ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПРОТИВОАЭРОЗОЛЬНОГО ФИЛЬТРА С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЗАЩИТОЙ ОТ ГАЗОВ И ПАРОВ, ПРОТИВОАЭРОЗОЛЬНЫЙ ФИЛЬТР С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЗАЩИТОЙ ОТ ГАЗОВ И ПАРОВ Российский патент 2025 года по МПК B01D39/00 A62B23/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) человека от аэрозолей (пыль, дым, туман) и газов и паров вредных химических веществ, а именно к производству фильтрующих устройств и фильтрующе-сорбирующих материалов, используемых в этих устройствах, в частности в противоаэрозольных фильтрах с дополнительной защитой от газов и паров фильтрующих респираторов, предназначенных для защиты персонала предприятий промышленности. Уровень техники

Известны фильтросорбирующий материал для средств индивидуальной защиты органов дыхания (см. патент RU 2281798, кл. А62В 23/02, B01D 39/04, опубл. 20.08.2006) и фильтросорбирующий материал по способу, описанному в патенте RU 2372971, кл. B01D 39/16, опубл. 20.11.2009, представляющие собой материалы из целлюлозы, наполненной высокодисперсным активным углем и/или поглотителем на основе активного угля.

Данные фильтросорбирующие материалы могут обеспечивать поглощающую способность по парам органических веществ, неорганических и кислых газов и паров в рамках дополнительной защиты от газов и паров противоаэрозольных фильтров СИЗОД, имеют приемлемые для их изготовления толщину и сопротивление дыханию.

Однако основным недостатком этих фильтросорбирующих материалов является низкая степень очистки от аэрозолей, выражающаяся в практической невозможности достижения нормативных значений проницаемости по парафиновому маслу у противоаэрозольных фильтров СИЗОД, которые должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.246-2016 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Фильтры противоаэрозольные. Общие технические условия», а также фильтросорбирующие материалы обладают недостаточно высокой поглощающей способностью по парам органических веществ.

Известно, что наиболее перспективными фильтрующими материалами для изготовления противоаэрозольных фильтров в гофрированном виде являются фильтровальные материалы, содержащие микротонкие стеклянные волокна (Талипова М.В., Лянг А.В., Щербак Н.В. Сравнительный анализ фильтровальных бумаг высокой эффективности очистки воздуха для средств индивидуальной защиты органов дыхания // ИЗВЕСТИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ. 2020. №239. С. 248-263). Рекомендованные показатели качества перспективных фильтровальных материалов:

- сопротивление постоянному потоку воздуха по ГОСТ 25099-82 «Бумага и картон фильтровальные. Метод определения сопротивления потоку воздуха» при линейной скорости потока воздуха 0,83 см/с и площади отверстия зажимного устройства 50 см не более 5,0 мм вод. ст.;

- коэффициент проницаемости по масляному туману по ГОСТ 12.4.156-75 «Система стандартов безопасности труда. Противогазы и респираторы промышленные фильтрующие. Нефелометрический метод определения коэффициента проницаемости фильтрующе-поглощающих коробок по масляному туману» при линейной скорости потока воздуха 0,83 см/с и площади отверстия зажимного устройства 50 см² не более 0,0006%.

Основным недостатком данных фильтровальных материалов является отсутствие дополнительной защиты от газов и паров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому фильтровальному материалу является фильтровальный материал для защиты органов дыхания (см. патент RU 2151628, кл. B01D 39/16, А62 87/10, опубл. 27.06.2000) и диссертации «Технология фильтровальных видов бумаги и картона для защиты органов дыхания», автор Жолобова Л.В., тема по Высшей Аттестационной Комиссии РФ 05.21.03, 1999 год. Фильтровальный материал для защиты органов дыхания выполнен на основе смеси микротонких стеклянных волокон различного диаметра с добавлением связующего, с дополнительным содержанием активного угля и хлопкового волокна при соотношении компонентов, мас. %: микротонкое стеклянное волокно со средним диаметром 0,40 мкм - 35-55; микротонкое стеклянное волокно со средним диаметром 0,25 мкм - 20-25; активный уголь - 20-30; хлопковая целлюлоза - 5-10; поливинилацетатная дисперсия - 2% сверх 100%. В качестве активного угля использовался конкретно активный уголь АГ-3 по ГОСТ 20464-75 «Уголь активный АГ-3. Технические условия».

Известный фильтровальный материал для защиты органов дыхания обеспечивает высокую степень очистки от аэрозолей и обладает поглощающей способностью по парам органических веществ.

