ES2913643T3 - Medio de filtro con una capa de material no tejido y una capa de material soplado por fusión - Google Patents

Medio de filtro con una capa de material no tejido y una capa de material soplado por fusión Download PDF

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Abstract

Medio de filtro que comprende una capa de material no tejido, que presenta fibras de dos componentes, y una capa de material soplado por fusión, que comprende fibras de poliéster con un diámetro promedio (d1) inferior a 1,8 μm, en donde el espesor de la capa de material no tejido es inferior a 0,4 mm con 0,1 bar de presión de apoyo, y al menos el 25 % de las fibras de poliéster de la capa de material soplado por fusión tienen un diámetro (d) inferior a 1 μm.

Description

DESCRIPCIÓN
Medio de filtro con una capa de material no tejido y una capa de material soplado por fusión
La presente invención se refiere a un medio de filtro, que comprende una capa de material no tejido con fibras de dos componentes y una capa de material soplado por fusión, y un elemento de filtro con un medio de filtro de este tipo.
Estado de la técnica
El periodo de servicio o también la vida útil de un elemento de filtro es el tiempo que transcurre desde el momento del primer uso del elemento de filtro hasta que se consigue una presión diferencial máxima predeterminada. Cuanto más grande sea la superficie de filtración del elemento de filtro y cuanto mejor sea la capacidad de almacenamiento de polvo del medio de filtro (material de filtro) debido a su naturalizada de superficie, mayor es el periodo de servicio. La diferencia de presión indica la distinción de presión que impera durante el flujo inicial del material de filtro con el fluido que va a filtrarse delante y detrás del material de filtro.
Cuanto más baja sea la diferencia de presión, más alto es el caudal de fluido con rendimiento de bombeo predeterminado. La diferencia de presión es, en el caso de un material de filtro predeterminado y en el caso de un flujo volumétrico predeterminado del líquido que va a filtrarse, tanto más baja, cuanto mayor sea la superficie de filtración de un elemento de filtro.
Para conseguir una superficie de filtración lo más grande posible, se pliegan la mayoría de los materiales de filtro. El número de pliegues está limitado, sin embargo, por el tamaño y la geometría del elemento de filtro.
Para que el material de filtro plegado resista también altas cargas mecánicas, debe ser el material de filtro lo más rígido posible. Para conseguir la rigidez deseada, es necesario con frecuencia usar una capa más gruesa. El espesor mayor del material de filtro tiene sin embargo el inconveniente de que pueden formarse menos pliegues, de modo que se reduce la superficie de filtro que está a disposición. Esto influye negativamente a su vez en la capacidad de almacenamiento de polvo del elemento de filtro y conduce a una pérdida de presión mayor.
Por tanto, la invención se basa en el objetivo de crear un medio de filtro con periodo de servicio muy bueno, eficiencia, capacidad de almacenamiento y rigidez, y que además ofrezca la posibilidad de conseguir con el plegado una superficie de filtro más grande. Además debe presentar el material de filtro en el caso del uso a altas temperaturas una fragilidad lo más baja posible.
Los documentos WO2010049052 A1 y WO2008078858 A1 divulgan un medio de filtro que comprende una capa de material no tejido, que presenta fibras de dos componentes, y una capa de material soplado por fusión.
Sumario de la invención
El objetivo se soluciona de acuerdo con la invención mediante un material de filtro con las características de la reivindicación 1 y un elemento de filtro con las características de la reivindicación 15. Las formas de realización ventajosas de la invención están descritas en las otras reivindicaciones.
Descripción detallada de la invención
El medio de filtro de acuerdo con la invención comprende una capa de material no tejido, preferentemente una capa de velo de hilatura, que presenta fibras de dos componentes, y una capa de material soplado por fusión, que comprende fibras de poliéster con un diámetro promedio inferior a 1,8 pm. El espesor de la capa de material no tejido es inferior a 0,4 mm con 0,1 bar de presión de apoyo. Al menos el 25 % de las fibras de poliéster de la capa de material soplado por fusión tienen un diámetro inferior a 1 pm.
