DE1090946B

DE1090946B - Method of making a multilayer, replaceable paper filter element

Info

Publication number: DE1090946B
Application number: DEF11345A
Authority: DE
Inventors: Clarke A Rodman
Original assignee: Fram Corp
Current assignee: Fram Corp
Priority date: 1952-03-15
Filing date: 1953-03-14
Publication date: 1960-10-13

Description

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen auswechselbaren Papier-Filterelements Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen auswechselbaren Papier-Filterelements. Es ist bekannt, Papierblätter, z. B. auf der Papiermaschine, aus einem aufgesch-,vemmten Faserbrei herzustellen, der mit löslichem, in der Wärme zunächst plastischem und durch Erhitzung aushärtbarem Kunstharz versetzt ist. Die Erfindung bezweckt, von diesem bisher zur Herstellung von Papier-Filterelementen bestimmter Formgebung der Filterblätter nicht angewendeten Papierherstellungsverfahren für die Zwecke der Formgebung und des Aufbaus eines aus übereinandergestapelten Filterblättern bestehenden Filterelements Gebrauch zu machen.Method of making a multilayer, replaceable paper filter element The invention relates to a method of making a multilayer replaceable paper filter element. It is known to use sheets of paper, e.g. B. on the paper machine, to produce from a suspended, blocked fiber pulp, which with soluble synthetic resin which is initially plastic when heated and which can be hardened by heating is offset. The invention aims from this so far for the production of paper filter elements certain shape of the filter sheets not used papermaking processes for the purposes of shaping and building one from stacked one on top of the other To make use of the existing filter element filter sheets.

Es ist bei dem vorgenannten Verfahren bekannt, durch Imprägnierung der einzelnen Fasern des Papierbreis mit dem Kunstharz ein durchgehend imprägniertes Papier zu schaffen. Das auf diese Weise hergestellte bekannte Papier ist praktisch nicht mehr porös, so daß es als Filterpapier nicht verwendet werden kann. Es ist ferner bekannt, harzgetränkte Filterblätter herzustellen, wobei durch Polymerisation des Tränkungsmittels ein äußerer Überzug der Filterblätter gebildet wird, der die Poren schließt und ferner dazu dient, die sich berührenden Oberflächen der zu einem Filterelement übereinandergestapelten Filterblätter miteinander zu verkleben. Es ergibt sich in diesem Fall ein Filterelement, bei dem das zu filtrierende Medium praktisch kaum noch durch die nicht mehr porösen Filterscheiben hindurchgeht, sondern die Filterwirkung im wesentlichen durch Spalten zwischen den üblicherweise mit übereinanderliegenden Öffnungen versehenen Filterblättern und an dem Rand der Filterblätter erreicht wird.It is known in the aforementioned method by impregnation the individual fibers of the paper pulp are impregnated throughout with the synthetic resin To create paper. The known paper produced in this way is practical no longer porous, so that it cannot be used as filter paper. It is also known to produce resin-impregnated filter sheets, by polymerization of the impregnating agent an outer coating of the filter sheets is formed, which the Closes pores and also serves to form the contacting surfaces of the To glue the filter element stacked filter sheets together. It In this case, the result is a filter element in which the medium to be filtered practically hardly passes through the no longer porous filter discs, but the filter effect essentially through gaps between the usually superimposed Filter sheets provided with openings and at the edge of the filter sheets is achieved.

Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, ein Filterpaket aus einer Mehrzahl von eng übereinanderliegenden Schichten von porösem Material herzustellen, deren Oberflächenunebenheiten als Kanäle zur Filtrierung des Mediums dienen und die mit einem polymerisierten Stoff getränkt sind, wobei die einzelnen Schichten des ganzen Filterpakets durch Polymerisation des Tränkungsmittels zu einer Einheit vereinigt sind. Auch bei einem solchen Randfilterpaket entsteht die Filterwirkung vorwiegend durch die hohlen Räume zwischen den Scheiben oder Schichten und nicht durch die praktisch kaum noch vorhandene Porosität der Filterblätter, die bei der Tränkung schon als fertiges Papier vorliegen.It has also already been proposed, a filter package from a To produce a plurality of closely spaced layers of porous material, whose surface irregularities serve as channels for filtering the medium and which are impregnated with a polymerized substance, the individual layers of the entire filter package through polymerization of the impregnating agent to form a unit are united. The filter effect is also created with such an edge filter package mainly through the hollow spaces between the panes or layers and not due to the practically hardly any porosity of the filter sheets left in the The impregnation is already available as finished paper.

