DE19516289A1

DE19516289A1 - Luftfiltrationsmedium

Info

Publication number: DE19516289A1
Application number: DE19516289A
Authority: DE
Inventors: Fred Lee Jackson; Kevin Patrick Mchugh; John Stuart Robertson
Original assignee: Schuller International Inc
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1994-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1995-11-09
Also published as: US5607491A; JPH0838835A

Description

Die Patentanmeldung ist eine Teilfortsetzung der U.S.-Anmel dung, Seriennr. 08/334 706, eingereicht am 4. November 1994 mit dem Titel Luftfiltrationsmedium, die eine Teilfortsetzung der U.S.-Anmeldung, Seriennr. 08/237 812 ist, eingereicht am 4. Mai 1994 mit dem Titel Luftfiltrationsmedium.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Luftfiltrationsmedium und insbe sondere ein einschichtiges, nichtgewebtes Luftfiltrations medium, das eine Filzlage aus statistisch ausgerichteten und statistisch verwirbelten polymeren Mikrofasern, Stapelfasern und Bindefasern umfaßt.

Heizungs-, Ventilations- und Klimaanlagesysteme, die in öffentlichen und industriellen Gebäuden verwendet werden, werden mit Luftfiltrationseinheiten bereitgestellt, um die Luft, die durch die Gebäude zirkuliert, zu reinigen. Diese Luftfiltrationseinheiten setzen typischerweise ein Filter vom Einlegetyp mit etwa 6 getrennten Taschen ein, die alle am stromaufwärts gelegenen Ende offen und am stromabwärts gelegenen Ende geschlossen sind, um Schmutzteilchen aus der Luft, die durch die Heizungs-, Ventilations- und Klimaanlage systeme strömt, herauszufiltrieren. Das Filtrationsmedium, das derzeit in diesen Einlegefiltern verwendet wird, umfaßt ein Laminat aus verschiedenen Faserfilzlagen, die jeweils verschiedene durchschnittliche Faserdurchmesser und verschie dene Funktionen besitzen. Häufig wirkt eine Schicht zur Entfernung von groben Schmutzteilchen aus dem Luftstrom, eine zweite Schicht wirkt zur Entfernung von Feinschmutzteilchen aus dem Luftstrom und eine dritte Schicht wirkt hauptsächlich als Trägerschicht oder Unterlage.

Diese Einlegefilter arbeiten zufriedenstellend. Da jedoch zwei oder mehrere getrennte Faserfilzlagen zu einem einzigen Laminat aus zwei oder mehreren Schichten kombiniert werden müssen, bevor die Einlegefilter gebildet werden, sind die Einlegefilter, die derzeit in Verwendung sind, relativ teuer herzustellen. Durch Ausschaltung des Erfordernisses, das in den Einlegefiltern verwendete Filtermedium aus einem Laminat von mehreren verschiedenen faserigen Lagen zu bilden, können die Kosten und der Zeitaufwand, die bei der Herstellung der Einlegefilter anfallen, verringert werden. Außerdem muß der Filterhersteller derzeit die Unkosten tragen, um einen relativ großen Lagerbestand von verschiedenen Filzlagen für Filtrationsmedien aufrechtzuerhalten, aus denen die Einlege filter hergestellt werden, die verschiedenen Arbeits- oder Betriebsanforderungen entsprechen. Somit bestand bisher Bedarf nach Bereitstellung eines einfacheren wirksamen Filtermediums, um die Anforderungen an den Aufwand, die Herstellungskosten und die Anforderungen an den Lagerbestand des Filterherstellers zu verringern.

Zusammenfassung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Luftfiltrationsmedium stellt eine Lösung der vorstehend diskutierten Probleme bereit. Das erfindungs gemäße Luftfiltrationsmedium umfaßt eine einzige Schicht aus nichtgewebten statistisch ausgerichteten und statistisch verwirbelten Mikrofasern von endlicher Länge, Stapelfasern und Bindefasern. Durch Aufrechterhalten von Lagerbeständen von mehreren der erfindungsgemäßen Filzlagen für Filtrationsmedien, die jeweils so aufgebaut sind, daß sie einem speziellen Bereich von Luftfiltrationsbetriebs anforderungen entsprechen, kann der Einlegefilter-Hersteller sowohl das Erfordernis, ein relativ großen Lagerbestand von getrennten Filzlagen für Luftfiltrationsmedien als auch das Erfordernis, diese verschiedenen Filzlagen zu kombinieren und miteinander zu laminieren, um das Filtermedium zu bilden, das für eine bestimmte Betriebsanforderung benötigt wird, ausschalten. Der Einlegefilter-Hersteller wählt hauptsächlich die geeignete erfindungsgemäße einschichtige Filzlage für ein Luftfiltrationsmedium aus, die den bestimmten Betriebsanfor derungen entspricht, und stellt das Einlegefilter oder ein weiteres Filter, das für das Luftfiltrationssystem benötigt wird, her.

