PT910454E

PT910454E - Filtro de particulas na forma de um material de velo em camadas plissado

Info

Publication number: PT910454E
Application number: PT97932799T
Authority: PT
Inventors: Reinhard Jung
Original assignee: Irema Filter Gmbh
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 2001-10-30
Also published as: KR100472874B1; ATE201330T1; US6110250A; DE19628184A1; WO1998002228A1; ES2157077T3; KR20000023673A; BR9710279A; EP0910454A1; AU3621897A; EP0910454B1; DE59703606D1

Description

DESCRIÇÃO "FILTRO DE PARTÍCULAS, NA FORMA DE UM MATERIAL DE VELO EM CAMADAS PLISSADO" A invenção refere-se a um filtro de partículas, na forma de um material de velo em camadas, plissado. Os filtros deste tipo são usados, por exemplo como filtros de um espaço, mas em especial como filtros para o espaço interior de um automóvel. Na fabricação de um tal filtro, plissa-se um material em camadas, isto é, fazem-se no mesmo dobras do tipo harmónio, sendo estas dobras usualmente fixadas por meio de tiras marginais coladas, ou por aperto de uma moldura, à sua distância mútua. Um filtro assim formado é depois, por seu lado, de novo introduzido numa moldura de filtro, de maneira substituível.

Para a filtragem do ar no espaço interior de automóveis, há tradicionalmente diferentes formas. São por um lado, conhecidos velos de fibras enfeixadas, que se tornam plissáveis por meio de uma grelha de apoio plana, por exemplo de polipropileno. Por outro lado, há também os chamados "meltblown", que são depositados sobre um velo ou um suporte de papel e a estes ligados por pontos de ligação, por ultrassons, ou pontos de ligação por soladura. O tipo único de filtro que neste domínio aparece sem camada de apoio é a chamada esteira de filtragem de poeira grosseira, que é colocada no receptáculo do filtro plasma, não plissada ou não plissável.

Todos os materiais de filtro que têm de ser plissados têm em comum o facto de terem de apresentar uma certa rigidez 1 ΐ

ρ U própria para que, nas condições práticas de utilização, mantenham a sua forma com dobras, razão pela qual, tradicionalmente, estes velos são combinados com camadas de suporte, formando laminados.

Os referidos "meltblown", bem como os velos de fibras enfeixadas têm portanto ou uma substância muito reduzida ou são demasiado moles, a fim de garantirem só por si uma forma correcta e duradoura das dobras. A utilização de camadas de suporte conduz a que, numa verificação das condições de custos-utilização, os custos para um velo fiado para o apoio de um "meltblown" possam subir a 70% dos custos totais do compósito. Os custos do entrançado da rede para o apoio de um velo de fibras enfeixadas atingem sempre ainda 20%, sendo aqui os custos totais sempre substancialmente mais elevados que na forma de realização conhecida.

Os componentes de apoio são úteis exclusivamente para conseguir uma estabilização mecânica, ao passo que, em termos da técnica de filtragem, praticamente são pouco úteis. Por meio dos velos fiados podem reter-se simplesmente partículas com dimensões superiores a 5 μπι, de modo que eles são também designados por pré-filtros. Mas partículas com estas dimensões depositam-se em geral antes de chegarem aos canais de ventilação ou de climatização, por exemplo de um automóvel. Além disso, resulta um grave inconveniente, visto que cada velo ou grelha adicionais implica sempre um aumento da queda de pressão do conjunto laminado, que pode ir até 30 %.

Este é um aspecto muito importante, porque actualmente os automóveis apresentam um sistema de distribuição de energia calculado com precisão. Dispõe-se de quantidades de energia limitadas para o campo do aquecimento/ventilação/climatização. Por outro lado, os compradores de automóveis exigem cada vez mais conforto e segurança. Deste ponto de vista, os filtros 2 de partículas são particularmente importantes, com a queda de pressão mais baixa possível, visto que uma pressão mais baixa significa um motor de dimensões reduzidas para o ventilador e portanto menor consumo de energia. Além disso, um diferencial de pressão mais baixo significa uma menor produção de ruído do ventilador, para a passagem de quantidades de ar determinadas no automóvel e portanto um aumento do conforto. A exigência de sistemas de filtros com a menor diferença de pressões concorre com a capacidade de separação exigida e com a duração exigida em boas condições de funcionamento ou seja, o tempo, expresso em quilómetros em que pode deixar-se um filtro no automóvel, até ser substituído.

Os filtros de pólen, que apenas filtram o pólen do ar que é introduzido no automóvel, de pouco servem para as pessoas alérgicas. Os alérgenos a que o sistema imunológico desse grupo de pessoas reage são proteínas cujo diâmetro é apenas uma fracção do diâmetro do pólen. Situam-se na zona de dimensões à roda de 0,1 μιη, isto é na zona que apresenta os maiores problemas para os filtros de partículas, as chamadas MPPS (Most penetrating particle size). Por conseguinte, as soluções que servem para as pessoas alérgicas apresentam uma capacidade de separação de pelo menos 50%, podendo esta capacidade de separação ser medida com um aerossol, cujas partículas mais ou menos apresentem a mesma densidade, por exemplo de NaCl. Neste caso, com filtros deste tipo, no caso de utilização nos automóveis, poderão atingir-se durações da ordem dos 30 000 Km.

