Способ скрепления функционального волокнистого материала с нетканой подложкой
METHOD FOR ATTACHMENT OF FUNCTIONAL FIBROUS MATERIAL TO NON-WOVEN SUBSTRATE

Изобретение относится к области получения функциональных композиционных материалов из полимерных волокон, используемых для фильтрации масел, топлив и газов, в специальном текстиле.
Из уровня техники известен способ скрепления различного текстиля и элементов из него с помощью клеевых прокладочных материалов, таких как нетканые термоклеевые паутинки (Бузов Б.А., Алыменкова Н.Д. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство). Москва, Академия, 2004. С. 402). Термоклеевые паутинки могут быть изготовлены из различных термопластичных полимеров, таких как: сополимеры полиамида (RU 2270225 30.01.2004, RU 2229483 05.12.2002, RU 2073042 10.02.1997), полиэфир (SU 1709713 30.07.1994), полиэтилен низкого давления (SU 1766355 07.10.1992), этиленвинилацетат и др.
Недостатками известных составов термоклеевых паутинок является отсутствие адгезии к функциональным материалам из фторполимеров, низкая температура плавления (менее 100°С) и нестойкость к химически и физически агрессивным жидкостям, таким как органические растворители, масла или топлива, что делает невозможным эксплуатацию функциональных материалов, скрепленным этим способом в условиях повышенной температуры или в агрессивных средах.
Известен способ ремонта швейных изделий, который позволяет повысить их качество. В способе закрепление деталей производят клеевой паутинкой или сеткой без подгиба их краев с установкой в углах накладок закрепок, а клеевую паутинку (сетку) выкраивают по шаблону на 1,0 - 2,0 мм больше размера накладных деталей, которые размещают с лица и изнанки друг против друга так, что внутренние детали меньше лицевых по всем срезам на 1 - 2 см, или в соответствии с топографией износа снаружи и изнутри изделия (SU 1402334 15.06.1988).
2
2
Известен также способ клеевого соединения деталей швейных изделий. Способ включает размещение клеевого прокладочного материала между деталями текстильных материалов, горячее прессование и охлаждение. При этом клеевой материал предварительно обрабатывают потоком СО-лазерного излучения мощностью 350 Вт, плотность излучения 5,3 Вт/см, в течение 40 - 45 сек. Изобретение обеспечивает повышение прочности клеевого соединения в 1,5 - 2,05 раза. (RU 2287971 21.02.2005).
2
2
Недостатками известных способов скрепления является значительная поверхностная плотность клеевой паутинки 10 - 30 г/м, которая в несколько раз превышает поверхностную плотность функциональных материалов, например фильтрующих нано- или микроволокнистых материалов, у которых она составляет 0,5 - 5 г/м. При горячем каландрировании клеевая паутинка расплавляется и впитывается в функциональный материал, заполняя собой большинство пор в нем.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения термоклеевого материала на основе фенолформальдегидных смол, полученный методом элетроформования, для создания многослойных композитов. Пористая структура из волокон диаметром 1,5 мкм позволяет термоклеевому материалу надежно скреплять между собой слои композита, сохраняя высокую проницаемость функциональной мембраны из сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида. Использование добавки сшивающего агента - паратолуолсульфокислоты позволяет отверждать клеевой материал после термоскрепления, что придает ему высокую химическую стойкость. Композиционный материал, содержащий отвержденный клеевой материал, может эксплуатироваться в агрессивных средах при температурах до 120°С (М.А. Смульская, А.Г. Фалеев, Ю.Н. Филатов. Термоклеевой материал на основе фенолформальдегидных смол, полученный методом электроформования, для создания многослойных композитов. Химические волокна. - 2016. - № 3. - С. 56-60).
Недостатком данного способа является хрупкость волокон из фенолформальдегиных смол после их отверждения в резит и низкое относительное удлинение при разрыве слоя клеевого материала менее 10%. При этом снижается прочность связи клеевого материала как с подложкой, так и с функциональным материалом, и происходит расслаивание композиционного материала при технологических операциях с ним: перемотке, раскрое, гофрировании.
Задачей настоящего изобретения является получение термохемостойкого прочного эластичного термоклеевого слоя с высокой прочностью связи с нетканой подложкой из полиэфирных волокон и функциональными волокнистыми материалами из различных полимеров при сохранении их проницаемости в композиционном материале.
Поставленная задача решается способом скрепления функционального волокнистого материала с нетканой подложкой, отличающимся тем, что на нетканую подложку из полиэфирных волокон электроформованием наносят термоклеевой слой волокон со средним оптическим диаметром 0,7-3,5 мкм, а затем проводят дублирование с функциональным волокнистым материалом и каландрирование при температуре валов 60-120°С и давлении 0,1-0,4 МПа для скрепления слоев между собой в композиционный материал.
