ES2340397T3

ES2340397T3 - Medio de fibras metalicas sinterizadas.

Info

Publication number: ES2340397T3
Application number: ES05729504T
Authority: ES
Inventors: Constantine Stournaras; Constantina Andreouli; Zoi Tatoudi; Frank Verschaeve; Carl Vromant; Gerrit Van Betsbrugge
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: EP1735075A1; EP1735075B1; US20080145500A1; JP2007533849A; WO2005099863A1; DE602005019993D1; KR20070004831A; CN100515537C; CN1942226A; ATE460970T1

Abstract

Un medio de fibras metálicas sinterizadas que comprende al menos una primera capa de fibras metálicas que proporciona una primera superficie externa a dicho medio de fibras metálicas sinterizadas, comprendiendo dicha primera capa de fibras metálicas fibras metálicas que tienen un diámetro equivalente D1, teniendo dicho medio un tamaño medio de poros de flujo inferior a dos veces dicho diámetro equivalente D1, caracterizado porque dichas fibras metálicas de dicha primera capa de fibras metálicas tienen una longitud media de fibra L1, siendo la relación L1/D1 menor que 110.

Description

Medio de fibras metálicas sinterizadas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un medio de fibras metálicas sinterizadas.

Antecedentes de la invención

Los medios de fibras metálicas sinterizadas son bien conocidos en la técnica para numerosas aplicaciones, tales como v.g. filtración de líquidos o gases. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de este tipo se conoce v.g. por EP329863A1 o US 5.679.441.

Una desventaja de los medios de fibras metálicas sinterizadas conocidos actualmente es que, en el caso de que dichos medios deban ser utilizados como filtro de superficie, tales medios son difíciles de limpiar, v.g. por retropulsación, retrolavados, o lavado en contracorriente. Aparentemente, una pequeña parte de las partículas filtradas no pueden eliminarse del medio de fibras metálicas sinterizadas, aun cuando se ponga cuidado en proporcionar una superficie lisa al medio, a fin de prevenir el anclaje de partículas a la superficie del medio. Estas partículas que quedan en el medio tienden a obstruir el flujo a través del medio al cabo de un largo tiempo.

El medio de fibras metálicas sinterizadas puede proporcionarse de muchas maneras diferentes, pero estas maneras están basadas esencialmente en dos tipos de métodos.

Un primer método para proporcionar un medio de fibras metálicas sinterizadas consiste en proporcionar una tela de fibra metálica por deposición al aire, y sinterizar esta tela depositada al aire en hornos apropiados.

Una desventaja de esta tela depositada al aire es el hecho de que la tela es por lo general relativamente heterogénea, especialmente cuando debe proporcionarse un medio de fibras metálicas sinterizadas relativamente delgado. Esto es debido a que las telas depositadas al aire pueden construirse difícilmente con un grado suficiente de homogeneidad, y por consiguiente, tienen un medio de fibras metálicas sinterizadas con propiedades homogéneas en su superficie, apilándose usualmente varias telas depositadas al aire (lo que se denomina duplicación). En el caso de que deban utilizarse fibras metálicas muy finas, esta homogeneidad es un problema mayor aún.

Otro método para proporcionar una tela, antes de la operación de sinterización, consiste en utilizar el denominado método de deposición en húmedo o método de fabricación del papel, como se describe en JP61-225400 y JP61-223105. Las fibras metálicas se introducen en un lodo, lodo que se vierte sobre un tamiz. El agua es aspirada del lodo a través del tamiz. El lodo deshidratado restante se sinteriza luego. Puede utilizarse un agente aglomerante para aglomerar temporalmente las fibras metálicas unas a otras y hacer así transportable el lodo deshidratado. Este material deshidratado crudo se sinteriza luego, si es posible eliminando en primer lugar el agente aglome-
rante.

Una desventaja de la formación de la tela en húmedo es que, en el caso de que se utilicen fibras delgadas y relativamente cortas, algunas de las fibras más cortas son aspiradas a través del tamiz, junto con el agua que se elimina del lodo. En el caso de telas delgadas fabricadas antes de la sinterización, el paso de deshidratación puede producir por estiramiento orificios pequeños o mayores en la tela en los cuales no se retienen fibras para la sinterización. Asimismo, se obtiene una huella del retículo soportante, utilizado para soportar el lodo húmedo durante la deshidratación. El patrón del retículo se reconoce sobre la tela deshidratada como puntos repetitivos más finos.

Como resultado, el lodo deshidratado y por tanto el medio de fibras metálicas sinterizadas, pueden tener zonas heterogéneas en las cuales están presentes menos fibras, incluso cuando se apilan varias capas de las telas recién deshidratadas unas sobre otras antes de la sinterización.

