WO1999058224A1 - Filtre a air triboelectrique - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a new triboelectric air filter.
  • electrostatic filters are in fact capable of capturing a greater number of dusts than conventional filters which do not have electrical charges. This difference is explained by the fact that attractive forces are exerted between the material of the filter and the dust which, naturally, also contains electric charges.
  • electrostatic filters There are currently three methods for obtaining such electrostatic filters. The first of these is to produce a permanent imbalance, at the molecular level, between the electrical charges of a given matter. The product obtained with this method is usually referred to as "electret”.
  • the second method consists in implanting ions, normally by bombardment, in the material constituting the filter.
  • the third method exploits the principle of triboelectricity, according to which electric charges appearing when at least two different materials are rubbed together.
  • the products obtained by this third method are usually referred to as "triboelectric filters”.
  • a filter should ideally have a high number of charges which produce intense electrostatic fields, for a time at least equal to the life of the filter. All these characteristics depend on the method used to produce the fillers, on the choice and proportions of the constituent materials of the filter and finally on the conditions of use of the filter. The conditions of use are, implicit in the existence of a standard method for measuring the effectiveness of filters, considered to be constant. Therefore, the distinction is essentially made at the level of the manufacturing method and the choice of the constituent materials of the filter.
  • triboelectric air filters with an efficiency of between 90% and 99% can be obtained with 3 such mixtures, and this with relatively small amounts of polymetaphenylene isophthalamide fibers.
  • the subject of the invention is therefore an air filter of the triboelectric type, characterized in that it essentially consists of a mixture of polypropylene fibers with polymetaphenylene isophthalamide fibers.
  • the triboelectric air filter according to the invention consists of a mixture of fibers (1) of polypropylene with fibers (2) of polymetaphenylene isophthalamide.
  • This mixture is preferably in the form of a nonwoven with a weight ratio of the fibers (2) to the fibers (1) of between 5:95 and 50:50 and more preferably still between 10:90 and 30: 70.
  • the weight ratio of fibers (2) to fibers (1) in the filter according to the invention is much lower than those proposed in the two patents analyzed above.
  • any type of fiber (1) or (2) can be used.
  • the fibers (2) polymetaphenylene isophthalamide, preferably used those sold under the trademarks NOMEX ®, ® and The APY TEIJINCONEX ®.
  • the mass of the filter, as well as its surface mass (in g / m 2 ), are a function of the desired physical properties, such as the pressure drop and the filtration efficiency.
  • the areal mass of the filters should be between 15 and 500 g / m 2 .
  • the triboelectric air filter according to the invention has a filtration efficiency of the order of 90% to 99%.
  • the pressure losses are usually between 0.1 to 2 mm of water. 4
  • these characteristics are stable over time.
  • F1 Filter in the form of a nonwoven having a surface mass of 135 g / m 2 and a weight ratio of fibers (2) to fibers (1) equal to 10:90.
  • the fibers (2) had a titer of 1.5 denier; fibers (1) had a 3 denier titer
  • F2 Filter identical to F1 with, in addition, an anti-static agent to inhibit electrical charges.
  • F3 Filter with a surface density equal to 135 g / m 2 , available on the market and produced by a triboelectric process as described in US Pat. No. 5,470,485.
  • the quality factor is a numerical value which has been calculated with the following equation:
  • the performance of the filter F1 according to the invention has shown good stability over time. This filter, kept for two years, did not show any significant difference between the initial efficiency value and the measurements made 4 months and 24 months after its manufacture.

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Abstract

Ce filtre à air triboélectrique comprend un mélange de fibres (1) de polypropylène avec des fibres (2) de polymétaphénylène isophtalamide. De préférence, le rapport en poids des fibres (2) aux fibres (1) est compris entre 5:95 et 50:50, et préférentiellement encore entre 10:90 et 30:70. La masse surfacique de ce filtre qui présente avantageusement sous la forme d'un non-tissé, est de préférence comprise entre 15 et 500 g/m2. Ce filtre possède une très grande efficacité et est utilisable dans tous les appareils où une filtration de l'air est requise.

Description

FILTRE À AIR TRIBOÉLECTRIQUE
Domaine technique de l'invention La présente invention a pour objet un nouveau filtre à air triboélectrique.
Arrière-plan technologique
Il est connu que les filtres à air qui sont utilisés dans les appareils où une filtration de l'air est requise, sont beaucoup plus efficaces si la matière qui les constitue contient des charges électriques.