Die in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium verwende ten thermoplastischen Mikrofasern sind synthetische polymere Harzmikrofasern und besitzen als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von nicht größer als 5 µm. Die polymeren Mikrofasern verleihen dem Luftfiltra tionsmedium Filtrationswirksamkeit und Teilchenhaltefähigkei ten. Nimmt der durchschnittliche Faserdurchmesser der Mikrofasern in dem Luftfiltrationsmedium zu, so wird das Luftfiltrationsmedium weniger wirksam, und bei durchschnitt lichen Faserdurchmessern von über 5 µm ist der Wirkungsgrad des erfindungsgemäß hergestellten Filtrationsmediums für die meisten technischen Anwendungen nicht akzeptabel.

Gebauschte schmelzgeblasene Mikrofasern, die einen durch schnittlichen Faserdurchmesser von 5 µm oder weniger und vorzugsweise von 3 µm oder weniger aufweisen, können sämt liche oder einen Teil der in dem erfindungsgemäßen Luftfil trationsmedium verwendeten polymeren Mikrofasern umfassen. Diese gebauschten schmelzgeblasenen Mikrofasern können aus Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Polybutylentereph thalat, Polyethylenteterephthalat, Polycarbonat, Polyamid, Polyphenylensulfid oder weiteren ähnlichen polymeren Materialien hergestellt sein. Diese gebauschten Mikrofasern vergrößern nicht nur den Filtrations-Gesamtwirkungsgrad des Luftfiltrationsmediums aufgrund ihres feinen durchschnitt lichen Faserdurchmessers (5 µm oder weniger und vorzugsweise 3 µm oder weniger), sondern die gebauschten Mikrofasern, die in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium verwendet werden, stammen von Mikrofaserabfällen, die bei der Bildung von Mikrofaserbahnen durch das Schmelzblasverfahren erzeugt werden. Demgemäß bildet die Verwendung der gebauschten schmelzgeblasenen Mikrofasern in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium ein wirksames Luftfiltrationsmedium aus einer relativ kostengünstigen Quelle für solche Mikrofasern und stellt eine Verwendung für solche Mikrofasern bereit, die sonst Abfall darstellen würden.

Die thermoplastischen Stapelfasern sind ebenfalls syntheti sche polymere Harzfasern und besitzen als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser im Bereich zwischen 10 und 30 µm. Diese Stapelfasern verleihen dem Filtrations medium Lockerheit und Festigkeit, was zu der Dicke des Filtrationsmediums beiträgt, wodurch die Schmutz- oder Teilchenhaltekapazität des Filtrationsmediums vergrößert werden und der Druckabfall über das Filtrationsmedium verrin gert wird. Polymere Fasern sind relativ lappige Fasern. Demgemäß zeigt, wenn der durchschnittliche Durchmesser der Stapelfasern, die in dem Filtrationsmedium verwendet werden, verringert wird, das Filtrationsmedium weniger Lockerheit und Erholung. Bei durchschnittlichen Stapelfaser-Durchmessern von weniger als 10 µm waren die Lockerheit und Erholung des Filtrationsmediums nicht akzeptabel. Es wurde ferner gefun den, daß Stapelfasern mit großem Durchmesser (Stapelfasern, die einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 30 µm und darüber aufweisen), sich nicht gut mit den Mikrofasern oder Bindefasern vermischen oder mixen und dazu neigen, innerhalb des Luftfiltrationsmediums ausgeschieden zu werden. Demgemäß sind diese Stapelfasern mit großem Durchmesser zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium nicht akzeptabel.

Das erfindungsgemäße Luftfiltrationsmedium, das Stapelfasern verwendet, besitzt als Ganzes einen durchschnittlichen Faser durchmesser von etwa 16 µm, arbeitete bei etwa demselben Wirkungsgrad wie ein vergleichbares Glasfaser-Filtrations medium. Der Druckabfall über das erfindungsgemäße Filtra tionsmedium war jedoch geringer als der Druckabfall über ein vergleichbares Glasfaser-Luftfiltrationsmedium. Somit stellt das erfindungsgemäße Luftfiltrationsmedium dem Endanwender ein Filter, das weniger Energie erfordert, damit der Luft strom das Filter passiert, und ein energetisch wirksameres Filtrationssystem zur Verfügung.