Especialmente en el caso de que se utilicen fibras con pequeño diámetro equivalente, v.g. 2 \mum a 6 \mum, se aprecia el fenómeno de estiramiento de las fibras con el agua durante la deshidratación. Esto es debido a que usualmente la cantidad de fibras con longitudes más pequeñas es mayor a medida que las fibras son más finas. Como resultado, más fibras con longitud corta son aspiradas con el agua durante la deshidratación en el caso de fibras con pequeño diámetro equivalente.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un medio de fibras metálicas sinterizadas que resuelve los inconvenientes de la técnica anterior.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un medio de fibras metálicas sinterizadas que puede limpiarse más eficientemente, v.g. por retropulsación, retrolavado o lavado en contracorriente.

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Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un medio de fibras metálicas sinterizadas que comprende fibras metálicas finas, que tiene propiedades homogéneas en toda su superficie, incluso cuando el medio de fibra metálica es fluido.

Es adicionalmente un objeto de la presente invención proporcionar un medio de fibras metálicas sinterizadas que tiene una eficiencia de filtración mejorada, incluso para espesor reducido del medio.

Un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención comprende al menos una primera capa de fibras metálicas, teniendo las fibras metálicas de esta capa un diámetro equivalente D1. Esta primera capa de fibras metálica proporciona una primera superficie externa al medio de fibras metálicas sinterizadas. Un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención tiene un tamaño medio de poros de flujo inferior a 2 veces el diámetro equivalente D1.

Con la expresión diámetro equivalente de una fibra metálica se entiende el diámetro de un círculo imaginario que tiene la misma superficie que la superficie de una sección transversal radial de la fibra.

El tamaño medio de poros de flujo se mide utilizando un equipo de test "Coulter Porometer II", que realiza medidas del tamaño medio de los poros de flujo de acuerdo con ASTM F-316-80.

Las fibras metálicas de la primera capa de fibras metálicas tienen todas ellas una longitud de fibra individual. Dado que puede existir cierta distribución en estas longitudes de fibra, debido al método de fabricación de las fibras metálicas, las fibras metálicas de la primera capa de fibras metálicas de un medio de fibras metálicas sinterizada como el objeto de la invención se identifican preferiblemente utilizando la longitud media de fibra L1. Esta longitud se determina por medición de un número significativo de fibras presentes en la primera capa de fibras metálicas, de acuerdo con estándares estadísticos apropiados. La longitud media de fibra de las fibras metálicas en la primera capa de fibras metálicas puede ser menor que 10 mm, v.g. menor que 6 mm, preferiblemente menor que 1 mm, tal como menor que 0,8 mm o incluso menor que 0,6 mm, tal como menor que 0,2 mm.

Un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención se caracteriza porque las fibras metálicas en la primera capa de fibras metálicas en el medio de fibras metálicas sinterizadas tienen una relación de longitud media de fibra a diámetro (L1/D1) que es preferiblemente menor que 110, más preferiblemente menor que 105 o incluso menor que 100, pero usualmente mayor que 30. Una L1/D1 de aproximadamente 30 a 70 se prefiere para fibras metálicas con diámetro equivalente comprendido en el intervalo de hasta 6 \mum, en el caso de que las fibras metálicas se obtengan por el proceso que se describe en WO 02/057035, que se incorpora en esta memoria por referencia.

Sorprendentemente, se encontró que un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención puede limpiarse repetitivamente, v.g. por retrolavado, con eficiencia alta y aparentemente con una retención restringida o incluso nula de partículas después del lavado. Aunque la razón no se conoce por completo, aparentemente una combinación de dicho tamaño medio de poros de flujo pequeño en comparación con el diámetro equivalente de la fibra, para el cual deben utilizarse métodos de producción particulares como se describirá más adelante, o para el cual deben aplicarse tratamientos adicionales al medio de fibras metálicas sinterizadas después de la sinterización, como se explica v.g. en EP329863A1 a fin de obtener dicho tamaño medio pequeño de poros de flujo, combinado con el uso de fibras metálicas cuya relación L/D es menor que 110, parece proporcionar dicho comportamiento ventajoso durante la retropulsación, el lavado en contracorriente o el retrolavado del medio de fibras metálicas sinterizadas.

