ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B01D39/16 B01D39/02 

Изобретение относится к области производства фильтрующих материалов, предназначенных для изготовления фильтра, употребляемого для очистки газа и атмосферного воздуха от пыли и капель жидкости.

Известны нетканые фильтрующие материалы для очистки газа от пыли, выполненные из наэлектризованных волокон, пропитанных связующим [1-4].

Недостатком таких материалов является невозможность обеспечения высокой степени фильтрации, особенно в области высоких нагрузок.

Известен способ получения нетканого фильтрующего материала из растворов полимеров в электрополе [5]. Недостатком этого способа является необходимость создания многослойного фильтрующего материала для получения необходимого эффекта очистки газа от пыли.

Наиболее близким техническим решением является фильтровальный материал, выполненный из волокон различной толщины, пропитанных связующим и электрически заряженных, и способ получения этого материала [6].

К недостаткам этого материала относится необходимость использования для его получения волокон различной толщины, заряжаемых с разных сторон подложки, а также то, что они не предназначены для очистки атмосферного воздуха и газа от капель жидкости одновременно с очисткой от пылевых аэрозолей.

Технической задачей является создание материала многофункционального назначения, эффективность которого проявляется как в режиме пылеулавливания, так и сепарации капель жидкости, а также способа его получения.

Поставленная задача достигается тем, что в фильтрующем полимерном материале, выполненном в виде нетканых полос из полимерного волокна, пропитанных связующим и электрически заряженных, нетканые полосы выполнены из полиэфирного волокна, содержат примеси в виде молекул йода, внедренных из газовой фазы, причем полиэфирное волокно переведено перед внедрением примесей в высокоэластическое состояние путем его нагрева до температуры, превышающей на 15-20°С температуру стеклования, и электрически заряжены в плазме.

В качестве полиэфирного волокна использовано лавсановое волокно.

Примеси в виде молекул йода внедрены в материал при давлении 10^-1-10^-2 Па до достижения их концентрации (3-5)×10^-4 моль/л. Нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжены путем их протягивания в плазме или путем многократного их протягивания в плазме.

Технический результат достигается также тем, что в способе получения фильтрующего полимерного материала, выполненного в виде нетканых полос полимерного волокна, пропитанного связующим, включающем его обработку в электрическом поле, в качестве полимерного волокна используют полиэфирное волокно, которое после пропитки связующим переводят в высокоэластическое состояние путем его нагрева до температуры, превышающей на 15-20°С температуру стеклования, после чего в него из газовой фазы внедряют примеси в виде молекул йода, охлаждают до комнатной температуры и осуществляют зарядку нетканых полос в плазме. В качестве полиэфирного волокна используют лавсановое волокно. Примеси в виде молекул йода внедряют в материал при давлении 10^-1-10^-2 Па до достижения их концентрации (3-5)×10^-4 моль/л. Нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжают путем их протягивания в плазме. Нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжают путем многократного их протягивания в плазме в фильтрующем полимерном материале, выполненном в виде нетканых полос из полиэфирного волокна, пропитанных связующим и электрически заряженных, нетканые полосы волокна содержат примеси в виде молекул йода, внедренных из газовой фазы в полимерный материал, переведенный перед внедрением примесей в высокоэластическое состояние путем его нагрева до температуры, на 15-20°C превышающей температуру стеклования волокна. При этом указанные примеси внедрены при давлении 10^-1-10^-2 Па до достижения концентрации в полимерном материале (3-5)×10^-4 моль/л, а нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжены путем протягивания полос в плазме. Нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически могут быть заряжены путем многократного их протягивания в плазме.

Технический результат достигается также способом получения фильтрующего полимерного материала, выполненного в виде нетканых полос полимерного волокна, пропитанного связующим, включающим его обработку в электрическом поле, где в качестве полимерного волокна используют полиэфирное волокно, которое после пропитки связующим переводят в высокоэластическое состояние путем его нагрева до температуры, превышающей на 15-20°С температуру стеклования, после чего в него из газовой фазы внедряют примеси в виде молекул йода, охлаждают до комнатной температуры и осуществляют зарядку нетканых полос в плазме. В качестве полиэфирного волокна используют лавсановое волокно. Примеси в виде молекул йода внедряют в материал при давлении 10^-1-10^-2 Па до достижения их концентрации (3-5)×10^-4 моль/л. Нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжают путем их протягивания в плазме. Нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжают путем многократного их протягивания в плазме.

В частном случае используется нетканый материал СП-50 кр ДК-4 прокламилин, изготовленный из лавсанового волокна, пропитанного связующим.

Изготовление фильтрующего материала производят в два этапа.

