RU2668446C1 - Installation for obtaining sorption filtering nonwoven materials with improved properties from polymer solutions by method of aerodynamic formation - Google Patents

Abstract

FIELD: non-woven materials.SUBSTANCE: invention relates to the production of nonwoven materials, namely to an apparatus for producing multi-layer sorption-filtering composite nonwoven materials from polymer solutions by aerodynamic formation. Device for obtaining sorption-filtering non-woven materials from polymer solutions by aerodynamic formation includes a unit for the preparation of spinning solutions, a forming machine with spinning blocks, a washing unit, a dryer for drying the material, and a winding assembly of the finished nonwoven, and includes a system for preventing the pressure pulsation of the spinning liquor supplied to the mold blocks, maintaining the ratio of the maximum spinneret drawing and the minimum spinneret drawing to not more than 1.04, the laying device providing a ratio of the speed of the spinning blocks relative to the speed of the conveyor in the range from 16 to 80, a washing unit equipped with a solvent washing system with water by counterflow and additional circulation circuits, a three-section dryer for dehumidifying the ratio of the set temperature of the first section to the second of 1.2 to 1.3 and the temperature of the second section to the third of 1.3 to 1.4, where the material can be obtained in one step.EFFECT: installation for obtaining sorption-filtering non-woven materials from polymer solutions is proposed.1 cl, 3 ex, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области получения нетканых материалов, а именно, к установке для получения многослойных сорбционно-фильтрующих композиционных нетканых материалов из растворов полимеров аэродинамическим формованием. Современные сорбционно-фильтрующие материалы имеют достаточную толщину рабочего слоя, являются так называемыми эластичными сорбентами, выполненными в виде тканей и нетканых материалов, содержащих различные твердые наполнители.The invention relates to the field of non-woven materials, namely, to a plant for producing multilayer sorption-filtering composite non-woven materials from polymer solutions by aerodynamic molding. Modern sorption-filtering materials have a sufficient thickness of the working layer, are the so-called elastic sorbents made in the form of fabrics and non-woven materials containing various solid fillers.

Известна установка для получения нетканого материала (авт. свид. СССР 755913, ДО4Н 1/56, опубл. 15.08.1980 г.), состоящая из не менее двух прядильных блоков и дутьевых устройств, позволяющая получать методом аэродинамического формовании из расплава полимера нетканые материалы, используемые в качестве фильтрующих материалов.A known installation for producing non-woven material (ed. Certificate of the USSR 755913, DO4N 1/56, publ. 08/15/1980), consisting of at least two spinning blocks and blowing devices, allowing to obtain non-woven materials from the melt of the polymer by aerodynamic molding used as filter materials.

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.The disadvantage of this installation is the limited ability to obtain multilayer materials due to the small differences in the layers of the structure, in particular, in the diameter of the fiber, and therefore, insignificant differences in the lateral surface area of the formed layers. In addition, it is impossible to obtain materials for filtering gases and liquids containing dissolved harmful substances in this installation. The resulting multilayer materials are used only for filtering from mechanical impurities.

Известна установка для получения нетканых материалов из растворов полимеров (пат. США 3320479, 317-2, опубл. 16.05.1967 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.A known installation for producing non-woven materials from polymer solutions (US Pat. US 3320479, 317-2, publ. May 16, 1967), in which the polymer solution from the collector comes in the form of jets, falls on a special reflective screen equipped with a guide tray, making reciprocating movement along the horizontal axis and arranging the forming threads. Additional stretching of the threads before they arrive at the receiving conveyor is carried out in an electric field.

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.The disadvantage of this setup is that high tensile gradients are provided in high voltage electric fields. The installation is very energy-intensive, economically inefficient, does not allow to obtain multilayer non-woven materials capable of purifying liquids and gases from dissolved and gaseous impurities.

Известна установка для получения сорбционно-фильтрующих волокнистых материалов из растворов полимеров аэродинамическим формованием (пат. РФ 62931, Д04Н 3/16, опубл. 10.05.2007 г.), позволяющая получать многослойные материалы с широким комплексом фильтрующих и сорбирующих свойств. Указанный патент взят в качестве прототипа.A known installation for producing sorption-filtering fibrous materials from polymer solutions by aerodynamic molding (US Pat. RF 62931, D04N 3/16, publ. 10.05.2007), which allows to obtain multilayer materials with a wide range of filtering and sorbing properties. The specified patent is taken as a prototype.

Установка содержит систему приготовления прядильных растворов и суспензий на их основе, машину формования с движущимися прядильными блоками, формирующими волокнистый холст на транспортере, промывочную машину, сушилку для сушки материала и узел намотки готового материала. Наличие в данной установке 3-5 линий приготовления прядильных растворов, магистрально соединенных с соответствующими прядильными блоками, дает возможность получать многослойные сорбционно-фильтрующие материалы, состоящие из однородных, либо разнородных слоев.The installation comprises a system for preparing spinning solutions and suspensions based on them, a molding machine with moving spinning blocks forming a fibrous web on a conveyor, a washing machine, a dryer for drying the material, and a winding unit for the finished material. The presence in this installation of 3-5 lines for the preparation of spinning solutions, which are backbone connected to the corresponding spinning blocks, makes it possible to obtain multilayer sorption-filtering materials consisting of homogeneous or heterogeneous layers.

Основной недостаток данной установки состоит в том, что предложенная технологическая схема, конструктивные решения составляющих узлов и систем не обеспечивают возможность получения однородных по структуре и поверхностной плотности составных слоев, входящих в многослойные композиционные нетканые материалы (МКНМ). В результате для сохранения защитных свойств МКНМ выпускаются с повышенной поверхностной плотностью 400-600 г/м².The main disadvantage of this installation is that the proposed technological scheme, structural solutions of the components and systems do not provide the ability to obtain homogeneous in structure and surface density of the composite layers included in multilayer composite nonwoven materials (MKNM). As a result, to maintain the protective properties of MISPs, they are available with an increased surface density of 400-600 g / m ² .

С другой стороны, для использования многослойных эластичных сорбентов в средствах защиты выдвигаются требования по ограничению их толщины и поверхностной плотности.On the other hand, for the use of multilayer elastic sorbents in protective equipment, requirements are put forward to limit their thickness and surface density.