Schließlich ist es auch bekannt, fertige Papierfilterscheiben, die paarweise je einen am Umfang geschlossenen Hohlraum für das Filtrat miteinander bilden und in solchen Paaren in Abstand voneinander übereinandergestapelt werden sollen, zu diesem Zweck über ihre ganze Fläche und besonders am Rand mit einem härtbaren Harz zu imprägnieren und die Umfangsränder der Scheiben paarweise zusammenzupressen und durch Erhitzen des Harzes zu verkleben, wobei ihre mittleren Teile in Abstand voneinander gehalten und nicht so weitgehend imprägniert und gehärtet werden, so daß sie porös bleiben.Finally, it is also known to manufacture ready-made paper filter disks that in pairs, a cavity closed on the periphery for the filtrate with each other and are stacked in such pairs at a distance from one another should, for this purpose, over their entire surface and especially at the edge with a hardenable Impregnate resin and press the peripheral edges of the disks together in pairs and by heating the resin to glue them together with their central parts spaced apart kept from each other and not so largely impregnated and hardened, so that they remain porous.

Zum Unterschied von diesem Verfahren will die Erfindung ein Papier-Filterelement schaffen, bei dem die Papierscheiben mit bündiger Flächenberührung übereinanderliegen, ein umständliches Abstandhalten bei ihrer Verbindung und eine gesonderte Behandlung ihrer Ränder vermieden und Raum für den ganzen Stapel gespart wird. Zu diesem Zweck und abweichend von den bekannten Verfahren, bei denen erst ein stark imprägniertes, praktisch nicht mehr filtrierfähiges Papier hergestellt wird, bevor die Filterblätter zu einem Filterstapel verbunden werden und abweichend von den weiteren bekannten Vorschlägen, die auch von fertigem Papier ausgehen, macht die Erfindung von dem für gewöhnliche Papierherstellung an sich bekannten Verfahren in der Weise Gebrauch, daß schon bei der Imprägnierung der Fasern und der Herstellung der Filterblätter diese, während das Harz noch in plastischem Zustand ist, zu einem Filterelement verbunden werden und gleichwohl eine Porosität der Filterblätter erhalten bleibt, bei der die Filterwirkung unter Durchströmung der Filterblätter herbeigeführt wird. Eine solche Porosität ist in an sich bekannter Weise gegeben, wenn die nach Gurley gemessene Porosität der Filterblätter 0,5 bis 30 Sekunden beträgt. Die mit dem Gurley-Densitometer gemessene Porosität bezeichnet dabei diejenige Zeit, in der 100 ccm Luft durch 1/4 US-Quadrat-Zoll Oberfläche von Papier unter einer Belastung von 5 US-Unzen (oz), d. h. durch eine Oberfläche von 1 cm2 bei einer Belastung von 88 g hindurchgehen.In contrast to this method, the invention seeks a paper filter element create, in which the paper discs lie on top of each other with flush surface contact, a cumbersome distance when connecting them and a separate treatment their edges are avoided and space is saved for the whole stack. To this end and deviating from the known processes, in which a heavily impregnated, practically no longer filterable paper is produced before the filter sheets be connected to a filter stack and different from the other known The invention makes proposals that also start from finished paper for ordinary papermaking processes known per se in the manner use, that already with the impregnation of the fibers and the manufacture of the filter sheets this, while the resin is still in a plastic state, to a filter element are connected and at the same time the porosity of the filter sheets is retained, in which the filter effect is brought about by flowing through the filter sheets. One such porosity is given in a manner known per se if the porosity of the filter sheets measured according to Gurley is 0.5 to 30 seconds. The porosity measured with the Gurley densitometer denotes the time in 100 cc of air by 1/4 US square inch surface of paper under one Load of 5 US ounces (oz), i.e. H. through a surface of 1 cm2 with a load of 88 g pass through.

