SE433826B - Filterduk och sett att framstella dylik - Google Patents

Description

77047 47-0 framställning av sådana filterdukar. Vidare anses en sådan asbest/glasblandning i en filterduk ge upphov till potentiella hälsorisker, emedan asbestfibrer kan frigöras till omgivningen under framställningen av sådana filter, Ett annat material, som har befunnits användbart vid högtemperaturfiltrering, är polytetrafluoreten. Emellertid så är detta material icke lämpligt för alla filtreringsanvänd- ningar på grund av dess höga kostnad och brist på dimensionsstabilitet vid höga temperaturer.

Glasfibrer är kända att vara resistenta mot de flesta korrosiva miljöer och att äga dimensionsstabilitet vid höga temperaturer. Dessa egenskaper har medgivit att glasfibrer fått ingå i ett stort antal olika filtreringsmedia. I detta sammanhang hänvisas till amerikanska patentskrifterna 2.758.671, 3.262.578, 3.920.428 och 3.0öl.l07. Emellertid så avser alla de nämnda patentskrifterna icke-nålade, filtade konstruktioner, och det har, vad vi vet, således fram till nu icke varit möjligt att framställa en nålad, filtad filterduk innefattande en fullständigt glasfiberinnehållande matta eller ytskikt och en mineralfiberbas eller underskikt. En sådan struktur har länge önskats, eftersom den skulle ge fördelarna hos både nålfiltade filter och glasfibrer.

Glasfibrer som är inbäddade i en struktur såsom ovan beskrivits uppvisar ett stort antal utomordentliga egenskaper som gör dem önskvärda för användning som filtreringsmaterial.

Exempelvis är det känt att glasfibrer är relativt inerta och därför resistenta mot alkali likaväl som mot de flesta syrainnehållande lösningar. Vidare är glasfibrer stabila inom ett stort område av temperatur- och fuktighetstillstånd.

Vidare kan glasfibrer framställas med ett stort antal olika _fiberdiametrar och dessa fibrer har en låg fuktabsorption likaväl som hög styrka vid höga temperaturer. En högtemperaturfilterduk innefattande en matta av enbart glasfibrer samt ett mineralfiberbasskikt, som omfattas av denna uppfinning, tillåter användare av sådana nålade filterdukar att reducera kylningskraven hos de extra 77047 47-0 anordningar som hitintills krävts för sänkning av temperaturen för icke filtrerade gaser. Dessa egenskaper gör glasfibrer till ett idealiskt material för filtrering, speciellt vid höga temperaturer eller i de flesta korrosiva miljöer. Före tillblivelsen av föreliggande uppfinning ansågs det emellertid icke möjligt att nåla glasfibrer på ett substrat för att framställa en nålfiltad filterdukskonstruktion med den styrka och varaktighet som är nödvändig i många industriella användningar. Vi anser att tidigare gjorda försök att framställa en sådan konstruktion har misslyckats på grund av den höga sönderbrytningsgraden för glasfibrerna i mattan “närhelst nålning har försökts. Man anser att skälet till varför tidigare försök att framställa nålfiltade filterdukar med glasfibermattor har misslyckats, är beroende på det välkända faktum att vid nålning av glasfibermattor, skörheten hos glasfibrerna som har relativt stora fiberdiametrar orsakar sönderdelning av fibrerna i en sådan utsträckning att den åstadkomna produkten har gjorts oanvändbar som filter för många kommersiella användningar. ' Vi har funnit att, genonxnålning av glasfibrer sonlhar en diameter av från 2 till 8 pm (dvs. 0,002 till 0,008 mm) på ett mineraldukssubstrat och användning av ett lämpligt hartsbindemedel, det är möjligt att framställa en nålfiltad filterduk som kan filtrera gaser kontinuerligt vid temperaturer så höga som åtminstone ca. 260°C och intermittent vid högre temperaturer.