Die Stapelfasern verleihen dem Luftfiltrationsmedium Elasti zität, so daß das Luftfiltrationsmedium, nachdem es zusammen gedrückt worden ist, wieder seine ursprüngliche Dicke erlangt. Diese Elastizität oder Fähigkeit des Luftfiltra tionsmediums, im wesentlichen wieder seine ursprüngliche Dicke zurückzugewinnen, ermöglicht es, daß das Luftfiltra tionsmedium beim Verpacken zusammengedrückt wird, um sein Volumen zur Lagerung und zum Transport zu verringern.

Werden die Heiz-, Ventilations- und Klimaanlagesysteme abgeschaltet, fallen die Einlegefilter in sich zusammen und schließen sich. Bestimmte Einlegefilter haben sich nicht immer sofort wieder geöffnet, wenn die Heiz-, Ventilations- und Klimaanlagesysteme wieder angeschaltet wurden, und Wirksamkeit und Wirkungsgrad des Systems wurden nachteilig beeinflußt. Die Elastizität, die dem erfindungsgemäßen Filtrationsmedium durch die Stapelfasern verliehen wird, erleichtert das Wiederöffnen der Einlegefilter, wenn ein Heiz-, Ventilations- und Klimaanlagesystem nach dem Abschal ten zur Wartung etc. wieder angeschaltet wird.

Die synthetischen polymeren Harzbindefasern, die in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium verwendet werden, besitzen eine thermoplastische Oberfläche mit einem Erwei chungspunkt bei geringerer Temperatur als die Erweichungs punkte der polymeren Mikrofasern und Stapelfasern. Die poly meren Bindefasern verbinden die Fasern der Luftfiltrations medium-Filzlage oder des -Vlieses miteinander und verleihen der Filzlage oder dem Vlies Festigkeit und Integrität. Je größer die spezifische Oberfläche ist, die die Bindefasern zeigen, um so besser verbinden die Bindefasern die Fasern des Luftfiltrationsmediums miteinander. Demgemäß ist es vorzuzie hen, obschon der durchschnittliche Durchmesser der erfin dungsgemäß verwendeten Bindefasern als Ganzes betrachtet von 0,1 bis 1,67 mg/m (0,9 bis 15 Denier) reicht, Bindefasern zu verwenden, die einen durchschnittlichen Faserdurchmesser besitzen, der als Ganzes betrachtet zwischen 0,22 und 0,67 mg/m (2 und 6 Denier) liegt.

Das erfindungsgemäße einschichtige Luftfiltrationsmedium stellt ein einfaches kostengünstiges wirksames Filtermedium bereit, das einen relativ niedrigen Druckabfall und eine gute Teilchen- oder Schmutzhaltekapazität besitzt. Außerdem schaltet das erfindungsgemäße Luftfiltrationsmedium das Erfordernis, ein Laminat aus verschiedenen Schichten des Filtrationsmediums zu bilden, zusammen mit den sich summierenden Lagerbestands- und Aufwendungskosten, die mit einem solchen Herstellungsvorgang verbunden sind, aus.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Figur ist eine Auftragung der Mikrofaserdurchmesser- Verteilung, optisch gemessen, der in dem erfindungsgemäßen Filtrationsmedium verwendeten Mikrofasern.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das erfindungsgemäße Faservlies-Luftfiltrationsmedium umfaßt synthetische polymere Harzmikrofasern von endlicher Länge, Stapelfasern und Bindefasern. Die polymeren Mikrofasern, Stapelfasern und Bindefasern sind innerhalb des Luftfiltra tionsvlieses oder der -filzlage nicht in getrennte Schichten abgelagert. Statt dessen sind die polymeren Mikrofasern, die Stapelfasern und die Bindefasern in einer einzigen Schicht des Luftfiltrationsmediums statistisch orientiert und statistisch verwirbelt.

Das erfindungsgemäße Luftfiltrationsvlies oder die erfin dungsgemäße -filzlage besitzt ein Flächengewicht zwischen 53,8 und 215 g/m² (5 und 20 g pro sq.ft.) und vorzugsweise zwischen 53,8 bis 161,4 g/m² (5 und 15 g pro sq.ft.). Das leichtere Luftfiltrationsmedium ist bevorzugt, da sich die Einlegefilter leichter aufblasen und wiederaufblasen, wenn ein leichteres Luftfiltrationsmedium zur Bildung der Einlege filter verwendet wird. Das Luftfiltrationsvlies oder die -filzlage ist normalerweise etwa 0,318 bis etwa 0,635 cm (etwa 1/8 in. bis etwa 1/4 in.) dick.

