СОРБИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА НЕФТЕПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для очистки от разлива нефти и нефтепродуктов твердых поверхностей, грунта и железнодорожных полотен, а также для поддержания их в надлежащем состоянии. Заявленная полезная модель представляет собой изделие в виде мата заданного размера, включающее многослойный термоскрепленный экологичный материал на основе синтетических волокон, сорбирующий нефтепродукты в широком диапазоне положительных и отрицательных температур, в условиях природных осадков и ветровом воздействии.
Из уровня техники известно сорбирующее устройство для сбора нефтепродуктов, включающее сорбирующий мат, выполненный из смеси полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, содержащее бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,48 Текс, полиэфирное волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, полипропиленовое волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, причем упомянутая смесь содержит, мас. %:
бикомпонентное волокно - 30,
полиэфирное волокно - 20,
полипропиленовое волокно - 50,
при этом сорбирующий мат частично обернут в упрочняющее покрытие, представляющее собой тканое двухслойное полипропиленовое полотно, края которого подвернуты внутрь мата, образуя складку по периметру устройства, скрепленную упрочняющим швом, причем в складке последовательно выполнены сквозные отверстия для крепления (см. RU №196620, 06.03.2020, прототип).
Известное из уровня техники устройство обеспечивает сорбцию и сбор нефтепродуктов при его использовании на водных поверхностях. Однако использование в известном техническом решении значительной доли (50%) полипропиленовых волокон с большой линейной плотностью 1,7 Текс, не обеспечивает высокую сорбцию нефтепродуктов-загрязнителей при отрицательных температурах, а также делает возможным разрушение полипропиленовых волокон при многократном отжимании материала сорбента ввиду хрупкости полипропиленовых волокон при низких температурах. Кроме того, упрочняющее покрытие, выполненное в виде тканого двухслойного полипропиленового полотна, в некоторой степени препятствует впитыванию нефтепродуктов сорбирующим матом на твердых поверхностях.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка сорбирующего устройства, с устранением недостатков, присущих ближайшему аналогу.
Технический результат, обеспечиваемый заявленной полезной моделью, заключается в увеличении объема и скорости сорбции нефтепродуктов на твердых поверхностях.
Достижение технического результата обеспечивает сорбирующее устройство для сбора нефтепродуктов, включающее сорбирующий мат с упрочняющим покрытием, который выполнен из смеси полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, содержащее бикомпонентное волокно, полиэфирное волокно и полипропиленовое волокно, причем сорбирующий мат дополнительно содержит полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,03, Текс, с допустимым отклонением +/- 4% от указанной величины линейной плотности, а упомянутая смесь полимерных волокон, объединенных в полотно содержит, мас. %:
бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,48 Текс, с допустимым отклонением +/- 8% от указанной величины линейной плотности - 29-31,
полиэфирное волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, с допустимым отклонением +/- 8% от указанной величины линейной плотности - 29-31,
полипропиленовое волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, с допустимым отклонением +/- 8% от указанной величины линейной плотности - 19-21%,
полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,03 Текс, с допустимым отклонением +/- 4% от указанной величины линейной плотности - 19-21,
при этом упрочняющее покрытие выполнено в виде, по меньшей мере, нижней проницаемой оболочки, изготовленной из смеси полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением.
2
3
Согласно заявленной полезной модели, упрочняющее покрытие выполнено в виде верхней и нижней проницаемых оболочек из нетканого материала на основе полиэфирного термоскрепленного волокна, причем каждая оболочка имеет площадь больше площади мата, толщину 0,6-0,8 мм и плотность 40-60 г/м(66-80 кг/м).
Согласно заявленной полезной модели, края упрочняющего покрытия подвернуты внутрь мата, образуя складку по периметру устройства, скрепленную упрочняющим швом, причем в складке последовательно выполнены сквозные отверстия для крепления.
Согласно заявленной полезной модели, нижняя сторона нижней проницаемой оболочки покрыта непроницаемой пленкой, которая совместно с нижней проницаемой оболочкой подвернута в складку, образуя стенки и дно сорбирующего устройства, при этом в донной части непроницаемой пленки выполнены перфорированные отверстия.
2
Согласно заявленной полезной модели, перфорированные отверстия выполнены с возможностью выведения воды после поднятия суммарной высоты воды и нефтепродуктов внутри мата до 8-15 мм, причем перфорированные отверстия выполнены диаметром от 0,3 до 0,4 мм, в количестве 4, 5 отверстий на см, а высота сорбирующего мата составляет от 20 до 30 мм.
