DE2314287C2 - Filterhülse in Form eines selbstgebundenen, hohlzylinderförmigen Verbundvlieses mit vorbestimmten Dichteprofil und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Filterhülse in Form eines selbstgebundenen, hohlzylinderförmigen Verbundvlieses mit vorbestimmten Dichteprofil und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
45
Die Erfindung betrifft eine Filterhülse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Herstellung selbstgebundener Verbundvliese in Form von Flachengebilden und als Rundkörper erfolgt χ
Im allgemeinen aus natürlichen oder synthetischen Stapelfasern
und Bindemitteln. Es ist darüberhinaus aus der DE-OS 15 60 696 bekannt, die Im geschmolzenen
Zustand aus der Spinnvorrichtung abgezogenen Fäden durch ein Abkühlmedium zu führen, wo diese Fäden
noch Im Zustand der Klebrigkeit zu Schlingen zusammenfallen und miteinander an den Berührungspunkten
zu einem Verbundvlies verklebt werden, das auch die Form eines runden Zylinders haben kann. Ähnliche Verfahren
und Produkte, die sowohl Zylinderform haben als60
auch Hache Formkörper darstellen, beschreibt der Aufsatz von Van A. Wente »Superfine Thermoplastic
Fibers« In Ind. and Eng. Chem. 48, August 1956, Seite
bis 1346. Mit langgestreckten Vorgarnen oder Lunten beschäftigt sich die US-PS 36 15 995, gemäß der die b5
spritzgesponnenen Fäden auf einem rotierenden Kollektor abgelegt und zu den Vorgarnen vereinigt werden.
Die bekannten zyllnderlörmlgen Verbundvliese werden häufig für Filtrationszwecke verwendet, wobei sie
jedoch nicht voll befriedigen, da die Stirnfläche des Zylinders beim Auftreffen des zu filternden Materials
bereits bei Beginn des Filtervorganges die größte Menge an Feststoffen aufnimmt und dabei sehr schnell verstopft,
lange bevor der Rest des Filters mit dem zu filternden Material in Berührung kommt, so daß die Kapazität
des zyllnderförmigen Filters nicht mehr ausgenutzt werden kann. Diese Nachteile treten auch noch bei lokker
gebundenen Zylindern auf, beispielsweise den aus Endlosfäden bestehenden Filtern des in der US-PS
31 48 101 beschriebenen Typs. Verbundvliese aus Stapelfasern mit einem über die Dicke des Formkörpers variierenden
Dichteprofil konnten sich wegen der wesentlich ■teureren Herstellung und der mangelnden Reproduzierbarkeit
ebenfalls nicht durchsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filterhülse In Form eines selbstgebundenen, hohlzylinderförmigen
Verbundvlieses mit vorbestimmtem Dichteprofil aus spritzgesponnenen, regellos angeordneten, im
wesentlichen endlosen organischen synthetischen Poiymerfäden verfügbar zu machen, die die Nachteile der bisherigen
Filtermaterialien nicht aufweist und eine größtmögliche Ausnutzung ihrer Filterkapazität ermöglicht,
wobei diese Filterhülse nach einem Verfahren herzustellen ist, das gleichbleibende Ergebnisse ohne wesentliche
Verteuerung des Herstellungverfahrens gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe ist eine Filterhülse der soeben beschriebenen Art, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß von der Innenseite des Hülseninnenraumes nach außen sich die Dichte des Vlieses mindestens einmal
schlagartig um wenigstens 10% ändert, wobei diese · schlagartigen Dichteänderungen mit leichten Dichteänderungen
von weniger als 5% abwechseln können.
Von besonderem Voneil ist hierbei ein Dichteprofil in
der Form eines fallenden Sägezahnprolils dergestalt, daß die Dichte zunächst allmählich zunimmt, dann schlagartig
abnimmt, erneut leicht zunimmt und wiederum schlagartig abnimmt.
Gleichzeitig konnte ein Verfahren zur Herstellung einer ein Dichteprolll aufweisenden Filterhülse der
genannten Art entwickelt werden. bei dem geschmolzene fadenbildende Polymere mittels eines Extruders durch
Öffnungen einer Spinndüse gepreßt und unter der Einwirkung konvergierender Gasströme von der Düse unter
gleichzeitigem Kühlen übt;.zogen und als noch klebrige
Endlosläden auf einem rotierenden Kollektor unter gleichzeitigem VeMrecken mittels konvergierender Gasströme
abgelegt werden und das hierbei gebildete hohlzylinderförmige Verbundvlies vom Kollektor entlernt
und in geeignete Längen geschnitten wird. Dieses V'erlahren ist erlindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens einmal nach Erreichen einer bestimmten Dicke der Schicht von Endlosläden auf dem Kollektor
entweder die Temperatur des fadenbildenden Polymeren und/oder die Spinngeschwindigkeit und/oder die Rotationsgeschwindigkeit
tics Kollektors und/oder sein Abstand zur Spinnvorrichtung und/oder das Gewicht der
Andruckrolle auf dem Kollektor beim weiteren Ablegen
der Endlosläden so geändert wird, daß sich die Dichte
des Fadenmaterials schlagartig um wenigstens 10% ändert
Zur Erzielung gewisser Eigenschaften der Filterhülse kann es zweckmäßig sein, (einteilige Feststoffe, beispielsweise
feinkörnige Kohle oder Kieselgel In die Struktur
elnzubczichen. Indem diese !einteiligen Feststoffe aul
den rotierenden Kollektor oder auf die sich zum Kollektor bewegenden Fäden aufgedrängt und in die Struktur
eingebettet werden. Da die Fäden noch klebrig sind, werden die Teilchen teilweise durch Adhäsion und teilweise
durch Einschließung durch die Fasern in ihrer Lage gehalten, ohne daß ein Verlust an Feststoffen zu befürchten
ist. Bei ausreichend kleinen Feststoffen ist es -. auch möglich, sie direkt der Spinnmasse der Fäden zuzugeben.
