DE202015105210U1 - Filtermedium mit hoher Hitzebeständigkeit - Google Patents

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Abstract

Filtermedium, umfassend zumindest eine Faserschicht, wobei die zumindest eine Faserschicht umfasst: (i) Synthetische Polymerfasern mit einem Schmelzpunkt größer als 155°C, bevorzugt größer als 180°C, stärker bevorzugt größer als 200°C, am stärksten bevorzugt größer als 230°C; und (ii) Bindefasern mit einer Kern-Hüllen-Struktur, wobei ein Kern-Polymer-Material, das den Kern der Bindefasern bildet, zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, von einem Hüllen-Polymer-Material, das die Hülle der Bindefasern bildet, umgegeben ist; wobei sowohl das Kern- als auch das Hüllen-Polymer-Material einen Schmelzpunkt größer als 155°C aufweist und wobei der Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials niedriger als der Schmelzpunkt des Kern-Polymer-Materials ist.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermedium mit verbesserter Hitzebeständigkeit und Filtereffizienz, das als Ölfilter in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, in denen üblicherweise Temperaturbedingungen von 100°C bis 150°C herrschen, oder als Filter in Luft- und Flüssigfiltrationsanlagen eingesetzt werden kann, in denen heiße Abgase bzw. Flüssigkeiten, wie z.B. im Temperaturbereich von 100 bis 150°C, gefiltert werden sollen.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Filtermedien für z.B. Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen sind allgemein seit Jahren bekannt und in der Fachliteratur eingehend beschrieben. Da Verbrennungsmotoren mit Öl geschmiert werden, filtern diese Filtermedien typischerweise im Motor thermisch zersetzte Anteile des Öls, Metallabrieb und sonstigen Schmutz (z. B. Ruß) heraus, so dass die Schmierung des Verbrennungsmotors erhalten bleibt. In diesen Filtermedien werden üblicherweise synthetische Fasern mit Bindemittelharzen imprägniert bzw. mit niedrigschmelzenden Bindefasern verklebt.
  • Nachteil derartiger Filtermedien ist, dass die eingesetzten Bindemittelharze bzw. niedrigschmelzenden Bindefasern üblicherweise bei den in Verbrennungsmotoren herrschenden Temperaturen im Bereich von 100 bis 150°C bereits schmelzen können. Diese geschmolzenen Komponenten können die Filterporen verstopfen, was sich wiederum in einer verminderten Filterleistung niederschlägt und letztendlich die Lebensdauer des Filters erheblich verringert. Ein Austausch eines derartig verstopften Filters wird dann bereits vor den üblichen Wartungsintervallen unvermeidlich. Um dieses Problem zu umgehen, werden die Filtermedien üblicherweise im Durchmesser vergrößert, was aber zu einem höheren Materialaufwand sowohl beim Filtermedium selbst als auch bei den notwendigen Anschlüssen im Verbrennungsmotor führt.
  • Ein weiterer Nachteil der bekannten Filtermedien ist, dass sie sich bei den in Verbrennungsmotoren herrschenden hohen Temperaturen aufgrund ihrer geringen Hitzebeständigkeit verformen und schrumpfen können, was den Berstwiderstand des Filtermediums verringert und wiederum eine verkürzte Lebensdauer des Filters zur Folge hat. Darüber hinaus werden in herkömmlichen Filtermedien häufig stützende Drahtgeflechte eingesetzt, um die gefaltete Struktur der Filtermedien zur Erhöhung der Filteroberfläche gewährleisten zu können. Dies ist notwendig, da sich die meisten Filtermedien nach der Faltung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückfalten, d.h. die Plissee-Struktur des Filters nicht von selbst, vor allem unter den hohen Temperaturen in z.B. einem Verbrennungsmotor, aufrechterhalten können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt insofern die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Filtermedium bereitzustellen. Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Filtermedium gemäß Schutzanspruch 1 vor, um die oben beschriebenen Probleme der bekannten Filtermedien zu lösen.
  • Insbesondere wird ein Filtermedium bereitgestellt, das eine verbesserte Hitzebeständigkeit bei 150°C aufweist und folglich durch eine geringere Verformung bzw. Schrumpfung, einen höheren Berstwiderstand und eine verbesserte Filtereffizienz bei diesen Temperaturen gekennzeichnet ist.
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium ist zudem einfach zu handhaben und behält idealerweise nach der Faltung seine Faltstruktur bei ("selbstfaltend"), so dass auf die Notwendigkeit eines stützenden Drahtgeflechts, das üblicherweise im Stand der Technik eingesetzt wird, verzichtet werden kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtermedium gemäß den Schutzansprüchen. Außerdem wird ein Filterelement, umfassend das erfindungsgemäße Filtermedium, bereitgestellt.
