НЕТКАНЫЙ ВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1998 года по МПК D04H1/46 D04H1/42 

Изобретение относится к производству нетканых волокнистых материалов, используемых в различных отраслях промышленности, в частности, в качестве внутренних деталей обуви, фильтровального материала для воздушных фильтров и теплозвукоизоляционных материалов.

Известен влагопоглощающий материал и вкладная стелька для обуви, содержащая этот материал. Вкладная стелька содержит скрепленные между собой верхний и нижний слои, выполненные из гидрофильного материала, а средний слой имеет сквозные сообщающиеся между собой полости, дополненные влагопоглощающим материалом - гранулированным высокопористым активным оксидом алюминия с введенными в его поры 8-12 мас.% хлорида кальция [1].

Данное изобретение обладает следующими недостатками - многокомпонентность влагопоглощающего материала, применение дорогостоящих неорганических материалов, сложная конструкция стелек, которые не обладают антисептическими свойствами.

Известен многослойный звукопоглощающий материал, содержащий основной слой из поливинилхлоридного волокна и дополнительный слой из трехслойного объемного материала из колламидных нитей или колламидных с полиэфирными нитями [2].

Материал обладает следующими недостатками, он не обладает антисептическими свойствами и не создает постоянную влажность в помещении из-за отсутствия натуральных волокон с большей влагоемкостью.

Известен фильтрующий материал торфа, в качестве которого используют - сфагновый торф [3].

Однако из-за отсутствия искусственных волокон данный фильтрующий материал обладает низкими физико-механическими характеристиками.

Известен способ изготовления фильтра формированием смеси, состоящей из трех видов водных суспензий - из сухого торфа, из влажного торфа, обработанного диспергатором и содержащего соли комплексообразующих металлов, из синтетических волокон, в частности полиамидов, поливинилхлоридов и полиакрилонитридов [4].

Известное изобретение обладает следующими недостатками - сложностью изготовления и ограниченной областью применения товарных фильтров, не обладающих антисептическим действием на фильтруемый воздух.

Известен нетканый теплозвукоизолирующий материал, содержащий смесь поливинилхлоридных усадочных волокон и синтетических трикотажных, суконных и камвольных волокон [5].

Недостатком материала является отсутствие антисептических свойств, позволяющих дополнительно улучшить комфортность и безопасность окружающего воздуха.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту является нетканый волокнистый материал, состоящий из натуральных и синтетических волокон, в качестве натуральных волокон используют целлюлоидные карбонатные и другие волокна, а в качестве синтетических - вискозу, целлюлозоацетат, полипропилен и др. [6].

Данный материал не обладает антисептическими свойствами, и для его изготовления необходимо сложное технологическое оборудование.

В основу настоящего изобретения положена задача путем сочетания натуральных и искусственных волокон создать нетканый волокнистый материал, обладающий повышенными потребительскими и эксплуатационными свойствами, наличием антисептических свойств, а также должным быть простым в изготовлении и обладать широким спектром применения.

Поставленная задача решена путем создания нетканого волокнистого материала, состоящего из искусственных и натуральных волокон, причем в качестве искусственных волокон используют полиэфирные, полиамидные и поливинилхлоридные волокна, а в качестве натуральных - сфагновый мох при следующем содержании волокон в материале, мас.%:
Полиэфирное волокно - 5,0 - 40,0
Полиамидное волокно - 5,0 - 30,0
Поливинилхлоридное волокно - 10,0 - 75,0
Сфагновый мох - Остальное
В преимущественных вариантах нетканый волокнистый материал содержит шерстяное волокно при следующем содержании волокон в материале, мас.%:
Полиэфирное волокно - 5,0 - 40,0
Полиамидное волокно - 5,0 - 30,0
Поливинилхлоридное волокно - 10,0 - 75,0
Шерстяное волокно - 1,0 - 20,0
Сфагновый мох - Остальное
Материал может быть выполнен многослойным из отдельных слоев волокон или их смеси, или однослойным из смеси волокон. Слои материала скреплены иглопрокалыванием.

Полиэфирное волокно используют по ТУ 6-13-05018335-31-93; полиамидное волокно - по ТУ 6-13-91-94; поливинилхлоридное - по ТУ 6-06-029-82; шерстяное волокно - по ОСТ 17-103-80.

Сфагновый мох является природным материалом, представляющим собой верхний слой разложившегося торфа типа магелланикум. Мох содержит бактерицидное фенолоподобное вещество - сфагнол, обладающее хорошими влаго- и газопоглотительными свойствами. Сухой мох может вобрать в себя воды в 15 - 20 раз больше, чем его собственный вес.

К основным эксплуатационным показателям нетканого волокнистого материала относятся: его трудногорючесть из-за применения трудногорючих искусственных волокон: регенирируемость; плотность материала позволяет подвергать его мокрой регенерации; максимальное влагопоглощение; бактерицидность вследствие содержания сфагнового мха; пористость; воздухопроницаемость.

