DE19618461A1 - Träger/Faservlies-Anordnung - Google Patents
Träger/Faservlies-AnordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Träger/Faservlies-Anordnung, d. h.
ein an ein Trägermaterial gebundenes Faservlies. Die Erfindung
betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen
Träger/Faservlies-Anordnung sowie Verfahren zur Anwendung einer
derartigen Träger/Faservlies-Anordnung.
Filtermedien sind seit vielen Jahren in Gebrauch, um feine
Teilchen aus Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, durch Filtra
tion abzutrennen. Derartige Filtermedien sind in einer Vielfalt
von Materialien erhältlich, um speziellen Filtrationsaufgaben
zu genügen. Faservliese, wie sie beispielsweise in US-Patent
4 021 281 beschrieben werden, sind besonders gut geeignet zum
Abfiltrieren gewisser Feststoffteilchen aus Fluiden.
Faservliese haben zwar die Fähigkeit, gewisse Teilchen abzu
trennen, es ermangelt ihnen jedoch leider an mechanischer
Festigkeit, z. B. lassen sie sich leicht verformen. Daraus
resultiert, daß häufig ein Trägermaterial mit einem derartigen
Faservlies zusammengeführt wird, um so ein Filtermedium mit
befriedigenden mechanischen Eigenschaften zu schaffen. Dies ist
insbesondere der Fall, wenn das Filtermedium in einer Umgebung
mit hoher Scherbeanspruchung oder pulsierender Beaufschlagung
zur Anwendung gebracht wird oder hohen Rückstromdrücken ausge
setzt ist.
Es sind zahlreiche Versuche unternommen wird, Faservliese mit
geeigneten Trägermaterialien zusammenzubringen. Zu diesen Ver
suchen gehört beispielsweise das Schmelzblasen eines Faser
vlieses direkt auf ein Trägermaterial, das Flammkaschieren
eines Faservlieses direkt auf ein Trägermaterial und die Ver
wendung eines Klebstoffes, um ein Faservlies mit einem Träger
material zu verbinden. Keine dieser Techniken ist frei von
Problemen, so zum Beispiel schwache Faservlies/Träger-Haftung,
erhebliche Verstopfung der Poren des Faservlieses und/oder des
Trägermaterials, Veränderung der physikalischen Eigenschaften
des Faservlieses und das Eintragen möglicher Kontaminations
quellen.
Somit besteht weiterhin Bedarf nach einem Verfahren zur Anbin
dung eines Faservlieses an die Oberfläche eines Trägermate
rials, im besonderen eines steifen Trägermaterials, wobei das
Verfahren das Anhaften des Faservlieses an dem Trägermaterial
sicherstellen soll, ohne daß dabei das Faservlies oder das
Trägermaterial in wesentlichem Umfang ungünstig beeinflußt
werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren und die
daraus resultierende Träger/Faservlies-Anordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Träger/Faservlies-Anordnung gemäß
Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 26 gelöst.
Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung sowie zusätz
liche Erfindungsmerkmale sind aus der vorliegenden Beschreibung
der Erfindung ersichtlich sowie den Unteransprüchen und weite
ren nebengeordneten Ansprüchen.
Die Erfindung schafft eine Träger/Faservlies-Anordnung, die ein
Trägermaterial umfaßt, welches an ein nichtgewebtes (non-woven)
Mehrkomponentenfaservlies gebunden ist. Die Mehrkomponenten
fasern umfassen ein erstes Polymeres und ein zweites Polymeres,
derart, daß das zweite Polymere auf mindestens einem Bereich
der Oberfläche der Mehrkomponentenfasern vorhanden ist und eine
Erweichungstemperatur aufweist, die unter der Erweichungstempe
ratur des ersten Polymeren und der des Trägermaterials liegt.
Die Träger/Faservlies-Anordnung hat eine Wasserdurchflußrate
von wenigstens circa 20% der Wasserdurchflußrate des nicht
gewebten Mehrkomponentenfaservlieses allein. Die erfindungs
gemäße Träger/Faservlies-Anordnung kann ferner ein zweites
Faservlies umfassen, welches an das nichtgewebte Mehrkomponen
tenfaservlies gebunden ist, derart, daß das nichtgewebte Mehr
komponentenfaservlies zwischen dem zweiten Faservlies und dem
Trägermaterial liegt, und wobei die Träger/Faservlies-Anordnung
eine Wasserdurchflußrate von wenigstens circa 20% der Wasser
durchflußrate des zweiten Faservlieses allein aufweist. Die
Erfindung schafft ferner ein Filterelement, welches ein Gehäuse
und eine derartige Träger/Faservlies-Anordnung umfaßt, sowie
ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Träger/Faservlies-
Anordnung und Verfahren zur Anwendung einer solchen
Träger/Faservlies-Anordnung.
Die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung umfaßt ein
Trägermaterial, welches an ein nichtgewebtes Mehrkomponenten
faservlies gebunden ist, wobei die Mehrkomponentenfasern ein
erstes Polymeres und ein zweites Polymeres umfassen, derart,
daß das zweite Polymere auf mindestens einem Bereich der Ober
fläche der Mehrkomponentenfasern vorhanden ist und eine Erwei
chungstemperatur aufweist, die unter der Erweichungstemperatur
des ersten Polymeren und der des Trägermaterials liegt, und
wobei die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchflußrate
von wenigstens circa 20% der Wasserdurchflußrate des nichtge
webten Mehrkomponentenfaservlieses allein aufweist. Die
Träger/Faservlies-Anordnung kann ferner ein zweites Faservlies
umfassen, welches an das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies
gebunden ist, derart, daß-das nichtgewebte Mehrkomponenten
faservlies zwischen dem zweiten Faservlies und dem Trägermate
rial liegt, und wobei die Träger/Faservlies-Anordnung eine
Wasserdurchflußrate von wenigstens circa 20% der Wasserdurch
flußrate des zweiten Faservlieses allein aufweist.
Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies kann beliebige oder
e Mengen von dem ersten und zweiten Polymeren enthalten,
derart, daß das zweite Polymere auf wenigstens einem Bereich
der Oberfläche der Mehrkomponentenfasern vorhanden ist und eine
Erweichungstemperatur aufweist, die unter der Erweichungs
temperatur des ersten Polymeren, des zweiten Faservlieses
(falls vorhanden) und des Trägermaterials liegt. Typischerweise
umfassen die Mehrkomponentenfasern wenigstens circa 10 Gew.-%
eines ersten Polymeren mit einer ersten Erweichungstemperatur
und nicht mehr als circa 90 Gew.-% eines zweiten Polymeren mit
einer zweiten Erweichungstemperatur, welche niedriger ist als
die erste Erweichungstemperatur sowie die Erweichungstemperatur
des zweiten Faservlieses (falls vorhanden) und des Trägermate
rials. Die Mehrkomponentenfasern umfassen bevorzugt wenigstens
circa 30 Gew.-%, noch besser mindestens circa 40 Gew.-% (z. B.
circa 40 bis 60 Gew.-%) von dem ersten Polymeren und nicht mehr
als circa 70 Gew.-%, noch besser nicht mehr als circa 60 Gew.-%
(z. B. circa 60 bis 40 Gew.-%) von dem zweiten Polymeren. Die
Mehrkomponentenfasern umfassen bevorzugt einen Kern aus dem
ersten Polymeren und wenigstens eine teilweise umgebende Ober
flächenbedeckung aus dem zweiten Polymeren. Noch bevorzugter
umfassen die Mehrkomponentenfasern einen Kern aus dem ersten
Polymeren und eine Hülle aus dem zweiten Polymeren (d. h. das
zweite Polymere bildet einen zusammenhängenden Überzug auf der
Oberfläche des Kerns aus dem ersten Polymeren).