Das angestrebte Ziel der Erfindung wird nun insgesamt dadurch erreicht, daß aus einem in bekannter Weise mit löslichem, in der Wärme zunächst plastischem und aushärtbarem Kunstharz versetzten Faserbrei aufgeschwemmte Filterblätter in teilweise getrocknetem, aber noch nicht ausgehärtetem Zustand, gegebenenfalls nach ihrem vorherigen Erwärmen und Ausschneiden der erforderlichen Profile, einzeln zu flächigen Filterteilen geformt und mit bündiger Flächenberührung aneinanderliegend, übereinandergestapelt werden, wonach das so gebildete Filterelement als Ganzes der Einwirkung von Druck und/oder Hitze ausgesetzt und hierdurch zugleich mit einer Aushärtung des Harzes eine Verbindung sich berührender Flächen oder Kanten der Filterteile durch das die einzelnen Fasern umgebende Harz und eine Versteifung des ganzen Filterelements herbeigeführt wird.The intended aim of the invention is now achieved overall by that from a known way with soluble, initially plastic in the heat and hardenable synthetic resin mixed with fiber pulp floating filter sheets in partially dried, but not yet hardened state, if necessary after their prior heating and cutting out the required profiles, individually flat filter parts shaped and flush with each other, are stacked, after which the filter element thus formed as a whole Exposure to the action of pressure and / or heat and thereby at the same time with a Hardening of the resin a connection of touching surfaces or edges of the filter parts by the resin surrounding the individual fibers and a stiffening of the entire filter element is brought about.

Es wurde schon vorgeschlagen, Formkörper mit porösem Gefüge und mit profilierter Außenform, insbesondere Bauelemente, aus mit härtbarem Bindemittel imprägnierten Faserstoffen durch Anwendung von Druck und Hitze in einem Stück herzustellen und dann nach Aushärtung in einzelne Profilstücke aufzuteilen. Dabei ergibt sich keine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels und keine gleichmäßige Porosität, wie sie für ein Filter benötigt wird, weil Hitze und Druck auf die Außenschichten des Formkörpers zuerst und anders als auf seine Innenschichten einwirken. Die Erfindung geht zur Vermeidung dieser Nachteile daher den umgekehrten Weg, zuerst einzelne, noch nicht ausgehärtete Filterteile aus papierartigen Filterblättern zu formen und den gesamten Filterkörper erst nachträglich durch Zusammenstellung der Teile zu bilden und dann erst auszuhärten.It has already been proposed that molded bodies with a porous structure and with Profiled outer shape, in particular structural elements, made of a hardenable binder to manufacture impregnated fibers in one piece by applying pressure and heat and then split into individual profile pieces after hardening. This results in no uniform distribution of the binder and no uniform porosity, as it is needed for a filter because of heat and pressure on the outer layers of the molded body act first and differently than on its inner layers. The invention to avoid these disadvantages therefore goes the opposite way, first individual, to form not yet hardened filter parts from paper-like filter sheets and the entire filter body is only added later by assembling the parts form and then harden.

Dadurch wird auch erst die Möglichkeit gegeben, ein als Stapel von Filterscheiben zusammengesetztes einstückiges Filterelement mit Schichten bzw. Scheiben herzustellen, die in Stapelrichtung abwechselnd versetzt zueinander ausgesparte Profile, z. B. sektorförmige Ausschnitte, besitzen, die zwischen nicht ausgeschnittenen Teilen der benachbarten Schichten liegen.This also only gives the possibility of a stack of Filter disks A one-piece filter element made up of layers or disks to produce the recessed alternately offset to one another in the stacking direction Profiles, e.g. B. sector-shaped cutouts have that between not cut out Parts of the adjacent layers lie.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzielung der gleichen Steifigkeit, der gleichen Wasserbeständigkeit und der gleichen Festigkeit des Filterelements weniger Harz als bei den bekannten Verfahren benötigt. Im Vergleich zu den nach diesen Verfahren hergestellten Filtern wird die Filterwirkung durch Aufrechterhaltung der Porosität des Papiers erhöht. Das Harz wird so gewählt, daß es nach der zur Kondensation führenden Polymerisation beständig gegen Wasser und gegen Säuren ist, insbesondere gegen solche, die aus Kohlenwasserstoffen oder aus in der Hitze erhaltenen Zersetzungsprodukten von Kohlenwasserstoff bestehen. Als Harz kann demgemäß polymerisierbares Imprägnierharz, z. B. Phenolformaldehydharz oder Harnstoff- oder Melaminformaldehydkunstharz, verwendet werden. Es wird in solcher Menge angewendet, daß sich in dem porösen zelligen Papierverband ein fester, abgesetzter Harzanteil von 20 bis 60 Gewichtsprozent des getrockneten Papiers ergibt.Using the method according to the invention is used to achieve the same rigidity, water resistance and strength of the filter element requires less resin than with the known method. In comparison the filter effect of the filters produced by this process is evident Maintaining the porosity of the paper increases. The resin is chosen so that it is resistant to water and after the polymerization leading to condensation against acids, especially against those made from hydrocarbons or from decomposition products of hydrocarbons obtained in the heat. as Resin may accordingly be polymerizable impregnating resin, e.g. B. phenol formaldehyde resin or urea or melamine formaldehyde resin can be used. It will be in such Amount applied that a solid, settled in the porous cellular paper dressing Resin content of 20 to 60 percent by weight of the dried paper gives.