2
Предпочтительно термоклеевой слой получают из раствора смеси фенолформальдегидной смолы резольного типа и метилолполиамидной смолы при их массовом соотношении 30:70 - 85:15 соответственно в этиловом спирте с добавкой бутилацетата в количестве 10-30% от массы растворителя, при общей концентрации формовочного раствора 16-19  мас.% с добавкой поливинилбутираля в количестве 2-7% от массы сухого вещества. При этом поверхностная плотность термоклеевого слоя составляет 0,6 - 4,0 г/м.
Дополнительно, при необходимости отверждения термоклеевого слоя, в раствор вводится добавка сшивающих агентов: паратолуолсульфокислоты в количестве 1-3% от массы сухого вещества и малеиновой кислоты в количестве 1-2% от массы сухого вещества.
2
Предпочтительно также функциональный волокнистый материал представляет собой слой нано- или микроволокон из полимеров или олигомеров или их смесей, выбранных из ряда: винилиденфторид, сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида, полиамид-6, полиамид-66, полиамид-6/66, фенолформальдегидная смола резольного типа с добавкой поливинилбутираля, смесь фенолформальдегидной смолы резольного типа и метилолполиамидной смолы с добавкой поливинилбутираля. При этом средний оптический диаметр волокон функционального материала составляет 0,1-1,2 мкм, поверхностная плотность функционального волокнистого материала составляет 0,3 - 8,0 г/м.
Дополнительно, при необходимости отверждения, перед каландрированием термоклеевой слой подвергают последовательному термостатированию в течение 24 часов при температуре 55°С для удаления из него остаточного растворителя, а затем в течение 35 часов при температуре 65°С для отверждения смол в полимер с линейной структурой. После каландрирования композиционный материал, подвергают последовательному термостатированию в следующем режиме: 24 часа при температуре 90°С; 24 часа при температуре 110°С; 12 часов при температуре 120°С для полного отверждения смол в полимер с трехмерной структурой.
Устройство для получения полимерных волокон по технологии электроформования описано, например, в монографии «Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс) / Под ред. В. Н. Кириченко. - М.: Нефть и газ, 1997. - 298 с.».
Ниже приведены примеры получения композиционных материалов с помощью заявленного способа их характеристики и области применения.
Пример 1
Приготавливают 18,7% раствор, содержащий фенолформальдегидную смолу резольного типа и метилолполиамидную смолу при их массовом соотношении 30:70 с добавкой 2% поливинилбутираля от массы сухого вещества в этиловом спирте с добавкой бутилацетата в количестве 30% от массы растворителя для получения волокон со средним оптическим диаметром 1,3 мкм. Также в раствор добавляются сшивающие агенты: паратолуолсульфокислота в количестве 1 % и малеиновая кислота в количестве 2% от массы сухого вещества. Из приготовленного формовочного раствора проводят электроформование, подавая раствор на формующие элементы.
2
Образующиеся в межэлектродном пространстве волокна под действием электростатического поля укладываются на нетканую подложку из полиэфирных волокон, образуя термоклеевой слой. Скорость перемещения подложки устанавливается соответствующей нанесению волокон с поверхностной плотностью 2 г/м.
2
После проведения электроформования нетканую подложку из полиэфирных волокон с нанесенным на нее термоклеевым слоем дублируют с функциональным микроволокнистым слоем из смеси фенолформальдегидной смолы резольного типа и метилолполиамидной смолы с добавкой поливинилбутираля. Средний оптический диаметр волокон функционального слоя составляет 0,8 мкм, поверхностная плотность - 4 г/м. После дублирования композиционный материал подвергают термостатированию в течение 24 часов при температуре 55°С для удаления остаточного растворителя, а затем в течение 35 часов при температуре 65°С для отверждения смол в полимер с линейной структурой.
После этого композиционный материал каландрируют при температуре валов 110°С и давлении 0,3 МПа для скрепления слоев между собой, а затем подвергают последовательному термостатированию в следующем режиме: 24 часа при температуре 90°С; 24 часов при температуре 110°С; 12 часов при температуре 120°С для полного отверждения смол в полимер с трехмерной структурой.
Полученный композиционный материал может быть использован в составе фильтров для гидравлических масел типа АМГ-10 и др. с номинальной тонкостью фильтрации 5 мкм и эксплуатироваться при температуре среды до 140°С.
Пример 2
Приготавливают 17,4 % раствор, содержащий фенолформальдегидную смолу резольного типа и метилолполиамидную смолу при их массовом соотношении 55:45 с добавкой 4% поливинилбутираля от массы сухого вещества в этиловом спирте, с добавкой бутилацетата в количестве 20% от массы растворителя для получения волокон со средним оптическим диаметром 1 мкм. Из приготовленного формовочного раствора проводят электроформование, подавая раствор на формующие элементы.
