DE4125250C2 - Luftfiltermaterial zur Verwendung in einem Luftfilter - Google Patents

Luftfiltermaterial zur Verwendung in einem Luftfilter

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Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfiltermaterial zur Verwendung in einem Luftfilter, mit mindestens einem nicht gewebten Flä­ chengebilde und mindestens einer Faseranordnung, wobei das nicht gewebte Flächengebilde auf die Faseranordnung auflami­ niert und an einer Luftaustrittsseite des Luftfilters ange­ ordnet ist. Ein derartiges Luftfiltermaterial ist beispiels­ weise aus der US 4,976,858 bekannt, wobei das Filtermaterial dort ein nicht gewebtes Flächengebilde mit einer geringeren Faserdichte und ein Filterpapier mit einer höheren Faserdich­ te aufweist, wobei das nicht gewebte Flächengebilde und das Filterpapier in einer Laminatstruktur übereinander angeordnet sind. Das nicht gewebte Flächengebilde und das Filterpapier sind dabei stromaufwärts bzw. stromabwärts in einer Richtung angeordnet, in der ein zu filterndes Fluid strömt. Wenn das nicht gewebte Flächengebilde und das Filterpapier in dieser Weise angeordnet sind, können relativ große Teilchen von dem stromaufwärtigen nicht gewebten Flächengebilde gefangen wer­ den, um die Bildung einer Staubkuchenschicht auf der Oberflä­ che des Filterpapiers zu begünstigen.
In Verbindung mit einem der verschiedenen bekannten Luftfil­ termaterialien wurde bereits vorgeschlagen, ein nicht geweb­ tes Flächengebilde bzw. Vlies eines Typs zu verwenden, bei dem Stapelfasern durch Vernadeln verfestigt bzw. miteinander verfilzt werden und eine flächige Bahn bilden. Derartige vernadelte Vliese enthalten jedoch naturgemäß eine Anzahl von kleinen Hohlräumen, die durch das Eindringen der Nadeln einer Vernadelungsmaschine gebildet werden. Da die Nadeln der Ver­ nadelungsmaschine einen relativ großen Durchmesser haben und voneinander relativ weit beabstandet sind, können die durch das Eindringen der Nadeln gebildeten Hohlräume nicht mehr durch eine Zentripetalbewegung bzw. Radialbewegung der die Hohlräume umgebenden Stapelfasern ausgefüllt werden. Wenn die Hohlräume in dem vernadelten Vlies verbleiben, wird sein Luftfilter-Wirkunsgsgrad stark verschlechtert.
Es wurde zwar schon mehrfach versucht, die durch Nadeln ver­ ursachten Hohlräume durch geeignete Wahl von Art und Durch­ messer der Stapelfasern zu minimieren, aber bisher wurde kei­ ne merkliche Verbesserung dabei erzielt. Ferner wurde bereits versucht, die Stapelfasern mit Kunstharz zu tränken, um da­ durch die durch die Nadeln verursachten Hohlräume auszufül­ len. Dadurch wird zwar mit Sicherheit der Entstaubungsgrad verbessert, aber die Lebensdauer des Luftfiltermaterials wird wegen des höheren Verlustes beim Staubaufnahmevermögen ver­ kürzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbes­ sertes Luftfiltermaterial anzugeben, das sowohl gute Fil­ tereigenschaften als auch eine hohe Lebensdauer besitzt.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Luftfilterma­ terial der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in dem Flächengebilde Stapelfasern durch ein Wasserstrahlverfahren miteinander verfestigt sind und daß das nicht gewebte Flä­ chengebilde durch Vernadeln auf die Faseranordnung auflami­ niert ist.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Luftfiltermaterials ist vorgesehen, daß die Stapelfasern in dem nicht gewebten Flächengebilde einen mittleren Faserdurchmesser von 2 Denier oder weniger haben.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Luftfiltermaterials ist vorgesehen, daß die Faseranordnung Fasern mit einem mitt­ leren Faserdurchmesser aufweist, der erheblich größer als derjenige in dem nicht gewebten Flächengebilde ist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht dabei in der Angabe einer auf einem Verbundflächenkörper bestehenden Anordnung zur Ver­ wendung als Luftfiltermaterial, das einem Vernadelungsvorgang unterworfen worden ist und trotzdem einen ausgezeichneten Entstaubungs-Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer hat, ob­ wohl diese beiden Faktoren bisher bei bekannten Luftfilterma­ terialien als einander ausschließend angesehen worden sind.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß ein nicht ge­ webtes Flächengebilde bzw. Vlies vom Wasserstrahltyp, bei dem feine Stapelfasern durch scharfe Wasserstrahlen verfestigt sind und ineinandergreifen, eine günstige Charakteristik hat, wenn es als eine Lage von mehrlagigen oder schichtenförmigen flächigen Materialien eines Luftfilter-Verbundmaterials ver­ wendet wird.
