Brevet FR2839966A1 — publié le 20031128

MEDIA FILTRANT COMPRENANT DES FIBRES MINERALES OBTENUES PAR CENTRIFUGATION L'invention concerne un media filtrant pour la realisation de filtres notamment un filtre a poche et son procede de fabrication. L' invention concerne notamment les filtres a poche dits fins et de haute efficacite des classes F5 a F9 selon la norme pr EN 779, pour la filtration de gaz et plus particulierement 1'air (elimination des particules en suspension dans l'air). On salt faire des filtres a poche ( > en anglais) repondant a la norme ci-dessus citee a partir de media filtrant preparees par le procede dit > selon lequel des fibres vent etirees a ['horizontal dans une flamme horizontale a fort debit gazeux a partir de batonnets de verre verticaux. Apres formation, les fib res vent recuei l lis en nappe su r u n tapis mu n i d' orifices, led it tapis etant incline par rapport a 1'horizontale. Cependant, on cherche a ameliorer l'efficacite de ces filtres et a baisser la perte de charge qu'ils occasionnent. Le media fiitrant selon ['invention est prepare par un procede comprenant les etapes suivantes: - formation des fibres par un dispositif mettant en oeuvre le procede dit de centrifugation interne, puis - pulverisation d'un precurseur d'un liant sur les fibres, puis - reception des fibres sur un voile, puis - traitement thermique de ['ensemble comprenant les fibres et le voile selon une epaisseur controlee de fa,con a transformer ie precurseur de liant en liant. Le media filtrant ainsi obtenu comprend un feutre comprenant les fibres minerales liees, ledit feutre etant colle au voile. Le precurseur d'un liant pulverise juste apres l'etirage des fibres se transforme en liant lors du traitement thermique, ledit liant servant d'une part a lier les fibres entre ekes pour leur donner une structure de feutre, et servant d'autre part au collage du feutre sur le voile. Generalement, pour la reception des fibres sur le voile, celui-ci est place sur une bande permeable aux gaz, lesdites fibres etant dirigees sur iedit voile grace a une aspiration s'exer,cant a travers ledit voile et ladite bande. Pour une masse surfacique donnee, le media filtrant selon ['invention oppose une faible perte de charge au gaz qui le traverse. II en est de meme avec les filtres realises avec le media filtrant selon ['invention. De plus, pour une masse surfacique donnee, le media filtrant selon I'invention presente une forte capacite de retention (egalement appelee capacite de colmatage) de particules. On admet generalement qu'un filtre a poche est use (c'est-a-dire bouche de fa,con trop importante par les poussieres qu'il a filtre) iorsqu'il provoque une perte de charge de 450 Pascal au gaz. La capacite de retention est done la masse surfacique de poussieres que contient le filtre lorsqu'il provoque ladite perte de charge de 450 Pascal. Cet avantage du media filtrant selon i'invention permet d'utiliser un plus falble grammage tout en conservant une forte capacite de retention et occasionnant une faible perte de charge. Les remarquables propriete du media filtrant selon ['invention proviennent probablement de la struture particuliere du reseau de fibre. Notamment, et sans que cette explication ne puisse limiter la portee de la presente demande, les fibres pourraient presenter une orientation particulierement aleatoire. Le principe du procede de centrifugation interne est bien connu en lui- meme de l'homme du metier. Schematiquement, ce procede consiste a introduire un filet de matiere minerale fondue dans un centrifugeur, encore appele assiette de fibrage, tournant a grande vitesse et perce a sa peripherie par un tres grand nombre d'orifices par lesquels la matiere fondue est projetee sous forme de filaments sous l'effet de la force centrifuge. Ces filaments vent alors soumis a ['action d'un courant annulaire d'etirage a temperature et vitesse elevees longeant la paroi du centrifugeur, courant qui les amincit et les transforme en fibres. Les fibres