專利名稱：有纖維涂層的濾芯及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種濾芯(filter element)，其有內在穩定的多孔載體，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體的纖維涂層，纖維涂層的孔小于載體的孔，纖維涂層部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合而結合于載體上。
在已知的此類濾芯(WO87/01610)中，纖維涂層由長度顯著地大于載體的平均孔徑的纖維和分布于纖維涂層中并與纖維結合的細粒顆粒組成。然而，在與此發明相關的工作過程中，發現這種濾芯僅在纖維涂層相當厚的情況下才可產生高的細過濾能力；而這增加了待過濾介質流過濾芯時的壓力損失。
基于此問題，本發明的目的是要提供一種上述同樣類型的濾芯，其特征在于這種濾芯能很好地兼顧所需的特殊細過濾能力和待過濾介質流過濾芯的壓力損失兩個參數間的平衡。此外，本發明提供了這種濾芯的制備方法。
以下描述對此目的的幾個解決辦法。
根據本發明的第一方面，濾芯的特征在于纖維涂層具有長度大于載體平均孔徑的第一纖維，和長度明顯小于第一纖維長度的第二纖維，以產生纖維涂層的細孔隙度。
這實現了用較短的第二纖維填充或覆蓋第一纖維之間的間隙的原則。
第一纖維的長度一般明顯大于載體平均孔徑，特別是其為載體平均孔徑的兩倍多。第二纖維的長度一般小于載體平均孔徑，特別是小于載體平均孔徑的一半。優選纖維涂層的第二纖維含量多于第一纖維(以重量份數測量)，第二纖維與第一纖維的重量比特別優選大于2∶1。第一纖維和第二纖維優選為由相同材料制備的纖維和/或直徑近似相同的纖維。通常，少于10％(重)的纖維涂層為第一纖維足以。
根據本發明的第二方面，濾芯的特征在于分布于纖維涂層中的細粒顆粒，按纖維和細粒顆粒的總重量計，其含量小于30％(重)，優選小于20％(重)，更優選小于10％(重)，最優選0-3％(重)。
這與相關的現有技術(WO87/01610)相反，其中分布于纖維涂層中的細粒顆粒的比例顯著降低，在極端的情況下甚至為零或接近零。這樣所需細過濾能力主要由纖維提供，而不是由分布于纖維涂層中的細粒顆粒提供。在本發明的第二方面中，所述的第一纖維和所述的第二纖維不是必須存在的，但也可以存在。
本發明可用由許多種材料制備的濾芯實現。載體可以是塑料或合成樹脂材料、陶瓷材料和金屬材料。為生產多孔載體，一種有效的方法是可將所述材料的顆粒燒結在一起，或通過其它結合方式例如用粘合劑使之相互連接。纖維的材料，優選陶瓷纖維，特別是來自硅酸鋁的纖維。然而，也可使用其它纖維，例如玻璃纖維、天然纖維、合成有機纖維等。纖維/纖維結合和纖維/載體結合有很多可能的方式，如燒結，使用膠粘劑或粘合劑等。
第一纖維優選作為第一纖維涂層涂覆，第二纖維作為第二涂層涂覆其上。在此情況下，第二纖維通常部分地滲入第一纖維涂層的第一纖維之間的間隙中，從而在完成后第一和第二纖維涂層之間不再有明顯的界限。另外也可在一個步驟中涂覆混合在一起的第一纖維和第二纖維。
優選涂覆多層纖維涂層使在離開載體的方向上孔隙度的細度增加。上一段提到的有第一纖維涂層和第二纖維涂層的纖維涂層也實現了這種濾芯的設計。然而，現在所討論的設計的可能性，目的在于將至少一個有較細孔隙度的另一纖維涂層涂于第一纖維涂層(有第一和第二纖維，或者在同一涂層中或者在兩個連續涂覆的涂層中)。這優選使用比第一纖維涂層中的纖維短和/或細的纖維，任選地也可使用由不同材料制備的纖維。至少另一纖維涂層一般不再需要有第一纖維和第二纖維；位于下面的第一纖維涂層是用于涂覆至少另一纖維涂層的理想基質。
