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Dokumentenidentifikation DE60219293T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001378283
Titel Faservlies für einen Filter und Filter für einen Motor
Anmelder Kureha Ltd., Ritto, Shiga, JP;
Toyoda Boshoku Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Nakajima, Hiroyuki, Ritto-shi, Shiga, JP
Vertreter Müller-Boré & Partner, Patentanwälte, European Patent Attorneys, 81671 München
DE-Aktenzeichen 60219293
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.06.2002
EP-Aktenzeichen 020124111
EP-Offenlegungsdatum 07.01.2004
EP date of grant 04.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse B01D 39/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B01D 39/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B01D 39/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B01D 39/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   B01D 29/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft Faservliese für Filter, die zum Abtrennen und Entfernen von Stäuben in der Luft, usw., angepasst sind, und insbesondere Faservliese für Filter, die ein hervorragendes Rückhaltevolumen für eingefangene Materialien, wie z.B. Stäube und Kohlenstoffteilchen, aufweisen und eine hohe Reinigungseffizienz für eine lange Zeit aufrechterhalten können, ein Verfahren zur Herstellung solcher Faservliese und Filter, bei denen solche Faservliese eingesetzt werden.

Bisher wurde als Verfahren zur Bereitstellung sauberer Luft gebräuchlich ein Verfahren verwendet, bei dem Luft, die Stäube, usw., enthält, zur Entfernung der Stäube, usw., durch Filter geleitet wurde. Die Leistung, die für Filter erforderlich ist, hängt von der Verwendung der Filter ab. Im Hinblick darauf werden als Materialien für Filter verschiedene Materialien, wie z.B. Papier und Fasern, verwendet. Wenn Filter für Luft-aufnehmende Motoren für Kraftfahrzeuge verwendet werden, ist ein Vermögen zum Aufrechterhalten einer hohen Reinigungseffizienz sowie zum Erreichen einer hohen Reinigungseffizienz erforderlich.

In letzter Zeit wurden Faservliese des Dichtegradiententyps als Filter mit einem besseren Vermögen zum Aufrechterhalten der Reinigungseffizienz durch Entfernen und Halten von Stäuben vorgeschlagen. Ein Faservlies des Dichtegradiententyps ist ein Faservlies, in dem faserartige Schichten, die jeweils eine unterschiedliche Faserdichte aufweisen, derart eine über der anderen schichtartig angeordnet sind, dass die Dichte in der Schichtungsrichtung der faserartigen Schichten schrittweise variiert wird. Jede faserartige Schicht ist aus Fasern mit unterschiedlichen Faserdurchmessern zusammengesetzt. Insbesondere ist ein Faservlies des Dichtegradiententyps so aufgebaut, dass die Dichte jeder faserartigen Schicht in der Schichtungsrichtung der faserartigen Schichten von einer Oberfläche des Faservlieses zu der gegenüberliegenden Oberfläche davon dadurch schrittweise zunimmt, dass das Mischungsverhältnis der Fasern, welche die faserartige Schicht bilden, bezüglich jeder faserartigen Schicht verändert wird. In einem solchen Faservlies sind Fasern durch Verbinden bzw. Anhaften mit verschiedenen Bindemitteln oder durch Zugeben von haftenden Fasern und durch Verschmelzen eines Teils der haftenden Fasern, so dass die verschmolzenen haftenden Fasern an den anderen Fasern haften, aneinander gebunden.

Selbst das vorstehend beschriebene Faservlies des Dichtegradiententyps kann keine ausreichende Reinigungseffizienz des Entfernens von Mikroteilchen, wie z.B. Kohlenstoffteilchen, bereitstellen. Demgemäß wurde eine Technik zur Verbesserung der Reinigungseffizienz durch Erhöhen der Dichte der faserartigen Schichten vorgeschlagen. Einige Beispiele für Techniken des Erhöhens der Faserdichte sind derart, dass die Größe der Pore (Abmessung des Zwischenraums), die durch angrenzende Fasern definiert wird, unter Verwendung von Fasern mit einem sehr kleinen Durchmesser vermindert wird, und dass die Porengröße durch Imprägnieren von Harz in die Fasern vermindert wird. Wenn ein solches Faservlies als Filter verwendet wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass bei dem Filter ein Verstopfen der Zwischenräume (Poren) in den faserartigen Schichten resultiert, auch wenn eine Reinigungseffizienz des Entfernens von Mikroteilchen, wie z.B. von Kohlenstoffteilchen, sichergestellt wird. Als Ergebnis wird die Lebensdauer eines solchen Filters verkürzt. Ferner kann die Erhöhung der Dichte der faserartigen Schicht das Rückhaltevolumen des Filters für eingefangene Stäube und Kohlenstoffteilchen vermindern, was zu einer Verminderung der Lebensdauer des Filters führt.

In einem Versuch zur Lösung der vorstehend genannten Probleme wurden in letzter Zeit verschiedene Faservliese für Filter vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 9-192427 die folgende Technik. Insbesondere werden mindestens zwei faserartige Schichten, die jeweils aus wärmehaftenden hydrophoben Fasern und nicht-wärmehaftenden hydrophoben Fasern zusammengesetzt sind, eine über der anderen schichtartig angeordnet, so dass die faserartige Schicht auf einer Luftauslassseite eine durchschnittliche Feinheit aufweist, die kleiner ist als diejenige der faserartigen Schicht auf einer Lufteinlassseite. Das so hergestellte Faservlies wird mit Wasser gewaschen, um den Gehalt an Ölmittel, das an den Fasern haftet, zu vermindern. Dadurch wird ein Faservlies mit einer verbesserten Reinigungsleistung des Einfangens von Sandstäuben erzeugt, während ein Verstopfen in den faserartigen Schichten durch die angesammelten Stäube unterdrückt wird.

Die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. SHO 50-31476 beschreibt ein Faservlies, das durch Herstellen einer Bahn, die mindestens 30 % Verbundfasern enthält, die derart aufgebaut werden, dass Fasern, die aus einem Polymer hergestellt sind, das zwei Arten von Fasern mit einer Schmelzpunktdifferenz von 20°C oder mehr bilden kann, in einer Reihe angeordnet werden, Unterziehen der Bahn einem Vernadelungsverfahren unter Bedingungen, bei denen die aktive Nadelzahl im Bereich von 40 bis 150 liegt, und Unterziehen der so verarbeiteten Bahn einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur nicht unter einem Schmelzpunkt der Komponente der Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und unter dem Schmelzpunkt der Komponente der Verbundfaser mit hohem Schmelzpunkt hergestellt wird.

Die Filter für Motoren von Kraftfahrzeugen erfordern ein hohes Rückhaltevolumen von Stäuben, usw., sowie eine Reinigungseffizienz bezüglich der Stäube, usw., unter Berücksichtigung des Erfordernisses, dass die Filter für eine lange Zeit verwendet werden. Ferner hat im Hinblick auf das in letzter Zeit vorliegende Erfordernis für eine Kostensenkung der Bedarf für eine Herstellung von Faservliesen, die eine hohe Reinigungseffizienz und ein hohes Rückhaltevolumen für Stäube, usw., mit einer geringeren Anzahl faserartiger Schichten und einer hervorragenden Formbarkeit und integrierten Formbarkeit bereitstellen können, zugenommen.

Im Hinblick auf das Vorstehende ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, Faservliese für Filter, die eine hohe Einfangrate bezüglich Stäuben und Kohlenstoffteilchen für eine lange Zeit aufrechterhalten können, mit einem großen Rückhaltevolumen bezüglich Stäuben und Kohlenstoffteilchen, während ein Verstopfen unterdrückt wird, ein Verfahren zur Herstellung solcher Faservliese und Filter für Motoren, in denen solche Faservliese eingesetzt werden, bereitzustellen.