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium ist insbesondere zur verbesserten Filtrierung von heißen Flüssigkeiten und Gasen geeignet.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der relevanten Temperaturcharakteristika, die über DSC-Messungen ermittelt werden können.
  • 2 zeigt einen typischen Ölfilter aus dem Stand der Technik (1: Filtermedium; 2: Draht als Träger).
  • 3 zeigt ein beispielhaftes, "selbstfaltendes" Filtermedium gemäß der Erfindung (11: gefaltetes Filtermedium).
  • 4 zeigt die Ergebnisse von DSC-Messungen an einer Bindefaser mit Kern-Hüllen-Struktur (1. Heizlauf: oberer Graph; 1. Kühllauf: mittlerer Graph; 2. Heizlauf: unterer Graph; DSC-Messung wurde, wie im Beispiel beschrieben, durchgeführt).
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird die oben beschriebene Aufgabe über ein Filtermedium gelöst, das mindestens eine Faserschicht umfasst bzw. aus mindestens einer Faserschicht besteht. Diese Faserschicht ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Faserkomponenten umfasst bzw. aus zwei Faserkomponenten besteht: (i) Synthetische Polymerfasern mit einem Schmelzpunkt größer als 155°C und (ii) Bindefasern mit einer Kern-Hüllen-Struktur. Die Bindefasern zeichnen sich dadurch aus, dass der Kern der Bindefasern aus einem Kern-Polymer-Material besteht bzw. dieses umfasst und dieser Kern zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, von einem Hüllen-Polymer-Material umgeben ist, aus dem die Hülle der Bindefasern besteht bzw. welche dieses umfasst. Sowohl Kern- als auch Hüllen-Polymer-Material besitzen einen Schmelzpunkt größer als 155°C, wobei der Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials unter dem des Kern-Polymer-Materials liegt. Nachfolgend werden die Komponenten des erfindungsgemäßen Filtermediums bzw. des erfindungsgemäßen Filterelements im Detail beschrieben.
  • Filtermedium
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium umfasst mindestens eine Faserschicht bzw. besteht aus mindestens einer Faserschicht. Gegebenenfalls können noch weitere Faserschichten aufgebracht werden. Die mindestens eine Faserschicht ist vorzugsweise ein nassgelegter Vliesstoff. Ein "Vliesstoff" ist ein Flächengebilde, das ganz oder zu einem wesentlichen Teil aus Fasern besteht, wobei diese erfindungsgemäß die nachfolgend beschriebenen Fasern mit einem Schlankheitsgrad (Verhältnis von Faserlänge in mm zu Faserdurchmesser in mm) von mindestens 150 sein können.
  • Die Faserschicht ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Faserkomponenten umfasst bzw. aus zwei Faserkomponenten besteht: (1) Synthetische Polymerfasern und (2) Bindefasern. Bevorzugt besteht die Faserschicht ausschließlich aus synthetischen Fasern und Bindefasern. Bevorzugt sind besteht die Faserschicht ausschließlich aus nicht-fibrillierten synthetischen Fasern und Bindefasern. Nachfolgend werden die synthetischen Polymerfasern und die Bindefasern im Detail beschrieben.
  • Synthetische Polymerfasern
  • Die synthetischen Polymerfasern zeichnen sich grundsätzlich dadurch aus, dass sie einen Schmelzpunkt größer als 155°C, bevorzugt größer als 180°C, stärker bevorzugt größer als 200°C, am stärksten bevorzugt größer als 230°C, besitzen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Schmelzpunkt" auf die endotherme maximale Peaktemperatur Tmax, wie durch Differenzkalorimetrie(DSC)-Messungen ermittelt (vgl. auch 1). Der Schmelzpunkt sowie alle nachfolgend über DSC ermittelten Temperaturcharakteristika werden vorzugsweise unter den DSC-Bedingungen bestimmt, wie sie im Beispiel beschrieben sind.
  • Der Begriff "synthetische Polymerfaser", wie hierin verwendet, wird zur Abgrenzung von natürlichen Fasern verwendet, die direkt aus Material natürlichen Ursprungs erhältlich sind. Synthetische Fasern schließen folglich polymeres Material, das durch Polymerisation monomerer Entitäten hergestellt wird, und Fasern ein, die durch Regeneration natürlicher Fasern, z.B. nach Auflösen in einem Lösungsmittel, erhalten werden.