Недостатками фильтровального материала для защиты органов дыхания являются:

- слишком большая толщина (3-5 мм и выше), вызванная большим диаметром гранул активного угля АГ-3 (в основном 1,5 мм), что делает неприемлемым применение материала для получения гофрированных заготовок противоаэрозольных фильтров СИЗОД (приемлемая толщина материала должна быть не более 1,0 мм) ввиду малого количества гофр и, как следствие, увеличенного сопротивления дыханию;

- выделение угольной пыли, попадание ее в органы дыхания и вероятность выпадения из материала гранул активного угля;

- недостаточно высокая поглощающая способность активного угля АГ-3 по парам органических веществ, вызванная недостаточно высоким объемом микропор 0,30-0,35 см /г;

- отсутствие возможности поглощать неорганические и кислые газы и пары;

- гидрофильность активного угля, позволяющая парам воды занимать объем микропор, что отрицательно сказывается на поглощении паров органических веществ;

- недостаточно высокие фильтрующие свойства хлопкового волокна по сравнению с микротонкими стеклянными волокнами.

Известно применение фильтровальных материалов в фильтрующих элементах противоаэрозольных фильтров СИЗОД, в частности в гофрированном прямоскладчатом виде. Например, в фильтрующей системе респиратора (см. патент RU 18495, кл. B01D 39/06, опубл. 27.06.2001) фильтрующий элемент тонкой очистки выполнен на основе стеклоасбестоцеллюлозного материала и размещен в корпусе с горловиной и дном.

Размещение фильтрующего элемента тонкой очистки в корпусе в гофрированном прямоскладчатом виде делает фильтрующую систему респиратора высокоэффективной по аэрозолям с приемлемым сопротивлением дыханию.

Недостатком фильтрующей системы респиратора является отсутствие дополнительной защиты от газов и паров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому противоаэрозольному фильтру с дополнительной защитой от газов и паров является патрон респиратора (см. патент RU 30598, кл. А62В 23/02, опубл. 10.07.2003). Патрон респиратора с крышкой, выполненный в виде корпуса со шпеньком и патрубком вдоха, в противоаэрозольном сменном фильтре дополнительно к фильтрующему и каркасному материалу содержит совмещенный с ними по всей площади поглощающий слой из активированного углеродного материала или поглотителя на его основе.

Патрон респиратора обладает как фильтрующими свойствами по аэрозолям, так и поглощающими свойствами по газам и парам.

Недостатками патрона респиратора являются:

- фильтрующий материал на основе ультратонких синтетических волокон вследствие эффекта стекания электростатического заряда утрачивает свои фильтрующие свойства, особенно под воздействием жидких аэрозолей, что делает его применение в фильтрах СИЗОД предпочтительнее в качестве материала предфильтра, как в аналоге (см. патент RU 30598, кл. А62В 23/02, опубл. 10.07.2003);

- совмещение трех слоев (фильтрующего, каркасного, поглощающего) нетехнологично и создает слишком большую толщину слоя сменного фильтра, что отрицательно сказывается на площади поверхности. Вследствие использования материалов с большой толщиной уменьшается площадь фильтрующей поверхности в гофрированных элементах, что приводит к недостаточной величине для достижения оптимальной эффективности фильтрации и сопротивления дыханию;

- применение фильтрующего материала на основе ультратонких синтетических волокон, каркасного материала из полиграфической марли и поглощающего материала типа бусофит не позволяет производить их гофрирование с помощью нанесения линий тиснения, что, в свою очередь, не позволяет фиксировать и разделять между собой складки, особенно при увеличенной высоте складки и толщине слоя сменного фильтра, и ухудшает эффективность фильтрации и сопротивление дыханию;

- концентрическая складчатость сменного фильтра создает необходимость герметизации центра фильтра, что при увеличенной толщине его слоя не способствует герметичности, необходимой для достижения требуемой проницаемости фильтра по парафиновому маслу на класс высокой эффективности Р3 по ГОСТ 12.4.246-2016;

- механическая фиксация сменного фильтра в корпусе с помощью крышки также не способствует герметичности, необходимой для достижения требуемой проницаемости по парафиновому маслу на класс высокой эффективности Р3 по ГОСТ 12.4.246-2016;

- конструктивно патрон респиратора не обеспечивает защиту противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров от капель конденсата, которые могут возникнуть при определенных производственных условиях, например, в шахтах по добыче угля через отверстия крышки.

