Фильтрующий материал, содержащий минеральные волокна, полученные центрифугированием

005876 Изобретение относится к фильтрующему материалу для изготовления фильтров, в частности, мешочного фильтра. Изобретение, в частности, относится к тонким и высокоэффективным мешочным фильтрам классов F5-F9 согласно стандарту EN 779 для фильтрации газа, в частности, воздуха (удаление взвешенных в воздухе частиц). Известны мешочные фильтры, соответствующие вышеуказанному стандарту, изготовленные из фильтрующего материала, полученного способом, называемым "Aerocor", согласно которому волокна вытягивают по горизонтали из вертикальных стеклянных брусков в горизонтальном пламени факела с высоким расходом газа. После формования волокна располагают слоем на ленте с отверстиями, причем указанная лента имеет наклон по отношению к горизонтали. Тем не менее, существует потребность в улучшении эффективности этих фильтров и в снижении потери напора, возникающей при их использовании. Фильтрующий материал согласно изобретению получают способом, включающим следующие последовательные стадии: формование волокон с помощью устройства для использования способа внутреннего центрифугирования,распыление предшественника связующего на волокна,размещение волокон на основе,термическая обработка конструкции из волокон и основы с заданной толщиной для превращения предшественника связующего в связующее. Полученный таким образом фильтрующий материал включает в себя войлок, содержащий связанные минеральные волокна, причем указанный войлок наклеен на основу. Предшественник связующего,напыленный непосредственно после вытягивания волокон, в процессе термической обработки превращается в связующее, которое служит, с одной стороны, для связывания волокон между собой с приданием им войлочной структуры и, с другой стороны, для склейки войлока с основой. Как правило, для размещения волокон на основе основу располагают на ленте, проницаемой для газа, и указанные волокна направляют по указанной основе за счет всасывания воздуха через указанную основу и указанную ленту. При заданной поверхностной плотности фильтрующий материал согласно изобретению демонстрирует низкую потерю напора проходящего через него газа. Это справедливо и в отношении фильтров, изготовленных из фильтрующего материала по изобретению. Кроме того, при заданной поверхностной плотности фильтрующий материал согласно изобретению обладает высокой задерживающей способностью (также называемой кольматационной способностью) в отношении частиц. В целом считается, что мешочный фильтр использован (т.е. слишком забит отфильтрованной пылью), когда потеря напора газа при его использовании составляет 450 Па. Задерживающая способность, таким образом, выражается в поверхностной плотности пыли, содержащейся в фильтре в тот момент, когда потеря напора при его использовании равна 450 Па. Это преимущество фильтрующего материала по изобретению позволяет использовать меньшее количество материала при сохранении высокой задерживающей способности и с низкой потерей напора. Удивительные свойства фильтрующего материала согласно изобретению связаны, по-видимому, с особой структурой сети волокон. В частности, не ограничивая этим объяснением рамки изобретения,волокна, вероятно, располагаются в случайном порядке. Принцип способа внутреннего центрифугирования хорошо известен специалисту. Схематически,этот способ заключается в подаче расплавленного минерального материала в центрифугу, называемую также тарелка для формирования волокон, с высокой скоростью вращения, имеющую по периферии очень большое число отверстий, через которые расплавленный материал выходит в форме филаментов под действием центробежной силы. Эти филаменты подвергаются действию кольцевого вытягивающего потока, имеющего высокую температуру и скорость и двигающегося вдоль стенки центрифуги; этот поток утончает филаменты и превращает их в волокна. Сформованные волокна переносятся этим вытягивающим потоком газа к приемному устройству, обычно образованному лентой, проницаемой для газа. Этот известный способ был