  • Geeignete synthetische Polymerfasern zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Liste: Polyester (z.B. Polyalkylenterephthalate, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), etc.), Polyalkylene (z.B. Polyethylene, Polypropylene, etc.), Polyacrylonitrile (PAN), Polyamide (Nylon, z.B. Nylon-6, Nylon-6,6, Nylon-6,12, etc.) und/oder Mischungen hiervon. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen bzw. bestehen die synthetischen Fasern aus einem thermoplastischen Polymer oder einer Mischung aus thermoplastischen Polymeren. Besonders bevorzugt umfassen bzw. bestehen die synthetischen Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET).
  • Die Menge der synthetischen Polymerfasern liegt in einer Ausführungsform im Bereich von 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, stärker bevorzugt 25 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Fasern in der zumindest einen Faserschicht.
  • Die synthetischen Polymerfasern haben eine durchschnittliche Faserlänge im Bereich von 3 bis 7 mm, bevorzugt 4 bis 6 mm. Die durchschnittliche Faserlänge wird gemäß Mikroskop-Analyse (Mikroskop-Modell: NIKON ECLIPSE ME600; Vergrößerung: 100×) ermittelt. Die synthetischen Polymerfasern haben einen durchschnittlichen Faserdurchmesser im Bereich von 3.3 bis 10 µm, bevorzugt 4.5 bis 6.5 µm, wie gemäß Mikroskop-Analyse (Mikroskop-Modell: NIKON ECLIPSE ME600; Vergrößerung: 100×) ermittelt.
  • Zudem weisen die synthetischen Polymerfasern eine lineare Massendichte im Bereich von 0.1 bis 1.0 g/9000 m auf, bevorzugt 0.2 bis 0.6 g/9000 m, wie gemäß ASTM D 1577 ermittelt.
  • Bindefasern
  • Um die Bindung zwischen den Fasern der zumindest einen Faserschicht des erfindungsgemäßen Filtermediums zu gewährleisten, werden Bindefasern, insbesondere Zweikomponenten-Bindefasern, eingesetzt. Diese Bindefasern umfassen ein thermoplastisches Kern-Polymer-Material, das zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, von einer schmelzbaren Oberflächenschicht eines thermoplastischen Hüllen-Polymer-Materials mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des Kern-Polymer-Materials umgeben ist.
  • Wie hierin verwendet, soll der Begriff "Bindefasern" verstanden werden als Fasern mit Kern-Hülle-Struktur und mit bevorzugt geringerem Schmelzpunkt als die synthetischen Polymerfasern in dem Filtermedium, wobei die Bindefasern unter Wärme und/oder Druck als Bindemittel wirken, indem das Hüllen-Polymer-Material als thermisch bindende Komponente unter Wärme und/oder Druck zumindest teilweise schmilzt und die synthetischen Polymerfasern zusammen mit dem Kern-Polymer-Material der Bindefasern als Matrixfasern verbindet.
  • Der Schmelzpunkt der Bindefasern, d.h. des Kern- und des Hüllen-Polymer-Materials, ist erfindungsgemäß größer als 155°C, wobei der Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials niedriger als der Schmelzpunkt des Kern-Polymer-Materials ist. Dieser Unterschied im Schmelzpunkt beträgt vorzugsweise mehr als 20°C, insbesondere mehr als 50°C oder insbesondere mehr als 75°C. Der Begriff "Schmelzpunkt" bezieht sich, wie zuvor erläutert, auch bei den Bindefasern auf die endotherme maximale Peaktemperatur Tmax (vgl. 1).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schmelzpunkt des Kern-Polymer-Materials größer als 200°C, bevorzugt größer als 230°C, stärker bevorzugt größer als 250°C. Insbesondere ist der Schmelzpunkt, d.h. die Peaktemperatur Tmax des Kern-Polymer-Materials, wie durch DSC-Messungen ermittelt, bevorzugt 257°C. Die DSC-Messungen werden vorzugsweise unter den DSC-Bedingungen durchgeführt, wie sie in den Beispielen beschrieben sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials mindestens 155°C, bevorzugt mindestens 160°C und stärker bevorzugt mindestens 165°C.
  • Die Onsettemperatur Tm onset des Aufschmelzens des Hüllen-Polymer-Materials, wie durch DSC-Messungen ermittelt, ist vorzugsweise mindestens 130°C, bevorzugt mindestens 135°C. Der Begriff "Onsettemperatur des Aufschmelzens Tm Onset" bezieht sich, wie allgemein üblich (siehe z.B. ISO 11357-3:1999(E)), auf die Temperatur, bei der die extrapolierte Basislinie der per Differenzkalorimetrie (DSC) gemessenen Schmelzübergangskurve von der Tangente an den Wendepunkt der Kurve für den Onset des Schmelzens geschnitten wird (vgl. 1). Die Onsettemperatur des Aufschmelzens Tm onset sowie alle nachfolgend über DSC ermittelten Temperaturcharakteristika werden vorzugsweise unter den DSC-Bedingungen bestimmt, wie sie in den Beispielen beschrieben sind.
