СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1995 года по МПК D04H3/00 

Изобретение относится к нетканым материалам, формуемым аэродинамическим методом из расплава полимера, в частности к способу получения нетканого материала с ионообменным наполнителем, и может быть использовано в производстве противопылевых респираторов или защитных масок при очистке воздуха от радиоактивных частиц и аэрозолей, а также для производства противогазов и других защитных средств общего применения.

Известен способ изготовления нетканого фильтровального материала, при котором электрудируют волокнообразующий полимерный материал в виде потока волокна в жидкой среде, утоняют выпрядаемые микроволокна высокоскоростным плоским потоком газа, укладывают послойно микроволокна на наружную поверхность технологической оправки, перед укладкой еще незатвердевших микроволокон вводят в пучок выпрядаемых микроволокон твердых частиц ионообменного наполнителя и после укладки их в слоистую структуру фильтровального материала воздействуют прикаточным валиком (патент США N 3904798, кл. D 04 H 1/04, 1973).

Однако вырабатываемый известным способом материал обладает невысокими эксплуатационными свойствами вследствие высокой плотности упаковки микроволокон, что приводит к повышенному гидравлическому сопротивлению материала при фильтровании воздуха в респираторных устройствах, а также низкой эффективности способа вследствие потерь ионообменного наполнителя при введении его в пучок выпрядаемых микроволокон, укладываемых на наружную поверхность технологической оправки. Причем, чем легче по весу применяемые частицы ионообменного наполнителя, тем больше величина технологических потерь из-за уноса частиц высокоскоростным потоком газа.

Для улучшения эксплуатационных свойств известен способ изготовления нетканого материала, при котором выпрядают пучок волокон из расплава полимера, вводят твердые частицы ионообменного наполнителя в пучок волокон после затвердения волокон перед укладкой их на приемную поверхность, а в качестве твердых частиц используют частицы активированного угля, окиси алюминия, а в качестве полимерного материала используют полиэтилен (патент СССР N 1142007, кл. D 04 H 3/00, 1985).

Однако известный способ, принятый за прототип по количеству сходных признаков, характеризуется низкой эффективностью, обусловлен определенными потерями ионообменного наполнителя в процессе введения твердых частиц в высокоскоростной поток выпрядаемых волокон. Кроме того, способ отличается большими расходами сжатого газа, необходимого для внедрения транспортируемых твердых частиц в пучок волокон, представляющий плоскую проекцию в пространстве, что также снижает эффективность известного способа, а введение твердых частиц, в особенности мелкой фракции, и укладка на наружной поверхности оправки или приемной поверхности приводит к технологической запыленности производственной атмосферы этими частицами и требует дополнительных затрат для осуществления мероприятий по снижению запыленности, что также снижает эффективность способа.

Цель изобретения повышение эффективности способа путем снижения потерь ионообменного наполнителя.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе, согласно изобретению, выпрядаемые микроволокна укладываются на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки по ее периметру при температуре плавления полимерного материала и после укладки микроволокон вводят твердые частицы наполнителя на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста по его периметру, а перед наматыванием готового нетканого материала сформованный холст с размещенным внутри наполнителем прессуют в валковом прессе при температуре размягчения полимерного материала. Кроме того, в качестве полимерного материала используют полипропилен, а в качестве ионообменного наполнителя используют природные цеолиты или синтетические ионообменные смолы, температура плавления которых превышают температуру размягчения полимерного материала.

Введение в предложенный способ нового существенного отличительного признака, заключающегося в том, что "выпрядаемые микроволокна укладывают на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки по ее периметру при температуре плавления полимерного материала", позволяет сформовать холст в виде непрерывного рукава с заданным размером пор. При этом указанные в процессе температуры обуславливают самосвязывание выпрядаемых микроволокон в пористую самоподдерживающую структуру холста с размерами пор, меньшими, чем размер вводимых частиц наполнителя, что исключает его потери.

Введение второго существенного отличительного признака, заключающегося в том, что "после укладки микроволокон вводят твердые частицы наполнителя на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста по его периметру", обуславливает в предложенном способе гарантированное размещение частиц наполнителя внутри пористого рукава, причем независимо от изменяющегося размера частиц наполнителя и его дисперсии, исключается возможность запыления производственной атмосферы, а все мелкодисперсные частицы улавливаются в процессе и осаждаются на внутренней поверхности пористого нетканого холста в форме рукава, что обуславливает возникновение неожиданного положительного эффекта по сравнению с прототипом. При этом процентное соотношение вводимых твердых частиц и полимерных микроволокон регулируется скоростью вытягиваемого формуемого холста, что обуславливает повышение эффективности способа и уменьшает потери ионообменного наполнителя.

Введение третьего существенного отличительного признака, а именно: "перед наматыванием готового нетканого материала сформованный холст с ионообменным наполнителем прессуют в валковом прессе при температуре размягчения полимерного материала", обуславливает в изобретении термофиксацию материала в виде плоского слоистого холста с двумя наружными гигиеническими слоями из мягких полимерных микроволокон, а также обеспечивает вдавливание и внедрение твердых частиц в структуру нетканого материала, что снижает потери наполнителя и улучшает гигиенические свойства нетканого материала. Применение природных цеолитов расширяет диапазон сорбируемых химических загрязнений и упрощает проведение процесса за счет их высокой температуры плавления, а применение полипропилена позволяет получать супертонкие, менее 5 мкм, полимерные микроволокна.