Gemäß eines Aspekts dieser Erfindung ist das Faservlies aus zwei oder mehr verschiedenen Arten faserartiger Schichten, die eine über der anderen angeordnet sind, aufgebaut. Das Faservlies weist eine durchschnittliche Porengröße von einschließlich 30 &mgr;m bis einschließlich 60 &mgr;m und eine Gesamtporenfläche bei bzw. von 0,011 cm2/cm2 oder mehr, bezüglich der gesamten Oberfläche des Faservlieses, auf. Die durchschnittliche Porengröße wird gemäß der Blas- bzw. Blasenpunktmethode, die in ASTM F-316-80 definiert ist, unter Verwendung eines Coulter-Porometers II berechnet. Jede faserartige Schicht ist aus haftenden Fasern und aneinanderzubindenden Fasern zusammengesetzt und die haftenden Fasern und die aneinanderzubindenden Fasern sind durch eine Wärmebehandlung aneinander gebunden.

Das erfindungsgemäße Faservlies stellt eine hervorragende anfängliche Reinigungseffizienz des Einfangens von Stäuben, insbesondere von Kohlenstoffteilchen, die für Faservliese für Filter erforderlich ist, die in verschiedenen Luftreinigungs- und Fluidverarbeitungsvorrichtungen verwendet werden, insbesondere für Filter für Luft-aufnehmende Motoren von Kraftfahrzeugen, sowie ein großes Rückhaltevolumen bezüglich eingefangener Materialien, wie z.B. Stäuben und Kohlenstoffteilchen, bereit. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass das erfindungsgemäße Faservlies ein Verstopfen verursacht und es kann eine große Menge von Stäuben und Kohlenstoffteilchen einfangen und die Reinigungseffizienz für eine lange Zeit aufrechterhalten. Ferner stellt das erfindungsgemäße Faservlies die hervorragende Reinigungseffizienz mit nur drei Schichten bereit und weist eine hervorragende Formbarkeit auf, was bezüglich der Senkung der Herstellungskosten vorteilhaft ist. Das erfindungsgemäße Faservlies ist als Filter für einen Luft-aufnehmenden Motor eines Kraftfahrzeugs geeignet, bei dem eine hohe Reinigungsleistung bei einer kompakten Größe erforderlich ist.

Als Ergebnis umfangreicher Forschungen und Untersuchungen haben die Erfinder dieser Anmeldung gefunden, dass Faservliese mit einer durchschnittlichen Porengröße von 30 bis 60 &mgr;m und einer Gesamtporenfläche von 0,011 cm2/cm2 oder mehr, die durch Anordnen von mindestens zwei faserartigen Schichten eine über der anderen erzeugt werden, eine hervorragende Reinigungseffizienz der Entfernung von Stäuben und Kohlenstoffteilchen, die in einem Gas enthalten sind, sowie ein großes Rückhaltevolumen des Haltens der eingefangenen Stäube und Kohlenstoffteilchen bereitstellen.

Die durchschnittliche Porengröße des Faservlieses ist der Wert, der gemäß der Blasenpunktmethode, die in ASTMF-316-80 definiert ist, unter Verwendung eines Coulter-Porometers II (ein Produkt von Coulter, Inc.) berechnet wird. Die Messung durch das Coulter-Porometer II wird durch Eintauchen eines Stücks Faservlies in eine Flüssigkeit, während die Oberfläche des Faservlieses, die eine hohe Faserdichte aufweist, an einer unteren Seite der Messvorrichtung angeordnet wird, und die gegenüberliegende Oberfläche davon, die eine niedrige Faserdichte aufweist, an einer oberen Seite davon angeordnet wird, Blasen von Gas auf die obere Oberfläche des Faservlieses, während der Gasdruck erhöht wird, und Messen der Porengröße als Beziehung zwischen dem Druck des zugeführten Gases und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, die auf die untere Oberfläche (andere Seite) des Faservlieses ausgeübt wird, durchgeführt. Bezüglich der Bedienung und des Messverfahrens des Coulter-Porometers II folgte das an den Experimenten beteiligte Personal dem Bedienungshandbuch der Messvorrichtung.

Es sollte beachtet werden, dass die „Gesamtporenfläche" der Wert ist, der unter Verwendung des Coulter-Porometers II berechnet wird, und die Gesamtfläche der Poren pro Einheitsfläche ist (Einheit: cm2/cm2), die durch Integrieren der Flächen der Poren mit dem gleichen Durchmesser bezogen auf jede Porengröße (Durchmesser) und durch Aufsummieren der Integrationsergebnisse erhalten wird.

Wenn die durchschnittliche Porengröße 60 &mgr;m übersteigt, treten Mikroteilchen, wie z.B. Kohlenstoffteilchen, leicht durch die Poren hindurch, so dass keine ausreichende anfängliche Reinigungseffizienz des Einfangens der Mikroteilchen bereitgestellt werden kann. Wenn im Gegensatz dazu die durchschnittliche Porengröße kleiner als 30 &mgr;m ist, ist es wahrscheinlich, dass das Faservlies, das eine solche durchschnittliche Porengröße aufweist, in einer kurzen Zeit ein Verstopfen verursacht, obwohl die anfängliche Reinigungseffizienz des Einfangens von Mikroteilchen erhöht werden kann. Als Ergebnis kann das Faservlies mit einer solchen kleinen durchschnittlichen Porengröße keine hohe Reinigungseffizienz für eine lange Zeit aufrechterhalten.

Wenn die Gesamtporenfläche kleiner als 0,011 cm2/cm2 ist, kann ein Faservlies mit einer solchen kleinen Gesamtporenfläche kein ausreichendes Rückhaltevolumen bezüglich eingefangener Stäube und Mikroteilchen, wie z.B. Kohlenstoffteilchen, bereitstellen. Vorzugsweise beträgt die Gesamtporenfläche 0,012 cm2/cm2 oder mehr, mehr bevorzugt 0,013 cm2/cm2 oder mehr und insbesondere 0,018 cm2/cm2 oder mehr. Je größer die Gesamtporenfläche ist, desto größer ist das Stäube/Kohlenstoffteilchen-Rückhaltevolumen des Faservlieses, wodurch das Vermögen zum Aufrechterhalten einer hohen Reinigungseffizienz für eine lange Zeit verbessert wird. Demgemäß gibt es keinen Wert für die Obergrenze der Gesamtporenfläche, so lange die durchschnittliche Porengröße in dem vorstehend angegebenen Bereich liegt.

Der Filter, bei dem das erfindungsgemäße Faservlies eingesetzt wird, weist eine anfängliche Reinigungseffizienz, die durch JIS D 1612 definiert ist, von 95 % oder mehr, vorzugsweise von 96 % oder mehr, und eine Stäube/Kohlenstoffteilchen-Einfangrate am Ende, die durch JIS D 1612 definiert ist, von 99,4 % oder mehr, vorzugsweise von 96 % oder mehr auf. Der Filter weist auch ein Rückhaltevolumen von Stäuben, das durch JIS Z 8901 definiert ist, von 230 g/0,1 m3 oder mehr, und ein Rückhaltevolumen für Kohlenstoffteilchen, das durch JIS Z 8901 definiert ist, von 3,6 g/0,1 m3 oder mehr auf. Mit diesen Eigenschaften kann der Filter eine hohe Reinigungsleistung für eine lange Zeit aufrechterhalten.

Das erfindungsgemäße Faservlies mit der vorstehend genannten durchschnittlichen Porengröße und der vorstehend genannten Gesamtporenfläche kann vorzugsweise durch Anordnen einer Mehrzahl faserartiger Blätter (Bahnen), die jeweils aus haftenden Fasern und aneinanderzubindenden Fasern aufgebaut sind, die nachstehend beschrieben werden, wobei diese zwei Arten von Fasern einheitlich verteilt sind, eine über der anderen, Verbinden der faserartigen Blätter zu einem integrierten Faservliesteil durch ein physikalisches Verbinden, wie z.B. ein Vernadelungsverfahren, Unterziehen des Faservliesteils einer Wärmebehandlung durch thermisches Anhaftenlassen der Fasern aneinander, Aufbringen einer Flüssigkeit auf die Oberfläche des Faservlieses, das eine hohe Faserdichte aufweist, und Behandeln des Faservlieses mit einer Heizwalze hergestellt werden.