formees vent entranees par ce courant gazeux d'etirage vers un dispositif de reception generalement constitue par une bande permeable aux gaz. Ce p rocede con nu a fait ['objet de nombreux perfection nements dont notamment ceux enseignes dans les brevets EP 0189534, EP 0519797 ou EP 1087912. Dans le procede selon ['invention, les orifices de l'assiette doivent presenter un diametre suffisamment petit pour que les fibres obtenues par le procede de centrifugation interne presentent un indice de finesse d'au plus 12 litre par minute, de preference d'au plus 10 litres par minute, et generalement d'au moins 0,4 litre par minute, ledit indice de finesse etant mesuree par la technique decrite dans la - demande de brevet fran, cais n 0206252 deposee le 22 mai 2002 Cette demande demande de brevet fran,cais n 0206252 concerne en effet un dispositif de determination de l'indice de finesse de fibres comportant un dispositif de mesurage de l'indice de finesse, ledit dispositif de mesurage de l'indice de finesse etant pourvu d'une part, d'au moins un premier orifice relic a une cellule de mesure adaptee pour recevoir un echantillon constitue d'une pluralite de fibres et d'autre part, d'un second orifice relic a un dispositif de mesurage d'une pression differentielle situee de part et d'autre audit echantillon, ledit dispositif de mesurage de la pression differentielle etant destine a etre relic a un dispositif de production lO d'ecoulement de fluide, caracterise en ce que le dispositif de mesurage de l'indice de finesse comporte au moins un debitmetre volumetrique du fluide traversant ladite cellule. Ce dispositif donne des correspondences entre des valeurs > et des litres par minute, des lors que la fibre est suffisamment epaisse pour que des valeurs micronaire existent. Pour des fibres tres fines telles que celles utilisees dans le cadre de la presente invention, une finesse peut etre mesuree en llmin grace a la technique du brevet sus-mentionne alors meme qu'aucune valeur n'existe. Pour obtenir les fibres a la finesse requise, on peut notamment utiliser comme dispositif mettant en oeuvre le procede de centrifugation interne celui decrit dans EP 1087912. Generalement, les orifices de l'assiette presentent un diametre allant de 0,3 a 0,9 mm et plus generalement allant de 0,4 a 0,8 mm. Pour une assiette de diametre 400 mm, celle-ci peut comprendre 1500 a 15000 orifices. Ces orifices peuvent etre disposes sur la bande peripherique de l'assiette en une multitude de rangees horizontales se superposant, par exemple 5 a 20 rangees. L'assiette peut avoir un diametre different de 400 mm, par exemple 600 mm, et le nombre d'orifice varie en rapport de ce que le changement de diametre implique sur la surface de la bande peripherique de l'assiette, de sorte que le nombre d'orifices par unite de surface reste sensiblement celle que l'on a dans le cas precis des 1500 a 15000 orifice pour une assiette de diametre 400 mm. Des fibres plus fines vent obtenues si i'on diminue le diametre des orifices de l'assiette eVou si l'on augmente leur etirement. De preference, le dispositif est muni d'un bruleur interne. De preference, le dispositif est regle de fa,con a procurer une faible tiree par orifice. Juste apres fibrage, les fibres vent etirees dans un brGleur, par exemple un bruleur a boucle, notamment du type bruleur tangential. De preference, le dispositif est muni d'un brOleur tangential, c'est-a-dire presentant une composante tangentielle etirant les fibres pour aboutir a leur diametre final (de l'ordre generalement d'environ 1,um), notamment comme decrit dans EP 0189354. De preference, le fibrage est regle pour que la tiree aille de 0,1 a 1 kg par orifice de l'assiette et par jour. De preference, I'assiette de fibrage est sans fond et est combinee a un pander comme dans le EP 0189354. Le procede selon ['invention permet une fabrication en continu de bandes du media filtrant selon ['invention. Un tel procede consomme une falble quantite de combustible pour une