ОГНЕСТОЙКИЙ НЕТКАНЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
FIRE-RESISTANT NON-WOVEN FILTERING MATERIAL

Изобретение относится к огнестойким нетканым фильтрующим материалам, предназначенным для очистки от пыли и крупных раскаленных частиц горячих газов, преимущественно воздуха, которые могут быть использованы для изготовления рукавных фильтров, предназначенных для очистки технологических газов в промышленных очистительных установках, применяемых, например, в металлургии.
Известен нетканый фильтрующий материал для очистки горячих газов с температурой до 170ºС, состоящий из волокнистых слоев из полиэфирных волокон и промежуточного каркасного полотна, скрепленных между собой (см. а.с. № SU850152, МПК B01D39/16, 30.07.81 г.). Недостатком этого материала является его относительно низкая термостойкость, что может привести к его возгоранию при использовании в металлургии.
Известен также нетканый фильтрующий материал для очистки горячих газов с температурой до 220ºС, включающий два волокнистых слоя из синтетических волокон с промежуточным каркасным полотном между ними и покровный слой, обращенный к потоку загрязненного газа, расположенный поверх указанных слоев и содержащий металлические волокна. При этом все слои скреплены между собой иглопрокалыванием (патент № RU2101074, МПК В01D 39/00 от 10.01.1998). Равномерное распределение металлических волокон по всей массе этого материала не обеспечивает эффективное искрогашение, что приводит к деструкции материала, снижающей эффективность фильтрации. Кроме того, не исключена возможность возгорания фильтрующего материала.
Среди огнестойких полимерных материалов известен волокнистый углеродный материал, получаемый из полиакрилонитрильного волокна (так называемого ПАН-волокна) (а.с. № SU 1835438, МПК D01F9/22, 23.08.1993). Также известно получение огнестойкого полиакрилонитрильного волокна (так называемого ПАН-волокна) путем ступенчатого нагрева сначала до 200ºС, а затем до 400ºС, который благодаря такой обработке приобретает свойства невоспламеняемости в пламени горелки и удовлетворительные механические показатели (а.с. № SU 138324, МПК D01F, 17.11.1966). Недостатком известных волокон является невысокая прочность и низкая абразивная устойчивость.
Известен нетканый фильтрующий материал для очистки горячих газов, включающий два слоя, содержащих синтетические волокна и каркасное полотно, расположенное между указанными слоями. Все слои скреплены между собой иглопрокалыванием и пропитаны водной дисперсией на основе вермикулита и адгезива до привеса по сухому остатку 4-8 мас.%, в качестве адгезива использован силикат натрия. Одна из наружных поверхностей выполнена гладкой (см. патент № RU2208470, МПК В01D 39/00 от 31.10.2001).
Указанный фильтрующий материал имеет непродолжительный срок службы из-за быстрого забивания его структуры примесями, а также не обладает абразивной устойчивостью, вследствие чего в процессе эксплуатации теряется его фильтрующая способность.
Известен нетканый фильтрующий материал для очистки горячих газов, содержащий каркас и холсты из синтетических волокон, скрепленных между собой посредством иглопрокалывания. Для увеличения срока службы холсты содержат 65-30% синтетических волокон, 30-50% термоусадочных синтетических волокон и 5-20% металлических волокон, а рабочая поверхность имеет полимерное покрытие (а.с. № SU466899, МПК В01D 39/00 от 15.04.1975).
Указанный фильтрующий материал также не обладает абразивной устойчивостью, из-за чего в процессе эксплуатации теряется его фильтрующая способность. Кроме того, в условиях очистки горячих газов, которая сопровождается выделением искр и раскаленных частиц, термостойкость такого материала недостаточна.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является огнестойкий текстильный материал, при получении которого смешивают неокисленное полиакрилонитрильное волокно с термостойким синтетическим волокном, например, метаарамидом, в соотношении от 30/70 до 80/20 соответственно. Полученную смесь подвергают термоокислительной обработке при температуре 240-310ºС в течение 10-180 минут (патент № RU2310701, МПК D1F11/16, D1F6/90, D1F6/54, C09K21/14, 20.11.2007, прототип).