Согласно заявленной полезной модели, непроницаемая пленка выполнена на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ), при этом перфорированные отверстия в непроницаемой пленке выполнены горячим способом.
Согласно заявленной полезной модели, с верхней стороны мат имеет гофрированную поверхность.
Согласно заявленной полезной модели, непроницаемая пленка снизу покрыта эластичной сеткой, выполненной из материала на основе полиэфира, которая подвернута в складку совместно с нижней или с нижней и верхней упрочняющими оболочками и непроницаемой пленкой.
Согласно заявленной полезной модели, упрочняющий шов, а также сквозные отверстия скреплены при помощи ультразвуковой сварки.
2
3
Согласно заявленной полезной модели, мат выполнен из нетканого волокнистого полотна с плотностью 300-700 г/м (10-35 кг/м).
Полезная модель поясняется чертежами.
На Фиг. 1 представлен фрагмент сорбирующего устройства в поперечном разрезе.
На Фиг. 2 представлен фрагмент сорбирующего устройства, вид сверху.
2
3
2
3
2
Сорбирующее устройство для сбора нефтепродуктов включает сорбирующий мат 1, выполненный из смеси полимерных волокон, объединенных термическим скреплением в полотно толщиной 20-30 мм, с плотностью 300-700 г/м(10-35 кг/м). Габариты заявленного изделия могут составлять, например, 25×1500×3000 мм. При этом заявленная полезная модель не ограничивается приведенным примером, в связи с чем ее размеры могут иметь незначительные отличия от указанных параметров. Мат 1 с обеих сторон может иметь плоскую поверхность 2. Согласно другому варианту, верхняя сторона мата 1 может иметь гофрированную 3D-поверхность 3, что увеличивает степень сорбции за счет увеличения активной входной поверхности. Полотно мата 1 с обеих сторон (сверху и снизу) или только с одной стороны (снизу) соединено термоспособом с упрочняющей проницаемой нетканой оболочкой 4, выполненной из материала на основе полиэфирного термоскрепленного волокна с плотностью 40 до 60 г/м (66-80 кг/м). Толщина одной упрочняющей оболочки может составлять 0,6-0,8 мм. При этом площадь нижней или каждой, нижней и верхней упрочняющих оболочек 4 больше площади мата 1. Нижняя сторона нижней оболочки покрыта непроницаемой пленкой 8, выполненной, например на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ). Непроницаемая пленка 8 может быть выполнена из другого известного из уровня техники полимера. Согласно заявленной полезной модели, непроницаемая пленка 8 снизу может быть покрыта эластичной сеткой 10, выполненной из материала на основе полиэфира. При этом пленка 8, а также эластичная сетка 10 имеют периметр равный периметру каждой из упрочняющих оболочек 4 (с возможными отклонениями 1-5 мм, согласно производственным допускам) и совместно с ними подвернуты внутрь мата 1, образуя стенки и дно сорбирующего устройства. Увеличенные размеры упрочняющих оболочек 4, пленки 8 и сетки 10 в сравнении с размерами мата 1, позволяют по всему периметру подвернуть их края внутрь изделия внахлест поверхности мата 1 с образованием складки 5. Складка 5 по всему периметру устройства скреплена упрочняющим швом 6, выполненным при помощи ультразвуковой сварки. Причем в складке 5 последовательно выполнены сквозные отверстия 7 для крепления нескольких сорбирующих устройств между собой 5, обеспечивая таким образом покрытие необходимой площади на подлежащей очистке территории. При этом все совмещенные в подвернутой складке слои, в местах образования отверстий 7, скреплены при помощи ультразвуковой сварки. В донной части подвернутой пленки 8, горячим способом выполнены перфорированные отверстия 9 диаметром от 0,3 до 0,4 мм, в количестве 4, 5 отверстий на см. Таким образом отверстия 9 обеспечивают возможность выведения через них воды после поднятия общего уровня жидкости внутри мата на 25-75% от его высоты. В частности, после достижения общего уровня жидкости до 8-15 мм внутри мата, высота которого может составлять 20-30 мм, происходит выведение воды через отверстия 9.
Заявленное сорбирующее устройство может быть уложено на участках подлежащих очистке от загрязнений нефтепродуктами как по отдельности, так и совместно с другими скрепленными между собой сорбирующими устройствами. Например, скрепленные между собой сорбирующие устройства могут быть уложены вдоль железнодорожных путей. При этом, выполняющий в заявленном устройстве функцию сорбента, сорбирующий мат 1 выполнен из смеси полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением.