Preferiblemente, el diámetro equivalente D1 de las fibras metálicas de la primera capa del medio de fibras metálicas sinterizadas es menor que 100 \mum, tal como menor que 65 \mum, más preferiblemente menor que 36 \mum tal como 35 \mum, 22 \mum o 17 \mum. Posiblemente, el diámetro equivalente de las fibras metálicas es menor que 15 \mum, tal como 14 \mum, 12 \mum u 11 \mum, o incluso más preferiblemente menor que 9 \mum tal como v.g. 8 \mum. Muy preferiblemente, el diámetro equivalente D1 de las fibras metálicas es menor que 7 \mum o menor que 6 \mum, v.g. menor que 5 \mum, tal como 1 \mum, 1,5 \mum, 2 \mum, 3 \mum, 3,5 \mum o 4 \mum.

Preferiblemente, se encontró que el medio de fibras metálicas sinterizadas tiene un tamaño medio de poros de flujo menor que 1,5 veces dicho diámetro equivalente D1. Más preferiblemente, el tamaño medio de poros de flujo del medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención es igual a o menor que el diámetro equivalente D1 de las fibras metálicas de la primera capa de fibras metálicas del medio de fibras metálicas sinterizadas, aumentado en 1 \mum. Este es el caso en particular cuando se utilizan fibras metálicas que tienen un diámetro equivalente D1 igual o menor que 6 \mum, y de modo más particular cuando el diámetro equivalente D1 es menor que 5 \mum. Muy preferiblemente, se utilizan fibras metálicas, sean estiradas en haz o cortadas en bobina, que han sido sometidas a una reducción de la longitud de fibra por medio de un proceso como se describe en WO02/057035.

Puede utilizarse cualquier tipo de metal o aleación metálica para proporcionar las fibras metálicas. Las fibras metálicas están hechas por ejemplo de acero tal como acero inoxidable. Aleaciones de acero inoxidable preferidas son aleaciones de las series AISI 300 o AISI 400, tales como AISI 316L o AISI 347, o aleaciones que contienen Fe, Al y Cr, utilizándose aceros inoxidables que contienen cromo, aluminio y/o níquel y 0,05 a 0,3% en peso de itrio, cerio, lantano, hafnio o titanio, tales como v.g. aleaciones DIN 1.4766 o Fecralloy®. Asimismo pueden utilizarse cobre o aleaciones de cobre, o titanio o aleaciones de titanio. Las fibras metálicas pueden estar hechas también de níquel o una aleación de níquel.

Las fibras metálicas pueden producirse por cualquier método de producción de fibras metálicas conocido actualmente, v.g. por operación de estiramiento en haz, por operación de recorte en bobina como se describe en JP 3083144, por operaciones de corte de alambre (tal como lana de acero) o por un método que produzca fibras metálicas a partir de un baño de aleación metálica fundida.

Con objeto de proporcionar las fibras metálicas con su longitud media, las fibras metálicas pueden cortarse utilizando el método que se describe en WO 02/057035, o por utilización del método para proporcionar granos de fibras metálicas tal como se describe en US 4.664.971.

El espesor de la primera capa de fibras metálicas del medio de fibras metálicas sinterizadas puede variar dentro de un amplio intervalo, pero pueden obtenerse primeras capas de fibras metálicas relativamente delgadas, v.g. capas con espesor menor que o igual a 0,2 mm o incluso menor que o igual a 0,1 mm. De modo aún más sorprendente, se encontró que pueden obtenerse medios de fibras metálicas sinterizadas que tienen tales primeras capas de fibras metálicas con espesor menor que 0,2 mm o menor que 0,1 mm, y una presión en el punto de burbuja mayor que 10.000 Pa. Se observó también que puede obtenerse una alta eficiencia de filtración cuando tales medios de fibras metálicas sinterizadas que tienen una primera capa de fibras metálicas con espesor menor que 0,2 mm o menor que 0,1 mm se utilizan como filtro para líquidos.

La presión en el punto de burbuja se mide operando de acuerdo con el método de test ISO 4003.

El peso de la primera capa de fibras metálicas del medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención es preferiblemente menor que 500 g/m^{2}, más preferiblemente menor que 400 g/m^{2} o incluso menor que 300 g/m^{2} tal como menor que 100 g/m^{2}, v.g. menor que 40 g/m^{2} o incluso menor que 30 g/m^{2}.

La porosidad del medio de fibras metálicas sinterizadas puede variar dentro de un amplio intervalo, pero se encontró que dicho medio de fibras metálicas sinterizadas puede tener una porosidad en el intervalo de 40% a 99%, v.g. menor que o igual a 80%, tal como comprendido en el intervalo de 55% a 80%, más preferiblemente menor que o igual a 70%, tal como en el intervalo de 55% a 70%. El término "porosidad" P debe entenderse como

P = 100*(1-d)

en donde

d = (peso de 1 m^{3} de capa de fibras metálicas)/(SF)

en donde

SF = peso específico por m^{3} de aleación de la cual están hechas las fibras metálicas de capa de fibras metálicas.