Die Mehrkomponentenfasern des nichtgewebten Vlieses können aus
beliebigen geeigneten Polymeren hergestellt sein. Vorzugsweise
ist wenigstens das zweite Polymere, noch besser auch das erste
Polymere, ein thermoplastisches Polymeres. Meist bevorzugt sind
die Mehrkomponentenfasern des nichtgewebten Vlieses aus geeig
neten Polyolefinen und/oder Polyestern hergestellt. Geeignete
Polymere umfassen Polyester, Polyethylen, Polypropylen und
Polymethylpenten. Das erste Polymere ist bevorzugt Polyester,
wobei das zweite Polymere bevorzugt Polyethylen ist. Die Mehr
komponentenfasern des nichtgewebten Vlieses lassen sich durch
beliebige geeignete Mittel herstellen und durch beliebige
geeignete Mittel zu einem nichtgewebten Vlies formen,
beispielsweise durch die herkömmlichen Verfahren zur Papier
herstellung mittels Langsiebmaschinen. Zwar sind die Mehrkompo
nentenfasern bevorzugt Bikomponentenfasern, d. h. Fasern, die
aus nur zwei Polymeren hergestellt sind, die Mehrkomponenten
fasern können jedoch auch aus mehr als zwei Polymeren herge
stellt sein, d. h. das erste und/oder zweite Polymere, wie hier
beschrieben, lassen sich als Polymermischungen oder sog.
Polymer-Blends denken. Die Mehrkomponentenfasern können auch
einen geeigneten Haftvermittler umfassen, z. B. einen Silan-
Haftvermittler, insbesondere wenn das Trägermaterial ein Metall
ist, z. B. Edelstahl.
Die spezielle Kombination von Polymeren für die Mehrkomponen
tenfasern sollte so gewählt sein, daß die Erweichungstemperatu
ren des ersten und des zweiten Polymeren sich hinreichend von
einander unterscheiden, derart, daß die Erweichung des zweiten
Polymeren bewirkt werden kann, ohne dabei das erste Polymere
sowie das zweite Faservlies (falls vorhanden) und das Träger
material abträglich zu beeinflussen. Somit haben das erste
Polymere, das zweite Faservlies (falls vorhanden) und das
Trägermaterial bevorzugt Erweichungstemperaturen, die wenig
stens circa 20°C, noch besser wenigstens circa 50°C höher
liegen als die Erweichungstemperatur des zweiten Polymeren. Das
zweite Polymere hat typischerweise eine Erweichungstemperatur
von circa 110°C bis circa 200°C, noch typischer von circa
110°C bis circa 150°C. Obgleich es möglich ist, die Schmelz
temperaturen des zweiten Faservlieses (falls vorhanden), des
Trägermaterials und des ersten und zweiten Polymeren des nicht
gewebten Mehrkomponentenfaservlieses zu berücksichtigten,
liefern die Erweichungstemperaturen ein praktischeres Maß für
die Temperaturen, bei denen Verformung und/oder Schmelzfluß der
verschiedenen Elemente der erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-
Anordnung eintreten können.
Die zur Bildung des nichtgewebten Vlieses herangezogenen Mehr
komponentenfasern haben bevorzugt einen mittleren oder durch
schnittlichen Durchmesser von circa 50 µm oder weniger. Noch
bevorzugter haben wenigstens 90%, meist bevorzugt im wesent
lichen sämtliche der das nichtgewebte Vlies bildenden Mehr
komponentenfasern einen Durchmesser von circa 50 µm oder weni
ger. Die das nichtgewebte Vlies bildenden Mehrkomponentenfasern
haben typischerweise einen Durchmesser von circa 5 bis 50 µm,
noch gebräuchlicher von circa 10 bis 30 µm. Die Mehrkomponen
tenfasern können eine beliebige geeignete Länge haben, z. B.
circa 0,5 bis 8 cm.
Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies kann ein beliebiges
geeignetes Flächengewicht (oder flächenbezogene Masse) haben.
Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies hat bevorzugt ein
Flächengewicht von wenigstens circa 20 g/m², noch besser
zwischen circa 20 g/m² und circa 200 g/m² und meist bevorzugt
zwischen circa 20 g/m² und circa 100 g/m².
Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies kann von beliebiger
geeigneter Dicke sein und ist im allgemeinen mindestens circa
50 µm dick. Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies weist
bevorzugt eine ausreichende Dicke auf, so daß der Träger/Faser
vlies-Anordnung die gewünschte Ablösefestigkeit verliehen wird.
Ferner sollte das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies von
hinreichender Dicke sein, um die gewünschte physische Trennung
zwischen dem zweiten Faservlies, wenn vorhanden, und dem
Trägermaterial zu erhalten, um ausreichende seitliche Strömung
(z. B. Quer- oder Längsströmung) durch das nichtgewebte Mehr
komponentenfaservlies zuzulassen, wodurch der Druckverlust der
Träger/Faservlies-Anordnung auf ein Mindestmaß herabgesetzt
wird. Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies hat bevorzugt
eine Dicke von weniger als circa 5000 µm, noch bevorzugter von
weniger als circa 2500 µm und meist bevorzugt von circa 50 bis
circa 1000 µm.
Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies sollte, was die
Dicke anbelangt, so gleichmäßig wie möglich sein. Vorzugsweise
weist das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies eine Veränder
lichkeit der Dicke von nicht mehr als circa ±10% auf, noch
bevorzugter von nicht mehr als circa ±9%, was in etwa
3 Standardabweichungen von der mittleren Dicke des nichtgeweb
ten Vlieses darstellt. Meist bevorzugt hat das nichtgewebte
Mehrkomponentenfaservlies eine Veränderlichkeit der Dicke von
nicht mehr als circa ±5%.
Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies kann eine beliebige
geeignete Luftdurchlässigkeit aufweisen. Typischerweise hat das
nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies eine Luftdurchlässigkeit
von circa 30 000 bis circa 500 000 Liter pro Minute/m². Das
nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies weist bevorzugt eine
Luftdurchlässigkeit von circa 100 000 bis circa 300 000 Liter
pro Minute/m² auf.
Das Trägermaterial kann ein beliebiges geeignetes Material
sein, wünschenswerterweise ein Material, das steifer ist als
das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies und das zweite
Faservlies (sofern vorhanden). Das Trägermaterial hat
wünschenswerterweise eine Biegesteifigkeit ("Cantilever Test"
nach ASTM D 1388-64 (neu anerkannt 1975; redaktionelle
Änderungen in 1975 und 1976)) von wenigstens ungefähr dem
10fachen, vorzugsweise wenigstens ungefähr dem 50fachen, noch
besser von wenigstens ungefähr dem 100fachen, z. B. ungefähr dem
500fachen oder mehr, und meist bevorzugt von wenigstens ungefähr
dem 1000fachen der Biegesteifigkeit des nichtgewebten Mehrkom
ponentenfaservlieses und des zweiten Faservlieses (falls vor
handen). Das Trägermaterial hat ferner bevorzugt eine Zug
festigkeit von wenigstens ungefähr dem 5fachen, noch besser von
wenigstens ungefähr dem 10fachen der Zugfestigkeit des nichtge
webten Mehrkomponentenfaservlieses und des zweiten Faservlieses
(falls vorhanden). Ferner sollte die Erweichungstemperatur des
Trägermaterials größer sein als die Erweichungstemperatur des
zweiten Polymeren der Mehrkomponentenfasern.