在本發明的優選實施方案中，在纖維涂層外側，濾芯具有由細粒顆粒組成的涂層。優選這些顆粒如此小以致該涂層基本上決定濾芯的細過濾能力。細粒顆粒的可選范圍廣泛；如它們可以是塑料顆粒或無機顆粒。特別優選的選擇將在下面具體描述。細粒顆粒可以通過上述用于使形成載體顆粒的結合和纖維涂層的纖維/纖維結合或纖維/載體結合的方式相互結合或結合于纖維涂層上。
應指出，一方面，在纖維涂層上涂覆由細粒顆粒組成的涂層是本發明的第一和/或第二方面的優選改進。另一方面，它也構成一個獨立的發明，在不存在第一纖維和第二纖維和/或不降低分布于纖維涂層中細粒顆粒的比例的情況下也可有利地實現。
本發明的另一主題是一種濾芯的制備方法，所述濾芯有內在穩定的多孔載體，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體的纖維涂層，纖維涂層的孔小于載體的孔，纖維涂層部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合而結合于載體上，其特征在于優選利用空氣流將用于形成纖維涂層的纖維在于態涂于載體的集流表面，在涂覆纖維前已預先在集流表面上涂覆粘合劑，和/或在至少部分纖維涂覆之后涂覆粘合劑于集流表面，以產生纖維/纖維結合和纖維/載體結合。
如果在涂覆纖維之前涂覆粘合劑，涂覆的纖維將借助粘合劑粘于載體上。另一方面，由于纖維趨向于相互間粘著，因而即使沒有粘合劑，它們也會最終粘附于載體上，隨后再涂覆粘合劑也是可能的。
本發明的另一主題是一種濾芯的制備方法，所述濾芯有內在穩定的多孔載體，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體的纖維涂層，纖維涂層的孔小于載體的孔，纖維涂層部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合而結合于載體上，其特征在于將用于形成纖維涂層的纖維分散或懸浮于液體中，涂于載體的集流表面，在涂覆纖維前已預先在集流表面上涂覆粘合劑，和/或在至少部分纖維涂覆之后涂覆粘合劑于集流表面，和/或將其包含在載液中，以產生纖維/纖維結合和纖維/載體結合。
與以上概括的方法相反，事實上如此以濕態涂覆纖維在很多情況下特別有效。特別適用于涂覆纖維在液體中的分散系或懸浮液的簡單方法是將其噴涂、刷涂或輥涂于載體上，或將載體浸入分散系或懸浮液中。
應指出，根據本發明，術語“粘合劑”應在廣義上理解。它包括使纖維相互粘合并粘著于載體、其牢固程度足以操作所述濾芯的所有材料，特別是狹義上的粘合劑、能產生所述結合的塑料或合成樹脂、有機或無機粘合劑如鈉水玻璃。顯然應指出本發明的方法也可用其它的纖維/纖維和纖維/載體結合機理，特別是燒結。顯然，粘合劑或膠粘劑的用量應使得其不密閉纖維之間功能性的必要的孔或流動通路。
如上所述，優選涂覆多層纖維涂層以使在離開載體的方向上孔隙度增加，一般連續涂覆。每層纖維涂層均可通過所述的本發明的方法之一涂覆。
本發明的再另一個主題是一種濾芯的制備方法，所述濾芯有內在穩定的多孔載體，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體的纖維涂層，纖維涂層的孔小于載體，纖維涂層部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合而結合于載體上，其特征在于將由細粒顆粒組成的涂層涂于纖維涂層上。
關于這種由細粒顆粒組成的涂層的詳情已在前面提供。
在本發明的另一實施方案中，涂覆了由細粒顆粒組成的涂層，涂層的顆粒是通過選用了所要求的濾芯從流體流中濾出。例如，如果要用本發明的濾芯除去碎石廠操作過程中產生的巖石粉塵，制備本發明的濾芯時則可用例如已通過任何過濾器濾出的此巖石粉塵制備本發明濾芯載體的平均孔徑通常為10-100微米，纖維直徑通常為0.5-8微米。應指出，本發明纖維涂層的形成使得有可能利用相對較大平均孔徑的載體，因為載體的開孔能可靠地橋接在集流表面上，而同時可形成非常細孔徑的涂層，如開頭所概述的。從而可使用流動阻力非常低的載體本發明的濾芯易于制備，按照要求該濾芯幾乎完全濾出超過5微米，優選超過2微米，最優選超過0.5微米的外來物質顆粒。