Teoricamente, seria possível fabricar velos de fibras enfeixadas e velos de meltblown" de modo que apresentassem uma rigidez própria suficiente, portanto susceptíveis de ser plissados. Mas há, nesse caso, que ter em conta que, no caso dos velos de fibras enfeixadas, se faz um endurecimento, quer termicamente, quer por meio de um ligante, tendo que suportar-se, no primeiro caso, uma diferença de pressões relativamente 3

V Γ muito elevada e, no último caso, há que contar com elevados valores de emissões. Por outro lado, para estabilizar suficientemente os velos de "meltblown" para utilização, por exemplo, numa cassete de filtro para o espaço interior de automóveis, seria necessário obter uma gramagem superior a 130 g/m2 . O diâmetro de uma fibra de "meltblown" situa-se no intervalo à roda de 2μπι. Com esta gramagem e este diâmetro das fibras temos que contar com uma diferença de pressões inaceitável. A invenção tem por objectivo aperfeiçoar um dispositivo de filtro do tipo mencionado na introdução de modo que, com possibilidade de ser fabricado e tratado de maneira económica, garanta uma queda de pressão reduzida e de uma elevada duração.

De acordo com a invenção, esse problema é resolvido utilizando-se como material de velo um microvelo de "spunbond", com uma só camada e sem suporte, cujo peso por unidade de área se situe entre 70 g/m2 e 200 g/m2 de preferencia entre 110 g/m2 e 150 g/m2 cuja espessura se situe entre 0,7 mm e 1,5 mm e cuja grossura das fibras se situa entre 2 μπι e 20 μιη e com uma grossura média das fibras entre 3 ^ e 5 μιη.

Vantajosamente, prevê-se, além disso, que o velo apresente uma densidade de fibras, no lado de saída, maior que no lado de entrada, e que o velo seja fabricado de PP, PES ou PC. A fabricação de um microvelo de "spunbond" do tipo aqui considerado está descrita na patente DE 41 23 122 Al.

Verificou-se, surpreendentemente que, por meio desta técnica de fabrico, mantendo-se os parâmetros exigidos, se proporciona uma camada de velo que, com qualquer revestimento e sem camada de apoio, apresenta uma rigidez própria para ser plissada. Existe assim uma vantagem particular no facto de a rigidez própria ser praticamente isotrópica, isto é, obtém-se em todas as direcções no velo mais ou menos a mesma resistência à 4

pv V flexão. Isso deve-se ao facto de uma camada de velo do tipo considerado, por um lado, apresentar uma grossura média das fibras entre 3 μιη e 5 μπι, donde resultam as muito boas qualidades de filtro e, por outro lado, também existirem fibras grossas até 20 μπι, que formam uma espécie de armação de apoio natural sem - ao contrário das camadas de apoio revestidas conhecidas anteriormente - influenciar negativamente as propriedades do filtro, em especial no sentido de uma elevação diferencial de pressões. Podem obter-se caracteristicas particularmente favoráveis por meio de um tratamento ulterior com ultrassons e calandragem. Devido à menor densidade de fibras e à maior rugosidade no lado da entrada, consegue-se que sejam retidas, de maneira fiável, as partículas que aí chegam, enquanto que a maior densidade de fibras e rugosidade reduzida, no lado da saida, actua de modo que não chega qualquer partícula à zona do ar filtrado. Esta estrutura permite que, com o processo de fabrico típico do microvelo "spunbond", quando da montagem no filtro, o lado do velo com o qual este é deposto quando da fabricação, seja utilizado como lado da saída.

Descreve-se a seguir com mais pormenor a invenção, com base num exemplo de realização preferido, em comparação com um material de filtro de acordo com o estado da técnica. Esse material de filtro de acordo com o estado da técnica é comercializado, por exemplo, sob a marca Helsatech 8504.

Estado da técnica Exemplo da invenção

Peso por unidade de área em g/m2 100 130

Espessura em mm 0,8 1,0

Espessura das fibras cerca de 3 2-20 (grossuras maiores em μπι das fibras obtêm-se por enfeixamento das fibras) 5

Orientação das fibras desordenada do lado da salda ao longo da tela do produto do lado da entrada, desordenado

Progressivamente: densidade elevada das fibras no lado da saída, densidade das fibras baixa no lado da entrada

Disposição das fibras Laminado de 3 camadas, densidades diferentes de fibras nas várias camadas

PP/PES PP

Material das fibras

Resistência à flexão: (Processo de acordo com Schlenker, DIN 53864) em cN/cm2 longitudinal 9,6 Longitudinal = transver- transversal 12,2 sal 26,7