Ha resultado sorprendente que mediante la combinación de acuerdo con la invención de la capa de material no tejido que contiene fibras de dos componentes y la capa de material soplado por fusión se consiga un periodo de servicio muy bueno, eficiencia y rigidez. Además puede conseguirse una superficie de filtro mayor con el plegado. Además, el material de filtro presenta en el caso del uso a altas temperaturas y oscilaciones de temperatura, por ejemplo debajo del capó de vehículos o en turbinas de gas, solo una baja fragilidad.
El medio de filtro de acuerdo con la invención no muestra modificaciones físicas esenciales y ninguna caída de la eficiencia, cuando se expone a una temperatura hasta 160 °C.
La eficiencia y la pérdida de presión del medio de filtro de la presente invención sigue siendo constante o al menos esencialmente constante, aun cuando el medio de filtro se exponga durante 15 minutos a una temperatura de 140 °C y preferentemente de 160 °C. La pérdida de presión del medio de filtro se eleva no más del 10 % y preferentemente no más del 5 %, después de que se exponga el medio de filtro durante 15 min a una temperatura de 140 °C. La pérdida de presión del medio de filtro se eleva no más del 10 % y preferentemente no más del 5 %, después de que se exponga el medio de filtro durante 15 min a una temperatura de 160 °C. Las mediciones se realizaron tal como se describe a continuación.
La capacidad de almacenamiento de polvo del medio de filtro de la presente invención sigue siendo constante o al menos esencialmente constante, aun cuando el medio de filtro se exponga durante 15 minutos a una temperatura de 140 °C y preferentemente de 160 °C. La capacidad de almacenamiento de polvo del medio de filtro se reduce no más del 20 % y preferentemente no más del 10 %, después de que se exponga el medio de filtro durante 15 min a una temperatura de 140 °C. La pérdida de presión del medio de filtro se reduce no más del 20 % y preferentemente no más del 10 %, después de que se exponga el medio de filtro durante 15 min a una temperatura de 160 °C. Las mediciones se realizaron tal como se describe a continuación.
El medio de filtro de acuerdo con la invención presenta una eficiencia del 35 % (clase F7), del 50 % (clase F8) o bien del 70 % (clase F9). La eficiencia indicada se corresponde con la eficiencia mínima en porcentaje en el caso de partículas DEHS de 0,4 pm según la norma DIN EN779:2012 (tal como se describe a continuación).
El medio de filtro de la presente invención tiene una masa por unidad de superficie de preferentemente 69 g/m2 - 180 g/m2, preferentemente de 80 g/m2 a 150 g/m2 y de manera especialmente preferente de 90 a 130 g/m2.
Preferentemente, la permeabilidad al aire del medio de filtro asciende a de 140 - 4001/m2s, y de manera especialmente preferente a de 150-250 l/m2s.
Preferentemente, el espesor del medio de filtro con 0,1 bar de presión de apoyo asciende a de 0,32 a 0,82 mm, de manera especialmente preferente a de 0,50 a 0,70 mm. La porosidad del medio de filtro de la presente invención se encuentra preferentemente en del 70 % al 90 % y de manera especialmente preferente en del 80 % al 90 %.
La capa de material no tejido, que preferentemente es una capa de velo de hilatura, tiene preferentemente un espesor inferior a 0,40 mm según la norma DIN EN ISO 534 con 0,1 bar de presión de apoyo. De manera especialmente preferente, el espesor de la capa de material no tejido asciende a de 0,25 a 0,38 mm y en particular a de 0,30-0,35 mm.
La masa por unidad de superficie de la capa de material no tejido asciende a de 60 g/m2 - 120 g/m2, preferentemente a de 75 g/m2 a 90 g/m2, y de manera especialmente preferente a 80 g/m2.
La permeabilidad al aire de la capa de material no tejido asciende a de 1000 - 3500 l/m2s, preferentemente a de 1800­ 2800 l/m2s.