應指出，上述本發明的第一方面和上述本發明的第二方面可相互組合。另外應指出權利要求11的方法可以但不必須與權利要求8或9的方法組合。
以下參考附圖中用示意圖示出的具體實例更詳細地解釋本發明，其中
圖1以剖面圖示出濾芯剖面的詳情，切面與濾芯的集流表面相交成直角；圖2示出圖1的部分濾芯按箭頭II的方向看的平面圖，表示已涂覆第一纖維但在涂覆第二纖維和顆粒涂層之前的狀態。
如圖所示，濾芯2包括載體4，在載體的用于過濾流體的集流表面上有纖維涂層6，在圖1中右側。載體4由聚乙烯顆粒8組成，顆粒8被燒結在一起，形成平均孔徑為例如30微米的多孔載體4。也可用現有技術中已知的方法，通過混合超高分子的聚乙烯顆粒和中等分子的聚乙烯顆粒制備載體4。在燒結方法中，較低分子的聚乙烯顆粒開始熔化至較高程度，為高分子聚乙烯顆粒8形成連接骨架，其也通過燒結方法相互連接。
纖維涂層6的第一纖維10的長度明顯大于載體4的平均孔徑。有此長度的第一纖維10在載體4的集流側橋接載體4的開孔。此外，如圖所示，存在長度明顯較短的第二纖維12，其填充第一纖維10之間的自由空間，形成纖維涂層，其厚度取決于濾芯2所要求的過濾功能。纖維10、12借助粘合劑相互結合并結合于集流側的外面的聚乙烯顆粒8上，粘合劑在圖中無法表示因為在完成的濾芯狀態下其體積很小。在許多實例中僅提及一個，即可使用商購的粘合劑MOWILITH(注冊商標Hoechst AG)，為一種乙酸乙烯酯、乙烯和氯乙烯的共聚物的水分散液。要涂于載體4上的懸浮液可有以下組成20％(重)纖維或顆粒6％(重)MOWILITH74％(重)水在纖維涂層6中，分布有少量的細粒顆粒14。
由細粒顆粒16例如巖石粉塵組成的涂層涂于纖維涂層6的外側。顆粒16同樣用粘合劑相互結合并與纖維涂層6結合。
如果纖維10、12和/或顆粒16以分散或懸浮于液體中涂覆，則優選用分散粘合劑，其也加入此液體中。
圖2示出涂覆第一纖維10之后但在涂覆第二纖維12之前濾芯2的纖維涂層狀態。當隨后涂覆第二纖維12時，它們填充圖2中可見的第一纖維10之間的空間，而形成圖1中所示的纖維涂層6。
如果存在由細粒顆粒16組成的涂層，由第一纖維10和第二纖維12組成纖維涂層6不是必須的。
權利要求
1.一種濾芯(2)，具有內在穩定的多孔載體(4)，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體(4)的纖維涂層(6)，纖維涂層(6)的孔小于載體(4)的孔，纖維涂層(6)部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合結合于載體(4)上，其特征在于纖維涂層(6)具有長度大于載體(4)平均孔徑的第一纖維(10)，和長度明顯小于第一纖維(10)長度的第二纖維(12)，以產生纖維涂層(6)的細孔隙度。
2.一種濾芯(2)，具有內在穩定的多孔載體(4)，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體(4)的纖維涂層(6)，纖維涂層(6)的孔小于載體(4)的孔，纖維涂層(6)部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合而結合于載體(4)上，其特征在于纖維涂層(6)中分布有細粒顆粒(14)，按纖維(10，12)和細粒顆粒(14)的總重量計，細粒顆粒的含量小于30％(重)，優選小于20％(重)，更優選小于10％(重)，最優選0-3％(重)。
3.如權利要求1或2的濾芯，其特征在于第一纖維(10)作為第一纖維涂層涂覆，第二纖維(12)作為第二纖維涂層涂于其上。