Det är följaktligen ett syfte med denna uppfinning att åstadkomma en hartsimpregnerad nålfiltad filterduk med ett yt- eller mattskikt innefattande glasfibrer samt ett underliggande skikt innefattande mineralfibrer.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk som är kapabel att borttaga partiklar från gaser vid höga temperaturer.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk med hög draghållfasthet samt stor dimensionsstabilitet vid höga temperaturer. 77047 47-0 Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk, som är billig att framställa och även varar relativt länge. _ Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk med låg fuktabsorption samt hög motståndskraft mot de flesta korrosiva miljöer. ' Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt att nåla glasfibrer på ett basskikt av mineralfibrer.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk med ett stort antal porer inom ett relativt litet område.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk med relativt likformiga pordimensioner.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk med ett högt luft-till-tygförhållande.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en nålfiltad filterduk med de önskade partikelfrigöringsegen- skaperna. _ Ett annat syfte med denna uppfinning är att åstadkomma en nålfiltad filterduk med hög filtreringseffektivitet.

Dessa och andra syften, vilka inses av fackmännen inom området, kan ernås genom utövande av föreliggande uppfinning, och ett utföringsexempel innefattar formning av en icke-vävd glasfibermatta eller ytskikt, som därefter genom nålning och hartsbehandlingar förenas med ett vävt asbestbasskikt. Ett utförande av sättet enligt uppfinningen innefattar stegen att framställa en filterduk med en fibermatta eller ett ytskikt, där ytan eller mattskiktet utgöres av glasfibrer och formas genom kardning eller luftapplicering eller andra lämpliga metoder, och som därefter förenas genom nålning med den övre sidan hos en vävd bas eller ett underliggande skikt.

Hartskompositioner eller hartser såsom silikonbaserade hartser och liknande tillsättes därefter till strukturen före nålning eller efter nålning beroende på den slutliga användningen samt de önskade egenskaperna.

Uppfinningens speciella kännetecken framgår av de 7704747-0 bifogade patentkraven.

Uppfinningen kommer lättare att förstås efter ett studium av den efterföljande detaljerade beskrivningen tillsammans med de bifogade ritningarna, där fig. 1 är en tvärsektionsbild av ett utföringsexempel enligt uppfinningen, och fig.2 är en schematisk framställning i blockfornnav en metod för tillverkning av nålfiltade filterdukar i enlighet med föreliggande uppfinning. K En för närvarande föredragen utföringsform av uppfinningen illustreras i fig.],och 2.I fig. l illustreras en nålfiltad filterduk l utförd i enlighet med föreliggande uppfinning och innefattande ett matt- eller ytskikt 2 och en bas eller ett underliggande skikt 3.

Det underliggande skiktet 3 som visas i fig. l utgör en med öppna maskor vävd konstruktion. Det underliggande skiktet 3 är utfört i tvåskaftsbindning och har varptrådar 5 och inslagstrådar 6. Olika vävmönster kan användas, såsom tvåskaft, kypert, satin eller något annat liknande vävmönster, och valet av vävmönster är beroende av de fluidflödesegenskaper som önskas. För vissa användningar kan det vara önskvärt att ha en bas eller ett underskikt 3 konstruerat såsom en stickad eller icke-vävd konstruktion.