As fibras são depostas sob pressão, relativamente quentes, de modo que se ligam entre si, resultando uma esteira rígida que pode ser plissada

Medições comparadas Material de série Micro-"Spundond" de estado da técnica acordo com o exemplo

Queda da tensão a 3,8 m3 /min (área na entrada 0,06 m2) Capacidade de separação com NaCl para diâmetro das partículas de 0,3μπι a 0,5pm Queda de pressão para um caudal volumétrico de 3,8 m3/min (área na entrada 0,06 m2) depois de envelhecimento num troço de ensaio de envelhecimento, com aplicação de 50 000 m3 de ar da rua, numa via de grande tráfego Valor do "fogging" (valor do condensado) 60 Pa 50 % 300 Pa < 5 mg/g 40 Pa 50% 80 Pa < 0,5 mg/g

Velocidade de combustão de acordo com MVSS 302 (DIN 75 200) Número de camadas no meio de filtragem Materiais componentes Temperatura de funcionamento 30 mm/min não arde

PP/PES -40°C - 100°C

1 PP -40°C - 100°C

Um filtro de acordo com a invenção, relativamente ao filtro de acordo com o estado da técnica, caracteriza-se ainda por uma maior duração, sem prejuízo da capacidade de separação.

Para complementar a apresentação da invenção faz-se a seguir ainda referência ao desenho anexo, cujas figuras representam: A fig. 1 uma representação esquemática do princípio da criação de grossuras diferentes das fibras, no caso de fibras fiadas, que são fabricadas de acordo com o processo "micro-spunbond" previsto de acordo com a invenção; A fig. 2 A fig. 3 uma representação esquemática da disposição das fibras no velo, no lado da saída; uma representação esquemática da disposição das fibras no velo, no lado da entrada; e A fig. 4 uma representação esquemática em perspectiva, de um dispositivo de filtro com um velo plissado, de acordo com a invenção, numa armação.

Na fig. 1, está representado a disposição das fibras como resultam do processo "spunbond" e como ela é usada na disposição de acordo com a invenção. Pode neste caso, ver-se que, por um lado, se previu um "núcleo" de fibras espessas, com uma grossura de 2 μιη a 20 μιη e por outro lado, "rebentos" sepados da fibra, que apresentam por si apenas uma grossura de 1 μιη a 3 μπ\.

Comparando as fig. 2 e 3, é claro que, no lado da saida, as fibras são formadas dirigidas longitudinalmente e apresentam uma densidade de fibras relativamente elevada, mostrando pelo contrário a fig. 3 que no lado da saida, as fibras se dispõem de maneira desordenada, apresentando correspondentemente uma densidade relativamente pequena. A fig. 4 mostra um dispositivo de filtro com um velo plissado (1), podendo ver-se que o plissado, isto é, a formação de dobras no velo está tracejado lateralmente. O velo plissado (1) está fixado numa armação (2) que apresenta lados compridos (3) e lados curtos (4) e é constituída pelo mesmo material que o velo (1), de modo que quando do seu descarte temos um material plástico todo do mesmo tipo.

Lisboa, 16 de Julho de 2001

O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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Claims

V

u REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo de filtro, que compreende uma camada de velo plissado, caracterizado por a camada de velo ser formada como um velo "micro-spunbond", sem suporte, cujo peso por unidade de área se situa entre 70 g/m2 e 200 g/m2, de preferência entre 110 g/m2 e 150 g/m2 cuja espessura se situa entre 0,7 mm e 1,5 mm e cuja grossura das fibras se situa entre 2 μπι e 20 μπι, obtendo-se maiores grossuras das fibras por enfeixamento das fibras, situando-se a espessura média das fibras entre 3 μπι e 5 μιη.
2. Dispositivo de filtro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o velo "micro-spunbond" apresentar uma densidade de fibras mais elevada no lado da salda que no lado da entrada.
3. Dispositivo de filtro de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o velo "micro-spunbond" ser feito indiferentemente de PP ou PES ou PC.
4. Dispositivo de filtro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o velo "micro-spunbond" ser sujeito, depois da fabricação, a um tratamento posterior, com ultrassons e/ou calandragem.
5. Dispositivo de filtro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, no caso da velocidade de atravessamento através do dispositivo de filtro, a perda de pressão inicial, com um caudal inferior a 250 m3/m2 h ser inferior a 50 Pa.
6. Dispositivo de filtro de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a camada de velo ser colocada numa 1 cassete de filtro achatada sendo a armação e eventualmente a cola feitos do mesmo material que o velo.
7. Dispositivo de filtro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o velo plissado ser colocado numa cassete de filtro achatada com uma altura das pregas entre 10 mm e 100 mm.
8. Dispositivo de filtro de acordo com a fig. 2, caracterizado por as fibras de velo serem encrespadas e desordenadas no lado da entrada e do lado da saida ser deposto substancialmente orientados longitudinalmente. Lisboa, 16 de Julho de 2001 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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