Un aperçu des médias filtrants synthétiques

1 mars 2022 | Par Jose M. Sentmanat, spécialiste de la filtration des liquides, LLC

De nombreux facteurs ont une incidence sur les performances des médias de filtration synthétiques, des styles de fil et de tissage aux considérations de drainage et de couverture

Sous le large parapluie des médias filtrants, il existe de nombreux matériaux de médias synthétiques, y compris les tissus filtrants tissés, les médias filtrants en tissu tissé et non tissé et les feutres filtrants. Le terme "synthétique" englobe les tissus en polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polyester ou nylon, ainsi que d'autres matériaux spéciaux, tels que le Saran, le polyamide, le Nomex (méta-aramide ignifuge), le polyéther éther cétone (PEEK), les fluoroplastiques et d'autres matériaux spécialement conçus pour des applications spécifiques. Une sous-catégorie de ces supports comprend les supports filtrants en toile métallique. Il s'agit de treillis métalliques tissés fabriqués à partir d'une variété de métaux, les plus courants étant les treillis métalliques en acier inoxydable, tels que 316 SS et 316-L SS.

À l'origine, les matériaux utilisés pour les médias filtrants étaient la soie, le coton et la laine. En raison des limites d'utilisation de ces matériaux, les matériaux synthétiques sont beaucoup plus souvent utilisés dans les applications de filtration industrielle depuis leur introduction vers 1945. Depuis lors, les activités de développement rapide ont largement élargi l'applicabilité des fibres synthétiques dans la filtration industrielle. Bien que le coton et la laine soient encore utilisés comme média filtrant, cet article ne couvre que les médias filtrants synthétiques et les toiles métalliques.

Comme le montre la figure 1, il existe plusieurs types courants de fibres utilisées dans les médias filtrants synthétiques, comme suit :

FIGURE 1. Le type de fibre utilisé pour le média filtrant peut avoir un impact sur ses performances finales

Notez également que des combinaisons de matériaux sont disponibles, telles que des combinaisons mono/multifilament, mono/agrafe et multi/agrafe.

Les fibres monofilaments offrent de nombreux avantages, notamment un excellent contrôle du diamètre pour des ouvertures de tissu précises, des débits élevés, de faibles chutes de pression, une rigidité et une résistance à la traction relativement élevées. Avec ces fibres, le mécanisme de filtration est la capture de particules de surface, présentant une excellente libération de particules de surface. Ce support est facile à nettoyer et présente également une absorption de liquide limitée.

Avec les fibres multifilaments, les utilisateurs doivent noter que les fils torsadés peuvent souvent entraîner des diamètres de fil irréguliers et que la taille des pores peut être inégale et difficile à mesurer. Avec ce type de média, les mécanismes de filtration incluent la capture des particules en surface, ainsi qu'entre les brins torsadés. Les éléments multimédias multifilaments présentent une bonne libération de particules de surface, mais ils sont quelque peu difficiles à nettoyer. Leurs avantages incluent une excellente résistance à la traction, flexibilité, souplesse et résistance à la fatigue. Il convient également de noter que les fils multifilaments peuvent absorber des liquides.

Les fibres de filaments filés se caractérisent par une taille et une densité de fibres quelque peu inégales, et comme les fibres multifilaments, leurs tailles de pores peuvent être inégales et difficiles à mesurer. Les mécanismes de filtration pour les supports fibreux à filament filé comprennent la capture de particules à la surface, ainsi qu'à l'intérieur de la structure de la fibre. Bien que ces supports soient en effet flexibles et pliables, ils présentent une faible libération de particules de surface et sont difficiles à nettoyer. Comme pour les fibres multifilaments, les fils de filaments filés peuvent absorber les liquides.

La méthode utilisée pour tisser les fibres dans les éléments filtrants plus grands peut faire une différence significative dans les paramètres de performance. Plusieurs styles de tissage sont décrits dans les sections suivantes. Les tailles de pores disponibles pour les principales catégories de tissage sont données dans le tableau 1.

