DE29624348U1

DE29624348U1 - Schlagfester hochwirksamer Filterbeutel eines Staubsaugers

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Publication number: DE29624348U1
Application number: DE29624348U
Authority: DE
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2006-03-28

Description

Schlagfester hochwirksamer Filterbeutel eines Staubsaugers

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Staubsaugerbeutel ebenso wie ein Verfahren zur Herstellung eines Staubsaugerbeutels.

Herkömmlicherweise waren Staubsaugerbeutel aus Papier aufgebaut. Papierbeutel haben niedrige Kosten und sind allgemein annehmbar zum Entfernen und Halten der von einem Staubsauger aufgenommenen großen Partikel. Jedoch wurden Staubsauger wirksamer beim Aufnehmen feiner Partikel, und Papierbeutel sind typischerweise ziemlich wirkungslos beim Entfernen dieser Partikel der feinen Art aus dem Luftstrom des Staubsaugers. Diese feinen Partikel neigen dazu, in dem Luftstrom zu bleiben, und gehen durch die Papierbeutel-Seitenwände hindurch, wobei die austretende Luft erhebliche Mengen an feiner einatembarer innerhäuslicher Partikelverschmutzung erzeugt. Um die Menge, an feinen Partikelchen zu verringern, die von den Staubsaugerbeutel-Seitenwänden abgegeben werden, wurde vorgeschlagen, bei der Bildung des. Staubsaugerbeutels eine Faservlies-Filterschicht zu verwenden. US-A-4 589 894 schlägt eine Filterschicht vor, die eine Stoffbahn aus regellosen synthetischen Polymer-Mikrofasern mit durchschnittlich weniger als 10 Mikrometer Durchmesser aufweist. Diese Filterschicht-Stoffbahn hat einen spezifischen Bereich an Flächenmassen und Luftdurchlässigkeiten. Um ferner diese relativ empfindliche Filterschicht zu schützen, wird die Filterschicht zwischen zwei elastischere äußere Vliesschichten, zum Beispiel Spinnvlies-Stoffbahnen, geschichtet .

US-A-4 917 942 wendet sich ebenfalls der Aufgabe zu, einen Staubsaugerbeutel mit verbesserter Filterwirksamkeit

gegenüber feinen Partikeln zur Verfügung zu stellen. Das Filtermaterial weist eine Mikrofaser-Stoffbahn aus synthetischen Polymeren auf, wobei die Stoffbahn direkt auf eine Trägerstoffbahn geklebt wurde. Die Mikrofaser-Stoffbahn wird aufgeladen, um Elektrete zu induzieren, was ein Filtermedium mit hoher Einfangwirksamkeit für feine Submikron-Partikel mit einem niedrigen Druckabfall liefert.

US-A-5 080 702 (Bosses) und US-A-5 306 534 (Bosses) folgen den zwei obigen Ansätzen. Das "702-Patent beschreibt ein Wegwerf-Filterbeutelmaterial für Staubsauger, das, wie das "894-Patent, eine Mikrofaser-Stoffbahn und eine Trägerschicht aufweist. Wie beim "894-Patent wird die Mikrofaser-Filterschicht nicht aufgeladen, jedoch im Gegensatz zum "894-Patent gibt es keine innere Trägerstoffbahn. Wie beim "942-Patent wird keine innere Trägerschicht als notwendig beschrieben, jedoch im Gegensatz zum "942-Patent wird das Filtergewebe nicht als aufgeladen beschrieben. Die Patentbeispiele zeigen beispielhaft, daß die schmelzgeblasene Mikrofaser-Stof fbahn-Decklage nicht so schnell wie eine Standardzellulose(papierähnliche) Decklage verstopft. Die Beispiele prüften auch die Widerstandsfähigkeit gegen Reißen der Nähte und des Papiers, wenn das Filter gefaltet oder gebogen wurde.

Die US-A-5 306 534 beschreibt eine aufgeladene Filterstoffbahn, die an einem Textilstoff befestigt ist, um einen wiederverwendbaren Staubsaugerbeutel mit hoher Filterwirksamkeit zu bilden. Das Elektret-Filterstoffbahnenmaterial ist eine aufgeladene.schmelzgeblasene Mikrofaser-Stoffbahn (wie beim "942-Patent) , die zwischen zwei äußeren Trägerschichten plaziert wird (wie beim "894-Patent) , die zum Beispiel als Spinnvliesmaterialien beschrieben werden. Das/Die aufgeladenen schmelzgeblasenen Mikrofaser-Filterstoffbahnenschicht (en) und Spinnvliesschichten werden miteinander mustertreu verbunden.

Die Veröffentlichung WO 93/21812 (Van Rossen) beschreibt einen Staubsaugerbeutel wie in US-A-4 917 942 be-

schrieben, der auf der zum Staubsauger-Schlaucheinlaß entgegengesetzten Seite mit einer Mullschicht versehen ist, um eine besondere Scheuerfestigkeit gegenüber großen Sandpartikeln und ähnlichem zu liefern. Die Mullschicht ist nur an den Endnähten des Staubsaugerbeutels mit der Filterschicht verbunden, was die Herstellung vereinfacht.

Ebenso im Handel erhältlich ist ein industrieller Staubbeutel mit einer inneren Schicht aus einer schmelzgeblasenen Stoffbahn (etwa 20 g/m²) , die nur mit dem Außenumfang des Beutels verbunden ist. Dieser Beutel wird als ein Tonerpartikelbeutel für Kopiermaschinen verwendet und hat eine äußere zusammengesetzte Filterschicht wie in US-A-4 917 942 weiter oben beschrieben. .