De tels filtres à air, ci-après appelés "filtres électrostatiques", sont en effet capables de capter un plus grande nombre de poussières que les filtres classiques qui ne possèdent pas de charges électriques. Cette différence s'explique par le fait que des forces attractives s'exercent entre la matière du filtre et les poussières qui, de façon naturelle, contiennent elles aussi des charges électriques.
Il existe actuellement trois méthodes qui permettent d'obtenir de tels filtres électrostatiques. La première de celles-ci consiste à produire un déséquilibre permanent, au niveau moléculaire, entre les charges électriques d'une matière donnée. Le produit obtenu avec cette méthode est habituellement désigné sous le nom d'"électret".
La deuxième méthode consiste à implanter des ions, normalement par un bombardement, dans la matière constituant le filtre.
La troisième méthode exploite le principe de la triboélectricité, selon lequel des charges électriques apparaissant lorsqu'au moins deux matières différentes sont frottées ensemble. Les produits obtenus par cette troisième méthode sont habituellement désignés sous le nom de "filtres triboélectriques" .
À titre d'exemple de mise en oeuvre de cette troisième méthode, on peut se référer au brevet anglais n° 2.190.689 délivré en 1989 au nom de National Research Development Corporation, qui décrit un filtre à air triboélectrique constitué d'un mélange de fibres (1 ) de polyoléfine telles que le polyéthylène, le polypropylene ou les copolymères d'éthylène et de propylène, avec des fibres (2) d'un autre polymère contenant des fonctions hydrocarbone substituées par des atomes d'halogène, tels que le chlore. Dans ce brevet anglais, le rapport en poids des fibres (2) aux fibres (1 ) est compris entre 70:30 et 20:80, et de préférence entre 60:40 et 30:70.
À titre d'autres exemples de mise en oeuvre de cette troisième méthode, on peut se référer aussi au brevet américain n° 5.470.485 délivré en 1 995 au nom de FIRMA CARL FREUDENBERG, qui décrit un filtre à air triboélectrique constitué d'un mélange de fibres (1 ) de polyoléfine avec des fibres (2) de polyacrylonitrile. Là encore, le rapport en poids des fibres (2) aux fibres (1 ) est compris entre 70:30 et 20:80.
Dans tous les cas, plusieurs caractéristiques importantes distinguent les filtres électrostatiques existants les uns des autres. Ces caractéristiques incluent la quantité de charges électriques, l'intensité des champs électrostatiques générés, et la durée de temps de l'existence de ces champs électriques. Pour être efficace, un filtre doit idéalement posséder un nombre élevé de charges qui produisent des champs électrostatiques intenses et ce, pendant un temps au moins égal à la durée de vie du filtre. Toutes ces caractéristiques dépendent de la méthode utilisée pour produire les charges, du choix et des proportions des matières constituantes du filtre et finalement des conditions d'utilisation du filtre. Les conditions d'utilisation sont, du fait de l'existence d'une méthode standard de mesure de l'efficacité des filtres, implicitement considérées comme constantes. Donc, la distinction s'établit essentiellement au niveau de la méthode de fabrication et du choix des matières constituantes du filtre.
Résumé de l'invention
Il a maintenant été découvert que d'excellents filtres à air triboélectriques peuvent être obtenus si l'on utilise un mélange de fibres de polypropylene avec des fibres de polymetaphenylene isophtalamide.
Il a notamment été découvert que des filtres à air triboélectriques ayant une efficacité comprise entre 90% et 99% peuvent être obtenus avec de 3 tels mélanges, et ce avec des quantités relativement faibles de fibres de polymetaphenylene isophtalamide.
L'identification de ce couple triboélectrique de fibres disponibles commercialement et réunissant simultanément toutes les caractéristiques voulues, n'a pas été évidente à trouver. En fait, c'est suite à l'observation d'anomalies dans les listes de couples triboélectriques publiées que la Demanderesse a entrepris une étude exhaustive qui a mis en évidence que la combinaison des fibres ci-dessus a des propriétés supérieures.
L'invention a donc pour objet un filtre à air de type triboélectrique, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué d'un mélange de fibres de polypropylene avec des fibres de polymetaphenylene isophtalamide.