многократно усовершенствован, в частности, согласно европейским заявкам на патент ЕР 0189534, ЕР 0519797 или ЕР 1087912. В способе по изобретению отверстия центрифуги должны иметь достаточно маленький диаметр для того, чтобы получаемые способом внутреннего центрифугирования волокна имели степень тонкости не более 12 л в минуту, предпочтительно, не более 10 л в минуту, обычно по меньшей мере 0,4 л в минуту,причем указанную степень тонкости измеряют согласно методике, описанной во французской заявке на патент FR0206252, поданной 22 мая 2002. Эта заявка относится к устройству для определения степени тонкости волокон, включающему в себя устройство для измерения степени тонкости, причем указанное устройство для измерения степени тонкости имеет, с одной стороны, по меньшей мере, одно первое отверстие, связанное с измерительной капсулой, служащей для размещения в ней образца, состоящего из множества волокон, и, с другой стороны, второе отверстие, связанное с устройством для измерения разности давлений по одну и другую сторону от указанного образца, причем указанное устройство для измерения разности давлений предназначено для подсоединения к устройству для создания тока текучей-1 005876 среды, при этом устройство отличается тем, что устройство для измерения степени тонкости включает в себя, по меньшей мере, один объемный расходомер для измерения объема текучей среды, проходящей через указанную капсулу. Это устройство устанавливает соответствие между микронными значениями и литрами в минуту в случае, когда волокно имеет достаточно большую толщину для того, чтобы обеспечить микронные значения. В случае очень тонких волокон, таких как волокна, используемые в рамках настоящего изобретения, тонкость может быть измерена в л/мин благодаря методике, описанной в вышеуказанном патенте, даже в случае, когда никаких микронных значений не наблюдается. Для получения волокон с требуемой тонкостью можно, в частности, использовать в качестве устройства для осуществления способа внутреннего центрифугирования устройство, описанное в заявке на патент ЕР 1087912. Обычно диаметр отверстий центрифуги составляет от 0,3 до 0,9 мм, в частности, от 0,4 до 0,8 мм. Центрифуга диаметром 400 мм может иметь от 1500 до 15000 отверстий. Эти отверстия могут располагаться на периферической стенке центрифуги в виде множества расположенных друг над другом горизонтальных рядов, например, от 5 до 20 рядов. Диаметр центрифуги может отличаться от 400 мм, например, составлять 600 мм, и число отверстий варьирует в зависимости от того, как изменение диаметра влияет на площадь периферической стенки центрифуги, таким образом, чтобы число отверстий на единицу площади составляло приблизительно 1500-15000 отверстий для центрифуги диаметром 400 мм. Более тонкие волокна получаются при уменьшении диаметра отверстий центрифуги и/или при увеличении степени их удлинения. Предпочтительно, чтобы устройство было оборудовано внутренней форсункой. Предпочтительно,чтобы устройство регулировалось таким образом, чтобы обеспечить слабую тягу через отверстие. Непосредственно после формования волокон, волокна вытягивают в форсунке, например, в кольцевой форсунке, в частности, типа тангенциальной форсунки. Предпочтительно, чтобы устройство было оборудовано тангенциальной форсункой, т.е., имеющей тангенциальную составляющую, которая вытягивает волокна для придания им конечного диаметра (обычно порядка приблизительно 1 мкм), в частности, как описано в заявке на патент ЕР 0189354. Предпочтительно, чтобы процесс формования регулировался таким образом, чтобы тяга составляла от 0,1 до 1 кг на одно отверстие центрифуги в день. Предпочтительно, чтобы центрифуга не имела дна и была объединена с кожухом, как описано в заявке на патент ЕР 0189354. Способ по изобретению позволяет производить в непрерывном режиме ленты фильтрующего материала по изобретению. Такой способ требует малых количеств горючего при высокой производительности по сравнению со способом, называемым Aerocor. Производительность может достигать порядка 2005000 кг/сутки. Производительность