Фильтрующий элемент для складчатого фильтра противопылевого респиратора

 

Использование: в индивидуальных средствах защиты органов дыхания рабочих промышленности и сельского хозяйства. Сущность изобретения: фильтрующий элемент состоит из слоя полимерных ультратонких волокон, подложки и основания. Подложка выполнена из термоскрепленного полотна, состоящего из лавсановых (82 - 98 мас.%) и полипропиленовых (2 - 18 мас.%) волокон с поверхностной плотностью 25-30 г/м² . Основание элемента выполнено из термоскрепленного полотна, состоящего из полиамидных (50 - 60 мас.%) и лавсановых (40 - 50 мас.%) волокон с поверхностной плотностью 35-40 г/м² . Воздухопроницаемость подложки и основания составляет не менее 1200 дм³/м²·с, а соотношение высоты складок фильтрующего элемента и ширины между складками равно (3 - 5) : 1. Слой ультратонких волокон содержит волокна диаметром 1,0 - 8,0 мкм при их соотношении в слое, мас.%: волокна ⊘ 1,0 - 2,5 мкм 60 - 70, а волокна ⊘ 2,6 - 8,0 мкм 30 - 40. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты органов дыхания рабочих промышленности и сельского хозяйства, в частности к противопылевым распираторам и сменным фильтрам к ним.

Известен фильтр с концентрическими складками из полимерного материала. Фильтр складывается с помощью колец из конусной заготовки, которая получается путем свертывания в два слоя материала, имеющего форму сектора и состоящего из слоя полимерного материала и аппретированной марли [1].

Недостатком данного фильтра является выполнение основания фильтра из апперетированной марли и подложки из медицинской марли, которые в условиях повышенной влажности и запыленности быстро забиваются пылью в процессе использования распиратора. Кроме того, в условиях высокой запыленности (выше 1000 мг/м³) и повышенной влажности (96-98%), существующих в угольных шахтах, каркасная аппретированная марля в фильтрующих элементах теряет жесткость из-за растворения крахмала за счет влаги воздуха, что отрицательно влияет на фильтрующий слой.

Недостатком также является дефицитность и высокая цена применяемого сырья для изготовления подложки и основания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фильтрующий элемент для складчатого фильтра противопылевого респиратора [2], состоящий из слоя полимерных волокон, подложки и основания фильтра, при этом подложка и основание выполнены из нетканого клеевого полотна. Фильтр изготовлен в виде концентрических складок.

Недостатками данного фильтрующего элемента является то, что во-первых, в связи с присутствием связующих из полимерной дисперсии на вискозных волокнах в условиях повышенной запыленности и влажности резко уменьшается воздузхопроницаемость, так как происходит поверхностное насыщение частицами пыли и она падает с пределом ниже 1000 дм³/м² с; во-вторых, основание фильтрующего элемента в результате насыщения влагой теряет каркасность и расстояние между складками уменьшается до размера менее 1 мм, что ведет к местному смыканию складок, неполному использованию работающей поверхности фильтрующего элемента и росту сопротивления, а как результат к необходимости замены фильтра на новый.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение работоспособности фильтра в условиях повышенной влажности и запыленности и уменьшение сопротивления дыхания в период эксплуатации в фильтрующем элементе для складчатого фильтра противопылевого распиратора.

Это достигается тем, что у фильтрующего элемента, состоящего из слоя полимерных ультратонких волокон, подложки и основания, подложка выполнена в виде термоскрепленного полотна, состоящего из лавсановых и полипропиленовых волокон при соотношении волокон, мас.%: лавсановые 82-98; полипропиленовые 2-18, с поверхностной плотностью 25-30 г/м², а основание элемента выполнено из термоскрепленного полотна, состоящего из полиамидных и лавсановых волокон при их соотношении, мас.%: лавсановые 40-50; полиамидные 50-60, с поверхностной плотностью 35-40 г/м² и воздухопроницаемостью подложки и основания не менее 1200 дм³/м³.с, при этом соотношение высоты складок фильтрующего элемента и ширины между складками равно (3-5):1.

Кроме того, слой полимерных ультратонких волокон содержит волокна диаметром 1,0-8 мкм при соотношении в слое, мас.%: волокна ⊘ 1,0-2,5 мкм 60-70; волокна ⊘ 2,6-8,0 мкм 30-40.

На фиг.1 изображен фильтрующий элемент; на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Фильтрующий элемент для складчатого фильтра противопылевого респиратора состоит из подложки 1, слоя полимерных ультратонких волокон 2, основания 3 элемента, внутреннего колпачка 4, наружного колпачка 5. Фильтрующий элемент выполнен с высотой складки Н и шириной между складками а.

Работа элемента по очистке воздуха от пыли заключается в следующем.

Воздух с запыленностью по угольной пыли до 4000 мг/м³ поступает на основание 3 элемента, выполненного из термоскрепленного полотна, состоящего из лавсановых и полиамидных волокон. На основании элемента задерживаются крупные частицы пыли более 10 мкм, что предохраняет выход из строя фильтрующего слоя ультратонких волокон, где задерживаются остальные частицы пылевых аэрозолей. Состав волокон основания фильтрующего элемента, их пределы выбраны для обеспечения каркасности элемента, а также исключения увеличения его размеров за счет накопления влаги. Это связано с применением термоскрепленного полотна, состоящего из волокон, обладающих гигроскопичностью, размеры которых меняются при влажности 96-98% на 1,5-2%, т.е. практически, не набухают.

