-
B e s c h r e i b u n g Elektrostatische Gasfilter Die Erfindung befaßt
sich mit problemen der AUschei-Ladung von Schwebstoffen in Gasen insbesondere mit
@ilfe sehr wirksamer Gasfilter für die Abscheidung von geladenen und ungeladenen
feinen Teilchen, vorzugsweise in der Grössenordnung von Uber ca. 0,2 µ aus den sie
mitführenden Gasströmen. Bei den erfindungsgemässen Filtereinheiten handelt es sich
um eine neuartige Anordnung von einer ineinandergreifenden @asse von speziellen
Fäden, Fadenbündeln, Garnen oder Eadenelementen, wobei eine ganz bestimmte elektrostatische
Ladung aufrechterhalten wird.
-
Die erfindungsgemässen Filtereinheiten sind ganz besonders zweckmässig
bei der Luftreinigung, Klimatisierung
und in Belüftungssystemen.
-
Es sind asfilter mit im allgemeinen elektrisch geladenen Massen von
Fäden oder Strängen beispielsweise aus den US-Patentschriften 2 597 927 und 2612
966 bekannt, wo Fadenmaterial angewandt wird, welches sich elektrostatisch aufladet,
wenn ein Gasstrom dar-über streicht. Es sind andere Filtereinheiten aus der US-Patentschrift
2 573 964 bekannt geworden, wo Filze aus verfilzten natürlichen Fasern anewandt
werden, wobei diese Filze mit elektrisch geladenen Teilchen aus einem Rarzmaterial
überzogen sind. ei den bekannten Filter einheiten scheint es, daß eine Nettoladung
der einen oder der anderen Polarität sich auf der ganhzen Masse der Fäden oder Teilchen
entwickelt. Es zeigte sich, daß eine derartige Ladung die e Schwebstoffabscheidung
nur in set begrenztem Ausmaß verbessert In der US-Patentschrift 2 740 104 werden
Folien oder Gewebe aus Füden oder Garnen beschrieben, die elektrostatisch @ermanent
polarisiert wurden. Es scheiht, daß diese Arten von Garen oder Folien positive oder
negative La@un@ besitzen und damit auf den Fäden oder Folien eine @ettoladung von
null auftritt.
-
Es wurde festgestellt, daß die bekannten Filtereinheiten verschiedene
Nachteile und Unzulänglichkeiten as weisen. Bei Filtern beispielsweise, deren gesamte
Fadenmasse eine hohe Nettoladunr einer gegebenen Polarität aufweist, zieht die hohe
Nettoladung der Filtermasse Ionen der entgegengesetzten Polarität aus der Atmosphäre
der Umgebung Sn, ganz gleich ob das Filter in Betrieb steht oder nicht. Da die 3erüiirun
dieser Ionen mit entgegengesetzt geladenen Bereichen der Fadenmasse einen Teil der
Ladung dieser Bereiche neutralisiert, wird dadurch die Entladung oder Neutralisation
der Nettoladung des Filters beschleunigt und damit dessen Wirksamkeit und Betriebszeit
verringert. DarUberhinaus werden bei der Abscheidung pon geladenen Schwebstoffen
aus einem gasstrom Teilchen mit gleicher Polarität wie die geladene radenmasse des
Filtere in einem gewissen Ausmaß von einer Berührung ilt der Fadenmasse zurückgestossen;
dadurch wird die Entfernung derartizer Teilchen aus dem Gasstrom behindert oder
überhaupt unmöglich. Dies ist sehr unzweckmässig. Bei einer Masse geladener Fäden
gleicher Polarität besteht auch noch die Schwiergkeit, die Fäden in einem gewissen
Zusammenhalt zu erhalten und zwas wegen gegenseitiger Abstoßung. Die Stabilität
einer derartigen hohen ettoladung gegebener Polarität, insbesondere wenn die Ladung
nicht fest in den Fäden gebunden ist, ist nicht vllständig suiriedenstellend, da
die Berührung init ooer auch die alle von neutralen oder @eerdeten @auteilen zu
einem Ableiten oder
einer Terschietung der Ladung führt. Auch Filtereinheiten
mit Fäden oder Folien, jeweils mit positiv und negativ geladener Bereichen für eine
Nettoladung null der Fadenmasse oder Folie, scheinen verschiedene Nachteile aufzuweisen
hinsichtlich der Stärke der Ladung, der angestrebten Ladungsverteilung der Wirksamkeit
des Feldes für die Schwebstoffabscheidung und der Herstellungeprobleme.
-
Die Erfindung bringt nun neue Gasfiltereinheiten mit einer bemerkenswert
hohen Abscheidungsleistung ohne die Nachteile der bekannten Filtereinheiten. Nach
der Erfindung enthalt die Filtereinheit im allgemeinen eine gasFurchlässige, lose
gepackte Masse aus Fadenelementen, bestehend aus einer 1. Gruppe von Fadenelementen
mit einer hohen Dichte der negativen Nettoladung und einer 2. Gruppe von Fadenelementen
mit einer hohen Dichte der positiven Nettoladung und unterschiedlichen triboelektrischen
Eigenschaften, wobei die Padenelemente der 1. Gruppe im allgemeinen räumlich nahe
den einzelnen Fadenelementen der 2. Gruppe angeordnet sind und die Filtereinheit
gegebenenfalls vorzugsweise noch eine lonenfalle in Zusammenarbeit mit der Masse
der Fadenelemente aufweist, um zu verhindern, daß aus dem Gasstrom Gasionen die
Masse der Fadenelemente erreichen und damit deren elektrostaitische Ladung herabsetzen.
-
Es gibt eine ganze Anzahl von Paaren mit genügenden Unterschieden
hinsichtlich der triboelektrischen Zigenschaften, die als Elemente bei den erfindungsgemassen
Filtereinheiten geeignet sind. Ee wird jedoch die Verwendung eines Gemischs von
zwei Fädenarten unterschiedlicher triboelektrischer Eigenschaften bevorzugt und
nicht ao sehr Gemische enthaltend FAden mit einem Überzug der einen oder anderen
Art. Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtereinheiten
wird die 1. Gruppe der Fadenelemente von einem bestimmten synthetischen, organischen
Polymerisat und die 2. Gruppe der Fadenelemente von einem chemisch unterschiedlichen,
synthetischen, oranischen Polymerisat gebildet.
-
Im folgenden sollen einige Begriffte definiert werden und zwar: "hettoladung"
(net charge) eines Fadenelements oder einer tasse von Fadenelementen mit sowohl
negativer als auch positiver, elektrostatischer Ladung ist die Differenz zwischen
aer Ladung des einen Vorzeichens und der Ladung des anderen Vorzeichens oder umgekehrt,
wobei immer von des raseren Wert ausgegangen wird.
-
"Ladungspaar" oder "paarige Ladung" (paired net charge) einer lasse
aus Fadenelementen mit einer elektrostatischen
Ladung im Sinne
der Erfindung ist der Wert der negativen Nettoladung einzelner Fadenelemente, dem
ein entsprechender Art von positiven Nettoladungen anderer einzelner t'adenelemente
gegenüber steht. Die Grösgenordnung der Ladungspaare wird definiert als zweimal
die kleinere Summe und zwar 1. die Summe der negativen Nettoladungen der Fadenelemente,
welche einzeln eine negative Nettoladung tragen, oder 2. die Summe der positiven
Nettoladung von Fadenelementen, welche einzeln eine positive Nettoladung tragen.
Um dies zu verdeutliche@ kann folgendes gesagt wurden: In einer Masse von Fadenelementen
mit einer paarigen Ladunggieich der Nettoladung der Masse von Fadenelementen als
Cranzes ist die Summe der Nettoladungen der Padenelemente, die einzeln eine Nettoladung
der vorherrschenden Polarität besitzen, dreimal so groß als die von Fadenelementen
mit einzeln einer Nettoladung der untergeordneten Polarität.
-
Dichte der paarigen Ladung (paired net charge density) in einer Masse
von Fadenelementen ist der Quotient aus der paarigen Ladung in der Masse und der
gesamten Oberfläche der l'adenelementee "Nettoladungsdichte" (net charge density)
einer Masse der Fadenelemente ist der Quotient aus der Nettoladung der
Masse
von Fadenelementen als Ganzes und der gesamten Oberfläche der Fadenelemente in der
Xasse.
-
"Fadenelement" (filamentary element) bedeutet Fasern, Fäden, Gerne,
Fedenbündel, -stränge und dgl.
-
Die Erfindung wird anhand beiliegender Figuren nkher erläutert: Fig.
1 ist eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemässen Gasfiltreinheit teilweise
in Draufsicht mit entfernten Teilen, Fig. 2 ist eine Teilansicht der Filtereinheit
aus Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2.
-
Fie. 3 ist eine schematische Teilansicht der regellosen Anordnun und
tage der Fadenelemente in der gasdurchlässigen Filtermasse bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, wobei positiv geladene Teile der Fadenelemente schwarz
und negativ geladene Teile weiß gezeichnet sind.
-
Fig. 4 zeigte einelsometrische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
nach der Erfindung, ähnlich der Ausführungsform der Fig. 1,
Fig.
5 zeigt in einem Diagramm die Durchlässigkeit des Filters gegen die Dichte der paarigen
Ladung.
-
Fig. 6 bringt in einem Diagramm den theoretischen Entstaubungsgrad
gegen die Dichte der paarigen Ladung.
-
Die errindunsemasse- Filtereinheit wird zuerst anhand der Figuren
im Detail erklärt und dann die Prinzipien und die Funktionsweise diskutiert. Es
schliessen sich dann Angben. über die Arten der Faden elemente für die erfindungsgem@sse
Filtereinheit an.