Die obigen Patente widmen sich alle in erster Linie der Gesamtfilterwirksamkeit eines Staubsaugerbeutels, insbesondere hinsichtlich feiner Partikel unter normalen Betriebsbedingungen, wobei ein gleichmäßiger niederkonzentrierter Strom mit Partikelchen in den Beutel abgeladen wird. Die vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, für eine verlängerte Zeitspanne ohne Filterverstopfung einen Filterbeutel mit guter Wirksamkeit beim Entfernen feiner Partikel zu liefern, welcher auch eine bessere Wirksamkeit beim Entfernen feiner Partikel unter Stoßbelastungsbedingungen hat. Stoßbelastungsbedingungen treten auf, wenn über eine kurze Zeitspanne hohe Partikelkonzentrationen in dem Staubsaugerbeutel abgeladen werden, wie etwa wenn ein Staubsauger verwendet wird, einen großen Haufen aus Staub oder Trümmerteilen aufzunehmen.^: Die Erfindung kümmert sich auch um die Bereitstellung eines Staubsaugerbeutels, der eine lange Nutzungslebensdauer ohne eine erhebliche Verringerung des Luftflusses oder eine Erhöhung des Druckabfalls zeigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wird ein gegen Stoßbelastungen widerstandsfähiger hochwirksamer Filterbeutel für Staubsauger zur Verfügung gestellt, der eine Filterlaminat-Zusammensetzung mit mindestens einem Lufteinlaß aufweist. Die Filterlaminat-Zusammen-

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setzung weist auf:

a) eine äußere Trägerschicht aus einem porösen Mate

rial,

b) mindestens eine aufgeladene faserige Filter

schicht., die Elektrete enthält, und

c) eine innere Diffusionsschicht, die im wesentlichen nicht mit der Filterschicht verbunden ist, wobei die Diffusionsschicht eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 50 m^ /min/m² und eine Zugfestigkeit von mindestens etwa 0,1 kg/cm hat und aus Fasern mit einem effektiven Faserdurchmesser von mindestens etwa 10 &mgr;&tgr;&eegr; gebildet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine abgeschnittene Schnittansicht des Filtermaterials, das zum Bilden des erfindungsgemäßen Staubsaugerbeutels verwendet wird.

Fig. 2 ist eine Höhenansicht des Filterbeutels für Staubsauger von oben mit einem teilweisen Schnitt.

Fig. 3 ist einer vergrößerte Querschnittansicht eines Randbereichs des erfindungsgemäßen Filterbeutels für Staubsauger.

Fig. 4 ist ein Diagramm der Filterbeutel-Leistung gegen die Zeit für eine konstant feine Partikel-Provokation.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 stellt einen Querschnitt des zusammengesetzten Materials dar, das verwendet wird, um den Staubsaugerbeutel der Erfindung zu bilden. Die äußere Schicht 12 ist in erster Linie eine Trägerschicht zum Schutz der inneren Faservlies-Filterschicht 13. Die innere Filtervliesschicht 13 besteht aus einer Vliesstoffbahn aus geladene Elektrete enthaltenden Fasern, die aus jeder geeigneten offenen Vliesstoff bahn aus geladenen Fasern sein kann. Die Filterstoffbahn könnte aus den im erneuerten US-Patent Nr. 30 782 beschriebenen geladenen Spleißfasern gebildet werden. Diese geladenen Fasern können mit herkömmlichen Mitteln zu einer

geladenen Fasern können mit herkömmlichen Mitteln zu einer Vliesstoffbahn geformt werden und wahlweise mit einem Trägermull, wie etwa in US-A-5 230 800 offenbart, verbunden werden, das die äußere Trägerschicht 12 bildet.

Alternativ kann die Filtervliesschicht 13 eine schmelzgeblasene Mikrofaser-Vliesstoffbahn sein, wie etwa in US-A-4 ,917 942 offenbart, die während der Stoffbahn-Bildung, wie in diesem Patent offenbart, mit einer Trägerschicht verbunden werden kann oder danach auf jede beliebige herkömmliche Weise mit einer Trägerstoffbahn verbunden werden kann, um die äußere Trägerschicht 12 zu bilden. Die schmelzgeblasene Vliesstoffbahn wird, nachdem sie ausgebildet ist, aufgeladen, jedoch wurde vorgeschlagen, die Mikrofasern aufzuladen, während sie gebildet werden und bevor sie als eine Stoffbahn angesammelt werden. Die schmelzgeblasenen Vliesstoff bahnen werden typischerweise mit dem Verfahren gebildet, das in "Superfine Thermoplastic Fibers", A. Van Wente, in Industrial Engineering Chemistry, Band 48, Seiten 1342 ff., 1956, oder im Report Nr. 4364 der Naval Research Laboratories, veröffentlicht am 25. Mai 1954 mit dem Titel "Manufacture of Superfine Organic Fibers", A. Van Wente, CD. Boone und E.L. Feluharty, gelehrt wird, wobei die Fasern auf eine zufällige Weise, wie etwa auf einem perforierten Zylindersieb oder direkt auf einer Trägerstoffbahn oder auf die in der PCT-Anmeldung Nr. WO 95/05232 beschriebenen Weise (zwischen zwei mitrotierenden Trommelsammlern, die sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen und eine ebene Oberfläche und eine wellige Oberfläche bilden), gesammelt werden. Das gesammelte Material kann dann daraufhin, falls notwendig, verfestigt werden und zum Beispiel auf die in. US-A-4 215 682 beschriebene Weise aufgeladen werden. Alternative Aufladungsverfahren für die Filterstoffbahnschicht zum Bilden von Elektreten umfassen die in US-A-4 375 718 oder US-A-4 592 815 oder der PCT-Anmeldung Nr. WO 95/05501 beschriebenen Verfahren.

Die Fasern, die die Filtervliesschicht bilden, werden im allgemeinen aus dielektrischen Polymeren gebildet,

die in der Lage sind, aufgeladen zu werden, um Elektret-Eigenschaften
zu erzeugen. Im allgemeinen sind Polyolefine, Polycarbonate, Polyamide, Polyester und ähnliche geeignet, bevorzugt werden Polypropylene, Poly-(4-Methyl-Pentene) oder Polycarbonate, wobei die Polymere frei von Zusätzen sind, die dazu neigen, Elektret-Eigenschaften zu entladen. Im allgemeinen sollte die Filterschicht eine Durchlässigkeit von mindestens etwa 2 m³/min/m², bevorzugt mindestens ~ 10 m³/min/m² bis etwa 400 m³/min/m² haben. Die Flächenmasse der Filterschicht 13 ist im allgemeinen 10 bis 200 g/m². Wenn eine höhere Filterwirksamkeit erforderlich ist, können zwei oder mehr Filterschichten verwendet werden.

