ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B01D39/04 

Изобретение относится к изготовлению средств очистки воздуха и газов от взвешенных в них жидких и твердых частиц может быть использовано, в частности, в промышленных фильтрах.

Известны фильтрующий материал и способ его изготовления, предусматривающий получение ультратонких полимерных волокон и укладывание их на движущуюся поверхность [1] Полученный материал имеет хорошие фильтрующие и механические свойства, но электростатический заряд, который несут полимерные волокна, "стекает" в течение 2-5 лет, и фильтрующие свойства материала ухудшаются (в десятки и сотни раз).

Известен также фильтрующий материал, имеющий также высокие фильтрующие свойства, но с течением времени коэффициент фильтрующего действия материала также резко падает (в десятки и сотни раз) из-за "стекания" электростатического заряда [2] Диаметр полимерных волокон и количественное их соотношение таковы, что волокна способны сохранять заряд не более 5 лет.

За прототип предлагаемого изобретения может быть принят фильтрующий материал и способ его получения [3]
Недостатком указанного материала является его недолговечность за счет того, что он не содержит волокна с диаметром, необходимым для наведения более стабильного электростатического заряда и длительного его сохранения. Кроме этого, материал имеет предельно низкие показатели механических свойств, что часто является причиной появления на материале разрывов и сквозных отверстий, что ведет к резкому ухудшению коэффициента проницаемости материала.

Цель изобретения создание полимерного фильтрующего материала (ФМ), имеющего стабильный электростатический заряд на волокнах, позволяющий увеличить его срок службы в 2-3 раза и одновременно улучшить механическую прочность.

Цель достигается тем, что ФМ, состоящий из воздухопроницаемой подложки и слоя электростатически заряженных ультратонких полимерных волокон, в качестве ультратонких полимерных волокон (УТПВ) содержит волокна диаметром 0,8-8 мкм при следующем их соотношении в слое, мас. УТПВ диаметром 0,8-3,5 мкм 60-70; УТПВ диаметром 3,6-8 мкм 30-40.

Отличие предлагаемого ФМ от прототипа заключается в том, что он в качестве ультратонких волокон содержит волокна диаметром 0,8-8 мкм при следующем их соотношении в волокнистом слое, мас. УТПВ диаметром 0,8-8,5 мкм 60-70; УТПВ диаметром 3,6-8 мкм 30-40.

Увеличение срока службы и улучшение механических свойств материала достигается также за счет нового способа его получения, который ведут в поле выпрямленного напряжения при коэффициенте пульсации тока не более 10 абсолютной влажности воздуха 10-15 мг/м и температуре 20-35^оС.

Новый материал со значительно увеличенным сроком службы и более высокими механическими свойствами получают с помощью предлагаемого способа следующим образом.

Определенное количество раствора полимера подают на центробежный волокнообразователь, вращающийся со скоростью 3-7 тыс. об/мин и установленный на строго определенном расстоянии от движущегося транспортера до приемной поверхности. Струи раствора, попадая под действие сил электростатического поля и центробежных сил волокнообразователя, вытягиваются в ультратонкие волокна и укладываются на приемную поверхность, образуя слой полимерного фильтрующего материала.

Отличием предлагаемого способа от способа-прототипа является то, что распыление волокнообразующей жидкости ведут в поле выпрямленного напряжения при коэффициенте пульсации тока не более 10 абсолютной влажности воздуха 10-15 мг/л и температуре 20-33^оС.

При строгом соблюдении указанных технологических параметров общий электрический момент полимера устанавливается в кратчайшие сроки, тепловое движение диполей, нарушающее их ориентацию, минимально, а величина ориентационного момента при набранных внешних условиях максимально. Поэтому волокно получает наибольший возможный электростатический заряд и одновременно происходит максимальная вытяжка волокна.

При этом за счет уменьшения процента "грубых" волокон производительность процесса получения фильтрующего материала возрастает в 2-3 раза, расходные нормы сырья снижаются на 25-35 относительное удлинение волокнистого слоя возрастает до 60-92 что дает возможность увеличить производительность труда при сборке изделий из материала, так как он не требует большой осторожности при работе.

Данные, приведенные в таблице, подтверждают вышесказанное.

В результате многочисленных экспериментов был сделан вывод, что при содержании полимерных волокон диаметром 0,8-3,5 мкм менее 60 или волокон диаметром 3,6-8 мкм более 40 наблюдается резкое снижение механических свойств фильтрующего материала (разрывной нагрузки и относительного удлинения), увеличение массы волокнистого слоя, в среднем на 30-40 что влечет за собой увеличение расходных норм сырья, производительность процесса снижается в 2-3 раза.

При коэффициенте пульсации тока более 10 увеличивается время установления общего электрического момента полимера, поэтому волокно не способно при пульсации тока более 10% получить наибольший возможный электрический заряд.

При абсолютной влажности воздуха менее 10 мг/л волокно высыхает очень быстро, не успев максимально вытянуться, а при абсолютной влажности более 15 мг/л наоборот; волокно за время его полета до приемной поверхности не высыхает и влажным попадает на нее, образуя при этом подклеенный фильтрующий материал с недостаточным удлинением.

При температуре ниже 20^оС тепловое движение диполей полимера замедлено, что также как и повышенное движение диполей полимера при температуре выше 33^оС отрицательно влияет на заряжаемость волокон, а следовательно, не способствует улучшению качественных показателей фильтрующего материала.

При получении материала с диаметром волокон менее 0,8 мкм резко возрастает сопротивление потоку воздуха, а при наличии волокон с диаметром более 8 мкм не только падает сопротивление потоку воздуха, но и ухудшается коэффициент фильтрующего действия.

Следовательно, предлагаемый фильтрующий материал полученный предлагаемым способом, обладает большим сроком службы и улучшенными механическими свойствами

Использование: при очистке воздуха и газов от взвешенных жидких и твердых частиц. Сущность изобретения: фильтрующий материал состоит из воздухопроницаемой подложки и слоя электростатистически зяряженных ультратонких полимерных волокон диаметром 0,8 8 мкм при следующем их соотношении в волокнистом слое, мас. ультратонкие полимерные волокна диаметром 0,8 3,5 мкм 60 70; ультратонкие полимерные волокна диаметром 3,6 - 8 мкм 30 40. Способ получения указанного фильтрующего материала заключается в распылении волокнообразующей жидкости в поле высокого напряжения при коэффициенте пульсации тока не более 10 абсолютной влажности воздуха 10 15 мг/л и температуре 20 33°С. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Фильтрующий материал, состоящий из воздухопроницаемой подложки и слоя электростатически заряженных ультратонких полимерных волокон, отличающийся тем, что в качестве ультратонких полимерных волокон он содержит волокна диаметром 0,8 8,0 мкм при следующем их соотношении в волокнистом слое, мас.

Ультратонкие полимерные волокна диаметром
0,8 3,5 мкм 60 70
3,6 8,0 мкм 30 40
2. Способ получения фильтрующего материала путем распыления волокнообразующей жидкости в поле высокого напряжения, отличающийся тем, что распыление ведут в поле выпрямленного напряжения при коэффициенте пульсации тока не более 10% абсолютной влажности воздуха 10 15 мг/л и 20 33^oС.