Согласно заявленной полезной модели, сорбирующий мат содержит смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением, содержащее бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,48 Текс, полиэфирное волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, полипропиленовое волокно с линейной плотностью 1,7 Текс и полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,03, Текс, а упомянутая смесь полимерных волокон, объединенных в полотно содержит, мас. %:
бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,48 Текс, с допустимым отклонением +/- 8% от указанной величины линейной плотности - 29-31,
полиэфирное волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, с допустимым отклонением +/- 8% от указанной величины линейной плотности - 29-31,
полипропиленовое волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, с допустимым отклонением +/- 8% от указанной величины линейной плотности - 19-21,
полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,03 Текс, с допустимым отклонением +/- 4% от указанной величины линейной плотности - 19-21.
В предпочтительном варианте сорбирующий мат содержит смесь полимерных волокон, а именно бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,48 Текс, полиэфирное волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, полипропиленовое волокно с линейной плотностью 1,7 Текс, а также полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,03 Текс, при этом указанная смесь имеет следующие, мас. %:
бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,48 Текс - 30,
полиэфирное волокно с линейной плотностью 1,7 Текс - 30,
полипропиленовое волокно с линейной плотностью 1,7 Текс - 20,
полиэфирное волокно с линейной плотностью 0,03 Текс - 20.
Специалисту будет понятно и очевидно, что строгое массовое содержание в полотне мата 30% бикомпонентного волокна с линейной плотностью 0,48 Текс, 30% полиэфирного волокна с линейной плотностью 1,7 Текс, 20% полипропиленового волокна с линейной плотностью 1,7 Текс и 20% полиэфирного волокна с линейной плотностью 0,03 Текс (при котором достигается максимальные сорбирующие свойства мата), по существу, подразумевает некоторые расхождения, например, с округлением до плюс-минус 1-3% от массового содержания. Высокие сорбирующие свойства устройства будут наблюдаться также и при массовом содержании в полотне мата указанных волокон около указанных величин, а именно, при 29-31% бикомпонентного волокна с линейной плотностью 0,48 Текс, 29-31% полиэфирного волокна с линейной плотностью 1,7 Текс, 19-21% полипропиленового волокна с линейной плотностью 1,7 Текс и 19-21% полиэфирного волокна с линейной плотностью 0,03 Текс (с включением граничных значений в эти диапазоны). Возможные отклонения (+/- 4-8%) в значениях линейной плотности каждого волокна, входящего в состав мата, обусловлены производственными допусками в данной области техники.
2
Согласно заявленной полезной модели, увеличение, в сравнении с прототипом, содержания полиэфирных (ПЭ) волокон способствует повышению прочности (снижению хрупкости) полотна при низких температурах. Одновременно введение ПЭ волокна с линейной плотностью 0,03 Текс позволяет существенно повысить сорбционную способность полотна за счет значительного возрастания суммарного количества капилляров в полотне, а также возрастания молекулярного взаимодействия сорбента с поверхностью волокон (силы Ван-дер-Ваальса), ввиду увеличения контактной поверхности всех входящих в полотно волокон суммарно в 2 раза. Как показывают расчеты на примере мата плотностью 500 г/м, в предлагаемом варианте обеспечивается увеличение суммарной длины волокон мата (а значит и потенциального увеличения его капиллярного эффекта более чем в 7 раз. Это особенно важно при низких температурах характеризующихся пониженной сорбцией нефтепродуктов.
Пример расчета подтверждающего достижение заявленного технического результата.
Суммарная длина каждого из составляющих материал волокон можно определить по формуле 1.
(формула 1),
сум
2
где L - суммарная длина волокна с определенной величиной текс в 1 м материала, м. погонных;
2
Р - вес 1 м, г;
Пр - процентное содержание волокна с определенной величиной текс, %;
T - величина линейной плотности волокна, текс.
2
В соответствии с формулой 1 при плотности мата 500г/м суммарная длина волокон материала прототипа составила 518383 пог. метра, а у предлагаемого варианта материала 3792892 пог. метра.
Суммарная цилиндрическая контактная поверхность всех составляющих материал волокон определялась исходя из их длины и соответствующего диаметра. При этом диаметр волокна в зависимости от величины Текс определялся формулой 2.
(формула 2),
где d - диаметр, мкм;
T - величина линейной плотности волокна, текс;
3
ρ - объемная плотность материала волокна (полиэфира и полипропилена), г/см.