Раскрытие сущности изобретения

Перед авторами при разработке эффективного и эргономичного, в том числе при воздействии капель конденсата, противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров в составе фильтрующего респиратора для защиты персонала промышленных предприятий стояла задача:

- разработать фильтровальный материал с дополнительной защитой от газов и паров, обладающий оптимальной толщиной; способностью к гофрированию; отсутствием вероятности выпадения частиц адсорбента и выделения пыли в органы дыхания; оптимальным сопротивлением дыханию; высокими показателями фильтрующих свойств по отношению к аэрозолям; достаточно высокой поглощающей способностью по отношению к органическим веществам, в том числе обладающий пониженной гидрофильностью; возможностью поглощать неорганические и кислые газы и пары;

- разработать противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров, обладающий оптимальной эффективностью фильтрации по аэрозолям на третий класс эффективности РЗ по проницаемости парафинового масла по ГОСТ 12.4.246-2016; малым сопротивлением дыханию; технологичным изготовлением фильтрующего элемента, в том числе, исключая необходимость герметизации центра фильтра; достаточно высоким временем защитного действия (ВЗД) по органическим парам, неорганическим и кислым газам и парам.

Поставленная задача решается описываемым фильтровальным материалом для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, состоящим из микротонких стеклянных волокон различного диаметра от 0,1 до 7,0 мкм и адсорбента с основной фракцией менее 200 мкм с добавлением связующего в виде смеси или трех последовательно расположенных слоев: микротонких стеклянных волокон различного диаметра, адсорбента в смеси с микротонкими стеклянными волокнами различного диаметра и микротонких стеклянных волокон различного диаметра в соотношении по толщине (0,8-1,2):1,0:(1,2-0,8) соответственно до суммарной толщины от 0,40 до 0,49 мм по ГОСТ 27015-86 «Бумага и картон. Методы определения толщины, плотности и удельного объема», дополнительно ламинированным с двух сторон нетканым полимерным воздухопроницаемым материалом до суммарной толщины не более 0,73 мм по ГОСТ 27015-86, смесь микротонких стеклянных волокон различного диаметра взята в количестве 70-80 мас. %, а адсорбент взят в виде активного угля на основе скорлупы ореха или плодовой косточки, в том числе импрегнированного соединениями меди, хрома и серебра, или активного угля на основе полистирола в количестве 20-30 мас. %.

В частном случае исполнения в фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров смесь микротонких стеклянных волокон имеет диапазон по диаметру от 0,1 до 3,0 мкм или смесь микротонких стеклянных волокон имеет диапазон по диаметру от 0,1 до 7,0 мкм при соотношении смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром от 3,0 до 7,0 мкм к смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром менее 3,0 мкм не менее 1,0:5,0 соответственно.

Поставленная задача решается описываемой конструкцией противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, содержащего корпус с патрубком вдоха, крышку с входным(и) отверстием(ями) и фильтрующий элемент, выполненный из предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров в гофрированном прямоскладчатом виде с высотой гофр от 12 до 30 мм и количеством гофр не менее 4 штук на 1 см и загерметизированном в корпусе.

В частном случае исполнения в противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров крышка может быть выполнена сплошной и перекрывать по площади верхнюю часть корпуса, при этом входное отверстие расположено между корпусом и крышкой в виде сплошной полости по всему периметру корпуса.

Отличие предлагаемого изобретения заключается в том, что:

- в фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров микротонкие стеклянные волокна различного диаметра представляют собой смесь волокон с диаметром от 0,1 до 3,0 мкм или от 0,1 до 7,0 мкм при соотношении смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром от 3,0 до 7,0 мкм к смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром менее 3,0 мкм не менее 1,0:5,0 соответственно;

- в фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров адсорбент взят с основной фракцией менее 200 мкм;

- фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров имеет соотношение компонентов: смесь микротонких стеклянных волокон - 70-80 мас. %, адсорбент -20-30 мас. %;

- фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров выполнен до суммарной толщины от 0,40 до 0,49 мм по ГОСТ 27015-86;

- фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров ламинирован с двух сторон нетканым полимерным воздухопроницаемым материалом до суммарной толщины не более 0,73 мм по ГОСТ 27015-86;

- в качестве адсорбента фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров взят активный уголь на основе скорлупы ореха или плодовой косточки;

- адсорбент на основе активного угля фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров дополнительно содержит соединения меди, хрома и серебра;

- в качестве адсорбента фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров взят активный уголь на основе полистирола;

- противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров содержит фильтрующий элемент, выполненный из предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров;

- фильтрующий элемент противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров выполнен в гофрированном прямоскладчатом виде и загерметизирован в корпусе;

- фильтрующий элемент противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров имеет высоту гофр от 12 до 30 мм;

- фильтрующий элемент противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров имеет количество гофр не менее 4 штук на 1 см;

- в противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров крышка выполнена сплошной и перекрывающей по площади верхнюю часть корпуса, при этом входное отверстие расположено между корпусом и крышкой в виде сплошной полости по всему периметру корпуса.

