НЕТКАНЫЙ ИГЛОПРОБИВНОЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ С УВЕЛИЧЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ РАЗВИТИЮ НАЧАЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2005 года по МПК D04H1/48 

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>1,51,5-2,22,2-3,03,0-3,83,8-4,64,6-5,3<5,3Содержание, %6451544,52,55

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 характеристикипримерПЭ/БК, % массПоверхностная плотность, г/м²Плотность иглопрокалывания, 1/см²Температура прокатки, °ССкорость прокатки, м/минϕ, %
массV, дм³/(м²с)P₁₀,кг--720500--47624- 340180-- 1200,8 103445015033610518Пример103595002203418925120355801503428822 203622402203448228 403601201503469031 403682201705468034 4037525022010427732 103445015033810518Пример103595002203408925220355801503448822 203622402203468228 403601201503449031 403682201705448034 4037525022010447732

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.

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.

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.