2
2
На основании этих расчетов суммарная контактная поверхность волокон материала прототипа составляет 52,6 м, а предлагаемого материала 101,6 м.
2
3
2
Дополнительно полотно мата с одной стороны (снизу) или с обеих сторон (сверху и снизу) сдублировано термоспособом с упрочняющей проницаемой нетканой оболочкой 4, плотность которой, а также ее площадь превышает плотность и площадь мата. Благодаря соединению мата 1 с упрочняющей проницаемой нетканой подложкой 4 термоспособом увеличивается устойчивость изделия к механическим воздействиям. При этом увеличенная площадь верхней и нижней упрочняющих оболочек, позволяет путем подворачивания их совместно с непроницаемой пленкой 8 и эластичной сеткой 10 в складку, образовать стенки и дно сорбирующего устройства. Оболочка 4 выполнена из материала на основе термоскрепленных полиэфирных волокон, плотность которого составляет от 40 до 60 г/м(66 до 80 кг/м), а толщина каждой оболочки составляет 0,6-0,8 мм. Оболочка 4, выполняя защитную функцию сорбирующего полотна от механических воздействий, за счет своей структуры, является проницаемой для жидкости и обеспечивает сорбцию нефтепродуктов с верхней и нижней стороны мата, что в сравнении с прототипом позволяет повысить скорость и объем сорбирования нефтепродуктов. Оболочка 4 также не создает препятствия для выведения скопившейся воды через перфорированные отверстия 9, выполненные в донной части непроницаемой пленки 8, что также позволяет повысить объем сорбции нефтепродуктов при использовании заявленного устройства в условиях атмосферных осадков. При этом перфорированные отверстия 9 выполнены горячим способом. В случае использования заявленного устройства в условиях атмосферных осадков, при достижении суммарной высоты от 8 до 15 мм скопившегося слоя жидкостей по отношению к высоте мата, составляющей от 20 мм до 30 мм, а именно нижнего слоя скопившихся осадков в виде воды и верхнего слоя сорбированных нефтепродуктов, под действием гидростатического давления осуществляется выведение скопившейся в нижней части мата воды через перфорированные отверстия 9. При этом за счет сил взаимного молекулярного взаимодействия жидких нефтепродуктов с материалом волокон мата 1, основанного на их химическом сродстве (силы Ван-дер-Ваальса) происходит удержание нефтепродуктов в микрополостях мата 1, что способствует полному его заполнению нефтепродуктами в условиях атмосферных осадков. При этом параметры перфорированных отверстий 9, а именно их диаметр 0,3-0,4 мм с плотностью отверстий 4, 5 на см, выбраны с учетом высоты мата 1 от 20 до 30 мм, что способствует накоплению жидкости (нефтепродуктов и воды) внутри мата до определенного уровня (8-15 мм), и только после преодоления которого возможно постепенное выведение воды через отверстия 9. Допустимые колебания уровня нефтепродуктов и воды внутри мата 8-15 мм, после которого происходит выведение воды через отверстия 9, обусловлены возможными различиями в составе сорбируемых нефтепродуктов. Возможность выбора нужной толщины сорбирующего мата обусловлена требованиями заказчика, и может быть увеличена для наиболее загрязненных нефтепродуктами районов, подлежащих очистке. За счет возможности объединения нужного количества матов друг с другом через отверстия 7 и покрытия необходимой площади, подлежащей очистке территории, объем сорбированных нефтепродуктов на очищаемой территории увеличивается кратно количеству матов, благодаря работе каждого, включенного в общую сорбирующую систему мата. Объем сорбированных нефтепродуктов может быть увеличен благодаря выполнению мата 1 с гофрированной поверхностью 3, за счет наращивания активной входной поверхности. Благодаря соединению мата 1 с упрочняющей проницаемой нетканой подложкой 4 термоспособом увеличивается устойчивость изделия к механическим воздействиям. При этом складка 5, образованная подвернутыми внутрь оболочками 4 совместно с пленкой 8 и сеткой 10, скреплена посредством ультразвуковой сварки, что также способствует повышению прочности изделия. Все совмещенные в подвернутой складке слои изделия, в местах образования отверстий 7, также скреплены при помощи ультразвуковой сварки, что обеспечивает устойчивость изделия к деформациям при многократном отжиме. Сетка 10 также усиливает конструкцию устройства. А перфорированные отверстия 9, выполненные горячим способом, образуют спаянные края отверстий, устойчивые к расслаиванию при многократном отжимании мата, что также повышает устойчивость изделия к механическим воздействиям.