funktionsteilchen (wie z.B. Aktivkohle) aufweist, die mit dem schmelzgeblasenen Gewebe zusammengefügt sind. Dieses Verfahren kann einen höheren Druckabfall des Filtermittels erzeugen, sodass es sich für die Herstellung des Filtermittels mit höherem Gehalt von Funktionsteilchen nicht eignet. Außerdem ist die schmelzgeblasene Faser sehr fein, wobei die Gleichmäßigkeit der Gewebestruktur unzureichend und deren Strukturkonsistenz niedriger ist. Darüber hinaus werden die Filtermittel leicht bewegt, verschlissen und abgetrennt, wenn eine weitere Verarbeitung durchgeführt ist.
  • Gemäß US 5 486 410 von Groeger et al. ist beschrieben, dass eine dreidimensionale Struktur, die von Verbundfasern gebildet ist, als Träger dient, wobei die Funktionsteilchen in Zwischenräumen der Fasermatrix befestigt sind. Außerdem ist ein höherer Gehalt von Funktionsteilchen dadurch erreicht, dass mehrere Schichten aufeinander angeordnet sind. Überdies wird die Konsistenz der Funktionsteilchen in der Filterstruktur erhöht, sodass die Funktionsteilchen während der weiteren Verarbeitung oder Anwendung nicht getrennt und verschlissen werden. Ferner kann das Filtermittel der Funktionsteilchen von hohem Gehalt durch dieses Verfahren hergestellt, werden.
  • Beispielsweise kann die Aktivkohle in Anwendung auf den Schutz der chemischen Adsorption für einen längeren Zeitraum verwendet werden.
  • Obwohl das Verfahren, dass die dreidimensionale Struktur der Fasermatrix als Träger dient und die Funktionsteilchen in der Struktur der Fasermatrix befestigt oder festgeklebt sind, bestimmte Funktionen erreicht, ist die Struktur von bestimmten Sorten von Trägern beschränkt. Daher hat die Struktur nur einen einzigen Typ. Der Gehalt von Funktionsteilchen wird zwar erhöht, um die Lebensdauer zu verlängern, dies spielt aber keine Rolle im adsorptiven Filterwirkungsgrad.
  • Ein weiterer Stand der Technik beschreibt, dass die Fasern als dreidimensionale Gewebematrixstruktur mechanisch ausgebildet sind, wobei die Filtermittel in Zwischenräumen zwischen Fasern angeordnet sind. Da die Funktionsteilchen in Größe und Form unterschiedlich sind, können sie nicht in die Zwischenräume zwischen Fasern passen. Ferner ist es schwierig, die Gleichmäßigkeit der Strukturdichte zu erreichen, sodass manche Zwischenräume zwischen Fasern keine Funktionsteilchen aufweisen können, wodurch ein Kanalbildungseffekt (channeling effect) dort verursacht ist, wo der Widerstand zur Luftströmung zu winzig ist. Deswegen können die Schadstoffteilchen von Funktionsteilchen nicht aufgenommen werden, wobei die Ungleichmäßigkeit der Strukturdichte die adsorptive Ineffizienz zur Folge hat. Darüber hinaus kann die Faserstruktur zusammengebrochen werden, da sie das Gewicht der gesamten Funktionsteilchen tragen kann, wenn die Schichten aufeinander liegen. Daher führt die ungleichmäßige Strukturdichte zur Qualitätsminderung des Filtermittels.
  • Durch die obigen Verfahren sind die Größe und die Form der Fasern und der Funktionsteilchen nicht steuerbar, um eine geeignete Kombination der Gleichmäßigkeit der Strukturdichte zu erreichen.
  • US 5,569,489 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Fasernetzes mit regelloser Orientierung der Fasern, in dem sorbtionsfähige Teilchen vorliegen. Gemäß dieses Verfahrens werden Fasern und sorbtionsfahige Teilchen einem Luftstrom zugeführt und in diesem gemischt. Anschließend wird der Luftstrom gegen eine Abscheidervorrichtung gerichtet, wobei das Netz ausgebildet wird.
  • DE 693 16 027 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer faserigen, adsorptive Teilchen umfassenden Struktur. Dieses Verfahren umfasst die Ausbildung einer faserigen Stoffbahn, die thermoplastische Regeneratfasern sowie eine obere und untere Oberfläche aufweist.
  • Hinsichtlich des Funktionsfiltermittels, insbesondere des adsorptiven Filtermittels, müssen andere Faktoren, wie z.B. die adsorptive Effizienz und die Lebensdauer außer dem Einsetzen der Funktionsteilchen in die Faserstruktur berücksichtigt werden. Daher muss die Strukturflexibilität zusätzlich zu der Strukturkonsistenz auch in Rechnung gestellt werden. Nur wenn die Gleichmäßigkeit der Häufungsdichte, die Größe und die Form der Fasern und der Funktionsteilchen in der Verbundstruktur sowie die Formation der verschlungenen Strömungskanäle zur Verlängerung der Verweildauer der Schadstoffe in den Filtermitteln berücksichtigt werden, können die Funktion und die Effizienz erhöht werden, um die chemische Filterwirkung zu erreichen.
