Brevet FR2584942A1 — publié le 19870123

FEUTRE FILTRANT POUR GAZ CORROSIFS A TEHPERATURE ELEVEE La presente invention concerne des filtres destinés à épurer des gaz industriels corrosifs à une température élevée. Elle concerne plus particulièrement un feutre filtrant comportant un tissu de base dont llinextensibilité est stable thermiquement, et au moins une nappe souple. cette nappe recouvrant une face du tissu de base, sur laquelle elle est fixée par aiguilletage. Dans la technique de filtration des gaz industriels. il existe une grande variete de filtres, chaque type de filtre étant adapté à une utilisation particulière. Si les gaz sont chimiquement inertes, que leur temperature est inférieure a 200'C et que leur vitesse de depiacernent ne depasse pas 2 cmis, la filtration ne pose pas de problème particulier et l'on peut utiliser avantageusement des tissus en fibres de polyester ou en polyamide Pour des températures plus levers, il faut utiliser des tissus résistant mieux aux sollicitations thermiques, conune par exemple des tissus en fibres de polytétrafluoréthylene (PTFE) ou en fibres de verre.Cependant, les fibres de PTFE ne presentent pas toujours une stabilité dimensionnelle suffisante aux températures supérieures à 200'C. alors que les fibres de verre s'usent rapidement sous l'effet des flexions répétées et de l'abrasion causée par le frottement des fibres les unes contre les autres. D'autre part, ces tissus se prêtent mal au procédé de nettoyage appele décolmatage. consistant à soumettre le filtre à un violent courant d'air inverse, car cette opération a tendance à déchirer les fibres. De meilleurs resultats sont obtenus avec des feutres. Ces feutres sont constitués d'une grille tissée appelée tissu de base, et d'une ou deux nappes de fibres déposées respectivement sur une face ou sur les deux faces du tissu de base, le tout étant lié mécaniquement par le procédé de l'aiguilletage, bien connu dans l'industrie textile. En servant de support aux nappes de fibres, le tissu de base donne au feutre ses propriétés mécaniques de résistance et de stabilité dimensionnelle, lui permettant de bien résister aux sollicitations successives produites par les pressions de filtration et les dépressions de décolmatage. De leur côté, les nappes assurent la fonction de filtration en arrêtant les poussières contenues dans le gaz. Il existe de nomoreux feutres filtrants, mais ceux qui sont susceptibles de résister à des gaz corrosifs de 200in ou plus, tels qu'on les rencontre dans les fumees de combustion des fours ou des chaudières a charbon ou a huile minérale, ou encore dans les fours traitant des produits fortement basiques, sont assez rares. Parmi les feutres filtrants les plus intéressants de cette catégorie, il faut citer les feutres décrits dans les brevets US 4 070 519 et 4 113 535, ou dans le brevet correspondant FR 2 349 353. Ces feutres sont constitués d'un tissu de base en fibres minérales et d'une nappe formée de fibres de verre, le tout étant lié ensemble par aiguilletage et imprégné par une résine.L'imprégnation est rendue nécessaire pour éviter la détérioration du tissu de base par les gaz chauds et corrosifs, entraînant une dégradation des propriétés mécaniques des fibres, et pour lier entre elles les fibres de verre. Or la structure du feutre est modifiée par l'adjonction de la résine, qui peut représenter jusqu'a 3u2 du matériau. Le filtre est ainsi transformé en une sorte d'éponge peu efficace et difficile à décolmater. Les feutres actuels faits de fibres textiles ou de fibres minérales ne conviennent pas pour une utilisation en filtration gazeuse continuelle a des températures supérieures à 200v. Les feutres traditionnels en fibres textiles ou réalisés avec les nouvelles fibres fluorées ou polyaramides, s'ils résistent à de tels milieux filtrants, ne le font qu'a l'état statique sans sollicitations. Dans la pratique, le feutre est soumis continuellement à des sollicitations