Die Filtervliesschicht kann auch zusätzliche Partikel oder Fasern enthalten, die auf bekannte Weise, wie etwa in US-A-3 971 373 oder US-A-4 429 001 offenbart, eingearbeitet werden können. Wenn zum Beispiel eine Geruchsentfernung erwünscht ist, könnten Sorptionsmittelteilchen und Fasern in die Filtervliesschicht-Stoffbahn eingeschlossen werden.

Das zusammengesetzte Material, das die Staubsaugerbeutel-Seitenwände bildet, ist ferner mit einer inneren Diffusionsschicht 14 versehen, die im wesentlichen, abgesehen von dem Umfang des Staubsaugerbeutels 20 entlang einer Naht 25, nicht mit der Filterschicht 13 verbunden ist.

Sowohl die äußere Trägerschicht 12 als auch die innere Diffusionsschicht 14 können aus einem faserigen Vliesoder Gewebematerial gebildet werden. Zur einfachen Herstellung, aufgrund von Kosten und Leistungsfähigkeit sind die äußere Trägerschicht 12 und die innere Diffusionsschicht 14 bevorzugt Faservlies-Stoffbahnenmaterialien, die zumindest teilweise aus warmsiegelbaren oder schweißbaren thermoplastischen Fasern gebildet werden. Beispiele für derartige Materialien umfassen Spinnvlies-Stoffbahnen, gesponnene Spitzen-Stoffbahnen und verfestigte kardierte und Rando-Stoffbahnen. Jedoch, selbst wenn Wärme- oder Ultraschallschweißen verwendet wird, um die Randnähte des Staubsaugerbeutels zu bilden, braucht die äußere Trägerschicht nicht notwendigerweise wärmeschweißbar zu sein, wenn eine oder sowohl die innere Diffusionsschicht 14 als auch die Filterschicht 13 war-

• ·

meschweißbar sind. Die äußere Trägerschicht 12 als solche kann ein nichtwärmeschweißbares, poröses faseriges Material, wie etwa Papier, Mull, Stoff oder ähnliches, sein.

Im allgemeinen ist die äußere Trägerschicht 12 nur durch die Notwendigkeit eingeschränkt, daß sie eine Zugfestigkeit hat, die beim gewöhnlichem Gebrauch dem Reißen widersteht. Ferner sollte die äußere Trägerschicht im allgemeinen eine Luftdurchlässigkeit von mindestens etwa 50 m³ /min/m², bevorzugt mindestens 100 m} /min/m² bis etwa 500 oder m^/min/m² mehr haben. Die Flächenmasse der äußeren Trägerschicht 12 ist im allgemeinen 10 bis 100 g/m².

Die äußere Trägerschicht 12 kann entweder mit der Filterschicht 13 verbunden werden oder abgesehen vom Nahtbereich 25 nicht damit verbunden werden. Wenn jedoch die äußere Trägerschicht mit der Filterschicht 13 verbunden wird, wird dies auf eine Weise getan, die die offene Fläche der Filterstoffbahn nicht wesentlich verringert. Annehmbare Verbindungsverfahren umfassen Klebstoffe, Ultraschall-Punktschweißen oder Wärmeschweißen und ähnliches. Im allgemeinen sollte der verbundene Bereich nicht mehr als 20% der Filterquerschnittsfläche, im allgemeinen weniger als 10%, haben.

Die Diffusionsschicht 14 sollte eine Luftdurchlässigkeit von im allgemeinen mindestens etwa 50 m³/min/&tgr;&eegr;², bevorzugt 100 m³/min/m², aber weniger als 1000 m^/min/m², am besten zwischen 100 m³/min/m² und 700 m³/min/m² haben. Wenn die Durchlässigkeit mehr als etwa 1000 m³/min/m² ist, ist die Diffusionsschicht zu offen, um als eine Anfangsbarriere für die mit hoher Geschwindigkeit in den Beutel eintretenden Partikel zu wirken, was die Wirksamkeit des Beutels bei Stoßbelastungen nachteilig beeinflußt. Die Diffusionsschicht 14 hat im allgemeinen eine Flächenmasse von etwa 10 bis 100 g/m², bevorzugt 15 bis 40 g/m². Die Diffusionsschicht hat eine Zugfestigkeit (wie in den Beispielen definiert) von mindestens etwa 0,10 kg/cm, bevorzugt mindestens etwa 0,15 kg/cm. Die Fasern der inneren Diffusionsschicht sollten ei-

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nen effektiven Faserdurchmesser von mindestens etwa 10 &mgr;&tgr;&eegr; haben. Geeignete Diffusionsschichten umfassen Spinnvlies-Stoffbahnen aus thermoplastischen Fasern und verfestigte kardierte Stoffbahnen, wie etwa punktgeklebte kardierte Stoffbahnen aus Polyolefin- (z.B. Polypropylen) Stapelfasern. -

Der erfindungsgemäße Filterbeutel 20 für Staubsauger kann mit jedem geeigneten Verfahren gebildet werden, solange die innere Diffusiorisschicht 14 über die Gesamtoberfläche des Filterbeutels im wesentlichen nicht an der geladenen Elektret-Filterschicht 13 befestigt ist. Im allgemeinen ist die innere Diffusionsschicht 24, wie in Fig. 2 gezeigt, nur entlang dem Außenumfang des Filterbeutels für Staubsauger an der Naht 25 und um die Befestigungsmanschette 27 (nicht gezeigt) mit der Filterschicht 23 verbunden. Die Naht 25 verbindet zwei den Staubsaugerbeutel 20 bildende Filterverbundstoffe 11 mit einem inneren offenen. Bereich 26 zum Einfang von Partikelchen. Die Manschette 27 liefert den Zugang in den inneren offenen Bereich 26. Im allgemeinen kann die Naht 25 mit jedem herkömmlichen Mittel gebildet werden, wobei Wärmeschweißen oder Ultraschallschweißen bevorzugt werden, jedoch auch andere herkömmliche Verfahren, wie etwa Klebstoffe, verwendet werden können. Nähen wird nicht bevorzugt, weil eine auf diese Weise gebildete Naht wahrscheinlich undicht ist. Die Befestigungsmanschette 27 kann von jeder herkömmlichen Konstruktion sein. Die Befestigungsmanschette 2 7 bildet einen Einlaß 28, der den Staubsauger-Staubzuführungsschlauch aufnimmt.