Description détaillée de l'invention
Tel que précédemment indiqué, le filtre à air triboélectrique selon l'invention est constitué d'un mélange de fibres (1 ) de polypropylene avec des fibres (2) de polymetaphenylene isophtalamide.
Ce mélange se présente de préférence sous la forme d'un non- tissé avec un rapport en poids des fibres (2) aux fibres (1 ) compris entre 5:95 et 50:50 et plus préférentiellement encore entre 10:90 et 30:70. Comme on peut donc le constater, le rapport en poids de fibres (2) aux fibres (1 ) dans le filtre selon l'invention est très inférieur à ceux proposés dans les deux brevets ci-dessus analysés.
N'importe quel type de fibres (1 ) ou (2) peuvent être utilisés. À titre de fibres (2) de polymetaphenylene isophtalamide, on utilisera de préférence celles commercialisées sous les marques de commerce NOMEX®, APY L® et TEIJINCONEX®.
La masse du filtre, ainsi que sa masse surfacique (en g/m2), sont fonction des propriétés physiques recherchées, telles que la perte de charge et l'efficacité de filtration. Typiquement, la masse surfacique des filtres devrait se situer entre 1 5 et 500 g/m2.
Tel que précédemment indiqué, le filtre à air triboélectrique selon l'invention a une efficacité de filtration de l'ordre de 90% à 99%. Les pertes de charge se situent habituellement entre 0.1 à 2 mm d'eau. 4 Avantageusement, ces caractéristiques sont stables dans le temps.
Exemples
Des essais ont été effectués sur un filtre selon l'invention identifiée ci-après par les symboles F1 . À titre de comparaison, des essais analogues ont été effectués sur un filtre de même composition et de même masse surfacique mais modifié par ajout d'un agent antistatique. Ce filtre est identifié par le symbole F2. D'autres essais ont enfin été effectués sur un troisième filtre de même masse surfacique disponible sur le marché. Ce filtre connu est identifié ci-après par le symbole F3.
TABLEAU I
IDENTIFICATION DES FILTRES
F1 Filtre selon l'invention sous la forme d'un non-tissé ayant une masse surfacique de 135 g/m2 et un rapport en poids fibres (2) aux fibres (1 ) égal à 10:90. Les fibres (2) avaient un titre de 1 .5 deniers; les fibres (1 ) avaient un titre de 3 deniers
F2 Filtre identique à F1 avec, en outre, un agent anti-statique pour inhiber les charges électriques.
F3 Filtre de masse surfacique égale à 135 g/m2, disponible sur le marché et produit par un procédé triboélectrique tel que décrit dans le brevet US 5 470 485.
Les résultats obtenus sur ces différents filtres triboélectriques sont les suivants: TABLEAU 2
Identification Masse surfacique Efficacité Perte de Facteur de (g/m2) (%) pression qualité (mm d'eau)
F1 135 98 0.5 7.8
F2 135 46 0.5 0.8
Figure imgf000007_0001
F3 135 94 0.4 7.0
Dans le tableau qui précède, le facteur de qualité est une valeur numérique qui a été calculée avec l'équation suivante:
Q = - In 100 - Efficacité
100 X Perte de pression
Ce facteur de qualité permet de classer la performance des filtres. Plus la valeur de "Q" est élevé, plus la qualité du filtre est grande. Comme on peut le constater, le filtre F1 selon l'invention s'est avéré plus efficace que le filtre connu F3. Les piètres résultats obtenus avec le filtre F2 viennent confirmer que les charges électriques ont une influence importante sur les performance de filtration.
Les performances du filtre F1 selon l'invention ont montré une bonne stabilité dans le temps. Ce filtre conservé deux ans, n'a montré aucune différence significative entre la valeur initiale d'efficacité et des mesures effectuées 4 mois et 24 mois après sa fabrication.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Un filtre à air de type triboélectrique, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué d'un mélange de fibres (1 ) de polypropylene avec des fibres (2) de polymetaphenylene isophtalamide.
2. Le filtre de la revendication 1 , caractérisé en ce que les fibres (1 ) et (2) sont présentes dans des quantités telles que le rapport en poids des fibres (2) aux fibres (1 ) est compris entre 5:95 et 50:50.
3. Le filtre de la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rapport est compris entre 10:90 et 30:70.
4. Le filtre de la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il a une masse surfacique comprise entre 1 5 et 500 g/m2.
5. Le filtre de la revendication 1 , 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un non-tissé.
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