-
Die erfindungsgemässe Filtereinheit hat wesentliche Bedeutung bei
der Filtrierung von Gasen zur Abscheidung von Schwebstoffen. Sie findet verschiedene
industrielle Anwendungen und bietet einige technische Vorteile, so daß ein weites
Anwendungsgeblet insbesondere bei der Luftreinigung im Haushalt, in der Industrie
und für militärische Zwecke gegeben erscheint.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung dient zum Filtrieren
von Luft und ist bei hoher Wirksamkeit für eine Förderleistung von 32 m3/min (1500ft/min)
fUr die Belastung von Lebensräumen außgeiegt,-Eine solche bevorzugte Ausführungsform
ist in Fig 4 gezeigt, 81e umfaßt ein Gehäuse 1, ein Vorfilter 2
eine
Ionenfalle 3, eine Filterpatrone 4 mit einem in Falten gelegten Filtermedium in
Form einer innigen @ischung von elektrostatisch geladenen Easern und eine Btromversorgungsanlage
5. Diese Einheit läßt sich in einen (nicht gezeigten) Luftkanal einbauen, der Führungsflansche
aufweist fAr einen dichten Anschluß an den Flansch 6 an der Eintrittsseite des Gehäuses
1 und Flansch 7 an der Austrittsseite des Gehäuses 1.
-
Damit wird der Luftkanal und das Gehause 1 zu einer ununterbrochenen
Einheit innerhalb des Belüftungssystems verbunden. In dem Luftkanal kann ein gebläse
oder dgl. ausserhalb des Filters angeordnet sein, um die zu filtrierende Luft durch
die Filtereinheit zu pressen.
-
Das Gehäuse 1 besitzt eine abnehmbare, dicht schließende Stirnplatte
8, befestigt auf der einen Seite des gehäuses 1 mit Hilfe der schrauben 9. Die Schienen
10 und 11 sind fest verbunden mit dem Gehäuse 1 und erstrecken sich rund herum um
dessen Innenwand einschließlich der Stirnplatte 8. Flansch 6 und Schiene 10 bildet
mit dem dazwischenliegenden Gehäuseteil einen Kanal, in welchem das Vorfilter 2
gleitbar und passend montiert ist. In ähnlicher Weise ist die Ionenfalle 3 in dem
kanal zwischen Schiene 10 und lt und dieFilterpatrone 4 zwischen
der
bchiene 11 und dem Ausgangsflansch 7 des Gehäuses @befestigt. Bei Abnahme der Stirnplatte
8 ist eine Weite des Vorfilters 2, der Ionenfalle 3 und der Filterpatrone 4 zu gänglich.
Jedes oder alle diese Bauteile können aus dem Gehäuse 1 ausgezogen werden. Auf ähnliche
Weise werden dann die ausgewechselten Bauteile eingeschoben. Ein dichter Abschluß
zwischen der Innenseite des Gehäuses 1 und dem Umfang von Vorfilter 2, Ionenfalle
3 und Filterpatrone 4 ist durch Einsetzen der Stirnplatte 8 und Anziehen der Schrauben
9 wieder erreicht. Das Gehäuse 1 kann aus Kunststoff geformt oder aus Folien- oder
Blechmaterial zusammengebaut sein.
-
Das Vorfilter 2 ist ein Abfangfilter üblicher Bauart.
-
Es dient zur Abscheidung von großem Staub, Fusseln, Spänen, Papierteilchen
und anderen Körpern, die von der Luft mitgenommen werden.
-
Die Ionenfalle 3 in der bevorzugten Ausführungsform enthält drei
Netze 13, 14, 15 aus verzinntem Eisendraht, Drahtstärke 0,5 mm (20 mil), Maschenweite
2,36 mm ( 8 mesh), Jeweils von 1,01 - 1,52 mm (0,04 - 0,06 inch) im Abstand voneinander
angeordnet, getrennt durch Netze 16, t7 aus isolierendem Kunststoff, Maschenweite
3,36 mm (8 mesh),
sa@wichartig angeordnet zwischen den 3 Metallnetzen.
-
Diese 5 Netze sind eben und berühren sich an ihrem Umfang mit Hilfe
eines Rahmens 23 aus isolierendem Kunststoffmaterial, wie z. B. Polyamid (Nylon).
Das mittlere Netz 14 wird isoliert von den Netzen 13 und 15 und den anderen, Teilen
der Filtereinheit mit Ausnahme eines elektrischen Kontakts zu dem Rahmen 23, der
einen entsprechenden Anschluß trägt. Auf diese Weise wird das mittlere Netz 14 aus
der Stromversorgung 5 auf eine Spannung von 300 V aufgeladen. Die beiden äußeren
Netze 13 und 15 sind vorzugsweise geerdet über entsprechende Anschlüsse am Rahmen
23, die leder mit der Erde der Stromversorgung in Verbindung stehen; wegen der Gefahr
eines elektrischen Schlages für das überwachende Personal oder beim Arbeiten an
der Filtereinheit ist dies so vorgesehen.
-
Die "oberflächliche" (superficiale) Luftgeschwindigkeit in der Ionenfalle
beträgt 120m/min (400 ft/min) und damit das Vierfache der Luftgeschwindigkeit im
Filtermedium, Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungBgemässen Filtereinheit
ist die Ionenfalle für eine sehr lange Filter wirksamkeit bei verbesserter Filterleistung
wesentlich bei der neuen Ladungsverteilung und hohen Dichte der paarigen Nettoladung
der Fäden des erfindungsgemässen Filtermediums.
-
Die Filterpatrone 4 umfasst ein Filtermedium, vorzugsweise aus einer
12,7 mm (0,5 in.) starken kardierten Padenmasse, 20/u Fadendurchmesser, 11t4 cm
(4,5 in.) Fadenlänge, Fäden aus Polyoxymethylen, zusammen mit Fäden aus Polypropylen
Fadendurchmesser 20/u, Fadenlänge 11,4 cm (4,5 in.), in solchen Mengen, daß im wesentlichen
gleiche Bereiche jeder Fadenart erreicht wird.
-
Päden gleicher Stärke im Bereiche von 15 - 30/u kann man im allgemeinen
wirksam anwenden. Feinere Fäden bringen vorteilhafterweise ein höheres Verhältnis
von Oberfläche zu Volumen, was für gute Filterleistung vorteilhaft ist, jedoch sind
damit höhere Kosten verbunden. Steife Fäden, auch stärker als 30/u können mit feinen
Fäden vermischt werden, um eine gekrempelte Fadenmasse zu erhalten, welche nicht
zusammenfällt, z. B. durch den Luftwiderstand innerhalb des Filtermediums. Während
des Betriebes muß in dem Filtermedium der gewünschte freie Querschnitt (voidfraction)
aufrechterhalten werden. B8 ist aber auch möglich, alle feinen Fäden oder Fadenelemente
starr und beständig gegen Biegen zu machen, so daß eine Masse aus Fadenelementen
erhalten wird, die durch den Luftwiderstand oder die Feldkräfte infolge der Ladung
der Fadenelemente nioht zubrammen fällt.
-
Geeignete Fäden besitzen an der Luft bei einer Temperatur von 220C
(720F) und einer relativen Feuchte von 33%' einen spezifischen Durchgangswiderstand
und einen spezifischen Oberflächen-widerstand - ausgedrückt als äquivalenter spezifischer
Oberflächenwiderstand - von mindestens ca. 1018#. Fäden und Fasern ohne eine Textilausrüstung,
was immer sie auch sein mag, werden angewandt, da Textilausrüstungen - welche normalerweise
fAr handelsübliche Textilfasern angewandt werden um einen Schmier- und/oder antistatischen
Effekt zu erreichen - den spezifischen Widerstand der Fäden so herabsetzen, daß
eine verbesserte Filterleistung des Filtermediums aus diesem Material sich als @achteil
erweist und zwar sowhl bei der Lagerung als auch bei Anwendung.
-
Die elektrostatische Aufladung des Fadenmaterials fUr die neue Ladungsverteilung
nach der Erfindung und zum Aufbau der erforderlichen Dichte der paarigen Nettoladung
an den Fäden wird erreicht durch ein kardieren oder Krempeln.
-
Mehrfädige Garne jeder Art werden in Stapellängen von ca.
-
25,4 - 142,4 mm (1 - 6 in.), vorzugsweise ca. 114,3 mm (4,5 in.) geschnitten
und dann in eine Kardiervorrichtung oder Erempelmaschine eingeb-racht. Dieses Stapelgarn
wird gekrempelt und in eine lasse von innig gemischten
und entsprechend
geladenen Fasern durch fünfmaligen Durchzug durch eine Krempelmaschine umgewandelt.
-
Für diesen Zweck ist eine übliche Karde mit einem Stahldraht-Belag
(steel fillet wire) auf einem Kardenpluisma, Wegnehmer und Vorreißwalze assmmen
mit einem mit Stahlsägezähnen versehenen Bezug der Arbeitsrolle und einem Stripper.
Geeignet weder Vorrichtungen noch Maßnahmen, die normalerweise zur Entfernung der
elektrostatischen Ladung von kardierten Produkten angewandt werden, sollen bei kardierten
Fäden für den erfindungsgemässen Zweck zur Anwendung gelangen.
-
Es wird angenommen, daß das Belagsnetz (fillet wire) oder der Bezug
darauf während des Kardierens in einer triboelektrischen Zwischenbeziehung (intermediate
relationship) zu der Fadenart steht, um die gewünschte elektrostatische Ladung auf
den kardierten Fäden zu erreichen. Das Kardieren kann normalerweise in Luft bei
Bedingungen des Krempelsaals vorgenommen werden.