Un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención está constituido por la primera capa de fibras metálicas. Alternativamente, se entenderá que a continuación de la primera capa de fibras metálicas que proporciona una primera superficie externa al medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención, el medio de fibras metálicas sinterizadas puede comprender una estructura metálica porosa adicional. Esta estructura metálica porosa puede ser una malla metálica, v.g. una rejilla metálica soldada o trenzada, o una chapa metálica expandida. La estructura metálica porosa puede comprender también una o más capas de fibras metálicas adicionales. La estructura metálica porosa puede comprender también una o más capas de fibras metálicas adicionales y una malla metálica, v.g. una rejilla metálica soldada o trenzada, o una chapa metálica expandida.

Preferiblemente, el diámetro equivalente D2 de las fibras metálicas de una segunda capa de fibras metálicas es mayor que el diámetro equivalente D1 de las fibras metálicas de la primera capa de fibras metálicas.

Preferiblemente, la longitud media de fibra L2 de las fibras metálicas de una segunda capa de fibras metálicas es mayor que la longitud media de fibra L1 de las fibras metálicas de la primera capa de fibras metálicas.

Debe entenderse que la primera capa de fibras metálicas y las capas adicionales de la estructura porosa están sinterizadas unas a otras, sea en una sola operación de sinterización o después que cada una o alguna de las capas se han sinterizado individualmente. La porosidad de la estructura metálica porosa, y de su elemento y/o sus capas, es preferiblemente mayor que la porosidad de la primera capa de fibras metálicas.

Dado que la primera capa de fibras metálicas proporciona una primera superficie externa de la estructura de fibras metálicas sinterizadas, ventajosamente esta superficie externa tiene una superficie sustancialmente plana. Con sustancialmente plana se entiende que el valor Ra, medido sobre una longitud estadísticamente relevante, es menor que tres veces el diámetro equivalente D1 de las fibras metálicas presentes en la primera capa externa del medio de fibras metálicas sinterizadas. De modo más preferido, el valor Ra de la primera superficie externa del medio de fibras metálicas sinterizadas es menor que el diámetro equivalente D1, por ejemplo menor que 0,5 veces el diámetro equivalente D1.

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El valor Ra se define como la desviación aritmética media de la altura superficial desde la línea media a través del perfil medido de la longitud medida. La línea media se define de tal manera que se encuentran áreas iguales del perfil por encima y por debajo de la línea.

Aunque no debe considerarse como limitante, un método para proporcionar la primera capa de fibras metálicas del medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención, comprende los pasos de:

\bullet: proporcionar fibras metálicas con diámetro equivalente D1 y longitud media de fibra L1 apropiados, para las cuales D1/L1 es menor que 110;

\bullet: preparar un lodo que comprende las fibras metálicas y un agente aglomerante por mezcla de las fibras metálicas y el agente aglomerante;

\bullet: colar en cinta una capa de este lodo sobre un soporte utilizando un aplicador tal como una cuchilla doctor;

\bullet: solidificar el lodo colado, proporcionando una lámina metálica delgada que comprende las fibras metálicas y el agente aglomerante;

\bullet: eliminar el agente aglomerante de la lámina metálica delgada y sinterizar las fibras metálicas, obteniendo así una primera capa de fibras metálicas sinterizadas.

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En un primer paso, se proporcionan fibras metálicas.

En el segundo paso del método como el objeto de la invención, se proporciona preferiblemente el lodo utilizando fibras metálicas, un agente aglomerante y un disolvente para disolver el agente aglomerante. De modo muy preferible, se utiliza un agente aglomerante soluble en agua, y se aplica disolvente agua como disolvente.

Preferiblemente, el lodo, que comprende fibras metálicas, un disolvente y un agente aglomerante, tiene con preferencia una concentración de fibras metálicas comprendida en el intervalo de 2% en peso a 40% en peso del lodo. Preferiblemente, las fibras metálicas representan 5% en peso a 15% en peso del lodo por. Se ha encontrado que cuanto menor es el diámetro equivalente de las fibras metálicas, tanto menor se mantiene la concentración de fibras metálicas.

Alternativamente, el lodo comprende un agente aglomerante polímero y fibras metálicas, calentándose dicho agente aglomerante polímero para reducir su viscosidad.