может составлять 1000 кг/сутки при потреблении горючего газа порядка 3-10 Нм 3/ч, в то время как в способе Aerocor при производительности 120 кг/сутки потребление горючего газа составляет 100 Нм 3/ч. Общее количество энергии, требующееся для формования 1 кг стекловолокна, составляет величину порядка 20 кВт/ч для способа внутреннего центрифугирования и 85 кВт/ч для способа Aerocor. Распыляемый предшественник связующего может быть фенольного, или акрилового, или эпоксидного типа. В зависимости от его природы, этот предшественник может распыляться в виде раствора или эмульсии. Распыляемая масса обычно содержит большое количество воды, например от 70 до 98% воды,в частности, порядка 90% воды. Остаток распыляемой массы содержит предшественник связующего и, в случае необходимости, масло, а также, в случае необходимости, добавки, такие как, например, силан для оптимизации поверхности раздела фаз между волокном и связующим, или биоцид. Общее количество масла и добавки обычно составляет от 0 до 5 вес.% от массы предшественника, в частности, от 1 до 3 вес.% от массы предшественника. Маслом может являться, в частности, масло марки Murlex 88, выпускаемое компанией Exxon Mobil. Минеральным материалом, который превращают в волокно, обычно является стекло. Подходящим является любой тип стекла, который может быть трансформирован способом внутреннего центрифугирования. В частности, может быть использовано боросиликокальциевое стекло, в частности, биорастворимое стекло. Основа обычно состоит из полиэстера или полипропилена или стекла и обычно имеет поверхностную плотность (grammage) от 5 до 100 г/м 2. Термическая обработка служит для превращения предшественника связующего в связующее, провоцируя химические реакции отверждения (поперечная сшивка или полимеризация) и обеспечивая испарение летучих соединений (растворитель, продукты реакции и т.д.). В результате этой обработки волокна связываются друг с другом с образованием войлока, а войлок связывается с основой. Эту операцию проводят, поддерживая толщину фильтрующего материала в ходе реакции отверждения, что обычно осуществляют, помещая комплекс войлок/основа между двумя движущимися лентами, расположенными на постоянном расстоянии одна от другой, причем указанное расстояние соответствует искомой толщине фильтрующего материала. Эта толщина может составлять, например, от 4 до 12 мм, например, примерно 7 мм.-2 005876 Конечный фильтрующий материал, который может иметь форму ленты и который состоит из войлока, содержащего минеральные волокна, основы и связующего, обычно содержит:- 10-25 вес.% связующего + масла (в случае необходимости) + добавки(добавок) (в случае необходимости),- 10-50 вес.% основы,- 25-80 вес.% минерального материала, обычно стекла. В соответствии с вышесказанным, суммарная масса связующего, масла и добавки может составлять от 10 до 25 вес.% от массы фильтрующего материала. Конечный фильтрующий материал обычно изготавливают в непрерывном режиме, и в этом случае он представляет собой ленту, которая может быть свернута в рулон, и имеет поверхностную плотность,которая может составлять от 30 до 110 г/м 2, обычно от 50 до 90 г/м 2. Ширина ленты может составлять,например, от 1 до 3 м. Лента фильтрующего материала может быть нарезана на квадраты или прямоугольники, которые собирают известным специалисту способом для получения мешочного фильтра. На фиг. 1 схематически представлен способ по изобретению. Струя расплавленного минерального материала 1 падает в центр полого вала 2 центрифуги, касается кожуха 3, затем указанный материал отбрасывается центрифугированием к имеющей отверстия части центрифуги 4. Расплавленный материал выходит из отверстий в виде волокон и эти волокна затем вытягиваются с помощью тангенциальной форсунки 5. Пульверизационные сопла 6 напыляют на волокна предшественника связующего, после чего волокна собираются на основе 7, движущейся по проницаемой для газов ленте 8. Ток воздуха, не показанный на фиг. 1, проходит через ленту, притягивая и удерживая волокна на поверхности основы. Комплекс