УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЦИОННО-ФИЛЬТРУЮЩИХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ФОРМОВАНИЕМ

Полезная модель относится к области получения нетканых материалов, а именно, к установке для получения сорбционно-фильтрующих нетканых материалов из растворов полимеров и композиций аэродинамическим формованием.
Комбинированные нетканые материалы с комплексом сорбционных и сорбционно-фильтрующих свойств используются для изготовления новых видов респираторов для защиты органов дыхания и защитной одежды для предотвращения повреждения кожного покрова от отравляющих веществ.
Известна установка для получения нетканого материала (авт. свид. СССР 755913, Д04Н 1/56, публ. 15.08.80 г.), состоящая из не менее двух прядильных блоков и дутьевых устройств, позволяющая получать методом аэродинамического формования из расплава полимера нетканые материалы, используемые в качестве фильтрующих материалов.
Недостатком этой установки является ограниченная возможность получения многослойных материалов из-за малого отличия слоев по структуре, в частности, по диаметру волокна, а значит, незначительных отличий площади боковой поверхности формуемых слоев. Кроме того, на этой установке невозможно получать материалы для фильтрации газов и жидкостей, содержащих растворенные вредные вещества. Получаемые многослойные материалы применяют только для фильтрации от механических примесей.
Известна установка для получения нетканых материалов из растворов полимеров (пат. США 3320479, 317-2, публ. 16.05.67 г.), в которой раствор
полимера из коллектора выходит в виде струй, попадает на специальный отражающий экран, снабженный направляющим лотком, совершающим возвратно-поступательное движение по горизонтальной оси и осуществляющим раскладку формирующихся нитей. Дополнительная вытяжка нитей до поступления их на приемный транспортер осуществляется в электрическом поле. Этот патент взят в качестве прототипа.
Недостатком этой установки является то, что высокие градиенты растяжения обеспечиваются в электрических полях с высоким напряжением. Установка очень энергоемка, экономически малоэффективна, не позволяет реализовать получение многослойных нетканых материалов, способных очищать жидкости и газы от растворенных и газообразных примесей.
Известен процесс аэродинамического формования из раствора полимера (А.В.Генис «Структура и свойства волокнистых материалов, полученных аэродинамическим формованием из растворов полимеров». Рос ЗИТЛП, учебное пособие, М. 2005 г., с.3-5).
Процесс состоит из следующих стадий: приготовление прядильного раствора, формование прядильного раствора, вытягивание полученных нитей потоком сжатого воздуха, обработка нитей тонко распыленной осадительной ванной, отмывка растворителя и образование холста на подложке.
Технической задачей настоящей полезной модели является разработка установки для получения нетканых сорбционно-фильтрующих материалов аэродинамическим формованием из растворов полимеров, позволяющей получать многослойные материалы с широким комплексом не только фильтрующих, но и адсорбционных свойств.
Поставленная задача достигается тем, что установка для получения сорбционно-фильтрующих волокнистых материалов из растворов полимеров аэродинамическим формованием содержит узел приготовления прядильных растворов, машину формования с прядильными блоками, узел промывки, сушилку для сушки материала и узел намотки готового нетканого материала, причем узел приготовления прядильных растворов состоит
из 3-5 линий, каждая из которых содержит мерник для подачи растворителя, бункер-дозатор для подачи полимера и наполнителей и аппарат с мешалкой для приготовления растворов полимеров и полимерных композиций, магистрально соединенных с соответствующим прядильным блоком машины формования. Установка дополнительно может содержать узел двустороннего дублирования волокнистого материала ткаными и неткаными материалами, расположенный между сушилкой и узлом намотки готового материала.
Благодаря наличию в данной установке 3-5 линий приготовления прядильных растворов появляется возможность получения многослойных сорбционно-фильтрующих нетканых материалов, состоящих из однородных и разнородных слоев, с большим диапазоном эксплуатационных свойств.
2
Несколько линий приготовления прядильного раствора обеспечивает получение многослойных однородных по структуре, волокнистых материалов с поверхностной плотностью от 400 г/м и более, состоящих из тонких волокон диаметром 10-20 мкм, т.к. в этом случае реализуется техническая возможность осуществления формирования при больших кратностях вытяжки >800 за счет возможности уменьшения начальной скорости истечения раствора из фильеры. Таким образом на практике реализуется возможность получения волокнистых материалов большой поверхностной плотности, состоящих из волокон малого диаметра.