-
Es ist jedoch vorteilhafter, die Päden in Luft bei einer Feuchte von
weniger als 50% als darüber su karderen Die kardierte Masse wird auf die erforderliche
Dicke und den freien Querschnitt in der Grössenordnung von 0,95 - 0,98, vorzugsweise
0,97 verarbeitet. Bei Badenmassen mit gleichen Volumina Fäden aus Polyoxy -methylen
und Polypropylen entspricht ein Raumgewicht
von 29,6 kg/cm3 (1,95
lbs/cm.ft) einem freien Querschnitt von 0,37. Die Fadenmasse wird dann mit einer
Unterlage in Porm eines Kunststoffnetzes 18, Maschenweite 2,36 mm (8 mesh) mit Hilfe
eines hochschmelzenden Wachsklebers verbunden, wie er im Handel erhältlich ist in
Form von Vinylharzen, beispielsweise "Elvak". Dieser Kleber wird auf die mit der
Fadenmasse zu belagende Seite der Unterlage aufgebracht und abgekühlt, nachdem die
Fadenmasse und die Unterlage fest aneinandergebracht worden sind.
-
Es ißt aber auch möglioh, die Fadenmasse und eine thermoplastische
Netz-Unterlage zu beschichten durch thermische Kantenverstärkung (selb edging) von
Rücken an Rücken aufeinandergelegter Streifen. Bei diesem Verfahrensschritt kann
den man Streifen auch thermisch ritzen (score) in Querrichtung im Abstand von ungefähr
20 cm (8 in.), um starre Führungskanten 22 der Filterlagen zu erreichen, wenn diese
zu der Filterpatrone 4 zusammengebaut werden. Die mit Unterlage versehene Piltermasse
12 wird beschnitten auf 1,4 m2 (15,5 sq.ft.) enthaltend 0,54 kg (1,2 lbs) von gemischtem
Fadenmaterial und wird dann in der Art von Bändern (ribbon candy) gefaltet. Das
gefaltete Band
der mit Unterlage versehenen Fadenmasse wird in
einen offenen Rahmen 19 aus Pappe eingebracht und an eilen Berührungslinien für
einen im wesentlichen luftdichten Abschluß angeklebt. Dauerhafte Klebstoffe auf
der Basis von Kohlenwasserstoff-Kautschuk in flüchtigem Lösungsmittel sind für die
ion Zweck geeignet. Diese Berührungslinien umfassen die Wellenlinie 20 zwischen
dem unteren Ende des gefalteten Bandes aus mit Unterlage versehener Fadenmasse und
dem Bodenteil des Papperahmens sowie die entsprechende Wellenlinie am oberen Ende
deB gefalteten Bandes mit dem oberen Teil des Papperahmens und zwei gerade bsrührungslinien
21 (von denen nur eine gezeigt ist) zwischen den Enden des gefalteten Bandes und
den Seitenteilen des Papperahmens.
-
Die 80 erhaltene Filterpatrone 4 ist gleitbar in dem Gehäuse 1 montiert
und zwar mit der kardierten Fadenmasse in Richtung des Gasstromes und der Unterlage
aus Kunststoffnetz gegen die Strömungsrichtung. Bei der Anwendung sind die Vorderseite
und die Rückseite der Pilterpatrone offen, um einen freien Durchtritt der zu reinigenden
Luft durch das gefaltete Filter medium zu gestatten. Bei der Lagerung ibt die trockene
Filterpatrone vollständig eingeschlossen in einen
entfernbaren,
feuchtigkeitsdicht verschlossenen Sack, um die Zerstörung des Filters durch Eindringen
von Feuchtigkeit oder unreiner Luft in das Filtermedium während langer Zeit herab
zu setzen. während langer Zeit Die Stromversorgung 5 umfasst einen üblichen Gleichrichter
für 300 V Gleichstrom zum Betrieb der Ionenfalle aus einem Net: mit beispielsweise
110 V, 60 Hz. ist eine derartige Stromversorgung nicht vorhanden oder wirtschaftlich
verfügbar, so wird die Stromversorgung 5 eine einfache 300 V Trockenbatterie sein;
die Stromaufnahme ist weniger als A µ A, wobei eine Klemme mit dem mittleren verzinkten
Sisenneta 14 der Ionentalle 3 und die andere Klemme gegen Erde geschaltet ist.
-
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine sehr kompakte
wirksame Luftfiltereinheit. Die Kompaktheit ergibt sioh aus der verbesserten Filter
letotung des faserigen Filtermediums mit der neuen Ladungsverteilung naoh der Erfindung,
dem gefalteten Filtermedium und der Ionenfalle hoher Wirksamkeit bei höherer Luftgeschwindigkeit
von 120 min (400 ft/min) als das Filtermedium von 30 m/min (10 ft/min).
-
Das Gesamtvolumen der bevorzugten Filtereinheit ist nur ein Viertel
der üblichen hochwirksamen Abfangsfilter fUr gleiche Luftleistung. Die Luftgeschwindigkeit
an der Eintritt4Eeite des Filtermediums ist fünf mal so groß als bei üblichen Filtern.
Die Filterfläche des Filtermediums braucht daher nur 1/5 der üblichen Filter zu
sein, wobei keine Zunahme des Druckabfalls durch die gesamte Filter einheit auftritt.
Die Kompaktheit der bevoraugten Ausführungsform der Erfindung gestattet den Einbau
an Stellen, wo übliche Filter nicht verwendbar sind oder nur verbunden mit unerwünschter
Einengung des Lebensraumes.
-
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtereinheit
ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Es lassen sich mehrere davon Seite an Seite in
einEm Filterraum anordnen, um dem Lufteintritt eine grosse Filterfläche au bieten,
Ein übliches Abfangfilter (nicht gezeigt) ist normalerweise an der Lufteintrittsseite
Jeder Filterein heit vorgesehen. Jede Einheit ist ein in sich geschlossenes Filter
der Fig. 1. Sie umfa@t ein. Gehäuse 30, ein. Ionenfalle 31, eine Batterie 32 für
300 V Stromversorgung auf einem Ghas@s 46 und Duleitungen zu der Ionenfalle, ein
Filterbett 33 aua kardiertem, innig gemischtem, regellos angeordnetem Fasermaterial,
wodurch
eln Filtermedium mit dar neuer Ladungsverteilung nach der
Erfindung erröteht wird. und schließlich das Netz 94 an der Luftaustrittsseite.
-
Das Gehäuse 30 besteht aus einem verzinkten Eisenblech oder einem
anderen Metallblech. Das Gehäuse kann auch imprägnierter Pappe, Kunststofformkörper
oder aus einem anderen, elektrisch isolierenden Material bestehen, vorausgesetzt,
daß die erforderlichen Anschlüsse für die Bat. terie und ein abnehmbarer Deckel
35 für die Wartung der Batterie 32 vorhanden sind. Das Gehäuse ist so ausgeführt,
daß es in einen metallischen Halter eingeschoben werden kann.
-
Dieser ist mit Anschlußstutzen und Flanschen in der Luftleitung versehen,
passend zu dem Flansch 36 auf der Luft eintrittsseite des Gehäuses und dem Flansch
37 an der Luftaustrittsseite. Die ganze Einheit mit dem Gehäuse 30 befindet sich
in im wesentliohen luftdichter Verbindung innerhalb der L'uftströmung in der Leitung.
-
Die Ionenfalle 31 besteht aus zwei Netzen 38 und 39 und zwar aus
verzinktem Eisendraht, Masohenweite t x 1,4 mm (14 x 18 meah) und einem elektrisch
isolierenden Netz 40 aus Kunststoff, Maschenweite 1 x 1,4 mm (14 x 18 meeh) zwischen
den beiden Metallnetzen. Metallnetz 38 ist an
dem Metallgehäuse
30 punktgeschweisst oder gelötet an einem oder mehreren Punkten 41. Das Gehäuse
30 ist mit der einen Klemme der Batterie 32 über den ,Anschluß 44 und die Leitung
45 verbunden. Metallnetz 39 ist vom Gehäuse 30 elektrisch isoliert mit Hilfe eines
Winkelrahmens 42 aus geformtem Isoliermaterial, wie Polypropylen oder Vulkanfiber,
dieser ruht auf dem Isoliernetz 40 und reicht zwischen den Rand des Metallnetzes
39 und das Gehäuse 30. An das Netz 39 ist an der Stelle 43 ein Anschluß 47 zu der
anderen Klemme der Batterie punktgeschweißt oder angelötet. Das Metallnetz 38 und
das Gehäuse 0 können geerdet sein, während die Batteriespannung zwischen den Netzen
38 und 39 liegt und damit ein elektrisches Feld für die Ionenabfangung aus der durch
die Netze streifenden Luft aufrecht erhalten wird. Die Batterie kann auch in mehrteiligen
Anlagen (multiple-leaf installations) durch eine zentrale Stromversorgung, die in
üblicher Weise mit mehreren lonenfallen verbunden ist, ersetzt sein.
-
Das Filterbett 33 besteht aus gleichen Volumina Polyoxymethylen-Harz,
Dichte 1,@1 g/cm3, und Polypropylen-Harz, Dichte 0,905 g/om3 und zwar in Form von
Polyoxymethylenfäden 25/u und Polypropylenfäden 20 µ. Die gesamte Fadenoberfläche
verteilt sich zu 45 % 0 auf Polyo:ymethylen una eu 55. auf Polypropylen. Die Fäden
sind nicht mit einer Textilausrüstung versehen und zu mehrfädigen
Garnen
verarbeitet. Sie wurden auf eine Stapellänge von 11,4 cm (4,5 in.) geschnitten,
in entsprechenden Mengenverhältnissen gemischt, das Fadengemisch durchlief 5 mal
eine übliche Krempelmaschine zur Mischung und elektrostatischen Aufladung der Fäden
durch entsprechende Berührung und Reibung an der Karde. Die kardierte Fadenmasse
wurde zu einem gleichmässigen Filterbett mit einem Raumgewucht von 2,96 kgtm3 (1,85
lbs/ou.ft) verarbeitet und zwisehen die Netze 39 und 34, die in einem Abstand von
12,7 mm (0,5 in.) in der zusammengebauten Filtereinheit angeordnet sind, eingebracht.