Кроме того, в рассматриваемой установке наличие больших величин коэффициента вариации кратности вытяжки нитей в процессе формования (до 7%) и использование крупнодисперсных наполнителей со средним диаметром частиц 60-80 мкм в составе эластического сорбента дополнительно затрудняет получение волокнистых холстов низкой поверхностной плотности с диаметром волокон 10-20 мкм. Это в значительной степени уменьшает сорбционную активность таких материалов.In addition, in the installation under consideration, the presence of large values of the coefficient of variation of the ratio of the stretching of the threads during molding (up to 7%) and the use of coarse fillers with an average particle diameter of 60-80 microns as part of an elastic sorbent further complicates the preparation of fibrous canvases of low surface density with a fiber diameter of 10 -20 microns. This greatly reduces the sorption activity of such materials.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка установки для получения сорбционно-фильтрующих нетканых материалов с улучшенными свойствами из растворов полимеров методом аэродинамического формования, позволяющей получать композиционные многослойные нетканые сорбционно-фильтрующие материалы, которые образованы из составляющих слоев, содержащих разные или идентичные наполнители в каждом из них, в одну стадию.An object of the present invention is to develop an apparatus for producing sorption-filtering non-woven materials with improved properties from polymer solutions by aerodynamic molding, which allows to obtain composite multilayer non-woven sorption-filtering materials that are formed from constituent layers containing different or identical fillers in each of them, in one stage.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что установка для получения сорбционно-фильтрующих нетканых материалов из растворов полимеров методом аэродинамического формования, содержащая узел приготовления прядильных растворов, машину формования с прядильными блоками, узел промывки, сушилку для сушки материала и узел намотки готового нетканого материала, включает в себя систему предотвращения пульсации давления прядильного раствора, подаваемого на формовочные блоки, сохраняющую отношение максимальной фильерной вытяжки и минимальной фильерной вытяжки не более 1,04, раскладочное устройство, обеспечивающее отношение скорости движения прядильных блоков относительно скорости движения транспортера в пределах от 16 до 80, узел промывки, оснащенный системой отмывки растворителя водой методом противотока и дополнительными циркуляционными контурами, трехсекционную сушилку для удаления влаги с отношением установленной температуры первой секции ко второй от 1,2 до 1,3, а температуры второй секции к третьей от 1,3 до 1,4, при этом материал может быть получен в одну стадию.The solution of the technical problem is provided by the fact that the installation for producing sorption-filtering non-woven materials from polymer solutions by the method of aerodynamic molding, comprising a unit for preparing spinning solutions, a spinning machine with spinning units, a washing unit, a dryer for drying the material and a winding unit for the finished non-woven material, includes a system to prevent pulsation of the pressure of the spinning solution supplied to the molding blocks, preserving the ratio of the maximum die in drafts and a minimum die drawing no more than 1.04, a folding device providing a ratio of spinning unit motion speed relative to the conveyor speed ranging from 16 to 80, a washing unit equipped with a solvent-based water washing system with a counterflow method and additional circulation circuits, a three-section dryer for removal moisture with the ratio of the set temperature of the first section to the second from 1.2 to 1.3, and the temperature of the second section to the third from 1.3 to 1.4, while the material can be obtained in one stage.

Суммарная поверхностная плотность композиционного материала получаемого на установке настоящего изобретения составляет от 250 до 300 г/м². Аэродинамический способ растворного формования наполненных многослойных материалов в одну стадию с получением нетканых слоев, содержащих одинаковые или различные сорбенты, позволяет повысить сорбционную емкость композиционных многослойных нетканых сорбционно-фильтрующих материалов (КМНСФМ) по одному веществу, а также расширить защитные свойства к веществам различной природы (органические вещества, NH₃ и SO₂). Помимо этого обеспечивается высокая равномерность и драпируемость готового материала. Повышение эффективности защиты от АХОВ достигается при создании различных вариантов комбинированных многослойных поглощающих слоев, в том числе в нетканых материалах.The total surface density of the composite material obtained in the installation of the present invention is from 250 to 300 g / m ² . The aerodynamic method of the solution molding of filled multilayer materials in one step to obtain non-woven layers containing the same or different sorbents allows to increase the sorption capacity of composite multilayer non-woven sorption-filtering materials (KMNSFM) for one substance, as well as to expand the protective properties to substances of various nature (organic substances, NH ₃ and SO ₂ ). In addition, high uniformity and drape of the finished material is ensured. Improving the effectiveness of protection against AHOV is achieved by creating various options for combined multilayer absorbing layers, including non-woven materials.

Комбинированные нетканые материалы с комплексом сорбционных и сорбционно-фильтрующих свойств предназначены для фильтрации газов и жидкостей от вредных примесей (аэрозолей, эмульсий, суспензий) и могут быть использованы в качестве сорбирующих элементов в фильтрующих средствах защиты органов дыхания, защитной одежды, предотвращающей повреждение кожного покрова. Такие материалы успешно улавливают токсичные газы в указанных изделиях.Combined non-woven materials with a complex of sorption and sorption-filtering properties are designed to filter gases and liquids from harmful impurities (aerosols, emulsions, suspensions) and can be used as sorbing elements in filtering means of respiratory protection, protective clothing to prevent damage to the skin. Such materials successfully capture toxic gases in these products.

Анализ АХОВ, использующихся в промышленности, позволяет утверждать, что защита населения, проживающего вблизи химически опасных объектов, в условиях чрезвычайной ситуации необходима в основном от аммиака, диоксида серы, паров органических веществ.An analysis of AHOV used in industry suggests that the protection of the population living near chemically hazardous objects in an emergency is necessary mainly from ammonia, sulfur dioxide, and organic vapor.

Для защиты от указанных токсичных газов используют наполнители - сорбенты, разделяемые на универсальные (активированный уголь (АУ), силикагель) и селективные сорбенты (аниониты, катиониты). Использование нескольких наполнителей в составе эластичных сорбентов позволяет осуществить одновременную, либо последовательную сорбцию отдельных токсичных газов из газовой смеси. Известен ряд изменения активности различных газов к физической сорбции на активированном угле: SO₂>NH₃>NO₂>СО₂>СО>N₂>Н₂. (Данилин В.Н. и др. «Поверхностные явления и дисперсные системы», Физическая и коллоидная химия, ч. 2, Уч. пособие. Кубанский ГТУ, 2015 г., с. 42-43, 119 с.). Из приведенных данных следует, что наилучшей индивидуальной сорбцией на активированном угле (АУ) обладают наиболее токсичные газы, которые легче других извлекаются из газовой смеси. Помимо необходимости разработки новых эластичных сорбентов для защитных средств от АХОВИД существует потребность очистки воздуха от NH₃ на предприятиях, используемых аммиачные холодильные установки (предприятия пищевой промышленности: мясокомбинаты, птицефабрики, рыбоперерабатывающие заводы), где сохраняется проблема улавливания NH₃ в вентиляционных выбросах. Не меньшее значение приобрела разработка новых способов извлечения двуокиси серы из газов в связи с расширением производств тяжелых цветных металлов, увеличением мощности электростанций, работающих на сернистых топливах.To protect against these toxic gases, fillers are used - sorbents divided into universal (activated carbon (AC), silica gel) and selective sorbents (anion exchangers, cation exchangers). The use of several fillers in the composition of elastic sorbents allows the simultaneous or sequential sorption of individual toxic gases from a gas mixture. There are a number of changes in the activity of various gases to physical sorption on activated carbon: SO ₂ > NH ₃ > NO ₂ > CO ₂ >CO> N ₂ > H ₂ . (Danilin V.N. et al. “Surface phenomena and disperse systems”, Physical and colloidal chemistry, part 2, Textbook. Kuban State Technical University, 2015, pp. 42-43, 119 pp.). From the above data it follows that the best toxic sorption on activated carbon (AC) is possessed by the most toxic gases, which are more easily extracted from the gas mixture. In addition to the need to develop new elastic sorbents for protective agents from AHOVID, there is a need to purify NH ₃ air at enterprises using ammonia refrigeration units (food industry enterprises: meat plants, poultry farms, fish processing plants), where the problem of capturing NH ₃ in ventilation emissions remains. Of no less importance was the development of new methods for the extraction of sulfur dioxide from gases in connection with the expansion of the production of heavy non-ferrous metals, an increase in the capacity of power plants operating on sulfur fuels.

