Способ изготовления респираторов Советский патент 1992 года по МПК D04H1/00 

Изобретение относится к индивидуальным средствам защиты органов дыхания, в частности к изготовлению респираторов разового использования для защиты органов дыхания рабочих в различных отраслях народного хозяйства, например, в химической, металлургической, текстильной промышленности, производстве строительных материалов, а также в сельском хозяйстве.

Известен способ изготовления респираторов, заключающийся в вырезании плоской многоугольной заготовки и ее сложении с образованием многоугольных треугольников с последующим загибом некоторых из них. и распределении заготовки для придания ей объемной формы.

Недостатками известного способа являются ограниченные возможности придания

формы, недостаточно плотное прилегание фильтромаски к лицу носчика, что приводит к подсосу загрязненного воздуха в подма- сочное пространство, ограниченность фильтрующей поверхности за счет наличия участков с двойным и тройным сложением фильтрующего материала, увеличенный расход фильтрующего материала, увеличенный вес респиратора, нерациональное распределение подмасочного пространства, что приводит к неравномерному распределению нагрузки на фильтрующую часть респиратора, трудоемкость при изготовлении с применением ручного труда.

Известен способ изготовления респираторов, которым придают форму чаш, соответствующих обмерам лица, формованием. Чаша представляет собой основную (лицевую) часть респиратора. Ее изготавливают из специального иглопробивного нетканого материала, который служит для фильтрации воздуха и определяет потребительские свойства готового изделия. Для изготовления этого материала используют термопластичное- сырье, т. е, полипропиленовые и пол|1Эфи| ные волокна линейной плотностью 2-JJ.5 текс, а также жидкие связующие вещества (типа сополимеров винилацетата и ). Формуют нетканые полумаски на специально разработанных устройствах периодического действия. Это устройство состоит из массивного чугунного корпуса, на котором прочно закреплена нижняя формующая плита с гнездами и подвижная верхняя плита со штампами,

В плитах установлены электрические нагреватели, позволяющие регулировать температуру плит от 0 до 250° С. Время формирования до 120 сек.

За счет соприкосновения нетканого материала с горячим штампом термопластичные волокна размягчаются и под действием приложенного усилия склеиваются между собой. При этом нетканый материал приобретает форму штампа.

Рассматриваемый способ изготовления респираторов обладает рядом существенных недостатков.

В связи с использованием материала со стабильной структурой для формования из плоской заготовки сферического изделия по его периметру образуются уплотнения и заломы материала, ухудшающие качество изделия, что может привести к нарушению плотности прилипания респиратора к лицу носчика, а следовательно к подсосу воздуха в подмасочное пространство и является одним из основных недостатков приведенного способа.

Наличие уплотненных участков и участков с заломами увеличивает неравномерность материала по плотности, а следовательно неравномерность фильтрующих свойств от центра к периметру респиратора, а также сокращает рабочую (фильтрующую) часть поверхности респиратора.

В связи с тем, что иглопробивной фильтрующий материал обладает определенной толщиной, а термообработка его осуществляется под действием горячего штампа, раз- мягчение термопластичных волокон происходит неравномерно по сечению материала. В то время, когда верхние стюи материала переходят во вязко-текучее состояние, волокна, находящиеся внутри нетканого материала, этого состояния еще не достигают, что приводит к снижению общей

прочности термоскрепления нетканого материала и формоустойчивости готового респиратора и может также привести к подсосу воздуха в подмасочное пространство в результате нарушения плотного облегания респиратором лица носчика.

Кроме этого, формование респиратора по описанному способу предусматривает снятие готового изделия со штампа в разо0 гретом состоянии, когда термопластичные волокна находятся во вязко-текучем состоянии, что может привести к нарушению формы респиратора, а следовательно также к подсосу воздуха в подмасочное пространст5 во.

Недостатком приведенного способа является также длительность времени формования респиратора, обусловленная необходимостью размягчения термопла0 стичных волокон под действием горячего штампа по всей толщине нетканого материала, что снижает производительность оборудования для формования респираторов приведенным способом.

5 Целью изобретения является улучшение качества респираторов за счет точной адаптации полотна по форме матрицы, что позволяет исключить возможность появления участков с двойным расположением ма0 териала, участков с заломами, подсоса воздуха в подмасочное пространство, обеспечить равномерность фильтрующих свойств, улучшить формоустойчивость, максимально использовать фильтрующую по5 верхность, а также сокращение времени их изготовления.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления респираторов, заключающемся в термообработке фильтру0 ющего нетканого термопластичного материала, адаптации его по форме матрицы, прессовании и охлаждении готового изделия, предварительная адаптация полотна по форме матрицы осуществляется под дей5 ствием сил усадки высокоусадочных волокон, содержащихся в исходном фильтрующем материале, а процессы термообработки нетканого материала и прессования осуществляются независимо,

0 причем охлаждение материала происходит одновременно с прессованием.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем.

