RU2039137C1 - Method of producing unwoven material - Google Patents

Abstract

FIELD: protection against chemical pollutions. SUBSTANCE: microfibers are pulled away from polymeric melt. Then the microfibers are put down into linen formed continuously at the receiving part of the shell. Solid particles of ion-exchange filler are introduced and the linen got is pulled out to have ion-exchange filler inside. Then the linen is compacted in roller press and ready material is wound. In this case the microfibers pulled out are put down onto the internal surface of the linen being under forming continuously through all its perimeter The linen is compacted in roller press before winding at the temperature of softening of polymeric material. Natural compounds are used as ion-exchange filler or ion-exchange synthetic gums. Polypropylene is used as polymeric material. EFFECT: improved efficiency. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нетканым материалам, формуемым аэродинамическим методом из расплава полимера, в частности к способу получения нетканого материала с ионообменным наполнителем, и может быть использовано в производстве противопылевых респираторов или защитных масок при очистке воздуха от радиоактивных частиц и аэрозолей, а также для производства противогазов и других защитных средств общего применения. The invention relates to non-woven materials formed by the aerodynamic method from a polymer melt, in particular to a method for producing non-woven material with ion-exchange filler, and can be used in the manufacture of dust masks or protective masks when cleaning air from radioactive particles and aerosols, as well as for the production of gas masks and other protective equipment for general use.

Известен способ изготовления нетканого фильтровального материала, при котором электрудируют волокнообразующий полимерный материал в виде потока волокна в жидкой среде, утоняют выпрядаемые микроволокна высокоскоростным плоским потоком газа, укладывают послойно микроволокна на наружную поверхность технологической оправки, перед укладкой еще незатвердевших микроволокон вводят в пучок выпрядаемых микроволокон твердых частиц ионообменного наполнителя и после укладки их в слоистую структуру фильтровального материала воздействуют прикаточным валиком (патент США N 3904798, кл. D 04 H 1/04, 1973). A known method of manufacturing a non-woven filter material, in which the fiber-forming polymer material is electrified in the form of a fiber stream in a liquid medium, the spun microfibers are thinned with a high-speed flat gas flow, the microfibers are layered on the outer surface of the technological mandrel, and before laying the still solidified microfibers, solid particles are introduced into the bundle of spun microfibers ion-exchange filler and after laying them in the layered structure of the filter material act the uterine roller (US patent N 3904798, CL D 04 H 1/04, 1973).

Однако вырабатываемый известным способом материал обладает невысокими эксплуатационными свойствами вследствие высокой плотности упаковки микроволокон, что приводит к повышенному гидравлическому сопротивлению материала при фильтровании воздуха в респираторных устройствах, а также низкой эффективности способа вследствие потерь ионообменного наполнителя при введении его в пучок выпрядаемых микроволокон, укладываемых на наружную поверхность технологической оправки. Причем, чем легче по весу применяемые частицы ионообменного наполнителя, тем больше величина технологических потерь из-за уноса частиц высокоскоростным потоком газа. However, the material produced in a known manner has low operational properties due to the high packing density of microfibers, which leads to increased hydraulic resistance of the material when filtering air in respiratory devices, as well as low efficiency of the method due to losses of the ion-exchange filler when introduced into a bundle of spun microfibers laid on the outer surface technological mandrel. Moreover, the lighter the weight of the used particles of the ion-exchange filler, the greater the value of technological losses due to the entrainment of particles by a high-speed gas stream.

Для улучшения эксплуатационных свойств известен способ изготовления нетканого материала, при котором выпрядают пучок волокон из расплава полимера, вводят твердые частицы ионообменного наполнителя в пучок волокон после затвердения волокон перед укладкой их на приемную поверхность, а в качестве твердых частиц используют частицы активированного угля, окиси алюминия, а в качестве полимерного материала используют полиэтилен (патент СССР N 1142007, кл. D 04 H 3/00, 1985). To improve operational properties, there is a known method of manufacturing a nonwoven material, in which a fiber bundle is straightened out from a polymer melt, solid particles of an ion-exchange filler are introduced into the fiber bundle after the fibers have solidified before laying them on the receiving surface, and particles of activated carbon, aluminum oxide, are used as solid particles. and polyethylene is used as the polymeric material (USSR patent N 1142007, class D 04 H 3/00, 1985).

