DE2756826C2 - Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem ElektretfasermaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial,
bei dem aus einer kontinuierlich zugeführten, hochmolekularen, nicht-polaren Folie durch Ziehen
bzw. Strecken, Laden und Auffasern ein Fasermateriai gewonnen wird, welches durch Aufschichten in einem
Faserverbund, insbesondere durch Aufspulen zu einem Faserwickel, das Filter ergibt.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-OS 25 12 885 bekannt. Es zeigt sich jedoch, daß bei den nach diesem
Verfahren erhaltenen Filtern der Zusammenhalt in der Fasermasse speziell für die Anwendungsfälle unzureichend
ist. in denen das Filter mechanischen Schwingungen ausgesetzt ist oder anderweitig mechanisch belastet
wird. Außerdem ist die Filterleistung nicht ganz zufriedenstellend, da bei hoher Staubbeladung die Durchlässigkeit
zu schnell zunimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das bekannte Verfahren derart weiterzuentwickeln, daß die
hergestellten Filter bessere mechanische Eigenschaften und eine bessere Aufnahmekapazität für ausgefilterte
Teilchen aufweisen und damit eine längere Betriebslebcnsdiiucr
erhallen.
Diese Aufgiibc wird dadurch gelöst, daß zur Gewinnung
von kräusdungsfähigcm Fnscrmatcrial die kontinuierlich
zugeführte Folie aus mindestens zwei nicht homogen verteilten Substanzen mit unterschiedlichen
Verzugs- oder Kräuselungseigenschaften hergestellt ist und/oder während oder nach dem Ziehen oder Strecken
stark verformt wird und daß die Folie nach dem Auffasern durch Abschneiden entlastet wird, um eine Kräuselung
des Fasermaterials eintreten zu lassen.
Die nach dem vorstehend umrissenen Verfahren hergestellten Filter unterscheiden sich von den bisherigen
ίο Filtern dieser Art dadurch, daß sie verbesserte mechanische
Eigenschaften, verbesserte Homogenität und verbesserte Filterwirkung bzw. -leistung besitzen. Sie eignen
sich speziell für die Fälle, in denen das AusfHtem von bakterien wesentlich ist, beispielsweise für die Ventilations-
oder Klimaanlagen von Operationsräumen und Laboratorien, als Gesichtsschutzmasken und als Filter
für Staubsauger, entweder als Staubbeutel oder als entleerbare Filter. Außerdem bieten sie den Vorteil, daß
sie nachgiebiger, d. h. elastischer sind als Filter aus nicht gekräusenen Fasern, au daß sie zur Rauiiieinsparung für
Transport und Lagerung zusammengepreßt werden können.
Neben der Verwendung als Filter ist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt auch
als Staubtuch verwendbar. Beim Abwischen einer Fläche, z. B. der Oberfläche eines Tellers o. dgl, mit dem
Filtermaterial wird diese Oberfläche völlig staubfrei, während der Zusammenhalt der Fasern aufgrund ihrer
Kräuselung verhindert, daß lose Fasern des Filte.-materials
auf der gereinigten Fläche zurückbleiben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, bei dem die Folie nach dem Auffasern zu einem
Faserwickel aufgespult wird, wird die Folie während des Auffaserns und während des Aufspulens ununterbrochen
unter Zugspannung gehalten, und der Faserwicke! wird nach beendetem Aufspulen von der Zugspannung
entlastet, um dann erst die Kräuselung des Fasermaterials eintreten zu lassen.
Durch Kräuseln der Fasern nach dem Aufrollen /u einem Wickel, in welchem sie bereits einen gewissen
gegenseitigen Zusammenhalt besitzen, wird erreicht, daß sich die Fasern ineinander verhaken oder miteinander
verzahnen und dadurch ihren Zusammenhalt verstärken. Infolgedessen bilden die Fasern ein festes bzw.
kompaktes Filter, das auch einer mechanischen Belastung standzuhalten vermag. Außerdem zeigt es sich
dabei, daß die Poren des Filters bezüglich ihrer Form unregelmäßiger und bezüglich Abmessungen und Verteilung
gleichmäßiger werden. Hierdurch wird die Stauhaufnahme durch die aufgeladenen Fasern verbessert,
v.as sich anhand einer geringeren Durchlässigkeit und mithin einer besseren Arbeitsweise des Filters erweist.
Zur Ermöglichung des Aufwickeins des Fasermatenals in nicht gekräuseltem Zustand zu einer Faserwickel
wird die Folie während des Faserns. ebenso wie das
daraus erhaltene, netzartige Faservlies, beim Aufspulen
leicht gestrafft bzw. unter Zugspannung gesetzt, wodurch die spontane Tendenz der Fasern zu einem Kräusein
unterdrückt wird.