Die thermoplastischen polymeren Mikrofasern mit endlicher Länge können aus verschiedenen synthetischen polymeren Harzen hergestellt werden, wie aus Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polycarbonat, Polyamid, Polyphenylensulfid, etc. oder aus Mischungen der oben aufgeführten Polymere. Da jedoch Polypro pylen leichter fasern bildet und relativ kostengünstig ist, werden Polypropylen-Mikrofasern zur erfindungsgemäßen Verwen dung bevorzugt. Obschon die erfindungsgemäß verwendeten polymeren Mikrofasern normalerweise aus einem einzigen polymeren Material gebildet werden, können, wo es benötigt wird, um dem Luftfiltrationsmedium eine besondere Luftfiltra tionseigenschaft zu verleihen, Mikrofasern, die aus einer Mischung von polymeren Materialien gebildet sind, oder zwei oder mehrere verschiedene Mikrofasern, die aus verschiedenen polymeren Materialien hergestellt sind, in dem erfindungs gemäßen Luftfiltrationsmedium verwendet werden.

Die in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium verwen deten polymeren Mikrofasern besitzen als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,5 und 5 µm und vorzugsweise einen durchschnittlichen Faserdurch messer zwischen etwa 1 und 3 µm. Die Figur zeigt graphisch die Mikrofaserdurchmesser-Verteilung der Mikrofasern, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftfiltrations mediums verwendet wird. Die polymeren Mikrofasern sind in der Länge statistisch und reichen in der Länge von etwa 2,54 bis etwa 3,81 cm (etwa 1 in. bis etwa 1 1/2 in.).

Gebauschte schmelzgeblasene Mikrofasern, die als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 5 µm oder weniger und vorzugsweise von 3 µm oder weniger besitzen, können sämtliche oder einen Teil der polymeren Mikrofasern umfassen, die in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium verwendet werden. Diese gebauschten schmelzgeblasenen Mikro fasern werden von Firmen hergestellt, wie Web Dynamics Corporation und Minnesota Mining und Manufactoring Company, und können aus einem der vorstehend aufgeführten Polymermate rialien hergestellt werden, werden jedoch typischerweise aus Polypropylen hergestellt, das ein relativ kostengünstiges Polymer ist.

Typische Testergebnisse, die unter Verwendung von schmelzge blasenen Mikrofasern in dem erfindungsgemäßen Luftfiltra tionsmedium erhalten werden, sind in den folgenden Tabellen aufgeführt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Die in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium verwende ten thermoplastischen Stapelfasern werden normalerweise aus einem synthetischen Polymerharz, wie Polyethylen, Polypropy len, Polyester, Polyethylenterephthalat, Polybutylentereph thalat, Polycarbonat, Polyamid, Polyphenylensulfid, oder aus Mischungen der oben aufgeführten Polymeren gebildet. Die Stapelfasern besitzen als Ganzes betrachtet einen durch schnittlichen Faserdurchmesser zwischen 10 und 30 µm und besitzen vorzugsweise einen durchschnittlichen Faserdurch messer zwischen 10 und 20 µm. Die durchschnittliche Länge der Stapelfasern liegt zwischen etwa 1,27 und etwa 5,08 cm (etwa 1/2 und etwa 1 in.), und vorzugsweise beträgt die durch schnittliche Länge etwa 3,81 cm (1 1/2 in.).