Однако известный способ, принятый за прототип по количеству сходных признаков, характеризуется низкой эффективностью, обусловлен определенными потерями ионообменного наполнителя в процессе введения твердых частиц в высокоскоростной поток выпрядаемых волокон. Кроме того, способ отличается большими расходами сжатого газа, необходимого для внедрения транспортируемых твердых частиц в пучок волокон, представляющий плоскую проекцию в пространстве, что также снижает эффективность известного способа, а введение твердых частиц, в особенности мелкой фракции, и укладка на наружной поверхности оправки или приемной поверхности приводит к технологической запыленности производственной атмосферы этими частицами и требует дополнительных затрат для осуществления мероприятий по снижению запыленности, что также снижает эффективность способа. However, the known method, adopted as a prototype in terms of the number of similar features, is characterized by low efficiency, due to certain losses of the ion-exchange filler in the process of introducing solid particles into a high-speed stream of spinning fibers. In addition, the method is characterized by high consumption of compressed gas necessary for introducing the transported solid particles into the fiber bundle, representing a flat projection in space, which also reduces the efficiency of the known method, and the introduction of solid particles, especially a fine fraction, and laying on the outer surface of the mandrel or the receiving surface leads to technological dustiness of the production atmosphere with these particles and requires additional costs for the implementation of measures to reduce dustiness, h about also reduces the efficiency of the process.

Цель изобретения повышение эффективности способа путем снижения потерь ионообменного наполнителя. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the method by reducing the loss of ion-exchange filler.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе, согласно изобретению, выпрядаемые микроволокна укладываются на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки по ее периметру при температуре плавления полимерного материала и после укладки микроволокон вводят твердые частицы наполнителя на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста по его периметру, а перед наматыванием готового нетканого материала сформованный холст с размещенным внутри наполнителем прессуют в валковом прессе при температуре размягчения полимерного материала. Кроме того, в качестве полимерного материала используют полипропилен, а в качестве ионообменного наполнителя используют природные цеолиты или синтетические ионообменные смолы, температура плавления которых превышают температуру размягчения полимерного материала. This goal is achieved by the fact that in the proposed method, according to the invention, the spun microfibers are laid on the inner surface of the stationary technological mandrel along its perimeter at the melting temperature of the polymer material and after laying the microfibers, solid filler particles are introduced onto the inner surface of the continuously formed canvas along its perimeter, and before by winding the finished nonwoven material, the formed canvas with the filler placed inside is pressed in a roller press at a temperature of softening polymer material. In addition, polypropylene is used as the polymeric material, and natural zeolites or synthetic ion-exchange resins, the melting temperature of which exceed the softening temperature of the polymeric material, are used as the ion-exchange filler.

Введение в предложенный способ нового существенного отличительного признака, заключающегося в том, что "выпрядаемые микроволокна укладывают на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки по ее периметру при температуре плавления полимерного материала", позволяет сформовать холст в виде непрерывного рукава с заданным размером пор. При этом указанные в процессе температуры обуславливают самосвязывание выпрядаемых микроволокон в пористую самоподдерживающую структуру холста с размерами пор, меньшими, чем размер вводимых частиц наполнителя, что исключает его потери. An introduction to the proposed method of a new significant distinguishing feature, namely, that "spun microfibers are laid on the inner surface of a stationary technological mandrel along its perimeter at the melting temperature of the polymer material", allows you to form the canvas in the form of a continuous sleeve with a given pore size. Moreover, the temperatures indicated in the process determine the self-binding of the spun microfibers into a porous self-supporting structure of the canvas with pore sizes smaller than the size of the introduced particles of the filler, which eliminates its loss.