Ein Verfahren zur Herstellung des Wegwerf-Staubsaugerbeutels weist auf: Plazieren von zwei luftdurchlässigen Schichten, Bilden der Trägerschicht und der Diffusionsschicht auf einer Seite des luftdurchlässigen Filtermaterials, das synthetische thermoplastische Fasern aufweist, und Schweißen oder Kleben der mindestens drei Schichten entlang einer zusammenhängenden Randlinie auf dem Außenumfang, um eine Randnaht zu bilden. Vor dem Bilden der Randnaht wird eine Einlaßöffnung vorgesehen, die es ermöglicht, die Luft

zu filtern, um in den Filterbeutel einzutreten. Außerdem
kann eine luftdurchlässige äußerste Schicht aus einem Textilstoff auf den Beutel laminiert werden, um einen haltbaren Beutel zu bilden.

Beispiele 1-3 und Vergleichsbeispiele A-G
Eine Reihe von Staubsaugerfiltern der vorliegenden Erfindung wurden unter Verwendung von schmelzgeblasenem Elektret-Filterstoffbahnenmaterial mit einer Flächenmasse von 40 g/m² hergestellt. Die Filterstoffbahnen wurden entweder mit einer äußeren Trägerschicht aus einem Polypropylen-Spinnvliesstoff mit einer Frazier-Permeabilität von 204 m³/min/m² und einer Flächenmasse von 30 g/m² (Spinnvlies erhältlich von Don & Low, Schottland, UK) oder mit einem im Handel erhältlichen Papiersubstrat verbunden oder nicht damit verbunden. Die unverbundene innere Diffusionsschicht war ein Polypropylen-Spinnvliesstoff mit einer Frazier-Permeabilität von 625 m³/min/m² und einer Flächenmasse von 17 g/m² (0,5 oz/yd²) (Celestra, erhältlich von der Fiberweb North America Inc.). Die Filterleistung dieser Elektret-Filter-Laminataufbauten mit einer inneren Diffusionsschicht wurde mit bekannten Staubsaugerbeutel-Aufbauten verglichen. Die Vergleichsbeutel (in Tabelle 2 weiter unten zusammengestellt) enthielten: einen kommerziellen Papierfilter-Staubsaugerbeutel mit einer schmelzgeblasenen Filterschicht (Vergleich A) ; ungeladene schmelzgeblasene (MB = melt blown) Filtermedien-Staubsaugerbeutel -Aufbauten mit verbundenen und unverbundenen äußeren Trägersubstraten (30 g/m² Polypropylen-Spinnvlies, erhältlich von Don & Low, Schottland, UK) und einer verbundenen inneren Diffusionsschicht (17 g/m² Celestra) (Vergleiche D und E), mit Träger versehene Elektretgeladene Beutel (gleiche Trägerschicht wie für die ungeladene Filterstoffbahn) ohne eine innere Schicht mit einer verbundenen inneren Diffusionsschicht aus 17 g/m² Celestra, mit einer unverbundenen inneren Zellulose-Diffusionsschicht und einer unverbundenen inneren Spinnvlies- (17 g/m² Ce-

lestra) Diffusionsschicht nur auf einer Seite des Staubsaugerbeutels {jeweils Vergleichsbeispiele B, C, F und G).

Stoßbelastungsprüfung

Die zusammengestellten Beutel wurden simulierten ununterbrochenen bzw. Dauerprüfungen unterzogen, wobei als Prüfvorrichtung ein im Handel erhältlicher Hausstaubsauger mitwirkte. Der Staubsauger, in den der Prüffilterbeutel eingepaßt wurde, wurde in einer überwachten Klimaprüfkammer plaziert, was Feststellungen über den Filterbeutel durchdringende Partikel ermöglichte, indem ein Teilchenzähler (LASAIR Modell 1002, erhältlich von der Particle Measuring Systems Inc., Denver, CO) und ein Luftgeschwindigkeitsmeßgerät (Modell 8350, erhältlich von der TSI Inc., St. Paul, MN) verwendet wurden.

Für eine StoSbelastungsprüfung der Fähigkeit des Filterbeutels, Abrieb und schneller Belastung zu widerstehen, war der Provokationsstaub ein mit Zementsand gemischter Staub aus S AKRETE™-Sandmischung, erhältlich von der Sakrete Inc., der mit einer Geschwindigkeit von 120 g/s in die durch eine durch abgedichtete Öffnung in der Klimaprüfkammerwand laufende Schlauchbefestigung des Staubsaugers zugeführt wurde. Die gesamte Staubbelastung pro Prüfung war 350 g. Die Teilchenemissionszählungen im Auslaß des Staubsaugers wurden für 2 Minuten ununterbrochen gemessen. Die Ergebnisse dieser Auswertungen sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengefaßt. Die Emissionsverringerungsdaten verwenden den Vergleich B als den schmelzgeblasenen: Vergleich ohne innere Diffusionsschicht .

TABELLE 1 Staubsaugerbeutelleistung - Stoßbelastungsprüfung

Probe Aufbau (Trägerschicht/Filter- Partikelzählung Emissionsverringerung

schicht/Diffusionsschicht, Emissionen verglichen mit Papier

//= verbunden, /= unverbunden) (0,1 - 10 Mikrometer) (%)

Vergleich A Papier/MB Elektret/keine¹ 182,130 0

Beispiel 1 Papier/MB ElektretVSpinnvlies² 140,709 23

¹ Staubsaugerbeutel Kenmore #2050558 von Sears

² Flächenmasse 17 g/m² (1/2 oz) Celestra

Die Partikelemissionsdaten in Tabelle 1 legen dar, daß die innere Diffusionsschicht der vorliegenden Erfindung fähig war, die Filterwirksamkeit eines herkömmlichen Staubsaugerbeutel-Aufbaus unter Stoßbelastungsbedingungen mit einer Mischung aus feinen und großen Partikeln zu erhöhen.