Активированные угли, обладая развитой поверхностью и большим количеством микро- и мезопор, имеют высокую поглотительную способность. Это обусловлено тем, что поверхность АУ определяет механизм физической сорбции, доля которой при сорбции NH₃ и SO₂ относительно общей может достигать 50-70%. С учетом вышесказанного и информации в работе (С.А. Ануров и др. Успехи химии. Т. XLVII, вып. 1, 1977, с. 32-48) доказано, что активированный уголь (АУ) является наиболее эффективным сорбентом по отношению к SO₂ в сравнительном ряду, располагаясь в следующем порядке: АУ>V₂O₃>графит>Cr₂O₃>Fe₂O₃.Activated carbons, having a developed surface and a large number of micro- and mesopores, have a high absorption capacity. This is due to the fact that the AC surface determines the mechanism of physical sorption, the proportion of which during sorption of NH ₃ and SO ₂ relative to the total can reach 50-70%. Based on the foregoing and information in the work (S.A. Anurov et al. Advances in Chemistry. T. XLVII, issue 1, 1977, p. 32-48), it is proved that activated carbon (AC) is the most effective sorbent with respect to SO ₂ in a comparative row, arranged in the following order: АУ> V ₂ O ₃ >graphite> Cr ₂ O ₃ > Fe ₂ O ₃ .

Установка согласно настоящего изобретения при получении композиционных многослойных нетканых сорбционно-фильтрующих материалов позволяет реализовать принцип сложения защитных свойств различных сорбентов, находящихся в составляющих слоях, при формировании многослойного холста в одну стадию.The installation according to the present invention in the preparation of composite multilayer non-woven sorption-filtering materials allows the principle of combining the protective properties of various sorbents in the constituent layers to form a multilayer canvas in one stage.

Активированные угли различных марок, отличающихся заданной дисперсностью, выполняют роль универсальных сорбентов органических веществ, частично являясь селективными сорбентами для аммиака и диоксида серы. Дополнительное наполнение отдельных слоев частицами катионита или анионита усиливает селективную сорбцию соответственно по аммиаку, либо по диоксиду серы.Activated carbons of various grades, characterized by a given dispersion, play the role of universal sorbents of organic substances, partially being selective sorbents for ammonia and sulfur dioxide. The additional filling of the individual layers with particles of cation exchanger or anion exchanger enhances the selective sorption of ammonia or sulfur dioxide, respectively.

Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.The invention is illustrated by the following graphic materials.

На Фиг 1. представлено изменение давления прядильного раствора Р_ф во времени τ при использовании известной следящей системы контроля давления прототипа, Р_зад - заданное давление.In Fig 1. presents the change in pressure of the spinning solution R _f in time τ when using the well-known servo pressure control system of the prototype, P _ass - a given pressure.

На Фиг. 2 представлено изменение давления прядильного раствора Рф во времени τ при использовании предлагаемой настоящим изобретением следящей системы контроля давления, Р_зад - заданное давление.In FIG. 2 shows the change in pressure of the spinning dope Rf over time τ when using the pressure monitoring system of the present invention, P _ass is a predetermined pressure.

На Фиг. 3 представлена схема дозирования раствора полимера на прядильный блок установки для получения КМНСФМ с использованием ПИД-регулятора и частотного преобразователя.In FIG. Figure 3 shows the dosing scheme of the polymer solution on the spinning unit of the installation to obtain KMNSFM using a PID controller and a frequency converter.

На Фиг. 4 представлена схема работы раскладочного устройства.In FIG. 4 presents a diagram of the operation of the folding device.

На Фиг. 5 представлена схема трехсекционной промывочной машины с автономной системой подвода и отвода промывной воды в каждой секции.In FIG. 5 is a diagram of a three-section washing machine with an autonomous system for supplying and discharging washing water in each section.

На Фиг. 6 показано изменение фактической температуры воздуха относительно заданного значения в сушилке известной конструкции, где t_зад, t_факт - соответственно заданная и фактическая температура.In FIG. 6 shows the change in the actual air temperature relative to the set value in the dryer of known design, where t _ass , t _fact - respectively, the set and actual temperature.

На Фиг. 7 показано изменение фактической температуры воздуха относительно заданного значения в сушилке согласно настоящему изобретению.In FIG. 7 shows a change in the actual air temperature relative to a predetermined value in the dryer according to the present invention.

На Фиг. 8 представлена схематическая зависимость удаления влаги в сушилке установки для получения КМНСФМ.In FIG. 8 is a schematic representation of moisture removal in a dryer of an apparatus for producing KMNSFM.

Следящая система настоящего изобретения, представленная на Фиг. 3 направлена на предотвращение пульсации давления прядильного раствора 1 при его подаче с расходного бака 2 на блок формования 3, включающий 10 шприцевых фильер. С помощью пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора (ПИД-регулятора) 4, частотного преобразователя 5 осуществляется постоянное считывание скорости нарастания давления 6 в системе, автоматически снижая его за счет частотного преобразователя 5, совмещенного с мотором-редуктором 7, уменьшающим производительность насоса НШ-20 8, подающего прядильный раствор через фильтр 9 в коллектор линии формования. В результате фактическое давление прядильного раствора максимально приближается к заданному (Фиг. 2) в отличие от известной схемы прототипа (Фиг. 1) изменения давления.The tracking system of the present invention shown in FIG. 3 is aimed at preventing pressure pulsation of the spinning solution 1 when it is supplied from the supply tank 2 to the molding unit 3, including 10 syringe dies. Using the proportional-integral-differential controller (PID controller) 4, the frequency converter 5, the pressure rise rate 6 in the system is continuously read out, automatically reducing it due to the frequency converter 5 combined with the gear motor 7, which reduces the performance of the NSh-20 pump 8, feeding the spinning solution through the filter 9 to the collector of the molding line. As a result, the actual pressure of the spinning solution is as close as possible to the predetermined (Fig. 2), in contrast to the known prototype circuit (Fig. 1) of the pressure change.

Далее ПИД-регулятор поддерживает равенство производительности насоса НШ-20 и насосов НШ-10 (НШ-2) 11 в зависимости от числа имеющихся прядильных мест. В этом случае при фиксированной скорости вытягивающего воздуха в пределе 150-200 м/с точная заданная скорость истечения раствора суспензии из капилляров прядильного блока обеспечивается за счет существующей следящей системы снижения коэффициента вариации кратности фильерной вытяжки К_ф. Благодаря схеме контроля изменения давления настоящего изобретения Р_ф коэффициент вариации К_ф снижается с 7% до 0,8% относительно среднего значения. При этом отношение максимальной кратности фильерной вытяжки к минимальной фильерной вытяжке в процессе формования уменьшается с 1,3 до 1,04.Further, the PID controller maintains equal performance of the NSh-20 pump and NSh-10 (NSh-2) 11 pumps, depending on the number of spinning places available. In this case, at a fixed speed of the extracting air in the limit of 150-200 m / s, the exact predetermined velocity of the suspension solution from the capillaries of the spinning unit is ensured due to the existing tracking system for reducing the coefficient of variation of the multiplicity of the die drawing K _f . Thanks to the pressure change control scheme of the present invention, R _{f, the} coefficient of variation of K _f decreases from 7% to 0.8% relative to the average value. In this case, the ratio of the maximum multiplicity of the spinneret drawing to the minimum spun drawing in the molding process decreases from 1.3 to 1.04.

Для повышения равномерности холста в процессе его формирования на приемном транспортере 12, уменьшения ширины образующихся кромок, раскладочное устройство (Фиг. 4) оснащено частотным преобразователем 13, сопряженным с двигателем 14, напрямую соединенным с кареткой 15, движущейся по направляющим и по винтовому валу 16, перпендикулярно перемещению транспортера.To increase the uniformity of the canvas during its formation on the receiving conveyor 12, to reduce the width of the formed edges, the folding device (Fig. 4) is equipped with a frequency converter 13, coupled to the motor 14, directly connected to the carriage 15, moving along the guides and on the helical shaft 16, perpendicular to the movement of the conveyor.