Nachdem ein Faserwickel des gewünschten Volumens hergestellt worden ist, wird er, beispielsweise
durch Schneiden in Axialrichtung, von der Spuleneinrichtung abgenommen. Hierbei fällt dann die Zugspan-
b5 nung, unter welcher der Wickel aufgespult worden ist,
ab, so daß eine Kräuselung der Fasern eintritt.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besteht
die verwendete Folie aus einem Laminat der gc-
nannten Substanzen. Die Kräuselungseigenschaften der so erhaltenen Fasern sind gleichmäßiger und besser reproduzierbar,
wodurch vermieden wird, daß das Filter schwache oder zu durchlässige Stellen aufweist. Die
Zieh- oder Kräuselungseigenschaften der verwendeten Substanzen können infolge unterschiedlicher Art dieser
Substanzen variieren. Diese Substanzen können jedoch auch von gleicher Art sein, wobei der Unterschied in
den Eigenschaften dann durch einen Unterschied im Molekulargewicht der Gemische oder im Fall eines Laminats
dadurch hervorgebracht wird, daß das Material der einen Lage vorgestreckt und das Material der anderen
Lage nicht oder nicht im selben Ausmaß gestreckt worden ist
Zur Verstärkung der Kräuselung und auch zur Fixierung der Kräuselung und somit auch des Zusammenhalts
der Fasern wird das Filter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
einer Wärmebehandlung unterworfen, indem es beispielsweise von 15 min lang in einen. Ofen mit einer
Temperatur von etwa 700C eingebracht wird.
Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß der Erfindung und
Fig.2 eine graphische Darstellung der Durchdringung (penetration) als Funktion der Staubbeladung für
ein erfindungsgemäß hergestelltes Kräuselfilter und ein vergleichbares, nicht gekräuseltes Filter.
Gemäß F i g. 1 liefern zwei Extruder 31 und 32 je eine Komponente einer hochmolekularen Substanz, jeweils
von verschiedenem Molekulargewicht, zu einer gemeinsamen Düse bzw. Spritzform 33 mit streifenförmiger
Strangpreß-Düsenöffnung 34. Die auf diese Weise hergestellte
Folie 1, in weicher die beiden Komponenten in laminatförmiger, nicht-homogener Verteilung vorliegen,
wird nach dem Durchlauf durch Walzen 3 und 4 einem ersten Streckvorgang zwischen einem Walzenpaar
5, 6 und einem zweiten, mit höherer Drehzahl umlaufenden Walzenpaar 9,10 unterworfen, wobei die Folie
über eine Kante 7 eines Blocks 8 gezogen wird, der mit emem schematisch angedeuteter. Heizelement 15
versehen ist. Zwischen dem Walzenpaar 9,10 und einem Walzcnpaar 13, 14, das mit noch höherer Drehzahl umläuft,
wird die Folie 1 einem zweiten Streckvorgang unterworfen, während sie über eine gewölbte Platte 12
mit einem schematisch angedeuteten Heizelement 16 läuft. Gleichzeitig wird die Folie 1 mittels einer Sprühentladungseinrichtung
18 elektrisch aufgeladen, deren Koronaentladungsdrähte 2^ an eine nicht dargestellte
Hochspennungsquelle angeschlossen sind und bei welcher die Platte 12 den Gegenpol bildet. Die auf diese
Weise gebildete, avfspaltbare Elektretfolie 1 wird anschließend mittels einer Stützwalze 20 über eine Nadelwalze
29 geführt, v/elche die Folie 1 zu einem aufgefaserten
Faserband 35 auffasert. Anschließend wird dieses Faserband durch eine Aufspreizvorrichtung 36 zu einem
netzartigen Faservlies 37 aufgeweitet und auf eine Rolle oder Spule 38 aufgewickelt.
Wenn auf diese Weise eine Fasermatte der gewünschten Dicke aufgerollt worden ist, wird diese Fasermatte
von der Spule 38 abgenommen, indem sie in Axialrichlung
der Spule durchgeschnitten oder aber ohne Schneiden von der Spule 3G heruntergeschoben wird. Die die
Fasermatte bildenden Fasern werden nunmehr nicht mehr in einem geradegebogenen Zustand gehalten, so
daß sie sich aufgrund der unterschiedlichen Ausmaße der Entspannungskräuselung der beiden hochmolekularen
Substanzkomponenten, aus denen die Fasern bestehen,
spontan kräuseln. Dabei verhaken bzw. verzahnen sich die Fasern miteinander, so daß sie eine Filtermatte
mit homogenem und festem Gefüge bilden, das durch etwa 15 min lange Wärmebehandlung in einem nicht
dargestellten Ofen, in welchem die Temperatur auf etwa 700C eingestellt ist. noch weiter verbessert wird
F i g. 2 ist eine graphische Darstellung, in weicher auf
to der Ordinate die Durchdringung, als Verhältnis der
Staubkonzentration hinter dem Filter im Vergleich zu derjenigen vor dem Filter bzw. an seiner Vorderseite
ausgedrückt, und auf der Abszisse die Staubbeladung des Filters in g/m2 aufgetragen sind. Die ausgezogene
Linie zeigt die Beziehung zwischen diesen Größen für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes,
gekräuseltes Elektretfilter, während die gestrichelte Linie für ein vergleichbares, nicht gekräuseltes Elektretfilter
gilt
Diese graphische Darstellung zeig» daß die Durchdringung
bzw. Durchlässigkeit für nicht aufgefangenen Staub beim Elektretfilter aus gekräuselten Fasern bei
zunehmender Staubbeladung wesentlich geringer ist als beim Filter aus nicht gekräuselten Fasern, so daß das
gekräuse'^e Filter in der Praxis eine wesentlich längere
Betriebslebensdauer besitzt als das nicht gekräuselte Filter.