TABELLE 2

Aufbauten von geblasenen Mikrofaser-Elektret-Beuteln für Staubsauger

Stoßbelastungsprüfung

Probe

Aufbau (Trägerschicht/Filterschicht/innere Schicht,

//= verbunden, /= unverbunden)

PartikelZählung Emissionen (0,1 - 10 Mikrometer)	Emissionsverringerung verglichen mit schmelzgeblasenem Material ohne innere Diffusionsschicht
67,814	0
65,907	3
64,378	5
60,276	11
59,299	13
58,616	14
39,916	41
35,123	48

Vergleich B Vergleich C Vergleich D Vergleich E Vergleich F Vergleich G

Beispiel 2
Beispiel 3

Spinnvlies//MB Elektret³/keine¹
Spinnvlies/MB Elektret//Spinnvlies

Spinnvlies//MB/Spinnvlies⁴ Spinnvlies/MB/Spinnvlies

Spinnvlies//MB Elektret/Zellulose⁵ Spinnvlies//MB Elektret/eine Seite

Spinnvlies⁶

Spinnvlies//MB Elektret/Spinnvlies

'Spinnvlies/MB

Elektretschicht/Spinnvlies

³ Mikrofaser-Vakuumfilter hergestellt gemäß US-A-4 917 942, MB - 40 g/m² Flächenmasse,

Spinnvlies - 30 g/m² Flächenmasse.

⁴ Mikrofaser-Vakuumfilter hergestellt gemäß US-A-4 589 894, MB - 40 g/m² Flächenmasse,

⁵ Zelluloseschicht, Flächenmasse 19 g/m².

⁶ Mikrofaser-Vakuumfilter hergestellt gemäß PCT WO 93/21812 (Van Rossen).

Die Daten von Tabelle 2 legen dar, daß die Verbindung von mit Träger versehenen Filterlaminaten aus Elektret-Filtermedien mit einer unverbundenen (/) inneren Spinnvlies-Diffusionsschicht eine bessere Leistung liefert, indem die Partikelemission für eine bevorzugte thermoplastische wärmeschweißbare innere Spinnvlies-Diffusionsschicht unter Stoßbelastungsbedingungen um mehr als 40 Prozent bis zu etwa 50% verringert wird. Beispiel 3 legte dar, daß vorzugsweise sowohl die Trägerschicht als auch die innere Spinnvlies-Diffusionsschicht nicht mit der Filterschicht verbunden sind.

Sichtanalyse

Eine visuelle Bewertung der Widerstandsfähigkeit eines Staubsaugerbeutels gegen Teilchenverlust und des sich daraus ergebenden Befleckens der äußeren Schicht wurde unter Verwendung eines Sichtanalysesystems durchgeführt, das aufweist: eine 640x480 Pixel anzeigende Videokamera RS 170 zum Abbilden in Verbindung mit einer Abtast-/Berechnungsvorrichtung - Power Vision 60, erhältlich von der Acuity Inc., Nashua, NH. Die der Zementstaub-Stoßbelastungsprüfung unterzogenen Staubsaugerbeutel-Aufbauten wurden über einen Standardsichtbereich auf der zum Staubsauger-Lufteinlaß entgegengesetzten äußeren Oberfläche des Staubsaugerbeutels abgetastet, um eine entsprechende Graustufenskala zu messen. Ein Schwellgraustufenwert von 75 wurde durch Sichtprüfung bestimmt. Die Densitometer-Abtastung der geprüften äußeren Oberfläche berechnete den Prozentsatz an gesichteter Partikelfleckenfläche - durch Ermitteln.der Anzahl von Pixeln mit einer Anzeige von weniger als des festgelegten 75-Graustufenwerts. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.

TABELLE 3
Geblasene Mikrofaser-Elektret-Staubsaugerbeutel-Aufbauten

Digitalisierte Sichtanalyse Probe Mittlere Graustufe Befleckte Fläche'

Vergleich B > 74 50

Beispiel 2 ■■ 83 29

Beispiel 3 82 31

Diese Sichtanalyse legt dar, daß die unverbundene innere Spinnvlies-Diffusionsschicht die Fläche mit Staubpartikelflecken nach der Stoßbelastungsprüfung im Vergleich zu einem ähnlichen Aufbau ohne die innere Spinnvlies-Diffusionsschicht erheblich verringerte.

Staubpartikel-Belastungsprüfung mit niedriger Konzentration Die Beispiele 2 und 3 und die Vergleichsbeispiele B, D und E wurden auch einer Staubpartikel-Belastungsprüfung mit niedriger Konzentration unterzogen. Diese Prüfung, die das bereits beschriebene in die Klimaprüfkammer eingeschlossene Staubsauger-Prüfsystem verwendet, wurde unter Verwendung des Hausstaubsaugers Electrolux Modell 4460, erhältlich von Electrolux, UK, mit Prüffilterbeutelproben ausgestattet, und der Provokationsstaub war ein feiner Zementstaub vom Typ IA, erhältlich von LEHIGH Portland Cement. Der Provokationsstaub wurde für 2 Minuten mit einer Zuführungsgeschwindigkeit von 1 g/min dargeboten. Die Partikelemissionen vom Auslaß wurden für 5 Minuten kontinuierlich gemessen. Daten aus den Auswertungen über die Partikelzählung gegenüber der Belastung sind in Fig. 4 in einem graphischen Format dargestellt, wobei die Zählung der den Beutelaufbau durchdringenden Partikel auf der Y-Achse (in Einheiten von Gesamtzählern pro 6 Sekunden) aufgetragen ist und die Zeit in Sekunden entlang der X-Achse aufgetragen ist.