Die synthetischen polymeren Harzbindefasern, die in dem erfindungsgemäßen nichtgewebten Luftfiltrationsmedium verwen det werden, besitzen thermoplastische Oberflächen mit einem Erweichungspunkt bei niedrigerer Temperatur als die Erwei chungspunkte der polymeren Mikrofasern und der Stapelfasern. Die polymeren Bindefasern, die normalerweise in dem Luftfil trationsmedium verwendet werden, sind ummantelte Fasern, die einen Kern aus Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polycarbo nat, Polyamid, Polyphenylensulfid oder aus einem weiteren thermoplastischen Polymeren besitzen. Der Kern ist mit einem Polyolefin-, einem Polypropylen- oder einem Polyethylenmate rial überzogen, das einen Erweichungspunkt bei niedrigerer Temperatur als die polymeren Mikrofasern und die Stapelfasern besitzt. Obschon Polymere desselben Typs wie Polypropylen zu Bildung der Ummantelungen der Bindefasern sowie der Mikro fasern und/oder der Stapelfasern verwendet werden können, wird das spezifische Molekulargewicht des Polymeren, das für das Bindematerial der Hülle gewählt wird, so gewählt, daß dem Bindematerial ein Erweichungspunkt bei niedrigerer Temperatur als entweder derjenige der Mikrofasern oder Stapelfasern verliehen wird. Der Erweichungspunkt bei niedrigerer Tempera tur der Oberflächen der Bindefasern ermöglicht es, daß die Oberflächen der Bindefasern klebrig werden, wenn das Luftfil trationsmedium erhitzt wird, so daß das Binden der Fasern in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium ohne nachteilige Auswirkung auf die physikalischen Eigenschaften oder Integri tät der Mikrofasern oder Stapelfasern in dem Luftfiltrations medium bewirkt wird. Vorzugsweise ist der Erweichungspunkt der Oberflächen der Bindefasern, der typischerweise zwischen 110 und 130°C liegt, wenigstens 10 bis 15°C niedriger als der Erweichungspunkt von entweder den Mikrofasern oder den Stapelfasern.

Die Bindefasern besitzen als Ganzes betrachtet einen durch schnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,1 und 1,67 mg/m (0,9 und 15 Denier) und vorzugsweise zwischen etwa 0,22 und etwa 0,67 mg/m (etwa 2 und etwa 6 Denier). Die polymeren Bindefasern besitzen eine Länge zwischen etwa 1,27 und etwa 5,08 cm (etwa 1/2 in. und etwa 2 in.) und vorzugsweise eine Länge von etwa 3,81 cm (1 1/2 in.).

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftfiltrations mediums umfaßt 50 Gew.-% bis 90 Gew.-% polymere Mikrofasern, 5 Gew.-% bis 45 Gew.-% polymere Stapelfasern und 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% polymere Bindefasern. Wird der Gewichtsprozentsatz der polymeren Bindefasern in dem Luftfiltrationsmedium verringert, so zeigt die Luftfiltrationsfilzlage oder das -vlies schrittweise eine geringere Integrität. Beträgt der Gewichtsprozentsatz der Bindefasern in dem Luftfiltrations medium im wesentlichen weniger als 10%, so können die Fasern aus der Luftfiltrationsfilzlage oder dem -vlies durch einen Hochgeschwindigkeitsluftstrom, der das Filter passiert, hinweggetragen werden, was das Luftfiltrationsmedium für bestimmte Anwendungen nicht akzeptabel macht. Demgemäß wird gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung der Gewichtsprozentsatz der polymeren Bindefasern in dem Luftfil trationsmedium bei oder über 10% gehalten. Eine solche Ausführungsform umfaßt 50 Gew.-% bis 85 Gew.-% polymere Mikrofasern, 5 Gew.-% bis 40 Gew.-% polymere Stapelfasern und 10 Gew.-% bis 25 Gew.-% polymere Bindefasern.

Obschon eine Luftfiltrationsfilzlage oder ein -vlies, das 10 Gew.-% polymere Bindefasern aufweist, genügend Festigkeit und Integrität für die meisten Anwendungen besitzt, zeigt, wenn der Gewichtsprozentsatz der Bindefasern in der Luftfil trationsfilzlage oder in dem -Vlies schrittweise von 10 Gew.-% auf 25 Gew.-% erhöht wird, die Filzlage oder das Vlies eine schrittweise größere Festigkeit und Integrität und kann für anspruchsvollere Anwendungen verwendet werden. Wenn jedoch der Gewichtsprozentsatz der polymeren Bindefasern sich 25 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums nähert, werden normaler weise die größere Festigkeit und Integrität, die durch die zusätzlichen Bindefasern bereitgestellt werden, durch die größeren Kosten, zu denen die Verwendung der Bindefasern anstelle der weniger teuren Stapelfasern beiträgt, übertroffen. Demgemäß liegt in den meisten Anwendungen der Gewichtsprozentsatz der polymeren Bindefasern in dem Luftfiltrationsmedium unter 25% und häufig bei oder um 20%.

Die polymeren Mikrofasern sind von den drei Fasern zum Filtrieren von Schmutz aus der Luft, die das Luftfiltra tionsmedium passiert und zum Halten des Schmutz es in dem Luftfiltrationsmedium am wirksamsten. Jedoch sind, wie die polymeren Bindefasern, die polymeren Mikrofasern teurer als die polymeren Stapelfasern. Somit werden nur genügend poly mere Mikrofasern in das Filtrationsvlies oder die -filzlage eingearbeitet, so daß dem Vlies oder der Filzlage der Luftfiltrations-Wirkungsgrad verliehen wird, der für die bestimmten Betriebsanforderungen erforderlich sind.