За счет наличия частотного преобразователя 13 наблюдается плавное замедление движения каретки 15, реализуется ускоренное торможение прядильного блока 3 за 0,2 сек, определяющее уменьшение ширины образующихся кромок с 4-5 см до 2 см. В этом случае скорость движения каретки 15 и соединенного с ней прядильного блока 3 вырастает относительно движения транспортера 12 в 2 раза до 10-20 м/мин при скорости движения транспортера 0,25-0,5 м/мин, придавая более равномерную раскладку сорбционно-фильтрующего нетканого материала в процессе образования холста низкой поверхностной плотности в диапазоне 250-300 г/м².Due to the presence of the frequency converter 13, there is a smooth deceleration of the movement of the carriage 15, accelerated braking of the spinning unit 3 is realized in 0.2 seconds, which determines a decrease in the width of the formed edges from 4-5 cm to 2 cm. In this case, the speed of movement of the carriage 15 and connected to it spinning unit 3 grows relative to the movement of the conveyor 12 2 times to 10-20 m / min at a speed of conveyor 0.25-0.5 m / min, giving a more uniform layout of the sorption-filtering non-woven material in the process of forming the canvas low th surface density in the range of 250-300 g / m ² .

При этом отношение скорости движения прядильного блока, напрямую соединенного с кареткой, относительно скорости движения транспортера находится в пределах от 16 до 80. При отношении меньше 16 не удается обеспечить низкую поверхностную плотность холстов с диапазоном ее изменения менее 8%; соотношение больше 80 ограничено техническими возможностями раскладочного устройства.The ratio of the speed of movement of the spinning unit directly connected to the carriage relative to the speed of the conveyor is in the range from 16 to 80. With a ratio of less than 16, it is not possible to provide a low surface density of the canvases with a range of variation of less than 8%; a ratio greater than 80 is limited by the technical capabilities of the folding device.

Дополнительное улучшение свойств композиционных нетканых сорбционно-фильтрующих материалов достигается применением принципиально новой схемы отмывки нетканого материала от остатков присутствующего растворителя ДМФ в волокнах, образующих волокнистый холст.An additional improvement in the properties of composite non-woven sorption-filtering materials is achieved by using a fundamentally new scheme for washing the non-woven material from the residues of the DMF solvent present in the fibers forming the fibrous canvas.

Промывка материала противотоком дополнена стадией промывки с помощью циркуляционных замкнутых контуров, имеющихся на каждой из трех секций промывной машины новой конструкции. В трех секционной промывной машине известной конструкции использовалась схема движения воды противотоком с подачей чистой обессоленной воды в третью секцию, навстречу движению образованного холста нетканого сорбционно-фильтрующего материала. В этом случае концентрация ДМФ в промывной воде постепенно нарастала во второй, а затем первой секции промывной машины. Таким образом, в условиях противотока при постоянном расходе до 120 л/час промывная ванна постепенно укреплялась. Причем концентрация промывной ванны при смешении совместно с отработанной осадительной ванной в сборной барке, направляемой на регенерацию ДМФ не должна быть менее 15% для реализации устойчивого процесса регенерации.The countercurrent flushing of the material is supplemented by a flushing stage using circulating closed circuits available on each of the three sections of the new design washing machine. In a three sectional washing machine of a known design, a countercurrent water flow scheme was used with pure desalted water supplied to the third section, in opposition to the movement of the formed canvas of a non-woven sorption-filtering material. In this case, the concentration of DMF in the washing water gradually increased in the second and then the first section of the washing machine. Thus, in countercurrent conditions, at a constant flow rate of up to 120 l / h, the wash bath was gradually strengthened. Moreover, the concentration of the wash bath when mixed together with the spent precipitation bath in the collection barge directed to the regeneration of DMF should not be less than 15% for the implementation of a stable regeneration process.

Стремление к производству сорбционно-фильтрующих материалов низкой поверхностной плотности 250-300 г/м², вместо ранее выпускаемых - 400-600 г/м², вызвало необходимость снижения расхода промывной воды с 120 л/час до 70 л/час в целях предотвращения чрезмерного разбавления промывной ванны и снижения концентрации отработанной осадительной ванны ниже допустимого предела в процессе их смешения для обеспечения последующей эффективной регенерации. Однако уменьшение расхода промывной воды до 70 л/час в известной конструкции промывной машины ухудшает равномерность промывки материала оросительными трубками, расположенными внутри камеры промывной машины, совершающими возвратно-поступательное движение. Это приводит к наличию пленок в волокнистом холсте, ухудшая его свойства (повышается жесткость, снижается драпируемость волокнистого холста). Для устранения этого недостатка установка настоящего изобретения включает новую промывочную машину (Фиг. 5), имеющую три секции с автономной системой подвода и отвода промывной воды в каждой секции.The desire for the production of sorption-filtering materials with a low surface density of 250-300 g / m ² , instead of previously produced - 400-600 g / m ² , necessitated a decrease in the flow rate of wash water from 120 l / h to 70 l / h in order to prevent excessive dilution of the washing bath and reducing the concentration of the spent precipitation bath below the allowable limit in the process of mixing them to ensure subsequent effective regeneration. However, reducing the flow rate of washing water to 70 l / h in the known design of the washing machine impairs the uniformity of washing the material with irrigation tubes located inside the chamber of the washing machine, making a reciprocating motion. This leads to the presence of films in the fibrous canvas, worsening its properties (increased rigidity, reduced drape of the fibrous canvas). To eliminate this drawback, the installation of the present invention includes a new washing machine (Fig. 5) having three sections with an autonomous system for supplying and discharging washing water in each section.

Промывка материала осуществляется следующим образом. Обессоленная вода 18 подается по ротаметру в сборную барку 19 промывной воды, откуда насосом через фильтр подается в трубки III секции. Промывная вода от коллекторов по резиновым шлангам подается в оросительные трубки, откуда в виде струй подается на транспортирующие ролики с холстом и самотеком по холсту стекает в поддон, отмывая холст от растворителя. Для более равномерной промывки оросительные трубки совершают возвратно-поступательное движение.The washing of the material is as follows. Desalted water 18 is fed through a rotameter to a collection bar 19 of washing water, from where it is pumped through a filter to tubes of the III section. The washing water from the collectors through rubber hoses is fed into the irrigation pipes, from where it is supplied in the form of jets to the transporting rollers with the canvas and flows by gravity along the canvas into the pan, washing the canvas from the solvent. For a more uniform flushing, the irrigation tubes reciprocate.

Промывная вода, стекая с материала, собирается в поддон III секции промывной машины и самотеком поступает обратно в сборную барку 19, откуда насосом вновь подается на оросительные трубки III секции промывной машины, осуществляя циркуляцию по контуру для более интенсивной отмывки материала от растворителя, при этом можно увеличивать расход промывной воды с 70 до 200 л/час.Rinsing water, draining from the material, is collected in the pan of the III section of the washing machine and gravity flows back to the collection bar 19, from where it is again pumped to the irrigation tubes of the III section of the washing machine, circulating along the circuit for more intensive washing of the material from the solvent. increase the flow rate of wash water from 70 to 200 l / h.