На первом этапе осуществляют внедрение примесей йода в вакуумной камере. На дно вакуумной камеры помещают йод в виде порошка или гранул. В ту же камеру на специальной подставке, исключающей прямой контакт материала полос с примесью, помещают полосы нетканого материала, представляющего собой волокно, пропитанное связующим. Камеру закрывают крышкой и подсоединяют к вакуумному насосу. Нижнюю часть камеры, содержащую йод и полосы нетканого материала, нагревают с помощью специально вмонтированного в камеру нагревателя до температуры, превышающей на 15-20°C температуру стеклования волокна. При этой температуре примесь постепенно переводят в газовую фазу, а лавсан - в высокоэластическое состояние. Одновременно производят откачку воздуха из камеры до давления 1×10^-1-1×10^-2 Па. Нетканый материал выдерживают при указанной температуре в газовой фазе примеси в течение 10 мин. Затем выключают нагреватель и охлаждают материал до комнатной температуры, отключают вакуумный насос и напускают в вакуумную камеру воздух, открывают камеру и достают обработанный материал. Затем производят очистку стенок от красителя, осевшего на верхней холодной части камеры в результате конденсации паров при обработке изделия.

Концентрацию примеси в материале после обработки определяют по интенсивности характерных полос в спектрах оптического поглощения с учетом коэффициента экстинкции.

На следующем этапе производят обработку фильтрующего материала в плазме, для чего фильтрующий материал в виде намотанных на барабан длинных полос (полотен) заправляют в подающую кассету. Кассету с полотном помещают в перемоточный механизм, обеспечивающий равномерное движение полотна с фиксированной скоростью в двух направлениях. При этом свободный конец полотна пропускают через систему направляющих валиков, обеспечивающих прохождение полотна между плоскими электродами разрядного устройства, и закрепляют на приемном барабане. Перемоточный механизм вместе с полотном и электродами устанавливают в вакуумную камеру. Камеру закрывают герметичной крышкой. Производят откачку воздуха до давления 10^-2 Па. Производят напуск атмосферного воздуха через систему напуска, обеспечивающую при работающем насосе давление плазмообразующей среды 10 Па. Подают на электроды постоянное или переменное напряжение. Включают лентопротяжный механизм и производят обработку. После завершения первичной обработки полотна направление движения изменяют на противоположное, и обработку проводят повторно. Затем последовательно отключают разрядное устройство, систему напуска, вакуумный насос, производят впуск воздуха в камеру до атмосферного давления и снимают вакуумную крышку. Достают лентопротяжный механизм и освобождают кассету.

ПРИМЕР 1. Режим пылеулавливания в стендовых условиях на среде "воздух - пыль". Фильтрующий материал - нетканый материал СП-50 кр ДК-4 прокламилин. Подача газа - снаружи вовнутрь.

Подготовка заявленного фильтрующего материала

1 этап. Внедрение примеси йода проводится при температуре 180°С при давлении 10^-2 Па в течение 10 мин.

2 этап. Обработка в тлеющем разряде при давление в камере 10 Па при плотности постоянного тока разряда 0,05 мА/см² и скорость протяжки 0,5 м/мин.

Сравнительные испытания цилиндрических фильтров одинаковой конструкции с серийным и заявленным фильтрующим материалом представлены в таблице 1.

 ¹Фактор скорости - произведение скорости на корень квадратный плотности газа, характеризует нагрузку по газовому потоку.

Фильтр с заявленным фильтрующим материалом более эффективен, особенно в области высоких нагрузок. Абсолютная величина уноса снижается более чем в два раза.

ПРИМЕР 2. Режим сепарации мелкодисперсной капельной жидкости в стендовых условиях на среде "воздух - вода". Фильтрующий материал - нетканый материал СП-50 кр ДК-4 прокламилин. Подача газа - изнутри наружу.

Подготовка заявленного фильтрующего материала

1 этап. Внедрение примеси йода проводится при температуре 180°С при давлении 10^-2 Па.

2 этап. Обработка в тлеющем разряде при давление в камере 10 Па при плотности переменного тока разряда 0,2 мА/см² и скорости протяжки 0,5 м/мин.

Сравнительные испытания цилиндрических фильтров одинаковой конструкции с серийным и заявленным фильтрующим материалом представлены в таблице 2.

Фильтр с заявленным фильтрующим материалом более эффективен, особенно в области высоких нагрузок. Абсолютная величина уноса снижается более чем в два раза.

ПРИМЕР 3. Режим пылеулавливания в полупроизводственных условиях на среде "природный газ+керосин+пыль". Фильтрующий материал - нетканый материал СП-50 крДК-4 прокламилин. Подача газа - снаружи вовнутрь.

Подготовка заявленного фильтрующего материала

1 этап. Внедрение примеси йода проводится при температуре 180°С при давлении 10^-2 Па.

2 этап. Обработка в тлеющем разряде при давление в камере 10 Па при плотности переменного тока разряда 0,2 мА/см² и скорости протяжки 0,5 м/мин.

Сравнительные испытания цилиндрических фильтров одинаковой конструкции с серийным и заявленным фильтрующим материалом представлены на чертеже.

