Fasern, Textilien und Vliesstoffe in der Filtration

Der Filtrationsmarkt besteht aus etwa 20 unterschiedlichen Marktsegmenten, die alle Chancen für Hersteller technischer Textilien bieten.

Von Edward C. Gregor

Technische Textilien spielen bei Filtermedien eine große und gewinnbringende Rolle. In Filtrationsanwendungen werden eine Vielzahl von Fasern, Dref-Garnen, Vliesstoffen, Multifilament- und Monofilament-Webstoffen und in einigen Fällen Mischungen oder Kombinationen aus mehr als einem der oben genannten Stoffe verwendet. In diesem Artikel beziehen sich die Dollarbeträge auf Nordamerika speziell auf Faser-, Textil- und Vliesfiltrationsmedien mit einem Gesamtmarkt von fast 2 Milliarden US-Dollar. Filtermedien erfüllen eine große Anzahl spezifischer Verwendungszwecke sowie eine überwältigende Anzahl kleinerer Nischen, die in ihrer Kombination für ein Gesamtwachstum sorgen, das höher ist als die Wachstumsrate des Bruttoinlandsprodukts (BIP) vieler entwickelter Länder.

Das Wachstum wird durch viele Faktoren vorangetrieben, häufig angeführt durch gesetzgeberische Maßnahmen und Gesetze globaler, nationaler, staatlicher, regionaler und lokaler Regierungen und Behörden für eine sauberere Umwelt. Unterm Strich war die Gesetzgebung der beste Freund der Filtration. Nicht weniger wichtig ist, dass die Filtration in großem Umfang eingesetzt wird, um die Produktqualität vieler hergestellter Produkte von Chemikalien über Arzneimittel bis hin zu vielen anderen Industriegütern sicherzustellen.

Filtervliesstoffe sind eines der größten Marktsegmente in der Vliesstoffindustrie und wohl eines der profitabelsten. „Die Filtrationsbranche erlebt auf allen Ebenen eine beträchtliche Konsolidierung mit erheblichen M&A-Aktivitäten in den letzten Jahren“, sagte Brad Kalil, Direktor für Marktforschung und Statistik bei der Association of the Nonwoven Fabrics Industry mit Sitz in Cary, North Carolina (INDA).

Dieses Segment verwendet künstliche Polymere und anorganische Fasern zur Herstellung der Filter. Polyester und Polypropylen dominieren; mit Nylon, Glasfaser, Meta-Aramiden, Fluorpolymeren und Polyphenylensulfid (PPS) sowie anderen Polymeren, die aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ebenfalls verwendet werden. Zusätzlich zu diesen Fasern beginnt ein nachhaltiges, erneuerbares Polymer, das von NatureWorks LLC mit Sitz in Minnetonka, Minnesota, hergestellt wird, seinen Weg in den Filtrationsmarkt zu finden. „Erneuerbare Ingeo™ PLA-Fasern (Polymilchsäure) werden in immer größeren Mengen dort eingesetzt, wo Einwegfilter wie Spinnvlies- und Meltblown-Gewebe in Staubsaugerbeuteln sowie in einer breiten Palette von Leistungsanwendungen, einschließlich Kaffee- und Teebeutelfiltern, zu finden sind“, berichtete Robert Green , Global Business Director, Fasern und Vliesstoffe, NatureWorks. „Andere Vliesstoffe wie PLA-Nanofasern weisen eine außergewöhnliche Verarbeitungskonsistenz, eine Reihe von Ladungsfähigkeiten und eine bessere Entwicklung der Vliesstoffstruktur bei geringerem Druckabfall auf.“

Die vier am häufigsten verwendeten synthetischen Vliesstoffe sind:

Bei den beiden letztgenannten Formaten werden Fasern in situ direkt aus einer Polymerschmelze geformt, wodurch Vliesstoffe ohne die Verwendung bereits vorhandener Fasern entstehen. Airlaid-Vliesstoffe werden aus Kurzfasern und/oder Zellstoff hergestellt. Obwohl es sich nicht um echte Vliesstoffe handelt, handelt es sich bei Dref-gesponnenen „Garnen“ um einen speziellen Medientyp, der das Rollenwareformat umgeht. Die voluminösen Dref-Garne werden direkt um einen Mittelkern eines Patronenrohrs gewickelt, um sogenannte String-Wound-Patronen zu bilden. „Seit über 25 Jahren produzieren wir Garne für Fadenpatronen, ein wichtiges Fasermedium für eine große Anzahl von Anwendern“, sagte Gilbert Patrick, Präsident von Patrick Yarns mit Sitz in Kings Mountain, North Carolina, einem großen Lieferanten von Dref-Garnen.