Bei dem Prüffilter nach Fig. 1 wurden kleine Büschel von Bardierter Fadenmasse zur
Bildung des Filterbetts unter Verwendung von mit Elfenbein bestückten Zangen händisch
gepackt. Die kardierte Faden masse in dem Filter F) zeigte 3 Monate nach dem Kardieren
eine Dichte der paarigen Nettoladung von 2,28 x 10-9 C/cm2 der gesamten Fadenoberfläche,
die Nettoladungadlchte der Fadenmasse als Ganzes betrug jedoch nur 1,7 x 10-11 C/cm2
der gesamten Fadenoberfläche, das ist ein Verhältnis von 134:1.
-
CDas Netz 34 am austrittsende ist ein verzinktes Eisendrahtnetz,
Maschenweite 1 x 1,4 mm (14 x 18 mesh) und trägt das Fedenbett. Es kann aber auch
aus einem Kunststoffnetz
Maschenweite 2,38 mm (8 meah) bestehen,
da es nicht wesentlich ist, daß die Batteriespannung zwischen den Netzen 39 und
54 aufrechterhalten wird.
-
Das Filterbett 33 wird getragen von der Ionenfalle 31 in Strömungsrichtung
und von dem Netz 34 am Austrittsendegegen die Strmungsrichtung. In grossen Filtereinheiten
wird der Raum zwischen Ionenfalle 31 und Netz 34 am Austritt sende aufgeteilt in
Zellen mit der Grösse 26,7 x 26,7 x 1,27 cm (10,5 x 10,5 x 0,5 in.) mit Hilfe eines
Gitters aus dünnen Stäben von trockenem Holz, Polypropylenstreifen oder ähnlichem
elektrisch isolierendem material. Die Netze der Ionenfalle 3t und das Netz 34 werden
mit Hilfe üblicher Klebstoffe oder mechanischer isolierender Befestigungsmittel
gegen die Kanten der Zellenwand gehalten. Dabei wird der gewünschte Abstand von
12,7 mm (0,5 in.) zwischen lonenfalle 3, und Netz 34 aufrechterhalten.
-
Jede Zelle ist, gleichmässig gepackt mit 37 g der filtrierenden Fadenmiachung.
Eine Unterteilung des Filterbetts in dieser Weise vermeidet unerwünschtes Zusammensetzen
der Fäden wenn die Filtereinheit gelagert oder an den Schalseiten montiert int.
-
Die Filterleistung eines Prüffiltere entsprechend der Fig. 1 nach
der Erfindung und die Leiatung eines
üblichen, nichtgeladenen,
hochwirksamen Abfangfilters jeweils bei der Luftreinigung über ein allgemein anwendbares
Vorfilter - wird in folgenden Aufstellungen erverglichen. Daraus gibt sich bei einer
ununterbrochenen Arbeitszeit von 5 Wochen die Wirksamkeit des Luftfilters nach der
Erfindung, wobei die Strömungsgeshwindigkeit am Eintritt in die Filtermasse ungefähr
5 mal so groß ist als an der Eintrittsseite der üblichen Filter mit Glasfasern als
Filtermedium, Tabelle
Tabelle Filter nach hü. Abfangfilter PiRur
1 Filtermasse Polyoxymethylen Glasfasern 25 µ Polypropylen 20 µ 20 µ Luftleistung
(cu.ft./min) m@/min. (1500) 32 (1500) 32 Filterfläche (sq.ft.) m2 (15,4) 1,43 (70)
6,5 Luftgeschwindigkeit am Filter (ft./min.) m/min. (97,5) 29,5 (21,4) 6,5 Druckabfall
(in.) mm WS (0,20) 5 (0,27) 6,8 Vor dem Filter: Durchschn. Staubgehalt je 300 m
0,295 0,25 Durchschn. Teilchenanzahl im Liter: 0,3-0,5 µ 50.664 54.256 0,5-1 µ 8.264
5.868 1 - 2 µ 363 322 > 2 µ 11,5 12 Nach dem Filtert Durchschn. Staubgehalt je
300 m 0,082 0,10 Durchschn. Teilchenanzahl im Liter: 0,3-0,5 µ 8.903 9.524 0,5-1
689 693 1 - 2 µ 14,8 7,3 > 2 µ 2 2,9 Abscheidungsgrad (N.B.S. Dust-Spot) 89,3
85,7 Verringerung des Staubgehalts % 73,5 60 % abgeschieden 0,3-0,5 µ 82,5 82,3
0,5-1 µ 91,7 88,2 1 - 2 µ 95,8 94,6 > 2 µ 82,6 75,8
Nachdem
die Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist und die als Prüfeinheit diente,
in der bleichen Anlage 9 Monate arbeitete, stellte man eine Zunahme des Druckabfalls
von nur 11,5 % des Anfangswertes und im wesentlichen keine Veränderung des Abscheidungsgrades
fest. Die Filtereinheit wurde weiter in Betrieb gehalten. ilun wurde die relative
Feuchte der Luft auf ca. 40 - 70% , in der Hauptsache zwischen 50 und 60%, eingestellt.
-
Wo eine noch vollständigere Entfernung von ochwebstoffen aus dRr
Luft oder anderen Gasen angestrebt wird oder wo ein grösserer Druckabfall zulässig
ist, kann man das Fadenbett der Filtereinheit bis zu einer höheren Dichte packen
oder es ersetzen durch einen Filz aus den elektrostatisch aufgeladenen Fäden. Derartige
Filze haben meistens einen freien Querschnitt in der Grössenordnung von 0,7 - 0,95.
-
J4 wurde beobachtet, daß bei Wassertröpfohen oder andere elektrisch
leitende Flüssigkeiten enthaltenden Ga@en bei den erfindungsgemässen Filtereinheiten
eine verbesserte Leistung nur während der Anfangszeit zu erreichen ist, bevor die
elektrische Ladung an den
Fäden durch die sich aus den Faden abscheidende
elektrisch leitende Flüssigkeit abgeleitet worden ist.
-
Trotzdem die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Filtermedien
regellos angeordnete Faden elemente sind, wird doch auch eine wirksame Filtrierung
nach der Erfindung mit regelmässiger Anordnung von Filterelementen in dem Filtermedium
erreicht. Bei der regelmässigen Anordnung liegen die einzelnen Fadenelemente der
einen Art mit bestimmten triboelektrischen Eigenschaften henachbart und parallel
zu den Fadenelementen der anderen Art mit anderen triboelektrischen Eigenschaften.
-
So kann man z.B. ein offenmaschiges jNetz unter Verin wendung von
Schuß- und Kettfäden verweben, welchen jeweils mit ;3ereiche/einzelnen Faden der
einen Art und trlboelektrischen Eigenschaften abwechseln mit einzelnen Fäden dor
anderen Art und triboelektrischen Eigenschaften. imine ausreichende Anzahl von Lagen
eines derartigen Netzes kann man dann über ein grosses Rad aufwickeln um eine mehrlagige
Fadenmasse mit gewünschter Dicke und freiem Querachnitt zu erreichen. Der freie
Querschnitt läS.t sich einstellen durch die Aufwickelspannung1und die Dicke läßt
sich bestimmen durch die Anzahl von Wicklungen des Netzes auf dem Rad. Die Fadenmasse
- triboelektrisch
aufgeladen durch zerstörungsfreie Verarbeitung
entweder noch während sie auf dem Rad ist oder nachdem sie von dem Rad abgezogen
wurde - wird aufgeschnitten unter B1ldung von einer Platte. Die mechanische Bearbeitung
der Fadenmasse kann beispielsweise erreicht werden, indem das Rad mit einer elastischen
Auyenfläche, wie Schwammgummi, versehen, wird und, während sich das Netz auf dem
Rad befindet die Schichten des Netzes chen einer Vielzahl von Rollen und der elastischen
Auflage der Aufwickelrolle durchgearbeitet wird.
-
Es ist daher auch möglich, die Fadenmasse aufzuladen, nachdem sie
bereits von dem Rad geschnitten wurde. Dies geschieht mit Hilfe einer Vielzahl von
BlechbieCerollen. Die triboelektrische Aufladung der Fadenmasse kann erleichtert
werden durch kleine Walzendurchmesser und grobe Umschlingungswinkel bis ca. 1800
oder auch durch den Durchgang der Fadenmasse durch die Schlitze einer anzahl von
schwach ineinandergreifenden mit Zähnen besetzten Rollen. Für die mechanische Bearbeitung
und triboelektrische Aufladung von regelmässig angeordneten Fadenelementen sind
auch terschiedene Möglichkeiten gegeben.
-
Filtertücher können gewebt und elektrostatisch aufgeladen werden,
wie oben erwähnt, und zwar unter Verwendung von mehrfädigen Garnen der beiden Arten
anstelle von Sinzeltaden jeder Art oder unter Verwendung von mehrfädigen Garnen
mit Fäden jeder Art und triboelektrischen Eigenschaften. Gewebe aus mehrfädigen
Garnen haben jedoch eine geringere theoretische Filtrierleistung zusammen mit geringerem
Folienquerschnitt in einem Filtermedium. Nicht gewebte, regelmässige Anordnun-.
gen von Fadenelementen des Filtermediums können hergestellt werden, beispielsweise
durch Aufeinanderschichten der Kett- und der Schußfäden der Fadenelemente und nicht
indem sie verflochten werden.
-
Allgemeine Beschreibung des Erfindungsgegenstandes und Betrieb einer
erfindungsgemässen Filtereinheit.