Смесь микротонких стеклянных волокон в предлагаемом фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров выполняет функцию фильтрации аэрозолей. Разный диаметр микротонких стеклянных волокон объясняется спецификой фильтровального материала. Фильтровальный материал находит свое применение в области фильтрации вредных аэрозолей, а именно, при использовании материала в комплектующих изделиях СИЗОД - противоаэрозольных фильтрах. При изготовлении фильтровального материала на основе микротонких стеклянных волокон диаметром до 3,0 мкм в определенном соотношении достигается необходимый для СИЗОД высокий показатель фильтрации вредных аэрозолей. Добавление в стекловолокнистую смесь волокон диаметром 3,0-7,0 мкм приводит к снижению сопротивления фильтровального материала, а, следовательно, и фильтров. Факт использования волокон меньшего диаметра (менее 0,1 мкм) нам неизвестен. Волокна большего диаметра (более 7,0 мкм) приводят к снижению фильтрационных свойств.

Использование волокон растительного происхождения, как в прототипе, приводит к повышению толщины и поверхностной плотности фильтровального материала, к повышению сопротивления воздушному потоку, что отрицательно сказывается на качестве фильтровального материала, предназначенного для СИЗОД.

Адсорбент в предлагаемом фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров выполняет функцию поглощения органических (циклогексан, бензол и т.п.), неорганических и кислых газов и паров, например, диоксида серы.

Выбор в качестве адсорбента предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров активного угля из скорлупы ореха (кокос, грецкий и т.п.) или плодовой косточки (персик, абрикос и т.п.) обусловлен тем, что данный активный уголь отличается высокой прочностью и развитой пористой структурой, позволяющей как вводить в активный уголь необходимое количество ингредиентов, так и сорбировать при этом пары органических веществ с достаточно высокой динамической активностью.

Соединения меди, хрома и серебра в адсорбенте предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров обеспечивают эффективное поглощение неорганических и кислых газов и паров.

Выбор в качестве адсорбента предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров активного угля на основе полистирола обусловлен тем, что он отличается высокой прочностью, развитой микропористой структурой и высокой гидрофобностью. Последние два фактора позволяют получить высокую динамическую активность активного угля на основе полистирола по парам органических веществ.

Применение в фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров адсорбента с основной фракцией 200 мкм и более в смеси с микротонкими стеклянными волокнами при заданной суммарной толщине от 0,40 до 0,49 мм приводит к повреждению целостности стекловолокнистого фильтрующего слоя и появлению участков фильтровального материала, не участвующих в процессе фильтрации аэрозолей.

Уменьшение толщины слоя предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров менее 0,40 мм до ламинирования усугубляется выпаданием частиц адсорбента до критичной высоты рабочего слоя с появлением участков, не участвующих в поглощении газов и паров. Увеличение толщины неламинированного слоя предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров более 0,49 мм приводит к увеличению сопротивления постоянному потоку воздуха трехслойного варианта более рекомендованного норматива 5,0 мм вод. ст.

Ламинирование предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров с двух сторон нетканым полимерным (полипропиленовым, полиэфирным) воздухопроницаемым материалом исключает выпадание частиц адсорбента из предлагаемого фильтровального материала и попадание пыли в органы дыхания из предлагаемого противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров.

Предлагаемый фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров получают в виде смеси микротонких стеклянных волокон и адсорбента следующим образом.

В машинном бассейне готовят композиционный состав объемом 2,7 м из микротонких стеклянных волокон различного диаметра от 0,1 до 7,0 мкм, поливинилацетатной дисперсии, адсорбента с фракционным составом 200×500 mesh по ASTM D 2862, что соответствует размеру частиц от 30 до 75 мкм и воды заданного содержания. После смешения компонентов до концентрации массы 0,55% композиционный состав подается на бумагоделательную машину. Вначале через напорный ящик композиционный состав при массовой концентрации 0,05% отливается на наклонном сеточном столе, где происходит удаление воды. Затем первично обезвоженная суспензия протягивается конвейером с полотном из сукна при скорости 2,0 м/мин на термопрессование между поверхностями сушильных валов при температуре (80-100)°С и нагреве первого сушильного цилиндра до температуры не более 60°С. Намотка получаемого фильтровального материала шириной (400±10) мм осуществляется на гильзы диаметром 50 или 75 мм. Далее фильтровальный материал ламинируется с двух сторон нетканым полимерным воздухопроницаемым материалом, например, из полипропилена, с поверхностной плотностью от 10 до 50 г/м по одному из двух способов. По первому способу бумажное полотно пропускают вместе с нетканым полимерным материалом через нагретые до температуры (50-80)°С каландровые валы. По второму способу фильтровальный материал ламинируется нетканым полимерным материалом непосредственно при гофрировании на ножевом гофрировальном аппарате при температуре (60-70)°С.