Die im Hinblick auf den Umsatz am häufigsten verwendeten Vliesstoffe sind Nadelfilzstoffe, die typischerweise aus Polyester, manchmal aber auch aus Polypropylen und anderen Polymerfasern, einschließlich Meta-Aramiden und PPS, hergestellt werden. Schwere Vliesstoffe im Bereich von 14 bis 22 Unzen pro Quadratyard (oz/yd2) werden in Schlauchfiltern verwendet, um in Kohlekraftwerken emittierte Partikel und zahlreiche Verunreinigungen in Industrieanlagen aufzufangen, bevor sie in die Atmosphäre oder eine Arbeitsumgebung gelangen. Aus Nadelfilz hergestellte Flüssigkeitsgewebebeutel haben oft ein Gewicht von 8 oz/yd2 und entfernen Partikel aus Flüssigkeitsströmen. Sie dienen oft als Vorfilter in einer Vielzahl von Branchen, einschließlich chemischer Verarbeitung und Metallbearbeitungsprozessen.

Spunbond-Stoffe sind viel leichter und liegen im Bereich von 0,5 bis 4 oz/yd2. Im Allgemeinen werden diese Vliesstoffe aus Polyester, Polypropylen und Nylon hergestellt; und kommen in vielen gängigen Anwendungen vor, darunter Faltenstützseparatoren für mikroporöse Membrankartuschen, Kühlmittelsysteme sowie Schwimmbad- und Spa-Filter. Spunbonds sind von vielen Lieferanten erhältlich, darunter Avanti aus Cranbury, New Jersey, Berry Plastics aus Evansville, Indiana und Cerex Advanced Fabrics Inc., Cantonment, Florida.

„Die gesponnenen Nylongewebe von Cerex Advanced Fabrics bieten Filterherstellern ein dünneres, stärkeres und gleichmäßigeres Trägersubstrat, das hohen Temperaturen, Systempulsationen und chemischem Angriff standhält“, sagte Jim Walker, Präsident und CEO von Cerex. „Nylon ermöglicht Filterdesigns mit mehr Falten, die eine größere Filteroberfläche bieten, was den Druckabfall verringert und die Staubaufnahmekapazität erhöht sowie eine hervorragende Haltbarkeit für die heutigen längeren Wartungsintervalle bietet.“

Meltblown-Gewebe werden in relativ großen Mengen als Rollenmaterial hergestellt und sind aufgrund ihrer hohen Schmutzaufnahmekapazität sowohl in Luft- als auch in mehreren Flüssigkeitsfiltrationsprodukten zu finden. In den letzten 25 Jahren haben sich schmelzgeblasene Flüssigkeitskartuschen – auch Spray-Spun-Kartuschen genannt – etabliert, bei denen Fasern auf einem rotierenden Dorn, ähnlich einer Drehmaschine, abgelegt und in einem einstufigen Prozess zu Kartuschen mit einem Durchmesser von 3 Zoll und einer Länge von 10 Zoll verarbeitet werden immer alltäglicher werden. Meltblown-Kartuschen machen die Verwendung von Rollenware überflüssig und sind aufgrund ihres effizienten Herstellungsprozesses tendenziell kostengünstiger.

Die in Houston ansässige Filtration Technology Corp. (FTC) stellt Platinfilter her, die mithilfe von Vliesstoffen extrem große Mengen an Verunreinigungen zurückhalten können. „FTC liefert Flüssigkeitsfilter in vielen Konfigurationen, aber keine ist mit unseren Filtern der Platinum-Serie vergleichbar, die bis zu mehreren hundert Pfund an Verunreinigungen zurückhalten können“, sagte Chris Wallace, Vizepräsident von FTC. „Das einzigartige Faltenmuster in unserer patentierten Platinum-Technologie maximiert die Medienoberfläche in einem Druckbehälter, was zu geringeren Flussraten und einer höheren Schadstoffaufnahmekapazität pro Filterpatrone führt. Die Platinum-Technologie bietet unseren Kunden eine längere Betriebsdauer, was sich in einer geringeren Direktfiltration niederschlägt Kosten, geringere Wartungskosten und minimale Ausfallzeiten. Ein weiteres Merkmal dieser Technologie ist die Flexibilität, die Technologie einem breiten Spektrum von Anwendungen und Märkten anzubieten, da wir jedes Vlies oder jeden Nassvliesstoff in diesem einzigartigen Faltenmuster verwenden können.“