Die Verwendung von Stapelfasern in dem erfindungsgemäßen Luftfiltrationsmedium stellt ein wirksames Luftfiltrations produkt bei relativ niedrigen Kosten bereit. Wie vorstehend diskutiert, sind die Stapelfasern billiger als sowohl die polymeren Mikrofasern als auch die polymeren Bindefasern. Darum werden normalerweise, statt daß den Gewichtsprozentsatz der polymeren Mikrofasern über denjenigen zu vergrößern, der erforderlich ist, so daß dem Vlies oder der Filzlage der erforderliche Filtrationswirkungsgrad für eine bestimmte Anwendung verliehen wird, oder statt daß der Gewichtsprozent satz der Bindefasern über denjenigen vergrößert wird, der erforderlich ist, um das Filtrationsmedium mit der Integrität auszustatten, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist, in dem Filtrationsmedium die weniger teuren Stapelfasern verwendet, um die Kosten des Luftfiltrationsmediums so niedrig wie praktikabel zu halten.

Außerdem verleihen die Stapelfasern dem Filtrationsmedium Leichtigkeit, Festigkeit und Elastizität. Die verliehene Leichtigkeit, die von den Stapelfasern bereitgestellt wird, vergrößert die Schmutzhaltekapazität des Filtrationsmediums. Die verliehene Elastizität, die durch die Stapelfasern bereitgestellt wird, erleichtert sowohl die Erholung des Filtrationsmediums von der Kompression, wenn das Filtra tionsmedium zum Transport und zur Filzlagerung vakuumverpackt worden ist, als auch die Erholung der Einlegefilter, die aus dem Filtrationsmedium hergestellt werden, wenn aus den Filtern die Luft herausgelassen wird und sie bei Betrieb wieder aufgeblasen werden.

Wie vorstehend erläutert, nimmt der Wirkungsgrad des erfin dungsgemäßen Luftfiltrationsmediums zu, wenn der Gewichtspro zentsatz der polymeren Mikrofasern in dem Luftfiltrations medium zunimmt. Somit umfaßt eine Ausführungsform mit relativ niedrigem Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Luftfiltrations mediums folgendes: etwa 50 bis etwa 60 Gew.-% polymere Mikro fasern, etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% Stapelfasern und etwa 10 bis etwa 25 Gew.-% Bindefasern. Eine Ausführungsform mit mittlerem Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Luftfiltrations mediums umfaßt etwa 60 bis etwa 75 Gew.-% polymere Mikrofa sern, etwa 5 bis etwa 30 Gew.-% polymere Stapelfasern und etwa 10 bis etwa 25 Gew.-% polymere Bindefasern. Eine Ausfüh rungsform mit hohem Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Luft filtrationsmediums umfaßt etwa 75 Gew.-% bis etwa 85 Gew.-% polymere Mikrofasern, etwa 5 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% polymere Stapelfasern und etwa 10 bis etwa 20 Gew.-% polymere Bindefasern.

Gemäß einer Ausführungsform mit hohem Wirkungsgrad, relativ niedriger Kapazität des erfindungsgemäßen Luftfiltrations mediums umfaßt das Filtrationsmedium nur polymere Mikrofasern und polymere Bindefasern. Die Stapelfasern, die normalerweise verwendet werden, um die Leichtigkeit und die Schmutzhalteka pazität des Filtrationsmediums zu vergrößern, sind bei dieser Ausführungsform des Luftfiltrationsmediums nicht vorhanden. Das Luftfiltrationsmedium dieser Ausführungsform umfaßt etwa 65 bis 90 Gew.-% polymere Mikrofasern und etwa 10 Gew.-% bis 35 Gew.-% polymere Bindefasern.

Es wurde ein erfindungsgemäßes Luftfiltrationsmedium gete stet, um seinen Wirkungsgrad zu bestimmen. Der Test verwendete Teilchen zwischen 0,3 und 0,5 µm im Durchmesser. Die Mikro fasern besaßen als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,5 und 5 µm, die Stapelfasern besaßen als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 10 und 30 µm, und die Bindefasern besaßen als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 10 und 30 µm. Die Testergebnisse waren wie folgt:

