Нетканый иглопробивной фильтрующий материал с увеличенным сопротивлением развитию начальной деформации и способ его производства
Владельцы патента RU 2246565:
Военный университет радиационной, химической и биологической защиты (ВУ РХБЗ) (RU)
Изобретение относится к области текстильного производства, а именно к производству нетканых иглопробивных фильтрующих материалов. Способ производства упомянутых материалов включает механическое или аэродинамическое формирование волокнистого холста из смески бикомпонентных волокон, иглопрокалывание и тепловую прокатку на каландре. В смеску бикомпонентных волокон добавляют полиэфирное волокно. Тепловую обработку материала проводят при режимах, обеспечивающих уплотнение поверхностного слоя. Плотность иглопрокалывания от 20 до 800 проколов на 1 см2, прокатку проводят при температуре валка от 130 до 220°С со скоростью от 1 до 15 м/мин. Нетканый иглопробивной фильтрующий материал имеет поверхностную плотность не более 400 г/м2, коэффициент полноты фильтрации не менее 40% при фильтрации суспензии со средним размером твердых частиц не более 2 мкм и нагрузке для достижения 10%-ного относительного удлинения образца шириной 5 см не менее 15 кг. Технический результат - увеличение сопротивления развитию начальной деформации материала. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области текстильного производства, а именно к производству нетканых иглопробивных фильтрующих материалов, предназначенных для очистки газов и жидкостей от твердых частиц различной природы.
Нетканые иглопробивные полотна широко используются в качестве фильтрующих материалов и обладают рядом преимуществ по сравнению с текстильными материалами или термоскрепленными неткаными материалами. Основное преимущество иглопробивного материала связано с его трехмерной структурой, обеспечивающей фильтрацию твердых частиц по толщине материала. Также иглопробивной материал обладает относительно низким аэродинамическим и гидравлическим сопротивлением в процессе фильтрации газов и жидкостей.
Известен [1] иглопробивной нетканый материал с высокой фильтрующей способностью, используемый при очистке газов и жидкостей от твердых частиц различной природы. Фильтрующие свойства такого материала зависят от его поверхностной плотности. Максимальные фильтрующие характеристики иглопробивного материала достигаются при значениях поверхностной плотности выше 600 г/м2 и более предпочтительно выше 700 г/м2. Материал задерживает твердые частицы размером более 5 мкм.
Однако даже при относительно высокой поверхностной плотности иглопробивной материал обладает относительно низким сопротивлением развитию начальной деформации. Низкое сопротивление развитию начальной деформации ограничивает срок службы иглопробивного материала и увеличивает вероятность его разрушения при скачках давления газа или жидкости. Снижение поверхностной плотности иглопробивного материала приводит к уменьшению фильтрующей способности и потере механических характеристик.
Известные технические решения [1, 2] уменьшения поверхностной плотности иглопробивного материала при сохранении высокой фильтрующей способности и увеличения сопротивления развитию начальной деформации связаны с тепловой обработкой различными способами. Для увеличения эффективности тепловой обработки в состав иглопробивного материала вводят термоусадные волокна, такие как полипропиленовое волокно, поливинилхлоридное волокно или другие, обладающие способностью уменьшать свои линейные размеры под действием температуры. Тепловая обработка отмеченного выше иглопробивного материала приводит к значительному увеличению его плотности, следствием чего является рост аэродинамического и гидравлического сопротивления. Также такая обработка в основном влияет на разрывные характеристики иглопробивного материала и незначительно изменяет его сопротивление развитию начальной деформации.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу получения фильтрующего материала является способ [3], в котором предлагается тепловая обработка на каландре нетканого материала, содержащего в своем составе бикомпонентное волокно. Материал отличается низкой поверхностной плотностью, и его предполагается использовать для очистки воздуха, поступаемого в двигатель внутреннего сгорания. Однако в аналоге не представлены данные по технологическим режимам изготовления фильтрующего материала и их влияние на барьерные и механические характеристики готового материала.
Задачей изобретения является создание нетканого фильтрующего материала, который имеет увеличенное сопротивление развитию начальной деформации и разработка способа его изготовления с режимами, посредством которых достигается указанное свойство.
Технический результат, достигаемый при решении данной задачи, заключается в том, что обеспечивается повышение качества фильтрации и долговечность фильтрующего материала за счет увеличения сопротивления механическим нагрузкам, возникающим при фильтрации газов и жидкостей.