Das Trägermaterial ist typischerweise ein polymeres Material
oder ein Metall. Geeignete polymere Materialien umfassen Poly
amid (z. B. Nylon), Polypropylen, Polyethersulfon (PES), Poly
sulfon (PSO), Polyetherimid (PEI), Polyetheretherketon (PEEK)
und Polyetherketon (PEK). Geeignete metallische Werkstoffe
umfassen Metalle, wie Aluminium, und Legierungen, wie Edel
stahl. Das Trägermaterial kann in einer beliebigen geeigneten
Form vorliegen, z. B. schicht-, faser-, maschenförmig und der
gleichen.
Das Trägermaterial kann porös sein, derart, daß das gefilterte
Fluid durch das Trägermaterial hindurchfließt, oder es kann
nichtporös sein, derart, daß das gefilterte Fluid seitlich
durch das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies fließt, z. B.
zwischen dem zweiten Faservlies (sofern vorhanden) und dem
Trägermaterial. Das Trägermaterial ist vorzugsweise porös, im
besonderen eine poröse Schicht aus Edelstahl, z. B. mit durch
chemisches Ätzen hergestellten Löchern.
Die Haftfreudigkeit des Trägermaterials an das nichtgewebte
Mehrkomponentenfaservlies läßt sich durch Aufrauhen der Ober
fläche des Trägermaterials verbessern. Zum Beispiel kann die
Haftfreudigkeit des Trägermaterials, insbesondere wenn es sich
um ein Metall, z. B. Edelstahl, handelt, an das nichtgewebte
Mehrkomponentenfaservlies dadurch gesteigert werden, daß das
Trägermaterial einer Ätzbehandlung und/oder einer Wärmebehand
lung oder einer anderen oxidativen Oberflächenbehandlung unter
zogen wird.
Die erfindungsgemäße Faservlies-Anordnung kann ein zweites
Faservlies umfassen, d. h. ein Faservlies zusätzlich zu dem
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies. Als das zweite
Faservlies kann ein beliebiges geeignetes nichtgewebtes
Faservlies verwendet werden.
Das zweite Faservlies kann von beliebigen geeigneten Materia
lien gebildet und von beliebiger geeigneter Struktur sein. Das
zweite Faservlies kann Mehrkomponentenfasern oder Einkomponen
tenfasern umfassen und kann also gleich dem nichtgewebten Mehr
komponentenfaservlies oder von diesem verschieden sein. Das
zweite Faservlies umfaßt bevorzugt Einkomponentenfasern. Das
zweite Faservlies kann in der Form eines nichtgewebten Faser
vlieses oder einer gewebten (einschließlich einer maschen- oder
siebgewebeartigen) Faserstruktur bzw. -vlieses vorliegen,
vorzugsweise jedoch als nichtgewebtes Faservlies.
Im allgemeinen stellt bei Verwendung eines zweiten Faservlieses
dieses das primäre Filtermedium dar, wobei das nichtgewebte
Mehrkomponentenfaservlies ein Mittel zum Binden des zweiten
Faservlieses an das Trägermaterial ist.
Die Bindung des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses an
das Trägermaterial und das zweite Faservlies (falls vorhanden)
wird bewirkt, indem das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies
einer Temperatur ausgesetzt wird, die über der Erweichungs
temperatur des zweiten Polymeren, aber unter der Erweichungs
temperatur des ersten Polymeren, des zweiten Faservlieses
(falls vorhanden) und des Trägermaterials liegt. Mit anderen
Worten, das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies wird einer
Temperatur ausgesetzt, die ausreichend ist, um das zweite Poly
mere wenigstens teilweise zu erweichen, ohne dabei die anderen
Komponenten der Träger/Faservlies-Anordnung in wesentlichem
Umfang zu erweichen, derart, daß das zweite Polymere in aus
reichendem Umfang zum Schmelzfluß gebracht werden kann, um die
erwünschte Haftung zwischen dem nichtgewebten Mehrkomponenten
faservlies und dem zweiten Faservlies (falls vorhanden) und dem
Trägermaterial zu bewirken.
Somit schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer
Träger/Faservlies-Anordnung, wobei das Verfahren folgendes um
faßt: (a) Inkontaktbringen eines nichtgewebten Mehrkomponenten
faservlies mit einem Trägermaterial, um eine Träger/Faservlies-
Anordnung zu bilden, wobei die Mehrkomponentenfasern ein erstes
Polymeres und ein zweites Polymeres umfassen, derart, daß das
zweite Polymere auf wenigstens einem Bereich der Oberfläche der
Mehrkomponentenfasern vorhanden ist und eine Erweichungstempe
ratur aufweist, die unter der Erweichungstemperatur des ersten
Polymeren und der des Trägermaterials liegt; (b) Aussetzen des
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses einer Temperatur, die
über der Erweichungstemperatur des zweiten Polymeren und unter
der Erweichungstemperatur des ersten Polymeren und der des
Trägermaterials liegt; und (c) Anwenden von Druck auf die
Träger/Faservlies-Anordnung, während sich das nichtgewebte
Mehrkomponentenfaservlies bei einer Temperatur oberhalb der
Erweichungstemperatur des zweiten Polymeren befindet, derart,
daß das Trägermaterial an das nichtgewebte Mehrkomponenten
faservlies gebunden wird, und die Träger/Faservlies-Anordnung
eine Wasserdurchflußrate von wenigstens circa 20% der Wasser
durchflußrate des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses
allein aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner folgendes umfassen:
In-Position-bringen des nichtgewebten Mehrkomponentenfaser
vlieses zwischen das Trägermaterial und ein zweites Faservlies;
Unterwerfen des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses einer
Temperatur, die über der Erweichungstemperatur des zweiten
Polymeren und unter der Erweichungstemperatur des ersten Poly
meren, des zweiten Faservlieses und des Trägermaterials liegt;
und Anwenden von Druck auf die Träger/Faservlies-Anordnung,
während sich das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies bei
einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des zweiten
Polymeren befindet, derart, daß das Trägermaterial und das
zweite Faservlies an das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies
gebunden werden, und die Träger/Faservlies-Anordnung eine
Wasserdurchflußrate von wenigstens circa 20% der Wasserdurch
flußrate des zweiten Faservlieses allein aufweist.
Das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies kann der gewünschten
Erweichungstemperatur unterworfen werden unter Zuhilfenahme
beliebiger geeigneter Mittel, zu denen, ohne darauf beschränkt
zu sein, folgende gehören: Heizplatten, Induktion, Mikrowellen,
Hochfrequenz, Konvektion und dergleichen. Beispielsweise kann
die erfindungsgemäße Anordnung in einen Ofen oder auf eine
heiße Platte gebracht werden oder, noch besser, durch beheizte
Quetschwalzen und/oder zwischen beheizten Transportbändern
geführt werden, solange ein erwünschter Grad von Haftung, z. B.
Ablösefestigkeit, zwischen den Lagen der Anordnung erhalten
wird, ohne unzulässiges Verstopfen oder Zusetzen der Poren. In
ähnlicher Weise kann ein Bereich der Anordnung auf die
gewünschte Temperatur gebracht und sodann mit dem/den rest
lichen Bereich/en der Anordnung vereinigt werden.