Para la producción de la capa de material no tejido puede usarse cualquier método conocido. Preferentemente, la capa de material no tejido está constituida por un velo de hilatura o material no tejido cardado. El material no tejido puede estar solidificado química y/o térmicamente. De manera especialmente preferente, la capa de material no tejido es una capa de velo de hilatura.
La capa de material no tejido comprende o está constituido por fibras de dos componentes. Las fibras de dos componentes están constituidas por un material termoplástico con al menos una proporción de fibras con un punto de fusión más alto y una segunda proporción de fibras con un punto de fusión más bajo. La configuración física de estas fibras la conoce el experto y está constituida normalmente por una estructura de lado a lado o de revestimiento-núcleo. Las fibras de dos componentes pueden producirse a partir de una pluralidad de materiales termoplásticos, incluyendo poliolefinas (tal como por ejemplo polietilenos y polipropilenos), poliésteres (tal como poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(tereftalato de butileno) (PBT) y PCT), poliamidas incluyendo nailon 6, nailon 6,6, nailon 6,12 etc. Preferentemente se producen las fibras de dos componentes a partir de poliésteres. De manera especialmente preferente, las fibras de dos componentes están constituidas por PET/coPET.
Las fibras de dos componentes tienen preferentemente un diámetro promedio de 10 a 35 pm, de manera especialmente preferente de 14 a 30 pm.
La capa de material soplado por fusión de acuerdo con la invención comprende fibras de poliéster con un diámetro promedio (d1) inferior a 1,8 pm, preferentemente de 0,6 pm< d i <1,8 pm, y de manera especialmente preferente de 0,60 pm <d1 < 1,75 pm, en donde al menos el 25 % y preferentemente el 50 % de las fibras de poliéster de la capa de material soplado por fusión tienen un diámetro (d) inferior a 1 pm, preferentemente 0,6<d<1 pm, y de manera especialmente preferente 0,60<d<0,95 pm. Preferentemente al menos el 25 %, y de manera especialmente preferente al menos el 40 % de las fibras de poliéster en la capa de material soplado por fusión tienen un diámetro de 0,60<d<0,90 pm. La proporción de fibras de poliéster con un diámetro de 0,6<d<0,85 pm es al menos el 25 % y preferentemente al menos el 30 %.
En la presente invención se distingue entre el "diámetro promedio" y el "diámetro". Debido a esto, esta diferencia es importante, dado que el diámetro promedio no indica información sobre la cantidad de fibras finas con un determinado diámetro. La capa de material soplado por fusión de la presente invención tiene preferentemente una masa por unidad de superficie de 9 g/m2 - 35 g/m2, de manera especialmente preferente de 12 g/m2 a 30 g/m2, y en particular de 18 g/m2 a 24 g/m2. Preferentemente, la capa de material soplado por fusión tiene una permeabilidad al aire de 100 - 800 l/m2s, de manera especialmente preferente de 180-400 l/m2s, en particular de 180 a 300 l/m2s. El espesor de la capa de material soplado por fusión asciende preferentemente a de 0,07 a 0,22 mm, de manera especialmente preferente a de 0,10 a 0,16 mm.
Para la producción del material no tejido soplado por fusión de acuerdo con la invención se usa el proceso de soplado por fusión conocido en el mundo técnico. Los polímeros adecuados (en particular poliésteres) son por ejemplo poli(tereftalato de etileno) o poli(tereftalato de butileno). Preferentemente, la capa de material soplado por fusión comprende fibras de poli(tereftalato de butileno). De manera especialmente preferente, la capa de material soplado por fusión está constituida por fibras de poli(tereftalato de butileno). A los polímeros pueden añadirse mediante mezclado, dependiendo de los requerimientos, aún aditivos, tal como por ejemplo agentes de hidrofilización, agentes de hidrofobización, agentes aceleradores de la cristalización o colorantes. Dependiendo del requerimiento puede modificarse en su propiedad la superficie de los materiales no tejidos soplados por fusión mediante procedimientos de tratamiento de superficie, tal como por ejemplo tratamiento corona o tratamiento con plasma. El medio de filtro puede estar constituido o bien solo por la combinación de capa de material no tejido y capa de material soplado por fusión o puede comprender aún una o varias capas distintas.