Das Staubsaugersystem ist in Betrieb, bis eine stabile Zustandsbedingung erreicht ist, bei der die Partikelemissionen zum Zeitpunkt Null aufgezeichnet werden. 60 Se-

künden nach der Zeit Null werden für eine Zeitspanne von 2 Minuten 2 Gramm Provokationsstaub in das Staubsaugersystem eingeführt. Die Kurven, die die Partikelkonzentration flußabwärts von den Prüffiltermaterialien darstellen, zeigen eine drastische Steigungsänderung, was auf die große Anzahl von durch das Filtermedium hindurchgehenden Partikeln hindeutet. Während das Einführen von Provokationsstaub in das Staubsaugersystem fortgesetzt wurde, erreichte die Partikelzählung flußabwärts ein Plateau und fiel, nachdem die Partikelprovokation aufhörte, allmählich auf einen hintergrundah.nlichen Pegel ab. Staubsaugerbeutel mit einer Elektret-Filterschicht zeigten im Vergleich zu Aufbauten ohne Elektret-Filterschicht eine erheblich bessere Leistung. Diese Daten legen dar, daß das Filtermedium ohne Elektret (Vergleichsbeispiele D und E) einen erheblich höheren Pegel an Partikeldurchdringung durch das Filtermedium erlaubt.

Feine Staubprovokation

Die Vergleichsbeispiele B, D und E und.die Beispiele 2 und 3 wurden auch als ebene Filtermedium-Stoffbahnen geprüft, wobei eine PrüfStrömungskanalanordnung verwendet wurde. Das Medium wurde mit einer konstanten Flächengeschwindigkeit von 10 cm/s einer feinen PTI-Staubprovokation ausgesetzt. Diese Prüfung ist speziell dafür konstruiert, um die Leistung von Staubsaugerbeutel-Aufbauten bei einer niederkonzentrierten Partikelprovokation, die normales Teppich- und Polstersaugen simuliert, zu bewerten. Partikelkonzentrationen flußaufwärts und flußabwärts vom Filtermedium wurden von zwei Partikelzählern gleichzeitig gemessen, und die Partikeldurchdringung wurde von dem Prüfsystem HIAC/ROYCO FE 80, erhältlich von Pacific Scientific, HIAC/ROYCO Division, Silver Spring, Maryland, berechnet. Die Ergebnisse dieser Auswertungen sind in Tabelle 4 dargestellt.

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TABELLE 4
Geblasene Mikrofaser-Elektret-Beutelaufbauten für

Staubsauger
Leistung bei feiner Partikelprovokation

Probe Partikeldurchdringung

Vergleich B ' 4,19

Vergleich D 28,8

Vergleich E 29,9

Beispiel 2 3,38

Beispiel 3 3,83

Die obigen Daten legen dar, daß ein geladenes Elektret-Filtermedium (Vergleichsbeispiel B, Beispiel 2 und Beispiel 3) bei einer feinen Staubprovokation die Wirksamkeit eines Filterbeutel-Aufbaus für Staubsauger beim Einfang von feinen Partikeln erheblich erhöht.

Haltevermögen für Feinstaub

In einer weiteren Prüfung wurden die zusammengebauten Staubsaugerbeutel einer simulierten Dauerbetriebsumgebung ausgesetzt, wobei ein im Handel erhältlicher Hausstaubsauger als Prüfvorrichtung eingesetzt, wurde. Die Staubsaugerbeutel mit der Abmessung 24,4 cm auf 39,6 cm hatten eine effektive innere Filteroberfläche von 1900 cm², wobei die Schweißstelle, die Einlaßmanschette und die Öffnung berücksichtigt sind. Für die Beispiele 2, 4 und 5 wurden unterschiedliche Flächenmassen von inneren Spinnvlies-Diffusionsschichten verwendet. Die Beispiele 4 und 5 sind in jeder anderen Hinsicht identisch mit Beispiel 2. Der mit einem Prüffilterbeutel ausgekleidete Staubsauger wurde in einer überwachten Klimaprüfkammer plaziert, um Partikelzählungsbestimmungen für die Partikeldurchdringung durch die Prüffilterbeutel vorzunehmen. Der verwendete Provokationsstaub war von ASTM F 608-89, Annexes Al, bestehend aus einer 9:1-Gewichts-Verhältnismischung aus Siliziumoxidsand und Labortalk. Die

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Mischung aus Staubpartikeln wurde in den Staubsauger mit einer Zuführungsgeschwindigkeit von 60 CJramm/Minute und einer Gesamtlast von 1000 Gramm eingespritzt. Der Luftfluß durch das Staubsaugersystem wurde kontinuierlich als eine Funktion des Staubbelastungsvolumens überwacht. Die Masse der Staubbelastung des Staubsaugerbeutels wurde nach einer 20%-Verringerung und einer 30%-Verringerung des anfänglichen Luftflusses bestimmt. Dies ist eine allgemeine Bestimmung der Filterkapazität und Nutzungsdauer. Die Ergebnisse dieser Auswertungen sind in Tabelle 5 dargestellt.

TABELLE 5
Haltekapazität bei feiner Staubprovokation

-Proben Diffusions- Gehaltener Staub Gehaltener Staub

schicht nach einer 20%- nach einer 30%-(g/m^)
Flußverringerung Flußverringerung

Die Daten legen dar, daß die Staubsaugerbeutel-Aufbauten, die die erfindungsgemäße Diffusionsschicht und Elektret-Filterschicht enthalten, verglichen mit der Elektretschicht allein, während ein Luftstrom mit hohem Volumen aufrechterhalten wird, eine erheblich höhere Lastkapazität für feinen Staub haben. In dieser Hinsicht hätte der erfindungsgemäße Beutel eine erheblich längere Nutzungsdauer, während er für eine verbesserte Staubsauger-Gesamtleistung auch eine hohe Wirksamkeit beim Einfangen von Partikeln kombiniert mit besserer Stoßbelastung liefert.