Underskiktet kan vara utfört av vilken som helst sort av mineralfibrer, som har de nödvändiga egenskaperna beträffande strukturell integritet samt de kemiska och temperaturmot- ståndskraftiga egenskaperna som kräves för användningen i färdigt tillstånd. Det föredragna förhållandet mellan mattfibrer och basskiktsfibrer är omkring l:l,5 med avseende på vikten. Emellertid kan andra viktförhållanden användas i bereonde av användningen i färdigt tillstånd. Ett mineralfibermaterial som har befunnits vara speciellt användbart för framställning av gasen eller det underliggande skiktet enligt föreliggande uppfinning är asbest, vilket användes i form av en garnkonstruktion som därefter väves för att åstadkomma bassskiktet 3. En speciell typ av asbesttråd 77047 47-0 eller -garn som har befunnits ge utomordentliga resultat som basskikt försäljes under handelsnamnet Novatex som marknadsföres av Raybestos Manhattan of Bridgeport, Connecticut under fabriksnumret l2P083N. Emellertid kan även andra typer av asbest användas vid genomförandet av denna uppfinning. Dessutonl kan det vara önskvärt i vissa användningar att linda asbest- eller andra mineralfibergarn runt vissa metaller för att åstadkomma förbättrad styrka och nötningsmotståndskraft, och därefter kan den omlindade asbest/metalltråden vävas, stickas eller på annat sätt formas för framställning av en bas eller ett underliggande skikt. Om metaller skall användas för förstärkning av asbest- eller någon annan mineralfibergarnstruktur är vissa metaller som har befunnits lämpliga monelmetall och rostfritt stål. För vissa användningar för slutprodukten kan det vara önskvärt att hartsbehandla fibrerna innan de formas till garn. För vissa användningar för slutprodukten kan det vara önskvärt att belägga själva garnen. Många föreningar och tillsatser finnes för beläggningssyfte, exempelvis silikoner, polytetrafluore- ten, polyfenylen, sulfider, imider, molybdendisulfid och grafit, vilka antingen kan användas självständigt eller i blandningar därav. Andra exempel på mineralfibrer som är lämpliga för användning vid konstruerande av basen eller det underliggande skiktet 3 är glasfibrer och keramiska fibrer.

Exempelvis kan de fibrer som användes vara i form av kontinuerliga filament, spunna eller i bulkform utförda fiberkonstruktioner. De keramiska fibrer som användes kan utgöras av vilka som helst av de vanliga fibrer som framställes av olika metalloxider. En lämplig keramisk fiber som kan användas finnes på marknaden under produktbenämningen AB-312 från 3M Company of St. Paul, Minnesota, USA. Ovan beskrivna exempel har givits utan avsikt att begränsa omfattningen eller ramen för föreliggande uppfinning, eftersom det är troligt att även andra material kan vara lämpliga.

Ytskiktet 2 illustrerat i fig. l är konstruerat av glasfibrer 7 med en diameter av från 2 till Sjnm Glasfibrer 7704747-0 som ligger inom de tidigare nämnda diameterbestämníngarna finnes tillgängliga på marknaden under namnen Beta fiberglas och E-glas, vilka produkter finns tillgängliga på marknaden från Owens-Corning Fiberglass Corporation of Toledo, Ohio, USA. Generellt är dessa produkter glasfibrer, som är åtskilliga gånger finare än vanliga organiska fibrer. I allmänhet kommer dessa fibrer icke att smälta förrän en temperatur av omkring 732°C har uppnåtts.

Man skall notera att filterduken, som visas i fig. l, kan framställas till ett stort antal olika former för att uppfylla diverse slutanvändningskrav.Exempelvis kan, om filterduken enligt denna uppfinning önskas användas för borttagning av fast partikelmaterial från gas som passerar genom duken, den sys till filterpåsar som har den vanliga lämpliga formen för gasfiltreringa.En filterpåse är i de flesta fall en filterduk, som har formen av en cylindrisk påse eller hölje med i stort sett elliptiska tvärsektioner med den önskade storleken för att passa i den speciella separationsmekanismen. Filterdukar utförda enligt föreliggande uppfinning är speciellt lämpliga för slutanvändningar där gaser skall filtreras vid höga temperaturer över 200°C. Naturligtvis så är det, om filterduken som beskrives här skall formas till filterpåsform, väsentligt att mattskiktet hos duken utgör den sida som kommer i kontakt med det initiella flödet eller uppströmsgasflödet, och följaktligen kommer basskiktet att vara i kontakt med gasflödet efter det att detta kontaktat mattskiktet. Det anses att filterpåsar konstruerade av den filterduk, som här beskrivits, kommer att ha ett högt förhållande luft-till-tyg på grund av det stora antal likformiga porer som finnes tillgängliga i mattan eller ytskiktet hos duken. Uttrycket “förhållande luft-till-tyg" som användes här avser att beskriva antalet kubikfot av en given gas, som kan filtreras per kvadratfot dukarea.

