DE3878034T2

DE3878034T2 - Zylindrisches filter.

Info

Publication number: DE3878034T2
Application number: DE8888304558T
Authority: DE
Inventors: Morio Abe
Original assignee: Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2008-05-20
Also published as: JPS63287517A; DK272088D0; EP0292294A3; KR960016857B1; EP0292294A2; DE3878034D1; AU1643988A; EP0292294B1; DK272088A; JPH0775648B2; US4861633A; KR880013601A; AU601279B2; DK172378B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen zylindrischen Filter.
Häufig schließen kommerziell verfügbare zylindrische Filter solche ein, die durch Aufwickeln eines Gewebes oder eines nicht gewobenen Stoffes in Form einer Rolle und Verbinden der Rolle durch die Wirkung von Hitze oder mit einem Kunstharz erhalten werden sowie solche, die durch Aufwickeln eines Faserbündels aus Baumwollgarnen, Multifilamenten, etc. auf ein Kernmaterial, beispielsweise einen perforierten Zylinder etc. erhalten werden. Diese letzteren werden nachstehend oft als aufgewickelte Filter bezeichnet, und unter diesen haben diejenigen, bei denen Multifilamente eingesetzt sind, eine besonders weite Verbreitung, da sie bequem herstellbar sind.
Um einem aufgewickelten Filter die gewünschte mechanische Festigkeit mitzuteilen, muß das Faserbündel unter einer bestimmten Spannung aufgewickelt werden, so dar es schwierig ist, Filter mit breiten Zwischenräumen zwischen den Fasern zu erhalten. Insbesondere in dem Fall, in dem das Faserbündel aus Multifilamenten besteht, werden, da die jeweiligen Einzelfilamente, welche die Multifilamente bilden, parallel gemacht sind, nicht nur die Zwischenräume zwischen den einzelnen Filamenten, sondern auch diejenigen zwischen den Faserbündeln leicht eng.
Wenn daher Filter, die aus einem solchen Faserbündel hergestellt sind, eingesetzt werden, kann festes Material leicht lediglich an Teilen des Filters festgehalten werden, die der Oberfläche benachbart sind, so daß der Widerstand für den Wasserdurchtritt in einer relativ kurzen Zeit ansteigt, d.h. die Filtrationslebensdauer des Filters ist kurz. Um diesen Nachteil zu überwinden, kann es möglich sein, die äußere Schicht des Filters gröber und die innere Schicht feiner auszubilden, beispielsweise dadurch, daß man vom Beginn der Aufwicklung an bis zum Ende das Faserbündel schrittweise aufwickelt oder die Spannung schrittweise reduziert, oder auch dadurch, daß man für die äußere Schicht(en) des Filters grobe Fasern verwendet. Jedoch sind solche Verfahrensschritte komplex.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen verbesserten, aufgewickelten zylindrischen Filter zu vermitteln.
Gemäß der Erfindung wird ein zylindrischer Filter vermittelt, hergestellt durch einen Faden-Aufwickelvorgang unter Aufwickeln von Fäden auf einen zentralen Kern in einer zylindrischen Form, Verbinden der Fäden durch Schmelzverklebung der Fäden und Abnehmen des sich so ergebenden zylindrischen Filters von dem zentralen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter aus verschlungenen Fäden zusammengesetzt ist, die 20 Gew.-% oder mehr an Fäden umfassen, welche aus Heißschmelzkleber zusammengesetzt sind, wobei diese zusammengesetzten Fäden aus zwei Bestandteilen bestehen, die einen Schmelzpunktunterschied von 20º C oder mehr zwischen sich haben und eine Mehrzahl von verschlungenen Abschnitten pro Meter der verschlungenen Fäden aufweisen, wobei die Bindungsfestigkeit der verschlungenen Abschnitte, die unter einer Spannung von 135 (mg)xT oder weniger auf den zentralen Kern aufgewickelt wurden, 135 (mg)xT oder mehr ist, wobei die Kontaktpunkte der verschlungenen Fäden zur Integrierung der verschlungenen Fäden durch Schmelzverklebung des niedrigschmelzenden Bestandteils der zusammengesetzten Fäden verbunden sind. (Im Voranstehenden bedeutet T der Gesamttex der Fäden).