Da insbesondere die feinen Stapelfasern in einer Bahn des Vlieses vom Wasserstrahltyp eng zusammengedrängt angeordnet sind, werden auch nach der Vernadelung des Vlieses vom Was­ serstrahltyp, bei dem eine Vielzahl von kleinen Hohlräumen durch das Eindringen der Nadeln gebildet werden, die solche Hohlräume umgebenden Stapelfasern sich anschließend radial verschieben und die Hohlräume im wesentlichen ausfüllen.
Damit eignet sich das Vlies vom Wasserstrahltyp zur Verwen­ dung als Luftfiltermaterial, das Feinstaub, wie z. B. Kohlen­ stoffteilchen, die in der Atmosphäre oder in den Abgasen ei­ nes Kraftfahrzeuges enthalten sind, sammeln und absorbieren kann, und zwar auch nach einem Vernadelungsvorgang.
Das zeigt, daß das Vlies vom Wasserstrahltyp auf eine andere Art von nicht gewebtem Flächengebilde, das ein vernadeltes Vlies sein kann, durch Vernadeln auflaminiert werden kann, ohne daß ein sehr guter Entstaubungs-Wirkungsgrad, der insbe­ sondere zum Ausfiltern von Feinstaub wichtig ist, darunter leidet.
Die an einer Lufteintrittsseite angeordnete Faseranordnung ist aus Fasern gebildet, die relativ größere Durchmesser ha­ ben, und mit relativ geringer Dichte zusammengefaßt sind, so daß sie hauptsächlich Staubteilchen mit größerem Durchmesser ausfiltern. Die Faseranordnung kann ein Vlies aufweisen, in welchem Stapelfasern in einer Bahn durch Vernadeln verfestigt sind bzw. ineinander greifen. Die die Faseranordnung an der Lufteintrittsseite bildenden Fasern können Polyesterstapelfa­ sern mit einem mittleren Durchmesser von beispielsweise 5-20 Denier sein. Die Faserdichte der lufteintrittsseitigen Faseranordnung kann ca. 60-200 g/m2 sein.
Das Vlies an der Luftaustrittsseite ist aus relativ feinen Stapelfasern gebildet, die mit hoher Dichte angeordnet und nach dem Wasserstrahlverfahren verfestigt sind bzw. ineinan­ dergreifen. Die Anwendung scharfer Wasserstrahlen ist eines der bekannten Verfahren zum Verfestigen der Stapelfasern in einer Bahn zur Herstellung eines Vlieses. Die in dem Vlies vom Wasserstrahltyp eingesetzten Stapelfasern haben einen kleineren mittleren Durchmesser als die Stapelfasern in der lufteintrittsseitigen Materiallage. Bevorzugt liegt der mitt­ lere Durchmesser der Stapelfasern in dem Vlies vom Wasser­ strahltyp bei ca. 2 Denier oder weniger. Das durch scharfe Wasserstrahlen hergestellte Vlies kann eine Faserdichte er­ halten, die wesentlich höher ist als diejenige der luftein­ trittsseitigen Faseranordnung, die ein vernadeltes Vlies sein kann. Bevorzugt hat das luftaustrittsseitige Vlies vom Was­ serstrahltyp eine Faserdichte von 80-100 g/m2.
Das Vlies vom Wasserstrahltyp ist auf der Faseranordnung an­ geordnet und mit ihr durch Vernadeln verbunden. Durch das Eindringen von Nadeln der Vernadelungsmaschine wird unver­ meidlich eine Anzahl von Hohlräumen sowohl in dem Vlies vom Wasserstrahltyp als auch in der Faseranordnung gebildet. Nach beendeter Vernadelung würden die Hohlräume in der Faseranord­ nung, die etwa ein vernadeltes Vlies ist, so verbleiben, wie sie sind. In dem Vlies vom Wasserstrahltyp jedoch haben die die Hohlräume umgebenden Stapelfasern die Tendenz, sich ra­ dial bzw. zentripetal zu verschieben, wodurch die Hohlräume verkleinert und im wesentlichen ausgefüllt werden. Auch nach dem Auflaminieren auf die Faseranordnung durch Vernadeln be­ hält daher das Vlies vom Wasserstrahltyp seine hohe Faser­ dichte und enthält keine nennenswerten Hohlräume, so daß es als Luftaustrittslage dienen kann, die Feinteilchen, wie etwa in der Luft enthaltene Kohlenstoffteilchen, ausfiltern kann, die von der lufteintrittsseitigen Lage der Faseranordnung nicht absorbiert werden können.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Luftfiltermaterials nach der Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 1 ist ein Beispiel eines Schichtaufbaus des Luftfilter­ materials, das aus einer Lufteintrittslage 3 aus einem verna­ delten Vlies aus Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Durchmesser von 5-20 Denier und einer Faserdichte von 60-200 g/m2 sowie einer Luftaustrittslage 1 aus einem Vlies vom Wasserstrahltyp aus feinen Polyesterstapelfasern mit ei­ nem mittleren Durchmesser von 1-2 Denier, die auf die Luft­ eintrittslage 3 durch Vernadeln auflaminiert ist, besteht.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist außerdem eine se­ kundäre Lufteintritts- bzw. Zwischenlage 2 auf, die ein ver­ nadeltes Vlies aus Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Durchmesser von 2-6 Denier und einer Faserdichte von 100-130 g/m2 ist. Die Lage 1 des Vlieses vom Wasserstrahltyp und die Lagen 2 und 3 der vernadelten Vliese sind aufeinander laminiert unter Bildung eines Luftfilter-Verbundmaterials.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