Die unter der Einwirkung xonvergierender Gasströme von der Düse unter gleichzeitigem Kühlen abgezogenen
und noch klebrig auf einem rotierenden Kollektor unter ι» gleichzeitigem Verstrecken mittels konvergierender Gasströme
abgelegten Endlosfäden bilden ein hohlzylinderförmlges
Verbundvlies, dessen Höhe bzw. Länge in einer dem Fachmann bekannten Weise durch Hin- und Herbewegen
oder durch Verwendung mehrerer nebeneinander ι j angeordneter Spinnvorrichtutigen, deren Spritzmuster
sich überlappen, eingestellt werden kann. Durch die Dauer des Spritzens wird die Dicke der erhaltenen
Gebilde eingestellt. Die Bedingungen des Spinnens und Aufnehmens wenden so gewählt, daß jede neue Schicht 2»
bei der Ablage genügend klebrig ist, um an der vorhergehenden Schicht zu haften, so daß die gesamte FJiterhülss
ohne weitere Behandlung formbeständig ist.
Die Dichte des Fadenmaterials soll sich, wie bereits erwähnt, schlagartig um wenigstens 10%, vorzugsweise ^
um wenigstens 20% ändern. Bei der schon geschilderten speziellen Ausführungsform nimmt die Dichte zu Beginn
alimählich in geringem Maße zu, fällt dann plötzlich ab,
steigt erneut leicht und fällt dann wiederum schlagartig. Hierbei hat die Dichte des Vlieses ein fallendes Säge- *>
zahnprofil. Die leichten Dichtezunahmen betragen weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5%, während die
schlagartigen Abnahmen wenigstens 10% betragen. Selbstverständlich kann das Dichteprofil in Abhängigkeit
von den Erfordernissen des jeweiligen Verwendungs-Zweckes nach Belieben verändert werden.
Anstatt eine einzelne Spinnvorrichtung zu verwenden und die Bedingungen zu ändern, ist es möglich, eine
Spinnvorrichtung mit zwei oder mehr Polymerzuführungen zu verwenc'jn, so daß verschiedene Polymerisate der
Spinnvorrichtung in programmierter Weise zugeführt werden können, es ist ferner möglich, mehrere Spinnvorrichtungen,
die jeweils mit einer anderen Kombination von Spinnbedingungen (und gegebenenfalls auch mit
einem anderen Polymerisat) arbeiten, und den rotierenden Kollektor oder die sich bildende Filterhülse nach
Belieben nacheinander von einer Station zur nächsten zu führen. Bei Verwendung mehrerer Spinnstellen kann so
gearbeitet werden, daß mehrere Kollektorstationen auf einer Drehscheibe und mehrere Spinnstellen um die
Drehscheibe angeordnet werden. Nach einer bestimmten Zeitdauer in einer Stellung dreht sich die Drehscheibe
und jeder Kollektor rückt zur nächsten Spinnstelle vor, während der letzte Kollektor zu einer Station ohne Spinnstelle
gelangt, so daß sein gewickeltes Fasergebilde abgenommen
und beim nächsten Vorrücken das Wickeln wieder aufgenommen werden kann. Als Kollektor dient
ein Dorn, der an einem Ende freitragend und zusammenschiebbar
sein kann, so daß er den runden Zylinder freigibt, oder er kann konisch ausgebildet sein, so daß durch
leichtes Klopfen auf das Ende des Zylinders am Fuß des Dorns der Zylinder gelöst und über die Spitze des Dorns
abgezogen werden kann.
Zur Herstellung eines endlosen Verbundvlieses, das In
bestimmte Längen geschnitten werden kann, eignet sich
eine Vorrichtung, die mit einem Innen gekühlten Dorn
versehen ist, gegen den mehrere Spinndüsen das Material unter individuellen unterschiedlichen Bedingungen aus-
65 pressen. Der Dorn rotiert, und mit einem geeigneten Mechanismus wird der gesamte gebildete Formkörper in
cxialer Richtung so wefterbewegt, daß das hohlzylinderförmige
Verbundvlies sich kontinuierlich über das Ende des Doms hinaus zu einer Schneidstation bewegt, wo es
in bestimmte Längen geschnitten wird.
Das Autbringen feinteiliger Feststoffe kann mit einer oder mehreren Stationen nach Belieben kombiniert werden,
wobei vorzugsweise wenigstens die erste und letzte Station ausgelassen wird, so daß das Verbundvlies in seinen
Außenschichten frei von feinteiligen Feststoffen ist, wodurch das Stäuben vermieden wird.
Die Erfindung wird weiter in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Spinnvorrichtung mit
Kollektor zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung.
F i g. 2 zeigt als Kurve das Dichteprofil der bevorzugten
Ausführungsform einer Filterhülse gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt schematisch eine halbk'.^.tinuierlich arbeitende
Spinnvorrichtung mit Kollektor zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird ein faserbildendes thermoplastisches Polymerisat, vorzugsweise
ei:; Polyolefin, einer Spinnvorrichtung 10 mit einem Zwischenstück 12 zur Zuführung eines Gases wie
Wasserdampf oder Luft, zugeführt. Die Spinntemperaturen können beliebig oberhalb des Schmelzpunktes des
Polymerisats liegen, doch werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn das Polymerisat auf eine Temperatur erhitzt
wird, die um wenigstens 150° C, vorzugsweise um etwa 250° C bis 350° C über dem Erweichungspunkt des zu
spinnenden Polymerisats liegt. Ein heißer geschmolzener Polymerstrahl 16 wird durch eine Düse 14 ausgepreßt.
Natürlich können Düsen mit einer oder mehreren Bohrungen für das Polymerisat verwendet werden. Ebenso
können mehrere Düsen für eine Kollektor verwendet werden. Es sind jedoch wenigstens zwei planare Gasströme
17 für jede Spinnbohrung erforderlich, die aus den Öffnungen 18 ausgestoßen werden.