На фиг.1 представлено устройство в вертикальной проекции для проведения операций процесса; на фиг.2 то же, в горизонтальной проекции.

Способ осуществляется следующим образом.

Гранулы полимерного материала помещаются в экструдер и расплавляются до температуры текучести полимерного материала, а затем выдавливаются через множество отверстий кольцевой прядильной головки 1. Одновременно в прядильную головку 1 подается нагретый до температуры плавления полимерного материала сжатый очищенный воздух, под воздействием которого выпрядается кольцевой пучок микроволокон 2. Выпрядаемые микроволокна укладываются на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки 3. В связи с использованием в процессе кольцевой головки 1, у которой волокнообразующие каналы расположены по окружности, выпрядаемые микроволокна укладывают по периметру технологической оправки и получают нетканый материал в виде непрерывного рукава. При этом в пространстве между поверхностью головки и внутренней поверхностью технологической оправки в закрытом пространстве микроволокна охлаждаются до температуры ниже температуры текучести, укладку микроволокон производят при температуре плавления полимерного материала, при которой образуется самосвязанная волокнистого холста.

После укладки микроволокон в непрерывно формуемый холст в виде рукава, который непрерывно вытягивают вдоль технологической оправки, вводят твердые частицы наполнителя при помощи кольцевой головки 4, в которую подаются предварительно отсеянные твердые частицы ионообменного наполнителя, например, природных цеолитов или ионообменных синтетических смол.

При этом твердые частицы наполнителя вводят на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста в виде рукава по его периметру при помощи сжатого воздуха, вводимого совместно с твердыми частицами. Под действием истекающего из головки 4 воздуха частицы в замкнутом пространстве осаждаются внутри рукава, что исключает потери ионообменного наполнителя, а очищенный от мелкодисперсной пыли воздух через пористую структуру холста поступает в производственную атмосферу, обеспечивая тем самым высокую экологичность предложенного способа. Регулирование процентного соотношения твердых частиц и микроволокон осуществляется скоростью вытягивания формуемого холста вдоль технологической оправки.

Сформованный холст с двумя наружными гигиеническими слоями из полимерных микроволокон и размещенным внутри слоем твердых частиц ионообменного наполнителя вытягивается и одновременно прессуется в вертикальном направлении в валковом прессе 5 при температуре поверхности валков, равной температуре размягчения полимерного материала. Под воздействием усилия валкового пресса 5 происходит уплотнение твердых частиц и внедрение их в структуру волокнистого холста, что предотвращает потери наполнителя при эксплуатации и улучшает фильтрационные характеристики получаемого нетканого материала.

После прессования готовый материал непрерывно поступает на приемное устройство 8, в котором он наматывается в рулон, а затем упаковывается известным способом.

П р и м е р. Полипропилен марки 21180-16 нагревали в шнековом экструдере типа П2-32х25 до температуры 270^оС, а затем через множество отверстий диаметром 0,3 мм, расположенных по окружности кольцевой головки 1, выдавливали (экструдировали) внутрь технологической оправки 3. Одновременно в головку 1 подавали очищенный сжатый воздух, нагретый до температуры 170^оС со скоростью 200 м/с. Полученные микроволокна со средним диаметром 3 мкм укладывали на внутреннюю поверхность оправки, а затем сформованный холст в виде рукава наматывали на приемное устройство со скоростью 1 м/мин. После укладки микроволокон в холст в виде рукава через головку 4 подавали опись воздуха с твердыми частицами со средним размером 10 мкм природного цеолита, которые укладывали на внутреннюю поверхность формуемого холста. Полученный таким образом нетканый материал вытягивали и прессовали при усилении 100 кг в валковом прессе при температуре 130^оС, а затем готовый материал наматывали в рулон на приемное устройство. Полученный материал характеризовался гидравлическими сопротивлением 10 мм водн. столба, а содержание твердых частиц составило 45% При этом полностью отсутствовали потери ионообменного наполнителя и отсутствовала запыленность атмосферы.

Полученный материал сорбировал пары толуола.

Изобретение относится к нетканым материалам, формуемым аэродинамическим методом, и может быть использовано в производстве респираторов и защитных масок при очистке от химических загрязнений промышленных производств. Сущность: способ включает выпрядение микроволокон из расплава полимера, укладку их в непрерывно формируемый холст на приемной поверхности оправки, введение твердых частиц ионообменного наполнителя, вытягивание полученного холста с размещенным внутри ионообменным наполнителем, прессование холста в валковом прессе и наматывание готового материала, при этом выпрядаемые микроволокна укладывают на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста по его периметру, а перед наматыванием прессуют в валковом прессе при температуре размягчения полимерного материала. Кроме того в качестве ионообменного наполнителя используют природные цеолиты или ионообменные синтетические смолы, а в качестве полимерного материала полипропилен. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА, при котором выпрядают пучок микроволокон из расплава полимера, укладывают непрерывно в холст на приемную поверхность технологической оправки, вводят твердые частицы, вытягивают сформованный холст и наматывают его на приемное устройство, отличающийся тем, что выпрядаемые микроволокна укладывают на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки по ее периметру, после укладки микроволокон вводят твердые частицы на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста по его периметру, а перед наматыванием холста его прессуют в валковом прессе при температуре размягчения полимерного материала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала используется полипропилен. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используются природные цеолиты. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используются ионообменные смолы, температура плавления которых превышает температуру размягчения полимерного материала.