Zusammengefaßt legen die Tabellen 1, 2 und 3 die hohe Wirksamkeit der Diffusionsschicht mit der Elektret-Schicht bei. der Verringerung der Partikelemissionen dar, wenn sie Stoßbelastungen ausgesetzt sind. Wie in Tabelle 4

Vergleich	B	2	keine	200
Beispiel	4	17	320
Beispiel	5	34	420
Beispiel	68	460

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und Fig. 4 gezeigt, ist das Elektret-Filtermaterial auch wichtig bei der Verringerung von Partikelemissionen aufgrund einer niedrig konzentrierten Partikelprovokation, wie sie bei der normalen Teppichreinigung zu finden wäre. Die Tabelle 5 legt ein durch Zusatz einer Diffusionsschicht verbessertes Staubhaltevermögen eines Filterbeutels für Staubsauger dar. ■ . ■ .

Beispiele 6-11 und Vergleichsbeispiel H-8
Eine Reihe von Staubsaugerfiltern wurde wie in den Beispielen 1-3 hergestellt, abgesehen davon, daß die unverbundene innere Diffusionsschicht verändert wurde, so daß sie Polypropylen-, Nylon- und PET-Spinnvlies ebenso wie eine kardierte Polypropylen-Stoffbahn enthielt. Ebenso enthalten war eine unverbundene innere Diffusionsschicht mit 20 g/tn² schmelzgeblasenem Polypropylen. Diese Beutel wurden dann wie bei den Beispielen 1-3 und den Vergleichsbeispielen A-G gegen Stoßbelastungen geprüft. Ebenso geprüft wurde die Änderung des Luftflusses durch den Beutel (wobei der Anfangsund der Endluftfluß für jeden Beutel verglichen werden). Die Prüfausrüstung wurde vor der Prüfreihe gereinigt und neu geeicht. Die Ergebnisse zeigen, daß verschiedene innere Spinnvlies-Diffusionsschichten und auch eine kardierte Stoffbahn bessere Verringerungen der Partikelemission lieferten, wie in Tabelle 2 für die unverbundenen inneren Spinnvlies-Diffusionsschichten mit 17 g/m² in den Beispielen 1-3 protokolliert (z.B. Verringerungen der Partikelemission unter Stoßbelastungsbedingungen um mehr als 40 Prozent) . Die Emissionsverringerung für die Beispiele 6 - .11 und den Vergleich I sind relativ zum Vergleich H. Die Daten von Tabelle 6 zeigen auch, daß die Flußverringerung für die Beispiel-Staubsauger-Filterbeutel (Beispiele 6 -11) im Vergleich zum Staubsaugerbeutel des Vergleichsbeispiels I, der eine innere Diffusionsschicht aus schmelzgeblasenem Polypropylen verwendete, besser war. Ebenfalls in Tabelle 6 enthalten ist ein Beutelqualitätsfaktor, welcher den Emissionsverringerungs-Prozentwert geteilt durch den Flußverringerungs-

• ·

Prozentsatz während der Prüfung darstellt. Für die erfindungsgemäßen Beutel ist der Qualitätsfaktor im allgemeinen mindestens 2,0 und bevorzugt mindestens 2,3.

TABELLE 6

Aufbauten von geblasenen Mikrofaser-Elektret-Beuteln für Staubsauger

Stoßbelastungsprüfung

Probe Aufbau (Trägerschicht/ Emissionsverringe- Geschwindig- Qualitäts-Filter/innere Schicht, rung verglichen mit keitsverrin- faktor //= verbunden, /= unverbunden) schmelzgeblasenem gerung wäh-

Material ohne innere rend der Diffusionsschicht (%) Prüfung (%)

Vergleich H spinnvlies//MB ElektretVkeine ° ³²

Vergleich I spinnvlies//MB Elektret!/MB^{2 30 28} 1,1

20 g/m² schmelzgeblasenes
Material
Beispiel 6 Spinnvlies//MB 41 17 2,4

ElektretVSpinnvlies⁴

Reemay 2275 _w

Beispiel 7 Spinnvlies//MB 48 14 3,4 &eegr;

Elektret¹/Spinnvlies⁴
1 oz Celestra
Beispiel 8 Spinnvlies//MB 48 18 2,7

Elektret¹/Spinnvlies⁵
1/2 oz Celestra
Beispiel 9 Spinnvlies//MB 49 20 2,4

Elektret!/Spinnvlies⁶
1/2 oz Cerex
Beispiel 10 Spinnvlies//MB 50 20 2,4

Elektret!/Spinnvlies⁷
Reemay 2011
Beispiel 11 Spinnvlies//MB 41 18 2,3

ElektretVkardiert⁸
1/2 oz Celestra

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¹ Staubsaugerfilter mit Mikroporen, hergestellt gemäß US-A-4 917 942, MB - 40 g/m² Flächenmasse; Spinnvlies - 30 g/m² Flächenmasse.

² 20 g/m² schmelzgeblasene Polypropylen-Stoffbahn.

³ Reemay™ 2275, 25,4 g/m² Polyethylenterephthalat (PET), erhältlich von der Reemay Inc., Old Hickory, TN.

⁴ Celestra™ - 1/2 oz Polypropylen, erhältlich von der Fiberweb North America Inc., Simpsonville, SC.

⁵ Celestra™ - 1/2 oz Polypropylen, erhältlich von der Fiberweb North America Inc., Simpsonville, SC.

⁶ Cerex™ - 1/2 oz Nylon, erhältlich von Cerex Advanced Fabrics, L.P., Cantonement, FL.

⁷ Reemay™ 2011 - 28,3 g/m², erhältlich von der Reemay Inc., Old Hickory, TN.