Die Gasströme 17 wirken auf den Polymerstrahl 16 im Konvergenzbereich 20 ein und bilden einen verstreckten
Faden 22, der Im Konvergenzbereich 20 abgekehlt wird und teilweise erstarrt, während er In Rieht jng zu einem
Dorn 24 bewegt wird, auf dem er als runde Hülse 26 aulgenommen wird. Der Dorn 24 wird im allgemeinen mit
einem Motor mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht, daß eine Fläche, die sich mit etwa 7,5 bis 38,1 m/Minute
bewegt, ausgebildet wird. Der Dorn 24 befindet sich in Oberflächenberührunfe mit der Rolle 28, die als Andruckrolle
wirksam ist, und deren Andruckkraft gegen dei. Dorn einstellbar ist. Es Ist von der Größe der Andruckkrau
abnänglg, wie dicht und fest der klebrige Faden auf
die vorherigen Schichten auf der Hülse 26 gepackt wird. Sowohl der Dorn 24 als auch die Rolle 28 erhalten durch
den Mechanismus 30 eine seitliche hin- und hergehende Bewegung, deren Länge die Form der Hülse bestimmt.
Die Länge der Hin- und Herbewegung kann konstant sein oder sich während des Aufbaues des Formkörpers
ändern, wenn eine bestimmte Form gewünscht wird, wie
sie für die Unterbringung in einem Behälter von bestimmter Form erforderlich sein kann.
Die Kraft des reckenden Gases auf den Polymerstrahl bewirkt eine starke, z. 3. 10- bis 500fache Verstreckung,
bezogen auf die Durchmesserverhältnisse, und möglicherweise eine leichte Fibrllllerung, wobei ein Im wesentlichen
endloser Faden gebildet wird. Durch Turbulenz
und Uniherschleudern des Polymerstrahls entsteht eine
im allgemeinen regellose, raumnel/artlge Struktur von Filden. wenn das Material auf dem Kollektor aultrllft. Da
das Polymerisat sich beim Auftreiben auf dem Kollektor noch Im etwas geschmolzenen oder klebrigen Zustand
befindet, erfolgt Verkleben an den Kreuzungspunkten der Filden.
Zur Erzielung bester Ergebnisse sollte die Oberfläche
des Doms 24 einen Abstand von 15 bis 122 cm, vorzugsweise
25.4 bis 76 cm von der Polymeraustrittsdüse 14 haben. Bei größeren Abstünden ist das Spritzbild schwierig
/u beherrschen. Kürzere Abstünde ergeben eine Bahn, die eine zu große Menge »Schrot«, d. h. Perlen oder Knoten
von nlchtverstreckiem Polymerisat enthüll, die die
anschließende Verarbeitung, die Gleichmäßigkeit der
Bahn und die Oberfläche unerwünscht beeinträchtigen.
Die Andruckkraft der Rolle 28 gegen die Hülse 26 oder
der Abstund zwischen der Hülse 26 und der Düse 14. d!'-Arbeltstisch
oder in Kombination mit jeder Spinndüse gegenüber dem Arbeitstisch können nicht dargestellte
Mittel zur Aufbringung von Feststoffteilchen auf die in der Bildung begriffene Hülse angeordnet werden.
Isotaktisches Polypropylen mit einem Molekulargewicht
von etwa 350(K)O, einer Dichte von etwa 0.9g/cm', einem Schmelzpunkt von etwa 160 C und
ίο einem Krisialllniläisgrad von etwa 61".. wird durch eine
Düse mit Im wesentlichen rundem Querschnitt von etwa 0.406 mm Durchmesser gemilß dem Beispiel der US-PS
35 43 332 .spritzgesponnen, d. h. drei Dampfdüsen stoßen
Wasserdampf von 350 C und 2.S atü in einem schielen Winkel von 2 und einem Konvergenzwinkel von 12
gegen einen Faden von 0.762 mm Durchmesser aus. Das Polypropylen wird bei 350" C mit einem Durchsatz von
.Spinngeschwindigkeit und die Kraft und Menge des Gases können während des Betriebes verändert wenfen.
Über dem Dorn 24 Ist ein Trichter 32 angeordnet, aus
dem pulverförmiges Material, z. B. Kohle, während des
gesamten Fertigungsablaufs oder während eines Teils des Fertigungsahlauls auf die Hülse füllt. Da die Hülse sich
hin- und herbewegt und dreht, kann die Kohle gleichmäßig verteilt werden, auch wenn der Trichter feststeht.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung, mit der Hülsen von unterschiedlicher Dichte hergestellt werden
können, ohne daß irgendein Parameter während der Herstellung
eingestellt oder reguliert werden muß. Auf einem Drehtisch 36 sind vier Antriebsrollen 28 angeordnet,
und zwar je eine in den Stellungen A. B. C und I). Die Rollen werden, wie in Fig. I dargestellt, durch den
Mechanismus 30 angetrieben und hin- und herbewegt. Zu jedem Mechanismus 30 gehört ein Dorn 24. auf dem
eine Filterhülse gebildet wird. Die Andruckkralt der Antriebsrollen 28 wird vorher festgelegt. Sie kann konstant
sein oder nach Belieben In Abhängigkeit von der Grölte der Hülse oder der jeweiligen Stellung auf dem
Arbeitstisch mit Hilfe üblicher Kurvenscheiben und Federmechanismen (nicht dargestellt) verändert werden.
Jeder Stellung B. C. und D ist eine Spinndüse 14 zugeordnet.
Der Abstand zwischen den Dornen 24 und den Spinndüsen 14 ist in jeder Stellung verschieden. Die
Hülse 26 in der Stellung B ist verhältnismäßig klein, die Hülse in der Stellung C größer, und die Hülse in der Stellung
D hat fast die volle Größe. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer in einer Stellung wachsen die Hülsen, und
dann wird der Drehtisch um eine Stellung in Richtung des Pfeils weiterg^dreht. Dies geschieht ohne Unterbrechung
des Spinnens und der Aufnahme des Fadens.
Die Hülse, die sich vorher in der Stellung D befand,
rückt in die Stellung A vor. wo sie vom Dorn 24 abgenommen wird. der. wie in der Abbildung dargestellt, vorübergehend
leer bleibt.