    •
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Funktionsfiltermittel und Verfahren zur Herstellung von Funktionsfiltermitteln in Anwendung einer aerodynamischen Verflechtungsmethode zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Verfahren meidet.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Funktionsfiltermittel nach Anspruch 1 und mit einem Verfahren gelöst, das gekennzeichnet ist durch die folgenden Prozeßschritte:
    • a) Einbringen von Kurzfasern (1) und Funktionsteilchen (2) in ein Luftgebläse (3), wobei eine die Funktionsteilchen (2) tragende Blasluftströmung (21) von der Mitte ins Luftgebläse (3) eintritt, wodurch die Kurzfasern (1) und die Funktionsteilchen (2) durch eine gemischte Luftströmung (41) von oben nach unten verbreitet werden und anschließend durch ein Luftführungsgerät (42) durchfließen, damit die Luftströmung vermag, die Kurzfasern (1) und die Funktionsteilchen (2) gleichmäßig in einen darunter befindlichen Mehrschichten-Formungsbereich (5) hineinzubringen;
    • b) Verwendung einer Ansaugvorrichtung (51) unter dem Mehrschichten-Formungsbereich (5), um die Kurzfasern (1) und die Funktionsteilchen (2) nacheinander auf eine bewegliche Formungsmatrix (52) aufzubringen, wobei eine durch die Ansaugvorrichtung (51) anzusaugende Menge von Ansaugluft nach Wunsch einstellbar ist, um die Ansaugluft und die gemischte Luftströmung (41) zum Ausgleich zu bringen, wodurch eine von oben nach unten immer dichtere mehrschichtige Struktur gebildet wird;
    • c) Weiterleiten des soweit geformten Filtermittels (8) an einen Wärmebehandlungsbereich (6), über dem eine Wärmequelle (61) zum Erwärmen des Filtermittels (8) vorgesehen ist, wobei die Wärmetemperatur im Bereich von 120°C bis 180°C liegt; und
    • d) Weiterleiten des Filtermittels (8) an einen Kühlungsbereich (7).
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm der Schritte der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Filtermittels der vorliegenden Erfindung, wobei das aerodynamische Verflechtungsverfahren dargestellt ist;
  • 4 eine schematische Darstellung der adsorptiven Schicht des Filtermittels der vorliegenden Erfindung vor der Wärmebehandlung;
  • 5 eine schematische Darstellung der adsorptiven Schicht des Filtermittels der vorliegenden Erfindung nach der Wärmebehandlung;
  • 6 eine vergrößerte Ansicht der 4; und
  • 7 eine vergrößerte Ansicht der 5.
  • Bezugnehmend auf die 1 und 2 ist das Verfahren zur Herstellung von Funktionsfiltermitteln in Anwendung eineraerodynamischen Verflechtungsmethode dargestellt. In Schritt a) werden die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 in ein Luftgebläse 3 hineingebracht, wobei die Blasluftströmung 21 der Funktionsteilchen 2 von der Mitte ins Luftgebläse 3 eintritt, das als herkömmlicher Modell ausgebildet, nicht auf die runde Form beschränkt, und zwar rechteckig bevorzugt ist, um einen engen und schmalen Blasmund zu bilden, sodass die Blasluftströmung der Kurzfasern 1 und der Funktionsteilchen 2 gleichzeitig in einen Diffusions-Misch-Förderbereich 4 eintreten, wodurch die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 durch eine gemischte Luftströmung 41 von oben nach unten verbreitet werden und anschließend durch ein Luftführungsgerät 42 durchfließen, damit die Luftströmung vermag, die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 gleichmäßig in den unten befindlichen Mehrschichten-Formungsbereich 5 zu bringen. In Schritt. b) wird eine Ansaugvorrichtung 51 unter dem Mehrschichten-Formungsbereich 5 verwendet, um die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 nacheinander auf eine bewegliche Formungsmatrix 52 aufzubringen. Die anzusaugende Luftmenge der Ansaugvorrichtung 51 ist nach Wunsch einstellbar, um die Ansaugluft und die gemischte Luftströmung 41 zum Ausgleich zu bringen, wodurch eine von oben nach unten immer dichtere dreischichtige Struktur gebildet wird. In Schritt c) wird das soweit geformte Filtermittel 8 an den Wärmebehandlungsbereich 6 weitergeleitet, über dem eine Wärmequelle 61 zum Erwärmen des Filtermittels 8 vorgesehen ist, wobei die Wärmetemperatur im Bereich von 120 °C bis 180 °C liegt. Eine weitere Ansaugvorrichtung 62 arbeitet unter dem Filtermittel B. In Schritt d) wird das Filtermittel 8 an einen Kühlungsbereich 7 weitergeleitet, wobei eine andere Ansaugvorrichtung 71 unter dem Filtermittel 8 weiter arbeitet.