Нетканый волокнистый материал получают следующим образом.

Искусственные или натуральные волокна предварительно подвергают резке на резательных машинах ротационного типа на длину 60 - 65 мм, затем смешивают. Если материал готовят из смеси волокон, то их смешивают в заявляемом соотношении. Проводят расплющивание на расплющивающей машине. Затем в зависимости от назначения материала из отдельных волокон или из смеси волокон формируют полотна заданной поверхностной плотности и требуемой толщины.

Далее, если материал готовят многослойным, то накладывают полотна из разных видов волокон друг на друга, или накладывают полотна из смеси волокон. Также материал готовят и однослойным из смеси волокон. Образовавшийся таким образом материал подают на иглопробивную машину для скрепления.

Плотность проколов 60 - 500 см^-2 при иглопробивании для стелек; 20 - 100 см^-2 при изготовлении звукоизоляционных материалов и 10 - 20 см^-2 - при изготовлении фильтров.

Можно предварительно каждое полотно скрепить иглопробиванием. Создать многослойный материал необходимой структуры и скрепить слои между собой иглопробиванием. Необходимую плотность материала достигают путем подбора соответствующего режима иглопробивания.

Для придания дополнительного уплотнения и упрочнения при необходимости можно провести термообработку материала. Полученный рулонный материал используют по назначению, для чего выкраивают изделия, используемые как стельки для обуви, как фильтры для очистки воздуха от пыли, паров и микробов, как теплоизоляционный материал.

Применение полученного нетканого волокнистого материала в качестве стелек для обуви позволяет за счет введения растительной добавки увеличить плотность материала с одновременным возрастанием его способности к влагопоглощению. Сочетание искусственных и натуральных волокон придает материалу наряду с теплоизоляционными свойствами, способность к поглощению, удерживанию и последующей отдаче влаги, а также оказывают терапевтический эффект, выражающийся в профилактике и лечении кожных заболеваний стоп, снижении подверженности простудным заболеваниям за счет использования антисептического и биостимулирующего сфагнового мха.

При использовании стелек из заявляемого материала ноги остаются долгое время сухими, поскольку влага, выделяемая телом человека и поступающая извне, полностью сорбируется и удерживается стелькой.

Сочетание искусственных и натуральных волокон обеспечивает необходимый уровень комфортности. Вкладная стелька после сушки не теряет своих свойств и используется в течение длительного времени.

Изготовленный материал применяют в фильтрах для очистки воздуха от атмосферной пыли, в частности, в системах кондиционирования воздуха и проточной вентиляции, например, в хирургии, электронной промышленности, в производстве кино- и фотоматериалов, а также в респираторах. Для этого из материала формируют фильтры различной формы, например в виде диска.

Наличие в материале бактерицидного компонента позволяет очищать проходящий через фильтр загрязненный воздух от микробов с одновременной его сушкой.

В зависимости от состава материала для фильтра и способа его изготовления меняются адсорбционные свойства фильтра.

При изготовлении многослойного фильтра первый слой делают более рыхлым, второй слой состоит из торфяного мха, а третий слой делают более прочным для предотвращения пропуска загрязняющих частиц.

Сочетая искусственные и натуральные волокна, можно получать фильтрующие материалы с широким пределом прочности и эксплуатационных свойств.

Новая совокупность заявленных существенных признаков позволяет получить новый технологический результат, а именно улучшить эксплуатационные свойства материала за счет чередования искусственных и натуральных волокон в заявляемом соотношении.

Анализ отобранных в процессе поиска известных решений показал, что в науке и технике нет объекта, аналогичного заявленной совокупности существенных признаков и обладающего высокими эксплуатационными свойствами при использовании в различных областях промышленности.

Для доказательства соответствия заявленного изобретения критерию "промышленная применимость" приводим конкретные примеры приготовления материала и определения их технико-эксплуатационных характеристик и антимикробных свойств.

Плотность, прочность на разрыв, относительное удлинение определяют по ГОСТ 314-72, водопоглощение - по ГОСТ 3816-81, антимикробные свойства - по бактериостатическому влиянию на выбранные тест-микроорганизмы.

Изготовленный материал можно использовать в машиностроении как теплоизоляционный материал для изготовления обивочного материала для сидений, в строительстве - для обивки стен и как подкладки для линолеума.

Акустические свойства материала определяются в основном его составом, плотностью и толщиной.

При обтекании воздухом волокон материала возникают вязкие силы трения, а также потери звука в местах сужения и изломов между волокнами, что придает материалу звукозащитные свойства.

Наличие бактерицидного компонента в материале позволяет эксплуатировать данный теплоизолирующий материал продолжительное время даже в тех помещениях и местах, где требуется создание антибактериальной среды.