Die mit der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung hergestellten
Filterhülsen umfassen drei Abschnitte von unterschiedlicher Dichte. Wenn weitere Abschnitte gewünscht
werden, ist es lediglich notwendig, zusätzliche Spinnstellen
um den Drehtisch und zusätzliche Stellungen auf dem Drehtisch vorzusehen. Die Zeitdauer in jeder Stellung
ist zwangsläufig die gleiche, so daß in Fällen, in denen besonders dicke Abschnitte einer bestimmten
Dichte gebildet werden sollen, lediglich zwei Dösen nacheinander im gleichen Absland vorgesehen werden
müssen, wodurch eine doppelte Dicke entsprechend diesem vorbestimmten Abstand ausgebildet wird. Auf den
einen Durchmesser von 2.083 mm und sind an der Damplaustrittsstelle um 7.37 mm von der Achse der
Spinnbohrung abgesetzt. Das Polypropylen wird als ein sich erweiternder Kegel ausgepreßt, der unmittelbar vor
der Ablage auf einer Metalltrommel einen Durchmesser von etwa 51 mm hat. Das txtrudat wird aut der Metalltrommel
aufgenommen, die einen Durchmesser von 25.4 min hat. mit 100 UpM (einer Oberllächengeschwindigkeü
'-"in etwa 7,7 m/Minute) gedreht wird, unbeheizt
Ist und zu Beginn einen Abstand von 15.24 cm vom Austritt der Spinndüse hat. Das Produkt wird als ein 66 cm
breites Band aufgenommen. Au! die äußere rotierende Oberfläche wirkt ein Gewicht \on 4 kg ein. das den
Formkörper verdichtet. Nach einer Spinnzeil und Wickelzeil von 10 Minuten wird die Spinndüse zurückbewegt,
so daß sie einen Abstand von 20.3 cm zum KoI-
JS lektor hat. Gleichzeitig wird die Spinngeschwindigkeit
auf 0.91 kg/Stunde und das auf die Oberfläche der Aufnahmerolle
einwirkende Gewicht auf 2 kg verringert.
Nach K) Minuten wird die Spinndüse auf einen Abstand von 25.4 cm vom Kollektor zurückbewegt. Der
<o Polymerdurchsatz wird auf 0.68 kg/Stunde und das
Andrückgew icht auf I kg verringert. Nach weiteren 10
Minuten wird der Polymerdurchsatz auf 0.45 kg/Stunde verringert, das Gewicht völlig entfernt und das Spinnen
mit dem gleichen Abstand von 25,4 cm zwischen der
■*5 Spinndüse und der Aufnahmerolle weitere 22 Minuten
fortgesetzt. Anschließend wird das Spinnen unterbrochen.
Für Prüfzwecke wird der zylindrische Hohlkörper vom Aufnahmedorn entfernt und an einem Ende eine dünne
Scheibe abgesägt. Die Fäden in der Scheibe haben einen Titer im Bereich von etwa I bis 30 den. und eine Reißfestigkeit
von etwa 0.3 bis 1 g/den. Das Produkt ist im wesentlichen frei von kurzen Stückchen oder »Schrot«.
Einzelne Dichtemessungen wurden an den verschiedenen Abschnitten der Filter längs des Radius nach auswärts
vorgenommen. Mehrere Scheiben von je etwa 7,62 mm wurden von einem Ende jedes Rohlings abgenommen.
Drei konzentrische Ringe wurden mit einem speziellen Satz von Korkbohrem aus jeder Scheibe her-
«* ausgeschnitten. Der Unterschied zwischen dem Innenradius
und Außenradius jedes Rings beträgt etwa 6.4 mm. Das Volumen jedes »diskusförmigen« Ringabschnitts
wurde aus den verschiedenen Messungen an jedem Abschnitt berechnet. Die Dichten der Ringe wurden aus
b5 ihren Gewichten und berechneten Volumina berechnet.
Die Dichte des Innenrings, des mittleren Rings und des
Außenringes betrugen 0.287. 0.230 bzw. 0.220 g/cm'.
Beispiel | AuUen- | Wickelstufe | I | G | 2 | 2 | Z | G | 3 | Z | G | 4 | Z | Gesamt | Filter | Scheinbare Dichte |
I | durch- | wickel | gew. | g/cm1 | ||||||||||||
niesser | Λ Ζ | 4 | Λ | 15 | 2 | A | 15 | 1 | A | 30 | zeit | Wickelstufe | ||||
G | .,, ..,, | 4 | 13 | 2 | 15 | 1 | 12 | 4 3 u. 2 I | ||||||||
Versuch | *) | 10,2 15 | 4 | 15,2 | 15 | 2 | 20,3 | 15 | 1 | 25,4 | 38 | Minuten | g | außen Mitte innen | ||
A | 7 | 8 | 17,8 15 | 4 | 22,9 | 15 | 2 | 27,9 | 15 | 1 | 33 | 16 | 75 | 528 | 0,229 0,280 0,363 | |
B | 7 | 8 | 12,7 15 | 4 | 15.2 | 15 | 2 | 17,8 | 15 | 1 | 20.3 | 16 | 57 | 405 | 0,213 0,240 0,290 | |
C | 7 | 8 | 15,2 15 | kg | 20,3 | 25,4 | 30,5 | 83 | 598 | 0.335 0,317 0,332 | ||||||
D | 7 | 8 | 15,2 15 | ischen Spritzdüse und | 20,3 | Aufhahmcrolle, ein | 25,4 | 30,5 | 61 | 450 | 0,217 0,258 0,285 | |||||
E | 7 | 8 | auf der Spannrolle. | Minuten | 61 | 450 | 0,212 0,254 0,283 | |||||||||
Ci Ί " | Gewicht | /W | Beispiel | spinnen | ||||||||||||
Λ "ι = | Abstand | Wickelzeil. | ||||||||||||||
/ ···) = | ||||||||||||||||
von Polypropylen einer Dichte von etwa 0,9 uul | ||||||||||||||||
Unter Verwendung der in Fig. I dargestellten Vorrichtung wird Polypropylen, das eine Dichte von etwa 0,9
hat, bei einer Temperatur der Schmelze von 355° C auf einen Aulnahmedorn sprilzgesponnen, der einen Durchmesser von 25,4 mm und einen Abstand zur Düsenspitze
von 165,1 mm hat. Zu Beginn ist die Andruckrolle mit
8(XX) g belastet. Nach einer Wickelzeit von 15 Minuten wird das Gewicht auf 6000 g und nach weiteren 15 Minuten auf '000 g geändert. Abschließend wird nach einer
Wickelzeit von weiteren 15 Minuten das Gewicht auf 2000 g geändert, worauf weitere 28 Minuten gewickelt
wird. Das endgültige Filter hat einen Durchmesser von 69,85 mm und eine scheinbare Dichte von 0,348 g/cm1
Im äußeren Drittel des Querschnitts. 0,265 g/cm' im
mittleren Drittel des Querschnitts und 0,210g/cm' im
Inneren Drittel des Querschnitts. Das Filter hat eine sehr hohe Festigkeit und gute Eigenbindung.