  • Die oben erwähnten Funktionsteilchen 2 können Aktivkohle, Potassiumpermanganate-Impregnation-Aluminiumoxid und chemisch adsorptive Makromoleküle sein.
  • Darüber hinaus ist der Diffusions-Misch-Transportbereich 4 als Mischkasten ausgebildet, dessen Öffnung nach unten gerichtet ist, wobei das Luftführungsgerät 42 eine Anzahl von Luftführungsplatten umfasst.
  • Durch das obige Verfahren läuft die Blasluftströmung 11 der Kurzfasern 1 durch das Luftgebläse 3, wo die Kurzfasern 1 mit den Funktionsteilchen 2 in erstem Kontakt kommen. Eine bestimmte Menge von Funktionsteilchen 2 wird ins System gebracht und tritt mit Hilfe der Blasluftströmung 21 ins Luftgebläse 3 ein, sodass die gemischte Luftströmung 41 der Kurzfasern 1 und der Funktionsteilchen 2 gleichzeitig in den Diffusions-Misch-Transportbereich 4 eintreten. Der Fluid-Flächeninhalt nimmt zu, wenn die Luftströmung das Luftgebläse 3 verlässt, sodass an dieser Stelle eine Turbulenz entsteht, durch die die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 verbreitet sind, um sie miteinander zu mischen. Danach gelangt die gemischte Luftströmung 41 über das am unteren Ende des Diffusions-Misch-Transportbereichs 4 befindliche Luftführungsgerät 42 an den Mehrschichten-Formungsbereich 5.
  • Durch das Luftgebläse 3 kann der Diffusions-MischTransportbereich 4 in drei Luftströmungsbereiche aufgeteilt werden. Wie aus 3 ersichtlich, sind die linken und rechten Abschnitte A1, A3 Faserabschnitte, während der Mittelabschnitt A2 ein Mischabschnitt der Kurzfasern 1 und der Funktionsteilchen 2 ist. Dies führt zu einer Mehrschichtenstruktur, nachdem die drei Abschnitte gebildet sind. Der Ausgang des Luftgebläses 3 ist einstellbar, sodass das Verhältnis des Flächeninhalts zwischen den drei Abschnitten A1, A2, A3 steuerbar ist, um die Struktur des Filtermittels 8 nach Wunsch zu verändern.
  • Kommt die gemischte Luftströmung 41 durch das Luftführungsgerät 42, ist es bereit, das Formungsverfahren durchzuführen. Wahrend des Formungsverfahrens werden die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 durch die Ansaugvorrichtung 51 auf die Formungsmatrix 52 aufgebracht, wobei die Formungsmatrix 52 von einem Fließband 53 vorwärts bewegt wird. Die anzusaugende Luftmenge der Ansaugvorrichtung 51 ist nach Wunsch einstellbar, um die Ansaugluft und die gemischte Luftströmung 41 zum Ausgleich zu bringen und einen Unterschied der Luftgeschwindigkeit auszuschließen. Genügt die anzusaugende Luftmenge der Ansaugvorrichtung 51 nicht, werden die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 durcheinander weggeblasen, sodass das Formungsverfahren scheitert. Ist sie zu viel, wird die Fördergeschwindigkeit des Diffusions-Misch-Transportbereichs 4 beeinträchtigt, wodurch eine Strukturungleichmäßigkeit des Filtermittels 8 verursacht ist, da die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 gebildet werden, bevor sie gleichmäßig gemischt und verflechtet werden. Daher ist es nötig, die Ansaugvorrichtung 51 während des Formungsverfahrens einzustellen. Außerdem werden die drei Abschnitte A1, A2, A3 während des Verbreitungs- und Mischverfahrens gebildet, sodass die drei Formungsbereiche I), II), III) entstanden sind, wenn die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 auf der Formungsmatrix 52 auf der Formungsmatrix 52 gebildet sind (siehe 3) . Im Bereich I) sind die Kurzfasern 1 auf die untere Schicht aufgebracht. Da sich die Formungsmatrix 52 weiter bewegt, gelangt sie an den Bereich II) , wobei die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 miteinander verflechtet und aufeinander aufgebracht sind. Im Bereich III) werden die Kurzfasern 1 darauf aufgestapelt, sodass ein dreischichtiges Funktionsfiltermittel gebildet ist.