Для определения качественного и количественного состава микроорганизмов, присутствующих в природном сфагнуме и в материале с его включением, был выполнен микробиологический посев вышеуказанных материалов на эффективные питательные среды:
- мясопептонный агар;
- среды Эндо;
- среды Чапека и Сабуро;
- крахмал-аммиачный агар.

В качестве микробных тест-объектов при определении санитарно-гигиенических свойств материалов были выбраны представители бактерий:
- Staphylococcus aureus;
- актиномицетов: Actinomyces albus;
- дрожжевых грибов рода Candida.

Для определения влияния изучаемого материала на выбранный тест-объект были использованы следующие методы:
- метод комочков;
- метод лунок;
- метод перпендикулярных штрихов.

Данные по подавлению роста тест-микроорганизмов в присутствии сфагнума (10%) и без его добавления (контрольный вариант), определенные через двое суток при t=30^o, представлены в таблице.

Приме 1 (заявляемое изобретение)
Берут 20 мас.% полиэфирных волокон, 30 мас.% поливинилхлоридных волокон, 10 мас.% полиэфирных волокон, 10% шерсти и 30 мас.% сфагнового мха с длиной волокон 50-65 мм и смешивают. Далее раскатывают на раскатывающей машине и формируют полотно толщиной 5 мм, скрепляют иглопробиванием с числом проколов 500 см^-2. Плотность материала 1750 г/м², прочность на разрыв - 23 кгс/см², относительное удлинение - 30%, влагопоглощение 6,4 г/г, антимикробные свойства - подавление роста культур:
- Stapnylococcus aureus - на 45%;
- Candida sp. - на 10%;
- Actinomyces sp. 38-71% при использовании различных методов испытаний.

Пример 2 (прототип)
Берут 50 мас.% целлюлозы, добавляют 50 мас.% вискозы, смешивают и изготавливают в форме листа. Плотность материала - 56 г/см², относительная прочность - 5,6 МПа/см², и относительное удлинение - 2,5%. Данный материал не обладает антисептическими свойствами.

Как видно из данных таблицы, предлагаемый материал является более плотным, более стойким на разрыв и обладает антисептическим действием.

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает следующими технико-экономическими преимуществами:
- сочетание искусственных и натуральных волокон позволяет получить материал с более высокими эксплуатационными характеристиками;
- присутствие в материале сфагнового мха придает материалу антисептические свойства;
- материал является более качественным и долговечным за счет иглопробивания, т.е. обладает высокой плотностью;
- изготовление и иглопробивание фильтров с антимикробными свойствами является актуальным;
- использование материала для изготовления стелек для обуви с улучшенными эксплуатационными свойствами приводит к снижению уровня влажности в обуви, обладает антимикробным действием, сохраняет теплоизоляционные свойства обуви, что снижает вероятность простудных и грибковых заболеваний.

Нетканый волокнистый материал используют в различных отраслях промышленности, в частности в качестве внутренних деталей обуви, фильтровального материала для воздушных фильтров и теплозвукоизоляционных материалов. Этот материал обладает повышенными эксплуатационными свойствами, наличием антисептических свойств, а также прост в изготовлении, выполнен из доступных материалов и обладает широким спектром применения. Нетканый материал состоит из искусственных и натуральных волокон. В качестве искусственных волокон используют полиэфирные, полиамидные и поливинилхлоридные волокна, а в качестве натуральных - сфагновый мох при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиэфирное волокно 5,0 - 40,0; полиамидное волокно 5,0 - 30,0; поливинилхлоридное волокно 10,0 - 75,0; сфагновый мох - остальное. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

\ \ \ 1 1. Нетканый волокнистый материал, состоящий из искусственных и натуральных волокон, отличающийся тем, что в качестве искусственных волокон используют полиэфирные, полиамидные и поливинилхлоридные волокна, а в качестве натуральных - сфагновый мох при следующем содержании волокон в материале, мас.%: \\\3 Полиэфирное волокно \\\7 5 - 40 \\\3 Полиамидное волокно \\ \7 5 - 30 \\\3 Поливинилхлоридное волокно \\\7 10 - 75 \\\3 Сфагновый мох \\ \7 Остальное \\\2 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит шерстяное волокно при следующем содержании волокон в материале, мас. %: \\\3 Полиэфирное волокно \\\7 5 - 40 \\\3 Полиамидное волокно \\\7 5 - 30 \\\3 Поливинилхлоридное волокно \\\7 10 - 75 \\\3 Шерстяное волокно \\\ 7 1 - 20 \\\3 Сфагновый мох \\\7 Остальное \\\2 3. Материал по п.1 или пп.1 и 2, отличающийся тем, что материал выполнен многослойным из отдельных слоев волокон или их смеси, или однослойным из смеси волокон. \\\2 4. Материал по п.3, отличающийся тем, что слои материала скреплены иглопрокалыванием.