-
Die erfindungsgemässen Filtereinheiten enthalten im wesentlichen
eine luftdurchlässige Filtermasse, die eine innige Mischung von a) Fasern mit bestimmten
triboelektrischen Eigenschaften jeweils mit einer positiven elektro statischen Nettoladung
zusammen mit b) Fasern mit davon unterschiedlichen triboelektrischen Eigenschaften
und einer negativen elektrostatischen Nettola4ung, der wobei/spezifische Wide. rstand
von Fläche und Volumen der Fasern an der Luft bei 22 0C (720F) und 33 * relative
Luftfeuchte mindestens 1018 # beträgt und äquivalent dem spezifischen Oberflächenwiderstand
im Durchschnitt' ist.
-
Die Dichte der paarigen Nettoladung ist wesentlich größer als die
Nettoladung der Fadenelemente und beträgt wünschenswert mindestens 0,5 # 10-9 C/cm2
für die gesamte Faseroberfläche, vorzugsweise jedoch mindestens 1 # 10-9 C/cm2.
Es muß zugegeben werden, daß das sehr hohe Werte für die Dichte der paarigen Nettoladung
sind, die normalerweise nicht erreicht werden und sehr wirksam sind bei den erfindungsgemässen
Filtereinheiten.
-
Die Filtereinheit nach der Erfindung enthält vorzugsweise auch eine
Ionenfalle, die mit der oben beschriebenen elektrostatisch geladenen Filtermasse
zusammenwirkt. Bs ist leicht einzusehen, daß für nur kurzzeitig wirksame Filter,
wie sie beispielsweise in Sigaretten vorliegen, keine Ionenfalle benötigt wird.
-
Der Unterschied in den triboelektrischen Eigenschaften zwischen den
Oberilächen von im wesentlichen der Hälfte der Fäden gegenüber der anderen Hälfte
ist wesentlich für die Herstellung einer Gruppe von Fäden elementen mit einer Ladung
des einen Vorzeichens und einer anderen Gruppe mit einer Ladung des anderen Vorzeichens.
Wenn Garnlängen oder Stapelfasern vorzWgxweige mit einer Länge von ca 11,4 cm (4,5
in.) gekrempelt werden von Hand oder auf einer Krempelmaschine unter Bildung einer
Fadenmasse, bewirkt die Reibung an der
Oberflache der Fäden eine
elektrische Aufladung infolge von Triboelektrizität der berührenden Flächen, Ob
1.) ein Übergang der Ladung von einem Faden zum andern unter Bildung von einigen
elektrostatisch negativ aufgeladenen Fäden und anderen, elektrostatisch positiv
aufgeladenen erfolgt oder 2.) unterschiedlicher Ladungsübergang zwischen der Karde
und den triboelektrisch unterschiedlichen Fäden, oder 3.) der Ladungsübergang nach
beiden Arten eres folgt, ist nicht geklärt, Ohne Rückaicht darauf ist/jedoch Tatsache,
daß die kardierten Fadenmassen, die die Filter nach der Erfindung bilden, im wesentlichen
aus gleichen Oberflächenbereichen von Fäden bestehen, die einzeln eine starke positive
Nettoladung tragen und anderen Fäden, die einzeln eine'starke negative Nettoladung
tragen. Es wird angenommen, daß der Unterschied in den tribcelektrischen Eigenschaften
der unterschiedlichen Art der polaren Gruppen der Grundeinheit des chemischen Aufbaus
der Fäden zuzuschreiben ist. Jede Ungleichheit zwischen der gesamten positiven Ladung
und der geeamten negativen Ladung der Fäden in der Fadenmasse führt zu einer Nottoladung
auf der Fadenmasse als Ganzes. Da die Summe der Nettoladungen der einzelnen Fäden
des einen Yorzeichent ungefähr entspricht der des anderen Vorzeichens, liegt in
der Fadenmasse nur eine geringe Nettoladung vor. Derartige Fadenmassen sind kompakt,
wobei die einzelnen Fäden nur eine gering. Neigung itim Abstehen atis der Oberfläche
besitzen.
-
In dem Ausmaß als der Wert der positiven Nettoladung auf einzelnen
netto-pesitiven Fasern åusgeglichen wird durch einen gleichen Wert negativer Nettoladung
auf einzelnen netto-negativen Fasern, liegt kein nennenswertes Feld außerhalb des
Handels vor, durch welches neutralisierende Ionen aus der Umgebung an gezogen werden
könnten. Durch das innige G@@isch von Stellen positiver Nettoladung auf einigen
Fasern mit dicht daneben liegenden Stellen negativer Nettoladung auf anderen Fasern
besteht die Neigung, daß die Ladungen durch gegenseitige beziehung stabilisiert
werden. Betrachtet man eine Faserlänge mit positiver als Nettoladung,/die eine Platte
eines Kondensators und eine benachbarte Faserlänge mit negativer Nettoladung als
die andere Platte des Kondensators, so kann man sich vergegenwärtigen, daß die Kapazität
umso größer ist, je näher die Faserstücke bis kurz vor einer tatsächlichen Berührung
beieinander liegen. Wird folglich die Potentialdifferenz von benachbarten Faserstücken
verringert, so wird die Ableitung von Ladung längs der Fasern mit hohem Widerstand
vermindert, die zu einem Kurzschließen des Kondensators neigen. Hierdurch wird die
paarige Nettoladung stabilisiert, im Vergleich zur Stabilität von gleich großen
Ladungen, die alle dasselbe Vorzeichen besitzen, auf den gleichen Flächen.
-
Die paarige Nettoladung auf Fasern mit außerordentlich hohem spezifischen
Widerstand selbst in Luft mit einer
relativen Feuchtigkeit bis
zu ca 90% bleibt bei Lagerung lange Zeit bestehen. Es wurde z.B. festgestellt, daß
eine Masse von geladenen, kardierten Fasern, im wesentlichen aus Polytetrafluoräthylen,
die ca zur Hälfte aus positiv geladenen und zur Hälfte aus negativ geladenen Fasern
besteht eine durchschnittliche Dichte der paarigen Ladung von i,77.10W9 C/cm2 nach
5 Jahren Lagerung aufweist.
-
Dies ist eine beträchtliche Lagerbeständigkeit für Filter oder Ersatzfilter0
Innerhalb eines Faserbündels mit der neuen Ladungsverteilung herrschen starke nicht
gleiohiäßige elektrische Felder zwischen Fasern, die einzeln eine Nettoladung der
einen Ladungsart tragen, und dicht benachbarten Fasern mit einer Nettoladung der
entgegengesetzten LadungsartO Es scheint jedoch notwendig, daß die Stücke von benachbarten
Fasern mit Nettoladungen entgegengesetzten Vorzeichens wenigstens nahezu gleich
groß sein müssen wie der örtliche Abstand zwischen den Fasern. Vorzugsweise sind
nahezu alle Hohlräume in einer Fasermasse diesen Feldern ausgesetzt. Diese nicht
gleichmäßigen slektrischen Felder bewirken in bekannter Neise eine Ladungstrennung
auf sonst nicht geladenen Teilchen und ziehen diese Teilchen sowie auch geladene
Teilchen zu den geladenen Fasern. Die abgeschiedenen Schwebstoffe
werden
auf den Fasern durch das elektrische Feld und durch Oberflächenkräfte, wie sie bei
einer Adsorption wirksam sind, festgehalten. Die Durchlässigkeit von vergleichbaren
Fasermassen aus verschiedenen Materialien für ein Standard-Aerosol, das aus nicht
geladenen Dioctylphthalat-Teilchen mit o, 3 y Durchmesser. besteht, ist umso geringer,
je größer die Dichte der paarigen Ne,ttoladung auf den Fasern ist. Theoretisch ist
die Wirksamkeit des elektrischen Feldes für die Abscheidung von nicht geladenen
Teilchen bei einem gegebenen Faserabstand proprtional dem Quadrat der Nettoladungsdichte
auf den einzeln entgegengesetzt geladenen Fasern. anders ausgedrückt ist demnach
die Durchlässigkeit eines Faserbettes gemäß der Erfindung für ein Aerosol im allgeteinen
umso größer (nicht erwünscht), je größer die Nettoladungsdichte auf dem Faserbett
als Ganzes ist. Dieser störende Einfluß der Nettoladung auf dem Faserbett scheint
überraschend zu sein undim Gegensatz zu der allgemeinen Auffassung zu stehen, daß
elektrostatische Ladung die Durchlässigkeit des Faserbettes für Schwebstoffe verringert.
Wenn man sich vergegenwärtigt, daß das Potential, bis zu welchem eine Faser geladen
werden kann, durch Ladungsableitung in die Luft begrenzt ist, so kann
man
leicht erkennen, daß ein vollständig geladenes Faserbett mit hoher Nettoladungsdichte
notwendigerweise eine geringe Dichte von paariger Ladung auf seinen Fasern haben
muß und umgekehrto Es ist anzunehmen, daß man die höchste Dichte von paariger Nettoladung
in einem Faserbett erreicht, wenn die spezifische Oberfläche der Fasern aus dem
einen Material nahezu gleich groß ist wie die spezifische Oberfläche der Fasern
aus dem anderen Material. Dies ermöglicht eine Ladung aller einzeln Faseroberflächen
bis zu der durch Ableitung an die Luft auferlegten Grenze, ohne daß eine wesentliche
elektrostatische Nettoladung auf dem Faserbett als Ganzes erzeugt wirde Aus diesem
Grunde sollten die Fasern auch nahezu den gleichen Durchmesser haben. Werte für
diese beiden Parameter (Verhältnis der spezifischen Oberflächen der beiden Faserarten
und Verhältnis der Faserdurchmesser) werden umfaßt von dem Maximalwert für die Dichte
der paarigen Nettoladung, die ein gegebenes Faserbett annehmen kann, Das Vorhandensein
von positiver Nettoladung auf Einzel fasern, die ausgeglichen ist durch negative
Nettoladung auf Einzelfasern in der Fasermasse eines Filterbettes, verringert diesen
Durchlässigkeit für ein ærosol, hat jedoch keinen Einfluß auf den Druokabfall im
Filterbett. Folglich ist die Durchlässigkeit einer
beliebigen Schichtdicke
eines solchen Filtermediums für ein Aerosol in Bezug aur den Druckabfall in diesem
Filter geringer als bei einem nicht geladenen Filtermedium.