El medio de filtro puede comprender aparte de la capa de material no tejido y capa de material soplado por fusión adicionalmente una capa protectora, que protege la capa de material soplado por fusión. La capa protectora puede presentar un velo de hilatura, que se produce según el procedimiento de velo de hilatura conocido en el mundo. Los polímeros adecuados para el procedimiento de velo de hilatura son por ejemplo poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de butileno), policarbonato, poliamida, poli(sulfuro de fenileno), poliolefina, TPU (poliuretanos termoplásticos) o mezclas de los mismos. La capa protectora puede presentar fibras de un solo componente o fibras de dos componentes. Preferentemente, la capa protectora comprende fibras de poliéster de un solo componente y de manera especialmente preferente fibras de poli(tereftalato de etileno). En particular, la capa de velo de hilatura está constituida por fibras de poli(tereftalato de etileno) de un solo componente.
La capa protectora puede crearse también mediante un procedimiento de cardado o mediante un procedimiento de soplado por fusión. Los polímeros adecuados para el procedimiento son por ejemplo poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de butileno), policarbonato, poliamida, poli(sulfuro de fenileno) y poliolefina o mezclas de los mismos.
El diámetro promedio (d) de las fibras en la capa protectora es de 2 pm<d<50 pm y preferentemente de 5 pm<d< 30 pm y de manera especialmente preferente de 10 pm<d<20 pm.
La capa protectora tiene una masa por unidad de superficie de 8 g/m2 - 25 g/m2, preferentemente de 10 g/m2 a 20 g/m2, una permeabilidad al aire de 5000 - 120001/m2s, preferentemente de 6800-9000 l/m2s. El espesor de la capa protectora con 0,1 bar de presión de apoyo asciende a de 0,05 a 0,22 mm, preferentemente a de 0,05 a 0,16 mm.
El medio de filtro puede estar constituido también por la capa de material no tejido, la capa de material soplado por fusión y la capa protectora.
El medio de filtro de la presente invención es ya ignífugo sin tratamiento adicional. En este sentido resulta, por ejemplo, según la norma DIN 75200 un valor de B=0. El medio de filtro puede dotarse sin embargo también adicionalmente de manera protectora frente a la llama.
En el caso de filtración dinámica es la dirección del flujo por la capa de soplado por fusión o capa protectora.
En el caso de filtracción estática es la dirección del flujo por la capa de material no tejido.
Para la producción del medio de filtro puede unirse la capa de material soplado por fusión con la capa de material no tejido, preferentemente la capa de velo de hilatura. Para ello puede usarse cualquier procedimiento conocido por el experto, tal como por ejemplo procedimiento de punzonado, procedimiento de punzonado por chorro de agua, procedimientos térmicos (es decir, solidificación por calandrado y solidificación por ultrasonido) y procedimientos químicos (es decir, solidificación por medio de adhesivos). Preferentemente se une la capa de material soplado por fusión con la capa de velo de hilatura por medio de calandria puntual. La presente invención se refiere también a un elemento de filtro que comprende el medio de filtro. El elemento de filtro puede comprender adicionalmente otro medio de filtro, que se diferencia del medio de filtro de acuerdo con la invención, es decir, tiene otras propiedades.
Un campo de aplicación especialmente ventajoso para el medio de filtro de acuerdo con la invención son las turbinas de gas.
Métodos de prueba
Masa por unidad de superficie según la norma DIN EN ISO 536.
Espesor según la norma DIN EN ISO 534 con 0,1 bar de presión de apoyo.
Permeabilidad al aire según la norma DIN EN ISO 9237 con 200 Pa de diferencia de presión.