  • Während des Formungsverfahrens werden die drei Bereiche I), II), III) gleichzeitig gebildet. Die Mischung der Kurzfasern 1 und der Funktionsteilchen 2 ist durch die gemischte Luftströmung 41 auf die Formungsmatrix 52 aufgebracht, wobei die gemischte Luftströmung 41 von der Ansaugvorrichtung 51 beseitigt wird. Die Luftströmung wird bei dem ganzen Verfahren immer stabil kontrolliert, sodass sie stabil durch die geformte Struktur geht. Der Hauptpunkt des aerodynamischen Formungsverfahrens ist die Kontrolle in diesen Bereichen I) , II) , III) . Das soweit geformte Filtermittel 8, dessen Schnittansicht in 3 gezeigt ist, weist eine dreischichtige Struktur auf:
    eine Schutzschicht 81, die sich auf dem Filtermittel 8 befindet und hauptsächlich aus den Kurzfasern 1 besteht, wobei sie einen dichteren stapelnden Zustand zeigt;
    eine Aufnahmeschicht 82, die sich oben auf der Schutzschicht 81 befindet und hauptsächlich aus den Funktionsteilchen 2 besteht, die gleichmäßig mit den Kurzfasern 1 derart verflechtet sind, dass eine dreidimensionale Struktur entsteht, wobei die aufgestapelte Dichte der Funktionsteilchen 2 kleiner ist, während die Dichte der Zwischenräume zwischen den wärmebehandelten Kurzfasern 1 größer ist, sodass die verschlungenen Wege der Luftströmungen zwischen den Kurzfasern 1 und den Funktionsteilchen 2 gebildet sind; und
    eine Strömungsausgleichschicht 83, die sich oben auf der Aufnahmeschicht 82 befindet und hauptsächlich aus den Kurzfasern 1 besteht, wobei sie einen leereren aufgestapelten Zustand zeigt.
  • Wie beschrieben, ist die Mehrschichtenstruktur dadurch entstanden, dass die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 im Diffusions-Misch-Transportbereich 4 drei Strömungstrennabschnitte A1, A2, A3 bilden. Wenn die gemischte Luftströmung 41 der Kurzfasern 1 und der Funktionsteilchen 2 zum Formung gesammelt ist, werden die Kurzfasern 1 im Bereich I) auf die Formungsmatrix 52 aufgebracht. Danach werden die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 verflechtet und auf dem Bereich II) aufgebracht. Da die unten am Filtermittel 8 befindlichen geformten Kurzfasern 1 es verhindern, dass die Funktionsteilchen 2 von Luftströmungen weggebracht werden, können die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 gleichmäßig vermischt und verflechtet werden. Zum Schluss wird das soweit geformte Filtermittel 8 in den Bereich III) gebracht, woraufhin die Kurzfasern 1 oben auf das Filtermittel 8 aufgebracht werden. Damit ist das aerodynamische Verflechtungsverfahren beendet.
  • Durch das aerodynamische Verflechtungsverfahren kann die vorliegende Erfindung nicht nur eine gleichzeitig verflechtete Formung der Kurzfasern 1 und der Funktionsteilchen 2 erreichen, sondern das Filtermittel 8 hat auch die dreidimensionale Dreischichtenstruktur, die von oben nach unten immer dichter ist. Im Bereich I), wie in 3, hinterläßt die gemischte Luftströmung 41 nur die gestreuten Kurzfasern 1, die dann auf die Formungsmatrix 52 aufgebracht werden. Da die aufgestapelte Dicke klein ist, kann die Luftströmung schnell durch den Bereich I) hindurchgehen. Daher ist die aufgestapelte Dichte der Kurzfasern 1 höher, wobei deren Struktur feiner ist und die Zwischenräume zwischen Kurzfasern 1 kleiner sind. Außerdem ist die dreidimensionale Struktur der Kurzfasern 1 aufgrund der stabilen Luftströmung gleichmäßig, sodass die Schutzschicht 81 am unteren Ende des Filtermittels 8 geformt ist. Nachdem die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 auf die Schutzschicht 81 aufgebracht und verflechtet sind, ist die aufgestapelte Höhe vergrößert, wobei die Geschwindigkeit der Luftströmung in dieser Struktur verringert ist und die Kurzfasern 1 mit den Funktionsteilchen 2 gleichmäßig verflechtet sind. Da die dreidimensionalen Strukturen der Kurzfasern 1 und der Funktionsteilchen 2 sehr unterschiedlich sind, ist die Dichte der Verbundstruktur höher ist als die Dichte der reinen Faserstruktur, wodurch die Aufnahmeschicht 82 entstanden ist. Das aerodynamische Verflechtungsverfahren ermöglicht, dass die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 angemessen angeordnet sind und eine gleichmäßige Strukturdichte aufweisen. Außerdem sind die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 gleichmäßig gestreut, ohne eine Defektstruktur zu haben. Daher ist die Dicke des ganzen Filtermittels 8 schrittweise vergrößert, sodass der Widerstand der Luftströmung erhöht wird. Schließlich bringt die gemischte Luftströmung 41 im Bereich III) die Kurzfasern 1 auf die Aufnahmeschicht 82. Da die Luftströmung in diesem Formungsbereich einen größten Widerstand konfrontiert, ist die Geschwindigkeit der Luftströmung, die durch das Filtermittel 8 durchgeht, am niedrigsten, sodass die aufgestapelte Dichte der Fasern niedriger und gleichmäßiger ist, sodass eine Strömungsausgleichschicht 83 entstanden ist, in der die Zwischenräume zwischen den Fasern größer sind und deren Gleichmäßigkeit höher ist.