In der nachfolgenden Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Testen der Filtration ist;
Fig. 2 die Teilchengrößenverteilung von Carborundum Nr. 600 zeigt und
Fig. 3 bis 5 jeweils die Beziehung zwischen der Menge des festgehaltenen Filterkuchens und dem Druckabfall an einem Filter zeigen.
Die aus Heißschmelzkleber zusammengesetzten Fäden, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind zusammengesetzte Fäden mit einer Mehrzahl von Komponenten, die einen Schmelzpunktunterschied von 20º C oder mehr, vorzugsweise 25º C oder mehr zwischen sich haben, und nebeneinander, im Mantel-Seele-Typ oder in einer Insel-im- Meer-Anordnung angeordnet sind, so daß die Komponente mit dem niederen Schmelzpunkt der zusammengesetzten Fäden an der Oberfläche der Fäden anwesend sein kann. Wenn der Schmelzpunktunterschied weniger als 20º C ist, ist der erlaubte Temperaturbereich zur Wärmebehandlung des Filters eng. Was die Bestandteile der zusammengesetzten Fäden anbelangt, so sind Beispiele geeigneter hochschmelzender Bestandteile: Polyester, Polyamide, Polypropylen, Polyvinylchlorid, etc.; und Beispiele für geeignete niedrigschmelzende Bestandteile sind: niedrigschmelzende Polyster, niedrigschmelzende Polyamide, niedrigschmelzendes Polypropylen, verschiedene Polyäthylene, Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat, etc.. Die Materialien, die für die zusammengesetzten Fäden verwendet werden, ihre Kombinationen, ihr Tex und andere Bedingungen können in angemessener Weise gewählt werden, je nach dem angestrebten Endgebrauchszweck des Filters (Wasserdurchlässigkeit, Wärmewiderstand, Druckwiderstand, etc.). Ein einzelner Faden der zusammengesetzten Fäden hat vorzugsweise einen Tex von etwa 0.111 bis 11.1T(tex).
Die aus Heißschmelzkleber zusammengesetzten Fäden können allein als Multifilamente verwendet werden, sie können jedoch auch in Beimischung mit anderen Filamenten angewandt werden, vorausgesetzt, die Mischung enthält 20 Gew.-% oder mehr der zusammengesetzten Fäden. Beispiele von anderen Arten von Fäden, die Anwendung finden können, sind Fäden aus Polyestern, Polyamiden, Polyolefinen, etc. mit einem Schmelzpunkt höher als derjenige, der einen niedrigen Schmelzpunkt besitzenden Komponente der zusammengesetzten Fäden. Wenn die Multifilamente Kräuselungen haben, hat der resultierende Filter einen großen Leerraum zwischen den Fäden, und daher werden gekräuselte Multifilamente vorgezogen. Die Kräuselungen können entweder spontane Kräuselungen oder zwei- oder dreidimensionale Kräuselungen sein, die unter Verwendung eines Stopfkastens und dgl. hergestellt wurden.
Wenn die verschlungenen Fäden weniger als 20 Gew.-% der aus Heißschmelzkleber zusammengesetzten Fäden umfassen, werden die Bindungspunkte der Fäden in ihrer Zahl mit dem Risiko herabgesetzt, daß ein Verlust an Filterfestigkeit entsteht. Die aus Heißschmelzkleber zusammengesetzten Fäden bilden vorzugsweise 30 Gew.-% oder mehr des Gesamtfadens.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die Multifilamente in Form verschlungener Fäden verwendet mit zwei oder mehr verschlungenen Abschnitten pro Meter der verschlungenen Fäden mit einer Bindefestigkeit von 135 (mg)xT oder mehr, vorzugsweise 180 (mg)xT oder mehr, wobei T der Gesamttex des Multifilaments ist. Hierbei wird die Anzahl der verschlungenen Abschnitte durch Aufbringen einer anfänglichen Belastung von 135 (mg)xT auf eine Probe von 1 m Länge geschätzt, worauf nach einer Minute zwei Normierungsmarken bei einem Intervall von 50 cm darauf befestigt werden, die Belastung entfernt wird, und die Anzahl der nach der Lastentfernung immer noch anwensenden verschlungenen Abschnitte gemessen wird. Dieses Verfahren wird mit fünf Proben wiederholt, worauf der Durchschnittswert der Proben berechnet wird. Der oben erwähnte Wert T bezieht sich auf den Gesamttex der Multifilamente, und im allgemeinen wird ein tex von 5.6 bis 1.110 vorgezogen.