  • Die Endtemperatur Tm end des Aufschmelzens des Hüllen-Polymer-Materials, wie durch DSC-Messungen ermittelt, ist vorzugsweise mindestens 160°C, bevorzugt mindestens 170°C, stärker bevorzugt mindestens 180°C. Als "Endtemperatur des Aufschmelzens Tm end" wird, wie allgemein üblich (siehe z.B. ISO 11357-3:1999(E)), die Temperatur verstanden, bei der die extrapolierte Basislinie der per DSC gemessenen Schmelzübergangskurve von der Tangente an den Wendepunkt der Kurve für das Ende des Schmelzens geschnitten wird. Die Endtemperatur des Aufschmelzens Tm end wird vorzugsweise unter den DSC-Bedingungen bestimmt, wie sie in den Beispielen beschrieben sind.
  • Das Hüllen-Polymer-Material ist bevorzugt zudem dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kristallisationsgrad im Bereich von 20 bis 80 %, bevorzugt mehr als 25%, z.B. 25 bis 60 %, oder z.B. 30 bis 50 % aufweist, wie durch Röntgenbeugung (vgl. "Europäisches Arzneibuch", 8. Ausgabe, Grundwerk 2014, Kapitel 2.9.33: "Charakterisierung kristalliner und teilw. kristalliner Feststoffe durch Röntgenpulverdiffraktometrie") ermittelt. Der Begriff "Kristallisationsgrad" (oder auch "Kristallinität" oder "Kristallinitätsgrad") bezeichnet den Anteil des teilkristallinen Polymers der Bindefasern, der kristallin ist.
  • Erfindungsgemäß beträgt die Differenz zwischen der Onsettemperatur des Aufschmelzens Tm onset und der Endtemperatur des Aufschmelzens Tm end des Hüllen-Polymer-Materials vorzugsweise mindestens 30°C, bevorzugt mindestens 35°C, besonders bevorzugt mindestens 40°C, 45°C, 50°C oder 60°C. Diese Differenz charakterisiert den Schmelzbereich (auch "Schmelzintervall") des Hüllen-Polymer-Materials und wird zum einen durch die Onsettemperatur des Aufschmelzens Tm onset, wie oben definiert, und zum anderen durch die Endtemperatur des Aufschmelzens Tm end charakterisiert (vgl. 1).
  • Die Bindefasern zeigen somit aufgrund ihrer Kern-Hülle-Struktur zwei endotherme DSC-Peaks, wobei diese jeweils dem Kern-Polymer-Material und dem Hüllen-Polymer-Material zugeordnet werden können (vgl. z.B. 4). Die beiden DSC-Peaks sind bevorzugt durch die Temperaturcharakteristika Tmax, Tm onset und Tm end, wie oben für Kern- und Hüllen-Polymer-Material definiert und spezifiziert, gekennzeichnet.
  • Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Filtermedium keine vollständig amorphen Bindefasern.
  • Die Kristallisationstemperatur der Bindefasern mit Kern-Hülle-Struktur, wie durch DSC ermittelt, liegt in einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich von 140–180°C, wie z.B. bei 160°C. Die "Kristallisationstemperatur" bezieht sich hier auf die exotherme maximale Peaktemperatur, wie durch DSC ermittelt.
  • Die Glasübergangstemperatur Tg der Bindefasern beträgt bevorzugt mindestens 50°C, stärker bevorzugt mindestens 55°C oder 60°C, wie durch DSC ermittelt. Die "Glasübergangstemperatur" bezeichnet die Temperatur, bei der sich die (zunächst festen) Bindefasern in eine viskose oder zähflüssige Schmelze umwandeln. Bevorzugt umfasst bzw. besteht das Kern-Polymer-Material der Bindefasern aus Polyethylenterephthalat (PET). Das Hüllen-Polymer-Material umfasst bzw. besteht bevorzugt aus einem Copolyester von Polyethylenterephthalat, 1,4-Butandiol, Polytetramethylenglykol und Adipinsäure.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Bindefasern die Zweikomponenten-Faser "LMF50-Crystalline", die bei Huvis Corp., Südkorea, erhältlich ist. Die Herstellung dieser Zweikomponenten-Faser wurde auch in der Koreanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 1020010097613 beschrieben.
  • Die Menge der Bindefasern liegt bevorzugt im Bereich von 50 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 80 Gew.-%, stärker bevorzugt 65 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Fasern in der zumindest einen Faserschicht.