Nachstehend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faservliese für Filter detailliert beschrieben. Solange die erfindungsgemäßen Faservliese mit den vorstehend genannten Eigenschaften erzeugt werden können, ist das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faservliese nicht auf das nachstehend beschriebene Herstellungsverfahren beschränkt.

Vorzugsweise sind die Faserbestandteile, die jede faserartige Schicht des erfindungsgemäßen Faservlieses bilden, derart, dass ein Teil einer Art von Faser verschmolzen wird, so dass sie an der anderen Faser haftet, wodurch sie bei der Anwendung einer Wärmebehandlung, die später beschrieben wird, miteinander verbunden werden. Das Verbinden der Fasern unter Nutzung der verschmolzenen Fasern ermöglicht die Bereitstellung eines Faservlieses, das eine ausreichende Steifigkeit gegen ein Biegen bei der Herstellung von Falten, das später beschrieben wird (nachstehend wird diese Art von Vermögen des erfindungsgemäßen Faservlieses als „Formbarkeit" bezeichnet), und bei der Ausbildung des Faservlieses zu einem integrierten Faservliesgegenstand mit einem Trägerrahmen dadurch, dass ein Teil des Faservlieses als Trägerrahmen ausgebildet wird (nachstehend wird diese Art von Vermögen des erfindungsgemäßen Faservlieses als „integrierte Formbarkeit" bezeichnet), aufweist.

Es ist selbstverständlich, dass es ein Verfahren zum Anhaftenlassen der Fasern aneinander unter Verwendung eines bekannten Bindemittels, wie z.B. eines Bindemittels des Emulsionstyps, gibt. Die Verwendung des Bindemittels des Emulsionstyps weist jedoch die folgenden Nachteile auf. Das Zugeben einer übermäßigen Menge des Bindemittels macht es schwierig, die Porengröße in einem geeigneten Bereich einzustellen. Ferner ist es wahrscheinlich, dass die Verwendung eines Bindemittels ein Verstopfen verursacht, wodurch die Lebensdauer des Filters verkürzt wird. Darüber hinaus ist es wahrscheinlich, dass bei der Erzeugung von Faservliesgegenständen Risse erzeugt werden, wodurch fehlerhafte Faservliesgegenstände erzeugt werden. Insbesondere kann in dem Fall der Verwendung eines Bindemittels ein integriertes Formen nicht durchgeführt werden, wie es später beschrieben wird. Im Hinblick auf das Vorstehende wird in der Ausführungsform dieser Erfindung ein Bindemittel nicht verwendet.

Im Hinblick auf die vorstehend genannten Umstände wird die faserartige Schicht des erfindungsgemäßen Faservlieses aus einer haftenden Faser und einer aneinanderzubindenden Faser hergestellt.

Die haftende Faser ist eine Faser, welche die Eigenschaft aufweist, dass sie im Temperaturbereich von 100 bis 220°C zu schmelzen beginnt. Eine solche haftende Faser kann eine Einzelfaser oder eine Verbund- bzw. Mischfaser sein. Die Einzelfaser umfasst eine Polypropylenfaser, eine Polyethylenfaser und eine Copolymerfaser aus Ethylen-Vinylacetat. Die Verbundfaser umfasst einen nebeneinander liegenden Typ oder einen Hülle-und-Kern-Typ. Da ein übermäßiges Schmelzen von Fasern die Bindungsfestigkeit zwischen Fasern vermindert, ist es bevorzugt, anstelle der Einzelfaser eine Verbundfaser zu verwenden. Wenn die haftende Faser aus einer Verbundfaser gebildet wird, wird empfohlen, eine Verbundfaser des Hülle-und-Kern-Typs zu verwenden, die aus einer Komponente mit hohem Schmelzpunkt (entsprechend einem Kern der Faser), die einen Schmelzpunkt aufweist, der um 30°C oder mehr höher ist als der Schmelzpunkt einer Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt, und der Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt (entsprechend einer Hülle der Faser), die einen Schmelzpunkt im Bereich von 100 bis 220°C aufweist, zusammengesetzt ist. Eine Kombination aus einem modifizierten Polyester und einem Polyester ist als eine solche Verbundfaser des Hülle-und-Kern-Typs bevorzugt. Es ist selbstverständlich, dass eine solche Verbundfaser des Hülle-und-Kern-Typs eine Verbundfaser aus Polypropylen (Kern) und Polyethylen (Hülle), eine Verbundfaser aus Nylon-66 (Kern) und Nylon-6 (Hülle) und eine Verbundfaser aus Polyester (Kern) und Polyethylen (Hülle) umfasst.

Das Mischungsverhältnis der Komponente mit hohem Schmelzpunkt zu der Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt in der Verbundfaser ist nicht speziell beschränkt. Als eine solche Verbundfaser werden auf dem Markt erhältliche Fasern verwendet.

Die aneinanderzubindende Faser, die eine Faser eines Typs ist, der sich von der haftenden Faser unterscheidet, ist eine Faser, die bei der Schmelzstarttemperatur der vorstehend genannten haftenden Faser nicht zu schmelzen beginnt. Vorzugsweise beträgt die Schmelzpunktdifferenz zwischen der haftenden Faser und der aneinanderzubindenden Faser mindestens 30°C oder mehr. Vorzugsweise ist die aneinanderzubindende Faser eine Einzelfaser. Die Einzelfaser umfasst Polyamidfasern, wie z.B. Nylon, und Polyesterfasern.

Das Masseverhältnis der haftenden Faser zur aneinanderzubindenden Faser, die jede faserartige Schicht bilden, liegt vorzugsweise im Bereich von 50:50 bis 30:70. Je höher der Anteil der haftenden Faser ist, desto stärker können die Poren verstopft werden oder die Gesamtporenfläche vermindert werden, und zwar aufgrund eines übermäßigen Schmelzens der haftenden Faser. Es sollte beachtet werden, dass die Länge jeder Faser nicht speziell beschränkt ist. Es können bekannte Fasern mit jedweder Faserlänge verwendet werden.

Gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung kann eine faserartige Schicht gemäß einem bekannten Verfahren hergestellt werden, solange das Mischungsverhältnis der haftenden Faser zu der aneinanderzubindenden Faser in dem vorstehend genannten Bereich liegt. Das erfindungsgemäße Faservlies wird durch Anordnen mindestens zwei faserartiger Schichten, wobei jede davon durch Mischen der vorstehend genannten Fasern in dem angegebenen Verhältnis erhalten wird, einer über der anderen hergestellt. Solange die vorstehend genannte durchschnittliche Porengröße und die vorstehend genannte Gesamtporenfläche erhältlich sind, sind die Dicke des Faservlieses, die Dicke jeder faserartigen Schicht und die Anzahl der faserartigen Schichten, die das Faservlies bilden, nicht beschränkt. Daher können die Dicke und die Anzahl der faserartigen Schichten gemäß ihres Anwendungszwecks optimal festgelegt werden. Eine Erhöhung der Dicke und der Anzahl der faserartigen Schichten über einen zulässigen Bereich hinaus kann jedoch die Herstellungskosten des Faservlieses erhöhen. Demgemäß ist es bevorzugt, die Dichte der faserartigen Schicht und den Durchmesser von Fasern in einer solchen Weise einzustellen, dass die durchschnittliche Porengröße und die Gesamtporenfläche, die in der vorstehend beschriebenen Weise definiert sind, mit einer geringeren Anzahl faserartiger Schichten erhalten werden können.

Gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung ist es bevorzugt, das Faservlies derart zu bilden, dass die Dichte der faserartigen Schicht schrittweise oder kontinuierlich in der Schichtungsrichtung der faserartigen Schichten von einer Einlassseite des zugeführten Gases des Faservlieses, durch die ein zugeführtes Gas hineingezogen wird, zu einer Auslassseite des zugeführten Gases, durch die das zugeführte Gas ausgetragen wird, zunimmt. Nachstehend wird die faserartige Schicht, die eine hohe Faserdichte aufweist, als „Schicht mit hoher Dichte" bezeichnet, und die faserartige Schicht, die eine niedrige Faserdichte aufweist, als „Schicht mit niedriger Dichte" bezeichnet. In dem Faservlies, das einen solchen Dichtegradienten aufweist, können Teilchen mit einem relativ großen Durchmesser, wie z.B. Stäube, in der faserartigen Schicht der Einlassseite des zugeführten Gases eingefangen werden (nämlich in der Schicht mit niedriger Dichte). Dadurch kann ein Verstopfen in der faserartigen Schicht der Auslassseite des zugeführten Gases (nämlich der Schicht mit hoher Dichte) unterdrückt werden. Ferner können bei dieser Anordnung Stäube in einer Weise zurückgehalten werden, dass Stäube mit unterschiedlichen Teilchengrößen (Durchmesser) in der Dickenrichtung (Schichtungsrichtung) des Faservlieses gemäß der Größe der Teilchen verteilt werden. Bei dieser Anordnung kann das Rückhaltevolumen von Stäuben pro Einheitsfläche erhöht werden.

Es ist bevorzugt, eine Faser mit einem kleinen durchschnittlichen Denier bzw. Denier-Wert als eine Komponente für die Schicht mit hoher Dichte zu verwenden, um die Faserdichte der Schicht mit hoher Dichte zu erhöhen, während die Schichtdicke so gering wie möglich gehalten wird. Ferner ist es bevorzugt, eine Faser mit einem großen durchschnittlichen Denier-Wert als eine Komponente für die Schicht mit niedriger Dichte zu verwenden, um das Erfordernis des Einfangens von relativ großen Teilchen zu erfüllen. Im Hinblick darauf ist es bevorzugt, den durchschnittlichen Denier-Wert der faserartigen Schichten schrittweise oder kontinuierlich in der Dickenrichtung oder Schichtungsrichtung des Faservlieses von der Einlassseite des zugeführten Gases (Seite der Schicht mit niedriger Dichte) zu der Auslassseite des zugeführten Gases (Seite der Schicht mit hoher Dichte) zu vermindern.

Das Verfahren zum Verbinden der schichtartig angeordneten faserartigen Schichten zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Faservlieses ist nicht speziell beschränkt. Es wird jedoch ein integrierte Bildung durch physikalisches Verbinden eingesetzt, um die Formbarkeit des Faservlieses sicherzustellen. Ein physikalisches Verbinden bedeutet, dass die faserartigen Schichten durch Verflechten der Fasern in den angrenzenden Schichten miteinander verbunden werden. Bevorzugte Beispiele für Verfahren des Verflechtens der Fasern gemäß eines solchen physikalischen Verbindens sind ein Vernadelungsverfahren und ein Wasserstrahlverarbeitungsverfahren. Bezüglich des physikalischen Verbindens, wie z.B. eines Vernadelungsverfahrens und eines Wasserstrahlverarbeitungsverfahrens, ist es aus den folgenden Gründen bevorzugt, ein Vernadelungsverfahren (Wasserstrahlverarbeitungsverfahren) auf der Seite der Schicht mit hoher Dichte des Faservlieses durchzuführen. Verglichen mit dem Fall, bei dem ein Vernadelungsverfahren auf der Seite der Schicht mit niedriger Dichte durchgeführt wird, kann das Vernadelungsverfahren auf der Seite der Schicht mit hoher Dichte ein Zusammenfallen oder eine Verformung der Poren, das bzw. die mit dem Verflechten einhergeht, sowie eine unerwünschte Erweiterung der Porengröße unterdrücken. Durch diese Anordnung können die durchschnittliche Porengröße und die Gesamtporenfläche, die vorstehend definiert worden sind, sichergestellt werden, wodurch eine Verminderung der anfänglichen Reinigungseffizienz bezüglich Mikroteilchen, wie z. B. Kohlenstoffteilchen, unterdrückt wird. Die Erfordernisse für die Durchführung eines Vernadelungsverfahrens sind nicht speziell beschränkt. Eine übermäßige Vergrößerung der Vernadelungstiefe kann jedoch in unerwünschter Weise die Porengröße (Durchmesser) erweitern. Im Gegensatz dazu kann bei einer übermäßigen Verminderung der Vernadelungstiefe kein ausreichendes Verflechten erhalten werden. Im Hinblick darauf ist es im Allgemeinen bevorzugt, die Vernadelungstiefe im Bereich von 8 bis 15 mm einzustellen. Als Nadel für das Vernadelungsverfahren kann jedwede Art von Nadel verwendet werden, die in dem bekannten Vernadeln verwendet wird. Da jedoch der Nadeldurchmesser größer ist als der Durchmesser der Poren in der Schicht mit hoher Dichte, kann der Porendurchmesser in der Schicht mit hoher Dichte durch das Vernadelungsverfahren zunehmen. Im Hinblick darauf ist es bevorzugt, die Anzahl von Nadeln (die Anzahl für die Penetration) pro Einheitsfläche in dem Bereich von 40 bis 100 Teilen/cm2 einzustellen, um eine unerwünschte Erweiterung des Porendurchmessers zu unterdrücken und einen ausreichenden Verflechtungsvorgang durchzuführen.

Das Faservlies wird nach dem physikalischen Verbinden einer Wärmebehandlung unterzogen, bei welcher die haftende Faser und die aneinanderzubindende Faser aneinander gebunden werden. Das Wärmebehandlungsverfahren ist nicht speziell beschränkt. Solange die Temperatur für die Wärmebehandlung mit der Schmelzstarttemperatur der haftenden Faser identisch oder höher als diese ist und niedriger ist als die Schmelzstarttemperatur der aneinanderzubindenden Faser, können diese Fasern aneinander gebunden werden.

Es ist wahrscheinlich, dass sich die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte nach der Wärmebehandlung in einem fusseligen Zustand befindet. Im Hinblick darauf wird nach der Wärmebehandlung eine Kalandrierverarbeitung durchgeführt, bei der die Schicht mit hoher Dichte des Faservlieses eine Heizwalze kontaktiert, die bei einer Temperatur erhitzt wird, die mit der Schmelzstarttemperatur der Komponente der Faser mit niedrigem Schmelzpunkt identisch oder höher als diese ist, um die Oberflächenkonfiguration glatt zu machen, bestimmte Abmessungen für das Faservlies sicherzustellen und die Faserdichte zu erhöhen. Das Kontaktieren der Heizwalze mit der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte in der Kalandrierverarbeitung ermöglicht die Bereitstellung eines gewünschten Oberflächenzustands durch Binden der fusseligen Fasern in der Schicht mit hoher Dichte und erhöht die Faserdichte der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte.

Es ist wahrscheinlich, dass der Kontakt der Heizwalze mit der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte in der Kalandrierverarbeitung den haftenden Teil der haftenden Faser und der aneinanderzubindenden Faser verschmilzt, so dass diese gebunden werden (selbstverständlich wird auch ein anderer haftender Teil, wie z.B. der haftende Teil einer haftenden Faser und einer haftenden Faser, verschmolzen). Dann kann der verschmolzene Teil eine erneute Bindung der Fasern verursachen. Da die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte durch die Walze in einen gepressten Zustand gebracht wird, kann eine übermäßige Bindung verursacht werden, oder die fusseligen Fasern, die an die Walzenoberfläche gebunden worden sind, können an die Fasern der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte gebunden werden. Als Ergebnis dieser Vorgänge kann der Kontakt der Heizwalze mit der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte in der Kalandrierverarbeitung zu einer Verminderung des Porendurchmessers, einer Verminderung der Anzahl von Poren oder einem Verstopfen der Poren auf der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte führen, oder er kann den Porendurchmesser durch ein erneutes Binden der Fasern in unerwünschter Weise erweitern. Da das Faservlies, das einer solchen Behandlung unterzogen worden ist, eine verminderte Gesamtporenfläche aufweist, kann die Verwendung eines derartigen Faservlieses als Filter, so wie es vorliegt, kein ausreichend großes Rückhaltevolumen für Stäube, insbesondere Kohlenstoffteilchen, bereitstellen, wie es nachstehend beschrieben wird.