Недостатком данного материала является недостаточная абразивная устойчивость при воздействии на нее горячих искр, брызг, окалине, которые попадают в фильтруемые газы и, как следствие, низкий срок службы материала. При сниженной стойкости к прожигу со временем в процессе эксплуатации в материале происходит увеличение сквозных прожжённых отверстий, в результате чего происходит ухудшение фильтрации.
При создании изобретения решалась задача в улучшении эксплуатационных характеристик термоогнестойкого фильтрующего материала, способного к стабильной эксплуатации при очистке горячих газов с температурой в диапазоне до 230-260ºС с сохранением его прочности и стойкости к истиранию.
Технический результат при использовании заявленного изобретения заключается увеличении срока службы огнестойкого нетканого фильтрующего материала, путем повышения прочности и абразивной стойкости материала с сохранением эффективной фильтрации газообразных сред.
согласно изобретению
2
Указанный технический результат достигается тем, что огнестойкий нетканый фильтрующий материал, выполненный путем смешения волокон преокса и метаарамида в массовом соотношении компонентов, %: от 30/70 до 80/20 соответственно, скрепленных между собой иглопрокалыванием с последующим термическим уплотнением, преимущественно каландрированием, при этом, , поверхность материала со стороны, обращенной к потоку загрязненного газа,  выполнена с образованием в процессе газоопаливания более жесткого покровного слоя, при этом поверхностная плотность обработанного материала составляет 400-550 г/м.
Кроме того, нетканый фильтрующий материал обработан масловодостойкой пропиткой с последующей термостабилизацией.
Кроме того, нетканый фильтрующий материал обработан тефлоновой пропиткой.
Кроме того, нетканый фильтрующий материал выполнен с поверхностным нанесением тефлона.
Кроме того, нетканый фильтрующий материал выполнен двумя слоями, между которыми расположен каркас полотняного переплетения, при этом слои соединены между собой иглопрокалыванием.
Кроме того, каркас выполнен из стекловолокна.
Кроме того, в состав каркаса включены нити из метаарамида или пряжа из метаарамида.
Кроме того, в состав каркаса включены нити из тефлона.
Кроме того, нетканый фильтрующий материал предназначен для пошива фильтровальных рукавов.
Кроме того, нетканый фильтрующий материал предназначен для пошива рабочей одежды.
Нетканые иглопробивные материалы широко используются в качестве фильтрующих материалов и обладают рядом преимуществ по сравнению с текстильными материалами или термоскрепленными неткаными материалами. Основное преимущество иглопробивного материала связано с его трехмерной структурой, обеспечивающей фильтрацию твердых частиц по толщине материала. Также иглопробивной материал обладает относительно низким аэродинамическим и гидравлическим сопротивлением в процессе фильтрации газов. Помимо эффективной фильтрации такие материалы обладают рядом уникальных свойств, таких как малый вес, малая толщина, способность быть включенными в любые композитные материалы.
2
Фильтрующие свойства нетканого материала зависят от его поверхностной плотности. Заявленный нетканый фильтрующий материал обладает высокой поверхностной плотностью в пределах от 400 до 550 г/м, влияющей на его фильтрующую способность (материал задерживает твердые частицы размером более 5 мкм).
Помимо достижения достаточной эффективности фильтрации фильтрующий материал должен обладать хорошими эксплуатационными характеристиками и длительным сроком службы. Исходя из области применения заявленный нетканый фильтрующий материал характеризуется повышенной термоогнестойкостью, поскольку разрабатывался для применения в агрессивных средах, например на ферросплавных заводах, где при фильтрации горячих газов на материал попадает большое количество искр, раскаленных частиц, горящей окалины. В составе нетканого фильтрующего материала использованы недоокисленное полиакрилонитриловое волокно – преокс, обладающее термической стабильностью, химической устойчивостью, электроизоляцией, и сверхпрочное арамидное волокно – метаарамид. Волокна скрепляются между собой иглопрокалыванием. Полученная таким образом структура дополнительно упрочняется динамической обработкой предпочтительно каландром. Для этой цели весь проколотый композит пропускают через аппарат, осуществляющий термическое уплотнение, в процессе которого структура материала уплотняется, поверхность нетканого материала сглаживается от выступающих волокон или концов волокон и происходит частичное или полное закрытие отверстий, проделанных иглами. Такая обработка исключает в процессе эксплуатации забивание фильтрующего материала пылью и инородными частицами, что гарантировано обеспечивает эффективность фильтрации в течение длительного срока.