Активный уголь получают путем карбонизации при температуре (400-500)°С с дальнейшей парогазовой активацией при температуре (700-900)°С скорлупы ореха или плодовой косточки, или полистирола. Соединения меди, хрома и серебра наносят на активный уголь из скорлупы ореха или плодовой косточки путем его пропитки смесью меднохромового аммиачного комплекса и азотнокислого аммиаката серебра с избытком аммиака с последующими вылеживанием и термообработкой при температуре свыше 100°С до требуемого влагосодержания. Соотношение активного угля из скорлупы ореха или плодовой косточки и пропиточного раствора берут исходя из величины суммарного объема пор и коэффициента пропитки 0,7-1,0.

Предлагаемый фильтровальный материал в виде смеси микротонких стеклянных волокон и адсорбента для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров послойным методом трехслойного формования получают следующим образом.

В двух машинных бассейнах готовят композиционный состав:

В одном композиционном бассейне готовится смесь стекловолокнистой массы с поливинилацетатной дисперсией и водой с заданным содержанием для формирования верхнего и нижнего покрывного волокнистого слоя.

В другом - смесь адсорбента с фракционным составом 200×500 mesh по ASTM D 2862 и микротонкими стеклянными волокнами с содержанием по 45 мас. % в верхнем и нижнем слоях и 10 мас. % в среднем слое с адсорбентом, поливинилацетатной дисперсией и водой с заданным содержанием для формирования среднего слоя.

Подготовленная отдельно для каждого слоя бумажная масса из резервуара выравнивания массы подается насосом послойно на крутящийся барабан со скоростью 1200 м/мин. для создания устойчивого кольца воды на сетке, необходимого для равномерного распределения массы по всей площади барабана. Бумажное полотно формуется через фильеру распределяющей трубки под давлением. Диаметр выходного отверстия фильеры 3 мм, что достаточно для прохода длинных минеральных волокон. Сушка фильтровального материала проводится при температуре 110°С. Ламинирование трехслойного фильтровального материла производится аналогично ламинированию фильтровального материала в виде смеси микротонких стеклянных волокон и адсорбента.

Гофрированный слой фильтровального материала на основе микротонких стеклянных волокон и адсорбента в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров обеспечивает эффективную фильтрацию аэрозолей, поглощение органических и/или неорганических и кислых газов и паров.

Прямоскладчатый вид гофрированного слоя фильтровального материала в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров обуславливает исключение герметизации центра противоаэрозольного фильтра.

Складки (гофры) фильтровального материала в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров предназначены для увеличения площади поверхности фильтрации и массообмена при поглощении газов и паров с целью снижения сопротивления дыханию и минимизации коэффициента проницаемости по масляному туману.

Краткое Описание чертежей (если они содержатся в заявке)

Предлагаемый фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров и предлагаемый противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров представлены на фиг. 1, 2 и 3.

На фиг. 1 схематично представлен предлагаемый фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, состоящий из смеси адсорбента и микротонких волокон (поз. 1) и ламинированный с обеих сторон нетканым полимерным материалом (поз. 2).

На фиг. 2 схематично представлен предлагаемый фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, состоящий из двух слоев (верхнего и нижнего) смеси микротонких стеклянных волокон (поз. 1), среднего слоя адсорбента (поз. 3) и ламинированный с обеих сторон нетканым полимерным материалом (поз. 2).

На фиг. 3 в виде чертежа представлен предлагаемый противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров, состоящий из корпуса (поз. 1) с патрубком вдоха (поз. 2), крышки (поз. 3) с входным отверстием (поз. 4), фильтрующего элемента (поз. 5) в виде зафиксированных и разделенных между собой складок (гофр) клеевыми поперечными дорожками (поз. 6). Фильтрующий элемент (поз. 5) загерметизирован по всему периметру корпуса (поз. 1) слоем герметика (поз. 7).

Предлагаемый противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров работает следующим образом.

При вдохе воздух через входное отверстие в виде сплошной полости (поз. 4), ограниченное перекрывающей площадь корпуса (поз. 1) крышкой (поз. 3) по всему его периметру, поступает во внутреннюю часть противоаэрозольного фильтра, ограниченную корпусом (поз. 1). Пройдя через фильтрующий элемент (поз. 5) сквозь складки (гофры) предлагаемого фильтровального материала (фиг. 1 или фиг. 2), воздух очищается от аэрозолей через слои предлагаемого фильтровального материала (поз. 1) (фиг. 1) или (поз. 1 фиг. 2), и от газов и паров через слои (поз. 1 фиг. 1) или (поз. 3 фиг. 2). Далее очищенный воздух через отверстие в патрубке вдоха (поз. 2) корпуса (поз. 1) поступает в подмасочное пространство респиратора или противогаза и используется для дыхания. Гофрирование фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров производится на ножевом гофраппарате с фиксацией складок (гофр) клеевыми поперечными дорожками (поз. 6 фиг. 3) с последующей вырезкой механическим способом на фильтрующие элементы (поз. 5 фиг. 3) заданного размера. Фиксация складок (гофр) необходима для сохранения площади поверхности фильтрации и массобмена за счет исключения прижатия складок (гофр) друг к другу.

