Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Design und Prozessverhalten von Vliesstoff-Gewebe-Verbunden für die Fest-Flüssig-Filtration am Beispiel der Rückspülfiltration

In einer Vielzahl von Industriezweigen mit einer hohen Anzahl an kmU ist die Rückspülfiltration ein etabliertes Verfahren zur Aufbereitung von Prozesswässern und Prozessflüssigkeiten. Ein Entwicklungstrend versucht hier, neue Filtermaterialien zu finden, die im Vergleich zu mechanisch gefertigten Spaltsieben insbesondere am unteren Ende der Trennkorngröße eine größere Permeabilität durch einen erhöhten Freiflächenanteil bieten können. Als potentiell geeignete Filtermedien haben sich in Vorarbeiten (vgl. Projekt IGF 18528 BR) unterschiedlich aufgebaute, hydrodynamisch verfestigte Vliesstoff-Gewebe-Verbunde erwiesen, welche bisher üblicherweise in der Gasreinigung Anwendung finden. Diese bestehen aus einer mechanischen Verbindung von stapelfaserbasierten Vliesstoffschichten mit einem formstabilen Verstärkungsmaterial (Metallgewebe, Kunststoffgewebe o.ä.). Das Verfahren zur Verbundausbildung durch hochenergetische Wasserstrahlen gestattet die Verwendung vielfältiger Materialkombinationen, mit denen die Wechselwirkungen mit den abzutrennenden Partikeln und deren hydrodynamisches Kontaktverhalten (bspw. als Funktion der Partikelgröße, der Trennkorngröße, des Partikelmaterials oder der Partikelform) maßschneidert eingestellt werden können. Diese Einstellung der Filtrationseigenschaften soll Informationen zu Wechselwirkungen zwischen Faser und Partikel (Raster-Kraft-Mikroskopie) und zum quantitativen Einlagerungsverhalten (Computertomographie) nutzen. Die Materialentwicklung wird durch standardisierte (Langzeit-)Anwendungstests sowohl in einer automatisierten Laboranlage als auch in technischen Automatikfiltern (vaW) begleitet, was ein rekursives Design der Verbundstruktur ermöglicht. Die Wirkung auf kmU betrifft insbesondere die Bereiche des Apparatebaus, der Herstellung und Konfektionierung von technischen Textilien sowie das verarbeitende Gewerbe bei der Anwendung der verbesserten Technologie.

Ergebniszusammenfassung:

Am STFI (FS 2) entwickelte Vliesstoff-Gewebe-Verbunde, welche im sogenannten Spunlace-Verfahren hergestellt werden, wurden für den Einsatz in der Klärfiltration in Automatikfiltern erprobt. Dabei wurden aus den Ergebnissen des Projekts IGF 18528 BR Anforderungen an die neuen Verbundmedien abgeleitet und während des Projekts beständig auf diese hin weiterentwickelt. Die Porengrößenverteilung wurde dabei ausreichend genau durch Porometrie bestimmt. Der Durchströmungswiderstand muss entgegen der herkömmlichen Methoden mit Wasser bei relevanten Geschwindigkeiten gemessen werden. Die entwickelten Verbunde zeigen eine extrem hohe Schmutzkapazität, sowohl im einzelnen Filtrationszyklus als auch über mehrere Filtrationszyklen hinaus im Dauertest. Die hohe Porosität der Vlieslagen führt dabei zu einem sehr gering ausgeprägten Widerstandsanstieg, was zu einer langen Filtrationszeit bis zu einer nötigen Abreinigung führt. Aufgrund der nur gering ausgeprägten Partikelhaftung und dem damit verbundenen guten Abreinigungsverhalten stellt sich schnell ein stationäres Betriebsverhalten des Medienwiderstands über der Anzahl der Filtrationszyklen ein. Es hat sich gezeigt, dass ein Widerstandsanstieg hauptsächlich aufgrund von Einlagerungen von Partikeln als Klemm- und Steckkorn passiert. Der Widerstand des sauberen Verbunds ist gegenüber Drahtgeweben vergleichbarer Porengrößen zwar größer, es können aber durch die lange Standzeit und die hohe Aufkonzentrierung der partikulären Verunreinigung Einsparungen in den Betriebskosten erreicht werden. Die neuen Vliesstoff-Gewebe-Verbunde sind damit für eine Vielzahl von Filtrationsanwendungen interessant und stellen ein potenziell neues Produkt für die Hersteller von Automatikfiltern und anderen Rückspülfiltern dar. Die Wertschöpfungskette für die Verbunde erstreckt sich dabei auch auf die Produzenten von Vliesen sowie einzelner Stützlagen.