8 Punktgeklebte kardierte Polypropylen-Stoffbahn mit einer Flächenmasse von 31 g/m².

Tabelle 7 protokolliert den effektiven Faserdurchmesser (EFD), die Permeabilität (P) und die Zugfestigkeit für die in Tabelle 6 protokollierten inneren Diffusionsschichten. Der effektive Faserdurchmesser wird gemessen, indem (1) der Druckabfall durch die Filterstoffbahn gemessen wird, indem (2) die Flächendichte des Mediums oder das anteilige Volumen von Fasern in der Stoffbahn gemessen wird, indem (3) die Dicke der Filterstoffbahn gemessen wird, indem (4) der effektive Durchmesser wie folgt berechnet wird:

64 &mgr; U L &agr;¹-⁵(1+56 &agr;²) EFD =

&Dgr;&Rgr;

wobei &mgr; die Viskosität des Fluids ist, U die Luftgeschwindigkeit ist, L die Dicke der Filterstoffbahn ist, &agr;

die Flächendichte der Filterstoffbahn ist und &Dgr;&Rgr; der Druckabfall durch die Filterstoffbahn ist.

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Die Zugfestigkeit wird gemessen, indem die Zugfestigkeit quer und längs der Stoffbahn (gemäß AST F 430-75 (Verwendung von ASTM - D828)) gemessen wird, wobei die zwei Zugfestigkeiten multipliziert werden und die Quadratwurzel gezogen wird, um eine zusammengesetzte Stoffbahn-Zugfestigkeit zu ergeben.

Die Luftdurchlässigkeit wurde gemäß ASTM D73 7 gemes

TABELLE 7 Diffusionsschicht-Eigenschaften

Material	Zugfestigkeit kg/cm	EFD, &mgr;&idiagr;&eegr;	P, m.3 /min/m^
20 g BMF	0,03	5,9	42
1/2 oz Celestra	0,18	23,2	625
Kardiertes PP	0,25	17,4	166
Reemay 2275	0,37	25,7	452
Reemay 2011	0,4	23,4	581
1/2 oz Cerex	0,3	20,8	677
1 oz Celestra	0,57	18,3	185
Zellulosestoff	0,46	20	124

Zugfestigkeit =/Zugfestigkeit der Stoffbahn quer * Zugfestigkeit der Stoffbahn längs

Claims

1. Schlagfester Filterbeutel (20) für Staubsauger, der eine ebene Filterlaminat-Zusammensetzung aufweist, die zu dem Filterbeutel geformt ist, der mindestens eine Lufteinlaß- Bestimmungseinrichtung in der Filterlaminat-Zusanmensetzung und mindestens eine Naht zum Formen der ebenen Filterlaminat- Zusammensetzung in den Filterbeutel hat, wobei die ebene Filterlaminat-Zusammensetzung aufweist:

a) eine äußere Trägerschicht (12) aus einem porösen Material,

b) mindestens eine geladene faserige Filterschicht (13), die Elektrete enthält, und

c) eine innere Diffusionsschicht (14), die - abgesehen von der mindestens einen Naht (25) - im wesentlichen nicht an der Filterschicht befestigt ist, wobei die Diffusionsschicht (14) eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 50 m³/min/m² und eine Zugfestigkeit von mindestens 0,1 kg/cm hat und aus Fasern mit einem effektiven Faserdurchmesser von mindestens 10 µm gebildet ist.

2. Filterbeutel für Staubsauger nach Anspruch 1,
wobei die äußere Trägerschicht eine faserige Spinnvlies- Stoffbahn mit einer Luftdurchlässigkeit von 50 bis 500 m³/min/m² aufweist,
wobei die äußere Trägerschicht, die geladene faserige Filterschicht und die innere Diffusionsschicht zumindest teilweise aus wärmeschweißbaren thermoplastischen Fasern gebildet sind, und
wobei Laminatlagen mittels Thermoschweißen oder Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden.

3. Filterbeutel für Staubsauger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filterschicht eine schmelzgeblasene Filtervliesschicht aufweist.

4. Filterbeutel für Staubsauger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filterschicht eine fibrillierte Filtervliesschicht aufweist.

5. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Filterschicht eine Luftdurchlässigkeit von 2 bis 400 m³/min/m² und eine Flächenmasse von 10 bis 200 g/m² hat und zumindest teilweise aus wärmeschweißbaren thermoplastischen Fasern gebildet ist.

6. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die innere Diffusionsschicht aus einer faserigen Vliesstoffbahn aus thermoplastischen Fasern gebildet ist und eine Luftdurchlässigkeit von 100 m³/min/m² bis 1000 m³/min/m² hat, wobei die thermoplastischen Fasern zumindest teilweise wärmeschweißbare Fasern sind und die faserige Stoffbahn der Diffusionsschicht eine Flächenmasse von 10 bis 100 g/m² hat.

7. Filterbeutel für Staubsauger nach Anspruch 6, wobei die faserige Stoffbahn der Diffusionsschicht eine Spinnvlies- Stoffbahn mit einer Flächenmasse von 10 bis 40 g/m², einer Luftdurchlässigkeit von 100 bis 700 m³/min/m² und einer Zugfestigkeit von mindestens etwa 0,15 kg/cm ist, und die Fasern einen effektiven Faserdurchmesser von mindestens etwa 15 µm haben.

8. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die äußere Trägerschicht eine faserige Spinnvlies-Stoffbahn mit einer Luftdurchlässigkeit von 50 bis 500 m³/min/m² und einer Flächenmasse von 10 bis 100 g/m² hat.

9. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die äußere Trägerschicht eine Spinnvlies- Stoffbahn aus thermoplastischen wärmeschweißbaren Fasern ist.

10. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die äußere Trägerschicht mit der Filterschicht quer über die Filterseite verbunden ist.

11. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die äußere Trägerschicht nicht quer über die Filterseite mit der Filterschicht verbunden ist.

12. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zusammengesetzten Laminatschichten entlang einer Umfangsnaht verbunden sind.

13. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die innere Diffusionsschicht Stoßbelastungs- Partikelemissionen im Vergleich zu einem ähnlichen Beutel ohne die innere Diffusionsschicht um mindestens 13 Prozent verringert und das Filter einen Qualitätsfaktor von mindestens etwa 2,0 hat.

14. Filterbeutel für Staubsauger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die innere Diffusionsschicht Stoßbelastungs- Partikelemissionen im Vergleich zu einem ähnlichen Beutel ohne die innere Diffusionsschicht um mindestens 40 Prozent verringert und das Filter einen Qualitätsfaktor von mindestens etwa 2,0 hat.