Герметизация герметиком (поз. 7 фиг. 3) фильтрующего элемента из гофрированного прямоскладчатого слоя фильтровального материала (поз. 5 фиг. 3) на основе микротонких стеклянных волокон и адсорбента в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров необходима для исключения проникания аэрозолей, газов и паров вне поверхности фильтрующего элемента.

Сплошная крышка (поз. 3 фиг. 3) в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров служит для предотвращения попадания капель конденсата на поверхность фильтрующего элемента (поз. 5 фиг. 3), перекрывая по площади верхнюю часть корпуса (поз. 1 фиг. 3).

Входное отверстие (поз. 4 фиг. 3), расположенное между корпусом (поз. 1 фиг. 3) и сплошной крышкой (поз. 3 фиг. 3) по всему периметру корпуса, в предлагаемом в противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров служит для поступления загрязненного воздуха во внутреннее пространство противоаэрозольного фильтра для очистки фильтрующим элементом (поз. 5 фиг. 3) при вдохе.

Осуществление изобретения

Данные по поглощающей и фильтрующей способности, сопротивлению постоянному потоку воздуха предлагаемого фильтровального материла для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, а также прототипа и аналогов представлены в таблице 1.

Результаты, представленные в таблице 1, показывают, что:

1) Предлагаемый фильтровальный материал для противоэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров по сравнению с аналогами обладает повышенным ВЗД по циклогексану, в том числе при повышенной влажности с использованием адсорбента с пониженной гидрофильностью, и значительно превосходит их по наличию высоких показателей фильтрующих свойств по отношению к аэрозолям в виде пониженных значений коэффициента проницаемости по масляному туману; в отличие от прототипа - обладает повышенным ВЗД по циклогексану, в том числе при повышенной влажности при использовании адсорбента с пониженной гидрофильностью, способностью поглощать диоксид серы и пониженным сопротивлением постоянному воздушному потоку воздуха.

2) Уменьшение содержания адсорбента в предлагаемом фильтровальным материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров менее 20 мас. % приводит к уменьшению ВЗД по циклогексану до уровня прототипа и аналогов.

3) Увеличение содержания адсорбента в предлагаемом фильтровальном материале для противоэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров более 30 мас. % приводит к увеличению коэффициента проницаемости по масляному туману свыше рекомендованного норматива 0,0006%.

4) Содержание адсорбента в предлагаемом фильтровальном материале для противорозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров (20-30) мас. % оптимально по ВЗД по циклогексану и диоксиду серы, коэффициенту проницаемости по масляному туману и сопротивлению постоянному потоку воздуха (менее рекомендованной максимальной нормы 5,0 мм вод. ст.).

5) Использование в качестве адсорбента активного угля на основе скорлупы ореха или плодовой косточки в равной степени приемлемо, в том числе для импрегнирования соединениями меди, хрома и серебра, и приводит к достаточно высокому ВЗД предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров.

6) Использование в качестве адсорбента активного угля на основе полистирола приводит к увеличенному ВЗД по циклогексану фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, в том числе в условиях повышенной влажности.

7) Использование в составе адсорбента соединений меди, хрома и серебра приводит к способности предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров поглощать диоксид серы с достаточно высоким ВЗД.

8) Использование в предлагаемом фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров смеси микротонких стеклянных волокон с диапазоном по диаметру от 0,1 до 3,0 мкм позволяет соответствовать рекомендованному нормативу по сопротивлению постоянному потоку воздуха не более 5,0 мм вод. ст., а добавление смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром от 3,0 до 7,0 мкм - способствует к его уменьшению.

9) Использование в предлагаемом фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров смеси микротонких стеклянных волокон в диапазоне по диаметру от 0,1 до 7,0 мкм при соотношении смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром от 3,0 до 7,0 мкм к смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром менее 3,0 мкм не менее 1,0:5,0 соответственно оптимально по коэффициенту проницаемости по масляному туману и сопротивлению постоянному потоку воздуха. При количестве смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром от 3,0 до 7,0 мкм при соотношении менее 1,0:5,0 предлагаемый фильтровальный материал не отвечает рекомендованному нормативу по коэффициенту проницаемости по масляному туману не более 0,0006%.