  • Nehmen wir die Aktivkohle als Funktionsteilchen 2 für das Filtermittel 8. Weist das Filtermittel 8 die Mehrschichtenstruktur auf, die von oben nach unten immer dichter ist, ist die Aufnahmeeffizienz viel besser als das Filtermittel 8 mit nur einer einzigen Schicht. Wenn die Schadstoff-Luftströmung durch das Filtermittel 8 durchfließt, tritt sie durch die Strömungsausgleichschicht 83 hinein und aus der Schutzschicht 81 heraus (siehe 4). Wenn sie durch das Faseraggregat durchfließt, wird sie gleichmäßig gestreut, sodass die Fläche, bei der der Schadstoff-Luftströmung durch die Aufnahmeschicht 82 durchgeht, vergrößert ist, wobei die Schadstoff-Luftströmung gleichmäßig in der mit der Aktivkohle versehenen Faserverflechtungsschicht verbreitet ist. Wenn die Dicke des Filtermittels 8 für die Schadstoff-Luftströmung vergrößert ist, wird ihre Geschwindigkeit herabgesetzt, sodass die Verweildauer der Schadstoff-Luftströmung verlängert wird und mehr Schadstoffe von den Funktionsteilchen 2 aufgenommen werden. Die Kurzfasern-Aggregate 1 in der Schutzschicht 81 des Filtermittels 8 haben eine dichtere aufgestapelte Struktur, die einen größeren Widerstand auf die Luftströmung bewirkt. Deshalb ist die Verweildauer der Schadstoff-Luftströmung in der Aufnahmeschicht 82 verstellbar. Überdies ist das Flächenverhältnis der Strömungstrennabschnitte A1, A2, A3 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Luftgebläses 3 einstellbar, sodass das aufgestapelte Dickenverhältnis der Mehrschichtenstruktur des Filtermittels 8 bei Formung ebenfalls verstellbar ist. Die Einstellung kann je nach den Bedingungen der zu filternden und auf zunehmenden Schadstoffe ausgeführt werden, um eine beste Anwendungseffizienz zu bekommen und die Anforderungen der Kunden zu erfüllen. Je höher die aufgestapelte Dicke ist, desto höher ist der Luftströmungswiderstand, desto länger ist die Verweildauer und desto besser ist die Aufnahmefähigkeit, und umgekehrt.
  • Darüber hinaus befindet sich die Aufnahmeschicht 82 zwischen der Strömungsausgleichschicht 83 und der Schutzschicht 81, sodass die Aktivkohleteilchen 2 nicht bewegt und abgetrennt werden. Überdies sind die Kurzfasern 1 und die Aktivkohleteilchen 2 als dreidimensionale Struktur verflechtet, durch die die Bewegung und die Abtrennung der Aktivkohleteilchen 2 ausgeschlossen sind. Daher sind die Strukturkonsistenz und -gleichmäßigkeit nach der Formung höher. Das Mischverhältnis der Kurzfasern 1 und der Aktivkohleteilchen 2 ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren quantitativ steuerbar. Beim herkömmlichen Verfahren kann der Gehalt der Aktivkohleteilchen 2 im Bereich von 10% bis 90% kontrolliert werden, während der Gehalt der Kurzfasern 1 auch in diesem Bereich liegt. Dadurch ist die Strukturgleichmäßigkeit und -verteilung der beiden Stoffe beibehalten. Deshalb liegt der bevorzugte Gehalt der Aktivkohle im Bereich von 60% bis 90%, während der Fasergehalt von 15% bis 40% liegt, um die beste Aufnahmefähigkeit des Filtermittels 8 zu erreichen. Das Grundgewicht des Filtermittels 8 kann im Bereich von 100 bis 1200 g/m2 kontrolliert werden, ohne die Überlagerung der Schichten aufzuweisen, um das größere Gewicht oder den hohen Gehalt zu erreichen. Daher kann das erfindungsgemäße aerodynamische Verflechtungsverfahren den Stoffgehalt, die Änderung des Grundgewichts des Filtermittels 8, usw. kontrollieren.
  • Außerdem können alle Bedingungen gleichzeitig im erfindungsgemäßen Verfahren ohne weitere Behandlungen kontrolliert werden. Deshalb ist die Entwicklung dieses Verfahrens erheblich geschätzt.