волокна/основа перемещается затем в сушильный шкаф 9 для превращения предшественника связующего в связующее. В сушильном шкафу фильтрующий материал размещают между двумя движущимися лентами 10 и 11, расположенными одна от другой на требуемом для получения конечной толщины фильтрующего материала расстоянии. После отверждения связующего фильтрующий материал по изобретению может быть свернут в рулон 12. Внутренняя форсунка, вытягивающая волокна на выходе из центрифуги 4, не показана. На фиг. 2 представлен фильтрующий материал по изобретению, включающий основу 13, на которую наклеен войлок из волокон 14. Эффективность мешочного фильтра характеризуется классами F5-F9 стандарта EN 779. Эти классы непосредственно зависят от средней спектральной эффективности по стандарту EN 779. Изобретение позволяет, в частности, изготовить мешочные фильтры, имеющие среднюю спектральную эффективность от 80 до 90% и задерживающую способность, измеренную по стандарту EN 779 при средней спектральной эффективности 0,6 мкм, составляющую по меньшей мере 45 г/м 2, предпочтительно по меньшей мере 50 г/м 2 и даже по меньшей мере 60 г/м 2, при поверхностной плотности фильтрующего материала от 60 до 70 г/м 2. Изобретение также позволяет изготовить мешочные фильтры, имеющие среднюю спектральную эффективность от 60 до 80% и задерживающую способность, измеренную по стандарту EN 779 при средней спектральной эффективности 0,6 мкм, составляющую по меньшей мере 50 г/м 2, предпочтительно по меньшей мере 60 г/м 2 и даже по меньшей мере 70 г/м 2, при поверхностной плотности фильтрующего материала от 70 до 90 г/м 2. Изобретение также позволяет изготовить мешочные фильтры, имеющие среднюю спектральную эффективность от 40 до 60% и задерживающую способность, измеренную по стандарту EN 779 при средней спектральной эффективности 0,6 мкм, составляющую по меньшей мере 60 г/м 2, предпочтительно по меньшей мере 70 г/м 2, при поверхностной плотности фильтрующего материала от 80 до 100 г/м 2. Примеры Ленты фильтрующего материала по изобретению получали непрерывным способом. Характеристики способа получения волокон внутренним центрифугированием (с использованием, как в ЕР 0189354,тангенциальной форсунки, центрифуги диаметром 400 мм, не имеющей дна, но имеющей кожух) и полученных фильтрующих материалов сведены в табл. 1. В этой табл. 1, в частности, приведены:- тяга, выраженная в массе трансформированного стекла (в тоннах) в сутки,- давление тангенциальной форсунки, в мм водяного столба (обозначение ммВС),- тонкость волокон, измеренная по методике, описанной в заявке на патент Франции 0206252,- поверхностная плотность фильтрующего материала. Затем ленты фильтрующего материала нарезали и превращали в мешочные фильтры. Свойства этих мешочных фильтров, протестированных при скорости потока воздуха 0,13 м/с, сведены в табл. 2. В этой табл. 2, в частности, представлены:- начальный и средний нефелометрический выход, измеренный согласно стандарту EN 779,- начальная и средняя спектральная эффективность, измеренная согласно стандарту EN 779,- задерживающая способность и класс, измеренные согласно стандарту EN 779. Свойства этих фильтров сравнивали со свойствами аналогичных фильтров, имеющих эквивалентную поверхностную плотность, но полученных способом Aerocor. В табл. 3 сравнивается эффективность-3 005876 фильтров обоих типов в отношении задерживающей способности. Видно, что в каждом классе фильтров(F5, F6, F7) фильтры по изобретению демонстрируют более высокую задерживающую способность по сравнению с фильтрами типа Aerocor, несмотря на эквивалентную поверхностную плотность. Также был получен фильтр класса F8 со спектральной эффективностью 90-95%. Этот класс имеет поверхностную плотность 80 г/м 2, задерживающую способность 55 г/м 2 и среднюю спектральную эффективность 90. Совершенно очевидно, что с помощью способа по изобретению можно получить также фильтр класса F9. Для внутреннего центрифугирования показатели подсчитаны со следующими допусками:- для средней спектральной эффективности: 5 относ.