Vid framställning av konstruktioner enligt föreliggande uppfinning kan det på grund av de speciella egenskaperna hos glasfibrer i vissa fall vara önskvärt att blanda ytterligare 77047 47-0 stapelfibrer, här benämnda bärarfibrer, med glasfibrerna före formningen av mattan eller ytskiktet. En stapelfiber såsom regenererad cellulosa eller olika akrylfibrer såson1Orlon kan användas. Det är lämpligt att sådana stapelfibrer innehåller approximativt l0% av mattskiktets totala vikt.

Oavsett om en bärarfiber har blandats med glasfibrerna hos mattan är det väsentligt att ett smörjmedel tillsättes samt lämpligen att antistatmedel eller -kompositioner tillsättes för att reducera de elektrostatiska krafter och friktions- krafter som alstras av mattformnings- och nålnïngsprocesserna.

Ett stort antal smörjmedel eller -kompositioner finns tillgängliga för detta syfte, exempelvis silikoner, aromatiska och alifatiska polyglykoletrar och liknande. Vidare finns ett stort antal olika antistatmedel eller -kompositioner tillgängliga såsom polyoxietylen-monostearat och polyoxiety- len-monolaureat. En produkt som är känd att ge tillfredsstäl- lande resultat såsom ett smörjmedel säljes av Emery Industries of Cincinnati, Ohio, USA under namnet Emerstat 7451. Ett antistatmaterial som är tillgängligt från samma bolag säljes under namnet Emerstat 7450.

Sedan smörjnings- och antistatmedlen har tillsatts formas den icke-vävda mattan därefter genom antingen kardning och tvärläggning eller luftapplicering, vilka alla är välkända metoder för fbrmning av en matta. Angivandet av ovannämnda metoder är icke avsett att utesluta andra metoder.

'Vid sammannålning av matt- och ytskikten är det väsentligt att nålar användes som minimerar uppbrytningen av ,de relativt spröda glasfibrerna. I detta sammanhang hänvisas till amerikanska patentskriften 3.815.186, som beskriver en filtningsnål konstruerad för minimering av fibersönderbrytning under nålning.

Det skall inses att uttrycket "nålfiltad" som användes här avser att beskriva en struktur, i vilken glasfibrerna hos mattan eller ytskiktet är sammanlåsta med varandra och med mineralfibrerna eller garnen hos basen eller det underliggande skiktet för att forma en mekaniskt sammansatt struktur; Såsom 7704747-0 framgår av fig. l är på grund av den nålningsprocess som användes för att förena mattskiktet 2 med basskiktet 3 ett väsentligt antal glasmattskiktsfibrer drivna genom det underliggande skiktet 3, så att glasfiberändar 8 sticker fram på bottensidan 4 hos det underliggande skiktet 3.

Efter nålning kan det vara lämpligt för vissa slutproduktsanvändningar att uppvärma den nålade filten till en tillräckligt hög temperatur för att borttaga varje oönskad slutdetalj eller smörjämnen och bärarfibrer förekommande i den nålade filten. För de flesta icke önskade ämnen som skall borttagas kommer en temperatur av från ca. 315 till ca. 425°C att vara tillräckligt. Som ett alternativ till användning av värme för borttagning av icke önskade material förekommande i den nålfiltade filterduken efter nålning är det även möjligt fatt borttaga de flesta smörjämnen eller slutproduktsdetaljerna som förekommer i den nålade filten genom tvättning av den nålfiltade filterduken i en mild syralösning följd av sköljning av duken samt ytterligare behandling med en lösning av ammoniak och alkohol. Ovannämnda sätt att skölja är endast ett exempel och avser icke att begränsa uppfinningen, eftersom man anser att andra välkända metoder för rengöring även kan vara användbara.