Un agente aglomerante para el propósito de la invención debe entenderse como un producto para espesamiento del lodo. Preferiblemente se utiliza un agente aglomerante soluble en agua, v.g. poli(alcoholes vinílicos), éteres de metil-celulosa, hidroxipropilmetilcelulosa, poliéteres de óxido de etileno, polímeros de ácido acrílico o copolímeros acrílicos. El agente aglomerante se añade al disolvente, en una concentración comprendida preferiblemente entre 0,5% en peso y 30% en peso del lodo. De modo muy preferido, se selecciona un agente aglomerante que requiere una concentración menor que 20% en peso o incluso menor que 15% en peso o menor aún que 10% en peso del lodo, a fin de proporcionar la viscosidad requerida. Se utiliza preferiblemente para el lodo un intervalo de viscosidad entre 1000 cPs y 20.000 cPs. Los componentes del lodo se mezclan utilizando equipo de mezcladura apropiado. En el caso de que se produzca formación de espuma en el lodo, se añaden pequeñas cantidades de un componente antiespumante.

El lodo se somete luego a colada en cinta utilizando un aplicador tal como una cuchilla doctor sobre una superficie, que es con preferencia sustancialmente plana. La holgura del aplicador se mantiene relativamente pequeño, es decir preferiblemente entre 0,2 mm y 6 mm, tal como menor que 3 mm.

La holgura y por tanto el espesor de la capa del lodo se selecciona en función de la cantidad de fibras metálicas en el lodo, el peso requerido por unidad de superficie del medio de fibras metálicas sinterizadas, y la densidad requerida del medio de fibras metálicas sinterizadas.

En un paso siguiente, el lodo colado se solidifica, formando una lámina delgada que comprende el agente aglomerante y las fibras metálicas. Esta se realiza por evaporación de la totalidad del disolvente. Puede utilizarse un disolvente que se evapora fácilmente a la temperatura ambiente. La evaporación puede ejecutarse como un paso de secado en el caso de que se utilice agua como disolvente, en cuyo caso se evapora toda el agua del lodo. El paso de solidificación puede ejecutarse como evaporación del disolvente, forzada por calentamiento del lodo colado, v.g. forzando aire caliente sobre la superficie del lodo colado, o por radiación, v.g. radiación IR o radiación de microondas. Debe entenderse que únicamente se evapora el disolvente, v.g. agua, que no estaba combinado químicamente con el agente aglomerante. Debe entenderse que, en el caso de evaporación de todo el disolvente, el espesor del lodo colado se reduce en cierto grado, a medida que se reduce el volumen del lodo para proporcionar el volumen de la lámina metálica.

Alternativamente, el agente aglomerante se solidifica por enfriamiento del lodo colado en el caso de que el agente aglomerante se calentara para reducir su viscosidad.

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Posiblemente, la lámina metálica se comprime y se reduce su espesor, antes de la eliminación del agente aglomerante y la sinterización. Esto tiene por objeto reducir la porosidad de la capa de fibras metálicas sinterizadas que se obtendrá después de la sinterización, y alisar la superficie externa de la primera capa de fibras metálicas.

En un paso final, la lámina metálica que comprime las fibras metálicas y el agente aglomerante se somete primeramente a tratamiento térmico, para eliminación del agente aglomerante, y para sinterizar consecutivamente las fibras metálicas unas a otras. Dicha eliminación del agente aglomerante y sinterización puede realizarse en una sola operación térmica, o puede ejecutarse como dos operaciones consecutivas, que no se realizan necesariamente una inmediatamente después de la otra.

Posiblemente, varias capas de lámina metálica pueden apilarse para formar un medio estratificado. Las diferentes láminas metálicas no tienen que comprender fibras metálicas idénticas, ni deben tener un contenido idéntico de fibras metálicas por unidad de superficie o de volumen. Las distintas láminas metálicas pueden diferir unas de otras en fibras metálicas, contenido de fibras metálicas, espesor, peso y otras propiedades.

Posiblemente, otras estructuras metálicas porosas pueden apilarse a una o más láminas metálicas. Como ejemplo, una malla de tela metálica, una chapa metálica expandida o una o más capas de tela extendida al aire, tela depositada en húmedo o una capa de polvo metálico puede añadirse a las láminas metálicas que comprenden fibras metálicas y un agente aglomerante.

Posiblemente, se añade a la pila una lámina metálica delgada o una chapa metálica.

Después de la sinterización, el medio de fibras metálicas sinterizadas puede someterse ulteriormente a una compresión, v.g. laminación o calandrado, a fin de reducir ulteriormente el espesor del medio de fibras metálicas sinterizadas, o alisar la superficie del medio de fibras metálicas sinterizadas.