Als Luftaustrittslage wurde ein Vlies vom Wasserstrahltyp (Hersteller Shinwa K. K., Handelsname PF880, hergestellt aus 100% Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Faserdurch­ messer von 1,5 Denier, Bahndichte 80 g/m2) verwendet. Poly­ esterstapelfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 3 Denier und einer mittleren Länge von 51 mm wurden mit einer Dichte von 210 g/m2 in Bahnform angeordnet, und die Bahn wurde einer Vorvernadelung mit lockerer Vernadelungsdichte, gefolgt von Endvernadelung zur Herstellung eines vernadelten Vlieses unterworfen. Das Vlies vom Wasserstrahltyp und das vernadelte Vlies wurden aufeinanderlaminiert und von der Seite des Vlieses vom Wasserstrahltyp her vernadelt unter Bildung eines doppellagigen flächigen Materials gemäß Fig. 1. Dieses flächige Material wurde dann mit 120 Gew.-% (im Naßzu­ stand) einer wäßrigen Verbindung der folgenden Zusammenset­ zung imprägniert:
POLYZOL AT-115-45 Hersteller: Showa Kobunshi K. K. 15 Gewichtsteile
SUMITEX RESIN M-3 Hersteller: Sumitomo Kagaku Kogyo K. K. 3 Gewichtsteile
SUMITEX ACCELERATOR ACX Hersteller: Sumitomo Kagaku Kogyo K. K. 0,3 Gewichtsteile
Wasser 81,7 Gewichtsteile
Die Imprägniermasse wurde dann mit Heißluft einer Temperatur von 160-170°C getrocknet. Es wurde ein Luftfiltermaterial mit einem Gewicht von 321 g/m2 und einer Dicke von 2,4 mm hergestellt.
Beispiel 2
Als Luftaustrittslage wurde ein Vlies vom Wasserstrahltyp (Hersteller Shinwa K. K., Handelsname 7380, hergestellt aus 50% Polyester- und 50% Rayonstapelfasern mit einem mittle­ ren Faserdurchmesser von 1,5 Denier, Bahndichte 80 g/m2) ver­ wendet. Als Zwischenlage wurde ein vernadeltes Vlies so her­ gestellt, daß Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Fa­ serdurchmesser von 2 Denier und einer mittleren Länge von 51 mm sowie andere Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Durchmesser von 3 Denier und einer Länge von 51 mm in einem Verhältnis von 70 : 30 vermischt und dann mit einer Faserdichte von 120 g/m2 angeordnet wurden, und die resultierende Bahn wurde locker vorvernadelt und dann endvernadelt. Eine Luft­ eintrittslage bestand aus einem anderen vernadelten Vlies aus Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Durchmesser von 6 Denier und einer Länge von 51 mm und hatte eine Bahndichte von 85 g/m2.
Die Zwischenlage wurde auf der Luftaustrittslage angeordnet und vernadelt, und darauf wurde dann die Lufteintrittslage durch Vernadeln auflaminiert zur Bildung eines dreilagigen flächigen Materials gemäß Fig. 2. Dieses flächige Material wurde dann ebenso wie in Beispiel 1 mit Harz getränkt, so daß schließlich ein Luftfiltermaterial mit einem Gewicht von 316 g/m2 und einer Dicke von 2,7 mm erhalten wurde.
Beispiel 3
Bei diesem Beispiel wurden als eine Luftaustritts-Verbundlage zwei aufeinanderlaminierte flächige Gebilde aus Vliesen vom Wasserstrahltyp verwendet. Die äußerste Lage war ein Vlies vom Wasserstrahltyp (Hersteller Shinwa K. K., Handelsname PF840) aus 100% Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 1,5 Denier und einer Bahndichte von 40 g/m2, und die andere Lage (Hersteller ebenfalls Shinwa K. K., Handelsname 7860) bestand aus 100% Polyesterstapelfa­ sern mit einem Durchmesser von 1,5 Denier und einer Dichte von 60 g/m2. Die Zwischenlage und die Lufteintrittslage wur­ den in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, und ein vierlagiges Luftfiltermaterial mit einem Gewicht von 338 g/m2 und einer Dicke von 3,0 mm wurde ebenfalls durch Vernadeln und Tränken mit dem gleichen Harz erhalten.