Wenn die Festigkeit der verschlungenen Abschnitte kleiner als 135 (mg)xT ist, so werden dann, wenn die verschlungenen Fäden in einer zylindrischen Gestalt aufgewickelt werden, ihre verschlungenen Abschnitte aus ihrer Verschlingung gelöst und parallel angeordnet, wodurch die Leerstellen in der Filterschicht abnehmen.
Verschiedene Mittel können dazu benutzt werden, um den Multifilamenten die verschlungenen Abschnitte aufzuerlegen, und somit kann ein herkömmlicher Verschlingungsapparat unter Verwendung eines Hochdruckgases bei Raumtemperatur oder hohen Temperaturen eingesetzt werden. Die verschlungenen Fäden können unter einer Spannung von 135 (mg)xT oder weniger aufgewickelt werden, so daß sich die gewünschte Dicke ergibt. Wenn die Aufwickelspannung 135 (mg)xT übersteigt, öffnen sich die verschlungenen Abschnitte, was unerwünscht ist. Wenn der Kern, auf den die Fäden aufgewickelt werden, ein nichtporöses Rohr oder einen nichtporösen Stab ist, werden diese nach der Ausbildung des Filters entfernt, wenn es sich jedoch um ein poröses Rohr handelt, kann es im Filter belassen werden. Die Wärmebehandlung zum Verbinden der Kontaktpunkte der Fäden wird dadurch ausgeführt, daß man die verschlungenen Fäden auf eine Temperatur zwischen den Schmelzpunkten der zusammengesetzten Bestandteile der zusammengesetzten Fäden erhitzt. Diese Wärmebehandlung kann gleichzeitig mit dem Aufwickelschritt oder nach dem Aufwickelschritt ausgeführt werden. Wenn eine Wärmebehandlung gleichzeitig mit dem Aufwickelschritt ausgeführt wird, können die behandelten verschlungenen Fäden aufgewickelt werden, nachdem sie durch eine Heizkammer hindurchgeleitet wurden, oder die Oberfläche des zylindrischen Materials kann während des Aufwickelvorgangs erhitzt werden. Als Wärmequelle können Infrarotstrahlen, Hochtemperaturgase, etc. angewandt werden. Wenn eine Erwärmung nach dem Aufwickelschritt ausgeführt wird, so kann dies dadurch erfolgen, daß man Hochtemperaturgase durch das zylindrische Material von dessen Außen- zu dessen Innenseite hindurchleitet.
Die verschlungenen Fäden werden in den verschlungenen Abschnitten zusammengezogen und ausgedünnt. Bei der vorliegenden Erfindung werden die verschlungenen Fäden in einem Zustand aufgewickelt, in dem die verschlungenen Abschnitte nicht geöffnet sind, so daß sich ein Filter bildet, und Leerstellen, die den verschlungenen Abschnitten entsprechen, werden über die Gesamtheit der Filterlagen hinterlassen; daher hat der resultierende Filter nicht nur einen kleinen Druckverlust, sondern Fadenmaterial wird, wie später beschrieben, selbst an den inneren Abschnitten der Filterschichten festgehalten, so daß der Anstieg des Druckabfalls aufgrund von Zurückhaltung von gefiltertem Material klein ist, und die Filtrationslebensdauer groß wird. Da weiterhin der Filter der vorliegenden Erfindung Bindungen zwischen den Fäden aufgrund des Bestandteils der hochschmelzenden, zusammengesetzten Fäden mit niederem Schmelzpunkt aufweist, sind die Kontaktpunkte klein und homogen über die Gesamtheit des Filters verteilt. Daher sind sowohl das Hohlraumverhältnis als auch die Festigkeit des resultierenden Filters hoch.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die nachstehenden Beispiele lediglich zur Erläuterung angegeben. In den Beispielen wurden die Menge des durch den Filter festgehaltenen Materials, der Druckverlust und die Filtrationsgenauigkeit wie folgt gemessen.