Eficiencia: Los valores de eficiencia indicados se corresponden con la eficiencia mínima en porcentaje con partículas de 0,4 pm según la norma DIN EN 779:2012, con referencia a la medición de muestras planas base.
Pérdida de presión y capacidad de almacenamiento de polvo: Pérdida de presión a través de las curvas de diferencia de presión-flujo volumétrico y la capacidad de almacenamiento de polvo según la norma DIN71460-1.
Estabilidad frente a la temperatura: Los medios de filtro se exponen durante 15 minutos en un horno a una temperatura de 140 °C o 160 °C y entonces se colocan en un espacio climatizado a 24 °C y un 50 % de humedad del aire. Tras 24 horas en el espacio climatizado a 24 °C y un 50 % de humedad del aire se miden de nuevo los medios de filtro según los métodos de prueba descritos en el presente documento.
La porosidad se calcula a partir de la densidad real del medio de filtro y de la densidad promedio de las fibras usadas según la siguiente fórmula:
Porosidad = (1 - densidad de medio de filtro [g/cm3]/ densidad de fibras [g/cm3])* 100 %
Diámetro de fibras
i. Principio de medición
Por medio de un microscopio electrónico de barrido se registran imágenes en aumento definido. Estas se miden por medio de software automáticos. Los sitios de medición, que detectan puntos de cruzamiento de fibras y por consiguiente no representan el diámetro de las fibras, se separan manualmente. Los haces de fibras se evalúan generalmente como una fibra.
ii. Aparatos
Microscopio electrónico de barrido Phenom Fei con correspondiente software Fibermetric V2.1
iii. Realización de la prueba
Toma de muestras: Material no tejido en 5 sitios por la anchura de la banda (en 1,8 m)
Registro:
a. Chisporrotear la muestra
b. Registro al azar por medio de imagen óptica, el sitio así encontrado se registra con un aumento de 1000 veces por medio de REM.
c. Determinación del diámetro de fibra a través del método "one click", debe registrarse cada fibra una vez; d. El valor promedio y la distribución de diámetro de fibras se evalúan mediante los datos obtenidos por Fibermetric por medio de Excel.
Por consiguiente se registra por material no tejido el diámetro de fibra promedio en al menos cinco sitios. Los cinco valores promedio se agrupan en un valor medio. Este valor se designa como diámetro de fibra promedio del material no tejido.
Se evalúan al menos 500 fibras.
Igualmente se registra la proporción porcentual de fibras con un diámetro <0,95 mm.
e. Error/desviación estándar
Se realiza conjuntamente la desviación estándar.
Ejemplo 1
Un material soplado por fusión de PBT de 19 g/m2 con un espesor de 0,12 mm y una permeabilidad al aire de 280 l/m2s se unió con un velo de hilatura de PET/coPET de 80 g/m2 con espesor de 0,35 mm por medio de calandrado puntual. A continuación se aplicó un velo de hilatura de PET de 15 g/m2 con espesor de 0,11 mm y una permeabilidad al aire de 7500 l/m2s sobre la capa de material soplado por fusión. A este respecto se adhirió la capa protectora sobre el lado superior de la capa de material soplado por fusión.
El material de filtro de acuerdo con la invención así obtenido tiene un espesor de 0,60 mm, una permeabilidad al aire de 160 l/m2s, un masa por unidad de superficie de 114 g/m2 y una porosidad del 88,3 %.
Ejemplo comparativo 1
Un material soplado por fusión de PP de 19 g/m2 con un espesor de 0,12 mm y una permeabilidad al aire de 280 l/m2s se unió con un velo de hilatura de PET/coPET de 80 g/m2 con un espesor de 0,35 mm por medio de calandrado puntual. A continuación se aplicó un velo de hilatura de PET de 15 g/m2 con un espesor de 0,11 mm y una permeabilidad al aire de 7500 l/m2s sobre la capa de material soplado por fusión. A este respecto se adhirió la capa protectora sobre el lado superior de la capa de material soplado por fusión.