  • Die Bindefasern haben eine durchschnittliche Faserlänge im Bereich von 4 bis 8 mm, bevorzugt 5 bis 7 mm. Die durchschnittliche Faserlänge wird gemäß Mikroskop-Analyse (Mikroskop-Modell: NIKON ECLIPSE ME600; Vergrößerung: 100×) ermittelt. Die Bindefasern haben einen mittleren Faserdurchmesser im Bereich von 10 bis 23 µm, bevorzugt 12 bis 22 µm, wie gemäß Mikroskop-Analyse (Mikroskop-Modell: NIKON ECLIPSE ME600; Vergrößerung: 100×) ermittelt.
  • Zudem weisen die Bindefasern eine lineare Massendichte im Bereich von 1 bis 5 g/9000 m auf, bevorzugt 1.5 bis 4.5 g/9000 m, wie gemäß ASTM D 1577 ermittelt.
  • Eigenschaften des Filtermediums
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium besitzt ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Vorzugsweise besitzt das Filtermedium ein Flächengewicht von 120 bis 250 g/m2 (DIN EN 29073-1 (Vliesstoff)). Die Luftdurchlässigkeit bei einem Differenzdruck von 125 Pa ist vorzugsweise mindestens 320 l/m2s (DIN EN ISO 9237). Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Filtermedium einen Berstwiderstand von mehr als 7 bar auf (EN ISO 2758). Außerdem kann das Filtermedium gefaltet werden und behält vorzugsweise seine Form ohne wesentliche Deformation nach einer 24-stündigen Lagerung bei 150°C an Luft, was zu einer Schrumpfung von lediglich 5 % oder weniger führt. Das erfindungsgemäße Filtermedium weist vorzugsweise eine hervorragende Filtereffizienz von mehr als 50 % gegen 20 µm große Partikel auf (ISO 4548-12).
  • Überraschenderweise weist das Filtermedium eine bessere Hitzebeständigkeit und Filtereffizienz im Vergleich zu Filtermedien des Stands der Technik auf, die ähnliche mechanische Eigenschaften besitzen.
  • Verfahren zur Herstellung eines Filtermediums
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium wird durch das nachfolgend beschriebene Nass-Verfahren hergestellt:
    In einem ersten Schritt werden homogene Aufschlämmungen der synthetischen Polymerfasern und der Bindefasern, wie oben definiert, in Wasser durch Zugabe und Mischen der Fasern in Wasser hergestellt.
  • Die synthetischen Polymerfasern und die Bindefasern, wie oben definiert, werden nachfolgend als "Faserkomponente" bezeichnet.
  • Anschließend werden die homogenen Faserkomponenten in einem zweiten Schritt vermischt. Zur Herstellung der Mischung werden übliche Rührgeräte eingesetzt. Gegebenenfalls werden die beiden Faserkomponenten gleichzeitig zugegeben und vermischt.
  • Daraufhin wird die Mischung der Faserkomponenten nach Schritt 2 auf ein Entwässerungssieb aufgebracht. Dieses Sieb kann jedes üblicherweise zur Papierherstellung eingesetzte Sieb sein. Vorzugsweise ist dies ein umlaufendes, endloses Entwässerungssieb. Nach dem Auftragen (oder Beschichten) der Aufschlämmung wird eine Schicht auf dem Sieb gebildet. Die Auftragung der Aufschlämmung erfolgt nach den üblichen Techniken, die im Stand der Technik bekannt sind.
  • Während oder nach der Auftragung der Aufschlämmung wird das Wasser entfernt, um eine nasse Fasermatte oder Faserlage zu bilden. Im Anschluss wird die nasse Fasermatte oder Faserlage unter Erhitzen auf eine Temperatur getrocknet, die mindestens dem Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials der Bindefasern entspricht, aber geringer als der Schmelzpunkt des Kern-Polymer-Materials der Bindefasern ist. Bevorzugt erfolgt das Trocknen in einem Temperaturbereich von 100°C bis 200°C, stärker bevorzugt 120°C bis 180°C, am stärksten bevorzugt 145°C bis 175°C. Auf diese Art wird gleichzeitig die Verklebung (auch "Bonding") der Fasern erzielt, indem lediglich das Hüllen-Polymer-Material der Bindefasern aufgeschmolzen wird, das daraufhin das Kern-Polymer-Material der Bindefasern zusammen mit den synthetischen Fasern verbindet.
  • Während des Trockenvorgangs kann die Faserlage bevorzugt auch mit einer geeigneten Riffelung versehen werden.
  • Bevorzugt erfolgt keine Imprägnierung mit einem im Stand der Technik üblichen Bindemittelharz.
  • Gegebenenfalls kann das so erhaltene Filtermedium in einem weiteren Schritt zu einer Rolle aufgewickelt werden.