Aparentemente, dicho método como el objeto de la invención da como resultado un medio de fibras metálicas sinterizadas que tiene a la vez todas las fibras metálicas en el medio, de tal modo que la relación L/D de fibras metálicas en el medio de fibras metálicas sinterizadas no difiere significativamente de la relación de las fibras antes de la producción del medio, y entretanto, la distribución de las fibras en el medio es más uniforme, de tal modo que pueda obtenerse un tamaño medio de poros de flujo menor que tres veces el diámetro equivalente de las fibras. Se supone que esto último está causado en su mayor parte por una mayor cantidad de disolvente utilizada en el lodo, y la eliminación de la totalidad del disolvente por evaporación.

Puede proporcionarse una estructura porosa adicional al medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención por sinterización en una segunda operación de sinterización de esta estructura porosa a la primera capa de fibras metálicas. Alternativamente, la estructura porosa se proporciona a la lámina metálica (comprimida o no) antes de la eliminación del agente aglomerante y sinterización de la primera capa de fibras metálicas.

Se ha observado que, con indiferencia del valor de las propiedades físicas, los medios de fibras metálicas sinterizadas obtenidos por dicho método, tienen propiedades físicas que son más homogéneas en la superficie de los medios en comparación con medios producidos utilizando un método como el conocido en la técnica.

Un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención puede utilizarse ventajosamente como medio de filtración, para filtración de partículas de fluidos, sean gases o líquidos, v.g. por filtración superficial. Como ejemplo, el medio de fibras metálicas sinterizadas puede utilizarse para filtración de hollín, o para filtración de bebidas, tales como cerveza, vino, o para filtración de aceites o fluidos refrigerantes. El medio de fibras metálicas sinterizadas puede utilizarse también en pilas de combustible.

Breve descripción de los dibujos

La invención se ilustrará a continuación con mayor detalle con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales

- la Figura 1 muestra esquemáticamente un medio de fibras metálicas sinterizadas utilizado en una aplicación de filtros de superficie.

- La Figura 2 muestra el rendimiento de flujo líquido a través de un medio de fibras metálicas sinterizadas después de retropulsación, que se expresa como porcentaje del rendimiento del filtro crudo, en función de los números de limpieza por retropulsación.

Descripción de las realizaciones preferidas de la invención

Como una realización preferida de la presente invención, se produce un medio de fibras metálicas sinterizadas que comprende fibras con un diámetro equivalente 2 \mum utilizando un método que comprende los pasos de

\bullet: proporcionar fibras metálicas por estiramiento en haz;

\bullet: reducción de la longitud de las fibras utilizando el método según WO02/057035;

\bullet: producción de un lodo de estas fibras, un agente aglomerante y un disolvente;

\bullet: colada en cinta de este lodo;

\bullet: secado de este lodo colado en cinta por evaporación de todo el disolvente contenido en el lodo colado;

\bullet: producción de una pila de capas coladas en cinta secas;

\bullet: eliminación del agente aglomerante de las capas coladas en cinta secas apiladas;

\bullet: sinterización de las fibras metálicas;

\bullet: compresión del medio de fibras metálicas sinterizadas.

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Alternativamente, la lámina metálica se comprimió antes de la eliminación del agente aglomerante y la sinterización.

En un primer paso, se proporcionan fibras metálicas con diámetro equivalente D1 de 2 \mum, producido por medio de procesos de estiramiento en haz. Las fibras metálicas sinfín se cortan en fibras metálicas que tienen una longitud media L1 de 109 \mum, utilizando el método de WO02/057035. Las fibras metálicas estaban constituidas por aleación AISI 316L. L1/D1 es por tanto 54,5.

Después de ello, se produjo un lodo utilizando la composición siguiente:

9,09% en peso del lodo eran fibras metálicas,

1,36% en peso del lodo era metil-celulosa-éter (que era el agente aglomerante),

89,55% en peso del lodo era agua (que era el disolvente).

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El lodo se coló en cinta utilizando una cuchilla doctor que tenía una holgura de 1,5 mm.

Dicho lodo colado se solidificó por secado al aire durante aproximadamente 24 h. Alternativamente, puede utilizarse radiación IR para calentar el lodo colado y favorecer la operación de secado. Se obtuvo un lodo que comprendía el agente aglomerante con agua combinada químicamente y fibras metálicas. Se obtuvo una lámina metálica que tenía un espesor de 251 \mum y tenía un peso de 127 g/m^{2}. El medio de fibras metálicas no sinterizadas comprendía de nuevo 13% en peso de agente aglomerante y 87% en peso de fibras metálicas.

Se apilaron varias láminas metálicas para proporcionar una lámina metálica estratificada de aproximadamente
400 g/m^{2}.