Menge des zurückgehaltenen Materials und Druckverlust:

Wie in Fig. 1 dargestellt, werden zwei Filter 2 aufeinander gelegt und mit einer Abdeckung 5 in einem Gehäuse fixiert, worauf der Druckunterschied (Druckverlust) zwischen dem Einlaß und Auslaß des Filters gemessen wird, wobei Wasser mit Hilfe einer Pumpe 3 zirkuliert (35 Liter/Minute). Sukzessiv wird eine Feststoffdispersion (20 ml; Feststoffgehalt 2g) in ein Wassergefäß 4 eingegeben. Der Druckverlust wird gemessen, wenn sich das Wasser im Wassergefäß geklärt hat. Die Zugabe der Dispersion und die Messung des Druckverlustes wird wiederholt, während die zirkulierende Filtration kontinuierlich fortgesetzt wird, um die Feststoffmenge (zugegebene Menge zurückgehaltener Feststoffe) und den Wert des Druckverlustes zu bestimmen. Die verwendete Dispersion war eine Suspension, die 10 Gew.-% eines gemischten Pulvers enthielt, das aus 25 Gew.-% eines aktivierten Kohlenstoffes (Shirasagi C), wobei der Partikelgehalt mit Partikelgrößen von 43 um oder weniger 80 Gew.-% betrug, ferner 50 Gew.-% Schleifpulver (FO Nr. 1200, Gehalt an Partikel mit Teilchengrößen von 5 bis 15 lm: 90 Gew.-%, sowie 25 Gew.-% Carborundum (Nr. 200, Gehalt an Partikeln mit einer Teilchengröße von 35 und 110 um: 90 Gew.-%).

Filtrationsgenauigkeit

Unter Verwendung der gleichen Apparatur, wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein Filter 2 mit einer Abdeckung 5 im Gehäuse fixiert. Anschließend läßt man Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 50 Liter/Minute zirkulieren. 20 g an Feststoffen (Carborundum Nr. 600) werden in das Wassergefäß eingegeben. Filtriertes Wasser (100 ml) werden zwei Minuten nach Zugabe der Feststoffe filtriert und aufgesammelt. Es wird mit Hilfe eines Membranfilters filtriert, das in der Lage ist, Teilchen mit Teilchengrößen von 1 um oder mehr auszufiltern. Die Partikelgröße der von dem Membranfilter zurückgehaltenen Feststoffe wird gemessen, und die Filterwirksamkeit mit Bezug auf jede Teilchengröße, basierend auf der Teilchengrößenverteilung des Rohmaterials, wird berechnet. Die minimale Partikelgröße, für welche die Filterwirksamkeit 75 % oder höher betrug, wurde als die Filtrationsgenauigkeit definiert. Die Teilchengrößenverteilung des Carborundums (Nr. 600) ist in Fig. 2 dargestellt.

Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1

Ein Polyester als Kernkomponente und ein Polyäthylen von hoher Dichte als Mantelkomponente wurden zusammengesetzt in einem Zusammensetzungsverhältnis von 50/50 schmelzgesponnen. Hieran schloß sich das Aufbringen einer dreidimensionalen Kräuselung auf die resultierenden zusammengesetzten Fäden aus Heißschmelzklebstoff an, so daß sich Multifilamente ergaben, die aus den zusammengesetzten Fäden bestanden (tex eines Einzelfilaments: 0,31 tex, Anzahl der Filamente: 700, Gesamttex 217.6 tex). Die Multifilamente wurden einer Verschlingungsbehandlung unterworfen, und zwar mit Hilfe einer Verschlingungsvorrichtung des Hochdruck-Luftausstoßtyps, so daß sich verschlungene Fäden ergaben.
Die von einem Gatter abgezogenen verschlungenen Fäden wurden durch eine Heißluftzirkulationsheizkammer geleitet, um sie so einer Wärmebehandlung zu unterwerfen. Die heißbehandelten Fäden wurden anschließend auf ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 30 mm über eine Länge von 300 mm hinweg aufgewickelt, wobei eine Windung über jeweils eine andere bis zu einem Außendurchmesser von 70 mm gelegt wurde, und zwar unter einer Spannung von 217,6 x 124 mg (≈27g). Das resultierende Material wurde nach Abschluß der Aufwicklung zur Abkühlung gebracht. Das aus rostfreiem Stahl bestehende Rohr wurde anschließend herausgezogen und die Enden des Materials wurden hierauf abgeschnitten, so daß sich ein zylindrischer Filter mit einer Länge von 250 mm und einem Außendurchmesser von 70 mm sowie einem Innendurchmesser von 30 mm ergab. Die Packungsdichte war 0,28 bis 0,29 g/cm³. Die Filtrateigenschaften dieser Filter sind in Tabelle 1 und Fig. 3 dargestellt. Tabelle 1 Verschlungener Abschnitt/m Packungsdichte (g/cm²) Filtrationsgenauigkeit (um) Anfänglicher Druckverlust (kg/cm²) Symbol in Fig. 3 Vergleichsbeispiel Beispiel

Beispiele 4 bis 6 und Vergleichsbeispiel 2

Verschiedene Filter wurden in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1 bis 3 hergestellt mit der Ausnahme, daß die zusammengesetzten Fäden durch zusammengesetztes Schmelzspinnen eines Propylens und eines Polyäthylens hoher Dichte in einem Zusammensetzungsverhältnis von 50/50 in nebeinander liegender Weise erhalten wurden. Hieran schloß sich das Aufbringen von dreidimensionalen Kräuselungen auf die resultierenden zusammengesetzten Fäden aus Heißschmelzkleber an. Die resultierenden Multifilamente (Einzelfilamenttex: 1,99 tex; Anzahl der Filamente: 120; Gesamttex des Multifilaments: 238.7 tex) wurden dazu verwendet, einen Filter, wie im Beispiel 1 beschrieben, anzufertigen, der unter einer Spannung von 238,2 x 130.5 mg (l 31g) aufgewickelt wurde. Die Eigenschaften dieser Fil- ter sind in Tabelle 2 und Fig. 4 dargestellt. Tabelle 2 Verschlungener Abschnitt/m Packungsdichte (g/cm²) Filtrationsgenauigkeit (um) Anfänglicher Druckverlust (kg/cm²) Symbol in Fig. 4 Vergleichsbeispiel Beispiel