2
Образующиеся в межэлектродном пространстве, волокна под действием электростатического поля укладываются на нетканую подложку из полиэфирных волокон, образуя термоклеевой слой. Скорость перемещения подложки устанавливается соответствующей нанесению волокон с поверхностной плотностью 1,5 г/м.
2
После проведения электроформования нетканую подложку из полиэфирных волокон с нанесенным на нее термоклеевым слоем дублируют с функциональным микроволокнистым слоем из сополимера тетрафторэтилена и винилиденфторида. Средний оптический диаметр волокон функционального слоя составляет 0,1 мкм, поверхностная плотность 1,5 г/м. После этого композиционный материал каландрируют при температуре валов 60°С и давлении 0,1 МПа для скрепления слоев между собой.
Полученный композиционный материал может быть использован в качестве аналитического фильтрующего материала с эффективностью 99,99% в виде лент для приборов непрерывного контроля радиоактивных аэрозолей типа УДАС-201 для анализа воздуха, содержащего пары кислот на предприятиях атомной промышленности.
Примеры при других заявленных параметрах способа сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
№ примера
1
2
3
4
5
6
Концентрация формовочного раствора для термоклеевого слоя, % масс.
18,7
17,4
21,5
17,8
17,2
16,0
Соотношение между фенолформальдегидной и метилолполиамидной смолами
30:70
55:45
39:61
68:32
44:56
85:15
Добавка поливинилбутираля, % сухого вещества
2,0
4,0
2,8
4,7
3,1
6,0
Доля бутилацетата от массы растворителя, %
30
20
10
15
30
15
Количество паратолуолсульфокислоты, % сухого вещества
1,0
-
1,1
3,0
1,6
-
Количество малеиновой кислоты, % сухого вещества
2,0
-
1,4
1,0
2,1
-
Поверхностная плотность термоклеевого слоя, г/м<sup>2</sup>
2,0
1,5
0,6
4,0
1,5
2,0
Средний оптический диаметр волокон термоклеевого слоя, мкм
1,3
1,0
3,5
1,4
0,7
0,7
Полимер волокон функционального слоя*
БФ/ПФЭ
Ф-42
БФ
Ф-2
ПА-6
ПА-6/66
Поверхностная плотность функционального слоя, г/м<sup>2</sup>
4,0
1,5
1,0
8,0
2,0
0,3
Средний оптический диаметр волокон функционального слоя, мкм
0,8
0,1
1,2
0,25
0,2
0,1
Температура валов каландра, °С
110
60
115
120
105
60
Давление на валах каландра, МПа
0,3
0,1
0,4
0,4
0,4
0,4
* Винилиденфторид (Ф-2); сополимер тетрафторэтилена и винилиденфторида (Ф-42); полиамид-6 (ПА-6), полиамид-66 (ПА-66), полиамид-6/66 (ПА-6/66), фенолформальдегидная смола резольного типа с добавкой поливинилбутираля (БФ), смесь фенолформальдегидной смолы резольного типа и метилолполиамидной смолы с добавкой поливинилбутираля (БФ/ПФЭ)
Примеры применения композиционных материалов, полученных с помощью заявленного способа по примерам из таблицы 1, сведены в таблицу 2.
Таблица 2.
№ примера по таблице 1
Область применения композиционного материала
1
Композиционный материал может быть использован в составе фильтров для гидравлических масел типа АМГ и др. с номинальной тонкостью фильтрации 5 мкм и эксплуатироваться при температуре среды до 140°С.
2
Композиционный материал может быть использован в качестве аналитического фильтрующего материала с эффективностью 99,99% в виде лент для приборов непрерывного контроля радиоактивных аэрозолей типа УДАС-201 для анализа воздуха, содержащего пары кислот на предприятиях атомной промышленности.
3
Композиционный материал может быть использован в составе фильтров для гидравлических масел типа АМГ-10 и др. с номинальной тонкостью фильтрации 15 мкм и эксплуатироваться при температуре среды до 140°С.
4
Композиционный материал может быть использован в качестве мембранного слоя для специального текстиля с паропроницаемостью более 3000 г/м<sup>2</sup>·сут, водоупорностью 8 м вод. ст. и эффективностью фильтрации аэрозолей более 99,999 %.
5
Композиционный материал может быть использован в составе фильтров для реактивного топлива ТС-1 с номинальной тонкостью фильтрации 1 мкм и эксплуатироваться при температуре среды до 140°С.
6
Композиционный материал может быть использован в качестве аналитического фильтрующего материала с эффективностью 99% в виде лент для приборов непрерывного контроля радиоактивных аэрозолей типа УДА-1АБ или фильтров типа АФА-РСП для анализа воздуха на предприятиях атомной промышленности.