%. Несмотря на эти допуски, ценность настоящего изобретения по отношению к способу, известному из уровня техники как Aerocor, очевидна. Таблица 1 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения фильтрующего материала, включающего в себя войлок из минеральных волокон, связанный с основой, согласно которому формуют волокна с помощью устройства для внутреннего центрифугирования, включающего в себя центрифугу для формирования волокон,распыляют предшественник связующего на волокна,размещают волокна на основе,производят термическую обработку конструкции из волокон и основы с заданной толщиной для превращения предшественника связующего в связующее. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основу размещают на ленте, проницаемой для газов, при этом волокна направляют по указанной основе за счет всасывания воздуха, осуществляемого через указанную основу и указанную ленту. 3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что волокна имеют показатель тонкости не более 12 л/мин. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что волокна имеют тонкость не более 10 л/мин. 5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что волокна имеют тонкость по меньшей мере 0,4 л/мин. 6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что центрифуга имеет отверстия диаметром от 0,3 до 0,9 мм. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что диаметр отверстий центрифуги составляет от 0,4 до 0,8 мм. 8. Способ по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что устройство внутреннего центрифугирования содержит внутреннюю форсунку. 9. Способ по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что устройство внутреннего центрифугирования содержит тангенциальную форсунку. 10. Способ по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что центрифуга не имеет дна и объединена с кожухом. 11. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что предшественник связующего является фенольным, акриловым или эпоксидным. 12. Способ по одному из пп.1-11, отличающийся тем, что заданная толщина фильтрующего материала составляет от 4 до 12 мм. 13. Способ по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что конечный фильтрующий материал содержит 10-25 вес.% связующего + масла + добавки(добавок),10-50 вес.% основы,25-80 вес.% минерального материала. 14. Способ по одному из пп.1-13, отличающийся тем, что поверхностная плотность фильтрующего материала составляет от 30 до 110 г/м 2. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что поверхностная плотность фильтрующего материала составляет от 50 до 90 г/м 2. 16. Фильтрующий материал, в частности, фильтрующий материал для изготовления мешочного(ых) фильтра(ов), полученный способом по одному из пп.1-15. 17. Мешочный фильтр, имеющий среднюю спектральную эффективность от 80 до 90% и задерживающую способность, измеренную по стандарту EN 779, по меньшей мере 45 г/м 2, в котором фильтрующий материал имеет поверхностную плотность от 60 до 70 г/м 2. 18. Мешочный фильтр по п.17, отличающийся тем, что его задерживающая способность составляет по меньшей мере 50 г/м 2. 19. Мешочный фильтр по п.18, отличающийся тем, что его задерживающая способность составляет по меньшей мере 60 г/м 2.-5 005876 20. Мешочный фильтр, имеющий среднюю спектральную эффективность от 60 до 80% и задерживающую способность, измеренную по стандарту EN 779, по меньшей мере 50 г/м 2, в котором фильтрующий материал имеет поверхностную плотность от 70 до 90 г/м 2. 21. Мешочный фильтр по п.20, отличающийся тем, что его задерживающая способность составляет по меньшей мере 60 г/м 2. 22. Мешочный фильтр по п.21, отличающийся тем, что его задерживающая способность составляет по меньшей мере 70 г/м 2. 23. Мешочный фильтр, имеющий среднюю спектральную эффективность от 40 до 60% и задерживающую способность, измеренную по стандарту EN 779, по меньшей мере 60 г/м 2, в котором фильтрующий материал имеет поверхностную плотность от 80 до 100 г/м 2. 24. Мешочный фильтр по п.23, отличающийся тем, что его задерживающая способность составляет по меньшей мере 70 г/м 2.