Beispiele 7 und 8 und Vergleichbeispiel 3

Verschiedene Filter wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 bis 3 erhalten mit der Ausnahme, daß ein Polypropylen und ein Polyäthylen von hoher Dichte zusammengesetzt mit einem Zusammensetzungsverhältnis von 50/50 in nebeneinander liegender Weise schmelzgesponnen wurden. Hieran schloß sich die Aufbringung dreidimensionaler Kräuselungen auf die zusammengestzten Fäden aus Heißschmelzkleber an, so daß sich Multifilamente ergaben (tex eines Einzelfilaments: 0,278; Anzahl der Filamente: 350; Gesamttex des Multifilaments: 97,1 tex). Diese Multifilamente wurden gemischt und mit Polypropylen-Multifilamenten mit dreidimensionalen Krimpfungen parallel ausgerichtet (tex eines einzigen Filaments: 0,386 tex; Anzahl der Filamente: 240; Gesamttex der Multifilamente: 93,2 tex), und zwar mit einem Mischverhältnis von 50/50. Die sich so ergebenden gemischten Multifilamente wurden zur Herstellung eines Filters benutzt, das unter einer Spannung von 190.4 x 130.5 mg (l 25g) aufgewickelt wurde. Die Eigenschaften dieser Filter sind in Tabelle 3 und Fig. 5 dargestellt. Tabelle 3 Verschlungener Abschnitt/m Packungsdichte (g/cm²) Filtrationsgenauigkeit (um) Anfänglicher Druckverlust (kg/cm²) Symbol in Fig. 5 Vergleichsbeispiel Beispiel
Wie aus den Tabellen 1 bis 3 und Fig. 3 bis 5 hervorgeht, sind die Filter des vorliegenden ein überlegenes Filter mit einer langen Filtrationslebensdauer.

Claims

1. Ein zylindrischer Filter, hergestellt durch einen Faden-Aufwickelvorgang unter Aufwickeln von Fäden auf einen zentralen Kern in einer zylindrischen Form, Verbinden der Fäden durch Schmelzverklebung der Fäden und Abnehmen des sich so ergebenden zylindrischen Filters von dem zentralen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter aus verschlungenen Fäden zusammengesetzt ist, die 20 Gew.-% oder mehr an Fäden umfassen, welche aus Heißschmelzkleber zusammengesetzt sind, wobei diese zusammengesetzten Fäden aus zwei Bestandteilen bestehen, die einen Schmelzpunktunterschied von 20ºC oder mehr zwischen sich haben, und eine Mehrzahl von verschlungenen Abschnitten pro Meter der verschlungenen Fäden aufweisen, wobei die Bindungsfestigkeit der verschlungenen Abschnitte 135 (mg)xT oder mehr ist, wenn die verschlungenen Fäden unter einer Spannung vom 135 (mg)xT oder weniger auf den zentralen Kern aufgewickelt wurden, wobei die Kontakpunkte der verschlungenen Fäden zur Integrierung der verschlungenen Fäden durch Schmelzverklebung des niedrigschmelzenden Bestandteils der zusammengesetzten Fäden verbunden sind.

2. Ein Filter nach Anspruch 1, bei dem die verschlungenen Fäden lediglich an der äußeren Schicht des Filters verwendet sind.

3. Ein Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die verschlungenen Fäden 30 - 100 Gew.-% an zusammengesetzten Fäden aus Heißschmelzkleber umfassen.

4. Ein Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Festigkeit der verschlungenen Fäden 180 (mg)xT oder höher ist.

5. Ein Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der zusammengestzte Faden aus Heißschmelzkleber vom Mantel-Seele-Typ, Seit-an-Seite-Typ oder Insel-im-Meer-Typ ist.

6. Ein Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Bestandteile der zusammengesetzten Fäden aus einer Komponente mit hohem Schmelzpunkt bestehen, die ein Polyester, Polyamid, Polypropylen oder Polyvinylchlorid ist; und aus einer Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt, die ein niedrigschmelzender Polyester, ein niedrigschmelzendes Polyamid, ein niedrigschmelzendes Polypropylen, Polyäthylen oder Äthylenvinylacetatcopolymerisat ist.