Образующийся со временем избыток промывной воды из сборной барки 19 по переливной трубе перетекает в сборную барку 20. Откуда насосом через фильтр подается в трубки II секции промывной машины, где осуществляется отмывка холста аналогичным способом, описанным выше.The excess wash water that forms over time from the collection bar 19 through the overflow pipe flows to the collection bar 20. From where it is pumped through the filter to the tubes of the II section of the washing machine, where the canvas is washed in the same manner as described above.

Избыток промывной воды, образующийся в сборной барке 20 по переливной трубе перетекает в сборную барку 21. Отсюда насосом через фильтр подается в I секцию промывной машины. Отмывка материала в I секции осуществляется аналогичным способом. Промывная вода из сборной барки 21 по переливной трубе самотеком поступает в сборную барку осадительной ванны 22. Осадительная ванна, циркулирующая по замкнутому контуру, с машины формования 17 постоянно укрепляется. Количество промывной воды, поступающей в барку осадительной ванны 22, в новой схеме позволяет поддерживать постоянное содержание ДМФ в осадительной ванне без ухудшения качества промывки. Таким образом, процесс осаждения волокна и формирования холста материала осуществляется в оптимальных условиях. Промытый холст волокнистого материала из промывной машины с помощью тянущих вальцев подается на сушку в сушильную машину.The excess wash water generated in the collection bar 20 through the overflow pipe flows into the collection bar 21. From here, it is pumped through the filter to the first section of the washing machine. Material washing in section I is carried out in a similar way. The washing water from the collection bar 21 through the overflow pipe flows by gravity to the collection bar of the precipitation bath 22. The precipitation bath circulating in a closed circuit from the molding machine 17 is constantly strengthened. The amount of wash water entering the barge of the precipitation bath 22 in the new scheme allows maintaining a constant DMF content in the precipitation bath without deterioration of the washing quality. Thus, the process of deposition of the fiber and the formation of the canvas material is carried out under optimal conditions. The washed canvas of fibrous material from the washing machine with the help of pulling rollers is fed to the dryer for drying.

Введение циркуляционных контуров, дополняющих систему противотока, позволяет интенсифицировать процесс отмывки холста от растворителя и тем самым улучшить качество готового материала.The introduction of circulation circuits, complementing the counterflow system, allows to intensify the process of washing the canvas from the solvent and thereby improve the quality of the finished material.

Существенное улучшение качества формуемых многослойных нетканых материалов, отличающихся однородностью по структуре и поверхностной плотности, в настоящем изобретении достигается оптимизацией процесса их сушки в сушилке, конструкция которой позволяет избежать излишнего увлажнения, или пересушивания в данном процессе.A significant improvement in the quality of molded multilayer non-woven materials, characterized by uniformity in structure and surface density, in the present invention is achieved by optimizing the process of drying them in a dryer, the design of which avoids excessive moisture, or overdrying in this process.

Это достигается наличием в составе установки усовершенствованной трехсекционной сушилки, оснащенной новой системой поддержания температуры заданной для каждой секции, а также реализующую условия поддержания точного соотношения температур между секциями сушилки благодаря использованию схемы плавного изменения расхода пара для нагрева воздуха в сушилке с помощью ПИД-регулятора.This is achieved by the presence in the installation of an improved three-section dryer, equipped with a new system for maintaining the temperature set for each section, as well as realizing the conditions for maintaining an accurate temperature ratio between sections of the dryer by using a smooth change in the flow rate of steam to heat the air in the dryer using a PID controller.

Сушильная машина настоящего изобретения состоит из трех сушильных секций, каждая из которых включает регулирующий клапан, два центробежных вентилятора и два калорифера. В каждую секцию сушилки подается пар давлением Р=3 атм с температурой t=140°С через регулирующий клапан с пневмоприводом, обеспечивающим положение открытого или закрытого клапана.The dryer of the present invention consists of three drying sections, each of which includes a control valve, two centrifugal fans and two air heaters. Steam is supplied to each section of the dryer with a pressure of P = 3 atm with a temperature of t = 140 ° C through a control valve with a pneumatic actuator ensuring the position of the open or closed valve.

В известной конструкции сушилки прототипа в результате достижения температурой заданного значения t_зад. клапан подачи пара для обогрева воздуха в калорифере закрывался. Однако, по инерции температура успевала превысить установленное значение, показанное точкой А на Фиг. 6. После выключения клапана происходило охлаждение воздуха до температуры в точке С ниже заданного значения точки В. Для подачи нагретого пара клапан вновь открывался, температура нагреваемого воздуха начинала возрастать. Через определенное время t_факт. вновь начинала превышать t_зад.. В результате периодически наблюдалось пересушивание (при t_факт.>t_зад.), либо недосушивание (при t_факт.<t_зад.) композиционного многослойного нетканого сорбционно-фильтрующего материала (КМНСФМ). В этом случае возникала необходимость выбора минимально допустимой температуры, обеспечивающей проведение процесса сушки до минимальной остаточной влажности, гарантирующей отсутствие пересушивания, усадки и коробления материала.In the known design of the dryer of the prototype as a result of the temperature reaching the set value t _ass. the steam supply valve for heating the air in the air heater was closed. However, by inertia the temperature managed to exceed the set value shown by point A in FIG. 6. After the valve was turned off, the air cooled to a temperature at point C below the set value of point B. To supply the heated steam, the valve reopened, the temperature of the heated air began to increase. After a certain time t _fact. again began to exceed t _ass. . As a result, overdrying (at t _fact. > T _ass. ) Or underdrying (at t _fact. <T _ass. ) Of composite multilayer nonwoven sorption-filtering material (KMNSFM) was periodically observed. In this case, there was a need to select the minimum allowable temperature, ensuring the drying process to a minimum residual moisture, ensuring the absence of drying out, shrinkage and warping of the material.

Клапан для каждой из трех секций подачи пара сушильной машины настоящего изобретения закрывается постепенно посредством пропорционально-интегрального регулятора. Подача пара устанавливается различной для каждой секции в зависимости от величины заданной температуры и уменьшается путем более плавного частичного закрытия клапана для необходимого снижения расхода пара по мере приближения фактической температуры (t_фaкт.) к заданной (t_зад.). Уменьшение расхода пара обеспечивает снижение интенсивности нагрева воздуха в каждой секции сушилки. В результате достигается режим подачи расхода пара, обеспечивающий максимальное приближение t_фaкт. к t_зад. (Фиг. 7). За счет снижения давления пара в калориферах I, II, III секций сушилки обеспечиваются различные соотношения температур между секциями, а наличие промежуточных положений при закрытии или открытии клапана для каждой секции гарантирует поддержание температуры с точностью до 2°С.The valve for each of the three steam supply sections of the dryer of the present invention closes gradually by means of a proportional-integral controller. Steam is set different for each section depending on the value of predetermined temperature and decreases by more smooth partial closing of the valve for the required reduction steam flow as it approaches the actual temperature (t _fakt.) To a given (t _ass.). A reduction in steam consumption reduces the intensity of air heating in each section of the dryer. As a result, a steam flow supply mode is achieved that provides a maximum approximation of t _fact. to t _ass. (Fig. 7). By reducing the vapor pressure in the heaters of the I, II, III sections of the dryer, various temperature ratios between the sections are provided, and the presence of intermediate positions when closing or opening the valve for each section ensures that the temperature is maintained with an accuracy of 2 ° C.