  • Je nach der Änderung des Grundgewichts des Filtermittels 8 können die Fasern von unterschiedlichem Denier und die Aktivkohle von unterschiedlicher Größe der Teilchen verflechtet werden, um die oben erwähnte gleichmäßige Struktur und hohe Konsistenz zu erreichen. Die vorliegende Erfindung ist anders als die anderen Verfahren, bei denen zusätzliche Aktivkohle auf die geformte dreidimensionale Fasermatrixstruktur nach dem ganzen Verfahren aufgebracht ist. Wenn das Grundgewicht des Filtermittels 8 zu leicht ist und wenn der Faserdurchmesser groß ist, müssen die Zwischenräume zwischen Fasern auch groß sein. Um die Aktivkohle in den Zwischenräumen zwischen Fasern zu befestigen müssen die Aktivkohleteilchen 2 groß sein, sodass die Einheitsmenge der Aktivkohleteilchen 2 groß ist. Um das Grundgewicht unter derselben Fläche des Filtermittels 8 herabzusetzen, muss die Menge der Aktivkohleteilchen 2 entsprechend reduziert werden, sodass die Verteilung der Aktivkohleteilchen 2 spärlich und ungleichmäßig ist, wodurch die Aufnahmefähigkeit erheblich gemindert ist. Wenn der Faserdurchmesser reduziert ist, muss die Fasermenge in Einheitsfläche vergrößert werden, um eine dreidimensionale Matrixstruktur zu erhalten. Daher wird der Zwischenraum kleiner, sodass die Aktivkohle nicht an die Zwischenräume zwischen Fasern gelangt, deren Strukturkonsistenz beeinträchtigt und somit die Aktivkohle erheblich verschleißt wird. Daher lässt die Aufnahmefähigkeit des Filtermittels 8 viel zu wünschen übrig. Hingegen benutzt die vorliegende Erfindung das aerodynamische Verflechtungsverfahren, um die Kurzfasern 1 durch ein einziges Formungsverfahren mit den Funktionsteilchen 2 zu mischen und ohne die obigen Probleme zu haben. Der Grund dafür besteht darin, dass die beiden Stoffe gleichzeitig verflechtet sind. Egal wie sich der Faserdurchmesser oder die Größe der Aktivkohleteilchen 2 ändern, können die hohe Gleichmäßigkeit und die Strukturstabilität des adsorptiven Filtermittels 8 nur erreicht werden, wenn die Kurzfasern 1 und die Funktionsteilchen 2 gut zusammenpassen.
  • Nachdem das Filtermittel 8 geformt ist, wird die Aufnahme hauptsachlich von der Aufnahmeschicht 82 durchgeführt, die von den Kurzfasern 1 und den Aktivkohleteilchen 2 verflechtet. Beide Stoffe sind von den Luftströmungen verbreitet. Nach der Mischung sind beide Stoffe in den Mehrschichten-Formungsbereich 5 aufgebracht. Da sie in Außenform und in dreidimensionaler Struktur unterschiedlich sind, sind die Förderfähigkeit der Luftströmung und die gestapelte Dichte auch unterschiedlich. Die Aktivkohleteilchen 2 sind dreidimensional und unregelmäßig. Um die Luftströmung durch die in 6 gezeigte Struktur durchgehen zu lassen, muss sie den Zwischenraum zwischen den Aktivkohleteilchen 2 passieren. Daher ist der Zwischenraum zwischen den Aktivkohleteilchen 2 als Hauptkanal der Luftströmungen ausgebildet. Die Füllfasern 1 sind von den Aktivkohleteilchen 2 blockiert, sodass sie aufgestapelt sind, um eine Faseraggregat-Matrixstruktur zu bilden. Daher ist der Widerstand der ganzen Luftströmung gleichmäßig und die Geschwindigkeit der passierenden Luftströmung ist gleich, sodass die Aufnahmeschicht 82 des Filtermittels 8 eine stabile Struktur aufweist. Die dreidimensionale Struktur mit gleichmäßiger Dichte und Verteilung der Kurzfasern 1 und der Aktivkohleteilchen 2, wie in 4 gezeigt, kann nur durch das aerodynamische Verflechtungsverfahren erreicht werden.
  • Nachdem die Kurzfasern 1 und die Aktivkohleteilchen 2 geformt sind, passieren nur Teile der Luftströmungen die Oberfläche der Aktivkohle. Die meisten Luftströmungen passieren die Zwischenräume zwischen den durch das aerodynamische Verflechtungsverfahren geformt Kurzfaseraggregaten 1, da ihre Dichte gleichmäßig ist, der von den Kurzfaseraggregaten 1 verursachte Luftströmungswiderstand gleich ist und sogar kleiner ist als der von den Aktivkohleteilchen 2 verursachte Luftströmungswiderstand. Daher passieren die meisten Schadstoffteilchen die Zwischenräume zwischen den Kurzfasern 1. Wenn die Kurzfaseraggregate 1 derart verbunden sind, dass die Schadstoffteilchen direkt durch, das Filtermittel 8 durchdringen, vermögen die Aktivkohleteilchen 2 ihre Wirkung nicht auszuüben.