Указанный эффект достигается тем, что в способе получения нетканого иглопробивного фильтрующего материала, включающем механическое или аэродинамическое формирование волокнистого холста из смески бикомпонентных волокон, иглопрокалывание и тепловую прокатку на каландре, согласно изобретению в смеску бикомпонентных волокон добавляют полиэфирное волокно, при этом тепловую обработку иглопробивного материала проводят при режимах, обеспечивающих уплотнение поверхностного слоя, причем иглопрокалывание проводят с плотностью обработки от 20 до 800 проколов на см2, прокатку иглопробивного материала проводят при температуре валка от 130 до 220°С со скоростью прокатки на каландре в диапазоне от 1 до 15 м/мин, при этом прокатку иглопробивного материала проводят между валками или между нагретым валком и бесконечной лентой транспортера, зазор между которыми устанавливают не более 1/2 толщины исходного иглопробивного материала.
В одном случае иглопрокалывание проводят с плотностью от 50 до 250 проколов на см2.
Предпочтительно прокатку проводят при температуре валка от 150 до 190°С.
Предпочтительно скорость прокатки материала на каландре от 3 до 5 м/мин.
Для достижения технического результата используют полиэфирное волокно линейной плотности от 0,17 до 2,0 текс, более предпочтительно от 0,33 до 1,6 текс, или смеси полиэфирного волокна с различными значениями линейной плотности.
Используют бикомпонентное волокно линейной плотности от 0,17 до 2,0 текс, более предпочтительно от 0,33 до 1,1 текс, или смески бикомпонентного волокна с различными значениями линейной плотности.
Указанным способом получаем нетканый иглопробивной фильтрующий материал, в котором при поверхностной плотности не более 400 г/м2 коэффициент полноты фильтрации не менее 40% при фильтрации суспензии со средним размером твердых частиц не более 2 мкм, а нагрузка для достижения 10%-ного относительного удлинения образца шириной 5 см не менее 15 кг.
Полученный указанным способом материал отличается высоким сопротивлением развитию начальной деформации.
Предлагаемый способ получения фильтрующего иглопробивного материала с низкой поверхностной плотностью и высоким сопротивлением развитию начальной деформации связан с тепловой обработкой на каландре материала, полученного из смески полиэфирного волокна и бикомпонентного волокна. Режимы тепловой обработки обеспечивают изменение плотности только относительно тонкого поверхностного слоя иглопробивного материала с сохранением трехмерной структуры исходного иглопробивного материала. Поверхностный слой с относительно высокой плотностью обеспечивает иглопробивному материалу высокое сопротивление начальному развитию деформации, а также является барьером для фильтрации мелких частиц, что компенсирует уменьшение поверхностной плотности материала.
Изобретение поясняется указанными ниже примерами.
Пример 1.
Волокнистый холст получали механическим методом формирования из смески волокон с различным содержанием бикомпонентного волокна. Волокнистый холст подвергали последующему иглопрокалыванию при различной плотности воздействия на материал. Плотность иглопрокалывания изменяли от 20 до 800 проколов на см2.
Иглопробивной материал подвергали односторонней тепловой обработке на каландре, обеспечивающей изменение характеристик тонкого поверхностного слоя. Прижим материала к нагретой поверхности валка каландра осуществляли или в зазоре между нагретым валком и транспортерной лентой, или в зазоре между двумя валками, один из которых нагрет. В процессе обработки иглопробивного материала на каландре изменяли температуру нагрева валка и скорость движения материала. Температуру нагрева валка изменяли от 130°С, что соответствует температуре плавления бикомпонентного волокна, до 220°С. Скорость обработки материала на каландре изменяли от 1 до 15 м/мин. Зазор между нагретым валком и транспортером или другим валком соответствовал 1/2 толщины исходного иглопробивного материала.
Пример 2.
Иглопробивной материал получали согласно примеру 1, но формирование волокнистого холста осуществляли аэродинамическим методом.
Для определения фильтрующих характеристик иглопробивного материала использовали взвесь частиц оксида железа с максимальным размером 14 мкм. Распределение частиц оксида железа по размерам отдельных фракций представлено в табл.1.
| Таблица 1. Фракционный состав частиц оксида железа, в мкм. | |||||||
| Размер фракции | >1,5 | 1,5-2,2 | 2,2-3,0 | 3,0-3,8 | 3,8-4,6 | 4,6-5,3 | <5,3 |
| Содержание, % | 64 | 5 | 15 | 4 | 4,5 | 2,5 | 5 |
Для оценки фильтрующей способности иглопробивного материала использовали сравнительный анализ изменения массы взвешенных в воде частиц оксида железа до и после фильтрации. Содержание частиц оксида железа в исходной суспензии составило 1 мас.%. Процесс фильтрации водной суспензии частиц оксида железа выполняли при разрежении под фильтром 0,5 кг/см2.
