способ получения нетканого фильтрующего материала

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА, включающий его формирование распылением волокнообразующего раствора в поле высокого напряжения, отличающийся тем, что формирование первого слоя материала осуществляют на поверхности электрода при напряжении 70 80 кВ с последующей деформацией полимерных волокон, нагретых до пластического состояния, при удельном давлении 0,1 0,5 МПа, а формирование второго и третьего слоев материала производят в поле высокого напряжения с полярностью, обратной полярности поля, создаваемого при формировании первого слоя, причем второй слой формируют при напряжении 90 110 кВ из предварительно нагретого до 40 - 50^oС волокнообразующего раствора, а третий слой при напряжении 70 80 кВ, при этом соотношение толщин трех слоев составляет 2 10 1 2 10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению нетканых фильтрующих материалов из растворов или расплавов полимеров и может быть использовано при производстве фильтрующих материалов для изготовления формованных полумасок респираторов, промышленных и бытовых фильтров.

Известен способ получения нетканых фильтрующих материалов, в частности ультратонких волокон, в поле высокого напряжения и укладывания их на равномерно движущуюся поверхность [1] Способ, заключающийся в нанесении волокон на осадительный транспортер, полученных путем распыления раствора полимера в поле высокого напряжения, пригоден для производства материалов однослойных, однородных и не пригоден для производства многослойных материалов, неоднородных.

Известен также способ получения фильтрующего материала путем распыления волокнообразующей жидкости в поле высокого напряжения с малым коэффициентом пульсации, созданием микроклимата при его получении [2] Такой способ расширяет технологические возможности производства, позволяет улучшить механические свойства материала.

Однако способ имеет следующие недостатки: использование полученного материала данным способом требует его защиту от повреждений, поэтому на него обычно настилают нетканое полотно или аппретированную марлю при изготовлении индивидуальных средств защиты, что ведет к дополнительным материальным затратам;

низкая пылеемкость полученных материалов, что требует для обеспечения пылеемкости формованных респираторов и жесткости фильтрующего элемента применения дополнительно каркаса или формованных оболочек полумаски из других материалов, что в свою очередь ведет к повышению себестоимости выпускаемой продукции;

слабая связь слоев при получении многослойного материала и как результат сложность при формовании заготовок с глубокой вытяжкой.

Для расширения технологических возможностей способа получения нетканых фильтрующих материалов по получению материалов широкого ассортимента, повышения пылеемкости и механической прочности их, а также устранения отмеченных недостатков, в известном способе получения нетканого фильтрующего материала, включающим его формование распылением волокнообразующего раствора в поле высокого напряжения, отличающийся по изобретению тем, что формирование первого слоя материала осуществляют на поверхности электрода при напряжении 70-80 кВ с последующей деформацией полимерных волокон, нагретых до пластического состояния, при удельном давлении 0,1-0,5 МПа, а формирование второго и третьего слоев материала производят в поле высокого напряжения с полярностью обратной полярности поля, создаваемого при формировании первого слоя, причем второй слой формируют при напряжении 90-110 кВ из предварительно нагретого до 40-50^оС волокнообразующего раствора, а третий слой при напряжении 70-80 кВ, при этом соотношение толщин трех слоев составляет 2-10:1:2-10.

Получение первого слоя фильтрующего материала путем напыления на поверхность электрод-транспортера позволяет заменить подложку и за счет термообработки слоя обеспечить равную поверхность, что является необходимым условием для получения качественного второго слоя, состоящего из ультратонких полимерных волокон, а смена полярности поля при получении второго слоя обеспечивает взаимное притяжение слоев материала, что улучшает материал, его механические характеристики в поперечном сечении слоев. Механическое воздействие валками на первый слой с одновременной термообработкой ведет к повышению механической прочности в целом материала.

На чертеже изображена технологическая схема способа получения нетканого материала.

На технологической схеме показана рама установки 1, на которой установлены вертикальные электрод-транспортеры 2-4 причем на сетке 5 транспортера 2 закреплен лист 6 с глянцевой поверхностью. Волокнообразователи 7 транспортера 2 подключены к высоковольтной установке 8, а волокнообразователи 9 и 10 подключены к высоковольтной установке 11. Сверху рамы 1 установлены валки 12 и 13. Подача раствора к волокнообразователю 7 производится насосами 14, к волокнообразователю 9 насосами 15, к волокнообразователю 10 насосом 16. Раствор перед поступлением к насосу 15 подогревается в теплообменнике 16" Полученный материал 17 сматывается в рулон 18 механизмом 19. Материал 17 состоит из первого слоя 20, второго слоя 21, третьего слоя 22.