4.如權利要求1至3之任一項的濾芯，其特征在于涂覆多層纖維涂層，其孔隙度的細度在離開載體(4)的方向增加。
5.如權利要求1至4之任一項的濾芯，其特征在于由粘合劑實現纖維/纖維結合和纖維/載體結合。
6.如權利要求1至5之任一項的濾芯，其特征在于由細粒顆粒(16)組成的涂層涂于纖維涂層(6)的外側。
7.如權利要求1至6之任一項的濾芯，其特征在于載體(4)由燒結的塑料顆粒(8)形成。
8.一種濾芯(2)的制備方法，所述濾芯(2)具有內在穩定的多孔載體(4)，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體(4)的纖維涂層(6)，纖維涂層(6)的孔小于載體(4)的孔，纖維涂層(6)部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合而結合于載體(4)上，其特征在于優選利用空氣流將用于形成纖維涂層(6)的纖維(10，12)以干態涂于載體(4)的集流表面，在涂覆纖維前已預先在集流表面上涂覆粘合劑，和/或在至少部分纖維涂覆之后涂覆粘合劑于集流表面，以產生纖維/纖維結合和纖維/載體結合。
9.一種濾芯(2)的制備方法，所述濾芯(2)具有內在穩定的多孔載體(4)，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體(4)的纖維涂層(6)，纖維涂層(6)的孔小于載體(4)的孔，纖維涂層(6)部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合結合于載體(4)上，其特征在于將用于形成纖維涂層(6)的纖維(10，12)分散或懸浮于液體中涂于載體(4)的集流表面，在涂覆纖維前已預先在集流表面上涂覆粘合劑，和/或在至少部分纖維(10，12)涂覆之后涂覆粘合劑于集流表面，和/或將其包含在載液中，以產生纖維/纖維結合和纖維/載體結合。
10.如權利要求8或9的方法，其特征在于涂覆多層纖維涂層，其孔隙度的細度在離開載體(4)的方向增加。
11.一種濾芯(2)的制備方法，所述濾芯(2)有內在穩定的多孔載體(4)，在載體的用于過濾流體的集流表面上有載體(4)的纖維涂層(6)，纖維涂層(6)的孔小于載體(4)的孔，纖維涂層(6)部分地通過纖維/纖維結合和部分地通過纖維/載體結合結合于載體(4)上，其特征在于將一層由細粒顆粒(16)組成的涂層涂于纖維涂層(6)上。
12.權利要求11的方法，其特征在于涂覆了所述的由細粒顆粒(16)組成的涂層，該涂層中所使用的顆粒是用所選用的濾芯(2)從流體流中濾出的。
13.如權利要求8至12之任一項方法，其特征在于當涂覆纖維(10，12)和/或細粒顆粒(16)時，產生通過載體(4)離開載體(4)的集流表面的抽吸空氣流。
14.如權利要求13的方法，其特征在于在抽吸空氣流中檢測通過載體(4)之后的所夾帶顆粒的濃度和/或尺寸，并根據此檢測結果停止涂覆纖維(10，12)和/或細粒顆粒(16)。
15.如權利要求8至14之任一項方法，其特征在于在涂覆纖維(10，12)之前，向載體(4)的集流表面涂覆優選由炭黑顆粒組成的抗靜電涂層。
全文摘要
一種濾芯包括內在穩定的多孔載體和較細孔的纖維涂層。根據第一方面，纖維涂層具有長度大于載體孔徑的第一纖維，和明顯較短的第二纖維。根據第二方面，少于30％的細粒顆粒分布于纖維涂層中。為制備此濾芯，利用空氣流以干態涂覆纖維，在此操作之前和/或之后涂覆粘合劑。或者，將纖維分布在液體中涂覆，粘合劑可任選地包含在此液體中。根據另一方面，將由細粒顆粒組成的涂層涂于纖維涂層上。
文檔編號B01D39/14GK1157578SQ95193271
公開日1997年8月20日 申請日期1995年5月23日 優先權日1994年5月24日
發明者瓦爾特·赫爾丁 申請人:赫爾丁過濾技術有限公司