Трехслойный волокнисто-пористый фильтровальный материал

(51)01 39/16 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Специальное конструкторско-технологическое бюро Металлополимер(72) Авторы Чернорубашкин Александр Иванович Сиканевич Александр Васильевич Гайдук Вера Филипповна(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Специальное конструкторско-технологическое бюро Металлополимер(57) 1. Трехслойный волокнисто-пористый фильтровальный материал для очистки газовых сред от механических примесей, слои которого выполнены из синтетических волокон,причем плотность укладки волокон во внешнем слое со стороны входа очищаемого газа меньше, а диаметр больше, чем во внешнем слое со стороны выхода газа, отличающийся тем, что слои материала выполнены из термоскрепленных в местах контакта волокон термопластичного полимера, при этом внутренний слой материала включает разреженные участки с плотностью укладки волокон в 2-6 раз ниже средней плотности укладки волокон во внешних слоях и расположенные между ними упрочняющие дорожки с плотностью укладки волокон в 2-6 раз больше средней плотности укладки волокон во внешних слоях. 2. Трехслойный волокнисто-пористый фильтровальный материал по п. 1, отличающийся тем, что внутренний слой материала содержит металлическую сетку с ячейкой 1050 мм, к которой может быть подведен потенциал. Изобретение относится к области производства фильтровальных материалов для очистки различных газообразных сред от механических примесей. Существует множество различных пористых материалов и изделий, которые используются для очистки газов. Так, например, известен фильтровальный материал, описанный в патенте США 1, предназначенный для использования в фильтрах для очистки газов,например воздуха от пыли. Данный материал формуется горячим прессованием и содержит волокна, соединенные между собой при помощи связующего вещества. Плотность слоя со стороны входа очищаемого потока составляет 0,01-0,1, а со стороны выхода очищаемого газа 0,05-0,5. Между входной и выходной сторонами в слое существует непре 8249 1 2006.06.30 рывный градиент плотности при равномерном распределении волокон в поперечном сечении. При изготовлении патентуемого материала газ, в котором взвешены частицы связующего вещества, проходит через заготовку, представляющую собой ленту, полученную из волокон, причем волокна равномерно распределены в слое. Скорость газа с взвешенными частицами не превышает 4 м/с. В результате на входе газа получается высокая концентрация связующего вещества, которая постепенно снижается в направлении движения газа с взвешенными частицами. Преимуществом патентуемого материала является постепенное изменение плотности в одном слое, обуславливающее повышение эффективности очистки воздуха и продление срока службы за счет уменьшения степени забивки пор задерживаемой пылью. Известен фильтровальный материал, описанный в а.с. ЧССР 2. Этот материал содержит несущую стеклоткань, к одной или двум сторонам которой пришито полиэфирное волокно. Материал подвергнут термической фиксации, а также пропитке водной эмульсией полигидрогенметилсилоксана или эпоксидной смолой. Предлагаемый материал характеризуется высокой эффективностью фильтрования и устойчивостью к воздействию высокой температуры. Известен фильтр, описанный в патенте США 3. Этот фильтр представляет собой пористую перегородку, с одной стороны которой размер пор значительно превышает размер пор с противоположной стороны. Изделие формуется как одно целое из пористого поликарбоната, полиэтилена или полиамида, причем плотность материала со стороны поверхности с более крупными порами меньше, чем со стороны поверхности с менее крупными порами. Известен многослойный фильтр для газа, описанный в патенте США 4. Фильтр образован подложкой из волокнистого материала, например ПП или ПЭВП, на которую последовательно наносятся слои термопластичного адгезива и частицы адсорбента. Подложка в виде ленты перемещается в горизонтальном направлении и покрывается тонким слоем расплава термопластичного адгезива, предпочтительно ПП или ПЭ, который остается в размягченном состоянии при температуре 120-180 С адгезив диспергируется через сопла с отверстиями диаметром 0,2-1 мм. Затем на слой адгезива наносятся частицы адсорбента,например активированного угля диаметром 0,05-3 мм. Уплотнение структуры производится роликом, создающим давление около 1 кг/см 2. Число перемежающихся слоев адгезива и адсорбента может достигать 50. При 9 слоях активированного угля, содержании адгезива 51 масс.