  • Alternativ kann das erfindungsgemäße Filtermedium über ein im Stand der Technik übliches Trocken-Verfahren hergestellt werden.
  • Filterelement
  • Außerdem wird erfindungsgemäß ein Filterelement bereitgestellt. Dieses Filterelement umfasst einen insbesondere röhrenförmigen Stützkörper, ein gefaltetes und an dem Stützkörper angeordnetes Filtermedium, wie oben definiert, und an den Stirnseiten des Filtermediums angeordnete Endscheiben, wobei die Endscheiben mit dem Filtermedium verklebt oder verschweißt sind. Das erfindungsgemäße Filtermedium ist in dem Filterelement, gegebenenfalls zusammen mit einem Drahtgeflecht als Stützträger, zur Erhöhung der Filteroberfläche gefaltet. Insbesondere erfolgt die Faltung (oder auch "Plissierung") in Stehfalten (auch Akkordeonfalten genannt). Verfahren zur Faltung sind im Stand der Technik bekannt, wobei z.B. eine Faltung über eine Messerfaltmaschine und eine Rotationsmaschine erfolgen kann.
  • Das erfindungsgemäße Filtermedium zeichnet sich dadurch aus, dass es leicht gefaltet werden kann und "selbstfaltend" ist, d.h. auch ohne einen üblicherweise verwendeten Draht oder Drahtgeflecht als Stütze auskommt und die nach der Faltung vorliegende gefaltete Form im Wesentlichen, d.h. auch unter den Temperaturbedingungen, wie sie z.B. in einem Verbrennungsmotor herrschen, beibehält. Ein durch einen Draht gestütztes Filtermedium gemäß dem Stand der Technik ist in 2 dargestellt. In einer Ausführungsform kann ein gefaltetes Filtermedium bereitgestellt werden, dass Falten mit einem spitzen Winkel von kleiner als 30°, bevorzugt kleiner als 25°, aufweist (vgl. schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Filtermediums in 3). Dies ermöglicht eine einfachere Handhabung des Filtermediums und insbesondere auch einen geringeren Materialaufwand bzw. eine Leichtbauweise des Filterelements.
  • Überraschenderweise ist das erfindungsgemäße Filtermedium sogar in der Lage, die Faltung selbst nach dem Kontakt mit Öl, insbesondere heißen Öl mit einer Temperatur von bis zu 150°C, wie z.B. in einem Verbrennungsmotor, beizubehalten.
  • Das erfindungsgemäße Filterelement ist folglich insbesondere zur Filtrierung von heißen Flüssigkeiten, wie Öl in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, oder heißen Gasen, wie Abgasen in z.B. industriellen Abgasfiltrationsanlagen, im Temperaturbereich von 100–150°C geeignet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Filterelement ein Ölfilter für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
  • Verwendung des Filtermediums bzw. des Filterelements
  • Erfindungsgemäß wird die Verwendung des Filtermediums bzw. Filterelements als Ölfilter für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs oder als Filter in Luft- und Flüssigfiltrationsanlagen, in denen heiße Abgase bzw. Flüssigkeiten, wie z.B. im Temperaturbereich von 100 bis 150°C, gefiltert werden sollen, vorgeschlagen.
  • Experimenteller Teil
  • Das nachfolgende Beispiel dient zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung, soll aber keinesfalls als Einschränkung des Schutzbereichs verstanden werden.
  • DSC-Messungen
  • Die DSC-Messungen wurden auf einem PerkinElmer(Diamond DSC)-Gerät der Firma PerkinElmer unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Sämtliche DSC-Messungen wurden in einem Temperaturbereich von 30 bis 300°C bei einer Heizrate von 10°C/min und einer Abkühlrate von 10°C/min in einem Standardtiegel (Aluminium) durchgeführt. Das Gewicht der Proben lag bei 7.8 mg. Die Auswertung der Daten erfolgte über die Pyris Series Software. Es wurden zwei Heizläufe und dazwischen ein Kühllauf durchgeführt.