Beispiel 4
Ein Vlies vom Wasserstrahltyp (Hersteller Shinwa K. K., Han­ delsname PF810) aus 100% Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 1,5 Denier und einer Bahn­ dichte von 100 g/m2) wurde als einzige Luftaustrittslage ver­ wendet. Als Zwischenlage wurde ein vernadeltes Vlies in sol­ cher Weise hergestellt, daß Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 2 Denier und einer mittleren Länge von 51 mm und andere Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 3 Denier und einer Länge von 51 mm in einem Verhältnis von 70 : 30 vermischt und mit einer Faserdichte von 100 g/m2 angeordnet wurden, und die resultie­ rende Bahn wurde locker vorvernadelt und dann endvernadelt. Eine Lufteintrittslage bestand aus einem weiteren vernadelten Vlies aus 80% Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Durchmesser von 6 Denier und einer Länge von 51 mm sowie 20% Polyesterstapelfasern mit einem mittleren Durchmesser von 8 Denier und einer Länge von 64 mm, die vermischt wurden un­ ter Bildung einer Bahn mit einer Faserdichte von 80 g/m.
Die Zwischenlage wurde auf die Luftaustrittslage gelegt und damit vernadelt, und auf die Zwischenlage wurde die Luftein­ trittslage gelegt und durch Vernadeln auflaminiert, so daß ein dreilagiges flächiges Material gemäß Fig. 2 erhalten wurde. Dieses flächige Material wurde dann ebenso wie in Bei­ spiel 1 mit Harz getränkt bzw. imprägniert, so daß ein Luft­ filtermaterial mit einem Gewicht von 316 g/m2 und einer Dicke von 2,7 mm erhalten wurde.
Die in den Beispielen 1-4 hergestellten Luftfiltermaterialien wurden gemäß den Vorschriften von JIS (Japanese Industrial Standards) D-1612 geprüft, wobei der anfängliche Entstau­ bungs-Wirkungsgrad, der anfängliche Druckverlust, der Gesamt­ lebensdauer-Entstaubungs-Wirkungsgrad und der DHC-Wert (Staubrückhaltefähigkeit) gemessen wurden. Die Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabelle I angegeben.
Tabelle I
Zum Vergleich wurden herkömmliche Luftfiltermaterialien gemäß dem bisherigen Stand der Technik den gleichen Prüfungen un­ terzogen, wobei die in der Tabelle II angegebenen Ergebnisse erhalten wurden. Das herkömmliche Luftfiltermaterial Nr. 1 ist ein Verbundmaterial mit einem Gesamtgewicht von 245 g/m2, bei dem zwei Bahnen von vernadelten Vliesen aufeinanderlami­ niert sind und die luftaustrittsseitige Lage mit einer großen Menge Acrylesterharz imprägniert ist. Das herkömmliche Luft­ filtermaterial Nr. 2 gleicht dem Material Nr. 1, wobei jedoch die luftaustrittsseitige Lage eine höhere Bahndichte hat und mit einer noch größeren Menge Acrylesterharz imprägniert ist.
Das herkömmliche Material Nr. 3 ist ein dickes Filterpapier vom Naßtyp, das allgemein in einem Luftfilter eines Kraft­ fahrzeugmotors eingesetzt wird.
Tabelle II
Der Vergleich der Prüfdaten der Tabellen I und II zeigt, daß das gemäß der Erfindung hergestellte Luftfiltermaterial ver­ besserte Entstaubungseigenschaften und eine längere Lebens­ dauer hat.

Claims (3)

1. Luftfiltermaterial zur Verwendung in einem Luftfilter, mit mindestens einem nichtgewebten Flächengebilde (1) und mindestens einer Faseranordnung (3), wobei das nicht­ gewebte Flächengebilde (1) auf die Faseranordnung (3) auf­ laminiert und an einer Luftaustrittsseite des Luftfilters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Flächengebilde (1) Stapelfasern durch ein Was­ serstrahlverfahren miteinander verfestigt sind
und daß das nichtgewebte Flächengebilde (1) durch Verna­ deln auf die Faseranordnung (3) auflaminiert ist.
2. Luftfiltermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern in dem nichtgewebten Flächengebilde (1) einen mittleren Faserdurchmesser von 2 Denier oder weniger haben.
3. Luftfiltermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faseranordnung (3) Fasern mit einem mittleren Faserdurchmesser aufweist, der erheblich größer als derjenige in dem nichtgewebten Flächengebilde (1) ist.
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