Eine der neuesten Technologien im Bereich Filtermedien sind Nanofaservliese. Feine Fasern im Nanogrößenbereich werden in Gewichten von 1 bis 2 Gramm pro Quadratmeter auf die Oberfläche von schweren Nassvliesstoffen und Spinnvliesstoffen aufgebracht. Faltenfilter sollen feine Partikel auf der stromaufwärts gelegenen Oberfläche des Verbundmediums sammeln. Bisher war diese Technologie weitgehend auf die Luftfiltration in Staubsammelpatronen oder Motorluftansaugfiltern für den Einsatz in Pkw und Lkw beschränkt. „Ein großer und hoch diversifizierter Anbieter von Filterprodukten wie Clarcor verwendet praktisch jedes erdenkliche Gewebe, insbesondere synthetische und/oder zellulosehaltige Vliesstoffe, in einer breiten Produktpalette von der Stromerzeugung über Transport, Öl und Gas, Wohnraumluft bis hin zu Wasser und…“ Abwasserbehandlung und viele andere", sagte Leonard Castellano, Chefingenieur beim Clarcor's Innovation Center in Franklin, Tennessee. „Es gibt kaum eine Branche, in der wir tätig sind und die nicht in der einen oder anderen Form Textilien, Vliesstoffe, von Mikrofasern bis hin zu Nanofaserkonstruktionen verwendet.“ Interessanterweise hat Parker Filtration kürzlich ein Angebot zur Übernahme von Clarcor abgegeben – Clarcor wurde Anfang des Jahres neuer Eigentümer von FibeRio Technologies, einem Hersteller von Nanofasergeräten.

Nassgelegte Filtermedien werden auf Standardanlagen zur Papierherstellung hergestellt. Bei dem Verfahren werden in der Regel kurz geschnittene synthetische Glasfasern und/oder Zellulosefasern verwendet, einschließlich Mischungen, die in den Schmierstoff-, Öl- und Motorluftansaugfiltermärkten für Pkw und Lkw zu finden sind. HEPA/ULPA-Luftfilter und viele Labore verwenden Filter aus nassgelegten Mikro- und Makroglasfasermedien, ebenso wie Hydraulikfilter, die oft mit einem Spinnvlies-Trägergewebe kombiniert werden.

Nassgelegte Polyester- und Polyester-Bindefasern werden als Trägergewebe für Membranen in Umkehrosmose- (RO), Nanofiltrations- und Ultrafiltrations- (UF) Prozessen und Spiralwickelmoduldesigns verwendet. Zu den führenden Substratlieferanten gehören AWA Paper mit Sitz in Japan und Neenah Paper mit Sitz in Alpharetta, Georgia. Membranträger sind hochspezialisiert und müssen einem hohen Systemdruck standhalten, vollkommen flach über die Stoffbreite liegen und keine stehenden Fasern aufweisen, die eine beschichtete Membran durchdringen und so die Oberfläche des Substrats bedecken könnten.

Monofilamentgewebe werden hauptsächlich aus Polyester oder Nylon hergestellt, wobei andere Polymere in kleineren Mengen verwendet werden. Der Durchmesser der Garne reicht je nach Anwendung von feinen 20 Mikrometern bis zu groben 1.000 Mikrometern. Die Stoffkosten hängen von der Garngröße und der Anzahl der Garne pro Quadratfuß ab. Gewebe werden in der Regel in Oberflächenfiltern verwendet und sind in der Lage, Partikel einer definierten Größe zu filtern oder zu sieben. Zu den Anwendungen gehören medizinische Filter für Operationen am offenen Herzen, Getriebefilter für Kraftfahrzeuge, Filter für Klimaanlagen und Kraftstoffeinspritzungen, Filter für die Verwendung als Siebe bei der Mehl- und Weizenverarbeitung sowie schwere Gewebe für die Verwendung als Schlammentwässerungsbänder. In Nordamerika beträgt die Marktgröße fast 80 Millionen US-Dollar und liegt weltweit bei fast 200 Millionen US-Dollar. Zu den weltweit führenden Stofflieferanten für Monofilament-Filtergewebe gehören die in der Schweiz ansässige Sefar AG und die in Italien ansässige Saati SpA