-
Der theoretische Entstaubungsgrad (riitration effectiveness) γ
eines Faser-Silterbettes errechnet sich nach der Gleichung -ln(@@/100) γ =
, #p wirin P0 = Anteil des durch das Filter hindurchdringenden Aerosols in % = =
Druckabfall innerhalb des Filters in mm WS,.
-
Man stellt fest, daß der theoretische Entstaubungsgrad eines im übrigen
vergleichbaren Faser-Filterbettes größer ist, je höher die Dichte der paarigen Nettoladung
auf den Fasern ist. Z.B. wird der theoretische Entstaubungsgrad eines Faserbettes
aus entgegengesetzt'geladenen Fasern (siehe Fig. 6) von 10,54 m-1 WS (415 inch-1)
bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,80 m/min (5,9 Seet/in), wobei das Faserbett
die neue Ladungsverteilung gemäß der Erfindung zeigt, verringert auf 1,83 m-1 WS
(72,3 inch-1) bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit, wenn das gleiche Faserbett
durch radioaktive Strahlung entladen wurde. Die entsprechenden Werte bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 13,6 m/min (44,7 feet/min) sind o, 648 bzw. 0,0762 m-1 WS (25,5 bzw. 3,0 inch-1).
-
Der theoretische Entstaubungsgrad eines ähnlichen Bettes aus gleichen
Volumina Polyoxymethylenharz-Fasern mit 25# Durchmesser und Polypropylen-Fasern
mit 20 Durchmesser mit einer Ladungsverteilung gemäß der Erfindung betrug im gleichen
Filterelement 11,58 m-1 WS (456 inch 1) bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8
m/min (5,9 feet/min) und 0,582 m-1 WS (22,9 in bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 13,6 m/min (44,7 feet/min). Diese Fasern wurden ohne Textilausrüstung hergestellt
und gemäß der Erfindung durch Kardieren geladen.
-
Bei einer gegebenen Strömungsgesohwindigkeit und unter normalen Arbeitsbedingungen
erhöht sich der theoretische Entstaubungsgrad in begrenztem Umfang mit dem freien
Querschnitt des Filtermediums. Demnach ist der theoretische Entstaubungsgrad bei
einem lose gepackten Bett aus entgegengesetzt geladenen Fasern mit einem freien
Querschnitt von 0,97 beim Filtrieren eines Aerosols von ungeladenen Dioctyphthalat-Teilchen
mit 0,3 Durchmesser ca 4,95 m-1 WS (195 inch 1) bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 3,48 m/min (11,4 feet/min).
-
Bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit zeigt ein Filz aus den gleichen
Fasern mit einem freien Querschnitt von 0,73 einen entsprechenden theoretischen
Entstaubungsgrad von nur o, 4t5 m-1 WS (16,3 inoh-1 ).
-
Es ist bekannt, daß Luft gewöhnlich eine geringe Menge Ionen enthält
(ca Iooo Ionen/cm3), die durch kosmische Strahlen, Strahlung von natürlichen oder
künstlichen radioaktiven Materialien, Blitz, Korona-Entladungen usw. erzeugt werden.
Die elektrostatische Nettoladung auf einem faserigen Filtermedium oder eincr filtermasse
von Fadenelementen zieht selektiv Ionen aus der LuSt an und wird dadurch kontinuierlich
neut@@-ligiert. Da die paarige elektrostatische Nettoladung innerhalb des faserigen
Filtermaterials der Erfindung nur ein geringes äußeres elektrisches Peld erzeugt,
werden für eine wirksame Neutralisation der paarigen Nettoladung zu wenige Ionen
der Luft durch elektrostatische Anziehungen vom Filter angezogen. Wird Jedoch Luft
durch das Filter gepreßt, so werden sowohl positive als auch negative Ionen der
Luft leicht durch die starken inneren nicht gleichmäßigen elektrischen Felder abgeschieden
(99,9 + +). Hierdurch wird die paarige Nettoladung innerhalb des Filtermediums ständig
erschöpft und damit die Wirksamkeit und die Kapazität des Filters verringert. Es
zeigte sich, daß die kontinuierliche Verschlechterung der Filterwirkung die Gebrauchs
fähigkeit des Filters in Ventilatorsystemen auf ca einen Monat begrenzt.
-
Mm dieses Problem zu lösen und Filter von annehmbarer Haltbarkelt
herzustellen, wurde eine lonenfalle
eingebaut, um die Ionen aus
der Luft zu entfernen, kurz bevor diese in die Fasermasse gelangt. Da die Ionen
der Luft sich in einem elektrischen Feld mit spezifischer Geschwindigkeit von ca
I cm/(sec)(V/cm) bewegen, während geladene Staubteilchen weniger als 1/1000 dieser
Geschwindigkeit besitzen, konnte eine lonenfalle erstellt werden, die selektiv die
Ionen der Luft, jedoch nicht den Staub abscheidet. Eine einfache Ausführung einer
Ionenfalle besteht aus zwei offenmaschigen, metallischen Netzen, die durch ein Netz
von Isoliermaterial in Abstand gehalten, werden und auf ein Potential 300 V4 Trockenbatterie
geladen sind, das für eine Korona-Entladung nicht ausreicht.
-
Wurde eine solche lonenfalle an der Eintrittsseite zu dem dünnen Filtermedium
von besonders geringer Dichte angeordnet (um die Wirkung der Ionen der Luft hervorzuheben),
so daß die gesamte zu filternde Luft durch die lonenfalle strömte, unmittelbar bevor
sie durch das Filter gelangt, so wurde die Zeit bis zur Verdopplung des Teilchendurchtritts
von 24 h auf huber lo ooo h erhöht.
-
Die elektrostatische Nettoladung auf einer Fasermasse kann mit Hilfe
eines Faraday' schen Zylinders gemessen werden. FU,r eine solche Prüfung wurden
Proben der Masse mit scharfen Scheren oder anderen Schneidwerkzeugen so herausges6bnitten,
daß eine
Verformung oder ein Verzerren der Proben möglichst vermieden
wurde. Beim Schneiden und Handhaben der Proben wurde Sorge getragen, das eine Berührung
unter Reibung der Proben mit anderen Feststoffen und Flüssigkeiten vermieden wurde,
da eine solche Berührung eine ungewollte Ladung (patch chargen auf den Fasern an
der Oberfläche einer Probe hervorrufen kann. Gegebenenfalls werden die Proben mit
elfenbeinbestückten Zangen oder dergleichen gehandhabt, da eine Berührung mit feuchten
Fingern die Ladung auf den Proben neutralisieren würde, wo die Fasern kurzzeitig
stärker elektrisch leitend würden. Vorzugsxeise sollte die Packungsdichte der Proben
nahezu die gleiche bleiben wie in den Materialproben.
-
Sowohl die paarige Nettoladung als auch die Nettoladung einer Fasermasse
kann ermittelt werden aus Ladungsmessungen, die mit Hilfe eines Meßinstrumentes,
z. B, eines Coulometers nach Xoore, US-Patentschrift 2 980 855, durchgeführt werden.
Dieses Instrument mißt die Nettoladung auf einer bestimmten Länge oder einem Segment
einer Einzelfaser. Es wurde ein Ooulometer nach Moors verwendet, welches die Nettoladung
auf einer Länge von 3 cm der Proben mißt. Aus solchen Einzelmessungen auf wenigsten
30 Fasern@ und vorzugsweise auf 100 Fasern wird der prozentuale Anteil der Fasern
mit einzeln positiver Nettoladung und
der Anteil der Fasern mit
einzeln negativer Nettoladung, die paarige Nettoladung und die Nettoladung der Fasermasse
berechnet. Demnach wird also die Nettoladung der Einzelfasern durch statistische
Näherung ermittelt, wobei die Probenlänge von 3 cm repräsentativ für die ganze Faser
genommen wird. Bei der Messung der Nettoladung auf einzelnen Fasern müssen die Vorsichtsmaßnahmen
beobachtet werden, die oben hinsichtlich der Messung der Nettoladung einer Fasermasse
mit Hilfe eines Faraday'schen Zylinders erwähnt wurden. Diese Messung sollte unmittelbar
nach dem Herausschneiden der Faser aus der Masse erfolgen, da die Nettoladung Ionen
der Luft anzieht und hierbei fortschreitend neutralisiert wird.
-
Die qualitative Bestimmung der Nettoladung der Einzeifasern erfolgt
nach einem lumographischen Pulververfahren. Diese Pulver sind ein Gemisch von gleichen
Mengen zweier Sorten feinverteilter Harzteilchon.
-
Eine Teilohenart ist rot gefärbt und negativ geladen, die andere ist
grün gefärbt und positiv geladen. Eine Suspension der gemischten Teilchen in Luft
wird auf ein Faserbündel gerichtet. Die Teilchen haften selektiv auf der Faseroberfläche
entsprechend ihrer Ladung art und der Intensität der örtlichen elektrostatischen
Ladung auf dieser Oberfläche, wobei die roten Teilchen
stärker
auf der positiv (oder weniger negativ) geladenen Faseroberfläche und die grünen
Teil@chen mehr auf der negativ (oder weniger positiv) geladenen Paseroberfläche
haften. Nan nimmt an, daß die Abscheidung einiger Teilchen Jeder Farbe durch die
verschiedenen geladenen Fasern auf dem Vorhandensein von induzierten Ladungen sowie
der charakteristischen Ladung auf den Teilchen des lumographischen Pulvers beruht.