Наличие жидкой фазы одновременно с присутствием пыли не снижает пылеулавливающую способность фильтров с заявленным фильтрующим материалом. При одинаковой загрузке элементов по газу унос пыли снижается более чем в два раза, а при одинаковом уносе пыли фильтр с заявленным фильтрующим материалом допускает большую нагрузку по газу.

ПРИМЕР 4. Режим коагуляции мелкодисперсной капельной жидкости в полупроизводственных условиях на среде "природный газ - диэтиленгликоль". Фильтрующий материал - нетканый материал СП-50 кр ДК-4 прокламилин. Подача газа - изнутри наружу.

Подготовка заявленного фильтрующего материала

1 этап. Внедрение примеси йода проводится при температуре 180°С при давлении 10^-2 Па.

2 этап. Обработка в тлеющем разряде при давление в камере 10 Па при плотности переменного тока разряда 0,2 мА/см² и скорости протяжки 0,5 м/мин. Сравнительные испытания цилиндрических фильтров одинаковой конструкции с серийным и заявленным фильтрующим материалом представлены в таблице 3.

Фильтр с заявленным фильтрующим материалом в условиях, близких к производственным, в несколько раз снижает содержание жидкости в газе, особенно при больших нагрузках.

Таким образом, преимуществом заявленного материала является его высокая эффективность при очистке газа как в режимах пылеулавливания и сепарации жидкости, так и при одновременном содержании в газе пыли и капель жидкости, особенно в области высоких нагрузок.

Источники информации

1. А.с. СССР № 606602, М.кл². В 01 D 39/00.

2. А.с. РФ № 2035969 С1, В 01 D 39/00.

3. А.с. СССР № 1673663 А1, D 04 Н 1/58.

4. А.с. СССР № 1583142 А1, В 01 D 39/16.

5. А.с. РФ № 2050935 С1, В 01 D 39/00.

6. А.с. РФ 32050937 С, В 01 D 39/16.

Фильтрующий материал предназначен для очистки газа и атмосферного воздуха от пыли и капель жидкости. Фильтрующий материал выполнен в виде нетканых полос из полиэфирного волокна, пропитанных связующим, и содержит примеси в виде молекул йода, внедренных из газовой фазы. При этом полиэфирное волокно перед внедрением примесей переведено в высокоэластическое состояние путем его нагрева до температуры, превышающей на 15-20°С температуру стеклования, и электрически заряжено в плазме. Фильтрующий материал получают следующим образом. Нетканые полосы из полиэфирного волокна пропитывают связующим и переводят в высокоэластическое состояние путем нагрева их до температуры, превышающей на 15-20°С температуру стеклования. Затем в него из газовой фазы внедряют примеси в виде молекул йода, охлаждают до комнатной температуры и осуществляют зарядку полос в плазме. В качестве полиэфирного волокна используют лавсановое волокно. Примеси в виде йода внедряют в материал при давлении 10^-1-10^-2 Па до достижения их концентрации (3-5)×10^-4 моль/л. Нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжают путем их протягивания в плазме или путем многократного протягивания их в плазме. Техническим результатом является создание материала многофункционального назначения. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Фильтрующий полимерный материал, выполненный в виде нетканых полос из полимерного волокна, пропитанных связующим, и электрически заряженных, отличающийся тем, что нетканые полосы выполнены из полиэфирного волокна, содержат примеси в виде молекул йода, внедренных из газовой фазы, причем полиэфирное волокно переведено перед внедрением примесей в высокоэластическое состояние путем его нагрева до температуры, превышающей на 15-20°С температуру стеклования, и электрически заряжены в плазме.2. Фильтрующий полимерный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве полиэфирного волокна использовано лавсановое волокно.3. Фильтрующий полимерный материал по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что примеси в виде молекул йода внедрены в материал при давлении 10^-1-10^-2 Па до достижения их концентрации (3-5)×10^-4 моль/л.4. Фильтрующий полимерный материал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжены путем их протягивания в плазме.5. Фильтрующий полимерный материал по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжены путем многократного их протягивания в плазме.6. Способ получения фильтрующего полимерного материала, выполненного в виде нетканых полос полимерного волокна, пропитанного связующим, включающий его обработку в электрическом поле, отличающийся тем, что в качестве полимерного волокна используют полиэфирное волокно, которое после пропитки связующим переводят в высокоэластическое состояние путем его нагрева до температуры, превышающей на 15-20°С температуру стеклования, после чего в него из газовой фазы внедряют примеси в виде молекул йода, охлаждают до комнатной температуры и осуществляют зарядку нетканых полос в плазме.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве полиэфирного волокна используют лавсановое волокно.8. Способ по любому из пп.6 и 7, отличающийся тем, что примеси в виде молекул йода внедряют в материал при давлении 10^-1-10^-2 Па до достижения их концентрации (3-5)×10^-4 моль/л.9. Способ по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжают путем их протягивания в плазме.10. Способ по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что нетканые полосы из полиэфирного волокна электрически заряжают путем многократного их протягивания в плазме.