Tissages carrés. Ce style de tissage est principalement utilisé avec des matériaux synthétiques et des toiles métalliques. Il s'agit du style de tissage ouvert le plus basique, utilisant un simple motif superposé (figures 2 et 3). Il fournit un chemin d'écoulement rectiligne avec un grand espace ouvert. Certains des principaux avantages des tissages carrés sont : une perméabilité élevée, une liaison minimale, un nettoyage facile et une grande stabilité.

Tissage taffetas. Ce style de tissage est généralement utilisé uniquement avec des matériaux synthétiques. Il s'agit d'une variante des armures carrées où deux fils de petit diamètre alternent avec des fils de plus grand diamètre dans le sens chaîne (Figure 4). "Warp" fait référence aux fils qui parcourent la longueur du tissu lorsqu'il est tissé. Ce style, avec sa surface plus rugueuse, imite les tissus de soie en train de muer.

Armure en sergé fermé. Ce style de tissage est utilisé avec des matières synthétiques. Le motif de tissage plus dense implique que les fils de chaîne passent trois fois, puis sous un fil de trame (Figure 5). Ce style de tissage favorise une excellente résistance et durabilité. Les médias filtrants utilisant ce style de tissage peuvent être calandrés pour contrôler la perméabilité à l'air. Le calandrage est un processus de traitement des fibres par lequel la pression et la chaleur sont appliquées en même temps pour comprimer les fibres ensemble, ce qui donne un tissu plus fin et plus serré avec une meilleure qualité de filtration. Comme le montre la figure 6, le calandrage donne une fibre plus compacte et plus dense.

Tissage hollandais sergé. Ce style de tissage est utilisé avec des supports en toile métallique. Il offre la meilleure rétention de particules avec son motif deux sur, deux sous. Dans ce style, les fils de chaîne sont plus lourds que les fils de trame (les fils traversant la largeur du tissu).

Tissage Hollandais inversé uni. Ce style de tissage est utilisé avec les matières synthétiques et les toiles métalliques. Il a un nombre de fils de chaîne plus élevé que les fils de trame (Figure 7). Le diamètre du fil de chaîne est généralement égal aux deux tiers du diamètre du fil de trame. Ce style de tissage peut s'adapter à des débits élevés et offre une excellente flexibilité longitudinale, une rigidité transversale et un écoulement tortueux.

Les médias de filtration utilisant des tissages néerlandais inversés simples peuvent gérer des débits élevés

Tissage hollandais uni. Ce style de tissage est utilisé avec les supports en toile métallique dans les applications à haut débit. Ses fils de trame sont plus petits que ses fils de chaîne (Figure 8). Un avantage de ce style de tissage est une faible chute de pression à travers le média.

Tissages double couche. Les tissages à double couche sont utilisés avec des médias synthétiques. Ceux-ci peuvent être de la variété monofilament ou mono-multi-tissage. Dans les armures à double couche, la couche filtrante (par exemple, un filtre à armure sergée fermée) et la couche de support (par exemple, une armure carrée ouverte) sont tissées ensemble. Cette configuration se traduit par des capacités de filtration fines, ainsi qu'une résistance et une durabilité exceptionnelles. Il existe différentes constructions disponibles pour les supports tissés à double couche (Figure 9). Étant donné que le tissu fin est tissé sur une couche de support solide, les pores du tissu ont tendance à "s'aveugler" contre un support métallique perforé, comme le montre la figure 10. Dans une configuration monofilament, le flux latéral à travers la couche inférieure à mailles grossières améliore le flux et le débit (Figure 11).

Lors de la sélection du média filtrant approprié, les principaux problèmes de performance pris en compte sont l'efficacité de capture des particules, la capacité de débit, la lavabilité, la libération du gâteau, la résistance à la température et la résistance chimique. Le tableau 2 fournit des informations sur la température et la résistance chimique de plusieurs matériaux synthétiques courants.