Количество линий приготовления прядильного раствора равное 3-5 является наиболее оптимальным, т.к. при меньшем количестве линий не удается достигнуть требуемых свойств материала, а большое количество линий технологически неоправданно.
Установка позволяет получать волокнистые материалы из различных полимерных растворов, например, сополимеров полиакрилонитрила в диметилформамиде (ДМФ), диметилацетамиде (ДМАА), полиуретана в ДМФ или ДМАА, их смесей, а также из композиционных полимерных растворов,
содержащих активированный уголь, катиониты (КУ-1), аниониты (АВ-17) и др.
Полезная модель иллюстрируется чертежом. На чертеже представлена схема установки.
Установка содержит узел приготовления прядильных растворов и композиций, который состоит из мерников 1.1, 2.1, 3.1, 4.1 для подачи растворителя полимера (ДМФ, ДМАА), бункеров-дозаторов 1.2, 2.2, 3.2, 4.2 для подачи полимеров (сополимеров ПАН, полиуретана) и активного наполнителя (активированный уголь, катионит, анионит и др.). Мерники и бункеры-дозаторы соединены с аппаратами с мешалками для приготовления прядильных растворов 1, 2, 3, 4, которые магистрально через прядильные насосы 1.3, 2.3, 3.3, 4.3 и узлы фильтрации полимерных растворов и композиций 1.4, 2.4, 3.4, 4.4 соединены с формующими прядильными блоками 1.5, 2.5, 3.5, 4.5 машины формования 5.
Каждый из представленных мерников, бункеров-дозаторов, аппаратов с мешалками и формующих блоков образуют одну линию.
Машина формования 5 помимо формующих прядильных блоков содержит сопловые устройства для подачи воздуха, узел подачи осадительной ванны и приемное место волокнистого материала (транспортерная лента) (на схеме не показаны). Машина формования 5 соединена с узлом промывки 6, сушилкой 7 и узлом намотки готового нетканого материала 8. Между сушилкой 7 и узлом намотки 8 в случае необходимости дополнительно содержится узел одностороннего или двустороннего дублирования волокнистого материала ткаными и неткаными материалами, состоящий из бобин дублирующего материала 7.1 и каландра 7.2. Установка содержит узел регенерации растворителя 9 и емкость для осадительной ванны 10.
Узел приготовления прядильных растворов и композиций установки содержит от 3 до 5 аппаратов с мешалкой и, соответственно, мерников и бункеров-дозаторов, в зависимости от необходимых свойств получаемого нетканого материала.
Установка работает следующим образом.
Из мерников 1.1-4.1 растворитель самотеком, а из бункеров-дозаторов 1.2-4.2 полимер и активный наполнитель принудительно поступают в аппараты с мешалкой 1-4 для приготовления прядильных растворов и композиций. Для приготовления растворов используют полимеры и сополимеры акрилонитрила или полиуретана. Растворение полимеров ПАН или полиуретанов в ДМФ или ДМАА проводят при повышенной температуре при перемешивании. Для приготовления полимерной композиции в аппараты 1-4 добавляют катионит, анионит, кремнийуглерод (шелуха риса) или активированный уголь.
Различия в работе установки на этой стадии связаны с необходимостью получения однослойных наполненных волокнистых материалов или получения многослойных материалов, содержащих внутренние угленаполненные или иононаполненные слои и наружные слои из волокнистого материала без наполнителя. В первом случае в аппаратах 1, 2, 3, 4 приготавливают композиционные полимерные растворы различной вязкости с содержанием наполнителя до 400%. Во втором случае в аппаратах 1, 2 приготавливают прядильные растворы, а в аппаратах 3, 4 - прядильные композиции.
Полученные полимерные растворы и прядильные композиции шестеренчатыми насосами 1.3-4.3 через фильтры 1.4-4.4 подают на формующие прядильные блоки 1.5-4.5 машины формования 5. Прядильные блоки совершают возвратно-поступательные движения в направлении перпендикулярном движению транспортерной ленты, на которую принимается формуемое волокно. Струи полимерного раствора или прядильной композиции вытягиваются потоками сжатого воздуха сопловых устройств при кратности 700-2500. Одновременно со сжатым воздухом на прядильные блоки в зону формования подается осадительная ванна, представляющая собой водный раствор ДМФ или ДМАА. Подачу осадительной ванны осуществляют параллельно формуемым струям, выходящим из дутьевых устройств.