Совершенный процесс сушки настоящего изобретения реализуется за счет поддержания определенного соотношения температур между секциями сушилки, причем отношение температуры первой секции ко второй составляет от 1,2 до 1,3, второй секции к третьей от 1,3 до 1,4. В первом случае при t_1секц./t_2секц. больше 1,3 происходит локальное пересушивание КМНСФМ, при соотношении t_1секц./t_2секц. меньше 1,2 наблюдается увлажнение материала за счет неудаленной поверхностной влаги и увеличения на поверхности волокна поступившей сорбированной влаги.The perfect drying process of the present invention is implemented by maintaining a certain temperature ratio between the sections of the dryer, and the ratio of the temperature of the first section to the second is from 1.2 to 1.3, the second section to the third from 1.3 to 1.4. In the first case, at t _{1 sec.} / t _2sec. more than 1.3 there is a local overdrying KMNSFM, with a ratio of t _{1 sec.} / t _2sec. less than 1.2, the material is moistened due to unremoved surface moisture and an increase in the incoming sorbed moisture on the fiber surface.

Во втором случае при t_2секц./t_3секц. больше 1,4 имеют место локальные перегревы материала при относительно низких температурах вследствие уменьшения поверхностной влаги на волокнах в материале КМНСФМ. Перегрев КМНСФМ в отдельных местах может превысить 60°С вследствие наличия избыточной влаги менее 100%. При t_2секц./t_3секц. меньше 1,3 происходит переувлажнение материала из-за недостаточного удаления гидратационной влаги в поровых каналах материала КМНСФМ и порах самих волокон.In the second case, at t _{2 sec.} / t _3sec. greater than 1.4, local overheating of the material occurs at relatively low temperatures due to a decrease in surface moisture on the fibers in the KMNSFM material. Overheating of KMNSFM in some places can exceed 60 ° C due to the presence of excess moisture of less than 100%. At t _{2 sec.} / t _3sec. less than 1.3, waterlogging of the material occurs due to insufficient removal of hydration moisture in the pore channels of the KMNSFM material and the pores of the fibers themselves.

Как известно, в процессе сушки из текстильных материалов последовательно удаляется свободная (избыточная) влага, захваченная механически и диффузионно, затем - сорбированная, на третьем этапе - гидратационная (Г.Н. Кукин, А.Н. Соловьев «Текстильное материаловедение», ч. II, Москва, Легкая индустрия, 1964, с. 38-39, 377 с.).As you know, in the drying process, free (excess) moisture is trapped from textile materials, trapped mechanically and diffusely, then adsorbed, and hydrated at the third stage (G. N. Kukin, A. N. Soloviev “Textile materials science”, part II, Moscow, Light Industry, 1964, p. 38-39, 377 p.).

В соответствии с действующими закономерностями на Фиг. 8 представлен механизм удаления влаги у «отмытого» КМНСФМ, поступившего на сушку из промывной машины. В первой секции уменьшается избыточная влага у КМНСФМ примерно с 500% до 100%. При этом материал остается влажным с t_{материала}=60-70°С. Во второй секции сушилки избыточная влага продолжает удаляться из материала, но с несколько меньшей скоростью, уменьшаясь со 100% до 20%. Одновременно начинает удаляться влага сорбированная волокнами КМНСФМ. В секции III влажность материала дополнительно уменьшается с 20% до 0,5-1,0% в основном за счет удаления влаги из пор на поверхности волокон КМНСФМ (сорбированная и гидратационная влага).In accordance with the applicable laws in FIG. Figure 8 shows the mechanism for removing moisture from the “washed” KMNSFM, which came to be dried from a washing machine. In the first section, excess moisture in KMNSFM decreases from about 500% to 100%. In this case, the material remains wet with t _material = 60-70 ° C. In the second section of the dryer, excess moisture continues to be removed from the material, but at a slightly lower speed, decreasing from 100% to 20%. At the same time, moisture adsorbed by KMNSFM fibers begins to be removed. In section III, the moisture content of the material is additionally reduced from 20% to 0.5-1.0%, mainly due to the removal of moisture from pores on the surface of KMNSFM fibers (sorbed and hydrated moisture).

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Вначале в аппаратах-растворителях и суспензаторах приготавливается прядильная композиция, представляющая собой суспензию мелкодисперсного наполнителя в растворе волокнообразующего полимера. Раствор приготавливают на основе полиакрилонитрила (ПАН) или полиуретана (ПУ) в диметил-формамиде (ДМФ) или диметилацетамиде (ДМАА) при повышенной температуре и перемешивании.First, a spinning composition is prepared in solvent apparatuses and suspensions, which is a suspension of a finely divided filler in a solution of a fiber-forming polymer. The solution is prepared on the basis of polyacrylonitrile (PAN) or polyurethane (PU) in dimethyl formamide (DMF) or dimethylacetamide (DMAA) at elevated temperature and with stirring.

Для приготовления полимерной композиции в каждый из четырех суспензаторов в зависимости от необходимости добавляют одинаковый наполнитель-сорбент, либо наполнители различной природы: активированные угли, отличающиеся объемом пор и сорбционной активностью (кокосовый 208СР или каменноугольный АГ-5, либо древесный БАУ-МФ), катиониты (цеолит NaX или ионообменную смолу КБ-4), аниониты (селикагель КСМГ, либо ионообменную смолу ЭДЭ-10П).To prepare a polymer composition, the same sorbent filler or fillers of various nature are added to each of the four suspensions, depending on the need: activated carbons, which differ in pore volume and sorption activity (coconut 208СР or coal-tar AG-5, or wood BAU-MF), cation exchangers (NaX zeolite or KB-4 ion-exchange resin), anion exchangers (KSMG silica gel, or EDE-10P ion-exchange resin).

Отличия в работе установки связаны с возможностью получения в одну стадию в процессе формования многослойных разнородных или однородных сорбционно-фильтрующих нетканых материалов, содержащих угленаполненные, либо чередующиеся угленаполненные и иононаполненные слои.Differences in the operation of the installation are related to the possibility of obtaining in one stage during the formation of multilayer heterogeneous or homogeneous sorption-filtering non-woven materials containing carbon-filled or alternating carbon-filled and ion-filled layers.

При наличии наполнителей различной дисперсности, химической природы и концентрации приготавливают композиционные полимерные растворы различной вязкости от 21 до 36 Па⋅с с содержанием наполнителя до 200% от массы полимера (до 66% от массы полимерной композиции). Полученные прядильные композиции шестеренчатыми насосами через фильтры подают на формующие блоки машины формования. Имеющаяся следящая система гарантирует точную заданную скорость истечения раствора суспензии из капилляров прядильных блоков.In the presence of fillers of various dispersion, chemical nature and concentration, composite polymer solutions of various viscosities from 21 to 36 Pa · s are prepared with a filler content of up to 200% by weight of the polymer (up to 66% by weight of the polymer composition). The obtained spinning compositions by gear pumps are fed through filters to the forming blocks of the molding machine. The existing follow-up system guarantees an exact predetermined flow rate of the suspension solution from the capillaries of the spinning blocks.