10) Использование в предлагаемом фильтровальном материале для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров микротонких стеклянных волокон с диаметром более 7,0 мкм приводит к увеличению коэффициента проницаемости по масляному туману свыше рекомендованного норматива 0,0006% (таблица 1, образец 8).

11) Смесь из микротонких стеклянных волокон различного диаметра и адсорбента, и трое последовательно расположенных слоев: микротонких стеклянных волокон различного диаметра, адсорбента в смеси с микротонкими стеклянными волокнами различного диаметра и микротонких стеклянных волокон различного диаметра в соотношении по толщине (0,8-1,2):1,0:(1,2-0,8) соответственно приводят к аналогичным зависимостям по всем исследуемым характеристикам предлагаемого фильтровального материала для противорозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров. Смесевой вариант предлагаемого фильтровального материала приводит к наименьшему сопротивлению потоку воздуха, трехслойный - к низкому коэффициенту проницаемости по масляному туману и более высокому ВЗД.

Слой из смеси микротонких стеклянных волокон в трехслойном варианте предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров в соотношении ниже 0,8 слишком тонкий, что недостаточно для выполнения фильтрующей функции и функции минимизации выпадания частиц адсорбента.

Данные по поглощающей и фильтрующей способности, сопротивлению дыханию предлагаемого противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, выполненного с применением предлагаемых фильтровальных материалов, их аналогов и прототипа, а также аналога представлены в таблице 2.

Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что:

1) Предлагаемый противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров по сравнению с аналогом защищает от циклогексана и диоксида серы; в отличие от прототипа - соответствует требованиям ГОСТ 12.4.246-2016 по проницаемости по парафиновому маслу и сопротивлению дыханию, и обладает большей поглощающей способностью по циклогексану в условиях повышенной влажности.

2) Все полученные зависимости в таблице 2 по исследованию предлагаемого противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров по ВЗД, проницаемости и сопротивлению дыханию соотносятся с зависимостями по аналогичным характеристикам в таблице 1 по исследованию предлагаемого фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров. Предлагаемый противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров соответствует требованиям ГОСТ 12.4.246-2016 по проницаемости по парафиновому маслу и сопротивлению на класс высокой эффективности РЗ при достаточно малых значениях сопротивления дыханию.

3) Увеличение толщины ламинированного слоя предлагаемого фильтровального материала в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров приводит к несоответствию требованиям ГОСТ 12.4.246-2016 по проницаемости по парафиновому маслу и сопротивлению дыханию на класс высокой эффективности РЗ, уменьшению ВЗД. Уменьшение толщины ламинированного слоя при фиксированной толщине неламинированного слоя, напротив, приводит к уменьшению значений по проницаемости по парафиновому маслу и сопротивлению дыханию, и к увеличению - по ВЗД.

4) Уменьшение высоты гофр в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров менее 12 мм приводит к несоответствию требованиям ГОСТ 12.4.246-2016 по проницаемости по парафиновому маслу, уменьшению ВЗД. Увеличение высоты гофр в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров до 30 мм приводит к наилучшим результатам по проницаемости по парафиновому маслу и сопротивлению дыханию, достаточно высокому ВЗД.

5) Уменьшение количества гофр до 3 шт. на 1 см в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров приводит к несоответствию требованиям ГОСТ 12.4.246-2016 по проницаемости по парафиновому маслу и сопротивлению дыханию на класс высокой эффективности РЗ, уменьшению ВЗД.

6) Использование в качестве фильтровального материала аналога 1 RU 2281798 и аналога 2 RU 2372971 в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров приводит к несоответствию требованиям ГОСТ 12.4.246-2016 по проницаемости по парафиновому маслу и уменьшению ВЗД по циклогексану.

Использование в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров фильтровального материала по прототипу RU 2151628 не представилось возможным для гофрирования ввиду его значительной толщины.

Увеличение высоты гофр в предлагаемом противоаэрозольном фильтре с дополнительной защитой от газов и паров более 30 мм нецелесообразно по эргономическим причинам при эксплуатации СИЗОД - увеличение ограничения поля зрения лицевой части противогаза или респиратора вследствие увеличенных габаритов противоаэрозольного фильтра, увеличение массы и уменьшение подвижности головы.

Предлагаемый фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров обладает оптимальной шириной; способностью к гофрированию; оптимальным сопротивлением постоянному потоку воздуха; высокими показателями фильтрующих свойств по отношению к аэрозолям; достаточно высокой поглощающей способностью по отношению к органическим веществам; пониженной гидрофильностью; возможностью поглощать неорганические и кислые газы и пары; не обладает отрицательным фактором выпадания частиц адсорбента и не выделяет пыль в органы дыхания в составе предлагаемого противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров.