Meist bevorzugt erfolgt die Anwendung von Wärme auf die Anord
nung über einen Zeitraum, der hinreichend ist, um dem nichtge
webten Mehrkomponentenfaservlies insgesamt das Erreichen der
gewünschten Temperatur zu gestatten. Die für diese Erwärmung
benötigte Zeitspanne ist teilweise abhängig von dem Verfahren,
durch das die Wärmeanwendung erfolgt, und von den genauen
physikalischen Eigenschaften der Komponenten der Anordnung.
Während sich das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies bei der
erhöhten Temperatur befindet, d. h. bei einer Temperatur ober
halb der Erweichungstemperatur des zweiten Polymeren, wird auf
die Anordnung bevorzugt ein Druck von geeigneter Höhe angewen
det, der auf eine beliebige geeignete Weise bewirkt werden
kann, z. B. durch Quetschwalzen und dergleichen. Die Höhe des
auf die erwärmte Anordnung angewandten Druckes, die erforder
lich ist, um gute Haftung der verschiedenen Komponenten der
Anordnung zu bewirken, variiert in ähnlicher Weise in Abhängig
keit von dem genauen Verfahren, welches angewendet wird, um die
Haftung der Komponenten der Anordnung zu bewirken, und der
physikalischen Beschaffenheit dieser Komponenten. Im allgemei
nen ist ein angewandter Druck von circa 5 bis 1500 kPa aus
reichend, wobei die Verwendung von circa 10 bis 1000 kPa ange
wandter Druck noch typischer ist.
Die Druckanwendung muß über eine Zeit erfolgen, die hinreichend
ist, damit das zweite Polymere der Mehrkomponentenfasern, die
das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies bilden, zur Verfor
mung oder zum Schmelzfluß gebracht werden kann, um den gewün
schten Grad an Haftung zwischen den Komponenten der Anordnung
zu bewirken, ohne dabei den Rest der Träger/Faservlies-Anord
nung ungünstig zu beeinflussen, z. B. zu verformen und/oder zum
Schmelzfluß zu bringen. Im allgemeinen kann der gewünschte
Druck circa 1 bis 60 Sekunden lang angewendet werden, vorzugs
weise circa 1 bis 30 Sekunden.
Es sollte darauf geachtet werden, daß der angewandte Druck
nicht auf eine Weise angewandt wird, die der Träger/Faservlies-
Anordnung abträglich ist. Ferner sollte auf die Träger/Faser
vlies-Anordnung kein Druck angewendet werden, der das nicht
gewebte Mehrkomponentenfaservlies nichtporös machen könnte,
oder der Druck nicht so angewendet werden, daß das Absorptions-
und Fluidströmungsverhalten über das nichtgewebte Mehrkomponen
tenfaservlies (seitliche und/oder vertikale Strömung) in
wesentlichem Umfang ungünstig beeinflußt wird, obgleich es in
manchen Fällen erwünscht sein kann, einen Bereich des nicht
gewebten Mehrkomponentenfaservlieses absichtlich nichtporös zu
machen, d. h. undurchlässig für Fluidströmung, um z. B. die
Fluidströmung zu beeinflussen. Ein derartiger Ansatz ist
besonders nützlich beim fluiddichten Versiegeln der Kanten der
Träger/Faservlies-Anordnung, um Fluid-Leckage zu verhindern und
den Fluß des Fluids zu einem geeigneten Auslaß zu lenken.
Die Träger/Faservlies-Anordnung wird wünschenswerterweise so
hergestellt, daß die Anordnung ausreichend hohe Durchlässig
keits- und Haftungseigenschaften aufweist. Im besonderen hat
die Träger/Faservlies-Anordnung bevorzugt eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 50%, noch besser von wenigstens
circa 70% und meist bevorzugt von wenigstens circa 90% der
Wasserdurchflußrate des nichtgewebten Mehrkomponentenfaser
vlieses allein und/oder der Wasserdurchflußrate des zweiten
Faservlieses (falls vorhanden). Die Wasserdurchflußrate ist die
Wassermenge pro Zeiteinheit pro Druckeinheit pro Oberflächen
einheit der Anordnung und wird in der vorliegenden Beschreibung
in ml/min/kPa/m² ausgedrückt. Die Wasserdurchflußrate wird,
wenn möglich, bei einem angewandten Druck von 7 kPa gemessen,
und sämtliche in der vorliegenden Beschreibung angeführten
Werte von Wasserdurchflußraten geben Messungen bei einem
solchen angewandten Druck wieder.
Ferner hat die Träger/Faservlies-Anordnung bevorzugt Ablöse
festigkeiten von zweitem Faservlies/nichtgewebtem Mehrkomponen
tenfaservlies und nichtgewebtem Mehrkomponentenfaservlies/
Trägermaterial von wenigstens circa 50 kg/m, noch besser von
wenigstens circa 100 kg/m und meist bevorzugt von wenigstens
circa 150 kg/m, bezogen auf den trockenen Zustand, und meist
bevorzugt auch nach Einweichen in Wasser bei 90°C über
30 Minuten. Die Träger/Faservlies-Anordnung hat idealerweise
Ablösefestigkeiten von zweitem Faservlies/nichtgewebtem Mehr
komponentenfaservlies und nichtgewebtem Mehrkomponentenfaser
vlies/Trägermaterial, die ausreichend hoch sind, so daß die
Träger/Faservlies-Anordnung sich nicht durch Abschälen trennen
läßt, ohne das zweite Faservlies und/oder das Trägermaterial zu
zerstören.
Die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung hat wünschens
werterweise eine Biegesteifigkeit (ASTM D 1388-64) von wenig
stens ungefähr dem 10fachen, vorzugsweise von wenigstens unge
fähr dem 50fachen, noch bevorzugter von wenigstens ungefähr dem
100fachen, z. B. ungefähr dem 500fachen oder mehr, und meist
bevorzugt von wenigstens ungefähr dem 1000fachen der Biege
steifigkeit des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses und
des zweiten Faservlieses (falls vorhanden).
Die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung kann bevorzugt
Scherraten widerstehen, wie sie z. B. bei der dynamischen
Filtration vorgefunden werden, von wenigstens circa
200 000 s-¹, noch besser von wenigstens circa 400 000 s-¹ und
meist bevorzugt von wenigstens circa 500 000 s-¹. In ähnlicher
Weise kann die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung
wünschenswerterweise Rückstromdrücken von wenigstens circa
100 kPa, vorzugsweise von wenigstens circa 200 kPa, noch besser
von wenigstens circa 400 kPa und meist bevorzugt von wenigstens
circa 500 kPa widerstehen.
Die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung kann für jeden
geeigneten Zweck verwendet werden, z. B. für jeden Zweck, für
den eine herkömmliche Träger/Faservlies-Anordnung benutzt
werden könnte. Da die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anord
nung hervorragende Haftungseigenschaften aufweist, unter Beibe
haltung guter Permeabilitätseigenschaften, kann die erfindungs
gemäße Träger/Faservlies-Anordnung auch in Anwendungen und
Umgebungen benutzt werden, für die eine herkömmliche Träger/
Faservlies-Anordnung möglicherweise nicht geeignet wäre, wie
z. B. in Umgebungen mit hoher Scherbeanspruchung oder pulsieren
der Beaufschlagung oder in Anwendungen, in denen die Träger/
Faservlies-Anordnung hohen Rückstromdrücken ausgesetzt ist. Die
erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung ist geeignet für
Querstromfiltrations-Vorrichtungen und -Anwendungen und ist
besonders gut geeignet für Vorrichtungen und Anwendungen der
dynamischen Filtration, insbesondere solchen mit rotierenden
und vibrierenden Vorrichtungen zum dynamischen Filtrieren.