Zur Lösung des vorstehend genannten Problems ist es bevorzugt, vor der Kalandrierverarbeitung eine Flüssigkeit auf die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte aufzubringen. Das Aufbringen einer Flüssigkeit auf die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte ermöglicht es verdampften Mikroteilchen der Flüssigkeit, die durch Erhitzen der Flüssigkeit erzeugt worden sind, an den Fasern zu haften, welche die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte bilden. Das Anhaften der verdampften Mikroteilchen der Flüssigkeit blockiert die Verminderung des Porendurchmessers, die Verminderung der Porenanzahl und das Verstopfen der Poren, das aus einem Verschmelzen des haftenden Teils der haftenden Faser und der aneinanderzubindenden Faser resultiert, ein erneutes Binden und ein Binden bzw. Anhaften der fusseligen Fasern an anderen Fasern, wie z.B. den aneinanderzubindenden Fasern, begleitet von einem Verschmelzen. Das Faservlies, das nach der Wärmebehandlung dem Flüssigkeitsaufbringen und der Kalandrierverarbeitung, die vorstehend beschrieben worden sind, in dieser Reihenfolge unterzogen worden ist, weist einen geeigneten Oberflächenzustand auf, während eine erwünschte hohe Faserdichte auf der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte beibehalten wird, wobei die Porengröße in dem definierten Bereich liegt. Ferner ist ein solches Faservlies im Wesentlichen frei von einer Abnahme der Gesamtporenfläche, bezogen auf die gesamte Oberfläche des Faservlieses. Demgemäß stellt ein solches Faservlies ein großes Rückhaltevolumen für eingefangene Stäube und Kohlenstoffteilchen bereit. Das Aufbringen von Flüssigkeit fixiert und/oder bildet eine Vielzahl von Mikroluftdurchgängen (Luftkanälen) in dem Faservlies, wodurch eine hohe Reinigungseffizienz für Stäube und Kohlenstoffteilchen für eine lange Zeit aufrechterhalten wird.

Die bei dem Aufbringen der Flüssigkeit verwendete Flüssigkeit ist nicht speziell beschränkt. Ein Ölmittel, wie z.B. Wasser und ein Elektrostatikinhibitor, ist bevorzugt. In dem Fall der Verwendung eines Ölmittels ist es bevorzugt, das Ölmittel in Form einer Lösung zu verwenden. Die Konzentration der Öllösung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 10 Masse-% und mehr bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 5 Masse-%.

Die Flüssigkeit kann in jedweder gewünschten Weise aufgebracht werden, wie z.B. durch Beschichten oder Sprühen bzw. Spritzen, solange die Flüssigkeit die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte des Faservlieses kontaktieren kann. Sprühen bzw. Spritzen ist bevorzugt, um die Flüssigkeit einheitlich auf die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte aufzubringen.

Die Menge der Flüssigkeit zum Aufbringen kann gemäß der Temperatur der Heizwalze bei der Kalandrierverarbeitung optimal eingestellt werden. Die Menge für das Aufbringen der Flüssigkeit, wenn die Temperatur der Heizwalze in dem nachstehend genannten Bereich eingestellt wird, liegt vorzugsweise bei 1 bis 20 g/m2 und mehr bevorzugt bei 2 bis 10 g/m2. Das Aufbringen der Flüssigkeit über der Obergrenze des zulässigen Bereichs kann keinen ausreichenden Effekt, der auf das Aufbringen der Flüssigkeit zurückzuführen ist, bereitstellen. Bei einem Aufbringen der Flüssigkeit unter der Untergrenze des zulässigen Bereichs muss die Temperatur der Heizwalze hoch eingestellt werden, um den vorstehend genannten Effekt sicherzustellen. Das Erhöhen der Temperatur der Heizwalze, die mit der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte kontaktiert wird, kann jedoch ein Verschmelzen und ein erneutes Anhaften bzw. Binden der Fasern, welche die Schicht mit hoher Dichte des Faservlieses bilden, verursachen, und zwar selbst dann, wenn die Flüssigkeit auf die Schicht mit hoher Dichte aufgebracht wird, wie es vorstehend erwähnt worden ist. Dies ist nicht bevorzugt, da die Wärmeübertragung von der Heizwalze die Poren der Schicht mit hoher Dichte verstopfen kann.

Die Temperatur der Heizwalze ist nicht speziell beschränkt. Vorzugsweise ist die Temperatur der Heizwalze, die mit der Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte in Kontakt ist, mit der Schmelzstarttemperatur der haftenden Faser identisch oder höher als diese und niedriger als die Schmelzstarttemperatur der gebundenen Faser, und liegt z.B. im Bereich von 190 bis 230°C. Es gibt keine Anforderungen bezüglich der Porengröße und des Oberflächenzustands der Oberfläche der Schicht mit niedriger Dichte. Demgemäß kann die Temperatur der Walze, die mit der Oberfläche der Schicht mit niedriger Dichte in Kontakt ist, die Umgebungstemperatur sein. Mit anderen Worten: Es gibt keinen Bedarf zum Erhitzen der Walze, die mit der Oberfläche der Schicht mit niedriger Dichte in Kontakt ist.

Der Abstand zwischen den Walzen (Zwischenraum zwischen den Walzen) ist nicht speziell beschränkt. Der Zwischenraum kann gemäß den Anforderungen in optimaler Weise verändert werden.

Die Ausführung der vorstehend beschriebenen Schritte ermöglicht die Herstellung des erfindungsgemäßen Faservlieses für einen Filter, der eine durchschnittliche Porengröße im Bereich von 30 bis 60 &mgr;m und eine Gesamtporenfläche von 0,011 cm2/cm2 oder mehr aufweist.

Das so erzeugte Faservlies kann dadurch als Filter verwendet werden, dass das Faservlies gemäß der Konfiguration der Teile, auf die der Filter angewandt werden soll, zu einer geeigneten Form zugeschnitten wird. Es ist bevorzugt, verschiedene Verfahren, wie z.B. ein Faltverfahren, auf das Faservlies anzuwenden. Insbesondere in dem Fall der Verwendung des Faservlieses als Filter zur Verwendung in einem Motor eines Fahrzeugs, wie z.B. eines Kraftfahrzeugs, ist es bevorzugt, im Hinblick auf die Aufrechterhaltung der Reinigungsleistung des Filters und das Sicherstellen der Reinigungseffizienz ein Faltverfahren durchzuführen. Das Falten kann gemäß einem bekannten Verfahren durchgeführt werden.

Ferner kann ein Trägerrahmen (Flanschabschnitt) des Filters dadurch integriert ausgebildet werden, dass ein Teil des Filters, nachdem der Filter einem Faltverfahren unterzogen worden ist, einem Formpressen unterzogen wird. Da beim Binden der Fasern des erfindungsgemäßen Faservlieses kein Bindemittel verwendet wird, ist es nicht wahrscheinlich, dass bei der Bildung des Trägerrahmens als integriertes Teil Risse in dem Filter erzeugt werden.

Das Verfahren zur integrierten Bildung ist nicht speziell beschränkt. Ein Beispiel für ein Verfahren ist derart, dass das Faservlies nach dem Faltverfahren auf einem Formwerkzeug einer Pressmaschine angeordnet wird. Dann wird das Formwerkzeug, auf dem das Faservlies angeordnet ist, in einen Presskontakt mit einem Formwerkzeuggegenstück gebracht, das bei einer Temperatur erhitzt worden ist, die niedriger ist als die Temperatur des Verschmelzens der haftenden Fasern des Faservlieses. Dann werden die vier äußeren Seiten des Faservlieses zur Bildung eines Flanschabschnitts gepresst. Auf diese Weise wird der Trägerrahmen des Faservlieses nach dem Faltverfahren integriert mit dem Faservlies geformt.