La pila de láminas metálicas, en este caso cuatro capas, se somete durante aproximadamente 30 minutos a una temperatura de 400ºC a la atmósfera ambiente para eliminar el agente aglomerante. A continuación, el material desprendido del agente aglomerante se sinterizó a 1100ºC durante aproximadamente 30 minutos bajo H_{2}. Las fibras metálicas de todas las capas de lámina metálica se sinterizaron unas a otras.

El medio de fibras metálicas sinterizadas obtenido se laminó hasta una porosidad de 65%, teniendo un peso de aproximadamente 369 g/m^{2}. El medio de fibras metálicas sinterizadas tiene una presión en el punto de burbuja de 9470 Pa y un tamaño medio de poros de flujo de 2,9 \mum.

Se obtuvo de manera idéntica un medio de fibras metálicas sinterizadas alternativo como el objeto de la invención; sin embargo, únicamente tres capas de fibras metálicas y agente aglomerante se apilaron antes de la sinterización. Se obtuvo un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención, que comprendía fibras metálicas hechas de acero inoxidable AISI 316L que tenían un diámetro equivalente de 2 \mum, y una relación L/D de 54,5. La porosidad del medio de fibras metálicas sinterizadas era 65%, y se obtuvo un peso por unidad de superficie de 300 g/m^{2}, y un tamaño medio de poros de flujo de 3,4 \mum, que tenía entre tanto una presión en el punto de burbuja de 9444 Pa. Este medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención se utilizó posteriormente como medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención en la Figura 2.

Posiblemente, se añade una malla metálica de alambre al producto de fibras metálicas sinterizadas, y se somete nuevamente a una operación de sinterización a alto vacío a aproximadamente 1050ºC durante 60 minutos. La malla puede añadirse también a la pila de láminas metálicas producida antes de la primera operación de sinterización.

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Utilizando pasos similares, puede obtenerse un producto de fibras metálicas sinterizadas, cuando se utilizan fibras metálicas de 1,5 \mum de diámetro, que tienen una relación L/D sustancialmente similar. El medio de fibras metálicas sinterizadas obtenido tiene un peso de aproximadamente 333 g/m^{2} y una porosidad de 65%. El medio de fibras metálicas sinterizadas tiene una presión en el punto de burbuja de 13609 Pa y un tamaño medio de poros de flujo de 2,4 \mum. Se obtuvo un Ra de 0,99 \mum.

Para ambas realizaciones, en varias circunstancias, puede obtenerse una retención mayor que 99,95% de todas las partículas que tienen un diámetro de 0,51 \mum.

Un medio de fibras metálicas sinterizadas puede utilizarse para filtración en superficie de partículas sólidas a partir de gases, tales como gases de escapa, o líquidos tales como aceites o bebidas.

Como se muestra en la Figura 1, las partículas 101 se ven impedidas de penetrar en el medio de fibras metálicas sinterizadas 102 a medida que el tamaño medio de poros de flujo se mantiene muy pequeño en la superficie de entrada 103 del medio de filtración 104, que es una superficie externa del medio de fibras metálicas sinterizadas 102 que proporciona esta superficie de entrada 103 del medio filtrante 104. Una malla metálica 105, posiblemente sinterizada al medio de fibras metálicas sinterizadas 102, posicionada en el área de salida 106 del medio filtrante 104, puede proporcionar resistencia a la presión del medio filtrante 104.

Un medio de fibras metálicas sinterizadas similar como el objeto de la invención se proporcionó utilizando parámetros de proceso sustancialmente idénticos, excepto que se proporcionaron únicamente dos capas de fibras metálicas solidificadas, y agente aglomerante, teniendo cada una un peso de 230 g/m^{2}. Las fibras metálicas utilizadas eran fibras de acero inoxidable AISI 316L con un diámetro equivalente de fibra de 1,5 \mum, y una relación media de longitud a diámetro (L/D) de 50. Las capas se pusieron una sobre otra antes de la sinterización. Después de la sinterización, se obtuvo un medio de fibras metálicas sinterizadas de 0,1 mm de espesor y con un peso de 400 g/m^{2}, que tenía una porosidad de 50%. Se obtuvo un tamaño medio de poros de flujo de 1,7174 \mum y una presión en el punto de burbuja de 13.400 Pa.

La Ra de este medio de fibras metálicas sinterizadas era 0,525 \mum.

Como se muestra en la Figura 2, el medio de fibras metálicas sinterizadas que se ha descrito arriba se sometió a un test en el cual el medio de fibras metálicas sinterizadas se utilizó como medio filtrante para filtración de un líquido (80% en volumen de agua, 20% en volumen de etanol) con partículas de Pural, que eran partículas de óxido de aluminio que tenían una distribución de tamaños de la cual el 10% en volumen de las partículas tienen un diámetro menor que 1 \mum, 50% en volumen de las partículas tenían un diámetro menor que 5 \mum y 90% en volumen de las partículas tienen un diámetro menor que 23 \mum. Después 3,5 minutos de carga, el filtro se limpió con una retropulsación.