productivite importante, compare au procede dit Aerocor. Une productivite de l'ordre de 200 a 5000 kg par jour peut etre atteinte. Une productivite de 1000 kg / jour pour une consommation de l'ordre de 3 a l O Nm31/h de gaz combustible peut etre atteinte, contre une productivite de 120 kg/jour et une consommation de 100 N m3/h de gaz combustible dans le cas du procede Aerocor. L'energie totale pour fibrer 1 kg de fibres de verre est de l'ordre de 20 kW/h avec le procede de centrifugation interne, alors qu'elle est de 85 kW/h pour le procede Aerocor. Le precurseur du liant pulverise peut etre du type phenolique ou acrylique ou epoxy. Selon sa nature, ce precurseur peut etre puiverise sous la forme d'une solution ou d'une emulsion. La masse pulverise contient generalement une forte proportion d'eau, par exemple allant de 70 a 98 % d'eau, notamment de l'ordre de % d'eau. Le reste de la masse pulverisee comprend le precurseur du liant et eventuellement une huile et eventuellement des additifs comme par exemple un silane pour optimiser ['interface entre la fibre et le liant, ou un biocide. La somme des quantites d'huile et d'additif va generalement de O a 5 % en poids de la masse de precurseur, notamment de 1 a 3 % en poids de ia masse de precurseur. L'huile peut notamment etre celle de marque Muirex 88. La matiere minerale que l'on transforme en fibre est generalement du verre. Tout type de verre transformable par le procede dit de centrifugation interne peut convening II peut notamment s'agir d'un verre borosilicocalcique, et notamment un verre biosoluble. Le voile est generalement en polyester ou en polypropylene ou en verre et presente generalement une masse surfacique (ou grammage) allant de 5 a 100 glm2a Le traitement thermique sert a transformer le precurseur de iiant en liant en provoquant les reactions chimiques de solidification (reticulation ou polymerisation) et en evapo rant les especes volatiles (solvent, p rodu its de reaction, etc). A l'issu de ce traitement thermique, les fibres vent liees entre elles dans le feutre et le feutre est lie au voile. Cette operation est realisee avec maintien de l'epaisseur du media-filtrant pendant la reaction de solidification, ce qui est generalement realise en maintenant ['ensemble feutre/voile entre deux tapis defilants places a une distance constante l'un de l'autre, ladite distance correspondent a ceile souhaitee pour l'epaisseur totale du media filtrant. Cette epaisseur peut par exemple aller de 4 a 12 mm, par exemple environ 7 mm. Le media fiitrant final, pouvant etre sous forme de bande et constitue du feutre comprenant les fibres minerales, du voile et de liant comprend generalement: - 10 a 25 % en poids de liant + huile (le cas echeant) + additif(s) (le cas echeant), - 10 a 50 /0 en poids de voile, - 25 a 80 % en poids de matiere minerale, generalement du verre. Selon ce qui vient d'etre ecrit, la somme de la masse de liant, d'huile et d'additif peut representer 10 a 25 % en poids de la masse du media filtrant. Le media filtrant final est generalement fabrique en continu auquel cas il apparait en bande enroulable et sa masse surfacique peut aller de 30 a 110 g/m2 et plus generalement de 50 a 90 g/m2. La largeur de la bande peut aller par exemple de 1 a 3 metres. La bande de media filtrant peut ensuite etre decoupee en carres ou rectangles, lesquels vent ensuite assembles de fa,con connue de l'homme du metier pour realiser des filtres a poche. La figure 1 represente le procede selon ['invention de facon schematique. Un filet de matiere minerale fondue 1 tombe au centre de l'arbre creux 2 du centrifugeur, touche le pander 3, puis ladite matiere est projetee par centrifugation vers l'assiette de fibrage 4 muni d'orifices. La matiere fondue traverse ies orifices sous forme de fibres et vent ensuite etirees a ['aide des bruleurs tangentieis 5. Les buses de pulverisation 6 projettent le precurseur du liant sur ies fibres, lesquelles vent ensuite receptionnees sur le voile 7, lui-meme