Mit anderen Worten: Das erfindungsgemäße Faservlies stellt ein einfaches Formen durch Verschmelzen der gebundenen Teile der Fasern mit Wärme und durch ein erneutes Anhaften der Fasern in einem Kühlverfahren, das nach dem Formverfahren folgt, bereit, wodurch ein verstärkter Trägerrahmen bereitgestellt wird. Das in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 8-309136 beschriebene Formverfahren kann als Beispiel für ein Formverfahren in dieser Erfindung angewandt werden. Da ein Trägerrahmen durch die Verwendung eines Teils eines Filters, der aus dem Faservlies ausgebildet ist, integriert geformt werden kann, gibt es keinen Bedarf für die Verwendung zusätzlicher Teile, wie z.B. eines aus Kautschuk hergestellten Rahmens. Demgemäß kann der erfindungsgemäße Filter mit reduzierten Kosten hergestellt werden.

Nachstehend werden Beispiele des erfindungsgemäßen Faservlieses unter Bezugnahme auf die Tabelle 1 beschrieben. „l-m-p-Polyester" in der Tabelle 1 bedeutet Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt.

Beispiel 1

Im Beispiel 1 wurde die Kombination faserartiger Schichten, die als schichtartig angeordnetes Teil Nr. 1 in der Tabelle 1 dargestellt ist, verwendet. Die Zusammensetzung des schichtartig angeordneten Teils Nr. 1 ist wie folgt.

Zusammensetzung der Schicht mit hoher Dichte:

Faserartige Schicht, die 170 g/m2 „Metsuke" (durchschnittliche Feinheit: 1,625 Denier) enthält, hergestellt aus

50 Masse-% Polyesterfaser (Feinheit: 1,25 Denier, Faserlänge: 44 mm, Schmelzpunkt: 260°C), und

50 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 2 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C).

Anmerkung: „Metsuke" ist das Gewicht der Faser pro Einheitsfläche.

Zusammensetzung der Mittelschicht:

Faserartige Schicht, die 90 g/m2 Metsuke (durchschnittliche Feinheit: 3,0 Denier) enthält, hergestellt aus

50 Masse-% Polyesterfaser (Feinheit: 2 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt: 260°C), und

50 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 4 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C).

Zusammensetzung der Schicht mit niedriger Dichte:

Faserartige Schicht, die 60 g/m2 Metsuke (durchschnittliche Feinheit: 5,0 Denier) enthält, hergestellt aus

50 Masse-% Polyesterfaser (Feinheit: 6 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt: 260°C), und

50 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 4 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C).

Die vorstehend beschriebenen faserartigen Schichten wurden in der Reihenfolge der Schicht mit hoher Dichte, der Mittelschicht und der Schicht mit niedriger Dichte eine über der anderen angeordnet und ein Vernadelungsverfahren (Vernadelungstiefe: 11 mm, Anzahl der Nadeln: 63 Teile/cm2) wurde auf die gestapelte Schicht von der Seite der Schicht mit hoher Dichte her angewandt. Nach einer Wärmebehandlung (210°C, 47 Sekunden) durch eine Wärmeverarbeitungsmaschine des Stiftspannrahmentyps wurde Wasser auf die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte gesprüht (Wassermenge: 10 g/m2). Anschließend wurde eine Kalandrierverarbeitung dadurch durchgeführt, dass die Schicht mit hoher Dichte mit einer Heizwalze mit einer Oberflächentemperatur von 215°C in Kontakt gebracht wurde und die Schicht mit niedriger Dichte mit einer Walze mit Umgebungstemperatur mit einem Zwischenraum zwischen den Walzen von 2,5 mm in Kontakt gebracht wurde. Nach der Kalandrierverarbeitung wurden die gestapelten Schichten luftgekühlt. Auf diese Weise wurde ein Stück eines Faservlieses für einen Filter hergestellt.

Beispiel 2

Ein Stück eines Faservlieses für einen Filter wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 erzeugt, jedoch wurden auf die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte anstelle von Wasser 10 g/m2 eines Elektrostatikinhibitors des anionischen Typs (2 Masse-%) gesprüht.

Beispiel 3

Im Beispiel 3 wurde die Kombination von faserartigen Schichten verwendet, die in der Tabelle 1 als schichtartig angeordnetes Teil Nr. 2 dargestellt ist. Die Zusammensetzung des schichtartigen Teils Nr. 2 ist wie folgt.

Zusammensetzung der Schicht mit hoher Dichte:

Faserartige Schicht, die 170 g/m2 Metsuke (durchschnittliche Feinheit: 1,78 Denier) enthält, hergestellt aus

30 Masse-% Polyesterfaser (Feinheit: 1,25 Denier, Faserlänge: 44 mm, Schmelzpunkt: 260°C), und

70 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 2 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C).

Zusammensetzung der Mittelschicht:

Faserartige Schicht, die 90 g/m2 Metsuke (durchschnittliche Feinheit: 2,6 Denier) enthält, hergestellt aus

70 Masse-% Polyesterfaser (Feinheit: 2 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt: 260°C), und

30 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 4 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C).

Zusammensetzung der Schicht mit niedriger Dichte:

Faserartige Schicht, die 60 g/m2 Metsuke (durchschnittliche Feinheit: 3,0 Denier) enthält, hergestellt aus

70 Masse-% Polyesterfaser (Feinheit: 6 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt: 260°C), und

30 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 4 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C).

Ein Stück eines Faservlieses für einen Filter wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 erzeugt, jedoch wurden die vorstehend beschriebenen faserartigen Schichten verwendet.

Beispiel 4

Ein Stück eines Faservlieses für einen Filter wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 erzeugt, jedoch wurde Wasser nicht auf die Schicht mit hoher Dichte gesprüht.

Beispiel 5

Ein Stück eines Faservlieses für einen Filter mit der Zusammensetzung, die in der Tabelle 1 durch das schichtartig angeordnete Teil Nr. 3 gezeigt ist, wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 4 erzeugt, jedoch wurden 90 g/m2 Metsuke zur Bildung der Schicht mit hoher Dichte und 170 g/m2 Metsuke zur Bildung der Mittelschicht verwendet.

Beispiel 6

Ein Stück eines Faservlieses für einen Filter mit der Zusammensetzung, die in der Tabelle 1 durch das schichtartig angeordnete Teil Nr. 4 gezeigt ist, wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 4 erzeugt, jedoch wurde als Schicht mit hoher Dichte eine faserartige Schicht, die 170 g/m2 Metsuke (durchschnittliche Feinheit: 1,738 Denier) enthielt und die folgende Zusammensetzung aufwies, verwendet.

Zusammensetzung der Schicht mit hoher Dichte:

  • 25 Masse-% Polyesterfaser (Feinheit: 1,25 Denier, Faserlänge: 44 mm, Schmelzpunkt: 260°C),
  • 25 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 2 Denier, Faserlänge: 44 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C), und
  • 50 Masse-% einer Verbundfaser, die aus Polyester und Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt ist (Feinheit: 1,7 Denier, Faserlänge: 51 mm, Schmelzpunkt des Polyesters mit niedrigem Schmelzpunkt: 160°C).

Es sollte beachtet werden, dass die vorstehend beschriebene Zusammensetzung der Schicht mit hoher Dichte zur Verminderung der Anzahl von Kontaktpunkten zwischen Fasern hergestellt wurde.