Efficacité de capture des particules. Il est important de noter qu'une efficacité de capture de particules de 100 % n'est souvent pas nécessaire, car cela peut être trop coûteux pour être réalisable dans un projet particulier. De plus, la taille des pores du tissu ne doit pas nécessairement correspondre exactement à l'objectif de capture (comme dans la filtration sur gâteau, par exemple).

Capacité de débit. Lors de l'examen de la capacité de débit, il faut comprendre que les supports avec les mêmes tailles de pores peuvent présenter des débits différents, comme illustré à la figure 12. La zone ouverte du support est ce qui déterminera finalement la capacité.

Lavabilité et démoulage du gâteau. Ces considérations décrivent dans quelle mesure le tissu peut être lavé et dans quelle mesure le gâteau de filtration se libère lors du nettoyage du tissu filtrant. Ces deux facteurs aident à prédire l'efficacité du cycle de vie des médias.

FIGURE 12. La capacité de débit n'est pas dictée par la taille des pores, mais plutôt par la zone ouverte du support

Cette feuille filtrante en métal est équipée d'un support de drainage de type nid d'abeille

Il faut également envisager de fournir un support de drainage entre le média filtrant et la surface en dessous. Dans le cas des médias en tissu filtrant, il a été constaté dans certains cas que la fourniture d'un support de drainage constitué d'un type de média ouvert grossier peut augmenter le débit jusqu'à 20 %. Le support de drainage est soit un tissage carré ajouré réalisé avec des gros fils ou filaments, soit ce qu'on appelle un nid d'abeille. L'organe de drainage sépare la toile du support métallique et crée ainsi plus d'écoulement, puisqu'il permet un écoulement latéral sous la toile. Dans le cas du treillis métallique tissé, l'élément de drainage est généralement un maillage carré grossier plus ouvert, tel qu'un maillage 8 × 8. La figure 13 montre une feuille de filtre en métal avec le support en nid d'abeilles et le couvercle en tissu synthétique ouvert pour montrer le support. La figure 14 montre une construction de feuille de filtre à cinq plis avec maille de drainage.

Alors que les housses en tissu filtrant sont cousues lorsqu'elles sont installées à l'origine sur les feuilles du filtre, les housses en tissu filtrant de remplacement peuvent être fournies avec des fermetures Velcro ou des fermetures à glissière pour faciliter l'installation sur le terrain et éliminer le besoin d'être cousues, ce qui peut nécessiter l'envoi des feuilles du filtre à un magasin pour la couture. Des précautions doivent toujours être prises pour éviter de traîner les feuilles de filtre avec des couvertures en tissu sur le sol. Cela va déchirer ou déchirer le tissu. De plus, les utilisateurs doivent faire attention à ne pas heurter les feuilles couvertes contre des surfaces tranchantes qui pourraient endommager les toiles. Les toiles doivent être inspectées périodiquement pour détecter toute usure, déchirure ou trou dans les toiles. De tels dommages affecteront très certainement les performances du filtre. Une bonne mesure préventive consiste à doter les housses en tissu de patchs de renfort soit sur les coins, soit sur toutes les zones où les sacs peuvent être soumis à des frottements ou à l'usure. ■

Edité par Mary Page Bailey

L'auteur reconnaît la précieuse contribution à la rédaction de cet article de Sefar Americas Inc. (Buffalo, NY) et Filter-All, Inc./Sewn Weld Industries Inc. (Magnolia, Tex.)

Jose M. Sentmanat est le président de Liquid Filtration Specialist, LLC (PO Box 1064, Conroe, TX 77305-1064 ; site Web ; www.filterconsultant.com ; e-mail : [email protected] ; téléphone : 936-756-5362). Sentmanat a plus de 50 ans d'expérience dans l'ingénierie d'application, le dimensionnement et la sélection d'équipements de filtration pour une multitude d'industries liées aux procédés dans les secteurs de l'alimentation et des boissons, pharmaceutique, de consommation, chimique et pétrochimique. Sentmanat est l'auteur de plusieurs publications, références et manuels d'utilisation, et a donné de nombreux séminaires et cours de courte durée dans le monde entier.