Das erfindungsgemäße Luftfiltrationsmedium wird durch Ver mischen der polymeren Mikrofasern, polymeren Stapelfasern und polymeren Bindefasern auf einer herkömmlichen Karde oder einer ähnlichen Maschine, wie auf einer RANDO-WEBBER- Maschine, hergestellt von der Firma Rando Machine Corporation of Macedon, New York, gebildet. Nach Bildung der Filzlage oder des Vlieses aus nichtgewebten statistisch ausgerichteten und statistisch verwirbelten polymeren Mikrofasern, polymeren Stapelfasern und polymeren Bindefasern während des Kardier verfahrens, wird die Filzlage oder das Vlies des Luftfiltra tionsmediums auf den Erweichungspunkt der thermoplastischen Oberflächen der polymeren Bindefasern erhitzt, um die Fasern des Luftfiltrationsmediums miteinander zu verbinden und um das fertige Luftfiltrationsmedium-Produkt zu bilden, das sodann zu Einlegefiltern und dergleichen verarbeitet werden kann.

Während der Beschreibung der Erfindung wurden bestimmte Ausführungsformen angewendet, um die Erfindung und die Praktiken davon zu erläutern. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese speziellen Ausführungsformen begrenzt, da weitere Ausführungsformen und Abänderungen innerhalb des Geistes der Erfindung dem Fachmann beim Lesen dieser Beschreibung leicht klar werden. Somit soll die Erfindung nicht auf die speziel len offenbarten Ausführungsformen begrenzt sein, sondern ist nur durch die hier beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Faservlieslage eines Luftfiltrationsmediums, umfassend:
synthetische polymere Harz-Mikrofasern von endlicher Länge, wobei die genannten Mikrofasern als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,5 und 5 µm aufweisen, die genannten Mikro fasern einen Erweichungspunkt besitzen und die genannten Mikrofasern zwischen 50 Gew.-% und 90 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen;
synthetische polymere Harzstapelfasern von endlicher Länge, wobei die genannten Stapelfasern als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 10 und 30 µm aufweisen, die genannten Stapel fasern einen Erweichungspunkt besitzen und die genannten Stapelfasern zwischen 5 Gew.-% und 45 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen;
synthetische polymere Harzbindefasern von endlicher Länge, wobei die genannten Bindefasern als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,1 und 1,67 mg/m (0,9 und 15 Denier) besitzen, die genannten Bindefasern thermoplastische Oberflächen mit einem Erweichungspunkt bei niedrigerer Temperatur aufweisen als die Erweichungspunkte der genannten Mikro fasern und der genannten Stapelfasern und die genannten Bindefasern zwischen 5 Gew.-% und 25 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen; und
wobei die genannten Mikrofasern, Stapelfasern und Binde fasern statistisch ausgerichtet und statistisch in einer Filzlage verwirbelt sind und wobei die genannten Binde fasern, die genannten Mikrofasern die genannten Stapel fasern und die genannten Bindefasern unter Bildung der genannten Filzlage miteinander verbinden.

2. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 1, worin die genann ten Mikrofasern zwischen 50 Gew.-% und 85 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen, die genannten Stapel fasern zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-% des Luftfiltra tionsmediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen.

3. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 1, worin die genann ten Mikrofasern zwischen 50 Gew.-% und 60 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen, die genannten Stapel fasern zwischen 20 Gew.-% und 40 Gew.-% des Luftfil trationsmediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen.

4. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 3, worin die genann ten Mikrofasern aus Polypropylen hergestellt sind.

5. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 4, worin die genannte Filzlage ein Flächengewicht zwischen 5 und 20 g pro sq.ft. aufweist und etwa 0,318 bis etwa 0,635 cm (etwa 1/8 in. bis etwa 1/4 in.) dick ist.

6. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 1, worin die genann ten Mikrofasern zwischen 60 Gew.-% und 75 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen, die genannten Stapel fasern zwischen 5 Gew.-% und 30 Gew.-% des Luftfiltra tionsmediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen.

7. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 6, worin die genann ten Mikrofasern aus Polypropylen hergestellt sind.

8. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 7, worin die genannte Filzlage ein Flächengewicht zwischen 53,8 und 215,3 g/m² (zwischen 5 und 20 g pro sq.ft.) aufweist und etwa 0,318 bis etwa 0,635 cm (etwa 1/8 in. bis etwa 1/4 in.) dick ist.

9. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 1, worin die genann ten Mikrofasern zwischen 75 Gew.-% und 85 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen, die genannten Stapelfa sern zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen.

10. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 9, worin die genann ten Mikrofasern aus Polypropylen hergestellt sind.

11. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 10, worin die genann te Filzlage ein Flächengewicht zwischen 53,8 bis 215,3 g/m² (zwischen 5 und 20 g pro sq.ft.) aufweist und etwa 0,318 bis etwa 0,635 cm (etwa 1/8 in. bis etwa 1/4 in.) dick ist.

12. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 1, worin die genann ten Mikrofasern als Ganzes betrachtet einen durchschnitt lichen Faserdurchmesser zwischen 1 und 3 µm besitzen, die genannten Stapelfasern als Ganzes betrachtet einen durch schnittlichen Faserdurchmesser zwischen 10 und 20 µm besitzen und die genannten Bindefasern als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,22 und 0,67 mg/m (2 und 6 Denier) besitzen.

13. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 12, worin die genann ten Mikrofasern zwischen 50 Gew.-% und 85 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen, die genannten Stapel fasern zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-% des Luftfiltra tionsmediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen.

14. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 12, worin die genann ten Mikrofasern zwischen 50 Gew.-% und 60 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen, die genannten Stapel fasern zwischen 20 Gew.-% und 40 Gew.-% des Luftfiltra tionsmediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen.

15. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 14, worin die genann ten Mikrofasern aus Polypropylen hergestellt sind.

16. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 15, worin die genann te Filzlage ein Flächengewicht zwischen 53,8 bis 215,3 g/m² (zwischen 5 und 20 g pro sq. ft.) aufweist und etwa 0,318 bis etwa 0,635 cm (etwa 1/8 in. bis etwa 1/4 in.) dick ist.

17. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 12, worin die Mikro fasern zwischen 60 Gew.-% und 75 Gew.-% des Luftfiltra tionsmediums umfassen, die genannten Stapelfasern zwischen 5 Gew.-% und 30 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen.

18. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 17, worin die genann ten Mikrofasern aus Polypropylen hergestellt sind.

19. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 18, worin die genann te Filzlage ein Flächengewicht zwischen (53,8 bis 215,3 g/m² (zwischen 5 und 20 g pro sq.ft.) aufweist und etwa 0,318 bis etwa 0,635 cm (etwa 1/8 in. bis etwa 1/4 in.) dick ist.

20. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 12, worin die genann ten Mikrofasern zwischen 75 Gew.-% und 85 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen, die genannten Stapel fasern zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-% des Luftfiltra tionsmediums umfassen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-% des Luftfiltrations mediums umfassen.

21. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 20, worin die genann ten Mikrofasern aus Polypropylen hergestellt sind.

22. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 21, worin die genann te Filzlage ein Flächengewicht zwischen 53,8 bis 215,3 g/m² (5 und 20 g pro sq. ft.) aufweist und etwa zwischen 0,318 und etwa 0,635 cm (etwa 1/8 in. und etwa 1/4 in.) dick ist.

23. Faservlieslage eines Luftfiltrationsmediums, umfassend:
synthetische polymere Harzmikrofasern von endlicher Länge, wobei die genannten Mikrofasern als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,5 µm und 5 µm besitzen, die genannten Mikrofasern einen Erweichungspunkt besitzen und die genannten Mikrofasern zwischen 65 Gew.-% und 90 Gew.-% des Luftfiltrationsmediums umfassen,
synthetische polymere Harzbindefasern von endlicher Länge, wobei die genannten Bindefasern als Ganzes betrachtet einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,1 und 1,67 mg/m (0,9 und 15 Denier) besitzen, die genannten Bindefasern thermoplastische Oberflächen mit einem Erweichungspunkt von niedrigerer Temperatur als der Erweichungspunkt der Mikrofasern besitzen und die genannten Bindefasern zwischen 10 Gew.-% und 35 Gew.-% des genannten Luftfiltrationsmediums besitzen und wobei die genannten Mikrofasern und die genannten Bindefasern in einer Filzlage statistisch orientiert und verwirbelt sind und die genannten Bindefasern, die genannten Mikro fasern und die genannten Bindefasern miteinander verbin den, um die genannte Filzlage zu bilden.

24. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 23, worin die genann ten Mikrofasern als Ganzes betrachtet einen durchschnitt lichen Faserdurchmesser zwischen 1 und 3 µm besitzen und die genannten Bindefasern als Ganzes betrachtet, einen durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,22 und 0,67 mg/m (2 und 6 Denier) besitzen.

25. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 24, worin die genann ten Mikrofasern schmelzgeblasene Mikrofasern umfassen.

26. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 1, worin die genann ten Mikrofasern schmelzgeblasene Mikrofasern umfassen.

27. Luftfiltrationsmedium nach Anspruch 12, worin die genann ten Mikrofasern schmelzgeblasene Mikrofasern umfassen.