Применение лавсановых и полиамидных волокон ведет к использованию толщины слоя основания на всю ее глубину. Поэтому данное полотно позволяет увеличить пылеемкость фильтра и одновременно уменьшить поверхностную плотность до 40 г/м², что составляет верхний предел. Выбор нижнего предела поверхностной плотности основания фильтрующего элемента связан с обеспечением механической прочности, что влияет на процесс формовки инструментом при плотности ниже 30 г/м², ведет к местным разрушениям основания, при формовании также нижний предел связан с обеспечением жесткости, которая, как показали испытания, не должна быть ниже 2 гс.

Применение термоскрепленных полотен для основания и подложки с использованием лавсановых волокон в смеси с полиамидными для изготовления основания и с полипропиленовыми волокнами для подложки обеспечивает лучшую сминаемость изделия, т.е. сохранность формы складки после снятия нагрузки. Это позволяет обеспечить зазор между складками и не ведет к его устранению в результате воздействия воздуха, а также позволяет использовать всю поверхность фильтрующего элемента.

Соотношение высоты складок Н фильтрующего элемента и ширины между складками а элемента (3-5):1 позволяет создать достаточную жесткость элемента в целом за счет трех слоев. При соотношении Н и а выше 5:1 происходят соприкосновение складок при форсированном дыхании рабочего и неполное использование фильтрующей поверхности элемента, а при соотношении Н и а меньше 3: 1 складки в результате увеличенного угла при вершине теряют форму, что вызывает трудности при замене фильтрующего элемента в фильтрах, при этом резко возрастают габариты фильтрующего элемента при обеспечении полезной площади фильтрации более 700 см².

Использование термоскрепленного полотна, состоящего из лавсановых 82-98 мас. % и полипропиленовых 2-18 мас.% волокон, в качестве подложки фильтрующего элемента позволяет уменьшить поверхностную плотность минимально до 25 г/м², что обеспечивает жесткость до 1 гс, форма складки сохраняется при эксплуатации до 250 ч. При этом подложек из термоскрепленного полотна практически не имеет сопротивления.

Применение в составе нетканого полотна более 18 мас.% полипропиленовых волокон ведет к резкому возрастанию жесткости подложки и увеличению ее толщины, что уменьшает зазор между складками фильтрующего элемента, а применение полипропиленовых волокон в составе подложки менее 2 мас.% ведет к отсутствию жесткости полотна менее 0,3 гс и потере прочности, при этом при эксплуатации за счет потока воздуха профиль складки начинает изменяться, что ведет к неполному использованию поверхности фильтрующего элемента. Изготовление фильтрующего слоя ультратонких волокон диаметром 1,0-8,0 мкм при соотношении в слое, мас.%: волокон диаметром 1-2,5 мкм 60-70 и волокон диаметром 2,6-8,0 мкм 30-40 позволяет повысить механическую прочность слоя за счет присутствия волокон диаметром 2,6-8,0 мкм до 40%, удлинение увеличивается до 60-80%, разрывная нагрузка - до 250 гс. Увеличение данных показателей позволяет не допускать повреждения фильтрующего слоя ультратонких волокон при изготовлении фильтрующего элемента, придать ему каркасность, обеспечить улавливание пылевых аэрозолей по всей толщине слоя и позволяет уменьшить прочность и массу подложки до 25 г/м².

Таким образом, за счет составов подложки, основания и слоя ультратонких полимерных волокон предлагаемого фильтрующего элемента и применения термоскрепленных полотен с композицией волокон, обладающих низкой гигроскопичностью при повышенной влажности воздуха, обеспечиваются низкое сопротивление фильтрующего элемента, условия по сохранности фильтрующей способности слоя ультратонких волокон, а также увеличивается срок службы и пылеемкость фильтрующего элемента.

Формула изобретения

1. ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СКЛАДЧАТОГО ФИЛЬТРА ПРОТИВОПЫЛЕВОГО РЕСПИРАТОРА, состоящий из слоя полимерных ультратонких волокон, подложки и основания, отличающийся тем, что подложка выполнена в виде термоскрепленного полотна, состоящего из лавсановых и полипропиленовых волокон при их соотношении по массе, %: Лавсановые волокна - 82 - 98 Полипропиленовые волокна - 2 - 18 с поверхностной плотностью 25 - 30 г/м², а основание элемента выполнено из термоскрепленного полотна, состоящего из полиамидных и лавсановых волокон при их соотношении по массе, %: Лавсановые волокна - 40 - 50 Полиамидные волокна - 50 - 60 с поверхностной плотностью 35 - 40 г/м², при этом воздухопроницаемость подложки и основания составляет не менее 1200 дм³/м² с, а отношение высоты складок фильтрующего элемента к ширине между складками равно 3 - 5 : 1.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что слой полимерных ультратонких волокон содержит волокна диаметром 1,0 - 8,0 мкм при их соотношении в слое, мас.%: Волокна диаметром 1,0 - 2,5 мкм - 60 - 70 Волокна диаметром 2,6 - 8,0 мкм - 30 - 40

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2