El material de filtro así obtenido presenta un espesor de 0,60 mm, una permeabilidad al aire de 160 l/m2s, una masa por unidad de superficie de 114 g/m2 y una porosidad del 87,6 %.
El medio de filtro del ejemplo 1 puede plegarse muy bien y permite un alto número de pliegues. Al mismo tiempo muestra este medio de filtro un periodo de servicio muy alto, eficiencia y una estabilidad frente a la fragilidad excelente. Realmente, el medio de filtro no muestra modificaciones físicas esenciales así como ninguna caída de la eficiencia tras un tratamiento con temperatura a 160 °C.
La pérdida de presión del medio de filtro no se eleva tras el tratamiento con temperatura a 160 °C y la eficiencia según la norma EN779:2012 sigue siendo constante en un 35 % (clase F7), un 50 % (clase F8) o un 70 % (clase F9).
A diferencia de esto muestra el ejemplo comparativo 1 un aumento de la pérdida de presión ya tras un tratamiento con temperatura a 140 °C. La capacidad de almacenamiento de polvo se reduce claramente (~75 %).

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Medio de filtro que comprende una capa de material no tejido, que presenta fibras de dos componentes, y una capa de material soplado por fusión, que comprende fibras de poliéster con un diámetro promedio (d1) inferior a 1,8 pm, en donde el espesor de la capa de material no tejido es inferior a 0,4 mm con 0,1 bar de presión de apoyo, y al menos el 25 % de las fibras de poliéster de la capa de material soplado por fusión tienen un diámetro (d) inferior a 1 pm.
2. Medio de filtro según la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de filtro tiene una masa por unidad de superficie según la norma DIN EN ISO 536 de 69 - 180 g/m2, una permeabilidad al aire según la norma DIN EN ISO 9237 con 200 Pa de diferencia de presión de 40-400 l/m2s, un espesor de 0,32-0,82 mm y una porosidad del 70-90 %.
3. Medio de filtro según la reivindicación 1, caracterizado por que la capa de material no tejido es una capa de velo de hilatura.
4. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de material no tejido tiene una masa por unidad de superficie según la norma DIN EN ISO 536 de 60 - 120 g/m2, una permeabilidad al aire según la norma DIN EN ISO 9237 con 200 Pa de diferencia de presión de 1000 - 3500 l/m2s y un espesor de 0,25 -0,38 mm.
5. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las fibras de dos componentes comprenden al menos un componente que se selecciona del grupo que está constituido por poliéster, poliolefina y poliamidas.
6. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las fibras de dos componentes contienen PET/CoPET.
7. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de material soplado por fusión comprende fibras de un solo componente.
8. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de material soplado por fusión comprende fibras de PBT o está constituido por fibras de PBT.
9. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de material soplado por fusión tiene una masa por unidad de superficie según la norma DIN EN ISO 536 de 9 - 35 g/m2, una permeabilidad al aire según la norma DIN EN ISO 9237 con 200 Pa de diferencia de presión de 100 - 800 l/m2s y un espesor de 0,07 -0,22 mm.
10. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la capa de material soplado por fusión comprende fibras de poliéster con un diámetro promedio (d1) de 0,60 pm < d < 1,75 pm.
11. Medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el medio de filtro presenta adicionalmente una capa protectora, que comprende una capa de velo de hilatura o una capa de material soplado por fusión.
12. Medio de filtro según la reivindicación 11, caracterizado por que la capa protectora comprende fibras de poliéster.
13. Medio de filtro según la reivindicación 11 o 12, caracterizado por que la capa protectora comprende fibras de un solo componente.
14. Medio de filtro según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que la capa protectora comprende fibras de PBT o PET.
15. Elemento de filtro que comprende un medio de filtro según una de las reivindicaciones anteriores.
16. Elemento de filtro según la reivindicación 15, que comprende además un medio de filtro, que se diferencia del medio de filtro según una o varias de las reivindicaciones 1 a 14.
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