In der Textilindustrie werden Drahtgewebe und andere Metallmedien normalerweise nicht als Textil im herkömmlichen Sinne betrachtet, aber dieses Produkt ist eng mit traditionellen Textilien verwandt und wird als alternatives Filtermedium verwendet, insbesondere in Anwendungen, bei denen präzisionsgewebte Monofilamentgewebe verwendet werden. Präzisionsdrahtgewebe werden hauptsächlich von in Europa ansässigen Anbietern gewebt, darunter der in der Schweiz ansässigen G. Bopp & Co. AG und der in Deutschland ansässigen Haver & Boecker OHG. Nichtpräzise Konstruktionen kommen in der Regel aus Asien. Drahtgewebe aus asiatischen Quellen werden häufig verwendet, wenn der Flüssigkeitsdruck hoch genug ist, um eine Mediensteifigkeit zu erfordern, und ein nicht starres Vlies und/oder nassgelegtes Gewebe in einer Sandwichkonstruktion einzukapseln. Die nordamerikanische Produktion ist relativ bescheiden und konzentriert sich hauptsächlich auf Spezialgewebe aus hochlegierten Metallen. Drahtgewebe werden üblicherweise in der Polymerfiltration zur Herstellung von Textilfasern, dünnen Filmen und Luft- und Raumfahrtfiltern verwendet und werden häufig beim Sieben und Sieben eingesetzt. In Nordamerika beläuft sich der Markt für Rollenware auf ein Gesamtvolumen von 100 Millionen US-Dollar.

Im Großen und Ganzen sind künstlich hergestellte Multifilament-Filtrationsgewebe über ein bescheidenes Volumen hinaus in Platten- und Rahmenanwendungen oder als Mischungen aus Multifilament- und Monofilamentgarnen der in Deutschland ansässigen C. Cramer GmbH & Co. KG, Sefar, Dodenhoff Industrial Textiles Inc. nicht besonders verbreitet ., Westlake, Ohio, um nur einige Hersteller zu nennen.

Gewebte Glasgewebe werden in Hochtemperatur-Endanwendungen eingesetzt, vor allem in Schlauchbeutelkonstruktionen. Zu den namhaften nordamerikanischen Webstoffherstellern gehören BGF Industries Inc. mit Sitz in Greensboro, North Carolina, JPS Composite Materials mit Sitz in Anderson, SC und Filtration Specialties Co., Abilene, Texas. Zu den Herstellern von Nassglas gehören Lydall Inc. mit Sitz in Manchester (Connecticut), Hollingsworth & Vose mit Sitz in East Walpole (Massachusetts) und Bernard Dumas mit Sitz in Frankreich. Zu den Anwendungen gehören HEPA/UPLA, Koaleszenz-, Labor- und Hydraulikfiltermedien. Der kombinierte globale Markt für Filtermedien für gewebte und nassgelegte Glasgewebe beläuft sich auf mehr als 300 Millionen US-Dollar.

Raschel-, Rundstrick- und Trikotgewirke werden in Filtermedien verwendet, allerdings nur in sehr begrenzten Mengen. Bestimmte Kettengewirke werden jedoch häufig in Spiralwickelmodulen verwendet, die in UF/NF und RO verwendet werden. Sie bestehen aus Bikomponentengarnen, die zur Stabilisierung des Gewebes durch Wärme verklebt werden und gleichzeitig als Abstandsgeflecht dienen, um den Flüssigkeitsfluss (Fluss) zur Modulmitte zu ermöglichen Kern. Das Volumen ist groß und wächst jedes Jahr um mehr als zehn Prozent. Zu den Anwendern gehören The Dow Chemical Co. mit Sitz in Midland, Michigan, Koch Membrane Systems Inc. mit Sitz in Wilmington, Massachusetts, und Hydranautics, Oceanside, Kalifornien.

Alle Formen von Filtermedien verzeichnen in vielen Industrieländern typischerweise eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 2 bis 5 Prozent über dem BIP. Einen großen Anteil an diesem Wachstum haben die bereits erwähnten gesetzgeberischen Mandate. Auch der zunehmende Einsatz neuer Technologien – wie Nanofasern in Staubsammelpatronen und Motorlufteinlassfiltern sowie Trikot-Abstandsstoffe mit Bikomponentengarnen, die in RO/UF-Spiralmodulen verwendet werden – tragen zum Wachstum des Segments bei. Es gibt viele ungedeckte Bedürfnisse der Industrie, darunter der Wunsch nach Medienfiltern mit längerer Lebensdauer und einer verbesserten Faserverteilung in Vliesstoffen, um nur zwei Bedürfnisse zu nennen. Letztendlich heißt es in einem aktuellen „Point of View“-Dokument der American Filtration & Separations Society: „Es gibt kaum eine Verschmutzung, Kontamination oder ein Umweltproblem, das nicht durch den Einsatz von Filtration und Separationen verhindert oder behoben werden kann.“ Technologien.“

Bemerkenswerte Branchenmerkmale:

Anmerkung des Herausgebers: Ed Gregor ist Eigentümer von Edward C. Gregor & Associates LLC und kann unter 803-431-7427 oder [email protected] erreicht werden

März/April 2017