Somit schafft die Erfindung ein Filterelement, welches ein
Gehäuse und die Träger/Faservlies-Anordnung gemäß der Erfindung
umfaßt. Ein derartiges Filterelement kann die erfindungsgemäße
Träger/Faservlies-Anordnung in einer beliebigen Ausbildung
beinhalten, einschließlich beispielsweise in der Form einer
Schicht, wobei das Trägermaterial eine Platte ist, einer
gefältelten Ausbildung, wobei das Trägermaterial maschenartig
ist, oder einer röhrenförmigen Ausbildung, wobei das Träger
material ein Rohr ist. Die Erfindung schafft ferner ein Verfah
ren zum Filtern eines Fluids, wobei das Verfahren das Hindurch
leiten eines Fluids durch die erfindungsgemäße Träger/Faser
vlies-Anordnung umfaßt.
Die folgenden Beispiele dienen der weitergehenden Veranschau
lichung der Erfindung und sind selbstverständlich nicht in dem
Sinne auszulegen, daß sie den Rahmen der Erfindung in irgend
einer Weise beschränken.
Dieses Beispiel zeigt die herausragenden Permeabilitäts- und
Haftungseigenschaften der erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-
Anordnung.
Im besonderen wurde die Permeabilität gemessen von: einem
nichtgewebten Einkomponentenfaservlies allein (Probe 1A); dem
nichtgewebten Einkomponentenfaservlies in einem mit einem Edel
stahl-Träger zusammengeführten, aber nicht daran gebundenen
Zustand (Probe 1B); einem nichtgewebten Mehrkomponentenfaser
vlies allein (Probe 1C); dem nichtgewebten Mehrkomponenten
faservlies in einem mit dem Edelstahl-Träger zusammengeführten,
jedoch nicht daran gebundenen Zustand (Probe 1D); dem nichtge
webten Mehrkomponentenfaservlies in einem mit dem Edelstahl-
Träger zusammengeführten und daran gebundenen Zustand
(Probe 1E); dem nichtgewebten Einkomponentenfaservlies in einem
mit dem Edelstahl-Träger zusammengeführten, jedoch nicht daran
gebundenen Zustand, mit dem nichtgewebten Mehrkomponenten
faservlies dazwischen (Probe 1F); und dem nichtgewebten Ein
komponentenfaservlies in einem an den Edelstahl-Träger gebunde
nen Zustand, mit dem nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies
dazwischen (Probe 1G). Die Ablösefestigkeiten der verschiedenen
gebundenen Ausführungsformen wurden, im jeweils zutreffenden
Umfang, ebenfalls bestimmt.
Das in dieser Reihe von Versuchen verwendete nichtgewebte Ein
komponentenfaservlies war Reemay® 2016 (Snow Filtration Co.
(Cincinatti, Ohio)). Das nichtgewebte Vlies hatte ein Flächen
gewicht von circa 46 g/m² und war ein nichtgewebtes wirr geleg
tes Spinnfaservlies (spunbonded), welches aus 100% Polyester
fasern gebildet war. Die Dicke des nichtgewebten Vlieses betrug
circa 229 µm (Prüfverfahren nach ASTM D 1777-64 (neu aner
kannt 1975)), während die Luftdurchlässigkeit des Vlieses circa
274 300 Liter pro Minute/m² betrug (Prüfverfahren nach
ASTM D 737-75). Die Zugfestigkeit des nichtgewebten Vlieses
betrug circa 661 kg/lin. m in Laufrichtung der Maschine und
circa 482 kg/lin. m quer zur Laufrichtung der Maschine (Prüf
verfahren nach ASTM D 1117-77).
Der Edelstahl-Träger war eine Platte aus Edelstahl 304 mit
einer Dicke von circa 305 µm und chemisch geätzten Löchern mit
einem Durchmesser von circa 380 µm. Diese Löcher, durch die das
Permeat abfließen kann, waren mit einem Mittenabstand von circa
900 µm angeordnet, wodurch eine freie Fläche von circa 16% zum
Permeieren geschaffen wurde. Die Oberfläche der Edelstahlplatte
wurde während des Ätzens der Löcher chemisch aufgerauht,
wodurch die Anbindung verbessert wurde. Die Plattenoberfläche
wurde ferner dadurch bindungsfreundlicher gemacht, daß die
Platte circa 1 Stunde lang in einem Ofen einer Temperatur von
circa 370°C ausgesetzt wurde.
Das in dieser Serie von Versuchen verwendete nichtgewebte Mehr
komponentenfaservlies war Celbond® T105 (Hoechst-Celanese,
Salisbury, North Carolina). Das nichtgewebte Vlies vom Typ T105
war gebildet aus 100% bikomponentigen, konzentrisch gerichte
ten Fasern mit einer Hülle aus linearem Polyethylen niedriger
Dichte mit einer Schmelztemperatur von 127°C und einem Poly
ester-Kern mit einer Schmelztemperatur von 256°C. Das nichtge
webte Vlies vom Typ T105 hatte ein Flächengewicht von circa
68 g/m² und war ein naßgelegtes nichtgewebtes Wirrfaservlies,
gebildet von Celbond® T105-Fasern von circa 20 µm Durch
messer×1,27 cm Länge. Die Dicke des nichtgewebten Vlieses vom
Typ T105 betrug circa 406 µm (Prüfverfahren nach
ASTM D 1777-64), während die Luftdurchlässigkeit des Vlieses
circa 167 600 Liter pro Minute/m² betrug (Prüfverfahren nach
ASTM D 737-75). Die Zugfestigkeit des nichtgewebten Vlieses vom
Typ T105 betrug circa 107 kg/lin. m in Laufrichtung der
Maschine und circa 71 kg/lin. m quer zur Laufrichtung der
Maschine (Prüfverfahren nach ASTM D 1117-77).
Der Filtratfluß wurde bestimmt, indem der Fluß von deminerali
siertem Wasser bei Umgebungstemperatur (z. B. circa 20 bis
25°C) bei einem angewandten Druck von circa 7 kPa gemessen
wurde. Die Wasserdurchflußrate durch das nichtgewebte Einkompo
nentenfaservlies allein betrug circa 425 Liter pro Minute/m²
oder circa 62 Liter pro Minute/m²/kPa. Die Permeabilität einer
spezifischen, das nichtgewebte Einkomponentenfaservlies umfas
senden Anordnung wurde berechnet, indem die Wasserdurchflußrate
bei circa 7 kPa angewandtem Druck durch die Anordnung gemessen
und diese Durchflußrate durch die Durchflußrate durch die
Membran allein (d. h. circa 425 Liter pro Minute/m² oder circa
62 Liter pro Minute/m²/kPa) dividiert wurde, um eine Permea
bilität in Prozent zu erhalten. Ähnlich war die Wasserdurch
flußrate durch das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies
allein circa 436 Liter pro Minute/m² oder circa 63 Liter pro
Minute/m²/kPa. Die Permeabilität einer spezifischen Anordnung,
die das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies enthielt, in
Abwesenheit des nichtgewebten Einkomponentenfaservlieses, wurde
berechnet, indem die Wasserdurchflußrate bei circa 7 kPa ange
wandtem Druck durch die Anordnung bestimmt und diese Durchfluß
rate durch die Durchflußrate durch die Membran allein (d. h.
circa 436 Liter pro Minute/m² oder circa 63 Liter pro
Minute/m²/kPa dividiert wurde, um eine Permeabilität in Prozent
zu erhalten.
