Многослойный фильтровальный материал

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гракович Петр Николаевич Иванов Леонид Федорович Красовский Анатолий Михайлович Рябченко Игорь Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Многослойный фильтровальный материал, включающий слой перфорированного металла с отверстиями диаметром 2 мм и отношением площади перфорации к площади пластины большим либо равным 36 или слой пористой керамики и слой волокнистопористого политетрафторэтилена, сформированный газодинамической вытяжкой расплава полимера под действием лазера в вакууме при одновременном адгезионном соединении его с первым слоем.(56)96/02313 1.5478372, 1995.0450894 1, 1991.970667, 1999.07256023 , 1995.02043911 , 1990.4594202, 1986. Изобретение относится к очистке газов от частиц аэрозоля и пыли и может быть использовано в химической, нефтехимической, машиностроительной и других областях промышленности. Системы фильтрации, использующие кассетные или патронные фильтры, содержат пористый материал или полотно для отделения частиц загрязнения от газового потока. Удаляемая твердая пыль или аэрозоль остается на поверхности и в объеме такого материала, поскольку поток газа проходит через него. Многие из газовых сред являются химически агрессивными или фильтруются при температурах около 200 С (400 ) и выше 1,поэтому используемые кассетные или патронные фильтры должны выполняться из полимера, который должен быть стоек к агрессивным средам. К таким материалам относится волокнисто-пористый политетрафторэтилен, получаемый по оригинальной технологии 2, способный к действию в присутствии агрессивных химикалий в температуре около 260(500 ). Материал прошел испытания в качестве фильтра сжатого воздуха на Гомельском химическом заводе и научно-производственном объединении . На Минском научно-производственном объединении ИНТЕГРАЛ проведены промышленные испытания устройства для отделения масел из газовой смеси, в котором фильтрующим слоем являлся также волокнисто-пористый политетрафторэтилен. Однако, когда этот материал вставлен в фильтрующий патрон, он должен быть поддержан внутренней проволочной сеткой или трубчатым перфорированным каркасом, потому что описанный материал фильтра имеет малое относительное удлинение при разрыве, недостаточно жесток по природе и не может сохранить форму без дополнительной поддержки. Дополнительные конструкционные элементы делают фильтрующие патроны более дорогими и менее коррозионностойкими. На участках контакта каркаса с фильтрующим слоем уменьшается область, доступная для фильтрования. Известен также химически стойкий фильтрующий материал, состоящий из пористой мембраны из политетрафторэтилена, адгезионно соединенной с нержавеющей сеткой предварительно фторированной по специальной технологии 3. Однако дополнительные технологические операции фторирования металла и склеивания слоев увеличивают стоимость материала. Задача изобретения - создание многослойного фильтровального материала из термически и химически стойкого волокнисто-пористого политетрафторэтилена, соединенного с перфорированной металлической пластиной, позволяющий формировать фильтрующие элементы без внутреннего каркаса. Поставленная задача решается тем, что многослойный фильтровальный материал включает слой перфорированного металла с отверстиями диаметром 2 мм и отношением площади перфорации к площади пластины большим либо равным 36 или слой пористой керамики и слой волокнисто-пористого политетрафторэтилена, сформированный газодинамической вытяжкой расплава полимера под действием лазера в вакууме при одновременном адгезионном соединении его с первым слоем. На рис. 1 представлена схема предлагаемого многослойного фильтрующего материала. 2 6740 1 На рис. 2 представлена схема перфорированной металлической пластины. На рис. 3 представлена схема многослойного фильтрующего материала, выполненного в форме цилиндра. Сущность изобретения заключается в том, что волокнисто-пористый материал из политетрафторэтилена и перфорированная металлическая пластина формируют многослойный фильтрующий материал. Микроструктура волокнисто-пористого материала из политетрафторэтилена представляет собой нерегулярно простирающиеся волокна диаметром от 1,5 до 20 мкм и длиной до 1,5 мм, сплавленных в точках соприкосновения. Поры определены открытыми площадями между узлами и волокнами и простираются в нерегулярной моде от одной стороны к другой. При его формировании расплавленные волокна со скоростью от 5 до 50 м/с, в зависимости от размеров, осаждаются на подложку, в качестве которой используется перфорированная металлическая пластина. При ударе волокна приплавляются к подложке и обеспечивают участки сцепления, затем слой наращивается до необходимой толщины. Толщина может составлять от 2 мм и более. Выбор диаметра отверстий перфорации металлической пластины не более 2 мм обусловлен размерами волокон политетрафторэтилена (1,5 мм). Больший диаметр не позволяет формировать равномерную структуру фильтрующего слоя. Как видно из таблицы, отношение площади перфорации к площади металлической пластины должно быть более 36 . При этом сопротивление потоку газа многослойного фильтровального материала не превышает сопротивление слоя политетрафторэтилена. В результате получается многослойный фильтрующий материал, который может работать в резких химических окружающих средах в температурах до 260(500 ). Отношение площади Сопротивление Сопротивление Сопротивление перфорации к площади потоку, Па потоку, Па потоку, Па ленты,9 140 300 18,5 120 240 157 32 110 175 36 98 160- Перфорированной металлической пластины при скорости фильтрации 1 см 3/с/см 2.- Волокнисто-пористого материала из политетрафторэтилена при скорости фильтрации 1 см 3/с/см 2.- Многослойного фильтрующего материала при скорости фильтрации 1 см 3/с/см 2. При использовании в качестве подложки керамики или пористых полимеров, которые способны пропускать газовые потоки с сопротивлением, меньшим или равным сопротивлению слоя политетрафторэтилена, получаются многослойные фильтровальные материалы, в которых одним из слоев будет являться керамика или полимер. Многослойные материалы могут быть сформированы в фильтрующие элементы в форме цилиндра или пластины. На рис. 1 показан многослойный фильтровальный материал в разрезе. Слой волокнисто-пористого политетрафторэтилена 1, полученный газодинамической вытяжкой расплава полимера под действием СО 2-лазера в вакууме адгезионно соединен с перфорированной металлической пластиной 2. Для предотвращения когезионного расслоения многослойного фильтровального материала фильтруемый газ 4 сначала проходит через слой волокнисто-пористого политетрафторэтилена 1, затем через отверстия перфорации 3. Открытая пористость волокнисто-пористого политетрафторэтилена достигает 90 . Поэтому толщина зоны 2, не участвующей в фильтрации газовых потоков 1, не превышает 510 толщин волокон пористого политетрафторэтилена. Рисунок 2. 3 6740 1 На рис. 3 представлена схема многослойного фильтрующего материала, выполненного в форме цилиндра. Предлагаемый материал прошел промышленные испытания на НПОг. Гомель в качестве фильтра сжатого воздуха. Источники информации 1. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. Издание третье стереотипное. - М. Химия, 1966. - С. 322-345. 2. Патент РФ 1461052, МПК 01 5/00,1988. 3. Заявка 9602313 А 1, МПК 01 39/16, 39/12, 71/36. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.