Нетканый материал с вложениемтермо5 пластичных высокоусадочных волокон в свободном состоянии накладывается па выпуклую матрицу и подвергается термообработке в термокамере при температуре . размягчения термопластичного компонента. Полотно подвергается термообработке

до полного проявления сил усадки высокоусадочных волокон. В процессе усадки высокоусадочные волокна, содержащиеся в материале стремятся сократиться по длине на величину усадки. Когда волокна находятся в свободном состоянии уменьшение их длины в результате термообработки происходит в максимальной степени. Если волокно на каком-то участке зажато другими волокнами, усадка его может не проявиться в полной степени, т. к. силам усадки необходимо преодолеть усилие сжатия полотна. В зависимости от процентного вложения высокоусадочных волокон и структуры материала готовый материал будет иметь ту, или иную величину усадки. При наложении нетканого материала на выпуклую матрицу под действием сил усадки высокоусадочных волокон полотно стремится принять форму конуса с закругленной по форме матрицы вершиной. После окончательного проявления сил усадки высокоусадочных волокон полотно с матрицей поступает в зону штамповки, где осуществляют окончательную адаптацию полотна по форме матрицы наложением пуансона.

В связи с тем, что первичная адаптация полотна осуществлялась с помощью сил усадки высокоусадочных волокон, а термопластичные волокна находятся во вязко-те: кучем состоянии, окончательная адаптация полотна осуществляется без заломов и уплотнений по периметру матрицы, что позволяет устранить недостатки способа изготовления респираторов, принятого в качестве прототипа Окончательная адаптация полотна по форме матрицы осуществляется под действием собственного веса холодного пуансона без приложения дополнительных усилий. Предлагаемый способ изготовления респираторов исключает возможность появления заломов по периметру изделия, обеспечивает равномерность материала по линейной плотности в центре и по периметру респиратора, а следовательно равномерность его фильтрующих свойств и максимальное использование фильтрующей поверхности.

За счет равномерного прогрева материала по всей толщине в процессе термоскрепления принимают участие все термопластичные волокна, находящиеся в сечении материала, что улучшает формо- устойчивость готового респиратора.

Так как термопластичные волокна приводят во вязкотекучее состояние заранее, время, необходимое для формования респираторов, может быть значительно сокращено.

Во время формования происходит охлаждение материала, следовательно, улучшается формоустойчивость изделия в момент снятия его со штампа, что исключает 5 возможность изменения формы респиратора, а следовательно подсоса в подмасочное пространство из-за неплотного прилегания респиратора к лицу носчика.

При формовании респиратора холод0 ным пунасоном исключается возможность прилипания расплавленных волокон к поверхности пуансона, что такжеулучшает качество формовки.

В качестве исходного материала для

5 формования изделий могут быть применены материалы, отличающиеся по структуре: нетканые иглопробивные материалы, нетканые холстопрошивные материалы, волокнистый холст. Результаты конкретного

0 применения проиллюстрированы примерами. Необходимые формовочные свойства при этом не обеспечиваются.

В качестве термопластичных высокоусадочных волокон йсгго7ГьзШа7Гйс Ь Ноли5 пропиленовые и поливинилхлоридные волокна.

В качестве волокон-наполнителей могут использоваться также вискозные, нитроновые, полиамидные волокна в различном

0 процентном соотношении с удовлетворительным результатом. Температура разрушения или размягчения приведенных волокон выше температуры размягчения термопластичных высокоу-адочных воло5 кон.

П р и м е р 1. Нетканый иглопробивной фильтрующий материал поверхностной плотностью 250 г/м2 изготовлен из следующих видов волокон:

0 -полиэфирное волокно линейной плотностью 0,33текс, длиной резки 60 мм-85%; - полипропиленовое волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной резки 66 мм - 15%.

5 Усадка полипропиленовых волокон со- ставляет40-60%, температура размягчения (плавления) - 155 - 165° С. Температура размягчения (плавления) полиэфирных волокон - 250° С.

0 Материал в свободном состоянии накладывался на выпуклую матрицу и, помещался в термокамеру, где подвергался термообработке при температуре 165° С в течение 15 сек. до момента окончательного

5 проявления сил усадки, а затем подавался в зону формования, где под действием холодного пуансона осуществлялась окончательная адаптация полотна по форме матрицы с одновременным охлаждением. Время прессования составило 10 сек., что значительно

меньше времени, необходимого для полного размягчения термопластичных компонентов, что позволяет сократить время изготовления респираторов, т. е. увеличить производительность оборудования и труда при их изготовлении. Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 2. Нетканый материал по структуре, поверхностной плотности и виду волокон аналогичный приведенному в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-20%, полиэфирных - 80%.