Beispiel 3
Eine Reihe von Filtern wird bei 354° C durch Spritzstellt. Der Abstand zwischen der Spitze der Spinndüse
und dem Aulnahmedorn wird wahrend der Herstellung
der Fllterhülsen in programmierter Weise verändert.
Ebenso wird das auf die Andrückrolle einwirkende Gewicht In programmierter Welse zusammen mit den
Wickelzeiten geündert. Die Ergebnisse für mehrere Filterhülsen sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Diese
Werte zeigen, daß die scheinbare Dichte jedes Abschnitts des Filters auf jeden gewünschten Wert verändert werden k.inn. Ferner ist die Reproduzierbarkeit des Prozesses
ausgezeichnet, wie die letzten beiden Filterhülsen zeigen.
Ein ideales Dichteprofil für solche Produkte ist in
Eine weitere Reihe von Filtern wird mit sich ändernden Andruckkrälten der Andruckrolle hergestellt. Bei
einem dieser Versuche wird keine Andruckkraft zur Einwirkung gebracht. Die in Tabelle 2 genannten Ergebnisse
dieser Versuche zeigen, daß die Dichte von Innen nach außen zunimmt.
Einfluß einer programmierten Verminderung des Gewichts der Andruckrolle
auf den Dichtegradienten der Filterhülse
Versuch
Temperatur Abstand Gewicht der Andruckrolle der Polymer- zur Düse, (g x 1000) / Zeit (Min.)
Wickelsture
cm 12 3-
schmelze.
0C
Gesamtzeit Dichte g/cm2
des Wickeins, Außen Mitte
Min
Innen
A
B
C
D
358
356
355
352
16,5
19
16,5
10,2
7/15 4/15 3/15 2/15 8/10 7/10 6/10 4/10 8/15 6/15 4/15 2/28
60 0,287 0,258 0,256
1/9 49 0,252 0,230 0,197
73 0,348 0,265 0,210
120 0,505 0,306
programmierter Weise verändert werden. In festgelegten
Abstanden wird der Abstand vergrößert und das Gewicht
denen der Abstand zwischen der Spinndose und dem Aufnahmedom sowie das Gewicht der Andruckrolle in
genannten Ergebnisse zeigen, daß der Dichtegradient nach Belieben einstellbar ist.
ίο
Einfluß einer programmierten Änderung des Abstandes und des Gewichts der Andruckrolle
auf den Dichtegradienten der Filterhülse
Abstand von der Düse,
cm
1 2
Gewicht der Rolle g x 1000
Zeit Min.
Gesamtwirkelzeit, | Dichte, | Mitte | Innen |
Min. | g/cm1 | 0,263 | 0,303 |
Außen | 0,219 | 0.242 | |
60 | 0,217 | 0,187 | 0.225 |
53 | 0,175 | ||
67 | 0.152 | ||
15,2/8/15
15,2/8/10
15.2/8/10
15,2/8/10
15.2/8/10
17,8/6/15
17,8/6/10
20,3/6/10
17,8/6/10
20,3/6/10
20,3/4/15 20,3/2/15 25,4/4/10
22,9/2/15 22,9/1/15 27,9/2/15
25.4/0/3 30,5/0/7
Die Ergebnisse einer weiteren Reihe von Versuchen,
<itc UiVtci Verwendung vuti ruiypiupyien einer Dkhie
von etwa 0,9 und der In Fig. 1 dargestellten Vorrichtung durchgelührt wurden, sind in Tabelle 4 genannt. Zwei
spezifische Parameter werden verwendet, um eine bestimmte Dichte zu erzielen. Wie die ersten vier Versuche
A bis D zeigen, hat eine Vergrößerung des Absurdes
zwischen Spinndüse und Aulnahmedorn bei sonst gleichbleibenden Bedingungen eine Abnahme der Dichte
£ut rulge. unieistfiieue in lief Dicl'iic 'κΰΓιΓιέΰ jC-uuCn
auch durch Änderung der Andruckkralt der Andrückrolle
erhalten werden, wie ein Vergleich der Versuche B und E zeigt.