Получение нетканого фильтрующего материала по предлагаемому способу происходит следующим образом.

Включается привод установки (не показан), насосами 14 волокнообразующий раствор подается на волокнообразователи 7, который распыляет его поле высокого напряжения 70-80 кВ с получением положительно заряженных волокон и осаждением на глянцевую поверхность листа 6 электрод-транспортера 2, при этом поверхность обращения к листу получается ровной гладкой. Применение напряжения 70-80 кВ при получении первого и третьего слоев позволяет получать грубые полимерные волокна диаметром 8-40 мкм, которые создают слой материала с малым сопротивлением и при получаемой поверхностной плотности материала от 30 до 250 г/м² (в зависимости от марки) обладают хорошей пылеемкостью, т.е. способностью очищать воздух с запыленностью более 1000 мг/м². Для придания механической прочности полученный слой 20 пропускают между валками 12 и 13, нагретыми до температуры пластического состояния полимерных волокон и слой волокон сдавливается при удельном давлении 0,1-0,5 МПа. В результате температурных воздействий и давления первый слой 20 приобретает и с другой стороны ровную поверхность, что позволит нанести равномерно на первый слой 20 все другие слои 21 и 22. Для обеспечения лучших условий при получении основного фильтрующего слоя 21 нанесение его производится на сторону первого слоя 20, обращенную к глянцевой поверхности листа 6. Полученный первый слой 20 материала 17 направляют на электрод-транспортер 3. Напыление второго слоя 21 производят волокнообразователи 9, которые распыляют волокнообразующий раствор, предварительно подогретый в теплообменнике 16" в поле высокого напряжения 90-110 кВ с обратной полярностью по отношению процесса в получении первого слоя 20. Такое измнение полярности поля позволяет обеспечить получение ультратонких волокон и сцепление между слоями 20 и 21, что имеет большое значение при переработке материалов с выполнением глубокой формовки, обеспечивает равномерное растяжение вместе с несущим слоем 20. Выбор напряжения поля 90-110 кВ для второго слоя связан с необходимостью получения ультратонких волокон, т. е. обеспечивает их вытяжку и объемный заряд за счет ориентации диполей полимера. Полученные волокна в таком поле характеризуются способностью улавливать ультратонкие аэрозоли (частицы) менее 1 мкм. При напряжении более 110 кВ полимерные волокна получаются со слабыми механическими свойствами, при переработке которых наблюдаются разрывы на месте складок, а при напряжении менее 90 кВ, получение ультратонких волокон затруднено, падает производительность процесса.

Получение второго слоя 21 фильтрующего материала 17 из подогретого волокнообразующего раствора до 40-50^оС позволяет обеспечить получение ультратонких волокон диаметром 0,1-8 мкм и обеспечить движение диполей полимера и произвести их ориентацию, что обеспечивает длительность сохранения заряда волокон, получение ультратонких волокон ведет к минимальному расходу волокнообразующего раствора при получении второго слоя 21 материала 17 с удельной плотностью 10-35 г/м² в зависимости от марки материала и его назначения.

Полученный второй слой 21 материала 17 направляют на электрод-транспортер 4, на котором волокнообразователями 10 распыляется волокнообразующий раствор из смеси полимеров в поле высокого напряжения 70-80 кВ с образованием грубых волокон диаметром 8-40 мкм с поверхностной плотностью 30-250 г/м² в зависимости от марки материала и его назначения. При получении первого и третьего слоев с напряжением менее 70-80 кВ получаемые полимерные волокна не обладают пластичностью и не могут быть несущим слоем, а при напряжении более 80 кВ обладают слабой механической прочностью.

Напыление третьего слоя 22 обеспечивает полученный материал повышенной пылеемкостью и защищает слой ультратонких волокон от механических повреждений.

Таким образом, предлагаемый способ получения нетканого фильтрующего материала позволяет получать новые виды многослойных нетканых фильтрующих материалов, увеличивать связь слоев материала, за счет применения материалов, полученных по данному способу, изменять конструкцию существующих полумасок респираторов, и, кроме того, увеличить механические характеристики материалов.