Последовательность технологических процессов при формовании респираторов аналогична приведенной в примере 1.

Время термообработки - 15 сек.

Время прессования - б сек;

Пример 3. Нетканый материал по структуре, поверхностной плотности и виду волокон аналогичный приведенному в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-30%, полиэфирных - 70%.

Последовательность технологических процессов при формовании респираторов аналогичная приведенной в примере 1.

Время термообработки - 15 сек.

Время прессования - 5 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 4. Нетканый материал по структуре, поверхностной плотности и виду волокон аналогичный приведенному в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-50%, полиэфирных - 50%.

Последовательность технологических процессов при формовании респираторов аналогична приведенной в примере 1.

Время термообработки - 10 сек.

Время прессования - 5 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 5. Нетканый материал по структуре, поверхностной плотности и виду волокон аналогичный приведенному в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-60%, полиэфирных - 40%.

Последовательность технологических процессов при формовании респираторов аналогична приведенной в примере 1,

Время термообработки - 10 сек.

Время прессования - 5 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 6. Нетканый холстопрошив- ной материал поверхностной плотностью

120 г/см2 изготовлен из волокон, перечисленных в примере 1.

В качестве прошивной нити использовалась хлопчатобумажная пряжа линейной 5 плотностью 25 текс х 2, переплетение цепочка. Заправка прошивных нитей осуществлялась через одну ушковую иглу. По- следовательность технологических процессов аналогична приведенной в при- 0 мере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-10%, полиэфирных.-90%.

Время термообработки - 10 сек.

Время прессования - 4 сек. 5 Параметры формования и полученные . результаты приведены в таблице.

Пример 7. Нетканый материал аналогичный приведенному в примере 6.

Последовательность технологических 0 операций аналогична приведенной в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-20%, полиэфирных - 80%.

Время термообработки - 8 сек. 5 Время прессования-4 сек.

Параметры формования и полученные. результаты приведены в таблице.

Пример 8. Нетканый материал аналогичный приведенному в примере 6. 0 Последовательность технологических операций аналогична приведенной в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-30%, полиэфирных - 70%.

5 Время термообработки - 8 сек. Время прессования -4 сек. Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 9. Нетканый материал ана- 0 логичный приведенному в примере 6.

Последовательность технологических операций аналогична приведенной в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон 5 - 50%, полиэфирных - 50%.

Время термообработки - 6 сек. Время прессования - 4 сек. Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице. 0 П р и м е р 10. Нетканый материал аналогичный приведенному в примере 6.

Последовательность технологических операций аналогична приведенной в примере 1., 5 Количество полипропиленовых волокон

-60%, полиэфирных - 40%.

Время термообработки - 6 сек. Время прессования - 4 сек. Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 11. Волокнистый холст из ориентированных, распрямленных волокон поверхностной плотности 170 r/м2 состоит из волокон приведенных в примере 1.

Последовательность операций приведена в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-10%, полиэфирных - 90%.

Время термообработки - 20 сек,

Время прессования - 20 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 12, Волокнистый холст аналогичный примеру 11, последователь- ность процессов термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-20%, полиэфирных - 80%.

Время термообработки - 20 сек.

Время прессования - 20 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 13. Волокнистый холст аналогичный примеру 11, последователь- ность процессов термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-40%, полиэфирных - 60%.

Время термообработки - 15 сек.

Время прессования - 15 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 14. Волокнистый холст аналогичный примеру 11, последователь- ность процессов термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон

-50%, полиэфирных - 50%.

Время термообработки - 15 сек.

Время прессования - 15 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 15. Волокнистый холст аналогичный примеру 11, последователь- ность процессов термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество полипропиленовых волокон -60%, полиэфирных-40%.

Время термообработки - 13 сек. .

Время прессования - 15 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 16. Нетканое иглопробивное волокно поверхностной плотностью 200 г/см изготовлено из следующих видов волокон:

- полиэфирное волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной резки 60 мм - 90%:

- поливинилхлоридное волокно линейной плотностью 0,33 текс, длиной резки 60- 66 мм-10%.

Усадка поливинилхлоридного волокна составляет35-55%, температура плавления -120° С. Температура плавления полиэфирного волокна - 250° С.

Термообработка материала осуществлялась при температуре равной 120° С. По следовательностьопераций

термообработки и прессования приведены в примере 1.

Время термообработки - 10 сек.

Время прессования - 8 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 17. Нетканый материал аналогичный приведенному в примере 16, последовательность процессов термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество поливинилхлоридных волокон - 20%, полиэфирных - 80.

Время термообработки - 10 сек.

