DE2756826C2 - Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Filters aus elektrisch geladenem Elektretfasermaterial

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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.
Beispiel
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)

Patentansprüche:
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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