mécaniques alternées de tension-relachement. Il est connu que les fibres organiques ont une déformation sous charge donnée qui augmente avec la température, du fait de leur déformation plastique.L'action des gaz corrosifs s'ajoute encore aux actions mécaniques. de sorte que le feutre se déforme, s'allonge et s'use prématurément Conme mentionne plus haut, il n'est pas avantageux, dans ce genre d'applications, de realiser les nappes en fibres minérales, qui sont esentiellement aes fibres cylindriques rectilignes et à surface lisse. Ces fibres ne peuvent donc pas se lier mécaniquement entre elles et avec le tissu de base par l'opération de l'aiguilletage et l'on doit les lier a l'aide d'une résine telle qu'un polymère de silicone, dont l'inconvénient a éte mentionné ci-dessus. D'autre part, les efforts subis par ces fibres au cours de l'aiguilletage sont des efforts de cisaillement perpendiculaire à la génératrice des fibres. Or, il est bien connu que ces fibres minérales, à module d'élasticité élevé, ont une raible résistance au cisaillement, et sont donc cassan- tes et détruites en grande partie à l'alguilletage. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients susmentionnés, en réalisant un feutre filtrant non lié par une résine, supportant des gaz corrosifs ayant une température jusqu'à 250 C, et pouvant etre facilement nettoyé par décolmatage sans subir des detériorations. Dans ce but, le feutre filtrant selon l'invention est caractérisé en ce que le tissu de Dase est forme de fibres minérales ayant un allongement de rupture inférieur à 5%, et en ce que la nappe est formée d'une ou plusieurs sortes de fibres textiles organiques chimiquement staD ] es. De cette manière, le tissu de base est fait d'un matériau ayant un allongement sous charge donnée qui est très faible et qui varie peu avec la température au moins jusqu'a 400"C. D'une manière générale, les fibres minerales répondent à cet impératif. De préférence, le tissu de base sera fait de fils retordus et sera traité chimiquement, afin d'en diminuer l'attaque mécanique par les aiguilles. Les fibres minérales formant le tissu de base peuvent être notamment aes fibres de verre, des fibres métalliques inoxydables ou des fibres de carbone. De preférence, on utilisera des fibres continues. Pour la nappe, on choisira de preference des fibres non rectilignes ayant un allongement ae rupture relativement élevé, supérieur à 15%, et par conséquent une faible riglaite et une bonne résistance au cisaillement. Parmi les fibres cirganiques qui répondent à cet impératif, on peut citer notamment des fibres de carbone préoxydées, des fibres acryliques modifiées, de fibres de polytetrafluoréthylène, ou des fibres de polyphénylene sulfide. il faut remarquer que la nappe peut etre formée d'une seule sorte e fibres organiques, ou bien d'un melange de fibres organiques differentes Un avantage de la presente invention est de fournir un feutre ayant un tissu de base J'un matériau résistant et chimiquement inerte jusqu'a des temperatures elevées, en l'occurence au moins jusqu'à 250'C, et presentant une grande stabilite dimensionelle à 250'C (déformation inférieure à 2% > . Un autre avantage de 12 invention est de fournir un feutre dont la nappe est formée de fibres organiques chimiquement inertes délimitant, dans la masse de la nappe, un grand nombre de pores permettant d'obtenir une efficacité de rétention ces poussières supérieure à 99,5% D'autres carateristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description d'une forme avantageuse de réalisation, donnee ci-dessous à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé, dont La figure unique représente une vue en coupe d'une forme de réalisation preférée d'un feutre filtrant selon l'invention. Sur cette figure, on distingue un tissu de base 1 forme de fils de chaîne 2 et de fils de trame 3. Dans le cas present, les fils du tissu sont supposes entre constitues de fibrilles