  • Beispiel 1
  • Es wurde ein nassgelegter, nicht-gewebter Vliesstoff als erfindungsgemäßes Filtermedium durch Nasslegen einer homogenen Aufschlämmung von 69,2 Gew.-% Bindefasern ("LMF50-Crystalline", erhältlich bei Huvis Corp., Südkorea) und 30,8 Gew.-% Polyethylenterephthalat-Fasern (Denier: 0,3 g/9000 m; Faserlänge: 5 mm) auf einem Entwässerungssieb und Trocknen des Filtermediums durch Erhitzen hergestellt, wobei die Bindefasern die folgenden Eigenschaften besitzen: Tabelle 1
    Eigenschaft Standard
    Schmelzpunkt DSC, 10°C/min 164 ± 3,0°C
    Denier ASTM D 1577 3,80 ± 0,35 g/9000 m
    Stärke ASTM D 3822 4,5 ± 0,5 g/De
    Elongation ASTM D 3822 35 ± 7,0 %
    Faserlänge 6,0 ± 1,0 mm
    Hitze-Schrumpfung (75°C × 15 min) 8,0 ± 2,0 %
    Ölaufnahme KS K0327 0,30 ± 0,05 %
    Feuchtigkeitsgehalt 12,0 ± 2,0 %
  • Das Filtermedium weist die folgenden Eigenschaften auf: Tabelle 2
    Eigenschaft Standard
    Flächengewicht DIN EN 29073-1 (Vliesstoff) 163 g/m2
    Dicke DIN EN ISO 9073-2 (Vliesstoff), 20 kPa 1,03 mm
    Luftdurchlässigkeit Differenzdruck: 125 Pa 126 cfm/sq.ft
    Steifigkeit ASTM D6125-97 2300 mgs
    Porengröße Blasentest MHN 610 110 102 µm (Max.) 89 µm (Min.)
  • Der Berstwiderstand des resultierenden Filtermediums wurde nach Einlagerung nach Mullen (in Frischöl Castrol 0W30 bei einer Temperatur von 150°C nach 500 Stunden) gemessen (gemäß DIN EN ISO 2758, MHN 610 110). Die Schrumpfung des resultierenden Filtermediums längs und quer wurde nach Lagerung in Luft bei einer Temperatur von 150°C nach 24 Stunden gemessen (gemäß MHN 610 110). Die Filtereffizienz wurde gemäß ISO 4548-12 gemessen. Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 3 angegeben: Tabelle 3
    Test Standard Ergebnis
    Berstwiderstand DIN EN ISO 2758 MHN 610 110 > 7 bar
    Schrumpfung längs MHN 610 110 0.96 %
    Schrumpfung quer MHN 610 110 –0.75 %
    Filtereffizienz ISO 4548-12 18 µm: 50 % 24 µm: 75 % 30 µm: 90 % 40 µm: 98,7 % 43 µm: 99,0 %
  • Ergebnisse
  • Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass mit dem erfindungsgemäßen Filtermedium ein hervorragender Berstwiderstand von mehr als 7 bar nach 500 Stunden bei 150°C erzielt werden kann. Folglich besitzt das erfindungsgemäße Filtermedium eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit bei 150°C. Zudem ist das erfindungsgemäße Filtermedium äußerst formbeständig und zeigt selbst nach einer 24-stündigen Lagerung bei 150°C lediglich eine äußerst geringe Schrumpfung (sowohl längs als auch quer). Außerdem weist das resultierende Filtermedium eine hohe Filtereffizienz auf, die über die übliche Filtereffizienz von z.B. Ölfiltern in dieser Effizienzklasse deutlich hinausgeht. Dies liegt zum Teil vermutlich daran, dass das erfindungsgemäße Filtermedium ohne die übliche Imprägnierung mit einem Bindemittelharz auskommt.
  • Denn die üblichen Bindemittelharze tendieren bei 150°C dazu, aufzuschmelzen und die Poren des Filters zu verschließen, so dass die Filterleistung und insbesondere die Staubspeicherfähigkeit verringert werden.
  • Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Filtermedium also eine verbesserte Filtereffizienz bei einer gleichzeitig verbesserten Hitzebeständigkeit bei 150°C. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Filtermedium hervorragend für Ölfilter in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, in denen üblicherweise Temperaturbedingungen von 100°C bis 150°C herrschen. Ebenso kann das erfindungsgemäße Filtermedium in Luft- und Flüssigfiltrationsanlagen eingesetzt werden, in denen heiße Abgase bzw. Flüssigkeiten, wie z.B. im Temperaturbereich von 150°C, gefiltert werden sollen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (13)

  1. Filtermedium, umfassend zumindest eine Faserschicht, wobei die zumindest eine Faserschicht umfasst: (i) Synthetische Polymerfasern mit einem Schmelzpunkt größer als 155°C, bevorzugt größer als 180°C, stärker bevorzugt größer als 200°C, am stärksten bevorzugt größer als 230°C; und (ii) Bindefasern mit einer Kern-Hüllen-Struktur, wobei ein Kern-Polymer-Material, das den Kern der Bindefasern bildet, zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, von einem Hüllen-Polymer-Material, das die Hülle der Bindefasern bildet, umgegeben ist; wobei sowohl das Kern- als auch das Hüllen-Polymer-Material einen Schmelzpunkt größer als 155°C aufweist und wobei der Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials niedriger als der Schmelzpunkt des Kern-Polymer-Materials ist.