El rendimiento del líquido que fluía a través del medio de fibras metálicas sinterizadas después de la retropulsación y que se expresa como porcentaje del rendimiento del filtro crudo, se representó en la ordenada 201, en función de los números 202 de limpieza por retropulsación. Como se muestra en la Figura 2, la curva 210 del medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención revela que después de cada operación de limpieza, se obtiene un rendimiento sustancialmente idéntico. Esto indica que la retropulsación eliminaba siempre sustancialmente la totalidad de las partículas filtradas por el medio de fibras metálicas sinterizadas.

Las curvas 220, 230 y 240 son curvas de medio de fibras metálicas sinterizadas de la técnica anterior, sometidas al mismo montaje de test.

La curva 220 es un medio de fibras metálicas sinterizadas que se proporcionó a partir de fibras de 2 \mum de diámetro equivalente de AISI 316L, teniendo dicho medio una porosidad de 65% y un peso de 300 g/m^{2}, un tamaño medio de poros de flujo de 3,34 \mum y una relación L/R de aproximadamente 2500. El medio estaba constituido por telas depositadas al aire. La curva 230 es un medio de fibras metálicas sinterizadas que se proporcionó a partir de fibras de 2 \mum de diámetro equivalente de AISI 316L, teniendo dicho medio una porosidad de 65% y un peso de 300 g/m^{2}, un tamaño medio de poros de flujo de 3,32 \mum, y una relación L/R de 1500. El medio estaba producido por extensión de tela en húmedo y deshidratación del lodo de acuerdo con la tecnología conocida de fabricación del papel.

A partir de estas curvas, obtenidas utilizando medio de fibras metálicas sinterizadas de la técnica anterior, está claro que la facilidad de limpieza del medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con la técnica anterior se mejora notablemente por la utilización de un medio de fibras metálicas sinterizadas como el objeto de la invención. En el caso de la utilización del medio de fibras metálicas sinterizadas de la técnica anterior, el medio no se limpia por completo, lo que causa pérdidas importantes de rendimiento después de operaciones de limpieza repetitivas.

Claims

1. Un medio de fibras metálicas sinterizadas que comprende al menos una primera capa de fibras metálicas que proporciona una primera superficie externa a dicho medio de fibras metálicas sinterizadas, comprendiendo dicha primera capa de fibras metálicas fibras metálicas que tienen un diámetro equivalente D1, teniendo dicho medio un tamaño medio de poros de flujo inferior a dos veces dicho diámetro equivalente D1, caracterizado porque dichas fibras metálicas de dicha primera capa de fibras metálicas tienen una longitud media de fibra L1, siendo la relación L1/D1 menor que 110.

2. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicho diámetro equivalente es menor que 5 \mum.

3. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual el espesor de dicha primera capa de fibras metálicas es menor que 0,2 mm.

4. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho tamaño medio de poros de flujo es menor que 1,5 veces dicho diámetro equivalente.

5. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual dicho tamaño medio de poros de flujo es menor que 3,5 \mum.

6. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual dicho medio tiene una porosidad menor que 80%.

7. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual dicho medio tiene una porosidad menor que 70%.

8. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual dicho medio tiene una presión en el punto de burbuja mayor que 10.000 Pa.

9. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual dicho medio está constituido por dicha primera capa de fibras metálicas.

10. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual dicho medio comprende una estructura metálica porosa, que se sinteriza a dicha primera capa de fibras metálicas.

11. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual dicha estructura metálica porosa es una malla metálica.

12. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual dicha estructura metálica porosa comprende una segunda capa de fibras metálicas, comprendiendo dicha segunda capa de fibras metálicas fibras metálicas que tienen un diámetro equivalente D2 mayor que dicho diámetro equivalente D1 de dichas fibras metálicas de dicha primera capa de fibras metálicas.

13. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con la reivindicación 12, en el cual dicha estructura metálica porosa comprende adicionalmente una malla metálica que está sinterizada a dicha segunda capa de fibras metálicas.

14. Un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el cual dicha primera superficie externa del medio de fibras metálicas sinterizadas tiene un valor Ra menor que 3 veces el diámetro equivalente D1.

15. El uso de un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para aplicación de filtración de superficies de partículas sólidas de gases o líquidos.

16. El uso de un medio de fibras metálicas sinterizadas de acuerdo con la reivindicación 15 para la filtración de vino.