Die Eigenschaften der Faservliese, die in den Beispielen 1 bis 6 erhalten worden sind, wurden bezüglich der folgenden Merkmale untersucht. Das zugeführte Gas wurde durch die Schicht mit niedriger Dichte jedes Faservlieses gezogen und aus der Schicht mit hoher Dichte des Faservlieses ausgetragen. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Zu untersuchende Merkmale

  • – Durchschnittliche Porengröße (Einheit: &mgr;m): Berechnet mit einem Coulter-Porometer II (ein Produkt von Coulter, Inc.) in einem Zustand, bei dem die Einlassseite des zugeführten Gases jedes Faservlieses, nämlich die Oberfläche der Schicht mit niedriger Dichte, oben angeordnet war, und gemäß einer Blasenpunktmethode, die in ASTMF-361-80 definiert ist.
  • – Gesamtporenfläche (Einheit: cm2/cm2): Berechnet mit einem Coulter-Porometer II (ein Produkt von Coulter, Inc.) in einem Zustand, bei dem die Einlassseite des zugeführten Gases jedes Faservlieses, nämlich die Oberfläche der Schicht mit niedriger Dichte, oben angeordnet war, und gemäß einer Blasenpunktmethode, die in ASTMF-361-80 definiert ist, wobei die Gesamtporenfläche durch Integrieren der Flächen der Poren mit dem gleichen Durchmesser, bezogen auf jede Porengröße (Durchmesser), und Aufsummieren der Integrationsergebnise, berechnet wurde.
  • – Metsuke (Einheit: g/m2): Gemessen gemäß JIS 11906 4.2.
  • – Dicke (Einheit: mm): Gemessen gemäß JIS 11906 4.2 in einem Zustand, bei dem eine Last von 2 kPa auf jedes Stück des Faservlieses ausgeübt wurde.
  • – Reinigungseffizienz (anfängliche Einfangrate und Endeinfangrate): Berechnet gemäß JIS D1612 bei einer Test-Windgeschwindigkeit von 60 m/s und in einem Zustand, bei dem ein Pulver, das als Nr. 8 in JIS Z8901 definiert ist, auf jedes Stück des Faservlieses aufgebracht worden ist.
  • – &Dgr;P (Einheit: Pa): Gemessen gemäß JIS D 1612
  • – Staubrückhaltevolumen (g/0,1 m3): Gemessen gemäß JIS D 1612
  • – Kohlenstoffrückhaltevolumen (g/0,1 m3): Gemessen gemäß JIS D 1612
  • – Formbarkeit: Formbarkeit beim Formen eines Rahmens durch Heißpressen des äußeren Umfangsabschnitts des gefalteten Faservlieses

Tabelle 2 Einheit Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4 Bsp. 5 Bsp. 6 Durchschnittliche Porengröße &mgr;m 44,7 48,2 43,6 48,7 47,8 56,3 Gesamtporenfläche cm2/cm2 0,0184 0,0132 0,0132 0,0097 0,0099 0,0107 Metsuke g/m2 322 312 302 327 313 370 Dicke mm 5,5 5,5 4,4 5,5 4,6 4,3 &Dgr;P Pa 112 118 125 127 117 131 Anfängliche Einfangrate % 97,9 97,7 97,4 97,2 96,0 98 Endeinfangrate % 99,7 99,6 99,4 99,7 99,5 99,6 Staubrückhaltevolumen g/0,1 m3 242 241,4 235 225 164 152 Kohlenstoffrückhaltevolumen g/0,1 m3 3,77 3,7 3,6 2,9 2,8 2,0 Formbarkeit gut gut gut gut ausreichend ausreichend

Das Folgende ist eine Analyse der Untersuchungsergebnisse

Im Beispiel 1 wurde vor der Kalandrierverarbeitung Wasser auf die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte des Faservlieses aufgebracht. Das Aufbringen von Wasserdampf konnte das Verstopfen der Poren und das Verformen der Poren, wie z.B. unter Bildung verminderter Abmessungen der Poren, unterdrücken. Als Ergebnis konnte eine ausreichend große Gesamtporenfläche des Faservlieses sichergestellt werden und eine geeignete Porengröße konnte erhalten werden. Im Gegensatz dazu waren im Beispiel 4, bei dem Wasser nicht vor der Kalandrierverarbeitung aufgebracht worden ist, einige der Poren nach der Kalandrierverarbeitung verstopft, und die Poren, die nicht verstopft waren, waren größer geworden, mit dem Ergebnis, dass die Gesamtporenfläche vermindert wurde. Bei einem Vergleich von Beispiel 1 mit dem Beispiel 4 war das Beispiel 1 bezüglich des Druckverlusts, der anfänglichen Einfangrate von Stäuben und Kohlenstoffteilchen sowie des Staubrückhaltevolumens und des Kohlenstoffrückhaltevolumens dem Beispiel 4 überlegen.

Im Beispiel 2 wurde vor der Kalandrierverarbeitung eine Lösung, die ein Ölmittel enthielt, anstelle von Wasser auf die Oberfläche der Schicht mit hoher Dichte aufgebracht. Die durchschnittliche Porengröße des Faservlieses im Beispiel 2 ist im Allgemeinen mit derjenigen im Beispiel 4 identisch. Das Faservlies im Beispiel 2 zeigte jedoch verglichen mit dem Beispiel 4 ein geringeres Verstopfen und eine geringere Verformung von Poren, wie z.B. verminderte Abmessungen der Poren, nach der Kalandrierverarbeitung, da im Beispiel 2 die Öllösung angewandt wurde. Das Faservlies im Beispiel 2 konnte auch eine große Porengesamtfläche erreichen, mit dem Ergebnis, dass das Faservlies im Beispiel 2 einen geringeren Druckverlust, eine hohe anfängliche Einfangrate und ein großes Staub- und Kohlenstoffteilchenrückhaltevolumen bereitstellen konnte.

Im Beispiel 3 wurde der Gehalt der Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt der haftenden Fasern, welche die Schicht mit hoher Dichte bilden, erhöht. Als Ergebnis war die durchschnittliche Porengröße relativ klein und die Porengröße war aufgrund des Heißpressens in der Kalandrierverarbeitung relativ klein. Da jedoch die Kalandrierverarbeitung im Beispiel 3 nach dem Aufbringen von Wasser durchgeführt wurde, wurde ein Verstopfen der Poren unterdrückt und das gleiche Niveau der Gesamtporenfläche wie im Beispiel 2 konnte sichergestellt werden. Bei einem Vergleich von Beispiel 3 und Beispiel 4 stellte das Beispiel 3 ein größeres Staub- und Kohlenstoffteilchenrückhaltevolumen wie das Beispiel 4 bereit.

Im Beispiel 5 wurde der Gehalt an Fasern, welche die Schicht mit hoher Dichte bilden, vermindert. Als Ergebnis erreichte die Gesamtporenfläche nicht den definierten Bereich und das Staub- und Kohlenstoffteilchenrückhaltevolumen war klein, obwohl die durchschnittliche Porengröße relativ groß war.

Im Beispiel 6 wurde ein Versuch gemacht, die durchschnittliche Porengröße in dem definierten Bereich zu halten und eine große Gesamtporenfläche sicherzustellen, und zwar durch Einstellen der Haftung bzw. Bindung zwischen den Fasern, welche die Schicht mit hoher Dichte bilden. Das Beispiel 6 konnte jedoch keine ausreichend große Gesamtporenfläche erreichen, da eine Wasser/Öl-Lösung nicht vor der Kalandrierverarbeitung aufgebracht wurde. Das Faservlies im Beispiel 6 konnte kein ausreichend großes Staubrückhaltevolumen und Kohlenstoffrückhaltevolumen bereitstellen.

Wie es aus den Beispielen ersichtlich ist, stellen die Faservliese, die durch Anordnen mindestens zwei faserartiger Schichten eine über der anderen hergestellt worden sind und die Anforderungen der durchschnittlichen Porengröße von 30 bis 60 &mgr;m und der Gesamtporenfläche von 0,011 cm2/cm2 oder mehr erfüllen, zufrieden stellende Reinigungsleistungen bereit, die für Filter erforderlich sind.

Als Ergebnis der Untersuchung der Formbarkeit der Faservliese wurde erhalten, dass die Faservliese in den Beispielen 1 bis 4 die Formbarkeitsanforderung erfüllten. Die Faservliese in den Beispielen 5 und 6 waren jedoch schlecht, da uneben gefaltete Abschnitte an einem Endabschnitt oder einem Eckenendabschnitt des Faservlieses vorlagen.

Zusammenfassend ist erfindungsgemäß gemäß eines Aspekts dieser Erfindung ein Faservlies für einen Filter aus zwei oder mehr verschiedenen Arten faserartiger Schichten, die eine über der anderen angeordnet sind, aufgebaut, und weist eine durchschnittliche Porengröße von einschließlich 30 bis einschließlich 60 &mgr;m und eine Gesamtporenfläche von 0,011 cm2/cm2 oder mehr, bezüglich der gesamten Oberfläche des Faservlieses, auf. Die durchschnittliche Porengröße wird gemäß der Blasenpunktmethode, wie sie in ASTM F-316-80 definiert ist, unter Verwendung eines Coulter-Porometers II berechnet.