Bei dem in Verbindung mit F i g. 1 beschriebenen Verfahren wird ein Laminat mit einer Dicke von 50 μΐη
und einer Breite von 6 cm, bestehend aus Polypropylen mit einem Schmelzfließindex von 1,5 und Polypropylen
mit einem Schmelzfließindex von 8, mit einer Anfangsgeschwindigkeit von !3 m/min und einem Streck- bzw,
Verzugsverhältnis von 1 :6 über einen Block 8 mit einer Temperatur von etwa 1000C und sodann mit einem
Streck- oder Verzugsverhältnis von 1 -.1,5 über die Platte
12 mit einer Temperatur von etwa 1500C gezogen. Die ^oronaentladungsdrähte 25 befinden sich 5 mm
über der Folie und liegen gegenüber der Platte 12 an einer Spannung von —10 kV. Die Folie wird mittels einer
Nadelwalze mit 60 Nadelreihen aufgefasert, deren Nadeln in einem gegenseitigen Abstand von 0,5 mm angeordnet
sind. Das so erhaltene, gespaltene Faserband wird auf eine Breite von 90 cm aufgeweitet und in
170 Lagen zu einer Fasermatte bzw. einem Faserwickel
mit einer Dicke von 3 mm aufgespult. Die Fasermatte wird dann von der Spule abgenommen und 15 min lang
bei 700C in einen Ofen eingelegt Das so erhaltene Filtertuch
zeigt eine Dichte von 250 g/cm2.
'n F'. g 2 zeigt die ausgezogene Linie die Filtereigenschaften
dieses Filtertuchs. Das vergleichsweise durch die gestrichelte Linie dargestellte Filter aus nicht gekräuselten
Fasern wird auf dieselbe Weise durch Strekken. Auffasern und Aufspulen einer Folie mit denselben
Maßen hergestell'., die jedoch ausschließlich aus Polypropylen mit einem Schmelzfließindex von 1,5 besteht.
Dieses Filtermaterial wird dabei ebenfalls zu einer Filtermatte
mit einer Dichte von 250 g/m2 aufgewickelt.
Bei Versuchen zeigten beide Filter praktisch keinen Unterschied im Fließ- bzw. Strömungswiderstand; dieser
Widerstand erhöhte sich bei beiden Filtern nur in einem vernachlässigbaren Maße.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial, bei dem
aus einer kontinuierlich zugeführten, hochmolekularen, nicht-polaren Folie durch Ziehen bzw. Strecken,
Laden und Auffasern ein Fasermateria! gewonnen wird, welches durch Aufschichten in einem Faserverbund
das Filter ergibt, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Gewinnung von kräuselungsfähigem Fasermaterial die kontinuierlich zugeführte
Folie aus mindestens zwei nicht homogen verteilten Substanzen mit unterschiedlichen Verzugs- oder
Kräuselungseigenschaften hergestellt ist und/oder während oder nach dem Ziehen oder Strecken stark
verformt wird und daß die Folie nach dem Auffasern durch Abschneiden entlastet wird, um eine Kräuselung
des Faserrc>alerials eintreten zu lassen.
2. Verfahren nach Anspruch t, wobei die Foiie nach dem Auffasern zu einem Faserwickel aufgespult
wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermöglichung des Aufspulens zu dem Faserwickel in nicht
gekräuseltem Zustand die Folie während des Auffaserns und während des Aufspulen ununterbrochen
unter Zugspannung gehalten wird und daß der Faserwickel nach beendetem Aufspulen von der Zugspannung
entlastet wird, um die Kräuselung des Fasermaterials eintreten zu lassen.
3. Verfahren nu-h Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die kontinuierlirk zugeführte Folie aus einem Laminat der mindestens zwei Substanzen
mit unterschiedlichen Verzugs oder Kräuselungseigenschaften hergestellt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche ! bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Faserverbund bzw. die Faserwickel nach der Kräuselung des Fasermaterials
einer Wärmebehandlung unterworfen werden.
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