Das Verbinden des nichtgewebten Einkomponentenfaservlieses
(Textil), des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses
(Zwischenschicht) und/oder der Edelstahlplatte (Träger) wurde
unter Zuhilfenahme eines Laminators bewirkt. Die Träger/Faser
vlies-Anordnung wurde ordnungsgemäß durch Aufeinanderschichten
zusammengelegt und sodann in den Laminator eingespeist, der aus
einem beheizten oberen und unteren Transportband gebildet war,
durch welche die Anordnung geführt wurde. Die Temperatur der
Bänder war auf 160 bis 170°C eingestellt, d. h. oberhalb der
Schmelztemperatur der Hüll-Komponente der Bikomponentenfasern
und unterhalb der Schmelztemperatur der Kern-Komponente der
Bikomponentenfasern sowie des nichtgewebten Einkomponenten
faservlieses und Edelstahl-Trägers. Der als Bandhöhe bezeich
nete Abstand zwischen den beiden Bändern, der 0,9 mm betrug,
wurde auf ungefähr die Dicke der ungebundenen Anordnung einge
stellt, um die Anordnung vor Anwendung des Spaltdruckes gleich
mäßig zu erwärmen. Das thermische Gleichgewicht wurde erreicht,
während die Anordnung die beheizten Transportbänder entlang
lief, wobei die Verweilzeit vor Anwendung des Spaltdruckes (der
bestimmt ist durch die Geschwindigkeit der Transportbänder)
circa 60 Sekunden betrug. Der Spalt zwischen dem unteren
Transportband und der Quetschwalze, d. h. die Walzenspalthöhe,
betrug 0,6 mm, und der Quetschwalzendruck betrug entweder circa
21 kPa (für die Probe 1E) oder circa 186 kPa (für die
Probe 1G). Nach Verlassen der Quetschwalze wurde der
Träger/Faservlies-Anordnung gestattet, bei Umgebungstemperatur
abzukühlen.
Die Ablösefestigkeit zwischen zwei aneinander gebundenen Lagen
wurde nach ASTM D 2724-79 bestimmt, indem die zwei Lagen in
entgegengesetzte Richtung in einem Winkel von 180° auseinander
gezogen wurden. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung der
erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-Anordnung ist die Ablöse
festigkeit diejenige Belastung, die erforderlich ist, um eine
der beiden aneinander gebundenen Lagen von der anderen Lage
(die fest ist) wegzuziehen, mit einer Geschwindigkeit von
5,08 cm/min bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit innerhalb
eines 2,54 cm breiten auf 10,16 cm langen Streifens der anein
ander gebundenen Schichten. Die Ablösefestigkeit von aneinander
gebundenen Lagen wurde außerdem bestimmt, nachdem jeder Test
streifen 30 Minuten lang in Wasser bei 90°C eingeweicht war.
Die Verbindungsbedingungen und physikalischen Eigenschaften der
verschiedenen, in diesen Versuchen bewerteten Anordnungen sind
in Tabelle 1 dargelegt.
Wie aus den Daten gemäß Tabelle 1 ersichtlich, weist die
erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung ausgezeichnete
Permeabilitäts- und Haftungseigenschaften auf. Im besonderen
bleibt bei der erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-Anordnung
(wie am Beispiel der Proben 1E und 1G gezeigt) ein wesentlicher
Teil der Permeabilität der ungebundenen Anordnung (wie am
Beispiel der Proben 1D bzw. 1F gezeigt) und sogar der nicht
gewebten Einkomponenten- oder Mehrkomponentenfaservliese allein
(wie am Beispiel der Proben 1A bzw. 1C gezeigt) erhalten, wobei
sie gleichzeitig ausgezeichnete Haftungseigenschaften aufweist,
wie die Ablösefestigkeitswerte zeigen. Tatsächlich hat das Vor
handensein des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses wenig
nachteilige Auswirkung auf die Permeabilität, wie ein Vergleich
der Permeabilitäten der erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-
Anordnung, welche die nichtgewebten Einkomponenten- und Mehr
komponentenfaservliese mit dem Edelstahl-Träger umfaßt (wie am
Beispiel der Probe 1G gezeigt), und des nichtgewebten Einkompo
nentenfaservlieses mit dem Edelstahl-Träger allein (wie am
Beispiel der Probe 1B gezeigt) veranschaulicht.
Die Träger/Faservlies-Anordnungen (wie am Beispiel der
Proben 1E und 1G gezeigt) wiesen ausgezeichnete Ablösefestig
keitseigenschaften im nassen und trockenen Zustand zwischen dem
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies und dem Edelstahl-
Träger auf. Die Anordnung aus Träger und nichtgewebten Vliesen
oder die nichtgewebte Träger/Vlies-Anordnung (wie am Beispiel
der Probe 1G gezeigt) zeigte ferner gute Ablösefestigkeits
eigenschaften im nassen und trockenen Zustand zwischen dem
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies und dem nichtgewebten
Einkomponentenfaservlies.
Diese Beispiel veranschaulicht die schlechten Permeabilitäts
eigenschaften einer Träger/Faservlies-Anordnung, die in einer
Weise ähnlich der in Beispiel 1 beschriebenen hergestellt
wurde, wobei jedoch ein nichtgewebtes Einkomponentenfaservlies
als eine Zwischenschicht zwischen dem in Beispiel 1 angeführten
nichtgewebten Einkomponentenfaservlies und Edelstahl-Träger
verwendet wurde, im Gegensatz zu dem, was die Erfindung
gebietet.
Es wurde eine Träger/Faservlies-Anordnung ähnlich den von
Beispiel 1 hergestellt, wobei der Laminator verwendet wurde
(jedoch mit einem Spaltdruck von circa 186 kPa), um die Verbin
dung des nichtgewebten Einkomponentenfaservlieses (Textil) von
Beispiel 1, eines nichtgewebten Einkomponentenfaservlieses von
niedrigerer Schmelztemperatur (Zwischenschicht) und der Edel
stahlplatte (Träger) von Beispiel 1 zu bewirken. Die nichtge
webte Einkomponentenfaservlies-Zwischenschicht war aus Poly
propylen und ist als Typar® T135 (Midwest Filtration Company,
Hamilton, Ohio) am Markt. Die nichtgewebte Einkomponenten
faservlies-Zwischenschicht hatte ein Flächengewicht von circa
31 g/m² und war ein nichtgewebtes Spinnfaservlies, welches von
Fasern mit einem mittleren Durchmesser von circa 23 µm gebildet
war. Die Dicke der nichtgewebten Einkomponentenfaservlies-
Zwischenschicht betrug circa 254 µm (Prüfverfahren nach
ASTM D 1777-64), während die Luftdurchlässigkeit des Vlieses
circa 76 200 Liter pro Minute/m² betrug (Prüfverfahren nach
ASTM D 737-75). Die Zugfestigkeit der nichtgewebten Einkompo
nentenfaservlies-Zwischenschicht betrug circa 482 kg/lin. m in
Laufrichtung der Maschine und circa 268 kg/lin. m in Maschinen
querrichtung (Prüfverfahren nach ASTM D 1117-77).
