Filterfunktion von Nano- und Mikrofasern

Nanofasern können in das Basismedium integriert sein

28.11.2008 | Redakteur: Markus Lauer

Partikel unterschiedlicher Größe bewegen sich mit der Strömung auf die Faser zu. Grafik: Mann+Hummel
Partikel unterschiedlicher Größe bewegen sich mit der Strömung auf die Faser zu. Grafik: Mann+Hummel

Die Abscheidung von Partikeln an Faserfiltern bedeutet zunächst, dass die Partikel mit den Fasern des Filtermediums in Berührung kommen müssen und dann auf Grund der zwischen den Fasern und den Partikeln wirkenden Kräfte – den Van-der-Waal‘schen Kräften, elektrostatische Kräfte – an den Fasern haften bleiben. Die dabei wirkenden Kräfte sind bei kleinen Partikeln so groß, dass diese sich ohne weiteres nicht mehr von den Fasern lösen. Dies geschieht in der Regel erst, wenn Waschflüssigkeiten zum Einsatz kommen.

Partikel unterschiedlicher Größe bewegen sich mit der Strömung auf die Faser zu. Grafik: Mann+Hummel
Partikel unterschiedlicher Größe bewegen sich mit der Strömung auf die Faser zu. Grafik: Mann+Hummel

Die Abbildung verdeutlich die Abscheidung von Partikeln an Fasern und zeigt eine umströmte Faser im Querschnitt. Partikel unterschiedlicher Größe bewegen sich mit der Strömung (rote Stromlinien) auf die Faser zu. Große und schwere Partikel (1) können auf Grund ihrer Trägheit den Stromlinien bei der Umströmung der Faser nicht folgen. Sie treffen im Anströmbereich der Faser auf und werden abgeschieden. Kleinere Partikel (2) folgen den Stromlinien, können aber auf Grund ihrer Größe mit der Faser in Berührung kommen und werden damit abgeschieden (Sperreffekt). Sehr kleine Partikel (3) folgen ebenfalls den Stromlinien, allerdings überlagert eine ungerichtete Zufallsbewegung diese Bewegung: Partikel von weniger als einem Mikrometer Größe sind so klein, dass der Impuls der sich bewegenden Luftmoleküle ausreicht und die Partikel aus ihrer geradlinigen Bewegung ablenkt.

Dieser Effekt ist die Brown‘sche Molekularbewegung oder Diffusion. Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit kommen die Partikel auf ihrer Zufallsbahn mit der Faseroberfläche in Berührung und werden abgeschieden. Partikel, die durch die Diffusionsbewegung abgeschieden werden, finden sich um die ganze Faser verteilt.

Hoher Abscheidegrad

Kleine und kleinste Partikel werden nahezu ausschließlich über Diffusion abgeschieden. Für die effektive Abscheidung ist es daher notwendig, die Brown‘sche Molekularbewegung gezielt zu nutzen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Partikel, das sich in einer zufälligen Bewegung befindet, mit einer Faser in Berührung kommt, hängt von der zur Verfügung stehenden Faseroberfläche und der Länge der Diffusionswege ab. Je kleiner nun die gewählten Faserdurchmesser werden, umso größer wird bei gleichem Volumen die spezifische Oberfläche. Zudem verkürzen sich die Abstände zwischen den Fasern. Beides führt dazu, dass mit abnehmendem Faserdurchmesser der Filtermedien die Abscheideleistung für Feinstaub deutlich ansteigt. Filtermedien, die Nano- oder Mikrofasern enthalten, zeichnen sich daher durch einen hohem Abscheidegrad im Feinstpartikelbereich aus.

Neben dem Abscheidegrad sind die mechanische Stabilität des Mediums und die Staubspeicherkapazität wesentliche Qualitätskriterien. Daher werden Nanofasern mit gröberen Fasern kombiniert. Nanofasern können in das Basismedium integriert sein oder als spinnwebartige Lage auf die Trägerlage aufgebracht sein. In beiden Fällen erhöht sich der Abscheidegrad.

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