и скорости воздуха 10 см/с сопротивление фильтра составляет 4015 Па. Фильтр можно использовать в респираторах, устройствах для очистки воздуха в закрытых помещениях, салонах автомобилей и промышленных установках. Известен многослойный фильтровальный материал (заявка РБ а 19990931) 5, состоящий из слоя металла с порами и из слоя пористого политетрафторэтилена, причем первым слоем в нем является перфорированная металлическая пластина с отверстиями диаметром не более 2 мм и отношением площади перфорации к площади пластины не менее тридцати шести процентов, а вторым волокнисто-пористый политетрафторэтилен. Известен фильтровальный материал, описанный в а.с. СССР 6. Элемент включает слой из открыто пористой пластмассы, одна из поверхностей которого выполнена волнистой, и фильтрующий слой из волокнистых материалов, причем волокнистый слой расположен на волнистой поверхности, на которой установлен дополнительный слой из открыто пористой пластмассы с волнистой поверхностью, обращенной к слою волокнистого материала. Это сделано с целью снижения среднего коэффициента пропуска пыли и повышения продолжительности работы до предельного сопротивления. Наиболее близким из числа известных по технической сущности и достигаемому результату является фильтровальный материал, описанный в патенте РФ 7. Материал состоит из рыхлого входного слоя, состоящего из грубых волокон, слоя из синтетических волокон промежуточной толщины и плотности упаковки и выходного более плотного 2 8249 1 2006.06.30 слоя из тонких синтетических волокон, скрепленного с плоским клееным или термоскрепленным нетканым материалом, или имеющего оплавленную наружную поверхность со стороны выхода воздуха. Волокнистые слои скреплены между собой пучками волокон посредством иглопрокалывания без образования сквозных пучков и отверстий от игл. Входной и выходной слои состоят из синтетических волокон определенной толщины при определенном соотношении между толщиной волокон входного, промежуточного и выходного слоев, а именно диаметр волокон входного слоя - не более 45 мкм, диаметр волокон выходного слоя - не менее 10 мкм, промежуточный слой состоит из волокон с диаметром в 1,5-2,0 раза больше диаметра волокон выходного слоя и меньше диаметра волокон входного слоя. Практически все известные фильтровальные материалы, как с постоянными по толщине характеристиками, так и с переменными, в том числе и фильтр-прототип, не имеют в своей структуре накопителей для пыли в виде участков с пониженной плотностью укладки волокон. В фильтровальном элементе, описанном в а.с. СССР 6 внутри фильтра имеются пустоты - полости, где полностью отсутствуют волокна. Эти полости служат накопителями пыли, но отсутствие в них волокон приводит к слеживанию пыли у стенки,противоположной входу очищаемого газа. Это приводит к быстрому увеличению сопротивления фильтра и, следовательно, снижению срока его службы. Цель настоящего изобретения - получение прочного фильтровального материала с высокой пылеемкостью и длительным сроком эксплуатации. Предлагаемый фильтровальный материал состоит из трех слоев, образованных синтетическими волокнами, например волокнами таких термопластичных полимерных материалов, как полипропилен, полиэтилен, ПЭТ. Плотность укладки волокон двух наружных слоев материала и их диаметры разные. Так, плотность укладки волокон внешнего слоя со стороны входа очищаемого газа меньше, а диаметр волокон, образующих этот слой больше, чем во внешнем слое со стороны выхода газа. Внутренний слой материала состоит из разреженных участков, плотность укладки волокон в которых в 2-6 раз ниже, чем средняя плотность внешних слоев (при этом, она ниже плотности наименее плотного слоя), и расположенных между этими участками упрочняющих дорожек с плотностью укладки волокон в 2-6 раз большей средней плотности внешних слоев (при этом, она больше плотности наиболее плотного слоя). Различные характеристики внешних слоев материала