Последующая обработка нетканого материала газоопаливанием обеспечивает образование более жесткого наружного покровного слоя, который также обеспечивает абразивную стойкость нетканого материала и стойкость к изнашиванию.
Таким образом, по сравнению с известными материалами заявленный материал сохраняет свои высокие фильтрующие характеристики при кратковременном температурном воздействии до 260ºC, обладает стойкостью к прожиганию и высокой абразивной стойкостью. Устранено разрушение структуры нетканого материала в жестких условиях эксплуатации, по сравнению с ранее использовавшимися материалами.
Нетканый фильтрующий материал, выполненный путем смешения в лабазе волокон преокса и метаарамида в массовом соотношении компонентов  от 30/70 до 80/20 соответственно. Полученная смесь выравнивается и подвергается многократным поперечным иглопрокалыванием тех же волокон с помощью игл с зазубринами в несколько проходов. Для получения плоского бесконечного полотна определенной ширины и толщины материал подвергается термическому уплотнению, предпочтительно через каландр, при температуре 220ºС, со скоростью 2-3 м/мин, в результате которого термофиксируется с образованием гладкой поверхности. Таким образом, получается огнестойкое нетканое полотно с высокой прочностью и абразивной стойкостью.
Для дополнительного упрочнения и предотвращения дальнейшей усадки полученное полотно обрабатывают газоопаливанием, при котором одна из сторон полотна проходит над газовыми горелками с образованием более жесткого покровного слоя. В процессе газоопаливания волокна на поверхности полотна подплавляются, исчезает ворсистость, и поверхность приобретает дополнительную жесткость.
Для усиления термостойкости и абразивной устойчивости нетканый фильтрующий материал может быть обработан масловодостойкой пропиткой с последующей термостабилизацией посредством ширильно-сушильного оборудования, благодаря которому ткань получается ровная по ширине, с гладкой поверхностью без засечек и загнутых кромок. Также нетканый фильтрующий материал может быть обработан тефлоновой пропиткой или поверхностным нанесением тефлона.
2
3
2
Пример 1. Огнестойкий нетканый фильтрующий материал из волокон преокса и метаарамида, % масс.: 50/50, шириной 160 см с поверхностной плотностью 400 г/м, воздухонепроницаемостью 77-95 дм/м·с (при подаче фильтруемой газообразной среды под давлением 50 Па) разрывная нагрузка полоски 50*200мм – не менее 570 Н (по длине) и 797 Н (по ширине), удлинение при разрыве – 77 % (по длине) и 81 % (по ширине), термостойкость – длительная 205ºС, кратковременная 230ºС
2
3
2
Пример 2. Огнестойкий нетканый фильтрующий материал из волокон преокса и метаарамида, % масс.: 50/50, шириной 160 см с поверхностной плотностью 550 г/м, воздухонепроницаемостью 86 дм/м·с (при подаче фильтруемой газообразной среды под давлением 50 Па), разрывная нагрузка полоски 50*200мм – не менее 570 Н (по длине) и 797 Н (по ширине), удлинение при разрыве – 77% (по длине) и 81% (по ширине), термостойкость – длительная 205ºС, кратковременная 230ºС.
Для увеличения прочности по основе и утку и уменьшения удлинения нетканый фильтрующий материал выполнен на температуростойком нитевом каркасе полотняного переплетения. Каркас может быть выполнен, например, из стекловолокна. Также каркас может быть выполнен из метаармидной ткани, включающей  нити из метаарамида или пряжу из метаарамида. Также каркас может быть выполнен из тефлоной ткани, включающей нити из тефлона. Между слоями нетканого материала помещается каркас, после чего слои закрепляются иглопробивным способом с двух сторон.
Огнестойкий нетканый фильтрующий материал предназначен для пошива фильтровальных рукавов, а также для пошива рабочей одежды, обеспечивающей защиту человека от теплового воздействия в случае его пребывания в области возгорания, взрыва, сильного теплового облучения.
Огнестойкий нетканый фильтрующий материал вырабатывается на предприятиях текстильной отрасли, перерабатывающих химические и синтетические волокна без перестройки технологического процесса.