Введение второго существенного отличительного признака, заключающегося в том, что "после укладки микроволокон вводят твердые частицы наполнителя на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста по его периметру", обуславливает в предложенном способе гарантированное размещение частиц наполнителя внутри пористого рукава, причем независимо от изменяющегося размера частиц наполнителя и его дисперсии, исключается возможность запыления производственной атмосферы, а все мелкодисперсные частицы улавливаются в процессе и осаждаются на внутренней поверхности пористого нетканого холста в форме рукава, что обуславливает возникновение неожиданного положительного эффекта по сравнению с прототипом. При этом процентное соотношение вводимых твердых частиц и полимерных микроволокон регулируется скоростью вытягиваемого формуемого холста, что обуславливает повышение эффективности способа и уменьшает потери ионообменного наполнителя. The introduction of the second significant distinguishing feature, which consists in the fact that “after laying microfibers, solid filler particles are introduced onto the inner surface of the continuously formed canvas along its perimeter”, in the proposed method, the guaranteed placement of filler particles inside the porous sleeve is ensured, regardless of the varying size of the filler particles and its dispersion, the possibility of dusting of the production atmosphere is excluded, and all fine particles are captured in the process and precipitated on the inner surface of the porous nonwoven web in the form of a sleeve, which causes the occurrence of an unexpected positive effect in comparison with the prototype. In this case, the percentage ratio of injected solid particles and polymer microfibers is controlled by the speed of the extruded molded canvas, which leads to an increase in the efficiency of the method and reduces the loss of ion-exchange filler.

Введение третьего существенного отличительного признака, а именно: "перед наматыванием готового нетканого материала сформованный холст с ионообменным наполнителем прессуют в валковом прессе при температуре размягчения полимерного материала", обуславливает в изобретении термофиксацию материала в виде плоского слоистого холста с двумя наружными гигиеническими слоями из мягких полимерных микроволокон, а также обеспечивает вдавливание и внедрение твердых частиц в структуру нетканого материала, что снижает потери наполнителя и улучшает гигиенические свойства нетканого материала. Применение природных цеолитов расширяет диапазон сорбируемых химических загрязнений и упрощает проведение процесса за счет их высокой температуры плавления, а применение полипропилена позволяет получать супертонкие, менее 5 мкм, полимерные микроволокна. The introduction of the third significant distinguishing feature, namely: "before winding the finished non-woven material, a molded canvas with an ion-exchange filler is pressed in a roller press at a softening temperature of the polymer material", causes the invention to heat-fix the material in the form of a flat layered canvas with two external hygienic layers of soft polymer microfibers , and also provides the indentation and incorporation of solid particles into the structure of the nonwoven material, which reduces the loss of filler and improves t hygienic properties of the nonwoven fabric. The use of natural zeolites extends the range of adsorbed chemical contaminants and simplifies the process due to their high melting point, and the use of polypropylene allows to obtain superthin, less than 5 microns, polymer microfibers.

На фиг.1 представлено устройство в вертикальной проекции для проведения операций процесса; на фиг.2 то же, в горизонтальной проекции. Figure 1 shows a device in vertical projection for carrying out process operations; figure 2 is the same in horizontal projection.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Гранулы полимерного материала помещаются в экструдер и расплавляются до температуры текучести полимерного материала, а затем выдавливаются через множество отверстий кольцевой прядильной головки 1. Одновременно в прядильную головку 1 подается нагретый до температуры плавления полимерного материала сжатый очищенный воздух, под воздействием которого выпрядается кольцевой пучок микроволокон 2. Выпрядаемые микроволокна укладываются на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки 3. В связи с использованием в процессе кольцевой головки 1, у которой волокнообразующие каналы расположены по окружности, выпрядаемые микроволокна укладывают по периметру технологической оправки и получают нетканый материал в виде непрерывного рукава. При этом в пространстве между поверхностью головки и внутренней поверхностью технологической оправки в закрытом пространстве микроволокна охлаждаются до температуры ниже температуры текучести, укладку микроволокон производят при температуре плавления полимерного материала, при которой образуется самосвязанная волокнистого холста. The granules of the polymer material are placed in the extruder and melted to the pour point of the polymer material, and then squeezed out through the many holes of the ring spinning head 1. At the same time, compressed purified air heated to the melting temperature of the polymer material is fed into the spinning head 1, under the influence of which the ring bundle of microfibers 2 is straightened. The rectified microfibers are laid on the inner surface of the stationary technological mandrel 3. In connection with the use in the process tsevoy head 1, in which the fiber-forming channels arranged circumferentially vypryadaemye microfibers are laid on the perimeter of the mandrel and the process produced a nonwoven fabric as a continuous sleeve. At the same time, in the space between the head surface and the inner surface of the technological mandrel in the enclosed space, the microfibers are cooled to a temperature below the pour point, the microfibers are laid at the melting temperature of the polymer material, at which a self-bonded fibrous canvas is formed.