Efter det att man har borttagit från den nålfiltade filterduken varje icke önskat material genom värmerengöring eller någon annan lämplig metod, behandlas den därefter med ett lämpligt harts. En hartsbehandling är nödvändig för att ytterligare binda och förankra ytan eller mattglasfibrerna 7 vid underskiktet 3. Hartsbehandlingen tjänar även till att skydda glasfibrerna och basskiktet från nötning och korrosion likaväl som den ökar partikelfrigöringsegenskaperna hos matt- skiktet. Det är lämpligt att hartset appliceras till den nålfiltade filterduken genom nedsänkning av duken i ett hartsbad för att garantera en upptagning av fasta hartspartik- lar av från 5% till 40% av den totala filtvikten, emellertid kan hartset påsprutas eller appliceras genom någon annan lämplig åtgärd. Lämpliga hartser är en blandning av tetrafunk- -77047 47-0 10 tionella metylsilikoner och dimetylsilikon i ett 2:1- förhållande, vilka båda säljes under namnen SR-240 och G-662 av General Electric Company, Waterford, New York, USA. Andra hartser som anses vara lämpliga är polytetrafluoretylen- polyimidkompositioner. Emellertid kan varje harts som har den nödvändiga termooxideringsresistansegenskapen som kräves användas, och angivandet av specifika hartser och blandningar därav är icke avsett att begränsa föreliggande uppfinnings omfattning. Molybdendisulfid kan tillsättas till hartsblandningen om ökad smörjningsgrad och nötningsresistans önskas för en speciell slutanvändning. Om det förutom större nötningsresistans och smörjningsgrad är önskvärt att ha en nålfiltad filterduk som även har mindre resistans mot elektrostatisk uppbyggnad kan även olika kol eller grafiter tillsättas. Efter det att duken har nedsänkts i ett hartsbad under en tillräcklig tidsperiod för mättnad av duken pressas den därefter för att ge den önskade hartsupptagningen samt torkas genom varmluft eller användning av andra lämpliga åtgärder för borttagning av varje kvarvarande lösningsämnes- rest. Naturligtvis så kommer användning av olika hartser att kräva olika torkningstemperaturer.

I vissa fall, speciellt när en mjukare eller jämnare yta önskas för ökning av lättheten för partikelfrigöringen under filtrets rengöring, kommer den nålfiltade filterduken att undergå en andra pressningsprocess för åstadkommande av en likformig yta med en önskad porositetsgrad. Denna pressnings- operation kan utföras medelst vilken som helst lämplig åtgärd, och temperaturtillstånden och trycken som anbringas på duken kommer att variera med de hartser som valts och de pordimensioner som skall uppnås.

Efter det att torknings- och pressningsoperationerna slutförts kan det vara nödvändigt att härda hartserna som har impregnerats in i dukstrukturen. Med uttrycket "impregnering av dukstrukturen" menas att hartset genomtränger dukstrukturen för att belägga de individuella mattfibrerna och, om fallet så är, fibrerna eller garnen hos det underliggande skiktet. 7704747-0 ll Tillfredsställande härdning kan uppnås i de flesta fall genom anbringande av värme medelst användning av luft som har upphettats till omkring 205°C eller genom andra lämpliga åtgärder. Naturligtvis så kommer den temperatur som kräves och härdningstiden att bero av mängden och typen av harts som användes vid impregneringen av filterduken. Det är även möjligt att kombinera pressnings-, torknings- och härdnings- operationerna i ett steg genom användning av upphettade pressvalsar.