entraine par une bande 8 permeable aux gaz. Une aspiration non representee sur la figure 1, agit a travers la bande pour attirer et maintenir les fibre en surface du voile. L'ensemble fibres/voile est ensuite entraine dans une etuve 9 pour la transformation du precurseur de liant en liant. Dans cette etuve, le media filtrant est enserre entre deux tapis defilants 10 et 11, distants l'un de l'autre de la distance souhaitee pour l'epaisseur finale du media filtrant. Apres solidification du liant, le media filtrant selon ['invention peut etre enroule en 12. Le bruleur interne n'est pas represente et chauffe le filet de verre 1 a l'interieur de l'arbre 2. La figure 2 represente le media filtrant selon ['invention, lequel comprend un voile 13, sur lequel un feutre de fibres 14 est colle. L'efficacite d'un filtre a poche est caracterise par les classes F5 a F9 de la norme pr EN 779. Ces classes dependent directement de l'efficacite spectrale moyenne au sens de la norme pr EN 779. L'invention permet notamment la realisation de filtres a poche presentant une efficacite spectrale moyenne allant de 80 a 90 % et presentant une capacite de retention telle que mesuree selon la norme pr EN 779, d'au moins 45 g/m2, et meme d'au moins 50 g/m2, voire d'au moins 60 g/m2, et ce pour un media filtrant ayant une masse surfacique allant de 60 a 70 g/m2. L'invention permet egalement la realisation de filtres a poche presentant une efficacite spectrale moyenne allant de 60 a 80 % et presentant une capacite de retention telle que mesuree selon la norme pr EN 779, d'au moins 50 g/m2, et meme d'au moins 60 g/m2, voire d'au moins 70 g/m2, et ce pour un media filtrant ayant une masse surfacique allant de 70 a 90 g/m2. L'invention permet egalement la realisation de filtres a poche presentant une efficacite spectrale moyenne allant de 40 a 60 % et presentant une capacite de retention telle que mesuree selon la norme pr EN 779, d'au moins 60 g/m2, et meme d'au moins 70 g/m2, et ce pour un media filtrant ayant une masse surfacique allant de 80 a 100 g/m2. Exemples Des bandes de media filtrant selon ['invention ont ete preparees en continu. Les caracteristiques du procede de fibrage par centrifugation interne (utilisant, comme dans EP0189354, un brGleur tangential, une assiette de diametre 400 mm sans fond et avec pander) et des medias filtrants obtenus ont ete rassemblees dans le tableau 1. Dans ce tableau 1, on a notamment mentionne: - la tiree qui est la masse de verre transformee en tonnes par jours, - la pression du bruleur tangential, en mm de colonne d'eau (notee mmCE), - la finesse des fibres mesuree selon la technique decrite dans la demande de brevet fran,cais n 0206252, - la masse surfacique du media filtrant. Les bandes de media filtrant ont ensuite ete decoupees et transformees en filtres a poche. Les proprietes de ces filtres a poche, tous testes avec une vitesse d'air de 0,13 metres par seconde, ont ete rassemblees dans le tableau 2. Dans ce tableau 2, on a notamment mentionne: - le rendement opacimetrique initial et moyen, mesure selon la norme pr EN 779, - I'efficacite spectrale initiale et moyenne mesure selon la norme pr EN 779. - la capacite de retention et la classe, mesurees toutes deux selon la norme pr EN 779. Les proprietes de ces filtres ont ete comparees a celles de filtres similaires et presentant une densite surfacique equivalente mais prepares selon le procede dit Aerocor. Le tableau 3 compare l'efficacite des deux types de filtres sur le plan de la capacite de retention. On volt que dans chaque classe de filtre (F5, F6, F7), les filtres selon ['invention presentent une capacite de retention superieure a leur filtre de comparaison du type Aerocor, maigre des densites surfaciques equivalentes. I: Y lio E,, it o Of o Aft,,,.. o oO o o o e' 4 O E co Ào C N. 30- x 3 i- V - - u' c E c E c E Q) a) c teem E hi E _ _ _ _ _ _ C\l N LO CM lD OD O LL _ _ _ _ _ _ _ N a N 0) _ u) tin 3 E E o s 5 / l lit _ U À C U o two a) _ J-_- _ A, mm to a __ o,,, 2 E o co ! to 0 Lo en 3e e _ 1'( 2839966 REVENDICATIONS 1. Procede de fabrication d'un media filtrant comprenant un feutre de fibres minerales lie a un voile comprenant les etapes suivantes: formation des fibres par un dispositif mettant en oeuvre le procede dit de centrifugation interne comprenant une assiette de fibrage, puis pulverisation d'un precurseur d'un liant sur les fibres, puis - reception des fibres sur le voile, puis - traitement thermique de ['ensemble comprenant les fibres et le voile selon une epaisseur controlee de fa,con a transformer le precurseur de liant en liant. 