Für die Herstellung des Papierbreis können z. B. lange Fasern aus Fichten oder Kiefernholz, Baumwollinter oder Sisalhanf verwendet werden.For the production of the paper pulp, for. B. long fibers Spruce or pine, cotton sinter or sisal hemp can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 schaubildlich ein gemäß der Erfindung hergestelltes Filterelement, Fig. 2 eine Stirnansicht des Filterelements nach Fig. 1 bei weggelassener Endkappe, Fig. 3 in größerem Maßstab eine Draufsicht auf das bei einem Filterelement nach Fig. 1 und 2 verwendete Filterpapier, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3 und Fig. 5 eine Draufsicht auf eine der Filterscheiben des Filterstapels nach Fig. 1.The method according to the invention is described below, for example Hand of the drawing illustrated, namely Fig. 1 shows a perspective view The filter element manufactured according to the invention, FIG. 2 is an end view of the filter element according to Fig. 1 with the end cap omitted, Fig. 3 on a larger scale a plan view on the filter paper used in a filter element according to FIGS. 1 and 2, Fig. 4 shows a section along the line 4-4 of FIG. 3 and FIG. 5 shows a plan view of a the filter disks of the filter stack according to FIG. 1.

Die Imprägnierung der Fasern ist in Fig. 3 und 4 der Zeichnung an den Stellen 10 für die Fasern 11 gezeigt. Sie ergibt ein besseres Papier für Filterzwecke, als wenn ein Überzug auf das Papier nach dessen Fertigstellung aufgebracht würde, da ein solcher Überzug die Porosität des Filters störend beeinflußt.The impregnation of the fibers is shown in FIGS. 3 and 4 of the drawing the locations 10 for the fibers 11 shown. It makes a better paper for filtering purposes, as if a coating were applied to the paper after its completion, since such a coating interferes with the porosity of the filter.

Das in der Zeichnung dargestellte Filterelement besteht aus einem Stapel von zwölf Scheiben, gemäß Fig.5, die, wie bei 14 in Fig. 1 gezeigt, gestapelt übereinanderliegen. Bei der Übereinanderstapelung der Scheiben werden diese jeweils um 60° gegeneinander versetzt angeordnet, so daß ihre Lappen 15 jeweils über einer Ausnehmung 16 der benachbarten Scheiben liegen. Auf diese Weise braucht man drei dieser Scheiben, um ein vollständiges Zwischenelement des Stapels zu bilden. Die Stapelung der Scheiben erfolgt in dieser gegeneinander versetzten Lage der Einzelscheiben bis zu der Höhe, die als axiale Länge des Filterelements benötigt wird. Die Scheiben werden mit Hilfe geeigneter Organe axial zueinander ausgerichtet, z. B. mittels ihrer sechseckigen Mittelöffnungen 17, die zusammen eine Mittelbohrung des fertigen Filterstapels bilden. Wenn dieser Stapel in der gewünschten Höhe hergestellt worden ist, werden Endplatten 18 und 19 an der Oberseite und an der Unterseite gemäß Fig. 1 mittels Flanschen angebracht. Diese Endplatten können aus dem gleichen, mit Kunstharz behandelten Papier bestehen wie die einzelnen Filterscheiben. Die Scheiben werden im Stapel dadurch in ihrer gegenseitigen Lage festgelegt, daß der Stapel auf eine Temperatur von 93 bis 175° C, bei der das Kunstharz erweicht, erhitzt und unter einen Druck von 7 kg/cm2 oder mehr gesetzt wird; ein Druck von im wesentlichen 70 kg/cm2 hat sich als zweckmäßig erwiesen.The filter element shown in the drawing consists of one Stack of twelve disks, as shown in FIG. 5, which, as shown at 14 in FIG. 1, are stacked lie on top of each other. When the panes are stacked one on top of the other, they are each arranged offset from one another by 60 °, so that their tabs 15 each over a Recess 16 of the adjacent discs lie. That way you need three these discs to form a complete intermediate element of the stack. the The panes are stacked in this offset position of the individual panes up to the height required as the axial length of the filter element. The disks are axially aligned with one another with the help of suitable organs, e.g. B. by means of their hexagonal central openings 17, which together form a central bore of the finished Form filter stack. When this stack has been made to the desired height is, end plates 18 and 19 on the top and bottom according to Fig. 1 attached by means of flanges. These end plates can be made of the same, with synthetic resin treated paper exist like the individual filter discs. The discs will determined in the stack in their mutual position that the stack on a Temperature from 93 to 175 ° C, at which the synthetic resin softens, heated and below a pressure of 7 kg / cm2 or more is applied; a pressure of substantially 70 kg / cm2 has proven to be useful.