Таким образом, процесс растяжения струй раствора сопровождается процессом осаждения полимера и в зависимости от изменения величины вязкости прядильного раствора или композиции, условий вытягивания позволяет формировать в каждом отдельном фильерном блоке нити диаметром от 10 до 50 мкм. Одновременно с вытяжкой нитей происходит их упорядоченная укладка с формированием структуры волокнистого холста на поверхности транспортера. Сформированный таким образом однослойный либо многослойный холст нетканого материала, содержащий наполнитель, поступает в промывную машину 6, где осуществляется его отмывка от растворителя промывной водой, подаваемой по принципу противотока. Отмытый от растворителя холст нетканого материала подают на сушку в сушилку 7, а промывная вода вместе с осадительной ванной из машины формования поступает в узел регенерации растворителя 9. Сушка материала осуществляется в зонной сушилке конвекционного типа 7 путем обдува его потоками подогретого воздуха. Высушенный готовый нетканый материал наматывают в рулон заданного размера в узле намотки 8.
В случае необходимости упрочнения нетканого материала выходящий из сушилки 7 угле- или иононаполненный нетканый материал совмещают с армирующими материалами: нетканым полипропиленовым или полиэфирным, или тканым материалом в узле дублирования 7.1-7.2.
Полезная модель иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Установка для получения многослойных нетканых материалов содержит 3 линии приготовления прядильных растворов. Во всех 3-х аппаратах с мешалками готовят одинаковые прядильные растворы из полиакрилонитрила, ДМФ и активированного угля. Формуют нетканый материал, содержащий 3 одинаковых угленаполненных слоя. Для упрочнения материал пропускают через узел дублирования, где он соединяется с двух сторон с дублерином.
Полученный готовый сорбционно-фильтрующий материал используют для защитной одежды, предохраняющей кожу человека от действия токсичных и ядовитых веществ. Время защитного Действия такого материала составляет до 30 суток.
Пример 2.
Установка содержит 4 линии приготовления прядильных растворов: в первом аппарате с мешалкой готовят раствор полиакрилонитрила в ДМФ, во втором и третьем готовят раствор полиакрилонитрила в ДМФ с наполнителем - активированным углем, причем дисперсность угля в аппаратах разная, в четвертом аппарате готовят раствор полиакрилонитрила с добавкой полиуретана в ДМФ.
Формуют нетканый материал, содержащий 4 разнородных слоя. Благодаря слою материала из полиакрилонитрила и полиуретана, прочность его достаточно высока. Полученный готовый материал используют для изготовления респираторов. Время защитного действия до 60 мин.
Пример 3.
Установка содержит 5 линий приготовления прядильных растворов: в первом и пятом аппаратах с мешалкой готовят растворы полиакрилонитрила в ДМФ, во втором, третьем и четвертом аппаратах готовят растворы полиакрилонитрила с добавкой термообработанной шелухи риса (TШP).
Формуют нетканый материал, содержащий 5 слоев: два наружных слоя из полиакрилонитрила и три внутренних слоя, наполненные ТШР. Наличие в качестве наполнителя ТШР значительно снижает удельный вес материала. За счет проходных пор и микропор наполнителя материал обладает высокой динамической сорбционной емкостью. Высокая сорбция материала и наличие высокой капиллярности за счет присутствия наполнителя позволяет использовать его для очистки воды от нефтепродуктов.
Материал сорбирует нефтепродукты в количестве до 45 кг на 1 кг материала.
Предлагаемая установка для получения сорбционно-фильтрующих нетканых материалов из растворов полимеров или полимерных композиций аэродинамическим формованием позволяет получать многослойные материалы с широким диапазоном свойств, состоящие из однородных и разнородных слоев. Получаемые нетканые материалы отличаются количеством слоев, содержанием волокон различного диаметра и наполнителей с различной степенью измельчения. Слои нетканого материала могут быть изготовлены из различных полимеров.
Введение в полимерный раствор активированного угля, адсорбентов или катализаторов придает нетканым материалам адсорбционные или фильтрующие свойства. Полученные на установке полимерные нетканые материалы в дальнейшем можно использовать для изготовления медицинских изделий, фильтрующих и адсорбционных средств защиты органов дыхания (респираторов), для изготовления защитной одежды от воздействия вредных веществ, для защиты окружающей среды, например, для удаления нефтепродуктов при экологических катастрофах.
Кроме того, в случае получения однородного материала на предлагаемой установке значительно повышается производительность труда.