Die Permeabilität und Ablösefestigkeit der Anordnung wurden wie
beschrieben gemessen, in gleicher Weise wie in Beispiel 1
beschrieben, und die resultierenden Werte sind in Tabelle 2
festgehalten. Zu Vergleichszwecken wurde die gleiche Anordnung
in ungebundener Form auf ähnliche Weise geprüft, und die resul
tierenden Werte sind ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt. Im
besonderen wurde der Filtratfluß bestimmt, indem der Fluß von
demineralisiertem Wasser bei Umgebungstemperatur (z. B. circa
20 bis 25°C) bei einem angewandten Druck von circa 7 kPa
gemessen wurde. Die Wasserdurchflußrate durch die ungebundene
Anordnung betrug circa 425 Liter pro Minute/m² oder circa
62 Liter pro Minute/m²/kPa. Die Permeabilität der gebundenen
Anordnung wurde berechnet, indem die Wasserdurchflußrate bei
circa 7 kPa angewandtem Druck durch die Anordnung gemessen und
diese Durchflußrate durch die Durchflußrate durch die Membran
allein (d. h. circa 425 Liter pro Minute/m² oder circa 62 Liter
pro Minute/m²/kPa) dividiert wurde, um eine Permeabilität in
Prozent zu erhalten.
Die in Tabelle 2 gezeigten Daten lassen erkennen, daß die
Träger/Faservlies-Anordnung, die eine nichtgewebte Einkomponen
tenfaservlies-Zwischenschicht verwendete, zwar gute Ablöse
festigkeitseigenschaften, aber sehr schlechte Permeabilitäts
eigenschaften hatte. Tatsächlich war bei diesem speziellen Ver
gleichsbeispiel keine Permeabilität von Bedeutung vorhanden.
Obgleich die Einkomponentenfaser von Polypropylen gebildet war,
werden die gleichen Ergebnisse für andere Einkomponentenfasern
erwartet, wie z. B. Polyethylen, welches eine niedrigere
Schmelztemperatur als Polypropylen hat.
Dieses Beispiel veranschaulicht die guten Permeabilitäts- und
Haftungseigenschaften einer anderen Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-Anordnung, im besonderen
einer Träger/Faservlies-Anordnung ähnlich den von Beispiel 1,
wobei jedoch ein gewebtes Einkomponentenfaservlies, anstelle
eines nichtgewebten Vlieses, in Verbindung mit einer Edelstahl
platte und einer nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies-
Zwischenschicht zur Anwendung kam.
Es wurde eine Träger/Faservlies-Anordnung ähnlich den von
Beispiel 1 hergestellt, wobei der Laminator verwendet wurde
(jedoch mit einer Verweilzeit von circa 300 Sekunden vor Anwen
dung eines Spaltdruckes von circa 186 kPa), um die Verbindung
des gewebten Einkomponentenfaservlieses (Textil), des nichtge
webten Mehrkomponentenfaservlieses (Zwischenschicht) von
Beispiel 1 und der Edelstahlplatte (Träger) von Beispiel 1 zu
bewirken. Das gewebte Einkomponentenfaservlies-Textil war aus
Polyester und ist als PeCap® 7-5/2 (Tetko, Inc., Briarcliff
Manor, New York) am Markt. Das gewebte Einkomponentenfaser
vlies-Textil hatte ein Flächengewicht von circa 64 g/m² und war
ein Quadratmaschen-Siebgewebe in einfacher Leinwandbindungsart,
welches von Fasern mit einem mittleren Durchmesser von circa
33 µm gebildet war. Die Dicke des gewebten Einkomponenten
faservlies-Textils betrug circa 65 µm, bei einer Maschenweite
von circa 5 µm, mit einer freien Fläche von 2%.
Die Permeabilität und Ablösefestigkeit der Anordnung wurde wie
beschrieben gemessen, in gleicher Weise wie in Beispiel 1 dar
gelegt, und die resultierenden Werte sind in der nachfolgenden
Tabelle 3 gezeigt. Zu Vergleichszwecken wurde die gleiche
Anordnung in ungebundener Form auf ähnliche Weise geprüft, und
die resultierenden Werte sind ebenfalls in Tabelle 3 gezeigt.
Im besonderen wurde der Filtratfluß bestimmt, indem der Fluß
von demineralisiertem Wasser bei Umgebungstemperatur (z. B.
circa 20 bis 25°C) bei einem angewandten Druck von circa 7 kPa
gemessen wurde. Die Wasserdurchflußrate durch die ungebundene
Anordnung betrug circa 230 Liter pro Minute/m² oder circa
33 Liter pro Minute/m²/kPa. Die Permeabilität der gebundenen
Anordnung wurde berechnet, indem die Wasserdurchflußrate bei
circa 7 kPa angewandtem Druck durch die Anordnung gemessen und
diese Durchflußrate durch die Durchflußrate durch die Membran
allein (d. h. circa 230 Liter pro Minute/m² oder circa 33 Liter
pro Minute/m²/kPa) dividiert wurde, um eine Permeabilität in
Prozent zu erhalten.
Wie aus den in Tabelle 3 angeführten Daten ersichtlich, zeigte
die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung, die ein
gewebtes Faservlies anstelle eines nichtgewebten Faservlieses
verwendete, zufriedenstellende Permeabilitäts- und Haftungs
eigenschaften.
Dieses Beispiel veranschaulicht ferner die zufriedenstellenden
Permeabilitäts- und Haftungseigenschaften einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-Anordnung unter ungün
stigen Filtrationsbedingungen.
Die erfindungsgemäße Träger/Faservlies-Anordnung gemäß
Beispiel 3 (und zwar Probe 3B) wurde in einem herkömmlichen
Filtergehäuse untergebracht. Eine gelösten Zucker und verschie
dene faserige und biologische Trümmerteilchen enthaltene Heiß
wassersuspension wurde durch die Träger/Faservlies-Anordnung
gepumpt, um das Fluid zu entwässern. Die Filtration wurde bei
einem Speisedruck von circa 69 kPa und einer Speisetemperatur
von circa 50 bis 70°C ausgeführt. Ferner wurde die Träger/
Faservlies-Anordnung mit circa 40 Hz um eine vertikale Achse in
Schwingungen versetzt, bei einer Amplitude von circa 2,54 cm,
um den Permeatfluß zu verbessern. Im Verlauf der Filtration
wurden faserige und biologische Trümmerteilchen von der
Träger/Faservlies-Anordnung nicht durchgelassen, wodurch ein
Fluid von erheblich geringerer Trübung durch die Anordnung
permeierte. Nach vierstündiger Filtration waren keine Anzeichen
einer Schichtentrennung festzustellen. Somit bleibt die Unver
sehrtheit der erfindungsgemäßen Träger/Faservlies-Anordnung
erhalten, selbst wenn sie über einen längeren Zeitraum hinweg
unter der Einwirkung von Fluiden mit hohem Druck, hoher Tempe
ratur und schwingungsbedingter Scherung steht.
Alle in der vorliegenden Beschreibung in Bezug genommenen
Schriften werden in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in den
vorliegenden Text miteinbezogen.