Время прессования - 8 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 18. Нетканый материал аналогичный приведенному в примере 16, последовательность процессов термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество поливинилхлоридных волокон - 40%, полиэфирных - 60%.

Время термообработки - 5 сек.

Время прессования - 5 сек,

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 19. Нетканый материал аналогичный приведенному в примере 16. последовательность термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество поливинилхлоридных волокон - 50%, полиэфирных - 50%.

Время термообработки - 5 сек.

Время прессования - 5 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 20. Нетканый материал аналогичный приведенному в примере 16, последовательность процессов термообработки и прессования аналогична приведенной в примере 1.

Количество поливинилхлоридных волокон - 60%, полиэфирных - 40%.

Время термообработки - 5 сек.

Время прессования - 5 сек.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Пример 21 (прототип). Нетканый иглопробивной фильтрующий материал, изготовленный из термопластичных волокон1 полипропиленовых - 50%, полиэфирных - 50% подавался в зону формования. Матрица и пуансон предварительно нагревались до температуры 170° С. Нетканый материал помещался между матрицей и пуансоном, к которому прикладывалось давление 0,5 кг/см2. Время термообработки и формования составило 100 сек. Усадка материала отсутствовала. Готовое изделие снимали со штампа и охлаждал и в свободном состоянии.

Параметры формования и полученные результаты приведены в таблице.

Как следует из результатов, приведенных в таблице, вложение в смеску полипропиленовых волокон в количестве менее 20% приводит к недостаточной усадке материала во время его термообработки, что влечет за собой недостаточную первичную адапта- циюполотна по форме матрицы и вдальней- шем появление заломов во время формования изделий. Формоустойчивость готового изделия неудовлетворительная (пример 1).

Вложение в смеску полипропиленовых волокон в количестве от 20 до 50% обеспечивает хорошие формовочные свойства, точную адаптацию материала по форме матрицы, исключающую появление заломов, участков с двойным расположением полотна (примеры 2-4).

Увеличение количества полипропиленовых волокон свыше 50% не оказывает влияния на улучшение формовочных свойств, но приводит к увеличению жесткости готового изделия, что нарушает комфортность при его нбске и является нежелательным (пример 5).

Сделанные выводы относятся к матери; алам различных структур: иглопробивному, холстапрошивному, волокнистому холсту.

Целесообразным является вложение в смеску поливинилхлоридных волокон в количестве 20-50% (примеры 17 - 19).

Вложение в смеску поливинилхлорид- ных волокон в количестве менее 20% приводит к недостаточной формоустойчивости и к нарушению формы изделия, вложение волокон свыше 50% - к повышенной жесткости изделия (примеры 16, 20).

Испытания готовых респираторов в рекомендуемом интервале вложения термопластичных высокоусадочных полипропиленовых и поливинилхлоридных волокон позволили установить, что

коэффициент проскока аэрозоля со средним диаметром частиц 0,28 - 0,34 мкн составляет не более 15%; начальное сопротивление - не более 20 Па, что соответствует предъявляемым требованиям.

Экономический эффект от внедрения заявляемого изобретения может быть получен за счет сокращения времени формования респираторов, улучшения их качества: исключения заломов по периметру изделия,

улучшения формоустойчивости, а следовательно исключения возможности подсоса воздуха в подмасочное пространство. Формула изобретения 1. Способ изготовления респираторов,

заключающийся в термообработке и прессовании фильтрующего нетканого термопластичного материала для придания ему формы матрицы и штампа и охлаждении готового изделия, отличающийся тем,

что, с целью повышения качества респираторов при обеспечении сокращения времени изготовления, термообработку и прессование проводят на разных стадиях, а материал используют с содержанием высокоусадочных волокон в количестве 20-50% от массы материала, при этом на первой стадии осущестоляюттермообработку материала для придания ему формы матрицы под действием сил усадки термопластичных

высокоусадочных волокон, а на второй стадии фиксируют полученную форму за счет прессования материала с помощью холодного штампа с обеспечением одновременного охлаждения получаемых изделий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термообработку нетканого материала осуществляю при температуре размягчения термопластичных высокоусадочных волокон до полного проявления сил усадки.

Использование: изобретение относится к индивидуальным средствам защиты органов дыхания, в частности к изготовлению респираторов разового использования. Сущность изобретения: способ изготовления респираторов заключается в термообработке фильтрующего нетканого термопластичного материала, адаптации его по форме матрицы, прессовании и охлаждении готового изделия. Термообработка и прессование осуществляются независимо друг другу, первичная адаптация полотна по форме матрицы происходит под действием сил усадки термопластичных высокоусадочных волокон, содержащихся в материале в количестве от 20 до 50%, а охлаждение готового изделия происходит под действием холодного штампа и совмещено с прессованием. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.