при высоком качестве очистки газов способствуют 1) уменьшению сопротивления фильтровального материала, так как толщина его внешнего плотного слоя небольшая 2) увеличению срока службы материала, благодаря тому, что основная масса частиц грязи оседает в менее плотном внешнем слое со стороны входа очищаемого газа и на участках разряжения. Наличие разреженных участков в фильтровальном материале позволяет повысить пылеемкость материала, уменьшая при этом его первоначальное сопротивление потоку газа и увеличивая срок службы до достижения фильтром предельного сопротивления. Пыль оседает на волокнах разреженного участка, равномерно по всему объему. Упрочняющие дорожки обеспечивают прочность материала. Получают такой материал следующим образом. На поверхности барабана закрепляется объемная сетка с ячейкой от 10 до 50 мм. Барабан приводится во вращение и возвратнопоступательное перемещение. С помощью струи горячего воздуха на его поверхность равномерно по всей площади сетки наносятся волокна термопластичного полимера, находящиеся в вязко-текучем состоянии. В местах пересечений волокна термоскрепляются друг с другом. На ребрах сетки материал ложится плотно и практически все волокна здесь спаяны друг с другом в местах контактов (термоскрепление волокон осуществляется за счет аккумулированного ими тепла), таким образом, формируются упрочняющие дорож 3 8249 1 2006.06.30 ки. В ячейках сетки волокна ложатся рыхло, т.е. образуются разреженные участки. Размер разреженных участков определяется размером ячейки, структурой сетки и давлением воздушной струи направляющей волокна на сетку. При дальнейшем нанесении волокон поверхность материала и плотность укладки волокон выравниваются, и формируется внешний слой со стороны входа очищаемого газа. Полученный таким образом материал снимается с сетки, переворачивается на другую сторону, закрепляется на барабане без сетки, и на его вторую сторону наносятся волокна меньшего диаметра и с большей плотностью укладки - т.е. формируется второй внешний слой. При этом, напротив упрочняющих дорожек формируются разреженные участки. Толщина внешних слоев и их характеристика (диаметр волокон и плотность их укладки) определяются эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к материалу. При производстве фильтровального материала после формирования первого внешнего слоя (со стороны входа очищаемого газа) материал можно снять с поверхности барабана вместе с металлической сеткой, перевернуть, вновь закрепить на барабане и нанести второй внешний слой. При этом сетка окажется внутри материала. Такой материал обладает высокой прочностью (определяемой прочностью сетки), он сохраняет любую придаваемую ему форму, имеет высокие фильтрационные характеристики. К сетке, кроме того,можно подвести потенциал. Пылеемкость предлагаемого материала выше и срок его эксплуатации до достижения предельного сопротивления больше, чем у материала, изготовленного без участков с пониженной плотностью и упрочняющих дорожек. Для сравнения взят материал, в котором внутренний слой является переходным между двумя внешними и его характеристики(плотность и диаметр волокон) являются средними между характеристиками наружных слоев (как в прототипе). Характеристики внешних слоев сравниваемых материалов и толщина материалов - одинаковые. Пример использования материалов указан в таблице. Характеристика материала Пылеемкость, г/см 3 Срок эксплуатации, до максимального сопротивления, ч Коэффициент пропуска пыли,Заявляемый фильтровальный ма- Материал, изготовленный без териал (плотность разреженных участков с пониженной плотучастков в 4 раза ниже средней ностью укладки волокон и упплотности внешних слоев) рочняющих дорожек 1,85 1,42 2400 Эксперименты показали, что если плотность разреженных участков меньше чем в 2 раза ниже средней плотности внешних слоев, то существенного эффекта по пылеемкости получить не удается, если она более чем в 6 раз ниже средней плотности внешних слоев - происходит слеживание пыли у стенки разреженного участка противоположной входу газа. Предлагаемый фильтровальный материал можно использовать в кондиционерах, в кухонных вытяжках, в покрасочных камерах и т.п. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5