  2. Filtermedium nach Schutzanspruch 1, wobei die synthetischen Polymerfasern Polymermaterialien, ausgewählt aus Polyestern (z.B. Polyalkylenterephthalate, wie Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), etc.); Polyalkylenen (z.B. Polyethylene, Polypropylene, etc.); Polyacrylonitrilen (PAN); Polyamiden (Nylon, z.B. Nylon-6, Nylon-6,6, Nylon-6,12, etc.) und/oder Mischungen hiervon; bevorzugt Polyethylenterephthalat; umfassen, oder aus ihnen bestehen.
  3. Filtermedium nach den Schutzansprüchen 1 oder 2, wobei der Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials größer als 155°C, bevorzugt größer als 160°C, ist.
  4. Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 3, wobei das Kern-Polymer-Material Polyethylenterephthalat umfasst, oder aus Polyethylenterephthalat besteht, und das Hüllen-Polymer-Material einen Copolyester von Polyethylenterephthalat, 1,4-Butandiol, Polytetramethylenglykol und Adipinsäure umfasst, oder daraus besteht.
  5. Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 4, wobei das Kern-Polymer-Material einen Schmelzpunkt größer als 200°C, bevorzugt größer als 230°C, stärker bevorzugt größer als 250°C aufweist.
  6. Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 5, wobei (i) die Menge der synthetischen Polymerfasern im Bereich von 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, stärker bevorzugt 25 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Fasern in der zumindest einen Faserschicht, liegt; und/oder (ii) die Menge der Bindefasern im Bereich von 50 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 80 Gew.-%, stärker bevorzugt 65 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Fasern in der zumindest einen Faserschicht, liegt.
  7. Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, wobei (i) die synthetischen Polymerfasern eine durchschnittliche Faserlänge im Bereich von 3 bis 7 mm, bevorzugt 4 bis 6 mm, aufweisen und/oder eine linear Massendichte im Bereich von 0.1 bis 1.0 g/9000 m, bevorzugt 0.2 bis 0.6 g/9000 m, wie gemäß ASTM D 1577 ermittelt, aufweisen; und/oder (ii) die Bindefasern eine durchschnittliche Faserlänge im Bereich von 4 bis 8 mm, bevorzugt 5 bis 7 mm, aufweisen und/oder eine lineare Massendichte im Bereich von 1 bis 5 g/9000 m, bevorzugt 1.5 bis 4.5 g/9000 m, wie gemäß ASTM D 1577 ermittelt, aufweisen.
  8. Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 7, wobei (i) die synthetischen Polymerfasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser im Bereich von 3.3 bis 10 µm, bevorzugt 4.5 bis 6.5 µm, wie gemäß Mikroskop-Analyse ermittelt, aufweisen; und/oder (ii) die Bindefasern einen durchschnittlichen Faserdurchmesser im Bereich von 10 bis 23 µm, bevorzugt 12 bis 22 µm, wie gemäß Mikroskop-Analyse ermittelt, aufweisen.
  9. Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 8, das durch Nasslegung oder Trockenlegung eines Gemischs der synthetischen Polymerfasern und der Bindefasern und Erhitzen des nass- oder trockengelegten Gemischs auf eine Temperatur von zumindest dem Schmelzpunkt des Hüllen-Polymer-Materials, die aber niedriger als der Schmelzpunkt des Kern-Polymer-Materials ist, erhältlich ist.
  10. Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 9, das durch zumindest eine der folgenden Eigenschaften gekennzeichnet ist: (a) Ein Flächengewicht im Bereich von 120 bis 250 g/m2, wie gemäß DIN EN 29073-1 (Vliesstoff) ermittelt; und/oder (b) Eine Luftpermeabilität von zumindest 320 l/m2s, wie gemäß DIN EN ISO 9237 ermittelt; und/oder (c) Ein Berstwiderstand von größer als 7 bar, wie gemäß EN ISO 2758 ermittelt; und/oder (d) eine Hitze-Schrumpfung von 5 % oder weniger nach einer 24-stündigen Lagerung bei 150°C Lufttemperatur; und/oder (e) eine Filtrationseffizienz von 50 % oder mehr gegen 20 µm große Partikel, wie gemäß ISO 4548-12 ermittelt.
  11. Filterelement, das das Filtermedium nach einem der Schutzansprüche 1 bis 10 umfasst.
  12. Filterelement nach Schutzanspruch 11, wobei das Filtermedium gefaltet ist und gegebenenfalls ein Drahtgeflecht als stützende Schicht umfasst, das zusammen mit dem Filtermedium gefaltet wurde.
  13. Filterelement nach einem der Schutzansprüche 11 oder 12, das ein Ölfilter für einen Verbrennungsmotor ist.
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