Möglichkeit der Herstellung von Filterhülsen mit bestimmten Dichten durch Spritzspinnen
Beispiel
6 |
Abstand von
der Düse cm |
Gewicht der
g x 1000 |
Rolle |
Zeit
Min. |
Gesamt
gewicht des Filters. |
Gesamt
wickelzeit. Min. |
Außen-
durchmesser des Filters. |
Dichte,
g/cm · |
Mitte | Innen |
Wickelstufe | S | mm | Außen | |||||||
Versuch | 1 | 2 | 3 | 4 | 0.280 | 0.363 | ||||
A | 10,2 /8/15 | 15,24/4/15 | 20,3/2/15 | 25,4/1/29 | 535 | 74 | 69,9 | 0,229 | 0.260 | 0.302 |
B | 12,7 /8/15 | 17,8 /4/15 | 22,9/2/15 | 27,')/1/23 | 483 | 68 | 69.9 | 0.220 | 0,240 | 0.292 |
C | 15,24/8/15 | 20,3 /4/15 | 25.4/2/15 | 30,5/1/17 | 442 | 62 | 69.9 | 0,210 | 0,240 | 0.290 |
D | 17,8 /8/15 | 22,9 /4/15 | 27.9/2/15 | }} /1/12 | 405 | 57 | 69.9 | 0.213 | 0.280 | 0.367 |
E | 12,7 /8/15 | 17,8 /6/15 | 22,9/4/15 | Π $12125 | 525 | 70 | 69.9 | 0.226 | 0,246 | 0,285 |
F | 15,24/8/15 | 20* /6/15 | 25,4/4/15 | 30,5/2/17 | 459 | 62 | 69,9 | 0,223 | ||
Die Reproduzierbarkeit der Systeme wird durch die Ergebnisse in Tabelle 5 veranschaulicht, die mit dem
gleichen Polymerisat und der gleichen Vorrichtung wie in Beispiel 4 erhalten wurden. Die Versuche A. B und C
sowie D und E wurden an verschiedenen Tagen unter
den gleichen Bedingungen durchgelührt. Die Versuchsdauer betrug in allen Fallen 62 Minuten. Für die IQnI
Proben sind Durchschnittswerte angegeben. Diese Werte zeigen, daß die Abweichung im Durchschnitt der einzelnen
Proben ± 3% bei der Dichte der Innenschicht betragt. In den anderen Bereichen ist eine viel größere
Übereinstimmung festzustellen.
Reproduktion des Dichtegradienten von spritzgesponnenen Filterhülsen
Beispiel
7 |
Abstand von
der Düse cm |
Gewicht der
g x 1000 |
Rolle |
Zeit
Min. |
Gesamt
gewicht des Filters. |
Außen
durchmesser des Filters. |
Dichte,
g/crrr |
Mitte | Innen |
Wickelsture | g | mm | Außen | ||||||
Versuch | 1 | 2 | 3 | 4 | 0.240 | 0,292 | |||
A | 15,2/8/15 | 20,3/4/15 | 25,4/2/15 | 30,5/1/17 | 442 | 69.9 | 0,210 | 0,254 | 0.283 |
B | 15,2/8/15 | 203/4/I5 | 25,4/2/15 | 30,5/1/17 | 448 | 69,9 | 0.212 | 0.258 | 0.285 |
C | 15,2/8/15 | 20,3/4/15 | 25,4/2/15 | 30,5/1/17 | 450 | 69,9 | 0,217 | 0,241 | 0,311 |
D | 15,2/8/15 | 20,3/4/15 | 25.4/2/15 | 30,5/1/17 | 440 | 69,9 | 0.204 | 0,239 | 0.304 |
E | 15,2/8/15 | 20,3/4/15 | 25,4/2/15 | 30,5/1/17 | 440 | 69,9 | 0,207 | 0.246 | 0,295 |
Durchschnitt | 444 | 0.210 | |||||||
Polypropylen einer Dichte von etwa 0.9 wird bei einer
"5 jnperatur der Schmelze von 345° C auf den Aufnahmcdorn
spritzgesponnen, der einen Abstand von 20.3 cm von der Dllsenspitze hat. Die Andruckrolle wird mil
1000 g belastet. Nach einer Spinnzelt von 20 Minuten werden Rußkörner von etwa I mm Durchmesser in den
Fadenstrahl vor der Ablage auf der Filterhülse gegeben, bis die gewünschte Rußmenge zugesetzt Ist. Der Abstand
des Aufnahmedorns wird auf 30,5 cm vergrößert und die Aufnahme des Fadens fortgesetzt, bis die Filterhülse die
gewünschte Größe hat. Das Produkt besieht aus drei Zonen. Die Innenzone und Mittelzone haben Im wesentlichen
die gleiche Dichte, wobei jedoch die Mittelzone die Rußteilchen enthalt. Die Außenzone hai als Folge
des größeren Abstandes zwischen Dorn und Düse eine geringere Dichte und daher eine weniger kompakte
Struktur.
In der gleichen Weise können andere Feststoffe, z. B.
Ionenaustauscherharze, Desodorantlen, entfärbende
Mittel, Diatomeenerde, In die Fllterhülsen eingearbeitet
werden.
Beispiel 10
Eine auf die In Beispiel 1 beschriebens Welse hergestellte
Filterhülse wird 64 Stunden In heißes Motorenöl
getaucht, das eine Temperatur von 120° bis 125° C hat.
Die Hülse hat bei Versuchsbeginn und bei Versuchsende
die folgenden Abmessungen:
Länge Durchmesser, mm
mm Innen Außen
Bei Versuchsbeginn 82,55 24,13 69,4
Bei Versuchsende 86,54 25,53 73,41
20
Polypropylen einer Dichte von etwa 0,9 wird bei einer
Temperatur der Schmelze von 345° C auf den Aufnahmedorn, der einen Abstand von 20,3 cm zur Düsenspitze
hat, spritzgesponnen. Die Andruckrolle wird mit 1000 g
belastet. Der mittlere Teil der Filterhülse wird etwa 20
Minuten gesponnen. Eine Aufschlämmung von Ruß In Wasser wird hergestellt und in das Filter eingeführt,
indem die Andruckrolle mit einer die Aufschlämmung
enthaltenden Rolle In Berührung gebracht wird. Die
Andrückrolle überträgt die Aufschlämmung auf die in
der Bildung begriffene Filterhülse. Nach Zugabe der gewünschten Maierialmenge wird der Abstand der Aufnahmevorrichtung
zur Düsenspitze auf 30,5 cm vergrößert, worauf weiter gesponnen wird, bis das Filter die J5
gewünschte Größe hat.
Physikalisch hat die Hülse keinerlei Veränderung durch das heiße Öl erfahren. Dies zeigt, daß das Filter
unbedenklich als Ölfilter für Automobile verwendet werden kann.
Beispiel 11
Scheiben des gemäß Beispiel 8 hergestellten ursprünglichen Filters werden 30 Tage in verschiedene Flüssigkeiten
getaucht. Die Ergebnisse von Größenme sungen vor
und nach der Behandlung sind in Tabelle 6 zu> <nmengestellt.