Прядильные блоки совершают с повышенной скоростью в пределах 10-20 м/мин возвратно-поступательное движение в направлении, перпендикулярном движению транспортерной ленты со скоростью 0,25-0,5 м/мин, на которую принимается формуемое волокно. Струи различных полимерных композиций или полимерного раствора, выходящие из капилляров, вытягиваются потоками сжатого воздуха дутьевых устройств при кратности от 2000 до 3400. Одновременно со сжатым воздухом на прядильные блоки в зону формования подается осадительная ванна, представляющая водный раствор ДМФ либо ДМАА. Подачу осадительной ванны осуществляют параллельно формуемым струям, выходящим из дутьевых устройств. В результате процесс растяжения струй раствора сопровождается процессом осаждения полимера. Путем изменения величины вязкости прядильного раствора, состава композиции, степени дисперсности и природы наполнителя, условий вытягивания возникает возможность формировать в каждом отдельном фильерном блоке композиционные нити диаметром от 10 до 80 мкм.Spinning blocks perform with increased speed within 10-20 m / min reciprocating motion in the direction perpendicular to the movement of the conveyor belt at a speed of 0.25-0.5 m / min, which is formed by the formed fiber. The jets of various polymer compositions or a polymer solution emerging from the capillaries are drawn by compressed air flows of blowing devices at multiples of 2000 to 3400. Simultaneously with compressed air, a precipitation bath is supplied to the spinning blocks, representing an aqueous solution of DMF or DMAA. The supply of the precipitation bath is carried out in parallel with the molded jets leaving the blasting devices. As a result, the process of stretching the jets of the solution is accompanied by the process of deposition of the polymer. By changing the viscosity of the spinning dope, the composition of the composition, the degree of dispersion and nature of the filler, the drawing conditions, it becomes possible to form composite filaments with a diameter of 10 to 80 microns in each individual spinneret block.

Одновременно с вытяжкой нитей происходит их упорядоченная укладка с формированием структуры волокнистого холста на поверхности транспортера. Сформированный таким образом однородный многослойный либо разнородный многослойный холст нетканого материала, соответственно содержащий один наполнитель или несколько наполнителей различной химической природы, поступает в промывную машину, где осуществляется его отмывка от растворителя промывной водой с использованием одновременно двух принципов отмывки нетканого материала. С помощью циркуляционных контуров и противотоком.Simultaneously with the drawing of the threads, their orderly laying occurs with the formation of the structure of the fibrous canvas on the surface of the conveyor. Thus formed a homogeneous multilayer or heterogeneous multilayer canvas of non-woven material, respectively containing one filler or several fillers of different chemical nature, enters the washing machine, where it is washed from the solvent with washing water using simultaneously two principles of washing the non-woven material. By means of circulating circuits and countercurrent.

Отмытый от растворителя холст нетканого материала подают на сушку в трехсекционную сушилку конвекционного типа с плавной регулировкой подачи пара для обогрева воздуха в каждой секции, обеспечивающей максимальное приближение фактической температуры подогреваемого воздуха (t_факт.) к заданной температуре (t_зад.), поддержание температуры с точностью до 1°С, а также реализацию определенного соотношения температур между зонами сушилки, исключающего нежелательные процессы недосушки и пересушивания, обеспечивающего последовательное удаление свободной, сорбированной и гидротационной влаги. Высушенный готовый нетканый материал наматывается в рулон заданного размера в узле намотки установки.The canvas of nonwoven material washed from the solvent is fed for drying to a three-section convection-type dryer with continuously adjustable steam supply for heating the air in each section, ensuring the maximum approximation of the actual temperature of the heated air (t _fact. ) To the set temperature (t _ass. ), Maintaining the temperature with accuracy of 1 ° C, as well as the implementation of a certain temperature ratio between the zones of the dryer, eliminating undesirable processes of underdrying and drying out, providing consistent removal free, sorbed and hydrated moisture. The dried finished nonwoven material is wound into a roll of a predetermined size in the unit winding unit.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Установка для получения композиционных многослойных нетканых сорбционно-фильтрующих материалов (КМНСФМ) из однородных слоев содержит три линии приготовления прядильных растворов и суспензий на их основе на базе активированного угля СКТ-6. Указанная марка угля обладает высокой сорбирующей способностью благодаря повышенному объему суммарных пор (микро- и мезопор), находящихся в диапазоне 0,99÷1,1 см³/г.The apparatus for producing composite multilayer nonwoven sorption-filtering materials (KMNSFM) from homogeneous layers contains three lines for the preparation of spinning solutions and suspensions based on them based on activated carbon SKT-6. The specified brand of coal has a high sorbing ability due to the increased volume of total pores (micro- and mesopores), which are in the range of 0.99 ÷ 1.1 cm ³ / g.

В процессе формования приготовленные различные суспензии в трех суспензаторах поступают по коллекторам на прядильные блоки. Суспензии отличаются размером частиц наполнителя (уголь СКТ-6) и составом прядильного раствора (СПАН, полиуретан, растворитель ДМФ, уголь СКТ-6). На прядильные блоки по армированным шлангам одновременно подается прядильная композиция, сжатый воздух и осадительная ванна. В результате проведенных одновременных вытяжки, осаждения и укладки композиционных нитей в сформованный волокнистый холст, конечный продукт представляет собой последовательность наложенных друг на друга сорбционно-упрочненных и сорбционно-активных слоев. Слои располагаются в следующем порядке. При движении транспортера слева направо (Фиг. 4) первый из трех движущихся возвратно-поступательно прядильных блоков формирует первый подстилающий сорбционно-упрочненный слой, наполненный частицами твердого наполнителя (угля СКТ-6) с размером частиц 40-80 мкм, расположенных на поверхности волокон. При этом сам подстилающий волокнистый сорбционно-упрочненный слой получен из наполненной прядильной суспензии на основе ПАН и полиуретана с преобладающим (более 50%) содержанием последнего.In the molding process, the prepared various suspensions in three suspensions enter the spinning blocks through the collectors. Suspensions differ in the particle size of the filler (SKT-6 coal) and the composition of the spinning solution (SPAN, polyurethane, DMF solvent, SKT-6 coal). At the spinning units, reinforced hoses are simultaneously fed with a spinning composition, compressed air and a precipitation bath. As a result of the simultaneous drawing, deposition and laying of the composite yarns in a formed fibrous canvas, the final product is a sequence of sorption-hardened and sorption-active layers superimposed on each other. The layers are arranged in the following order. When the conveyor moves from left to right (Fig. 4), the first of three moving reciprocating spinning blocks forms the first underlying sorption-hardened layer filled with solid filler particles (SKT-6 coal) with a particle size of 40-80 microns located on the surface of the fibers. In this case, the underlying fibrous sorption-hardened layer is obtained from a filled spinning suspension based on PAN and polyurethane with a predominant (more than 50%) content of the latter.

Второй (при движении слева направо) прядильный блок, двигаясь возвратно-поступательно относительно транспортера, формирует промежуточный сорбционно-активный слой, наполненный частицами угля СКТ-6. При этом второй слой накладывается на первый в процессе формования. Промежуточный слой наполнен частицами угля размером 10-40 мкм, преимущественно расположенных внутри волокон. Получение данного слоя происходит при формовании композиционных нитей из раствора с преобладающим содержанием (более 50%) полиакрилонитрила относительно полиуретана.The second (when moving from left to right) spinning block, moving back and forth relative to the conveyor, forms an intermediate sorption-active layer filled with SKT-6 coal particles. In this case, the second layer is superimposed on the first in the molding process. The intermediate layer is filled with particles of coal with a size of 10-40 microns, mainly located inside the fibers. Obtaining this layer occurs when the composite yarn is formed from a solution with a predominant content (more than 50%) of polyacrylonitrile relative to polyurethane.

Третий прядильный блок, совершая возвратно-поступательное движение относительно транспортера, формирует покрывной сорбционно-упрочненный слой в условиях и с характеристиками, адекватными подстилающему слою.The third spinning unit, making a reciprocating motion relative to the conveyor, forms a cover sorption-hardened layer under conditions and with characteristics adequate to the underlying layer.