Jede faserartige Schicht ist aus haftenden Fasern und aneinanderzubindenden Fasern aufgebaut.

Gemäß eines weiteren Aspekts dieser Erfindung sind die faserartigen Schichten eine über der anderen derart angeordnet, dass die Faserdichte der Schicht schrittweise oder kontinuierlich zunimmt und der durchschnittliche Denier-Wert von Fasern, welche die faserartige Schicht bilden, schrittweise oder kontinuierlich abnimmt.

Die faserartigen Schichten werden durch physikalisches Verbinden eine über der anderen angeordnet. Das physikalische Verbinden wird vorzugsweise durch Verflechten der Fasern, welche die faserartigen Schichten bilden, erhalten. Das physikalische Verbinden ist vorzugsweise ein Vernadelungsverfahren oder ein Wasserstrahlverarbeitungsverfahren.

Obwohl das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Faservlieses nicht speziell beschränkt ist, ist das folgende Verfahren bevorzugt. Insbesondere umfasst das Verfahren das Anordnen von zwei oder mehr unterschiedlichen Arten von faserartigen Schichten eine über der anderen, wobei die faserartige Schicht aus Fasern aufgebaut ist, die in einem bestimmten Verhältnis gemischt sind, Unterziehen der faserartigen Schichten einem physikalischen Verbinden durch Verflechten der Fasern, Unterziehen der faserartigen Schichten einer Wärmebehandlung, während ein Teil der Fasern zum Verbinden verschmilzt, um ein Mehrschichtteil einer bestimmten Form aufzubauen, Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche des Mehrschichtteils, die eine größere Faserdichte aufweist als die gegenüber liegende Oberfläche des Mehrschichtteils, und Durchführen einer Kalandrierverarbeitung mit dem mehrschichtigen Teil durch Verarbeiten des Teils durch einen Spalt zwischen einem Paar von Walzen, insbesondere durch Gestatten der einen Oberfläche des Mehrschichtteils in Kontakt mit der Walze (erste Walze), die auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird, zu kommen, während gleichzeitig der gegenüberliegenden Oberfläche davon gestattet wird, in Kontakt mit einer Gegenwalze (zweiten Walze) bei Umgebungstemperatur zu gelangen. D.h., das Mehrschichtteil wird durch die Walzen in dem Zustand verarbeitet, bei dem die Temperatur der ersten Walze höher ist als die Temperatur der zweiten Walze.

Es sollte beachtet werden, das alle erfindungsgemäßen Faservliese, die vorstehend beschrieben worden sind, als Filter für Luft-aufnehmende Motoren von Kraftfahrzeugen geeignet sind.

Da diese Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Wesen der essentiellen Eigenschaften der Erfindung abzuweichen, ist die vorliegende Ausführungsform daher veranschaulichend und nicht beschränkend, da der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorangehende Beschreibung festgelegt ist.


Anspruch[de]
Faservlies für einen Filter mit ausgezeichnetem Reinigungsvermögen und Rückhaltevolumen für eingefangenes Material, das durch zwei oder mehrere unterschiedliche Arten von faserartigen Schichten, wobei eine über der anderen angeordnet ist, aufgebaut ist, wobei das Faservlies eine durchschnittliche Porengröße von einschließlich 30 &mgr;m bis einschließlich 60 &mgr;m und eine Gesamtporenfläche bei 0,011 cm2/cm2 oder mehr, bezüglich der gesamten Oberfläche des Faservlieses, aufweist, wobei die durchschnittliche Porengröße nach der Blaspunktmethode, wie in ASTM F-316-80 unter Verwendung eines Coulter-Porometers II, berechnet ist, wobei jede faserartige Schicht aus haftenden Fasern und aneinanderzubindenden Fasern aufgebaut ist und die haftenden Fasern und die aneinanderzubindenden Fasern durch eine Wärmebehandlung aneinander gebunden sind. Faservlies für einen Filter nach Anspruch 1, wobei die faserartigen Schichten eine über der anderen in einer derartigen Art und Weise angeordnet sind, daß eine Faserdichte der Schicht schrittweise oder kontinuierlich in einer Dickenrichtung des Faservlieses von einer Oberfläche des Faservlieses, durch die ein zugeführtes Gas hineingezogen wird, und zu der gegenüberliegenden Oberfläche davon, durch die ein zugeführtes Gas herausgezogen wird, zunimmt. Faservlies für einen Filter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die faserartigen Schichten eine über der anderen in einer derartigen Art und Weise angeordnet sind, daß ein durchschnittliches Denier der Fasern, welche die faserartige Schicht aufbauen, schrittweise oder kontinuierlich in einer Dickenrichtung des Faservlieses von einer Oberfläche des Faservlieses, durch die ein zugeführtes Gas hineingezogen wird, und zu der gegenüberliegenden Oberfläche davon, durch die das zugeführte Gas herausgezogen wird, abnimmt. Faservlies für einen Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die faserartigen Schichten eine über der anderen durch ein physikalisches Verbinden angeordnet sind. Faservlies für einen Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das physikalische Verbinden durch Verflechten der Fasern, welche die faserartigen Schichten aufbauen, erhalten ist. Faservlies für einen Filter nach Anspruch 5, wobei das physikalische Verbinden durch ein Vernadelungsverfahren oder ein Wasserstrahlverarbeitungsverfahren erhalten ist. Filter für einen Motor eines Automobils, hergestellt aus einem Faservlies nach einem der Ansprüche 1 bis 6. Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:

Anordnen von zwei oder mehreren unterschiedlichen Arten von faserartigen Schichten eine über der anderen, wobei die faserartige Schicht aus Fasern aufgebaut ist, die in einem bestimmten Verhältnis gemischt sind, Unterziehen der faserartigen Schichten einem physikalischen Verbinden durch Verflechten der Fasern,

Unterziehen der faserartigen Schichten einer Wärmebehandlung, während ein Teil der Fasern zum Verbinden verschmelzen, um ein Mehrschichtteil einer bestimmten Form aufzubauen,

wobei das Aufbringen einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche des Mehrschichtteils, wobei die Oberfläche eine größere Faserdichte als die gegenüberliegende Oberfläche des Mehrschichtteils aufweist, bevorzugt ist, und

Durchführen eines Kalandrierverarbeitungsschritts zu dem Mehrschichtteil durch Gestatten der einen Oberfläche des Mehrschichtteils, in Kontakt mit einer ersten Walze, die auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird, zu kommen, während der gegenüberliegenden Oberfläche davon gestattet wird, in Kontakt mit einer zweiten Gegenwalze bei Umgebungstemperatur zu gelangen, wobei die Temperatur der ersten Walze höher als die Temperatur der zweiten Walze ist.
Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses nach Anspruch 8, wobei jede faserartige Schicht aus haftenden Fasern und aneinanderzubindenden Fasern aufgebaut ist. Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses nach Anspruch 8 oder 9, wobei die faserartigen Schichten eine über der anderen in einer derartigen Art und Weise angeordnet sind, daß eine Faserdichte der Schicht schrittweise oder kontinuierlich in einer Dickenrichtung des Faservlieses von einer Oberfläche des Faservlieses zu der gegenüberliegenden Oberfläche davon zunimmt. Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die faserartigen Schichten eine über der anderen in einer derartigen Art und Weise angeordnet sind, daß ein durchschnittliches Denier der Fasern, die die faserartige Schicht aufbauen, schrittweise oder kontinuierlich in einer Dickenrichtung des Faservlieses von einer Oberfläche des Faservlieses zu der gegenüberliegenden Oberfläche davon abnimmt. Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das physikalische Verbinden durch ein Vernadelungsverfahren oder ein Wasserstrahlverarbeitungsverfahren erhalten wird. Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Temperatur der ersten Walze in einem Bereich von 190°C bis 230°C liegt. Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Flüssigkeit Wasser oder ein Ölmittel ist.






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