Die Wirkung der Teilchen kann nachgeprüft werden, indem man beobachtet, ob sie auf
einem elektro statisch geladenen Kupferdraht haften oder von ihm abgestoßen werden.
-
Diskussion der Arten von. Fadenelementen oder Fasern.
-
Es ist anzunehmen, daß viele Paare von Materialarten einen ausreichenden
Unterschied in der Reibung elektrizität aufweisen, um als Filterelemente gemäß der
vorliegenden Erfindung dienen zu können. Vorzugsweise verwendet man ganz aus einem
Material bestehende Fasern im Gemisch mit Fasern, die ganz aus einem Material von
unterschiedlicher Reibungselektrizität hergestellt sind; Gemische, die Fasern mit
einem Überzug des einen oder des anderen Materials enthalten, werden weniger bevorzugt.
Jedoch fallen auch überzogene Fadenelemente oder Faeern in den Bereich der Erfindung.
-
Außerdem müssen solche zarten von Fadenelementen oder Fasern ausgewählt
werden, die unter den Lager- oder
Gebrauchsbedingungen einen hohen
spezifischen Widerstand aufweisen, um eine elektrische Leitung längs der Fasern
und eine Neutralisierung der Ladung an Berührungspunkten zwischen den einzelnen
Fasern möglichst gering zu halten. Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Luftfilter
ist es notwendig, daß der spezifische Widerstand jeder Faserart einen bestimmten
Wert übersteigt, wie bereits angegeben wurde.
-
Im Folgenden werden dre Paare von Faserarten angegeben, die in den
erfindungsgemäßen Filtern verwendet werden können; es sind Beispiele von besonders
brauchbaren Fadenelementen für die Herstellung von Faserbettungen, die eine ausreichend
hohe Filterwirkung besitzen und äußerst dauerhaft sind; a) Fadenelemente aus Solyoxymethylenharz
(+) und Fadenelemente aus Polypropylen (-) b) Fadenelemente aus Polyoxymethylenharz
(+) und Fadenelemente aus gebleichtem Polytetrafluoräthylen (-) c) Fadenelemente
aus Polyoxymethylenharz (+) und Fadenelemente aus Polyvinylchlorid (-).
-
NaohMolgend werden die Werte für den gesamten spezifischen Widerstand
und den Oberflächenwid.rstand' angegeben als äquivalenter Oberf'lächenwiderstand,
von Fasern mit 20 Durchmesser aus den verschiedenen
Materialien,
gemessen in Luft bei 22°C. (72°F.) und 3% relativer Feuchtigkeit, in Ohm angegeben.
-
Gebleichte Polytetrafluoräthylen-Fasern über 1018 Polyoxymethylenharz-Fasern
über 1018 Polypropylen-Fasern über 101a Polyvinylchlorid-Fasern 6-1019 Alle obigen
Fasern wurden ohne irgendeine Textil ausrüstung hergestellt. Handelsübliche Fasern
außer Polytetrafluoräthylen werden normalerweise mit Appretur hergestellt, um die
Fasern zu schmälzen und/oder die elektrostatische Ladung auf den' Fasern möglichst
dering zu halten. Polytetrafluoräthylen-Fasern mit antlstatischer Ausrüstung sind
im Handel erhältalich. Die Polyvinylchlorid-Fasern wurden ohne Weichmacher herz
gestellt,' um eine Verringerung des spezifischen Widerstands der Fasern durch diesen
Zusatz su vermeiden.
-
Die polyoxymethylen-Fasern wurden aus handelsüblich am Polyoxymethylenharz
hergestellt mit oa 0,5 Gew.% eines Wärmestabilisators und ca 0,2 Gew.% (0,2 w/o)
Antioxydationsmittel; du Harz hatte eine Schmelzfließgeschwindigkeit (malt flow
rate) von ca 5 (Klasse 1 nach ASTM D-2133-62T). Das Harz wurde zu einem mehr fädigen
Garn mit Fäden von 3 Denier versponnen; die Garne wurden viermal bei 14000 nit 12,2-36,6
m/min (40 - 12o feet/min) verstreckt. Eine Textilausrüstu@g wurde nicht angewandt.
-
Die Polypropylen-Fasern wurden aus handelsüblichem Polypropylenharz
hergestellt, das oa 0,07 Gew.% eines Wärmestabilisators, ca 0,26 Gew. Antioxydationsmittel
und ca 0,49 Gew. eines UV-Stabilisators enthielt.
-
Das Harz hatte eine Schmelzfließgeschwindigkeit von ca 11 und einen
Schmelzindex von ca 5. Aus dem Harz wurde bei 24o0 0 mit einem Streckverhältnis
von io,6 ein achtfädiges Garn aus Fäden von 3 Denier gesponnen.
-
Es wurde keine Textilausrüstung angewandte a) Polyoxymethylen-Fasern
und Polypropylen-Fasern.
-
Eine Filtermasse oder ein Faserbett aus handelsüblichem Polyoxymethylenharz
mit Textilausrüstung und handelsüblichen Polypropylen-Fasern. zeigte unmittelbar
nach dem Mischen der Fasern durch Kardieren eine beträchtlich verbesserte Filterwirkung
für ein Aerosol. Nach drei bis vier Tagen wurde jedoch ein betrachtliches Absinken
der Wirksamkeit der Filter beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde bei einem ähnlichen
Faserbett, das aus nichtausgerüsteten Polyoxymethylen-Fasern und Polypropylen-Fasern
hergestellt worden war, keine wesentliche Änderung der ausgezeichneten Filtrierwirkung
beobachtet, selbst wenn dieses nach dem Kardieren
mehrere Monate
gelagert wurde. Es ist anzunehmen, daß die Verbesserung auf dem beträchtlich erhöhten
spezifischen Widerstand der Fasern beruht, die ohne die übliche Ausrüstung hergestellt
wurden.
-
Bei einem Faser-Filterbett aus nichtausgerüsteten Fasern eines einzigen
triboelektrisohen Materials trat jedoch eine sehr schnelle Verschlechterung der
Filtrierwirkung auf, obwohl die Fasern einen äquivalenten spezifischen Oberflächenwiderstand
huber 10-18 Ohm aufweisen das Filter blieb nicht in Betrieb. Man erkennt dies aus
dem Ausmaß der Durchlässigkeit eines 6,35 cm dicken Filterbettes, das mit einem
freien Querschnitt von 0,97 gepackt wurde, für ein Aerosol von Dioctylphthalat von
0,3 # Durchmesser
Bei einem solchen aus Polypropylen-Fasern von 20 # Durchmesser ohne Teitilausrüstung
hergestellten Filterbett erhöhle sich die Durchlässigkeit bei einer Strd.mungsgesohwind,igkeit
von 1,8 m/min (5,9 feet/min) von o, 5 unmittelbar nach dem Kardieren der Fasern
auf 1,20% nach vier Tagen. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 13,6 m/min (44,7
feet/min) erhöhte sich die Durchlässigkeit von
6,9% auf 9,8%. Unmittelbar
nach dem Kardieren hatte das Polypropylen-Faserbett als Ganzes eine negative Nettoladungsdichte
von 0,14#10-9 C/cm2 der Faseroberfläche und eine Dichte der paarigen Nettoladung
von 0,056#10-9 0/cm2; die Dichte der paarigen Nettoladung ist also nur ungefähr
4o% der Nettoladungsdichte und beruht wahrscheinlich auf der Inhomogenität der Fasern.
80% der Fasern hatten einzeln eine negative Netto ladung und 20% eine positive Nettoladung.
-
Bestand das Faserbett aus ohne Teitilausrüstung hergestellten Polyoxymethylen-Fasern
von 25 W Durchmesser, so erhöhte sich die Durch lässigkeit bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1,8 m/min (5,9 feet/min) von 2,80 unmittelbar nach dem Kardieren der-Faser auf
24,5% nach vier Tagen. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 13,6 m/min (44,7 feet/min)
erhöhte sich die Durchlässigkeit von 28% auf 67%.
-
Unmittelbar nach dem Kardieren hatte das Polyoxymethylen-Faserbett
als Ganzes eine positive Nettoladungsdichte von 0,30#10-9 C/cm2 und eine Dichte
der paarigen Nettoladung von 0,048#10-9 6/cm2; die Dichte der paarigen Nettoladung
betrug nur 16% der Nettoladungsdichte. 80% der Fasern hatten einzeln eine positive
Nettoladung und 20% sine negative Nettoladung.
-
Eine überraschend große und andauernde Verbesserung der Wirksamkeit
der filter erreichte man, wenn das Filterbett mit gleichen Volumina der oben genannten
vorher durch Kardieren gemischten Polypropylen- und Polyoxymethylen-Fasern gepackt
wurde0 Die Durchlässigkeit bei 1,8 m/min (5,9 feet/min) betrug einen Monat nach
dem Kardieren der Fasern nur 0,01%. Bei 13,6 m/min (44,7 feet/min) wurde eins entsprechende
Durchlässigkeit von nur o, 6 ß beobachtet. Zu dieser Zeit hatte das Filterbett als
Ganzes eine zu vernachlässigende Nettoladungsdichte von nur 0,017#10-9 0/cm2 und
eine überraschend große Dichte der paarigen Nettoladung von 2,28#10-9 0/cm2; etwa
die Hälfte der Fasern hatte einzeln eine positive Nettoladung und die andere Hälfte
der Fasern eine negative Nettoladung. Die Dichte der paarigen Nettoladung dieses
gemischten Faserbettes war einen Monat nach dem Kardieren mehr als 40mal so groß
wie die Dichte der paarigen Nettoladung des Polypropylen-Faserbettes unmittelbar
nach dem Kardieren und mehr als 47ma1 so groß wie die des Polyotymethylen-Faserbettes
sofort nach dem Kardieren. Offensichtlich erreicht man eine hohe Dichte der paarigen
Nettoladung und eine überlegene und
anhaltende Wirksamkeit der
Filter dadurch, daß man Fasern mit hohem spezifischen Widerstand verwendet, und
zwar ein kardiertes Gemisch von Fasern aus triboelektrisch unterschiedlichen Materialien.
b) Kombination von Polyoxymethylen-Fasern und gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern.