  • Der Hauptpunkt der Funktionen des Aktivkohle-Filtermittels 8 besteht darin, die verschlungenen Strömungskanäle zu bilden und die Kontaktfläche mit den Aktivkohleteilchen 2 zu vergrößern. Hinsichtlich dieses Gedankens sind noch keine relevanten Erfindungen vorhanden. Die Voraussetzungen des aerodynamischen Verflechtungsverfahrens bestehen hauptsachlich darin, dass die Kurzfasern 1 und die Aktivkohleteilchen 2 durch Luftströmungen gleichmäßig verteilt und anschließend dreidimensional verflechtet sind. Beide Stoffe müssen gleichmäßig sein. Danach wird das soweit geformte Filtermittel 8 wärmebehandelt (siehe 2) und in den Wärmebehandlungsbereich 6 mit Hilfe der Formungsmatrix 52 gebracht. Nun wird das Filtermittel 8 mit einer Schicht der positionierenden Formungsmatrix 54 bedeckt, die sich oben am Filtermittel 8 befindet. Je nach Herstellungsgeschwindigkeit und Grundgewicht des Filtermittels 8 wird die wärmebehandelte Temperatur im Bereich von 120 °C bis 180 °C beibehalten. Anders als es, dass die Wärmebehandlung durch einen einfachen Heizkörper oder zyklischen Heißwind durchgeführt wird, verwendet die vorliegende Erfindung das ferne Infrarot, das als Wärmequelle dient, während die Ansaugvorrichtung 62 unter dem Filtermittel 8 angeordnet ist, damit die heiße Luftströmung durchdringt, wodurch das Filtermittel 8 gleichmäßig erhitzt wird. Da die Saugluft unter dem Filtermittel 8 vorgesehen ist, ist die Saugkraft um so größer je mehr sich die Schicht des Filtermittels 8 der Saugluft nähert und umgekehrt. Daher weist das Filtermittel 8 eine Struktur auf, deren Schichten von oben nach unten immer dichter sind. Eine solche Struktur spielt eine wichtige Rolle in der Aufnahmefähigkeit. Wenn das wärmebehandelte Filtermittel 8 den Wärmebehandlungsbereich 6 verlässt, tritt es in den Kühlungsbereich 7 ein. Wenn das Filtermittel 8 gekühlt wird, ist auch eine andere Ansaugvorrichtung 71 unten angeordnet, um die Saugluft herzustellen, wodurch die Strukturkonsistenz während der Formung, Wärme- und Kühlungsbehandlung gewährleistet ist. Mit anderen Worten muss die Struktur von oben nach unten immer dichter sein.
  • Nachdem die Kurzfasern 1 wärmebehandelt sind und ihren Schmelzpunkt erreichen, fängt die Oberfläche der Kurzfasern 1 zu schmelzen an, wobei eine Wärmekontraktion erzeugt wird. Wird die Oberfläche geringfügig. geschmolzen, sind die Kurzfasern 1 und die Aktivkohleteilchen 2 zusammengefügt, während die Kurzfasern 1 auch miteinander zusammengefügt sind und sich schrumpfen lassen. Nach der Wärmebehandlung führt das Zusammenfigen zwischen den Kurzfasern 1 des Filtermittels 8 zur Erhöhung der Strukturstärke und -konsistenz, während die Weichheit der Kurzfasern 1 beibehalten wird. Daher verbessert die Flexibilität des Filtermittels 8 die Formungswirkung. Hingegen werden die Aktivkohleteilchen 2 durch die Wärmebehandlung nicht geschmolzen und geschrumpft. Die Wärme dient als wichtige Energie zum Zusammenfigen der Aktivkohleteilchen 2, da die Aktivkohle durch Erwärmung entfeuchtet und somit wieder aktiviert werden kann, sodass die Aufnahmefähigkeit maximiert werden kann. Dieses Zusammenfigen benötigt keine Klebestoffe, um die Struktur zu verstärken. Darüber hinaus wird die Oberfläche der Aktivkohleteilchen 2 mit dem Klebestoff nicht bedeckt, sodass die adsorptive Oberfläche groß ist, um die Aufnahmefähigkeit zu erhöhen.