Keine größeren Strukturveränderungen als Folge dieser Behandlung sind festzustellen. Diese Versuche
zeigen, daß der sprlizgesponnene Formkörper gegen die
verschiedensten Flüssigkeiten beständig ist.
Einfluß verschiedener Flüssigkeiten auf die durch Spritzspinnen hergestellte Filterhülse
Versuch Lösungsmittel
Größe der Filterhülse, mm
Außendurchmesser Dicke
Außendurchmesser Dicke
vorher nachher vorher
nachher
A | Aceton | 69,72 | 7031 | 11,68 | 11,81 |
B | Methylenchlorid | 69,65 | 72,03 | 12,5 | 12,7 |
C | Motorenbenzin | 69,77 | 73,76 | 12,42 | 13,18 |
(Normalbenzin) | |||||
D | Hydrauiiköl | 69,67 | 72,11 | 12,01 | 12,19 |
E | 3C%iges Wasserstoffperoxyd | 69,7 | 69,77 | 12,83 | 12,7 |
F | Destillierters Wasser | 69,6 | 69,72 | 12,45 | 12,29 |
G | konzentrierte Schwefelsäure | 69,6 | 69,29 | 12,5 | 12,7 |
H | 5O°/oige Schwefelsäure | 69,6 | 69,8 | 12,8 | 12,57 |
J | Motorenöl »Valvoline« | 69,6 | 71,35 | 12,8 | 13 |
Beispiel 12
von 340° bis 360° C feinere Polypropylenfasern zur Folge
hat. Eine Steigerung des Polymerdurchsatzes über den Die Ergebnisse einer weiteren Reihe von Versuchen, 65 Bereich von 3 bis 20 g/Minute pro Düse führt zu grobe-
die die Einflüsse von Änderungen der Verfahrensbedin- ren Faden. Eine Erhöhung des Drucks der verstrecken-
gungen veranschaulichen, zeigen, daß eine Erhöhung der Temperatur der Schmelze des Polypropylens im Bereich
den Luft über den Bereich von 1,41 bis 3,16 kg/cm2 hat feinere Fasern zur Folge. Eine Vergrößerung des Abstan-
des zwischen der Düse und dem Aufnahmedorn im Bereich von 10,2 bis 45,7 cm führt zu einem Produkt von
niedrigerer Dichte, während eine Steigerung der Drehgeschwindigkeit des Doms Ober den Bereich von 100 bis
500 UpM ein Proöukt von geringerer Dichte ergibt. Bei 5
üblichen Filtern aus gepreßten Fasern entspricht eine Zunahme der Dichte feineren Poren in der Struktur und
einem höheren Widerstand zur Strömung, im Gegensatz hierzu können die Dichten der durch Spritzspinnen hergestellten
Formkörper gemäß der Erfindung unabhängig von der Porengröße, die später durch den Fadendurchmesser
und die Packung eingestellt werden kann, festgelegt werden. Die Filter werden auf ihre Eignung und Leistung
bei der Filtration von Wasser geprüft. Außerdem wird ein Test zur Ermittlung der Druckfestigkeit wie
folgt durchgeführt: Das Filter wird in einer dünnen Polyäthylenfolie völlig dicht abgeschlossen, um die schlimmste
mögliche VersiopfungssHuaiion zu simulieren, bei der
kein Flüssigkeilsdurchgang vorhanden ist. Dann wird das eingeschlossene Filter in ein übliches transparentes
Filtergehäuse eingesetzt. Wasserdruck wird allmählich zur Einwirkung gebracht, bis Deformierung der Oberfläche,
vollständiger Zusammenbruch oder ein Druck von 4.22 kg/cm2 beobachtet werden. Alle Filter außer denen,
deren Fasern extrem fein und lose gebunden waren, zeigten bei einer solchen Prüfung keinerlei Schädigung oder
Zusammenbruch. Diese Versuche zeigen, daß die Druckfestigkeit nach Belieben unabhängig von der Gesamtdichte
des Produkts durch geeignete Wahl der Faserreinheit und des Bindungsgrades eingestellt werden kann.
Ebenso kann der Widerstand gegen den Durchgang von Flüssigkeit unabhängig von der Dichte nach Belieben
eingestellt werden, d. h. es ist im Gegensatz zu gepreßten Produkten möglich, maximale Festigkeit bei geringster
Dichte durch geeignete Wahl des Faserdurchmessers und der Porengröße zu erzielen. Die Ergebnisse solcher Versuche
sind in den folgenden Tabellen 7 bis 9 zusammengestellt.