2. Procede selon la revendication precedente, caracterise en ce que le voile est place sur une bande permeable aux gaz, ies fibres etant dirigees sur ledit voile grace a une aspiration s'exer,cant a travers ledit voile et ladite bande. 3. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que les fibres presentent un indice de finesse d'au plus 12 litre par minute. 4. Procede selon la revendication precedente, caracterise en ce que les fibres presentent une finesse d'au plus 10 litres par minute. 5. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que les fibres presentent une finesse d'au moins 0,4 litre par minute. 6. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que l'assiette comprend des orifices presentant un diametre allant de 0,3 a 0,9 mm. 7. Procede selon la revendication precedente, caracterise en ce que les orifices de l'assiette presentent un diametre allant de 0,4 a 0,8 mm. 8. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que le dispositif comprend un brGleur interne. 9. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que le dispositif comprend un brGleur tangential. 10. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que l'assiette de fibrage est sans fond et est combinee a un pander. 11.Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que le precurseur du liant est phenolique ou acrylique ou epoxy. 12.Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que l'epaisseur controlee va de 4 a 12 mm. 13.Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que le media filtrant final comprend - 10 a 25 % en poids de liant + huile + additif(s), - 10 a 50 % en poids de voile, - 25 a 80 % en poids de matiere minerale. 14.Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que la masse surfacique du media filtrant va de 30 a 110 gim2. lO 15.Procede selon la revendication precedente, caracterise en ce que la masse surfacique du media filtrant va de 50 a go g/m2 16.Media filtrant suceptible d'etre fabrique par le procede de l'une des revendications precedentes. 17.Filtre a poche presentant une efficacite spectrale moyenne allant de 80 a 90 % et presentant une capacite de retention telle que mesuree selon la norme pr EN 779 d'au moins 45 g/m2 dont le media filtrant a une masse surfacique allant de 60 a 70 g/m2. 18.Filtre a poche selon la revendication precedente caracterise en ce que sa capacite de retention est d'au moins 50 g/m2. 19.Filtre a poche selon la revendication precedente caracterise en ce que sa capacite de retention est d'au moins 60 g/m2. 20. Filtre a poche presentant une efficacite spectrale moyenne allant de 60 a 80 % et presentant une capacite de retention telle que mesuree selon - la norme pr EN 779 d'au moins 50 g/m2 dont le media filtrant a une masse surfacique allant de 70 a 90 g/m2. 21. Fiitre a poche selon la revendication precedente caracterise en ce que sa capacite de retention est d'au moins 60 g/m2. 22. Filtre a poche selon la revendication precedente caracterise en ce que sa capacite de retention est d'au moins 70 g/m2. 23. Filtre a poche presentant une efficacite spectrale moyenne allant de 40 a 60 % et presentant une capacite de retention telle que mesuree selon la norme pr EN 779 d'au moins 60 g/m2 dont le media filtrant a une masse surfacique allant de 80 a 100 g/m2. 24. Filtre a poche selon la revendication precedents caracterise en ce que sa capacite de retention est d'au moins 70 g/m2.