После укладки микроволокон в непрерывно формуемый холст в виде рукава, который непрерывно вытягивают вдоль технологической оправки, вводят твердые частицы наполнителя при помощи кольцевой головки 4, в которую подаются предварительно отсеянные твердые частицы ионообменного наполнителя, например, природных цеолитов или ионообменных синтетических смол. After laying the microfibers in a continuously formed canvas in the form of a sleeve that is continuously stretched along the technological mandrel, solid filler particles are introduced using an annular head 4 into which pre-screened solid particles of an ion-exchange filler, for example, natural zeolites or ion-exchange synthetic resins, are fed.

При этом твердые частицы наполнителя вводят на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста в виде рукава по его периметру при помощи сжатого воздуха, вводимого совместно с твердыми частицами. Под действием истекающего из головки 4 воздуха частицы в замкнутом пространстве осаждаются внутри рукава, что исключает потери ионообменного наполнителя, а очищенный от мелкодисперсной пыли воздух через пористую структуру холста поступает в производственную атмосферу, обеспечивая тем самым высокую экологичность предложенного способа. Регулирование процентного соотношения твердых частиц и микроволокон осуществляется скоростью вытягивания формуемого холста вдоль технологической оправки. In this case, the solid particles of the filler are introduced onto the inner surface of the continuously formed canvas in the form of a sleeve along its perimeter with the help of compressed air introduced together with the solid particles. Under the action of air flowing from the head 4, particles in a confined space are deposited inside the sleeve, which eliminates the loss of ion-exchange filler, and the air purified from fine dust enters the production atmosphere through the porous canvas structure, thereby ensuring high environmental friendliness of the proposed method. The percentage of solid particles and microfibers is controlled by the speed of drawing the formed canvas along the technological mandrel.

Сформованный холст с двумя наружными гигиеническими слоями из полимерных микроволокон и размещенным внутри слоем твердых частиц ионообменного наполнителя вытягивается и одновременно прессуется в вертикальном направлении в валковом прессе 5 при температуре поверхности валков, равной температуре размягчения полимерного материала. Под воздействием усилия валкового пресса 5 происходит уплотнение твердых частиц и внедрение их в структуру волокнистого холста, что предотвращает потери наполнителя при эксплуатации и улучшает фильтрационные характеристики получаемого нетканого материала. The molded canvas with two external hygienic layers of polymer microfibers and a layer of solid particles of ion-exchange filler placed inside is stretched and simultaneously pressed vertically in the roller press 5 at a surface temperature of the rolls equal to the softening temperature of the polymer material. Under the influence of the force of the roller press 5, solid particles are densified and incorporated into the structure of the fibrous canvas, which prevents the loss of filler during operation and improves the filtration characteristics of the resulting non-woven material.

После прессования готовый материал непрерывно поступает на приемное устройство 8, в котором он наматывается в рулон, а затем упаковывается известным способом. After pressing, the finished material is continuously fed to the receiving device 8, in which it is wound into a roll, and then packaged in a known manner.