Einfluß von Prozeßvariablen auf die Dichte und Festigkeit des Filters
Beispiel | Temperatur | l'olymer- | Abstand zwischen | zum SchIuU | mittlere Dichte | Druckfestigkeit |
12 | der Schmelze | durchsalz | Düse und Hülse | 24,13 | ||
Veisuch | 0C | j;/Min. | zu Beginn | 31,75 | g/cm1 | kg/cm2 |
A | 350 | 7,6 | 16,5 | 21,6 | 0,33 | 4,22+ |
B | 350 | 7.6 | 16,5 | 22,9 | 0,25 | 4,22+ |
C | 360 | 7,7 | 14 | 24,1 | 0.27 | 3.52 |
D | 360 | 7,8 | 15,24 | 20,3 | 0,24 | 2,46 |
E | 360 | 7,8 | 16,5 | 21,6 | 0,24 | 2.81 |
F | 360 | 7,6 | 12.7 | 22,9 | 0.37 | 4,36+ |
G | 360 | 7.6 | 14 | 24,1 | 0,34 | 3.52 |
H | 360 | 7,6 | 15,24 | 25,4 | 0.30 | 2.46 |
J | 360 | 7,6 | 16,5 | 0,28 | 2,46 | |
K | 360 | 7.6 | 17,8 | 0,24 | 1.41 |
Einfluß von Prozeßvariablen auf den Faserdurchmesser und den Strömungswiderstand
Beispiel | Temperatur | Polymer | relativer | mittlere | Druck | Druckabfall (mmHg) | von Wasser | 26,5 | bei der |
12 | der Schmelze | durchsalz | Fadendurch | Dicht | festigkeit | Filtration | Liter/Minute | 70 | |
messer | 15.14 | 70 | |||||||
Versuch | 0C | g/Min. | g/cm' | kg/cmJ | 19 | 112 | .17.85 | ||
L | 344 | 7,6 | grob | 0,30 | 4,22+ | 19 | 103 | 154 | |
M | 344 | 7,6 | grob | 0,30 | 4,22+ | 37 | 189 | 154 | |
N | 344 | 5,1 | mittel | 0,29 | 4,22+ | 32 | 188 | 216 | |
O | 344 | 5.0 | mittel | 0,29 | 4,22+ | 70 | 203 | ||
E | 360 | 7.8 | fein | 0,26 | 2,81 | 73 | 361 | ||
C | 360 | 7.7 | fein | 0,27 | 3,52 | 358 |
mittlere
Dichte |
15 | 23 | 14 287 | 16 |
gesamte Durchflußmenge
in Liter |
4P-3.52 kg/cn2 |
Zurückhaltung
von Staub bis 3,52 kg/cm2 |
% | |
Tabelle 9 | g/cnv* | 4P-1,4 kg/cm3 | 49,21 | g | 96 | ||||
Beispiel
12 |
0,23 |
Durch-
flußmenge zu Beginn |
mittlere
Durchfiuß- menge |
41,64 | 94,63 | 12,5 | 76 | ||
Versuch | 0,23 | 1/MiE. | l/Min. | 79,49 | 71,92 | 19,1 | 79 | ||
0(i) | 0,23 | 37,85 | 32,93 | 60,56 | 98,41 | 14,9 | 65 | ||
0,23 | 37,85 | 31,42 | 71,92 | 90,84 | 16,8 | 83 | |||
PO) | 0,22 | 37,85 | 28,77 | 60,56 | 64,35 | 19,8 | 98 | ||
P(ii) | 0,22 | 11,36 | 8,33 | 34,07 | 98,41 | 16,9 | 82 | ||
QCO | 0,23 | 11,36 | 6,06 | 60,56 | 94,63 | 21,3 | 71 | ||
Q(ii) | 0,23 | 11,36 | 4,92 | 60,56 | 90,84 | 17.4 | 82 | ||
R(i) | 0,21 | 11,36 | 6,43 | 60,56 | 94,63 | 19,6 | 90 | ||
R(ii) | 11,36 | 3,79 | 68,13 | 22,2 | 82% | ||||
S(i) | 11,36 | 5,3 | Durchschnitt: | ||||||
S(ii) | 11,36 | 5,3 | |||||||
Verunreinigung Aktivkohle feiner Slaub
Konzentration 0.264 g/l
Die vorstehende Tabelle 9 zeigt, daß eine Reihe von durch Spritzspinnen hergestellten Filtern subjektiv charakterisiert
tatsächlich mehr als 80% Teststaub enthalt. Die Teilchengrößenveneilung des Staubs zeigt, daß 39%
des aufgefangenen Staubs eine Teilchengröße von weniger alc 5 fi hat. ein Beweis für die Wirksamkeit des Filters.
Die durch Spritzspinnen erfindungsgemäß hergestell-•ten
Filterhülsen eignen sich lerner als absolute Filter.
Vergaserluftfilter und Filter für Kültemedien, wie Luft.
Stickstoff. Sauerstoff, Wasserstoff und dgl. sowohl wahrend
der Produktion als auch im Gebrauch, wo die Temperaturen unter etwa 0° C und im allgemeinen unter etwa
-100° C liegen. Diese Filter lassen sich leicht in beliebige gewünschte Größe oder Formen einschließlich runder
Hohlzylinder schneiden. Da sie unter hohen Drücken nachgiebig sind, können sie, falls erforderlich, am
Umfang eingeklemmt werden, um einen dichten Abschluß zu erzielen und eine Umgehung des Filters
durch die Flüssigkeit zu verhindern.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Filterhülse in Form eines selbstgebundenen, hohlzylinderförmigen Verbundvlieses mit vorbestimmtem
Dichteprofil aus spritzgesponnenen, regellos angeordneten, im wesentlichen endlosen organischen
synthetischen Polymerfäden, dadurch gekennzeichnet, daß von der Innenseite des Hülseninnenraumes nach außen sich die Dichte des
Vlieses mindestens einmal schlagartig um wenigstens 10% ändert, wobei diese schlagartigen Dichteänderungen
mit leichten Dichteänderungen von weniger als 5% abwechseln können.
2. Fllterhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichte des Vlieses ein fallendes Sägezahnprofil aufweist In der Form, daß die Dichte
zunächst allmählich zunimmt, dann schlagartig abnimmt, erneut leicht zunimmt und wiederum
schlagartig a&nlmmt.
3. Verfahren zur Herstellung einer ein Dlchteprofii
aulweisenden Filterhülse nach Anspruch 1 oder 2, bei
dem geschmolzene fadenbildende Polymere mittels eines Extruders durch Öffnungen einer Spinndüse
gepreßt und unter der Einwirkung konvergierender Gasströme von der Döse unter gleichzeitigem Kühlen
abgezogen und als noch klebrige Endlosfäden auf einem rotierenden Kollektor unter gleichzeitigem Verstrecken
mittels konvergierender Gasslröme abgelegt werden und das hierbei gebildete hohlzylinderförmige
Verbundvlies vom Kollektor entfernt und in geeignete Längen geschnitten «ird, dt lurch gekennzeichnet,
daß mindestens einmal nach Erreichen einer bestimmten Dicke der Schicht in Endlosfäden auf
dem Kollektor entweder die Temperatur des fadenbildenden Polymeren und/oder die Spinngeschwindigkeit
und/oder die Rotationsgeschwindigkeit des Kollektors und/oder sein Abstand zur Spinnvorrichtung
und/oder das Gewicht der Andruckrolle auf dem Kollektor beim weiteren Ablegen der Endlosfäden so *o
geändert wird, daß sich die Dichte des Fadenmaterials schlagartig um wenigstens 10% ändert.
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