-
Fasern oder Fadenelemente, die im wesentlichen aus Polytetrafluoräthylen
gemäß der US-Patentschrift 2 772 444 hergestellt wurden, können durch ausreichend
langes Erhitzen in Luft oder Sauerstoff auf 200 bis 3200a gebleicht werden.
-
Hält man die Temperatur unter 20000, so erreicht man nur eine geringe
oder gar keine Bleichwirkung.
-
Steigt die Temperatur Uber ca 320Da, so schmelzen die Fasern zusammen
Der bevorzugte Temperaturbereich ist 240 bis 2650C, Die Zeitdauer, während der die
Fasern bei der bevorzugten Temperatur gehalten werden, ist nicht kritisch; jedoch
erreicht man mit einem weniger als zwei Tage dauernden Erhitzen in Luft nur ein
unvollständiges Bleichen, es können bis zu 14 Tage erforderlich sein. Die erforderliche
Zeitdauer hängt ab von der Temperatur, der Paokungsdiohte der Fasern und der Zirkulation
der Luft oder
des Sauerstoffes. Das Blechen wird vorzugsweise in
einem Umlaufofen durchgeführt.
-
Gegebenenfalls können die Garne aus Polytetrafluoräthylen-Fäden gebleicht
werden, indem man sie einem Gemisch von konzentrierter Schwefelsäure und Salpetersäure
aussetzt. Die Geschwindigkeit des Bleichvorganges hängt ab von der Temperatur. Bei
315°C dauert er nur wenige Minuten, bei 12000 mehrere Stunden. Bin geelgnetes Verfahren
besteht darin, daß man die Probe in siedende Schwefelsäure legt und gleichzeitig
geringe Mengen Salpetersäure durch einen Tropftrichter, der bis zum Boden des Gefäßes
reicht, zuführt. Es ist natürlich notwendig, die Fasern in reinem Wasser gründlich
zu waschen zur Entfernung von ionisierbaren und elektrisch leitenden Verunreinigungen,
damit die trockene Faser den erforderlichen hohen spezifischen Widerstand aufweist.
-
Ein gepacktes Filterbett aus frisch kardierten, gebleichten Polytet'rafluoräthylen-Fasern
hatte als Ganzes eine hohe negative Nettoladungsdichte von 0,9#10-9 C/cm2, Jedoch
eine Dichte der paarigen Nettoladung von nur 0,016#10-9 9 C/cm2; 95% der Fasern
hatten einzeln eine negative Nettoladung und nur 50% eine positive Nettoladung.
-
Trotz der hohen Dichte der negativen Nettoladung auf dem Filterbett
war die Durchlässigkeit bei einem Versuch mit einem Dioctylphthalat-Aerosol mit
o,3 ¢ Teilchengröße bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min)
nur ca 1/4 derjenigen eines vergleichbaren Filterbettes aus Polytetrafluoräthylen-Fäden,
die entladen wurden, indem man sie radioaktiver Strahlung in Luft aussetzte.
-
Die kardierten, gebleichten Polytetrafluor äthylen-Fasern zeigen also
im Vergleich zu einem elektrostatisch entladenen, jedoch sonst vergleichbaren Filterbett
nur eine schwach verbesserte Filterwirksamkeit0 Ähnlich hatte ein Bündel von frisch
kardierten Polyoxymethylen-Fasern als Ganzes eine positive Nettoladungsdichte von
0,3#10-9 C/cm2, jedoch eine Dichte der paarigen Nettoladung von nur o, o480to o/cm2;
80 der Fasern zeigte einzeln eine positive Nettoladung und 20% eine negative Nettoladung
unmittelbar nach dem Kardieren0 Die Filterwirkung dieses Materials war etwa die
gleiche wie bei frisch kardierten gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern.
-
Ein wesentlich besseres und unerwartetes Ergebnis erhielt man mit
einem frisch kardierten Gemisch aus gleichen Volumina Polyoxymethylen-Fasern von
25 rb Durchmesser und gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern von 20 ¢ Durchmesser0
Die Nettoladungsdichte eines Bündels dieser Fasern betrug 0,32#10-9 C/cm2, die Ledungs-Dichte
der paarigen Nettoladung war hingegen größer und betrug 1,42#10-9 C/cm2. Die Filterwirkung
dieses gemischten Faserbettes war weit besser als die eines kardierten Faserbettes,
das entweder nur aus gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern oder allein aus Polyoxymethylen-Fasern
hergestellt war. Die Durchlässigkeit des Filterbettes aus dem Fasergemisch für ein
Dioctylphthalat-Aercsol mit -0,3 µ Teilchengröße bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1,8 m/min (5,9 feet/min) betrug nur o, 39% derjenigen eines Faserbettes aus
gebleichten Polytetrafluoräthylen-Fasern und nur o, 54% derjenigen eines Faserbettes
aus Polyoxymethylen-Fasern. In dieser gemischten Fasermasse war die Anzahl der Fasern
mit positiver elektrostatischer Ladung gleich groß wie die Anzahl der Fasern mit
negativer elektrostatischer Ladung.
c) Kombination von PolyoxymethylenFasern
und Polyvinylchlorid-Fasern.
-
Die verwendeten Polyvinylchlorid-Pasern waren aus einem opaken, porösen,
unter Druck verfließenden Material hergestellt, wie es zur Herstellung von Folien
verwendet wird. Dieses Material in Folienform wird transparent, wenn es einem ausreichenden
Druck, wie le z.B. beim Anschlag einer Schreibmascbinentype, unterworfen wird.
-
Die verwendeten Polyvinylchlorid-Fasern werden aus einer Lösung des
hydrophoben Polymeren in einem Lösungsmittel, das große Anziehungskraft für Wasser
hat und nd Hydrate bilden kann, hergestellt. Man bevorzugt eine heiße Lösung des
Polymeren in Dimethylacetamid, jedoch kann auch Dimethylformamid als Lösungsmittel
verwendet werden. Wird die Lösung in ein geeignetes wässeriges Bad stranggepreßt,
so fällt das Polymere augenblicklich in Form eines porösen Polymerisats aus; dieses
hat nahezu den gleichen Durchmesser wie der Strom der aus der Spinndüse austretenden
polymeren Lösung.
-
Die Poren innerhalb des polymeren Materials sind mit der lösungsmittelhaltigen
wEsserigen
Phase gefüllt. Das gewaschene und getrocknete Produkt
ißt ein äußerst poröses Fadenmaterial des Polymerisats. Die Fäden sind schwach im
Verhältnis zu kompakten Fäden aus dem gleichen Polymerisat und vom gleichen Durchmesser.
Die Porosität der Fäden kann verringert und ihre Festigkeit ii Verhältnis zu kompakten
Fasern gleichen Durchmessers durch Heißverstrecken entsprechend erhöht werden Die
für die Erfindung verwendeten Polyvinylchlorid Fasern mit 20 # Durchmesser haben
einen Prenraum von etwa 80%. Sie wurden aus Polyvinylchlorid einer Dichte von 1
t,4o vom ohne Zusatz eines Weichmachers und ohne Textilausrüstung hergestellt. ILe
Fasern wurden von Hand kardiert und antwickelten eine hohe elektrostatische Ladung.
Einzelne Fasern standen anfangs aus der Masse der kardierten Fasern heraus.
-
Bin Bündel dieser frisch kardierten Polyvinyl-Fasern hatte als Ganzes
eine hohe begative Netteladungsdichte von 1,09#10-9 C/cm2, jedoch eine Dichte der
paarigen Nettoladung von nur 0,33#10-9 C/cm2, 80% der Fasern hatten eine negative
Nettoladung und und eine positive, Nettoladung. Trotz der hohen Dichte der negativen
Nettoladung
auf dem kardierten Faserbett als Ganzes wurde die Durchlässigkeit für ein Dio ctylphthalat-Aero
sol mit o,) 3# Teilchendurchmesser bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min
(5,9 feet/min) auf nur 6,5% derjenigen eines vergleichbaren Filterbettes aus entladenen
Polytetrafluoräthylen-Fasern reduziert.
-
Die geringe Verbesserung der Filterwirkung eines kardierten Bettes
von Polyoxymethylen-Fasern ist im vorgehenden Abschnitt in Bezug auf Polytetrafluoräthylen-und
Polyoxymethylen-Fasern besprochen worden.
-
Eine unerwartete Verbesserung der Filterwirksankeit erhielt man bei
einem frisch kardierten Gemisch von gleichen Volumina Polyoxymethylen-und porösen
Polyvinylchlorid-Fasern. Die Durchlässigkeit dieses Faserbettes für ein Dioctylphthalat-Aerosol
mit Telchengröße 0,3µ bei einer Strö'mungsgeschwindigkeit von 1,8 m/min (5,9 feet/min)
betrug nur o,o8% derjenigen eines frisch kardierten Faserbettes, das aus Polyoxymethylen-Fasern
allein hergestellt war, und nur 0,2% derjenigen eines frisch kardierten Faserbettes
aus porösen Polyvainylchlorid-Fasern allein.
-
Patentansprüche