П р и м е р. Полипропилен марки 21180-16 нагревали в шнековом экструдере типа П2-32х25 до температуры 270^оС, а затем через множество отверстий диаметром 0,3 мм, расположенных по окружности кольцевой головки 1, выдавливали (экструдировали) внутрь технологической оправки 3. Одновременно в головку 1 подавали очищенный сжатый воздух, нагретый до температуры 170^оС со скоростью 200 м/с. Полученные микроволокна со средним диаметром 3 мкм укладывали на внутреннюю поверхность оправки, а затем сформованный холст в виде рукава наматывали на приемное устройство со скоростью 1 м/мин. После укладки микроволокон в холст в виде рукава через головку 4 подавали опись воздуха с твердыми частицами со средним размером 10 мкм природного цеолита, которые укладывали на внутреннюю поверхность формуемого холста. Полученный таким образом нетканый материал вытягивали и прессовали при усилении 100 кг в валковом прессе при температуре 130^оС, а затем готовый материал наматывали в рулон на приемное устройство. Полученный материал характеризовался гидравлическими сопротивлением 10 мм водн. столба, а содержание твердых частиц составило 45% При этом полностью отсутствовали потери ионообменного наполнителя и отсутствовала запыленность атмосферы.PRI me R. Polypropylene mark 21180-16 heated in a screw extruder type P2-32h25 to a temperature ^of 270 C and then through a plurality of holes of 0.3 mm diameter located in the circular circumference of the head 1, extruded (extruded) into technological mandrel 3. Simultaneously, the head 1 fed purified compressed air heated to a temperature ^of 170 C at a speed of 200 m / s. The resulting microfibers with an average diameter of 3 μm were laid on the inner surface of the mandrel, and then a molded canvas in the form of a sleeve was wound on a receiving device at a speed of 1 m / min. After laying the microfibers in the canvas in the form of a sleeve through the head 4, an air inventory with solid particles with an average size of 10 μm of natural zeolite was applied, which was laid on the inner surface of the formed canvas. Thus obtained non-woven material was pulled and pressed with a gain of 100 kg in a roller press at a temperature of 130 ^about C, and then the finished material was wound into a roll on the receiving device. The resulting material was characterized by a hydraulic resistance of 10 mm aq. column, and the solids content was 45%. At the same time, there was no loss of ion-exchange filler and no dustiness of the atmosphere.

Полученный материал сорбировал пары толуола. The resulting material sorbed toluene vapors.

Claims (4)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА, при котором выпрядают пучок микроволокон из расплава полимера, укладывают непрерывно в холст на приемную поверхность технологической оправки, вводят твердые частицы, вытягивают сформованный холст и наматывают его на приемное устройство, отличающийся тем, что выпрядаемые микроволокна укладывают на внутреннюю поверхность неподвижной технологической оправки по ее периметру, после укладки микроволокон вводят твердые частицы на внутреннюю поверхность непрерывно формуемого холста по его периметру, а перед наматыванием холста его прессуют в валковом прессе при температуре размягчения полимерного материала. 1. A METHOD OF PRODUCING A NONWOVEN MATERIAL, in which a microfibre beam is straightened out from a polymer melt, continuously placed on a canvas on the receiving surface of the technological mandrel, solid particles are introduced, the formed canvas is pulled and wound on a receiving device, characterized in that the spun microfibers are laid on the inner surface fixed technological mandrel along its perimeter, after laying microfibers injected solid particles on the inner surface of a continuously formed canvas along its perimeter , and before winding the canvas, it is pressed in a roller press at a softening temperature of the polymer material. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного материала используется полипропилен. 2. The method according to claim 1, characterized in that polypropylene is used as the polymeric material. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используются природные цеолиты. 3. The method according to claim 1, characterized in that natural zeolites are used as solid particles. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве твердых частиц используются ионообменные смолы, температура плавления которых превышает температуру размягчения полимерного материала. 4. The method according to claim 3, characterized in that ion-exchange resins are used as solid particles, the melting temperature of which exceeds the softening temperature of the polymer material.

Images