Fig. 2 anger i ett blockflödesschema den metod eller de metoder som omfattas av uppfinningen för framställning av filterduken enligt föreliggande uppfinning.

Det inses av fackmännen inom området att föreliggande uppfinning kan utövas genom ett stort antal olika utförings- exempel utan att uppfinningens grundtanke frångås. Det inses även att i ovanstående beskrivning, speciella utföringsexempel och uppfinningskomponenter har illustrerats och diskuterats endast såsom illustration och icke i begränsande avsikt, och uppfinningen kan således utövas av fackmännen inom området med hjälp av ett stort antal olika material och utformningar utan att uppfinníngens grundtanke frångås, sådan den definieras i de bifogade patentkraven.

Claims (20)

7704747-0 12 PATENTKRAV

1. l. Filterduk bestående av ett icke-vävt fibröst ytskikt nålat vid ett basskikt, k ä n n e t e c k n a d av att ytskiktet (2) består av glasfibrer (7) med en diameter av mellan 2 och 8 pm eventuellt i blandning med bärarfibrer, att basskiktet (3) består av vävda garn av mineralfibrer, samt att ytskiktet (2) och basskiktet (3) är impregnerade med harts.

2. Filterduk enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att basskiktet (3) består av vävda trådar som innehåller asbest- fibrer.

3. Filterduk enligt krav'l, k ä n n e t e c k n a d av att basskiktet (3) består av glasfibrer.

4. Filterduk enligt krav l, .k ä n n e t e c k n a d av att basskiktet (3) är en vävd konstruktion av garn som innehåller asbestfibrer och en metallkärna.

5. Filterduk enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att viktförhållandet mellan glasfibrerna och mineralfibrerna är l:l,5. V

6. Filterduk enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att basskiktet (3) innefattar keramiska fibrer.

7. Filterduk enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att glasfibrerna har en diameter av mellan 3 och 5 Pm.

8. Filterduk enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att hartset är en termoplast eller en silikonkomposition eller en polyimidkompos ition .

9. Filterduk enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att ytskiktets (2) glasfibrer är blandade med ett antistat- material.

10. Sätt att framställa en filterduk enligt något av kraven l-9,kännetecknatavstegen I a) blandning av ett smörjmedel med glasfibrer med en diameter av mellan 2 och 8 Pm, b) formning av ett icke-vävt ytskikt i form av en matta av glasfibrerna, c) formning av ett basskikt av mineralfibrer i form av 7704747-0 13 vävda garn, d) hartsimpregnering och sammannålning av basskiktet och ytskiktet till en fiberduk, e) pressning av fiberduken i en utsträckning som är tillräcklig för erhållande av en förutbestämd upptagning av fasta hartspartiklar, f) torkning av fiberduken vid en temperatur som är tillräcklig för att borttaga varje lösningsmedel i Vätskeform, och 7 g) upphettning av fiberduken till en temperatur som är tillräcklig för att härda hartset.

11. ll. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att blandningssteget innebär blandning av ett antistatmaterial med smörjmedlet och glasfibrerna.

12. l2. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att blandningssteget innebär blandning av bärarfibrer med smörj- medlet, glasfibrerna och antistatmaterialet.

13. 'Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att blandningssteget innebär blandning av bärarfibrer med smörj- medlet och glasfibrerna.

14. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att formningssteget innebär vävning av garn för formning av ett vävt basskikt.

15. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda ytskikt formas genom kardning och tvärläggning.

16. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att ytskiktet formas genom luftläggning.

17. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att hartset härdas vid en temperatur av mellan l48°C och 205°C.

18. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att ytskiktet och basskiktet impregneras med harts före ytskiktets och basskiktets sammannålning.

19. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av samman- nålning av ytskiktet och basskiktet och anslutande impregne- ring av den sammansatta konstruktionen.

20. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att 77047 47-0 14 mineralfibrerna belägges med harts före formning av basskiktet§