Предлагаемый противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров в составе фильтрующего респиратора для защиты персонала промышленных предприятий обладает оптимальной эффективностью фильтрации по аэрозолям на третий класс эффективности РЗ по проницаемости парафинового масла по ГОСТ 12.4.246-2016; малым сопротивлением дыханию; технологичным изготовлением фильтрующего элемента, в том числе исключая необходимость герметизации центра фильтра; достаточно высоким ВЗД по органическим парам, неорганическим и кислым газам и парам; эффективностью и эргономичностью при воздействии капель конденсата.

Изготовлены и успешно испытаны в лабораторных условиях опытные выработки фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, и опытные партии противоаэрозольных фильтров с дополнительной защитой от газов и паров. Планируется серийное изготовление фильтровального материала и противоаэрозольных фильтров с дополнительной защитой от газов и паров, а также стандартизация требований к последним как к новому классу комплектующих изделий СИЗОД.

Группа изобретений относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека от аэрозолей (пыль, дым, туман) и газов и паров вредных химических веществ. Фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров содержит микротонкие стеклянные волокна различного диаметра и адсорбент с основной фракцией менее 200 мкм в виде смеси или трех последовательно расположенных слоев: микротонких стеклянных волокон различного диаметра, адсорбента в смеси с микротонкими стеклянными волокнами различного диаметра и микротонких стеклянных волокон различного диаметра в соотношении по толщине (0,8-1,2):1,0:(1,2-0,8) соответственно. Фильтровальный материал выполнен до суммарной толщины от 0,40 до 0,49 мм, ламинирован с двух сторон нетканым полимерным воздухопроницаемым материалом до суммарной толщины не более 0,73 мм. Фильтровальный материал содержит ингредиенты при следующем соотношении, мас. %: смесь микротонких стеклянных волокон имеет диапазон по диаметру от 0,1 до 3,0 мкм или от 0,1 до 7,0 мкм при соотношении смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром от 3,0 до 7,0 мкм к смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром менее 3,0 мкм не менее 1,0:5,0 соответственно - 70-80; адсорбент в виде активного угля на основе скорлупы ореха или плодовой косточки, в том числе импрегнированного соединениями меди, хрома и серебра, или активного угля на основе полистирола - 20-30. Также заявлен противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров, содержащий фильтровальный материал. Группа изобретений обеспечивает возможность высокоэффективной защиты органов дыхания от аэрозолей по ГОСТ 12.4.246-2016 в комплексе с дополнительной защитой от газов и паров, капель конденсата в составе фильтрующего респиратора для защиты персонала промышленных предприятий. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

1. Фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров, состоящий из микротонких стеклянных волокон различного диаметра и адсорбента с добавлением связующего, отличающийся тем, что выполнен до суммарной толщины от 0,40 до 0,49 мм, ламинирован с двух сторон нетканым полимерным воздухопроницаемым материалом до суммарной толщины не более 0,73 мм, при этом микротонкие стеклянные волокна различного диаметра и адсорбент выполнены в виде смеси или трех последовательно расположенных слоев: микротонких стеклянных волокон различного диаметра, адсорбента в смеси с микротонкими стеклянными волокнами различного диаметра и микротонких стеклянных волокон различного диаметра в соотношении по толщине (0,8-1,2):1,0:(1,2-0,8) соответственно, а адсорбент взят с основной фракцией менее 200 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- смесь микротонких стеклянных волокон - 70-80;

- адсорбент в виде активного угля на основе скорлупы ореха или плодовой косточки, в том числе импрегнированного соединениями меди, хрома и серебра, или активного угля на основе полистирола - 20-30.

2. Фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров по п. 1, отличающийся тем, что смесь микротонких стеклянных волокон имеет диапазон по диаметру от 0,1 до 3,0 мкм.

3. Фильтровальный материал для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров по п. 1, отличающийся тем, что смесь микротонких стеклянных волокон имеет диапазон по диаметру от 0,1 до 7,0 мкм при соотношении смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром от 3,0 до 7,0 мкм к смеси микротонких стеклянных волокон с диаметром менее 3,0 мкм не менее 1,0:5,0 соответственно.

4. Противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров, состоящий из корпуса с патрубком вдоха, крышки с входным(и) отверстием(ями) и фильтрующего элемента, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен из фильтровального материала для противоаэрозольного фильтра с дополнительной защитой от газов и паров по п. 1 в гофрированном прямоскладчатом виде и загерметизирован в корпусе с высотой гофр от 12 до 30 мм и количеством гофр не менее 4 штук на 1 см.

5. Противоаэрозольный фильтр с дополнительной защитой от газов и паров по п. 4, отличающийся тем, что крышка выполнена сплошной и перекрывает по площади верхнюю часть корпуса, а входное отверстие расположено между корпусом и крышкой в виде сплошной полости по всему периметру корпуса.