continues et jointives 4, å l'exemple ces fils de chaîne 2, mais ils pourraient aussi être constitues de files interrompus. De preférence, la trame I est formee de libres de verre, mais des fibres de carbone ou des fibres métalliques inoxydables, par exemple en acier Inoxydable, peuvent aussi convenir. Un tissu forme ce ces fibres peut presenter une déformation inférieure a 51 pour une tension ue rupture de 5v tex, permettant de garantir au feutre une bonne stabilité dimensionnelle, même dans les conditions de filtration ou de décolmatage les plus défavorables. Enfin, ces fibres étant chimiquement inertes, le tissu ne risque pas de se degra- der avec le temps. Dans l'exemple de réalisation illustre par la figure, le tissu de base presente une face supérieure et une face inferiewe qui sont sensiblement planes. Une nappe @ est fixe sur la face supérieure Dans la orme preferee décrite Ici, la face inferieure porte également une nappe 7, mais cette race peut aussi rester libre. Lorsque le feutre forme de deux nappes, celles-cl sont généralement identiques, mais elles peuvent aussi être différentes.La nappe est fate en fibres organiques b qui sont rendues solidaires les unes des autres et 5011- daires du tissu de base 1 par une opératIon d'aiguilletage consistant a emmêler entre elles les fibres au moyen d'aiguilles pourvues de barbes.Certaines fibres de la nappe, comme par exemple la fibre 99 pénètrent dans le tissu de base où elles restent ancrées Les nappes et le tissu forment alors un feutre très compact, délimité par une surface extérieure supérieure 10 et une surface Inférieure 11, les épaisseurs des deux nappes étant en gênerai sensiblement égales et bien plus grandes que l'épaisseur du tissu de Jase. Comme la partie resistante du feutre est constituée par le tissu de base 1, les nappes 6 et 7 n'ont pour fonction que d'arrêter les poussières du gaz â filtrer et de protéger le tissu contre l'abrasion.Les rappels ont ainsi une structure généralement souple, les fibres qui les consti- tuent presentant une résistance a la traction qui peut autre inférieure a 20 cN/tex et un allongement de rupture qui est toujours supérieur a 15%. Les nappes sont faites en fibres organiques, chimiquement inertes, cai ce matériau donne ces nappes qui renferment un grand nombre dé pores, permet-tant une filtration a haut rendement et un nettoyage aisé par air comprime. Les fibres sont choisies de préférence parmi les variétés suivantes : fibres de carbone type "GRAPHIL 0' préoxydées, fibres acryliques carbonisées, fibres acryliques modifiées type "INIDEX", fibres en polyphényléne sulfite type "RYTON", fibres en polytétrafluorethylene ou fibres en polybenzimidazole type "PBI". Bien entendu, cette liste n'est pas exhaustive et d'autres fibres organiques peuvent entre prises en considération.Les nappes sont faites d'un seul genre de fibre ou d'un mélange de fibres Ce dernier cas se presente lorsque les caractéristiques physiques (longueur, diamètre) de la fibre choisie ne permettent pas de l'utiliser avec un rendement supérieur a 95% sur un matériel de cardage-nappage habituel L'adjonction d'une autre fibre, servant de support permet alors d'amèliorer le rendement. Pour améliorer la tenue du feutre en milieu humide, il peut avantageusement être légèrement imprègne, par exemple par une solution de résine, puis seche à l'air chaud dans le but de le rendre hydrophobe. On donnera ci-dessous des précisions sur quelques exemples de réalisation de feutres filtrants entrant dans le cadre de la présente invention. Exemple 1 Le tissu de base est un tissu en fibres de verre, tissé selon une armure toile comptant 5 fils de chaîne retordus et de trame par centimètre, d'une masse surfacique de 200 g/m2. Sur chaque face est déposée une nappe de 150 g/m2, formée d'un mélange de 50% de fibres de carbone preoxydees "GRAPHIL O" et de 50S de fibres acryliques modifies -INI- DEX". L'aiguilletage est réalisé avec 200 aiguilles par cma