Ist genügend Wärme zugeführt worden, um eine Polymerisation des Harzes bis zur Erhärtung herbeizuführen, so wird das Papier und zugleich das ganze Filterelement in der ihm gegebenen Gestalt versteift und behält diese Gestalt, wobei das Harz wasserunlöslich wird. Diese Polymerisation ist von dem Maß der zugeführten Wärme und/oder des angewendeten Drucks und von der Zeit abhängig, und man kann den einen Faktor auf Kosten des anderen ändern. Man erhält dabei die gewünschte Porosität der Filterblätter von 5/1o bis 30 Sekunden, gemessen nach dem Gurley-Densitometer. Die Filterblätter haben dann sämtlich sich selbst tragende Eigenschaften erhalten und erweichen auch dann nicht; wenn sie mit Wasser in Berührung kommen. Sie behalten ihre Lage im Stapel, ohne daß irgendwelche Halteorgane zu diesem Zweck erforderlich sind. Jede der durch die Übereinanderstapelung der Scheiben gebildeten Filterkammern sammelt die Verunreinigungen, während das Filtrat durch das Papier zur Mittelöffnung 17 strömt und aus dieser abgeführt wird. Das Filterelement als Ganzes kann in einem Metallbehälter untergebracht werden, der seinerseits in einem Filtergehäuse üblicher Art angebracht werden kann..Sufficient heat has been applied to polymerize the resin until it hardens, so becomes the paper and at the same time the entire filter element stiffens in the shape given to it and retains this shape, with the resin becomes insoluble in water. This polymerization is dependent on the amount of heat applied and / or the pressure applied and time, and you can choose the one Change factor at the expense of the other. The desired porosity is obtained of the filter sheets from 5/1 to 30 seconds as measured by the Gurley densitometer. The filter sheets have then all been given self-supporting properties and even then do not soften; when they come into contact with water. You keep their position in the stack, without any holding organs to this Purpose are required. Each of those formed by the stacking of the disks Filter chambers collects the impurities while the filtrate passes through the paper flows to the central opening 17 and is discharged from this. The filter element as The whole can be housed in a metal container, which in turn is in a Filter housing of the usual type can be attached ..

In gewissen Fällen können die Endplatten 18, 19 aus Metall bestehen, und in diesem Fall wird Zweckmäßig ein zusätzliches Klebemittel zur Befestigung der Platten in ihrer Lage angewendet.In certain cases the end plates 18, 19 can be made of metal, and in this case an additional adhesive is expedient for fastening of the plates applied in their location.

Claims

PATENT CLAIM: A method for producing a multi-layer replaceable paper filter element, characterized in that from a fiber pulp mixed in a known manner with soluble, initially plastic and curable synthetic resin, filter sheets in a partially dried but not yet cured state, optionally after their previous one Heating and cutting out the required profiles, individually shaped into flat filter parts of different shapes and lying next to one another with flush surface contact, after which the filter element thus formed is exposed as a whole to the action of heat and / or pressure and thereby at the same time with a hardening of the resin a connection of the touching surfaces of the filter parts is brought about by the resin surrounding the individual fibers and a stiffening of the entire filter element. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 885 347, 421 512; U.S. Patent Nos. 2,569,243, 2,501582, 2,375,246, 2,103,572, 1966,458. Earlier patents considered: German Patent No. 932,792.