Claims (29)
1. Träger/Faservlies-Anordnung, umfassend ein Träger
material, welches an ein nichtgewebtes (non-woven)
Mehrkomponentenfaservlies gebunden ist, wobei die
Mehrkomponentenfasern ein erstes Polymeres und ein
zweites Polymeres umfassen, derart, daß das zweite
Polymere auf wenigstens einem Bereich der Oberfläche
der Mehrkomponentenfasern vorhanden ist und eine
Erweichungstemperatur aufweist, die unter der Erwei
chungstemperatur des ersten Polymeren und der des
Trägermaterials liegt, wobei die Träger/Faservlies-
Anordnung eine Wasserdurchflußrate von wenigstens
circa 20% der Wasserdurchflußrate des nichtgewebten
Mehrkomponentenfaservlieses allein aufweist.
2. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 1, wobei
die Mehrkomponentenfasern wenigstens circa 10 Gew.-%
des ersten Polymeren umfassen und nicht mehr als
circa 90 Gew.-% des zweiten Polymeren.
3. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 2, wobei
die Ablösefestigkeit zwischen dem nichtgewebten Mehr
komponentenfaservlies und dem Trägermaterial
mindestens circa 50 kg/m beträgt.
4. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 3, wobei
das erste und das zweite Polymere Polyolefine
und/oder Polyester sind.
5. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 4, wobei
das erste Polymere von Polyester und das zweite
Polymere von Polyethylen gebildet ist.
6. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 5, wobei
die Mehrkomponentenfasern einen Kern aus dem ersten
Polymeren und eine Hülle aus dem zweiten Polymeren
umfassen.
7. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 3, wobei
das Trägermaterial eine Biegesteifigkeit von wenig
stens ungefähr dem 100fachen der Biegesteifigkeit des
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses aufweist.
8. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 7, wobei
das Trägermaterial ein metallisches Trägermaterial
ist.
9. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 1, wobei
die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 50% der Wasserdurchfluß
rate des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses
allein aufweist.
10. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 9, wobei
die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 70% der Wasserdurchfluß
rate des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses
allein aufweist.
11. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 10, wobei
die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 90% der Wasserdurchfluß
rate des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses
allein aufweist.
12. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 1, wobei
die Träger/Faservlies-Anordnung ferner ein zweites
Faservlies umfaßt, welches an das nichtgewebte Mehr
komponentenfaservlies gebunden ist, derart, daß das
nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies zwischen dem
zweiten Faservlies und dem Trägermaterial liegt, und
wobei die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasser
durchflußrate von wenigstens circa 20% der Wasser
durchflußrate des zweiten Faservlieses allein auf
weist.
13. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 12, wobei
die Mehrkomponentenfasern wenigstens circa 10 Gew.-%
von dem ersten Polymeren und nicht mehr als circa
90 Gew.-% von dem zweiten Polymeren umfassen.
14. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 13, wobei
die Ablösefestigkeit zwischen dem nichtgewebten Mehr
komponentenfaservlies und dem Trägermaterial und
zwischen dem nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies
und dem zweiten Faservlies mindestens circa 50 kg/m
beträgt.
15. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 14, wobei
das erste und das zweite Polymere Polyolefine
und/oder Polyester sind.
16. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 15, wobei
das erste Polymere von Polyester und das zweite Poly
mere von Polyethylen gebildet ist.
17. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 16, wobei
die Mehrkomponentenfasern einen Kern aus dem ersten
Polymeren und eine Hülle aus dem zweiten Polymeren
umfassen.
18. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 14, wobei
das Trägermaterial eine Biegesteifigkeit von wenig
stens ungefähr dem 100fachen der Biegesteifigkeit des
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses aufweist.
19. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 18, wobei
das Trägermaterial ein metallisches Trägermaterial
ist.
20. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 12, wobei
die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 50% der Wasserdurchfluß
rate des zweiten Faservlieses allein aufweist.
21. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 20, wobei
die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 70% der Wasserdurchfluß
rate des zweiten Faservlieses allein aufweist.
22. Träger/Faservlies-Anordnung nach Anspruch 21, wobei
die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 90% der Wasserdurchfluß
rate des zweiten Faservlieses allein aufweist.
23. Verfahren zum Filtern eines Fluids, wobei das Verfah
ren das Hindurchleiten eines Fluids durch die
Träger/Faservlies-Anordnung nach einem der Ansprüche
1 bis 22 umfaßt.
24. Verfahren zum Filtern eines Fluids, wobei das Verfah
ren das Hindurchleiten eines Fluids durch die
Träger/Faservlies-Anordnung nach einem der Ansprüche
1 bis 22 umfaßt, derart, daß das nichtgewebte Vlies
Fluid-Scherkräften von wenigstens circa 200 000 s-¹
ausgesetzt ist.
25. Filterelement, umfassend ein Gehäuse und die
Träger/Faservlies-Anordnung nach einem der Ansprüche
1 bis 22.
26. Verfahren zur Herstellung einer Träger/Faservlies-
Anordnung, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
- (a) Inkontaktbringen eines nichtgewebten Mehrkompo nentenfaservlieses mit einem Trägermaterial, um eine Träger/Faservlies-Anordnung zu bilden, wobei die Mehrkomponentenfasern ein erstes Polymeres und ein zweites Polymeres umfassen, derart, daß das zweite Polymere auf wenigstens einem Bereich der Oberfläche der Mehrkomponentenfasern vorhanden ist und eine Erweichungstemperatur aufweist, die unter der Erwei chungstemperatur des ersten Polymeren und der des Trägermaterials liegt;
- (b) Unterwerfen des nichtge webten Mehrkomponentenfaservlieses einer Temperatur, die über der Erweichungstemperatur des zweiten Poly meren und unter der Erweichungstemperatur des ersten Polymeren und des Trägermaterials liegt; und
- (c) Anwenden von Druck auf die Träger/Faservlies- Anordnung, während sich das nichtgewebte Mehrkompo nentenfaservlies bei einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des zweiten Polymeren befindet, derart, daß das Trägermaterial an das nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies gebunden wird und die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchflußrate von wenigstens circa 20% der Wasserdurchflußrate des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses allein auf weist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Verfahren
ferner umfaßt: In-Position-bringen des nichtgewebten
Mehrkomponentenfaservlieses zwischen das Trägermate
rial und ein zweites Faservlies; Unterwerfen des
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlieses einer
Temperatur, die über der Erweichungstemperatur des
zweiten Polymeren und unter der Erweichungstemperatur
des ersten Polymeren, des zweiten Faservlieses und
des Trägermaterials liegt; und Anwenden von Druck auf
die Träger/Faservlies-Anordnung, während sich das
nichtgewebte Mehrkomponentenfaservlies bei einer
Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des
zweiten Polymeren befindet, derart, daß das Träger
material und das zweite Faservlies an das nichtge
webte Mehrkomponentenfaservlies gebunden werden und
die Träger/Faservlies-Anordnung eine Wasserdurchfluß
rate von wenigstens circa 20% der Wasserdurchfluß
rate des zweiten Faservlieses allein aufweist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Verfahren
ferner umfaßt: Unterwerfen des nichtgewebten Mehr
komponentenfaservlieses einer Temperatur und einem
Druck, die ausreichend sind, um einen Bereich des
nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies undurchlässig
für Fluidströmung zu machen.
29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Träger/Faser
vlies-Anordnung Kanten aufweist und wenigstens ein
Teil dieser Kanten durch den undurchlässigen Bereich
des nichtgewebten Mehrkomponentenfaservlies fluid
dicht versiegelt ist.
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