По изменению массы частиц оксида железа до и после фильтра определяли коэффициент полноты. Расчет коэффициента полноты фильтрации (ϕ) определяли по уравнению (1):
где m1 и m2 - масса частиц окиси железа до и после фильтра соответственно.
Также оценивали воздухопроницаемость фильтрующего иглопробивного материала. Сопротивление иглопробивного материала начальному развитию деформации оценивали по значению нагрузки, необходимой для достижения стандартным образцом шириной 5 см 10%-ного относительного удлинения. Данные по режимам прокатки иглопробивного материала и его основные характеристики представлены в табл.2.
| Таблица 2. | ||||||||
| Режимы прокатки иглопробивного материала и его фильтрующие характеристики | ||||||||
| пример | ПЭ/БК, % масс | Поверхностная плотность, г/м2 | Плотность иглопрокалывания, 1/см2 | Температура прокатки, °С | Скорость прокатки, м/мин | ϕ, % масс | V, дм3/(м2с) | P10,кг |
| - | - | 720 | 500 | - | - | 47 | 62 | 4 |
| - | 340 | 180 | - | - | 120 | 0,8 | ||
| 10 | 344 | 50 | 150 | 3 | 36 | 105 | 18 | |
| Пример | 10 | 359 | 500 | 220 | 3 | 41 | 89 | 25 |
| 1 | 20 | 355 | 80 | 150 | 3 | 42 | 88 | 22 |
| 20 | 362 | 240 | 220 | 3 | 44 | 82 | 28 | |
| 40 | 360 | 120 | 150 | 3 | 46 | 90 | 31 | |
| 40 | 368 | 220 | 170 | 5 | 46 | 80 | 34 | |
| 40 | 375 | 250 | 220 | 10 | 42 | 77 | 32 | |
| 10 | 344 | 50 | 150 | 3 | 38 | 105 | 18 | |
| Пример | 10 | 359 | 500 | 220 | 3 | 40 | 89 | 25 |
| 2 | 20 | 355 | 80 | 150 | 3 | 44 | 88 | 22 |
| 20 | 362 | 240 | 220 | 3 | 46 | 82 | 28 | |
| 40 | 360 | 120 | 150 | 3 | 44 | 90 | 31 | |
| 40 | 368 | 220 | 170 | 5 | 44 | 80 | 34 | |
| 40 | 375 | 250 | 220 | 10 | 44 | 77 | 32 |
Список литературы
1. Мухамеджанов Г. Стандартизация и сертификация - залог конкурентоспособности продукции. ЛегПромБизнес - Директор. 2001. № 6. С.20-22.
2. Дедов А.В., Бабушкин С.В., Платонов А.В., Назаров В.Г. // Фильтрующие свойства нетканого материала. Химические волокна. 2002. № 4. С.57-59.
3. RU 2182613 C1, кл. D 04 Н 1/48, 20.05.2002.
1. Способ получения нетканого иглопробивного фильтрующего материала, включающий механическое или аэродинамическое формирование волокнистого холста из смески бикомпонентных волокон, иглопрокалывание и тепловую прокатку на каландре, отличающийся тем, что в смеску бикомпонентных волокон добавляют полиэфирное волокно, при этом тепловую обработку иглопробивного материала проводят при режимах, обеспечивающих уплотнение поверхностного слоя, причем иглопрокалывание проводят с плотностью обработки 20-800 проколов на см2, прокатку иглопробивного материала проводят при температуре валка 130-220°С со скоростью прокатки на каландре в диапазоне 1-15 м/мин, при этом прокатку иглопробивного материала проводят между валками или между нагретым валком и бесконечной лентой транспортера, зазор между которыми устанавливают не более 1/2 толщины исходного иглопробивного материала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что иглопрокалывание проводят с плотностью 50-250 проколов на см2.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку проводят предпочтительно при температуре валка 150-190°С.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость прокатки материала на каландре предпочтительно 3-5 м/мин.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют полиэфирное волокно линейной плотности 0,17-2,0 текс, более предпочтительно 0,33-1,6 текс, или смески полиэфирного волокна с различными значениями линейной плотности.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют бикомпонентное волокно линейной плотности 0,17-2,0 текс, более предпочтительно 0,33-1,1 текс, или смески бикомпонентного волокна с различными значениями линейной плотности.
7. Нетканый иглопробивной фильтрующий материал, отличающийся тем, что имеет поверхностную плотность не более 400 г/м2, коэффициент полноты фильтрации не менее 40% при фильтрации суспензии со средним размером твердых частиц не более 2 мкм и нагрузку для достижения 10%-ного относительного удлинения образца шириной 5 см не менее 15 кг.