et une pénétration de 20 mm. Les aiguilles sont du type Close Barb~. Ce feutre presente un allongement inférieur à 2% pour une force de 100 N/cm à 200'C. Exemple 2 Le tissu de base, d'une masse surfacique de 300 %1,, est un tissu en fibres de verre tissées selon une armure toile comptant 3 fils retors de chaîne et de trame par centimètre. Sur chaque face est déposée une nappe de 100 g/m2 formée d'un mélange de 80% de fibres acryliques précarbonisées "TOHO CP" et de 20% de fibres polyaramides. L'aiguiiletage est realise avec 300 aiguilles par cm2 et une pénétration de 25 mm. Les aiguilles sont au type "Regular Barb" Exemple 3 Le tissu de base est un tissu ae rubans de carbone de 0,5 mm de largeur. tisses selon une armure sergée de 10 fils par cm. Sur chaque face est deposee une nappe de 150 g/cm2 formée d'un mélange de 90% de fibres en polyphenylene sulfide "RYTON" et de 10% de fibres en polyester non feu.L'aiguilletage est réalise avec 200 aiguilles par cm2 et une penetration de 14 mm. Les aiguilles sont du type "Close Barb." Ce autre presente un allongement inférieur a 2% pour une force de 100 N/cm après 500 heures de fonctionnement à 200 C. Exemple 4 Le tissu de base est un tissu de fils de verre retordus comptant 4 fils de chaine et de trame par centimetre, d'une masse surfacique de 350 g/m impregne d'une emulsion lubrifiante. Sur chaque face est deposée une nappe de îûû g/m2 en fibres de polytétrafluoréthylène. L'aiguilletage est réalisé avec 400 aiguilles par cm2 et une penétration de 2u mn. Les aiguilles sont du type "Close Barb". Exemple 5 La composition du feutre est la néme que dans l'exemple 2. Après aiguilletage, le feutre est imprègne d'une dispersion de résine fluorée et seche dans un tunnel uu 100 C, afin de rendre les fibres hydrophobes. Il est envident que ces exemples ne sont pas limitatifs et qu'il existe de nomoreuses autres possibilités interessantes, entrant dans le cadre de l'invention, de réaliser un feutre preséntant des caracteristiques aonnees et necessitant, dans chaque cas, un choir particulier des proportions des fibres et de î'aiguilletage. evendications T. Feutre filtrant comportant un tissu de base dont l#inextensibilité est stable thermiquement, et au moins une nappe souple, cette nappe recouvrant une face au tissu de base, sur lequel elle est fixée par aiguilletage, caracterise en ce que le tissu de base (1) est formée de fibres minerais ayant un allongement de rupture intérieur à 5%, et en ce que ladite nappe vo, 7) est formée d'une ou plusieurs sortes de fibres textiles organiques chimiquement stables (8 > . 2. Feutre selon la revendication 1, caracterisé en ce que les fibres formant le tissu de base sont des fibres de verre, ou des fibres metalîliques inoxydables, ou des fibres de carbone. 3. Feutre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les fibres formant le tissu de base sont des fibres continues. 4. Feutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite nappe est constituée de fibres de carbone préoxidées 5. Feutre selon l'une quelconque aes revendications 1 à 3, caracterisé en ce que ladite nappe est constituée de fibres acryliques modifiées. O. Feutre selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérise en ce que ladite nappe est constituée de fibres en poytetrafluoréthylene. ,. Feutre selon l'une quelconque des revenaications 1 à 3, caractérise en ce que ladite nappe est constituée de fibres en polyphenylene sulfide. . Feutre selon l'une quelconque aes revendications precédentes, caraceerise en ce que les fibres organiques formant ladite nappe ont un allongement de rupture supérieur a 15;. 9. Feutre selon l'une quelconque des revendications precédentes, caracterisé en ce que les deux faces du tissu de base (i) sont recouvertes d'une nappe 10. Feutre selon I'une quelconque des revendications precedentes, caractérise en ce qu'il est imprégné par une dispersion hydrophobe appliquee après l'operation d'aiguilletage.