  • Wärme ermöglich es, die Fasern schrumpfen zu lassen. Daher schrumpfen die in Zwischenräumen zwischen den Aktivkohleteilchen 2 gefüllten Faseraggregate (siehe 5 und 7), sodass die Zwischenräume zwischen Kurzfasern 1 reduziert sind und eine dichtere Struktur der Faseraggregate erreichen. Daher bietet die geformte Struktur den Luftströmungen einen größeren Widerstand. Die Zwischenräume zwischen den Kurzfasern 1 und den Aktivkohleteilchen 2 werden vergrößert, weil die Aktivkohleteilchen 2 nicht schrumpfen, während die Kurzfasern 1 schrumpfen. Und die dreidimensionale Blockierungswirkung der Aktivkohleteilchen 2 fihrt nicht zu einer großen Verschiebung, wobei die Größe der Zwischenräume beibehalten wird. Deswegen werden die Zwischenräume zwischen den Kurzfasern 1 und den Aktivkohleteilchen 2 vermehrt, wobei die Struktur an dieser Stelle locker und dünn ist (siehe 7). Wenn die chemische Schadstoff-Strömung das Aktivkohle-Filtermittel 8 passiert, dienen die Zwischenräume zwischen den Aktivkohleteilchen 2 und den zusammenziehenden Faseraggregaten als Strömungskanal, weil die Widerstände der Aktivkohleteilchen 2 und der zusammenziehenden Faseraggregate vorhanden sind. Daher wird die Kontaktwahrscheinlichkeit der Schadstoff-Teilchen in Luftströmungen mit den Aktivkohleteilchen 2 erhöht, sodass die Aufnahmefähigkeit verbessert wird. Außerdem ist die vorliegende Erfindung besser als das andere Aktivkohle-Filtermittel 8. Weil das Filtermittel 8 die dreidimensionale Struktur aufweist, ist der Strömungskanal verschlungen, sodass die Verweildauer verlängert wird, damit die Aktivkohleteilchen 2 die Schadstoff-Teichen länger aufnehmen, wodurch die gesamten Funktionen des Filtermittels 8 erhöht werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielmehr Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

Claims (7)

  1. Funktionsfiltermittel, insbesondere adsorptives Filtermittel, hergestellt in Anwendung einer aerodynamischen Verflechtungsmethode mit den Merkmalen: a) eine Schutzschicht (81), die sich auf dem Filtermittel (8) befindet und hauptsächlich aus Kurzfasern (1) besteht, wobei sie einen dichteren stapelnden Zustand zeigt; b) eine Aufnahmeschicht (82), die sich oben auf der Schutzschicht (81) befindet und hauptsächlich aus Funktionsteilchen (2) besteht, die gleichmäßig mit Kurzfasern (1) derart verflechtet sind, dass eine dreidimensionale Struktur entsteht, wobei die aufgestapelte Dichte der Funktionsteilchen (2) kleiner ist, während die Dichte der Zwischenräume zwischen den wärmebehandelten Kurzfasern (1) größer ist, so dass verschlungene Wege für Luftströmungen zwischen den Kurzfasern (1) und den Funktionsteilchen (2) gebildet sind; und c) eine Strömungsausgleichsschicht (83), die sich oben auf der Aufnahmeschicht (82) befindet und hauptsächlich aus Kurzfasern (1) besteht, wobei sie einen leereren aufgestapelten Zustand zeigt.
  2. Funktionsfiltermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formungsmatrix (52) oben und unten am Filtermittel (8) angebracht ist.
  3. Verfahren zur Herstellung von Funktionsfiltermitteln, insbesondere von adsorptiven Filtermitteln in Anwendung einer aerodynamischen Verflechtungsmethode, mit den Prozessschritten: a) Einbringen von Kurzfasern (1) und Funktionsteilchen (2) in ein Luftgebläse (3), wobei eine die Funktionsteilchen (2) tragende Blasluftströmung (21) von der Mitte ins Luftgebläse (3) eintritt, wodurch die Kurzfasern (1) und die Funktionsteilchen (2) durch eine gemischte Luftströmung (41) von oben nach unten verbreitet werden und anschließend durch ein Luftführungsgerät (42) durchfließen, damit die Luftströmung vermag, die Kurzfasern (1) und die Funktionsteilchen (2) gleichmäßig in einen darunter befindlichen Mehrschichten-Formungsbereich (5) hineinzubringen; b) Verwendung einer Ansaugvorrichtung (51) unter dem Mehrschichten-Formungsbereich (5), um die Kurzfasern (1) und die Funktionsteilchen (2) nacheinander auf eine bewegliche Formungsmatrix (52) aufzubringen, wobei eine durch die Ansaugvorrichtung (51) Menge von Ansaugluft nach Wunsch einstellbar ist, um die Ansaugluft und die gemischte Luftströmung (41) zum Ausgleich zu bringen, wodurch eine von oben nach unten immer dichtere mehrschichtige Struktur gebildet wird; c) Weiterleiten des soweit geformten Filtermittels (8) an einen Wärmebehandlungsbereich (6), über dem eine Wärmequelle (61) zum Erwärmen des Filtermittels (8) vorgesehen ist, wobei die Wärmetemperatur im Bereich von 120°C bis 180°C liegt; und d) Weiterleiten des Filtermittels (8) an einen Kühlungsbereich (7).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsteilchen (2) Aktivkohle, Potassiumpermanganate-Impregnation-Aluminiumoxid und chemisch adsorptive Makromoleküle sein können.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusions-Misch-Transportbereich (4) als Mischkasten (43) ausgebildet ist, dessen Öffnung nach unten gerichtet ist, wobei das Luftführungsgerät (42) eine Anzahl von Luftführungsplatten umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmebehandlungsbereich (6) eine Ansaugvorrichtung (71) unter dem Filtermittel (8) vorgesehen ist und weiter zum Ansaugen von Luft arbeitet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlungsbereich (7) eine Ansaugvorrichtung (71) unter dem Filtermittel (8) vorgesehen ist und weiter zum Ansaugen von Luft arbeitet.
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