Образованный в одну стадию композиционный трехслойный нетканый сорбционно-фильтрующий материал имеет поверхностную плотность 250-300 г/м². При его получении реализуется принцип сложения защитных, физико-механических свойств, входящих составляющих слоев. Присутствие сорбционно-упрочненных слоев в КМНСФМ с находящимся между ними сорбционно-активным слоем дополнительно увеличивает содержание наполнителя до 70%, что обеспечивает рост динамической сорбционной активности до 170 мг/г, повышает драпируемость до 9-11%. Наличие поверхностного расположения наполнителя в волокнах в сорбционно-упрочненных слоях дополнительно увеличивает стойкость КМНСФМ к знакопеременным нагрузкам.Formed in one stage, a composite three-layer nonwoven sorption-filtering material has a surface density of 250-300 g / m ² . Upon its receipt, the principle of combining the protective, physico-mechanical properties of the constituent layers is implemented. The presence of sorption-hardened layers in KMNSFM with a sorption-active layer between them additionally increases the filler content up to 70%, which ensures an increase in dynamic sorption activity up to 170 mg / g, increases drapeability up to 9-11%. The presence of the surface location of the filler in the fibers in the sorption-hardened layers additionally increases the resistance of KMNSFM to alternating loads.

Система контроля пульсации подачи раствора на стадии формования позволяет выдерживать заданную кратность вытяжки с точностью до 4%. Покрывной и подстилающий слои получают с кратностью фильерной вытяжки 2500, промежуточный сорбционно-активный слой с кратностью фильерной вытяжки 2900. При этом для обеспечения равномерности отдельных слоев отношение скорости движения прядильных блоков подстилающего и покрывного слоев относительно скорости движения транспортера равно 32, скорости движения прядильных блоков для промежуточного сорбционно-активного слоя равно 50. Образующийся трехслойный наполненный волокнистый материал отмывается от остатков растворителя ДМФ в промывной машине водой с температурой 18-20°С. Получение сорбционно-фильтрующего материала низкой поверхностной плотности (до 300 г/м²) дополнительно облегчает процесс отмывки.The control system of the pulsation of the solution supply at the molding stage allows you to withstand the specified draw ratio with an accuracy of 4%. The coating and underlying layers are obtained with a die ratio of 2500, the intermediate sorption-active layer with a die ratio of 2900. Moreover, to ensure the uniformity of the individual layers, the ratio of the speed of the spinning blocks of the base and cover layers relative to the speed of the conveyor is 32, the speed of the spinning blocks for the intermediate sorption-active layer is 50. The resulting three-layer filled fibrous material is washed from the remnants of the solvent DMF in the wash machine with water of 18-20 ° C. Obtaining a sorption-filtering material of low surface density (up to 300 g / m ² ) further facilitates the washing process.

Сушка отмытого от растворителя сорбционно-фильтрующего материала (КМНСФМ), гарантирующая отсутствие увлажненных и пересушенных участков, происходит благодаря точному поддержанию температуры в каждой из трех секций сушилки, а также за счет точного соотношения температур между секциями сушилки благодаря реализации схемы плавной подачи пара для обогрева воздуха в сушилке с помощью ПИД-регулятора. При этом отношение температуры первой секции (t_1секц.) ко второй (t_2секц.) находится в пределах от 1,2 до 1,3; второй секции (t_2секц.) к третьей (t_3секц.) от 1,3 до 1,4. Абсолютные значения температур на первой секции сушилки находятся в пределах 99-101°С, на второй - 79-81°С, на третьей - 59-61°С.The drying of solvent-washed sorption-filtering material (KMNSFM), guaranteeing the absence of wetted and dry areas, occurs due to the accurate temperature control in each of the three sections of the dryer, as well as due to the accurate temperature ratio between the sections of the dryer due to the implementation of a smooth steam supply circuit for heating air in the dryer using a PID controller. The ratio of the temperature of the first section (t _{1 sec.} ) To the second (t _{2 sec.} ) Is in the range from 1.2 to 1.3; the second section (t _{2 sec.} ) to the third (t _{3 sec.} ) from 1.3 to 1.4. The absolute temperature values in the first section of the dryer are in the range of 99-101 ° C, in the second - 79-81 ° C, in the third - 59-61 ° C.

После проведения упрочнения материала на стадии двухстороннего дублирования полученный композиционный многослойный нетканый фильтровально-сорбционный материал имеет строго фиксированную ширину от 1000 до 1500 мм, обладает повышенной драпируемостью до 10%, воздухопроницаемостью от 140 до 160 дм³/м²⋅с, прочностью на раздир (по длине и ширине) от 30 до 40 Н, поверхностной плотностью 260-280 г/м² и используется за счет повышенного содержания в 60% угольного наполнителя для защитной одежды (костюмы ОЗК-Ф) для обеспечения защиты от аэрозолей органических аварийно-химических опасных веществ ингаляционного действия (АХОВИД). Время защитного действия от органических соединений по тест-веществу циклогексану по ГОСТ Р 22.9.14-2014 33-35 минут, динамическая сорбционная активность по тест-веществу циклогексану составляет 170 мг/г, является повышенной для класса органических веществ (ГОСТ 12.4.159-90, ГОСТ 12.4.158-90).After hardening of the material at the stage of double-sided duplication, the obtained composite multilayer non-woven non-woven filter and sorption material has a strictly fixed width from 1000 to 1500 mm, has increased drapeability of up to 10%, air permeability from 140 to 160 dm ³ / m ² ⋅ s, tear strength ( length and width) of 30 to 40 N, the surface density of 260-280 g / m ² and is used due to the increased content of 60% carbon filler for protective clothing (costumes PCD-F) to provide protection from aerosols of organic variyno chemical hazardous substances inhaled action (AHOVID). The protective action time from organic compounds for the test substance cyclohexane according to GOST R 22.9.14-2014 33-35 minutes, the dynamic sorption activity for the test substance cyclohexane is 170 mg / g, is increased for the class of organic substances (GOST 12.4.159- 90, GOST 12.4.158-90).

Пример 2Example 2

Установка для получения композиционных многослойных нетканых сорбционно-фильтрующих материалов (КМНСФМ) из разнородных слоев содержит четыре линии приготовления прядильных растворов и суспензий на их основе на базе активированного угля БАУ-А для защиты от органических веществ и NH₃, а также катионита КБ-4 для дополнительной селективной сорбции (защиты) от паров аммиака. Активированный уголь указанной марки обладает повышенной поглотительной способностью, суммарный объем пор (микро- и мезопор) составляет 1,65-1,80 см³/г.The installation for producing composite multilayer non-woven sorption-filtering materials (KMNSFM) from heterogeneous layers contains four lines for the preparation of spinning solutions and suspensions based on them based on activated carbon BAU-A for protection against organic substances and NH ₃ , as well as KB-4 cation exchanger for additional selective sorption (protection) from ammonia vapors. Activated carbon of this type has a high absorption capacity, the total pore volume (micro- and mesopores) is 1.65-1.80 cm ³ / g.

В первом и четвертом суспензаторах готовят композиционные растворы, представляющие собой суспензию мелкодисперсного наполнителя (диаметр частиц БАУ-А 40-80 мкм) в растворе волокнообразующего полимера. Раствор приготавливают на основе ПАН и ПУ в ДМФ. Во втором и третьем суспензаторах приготавливают композиционные растворы, содержащие ПАН, полиуретан, ДМФ и в качестве наполнителя катионит КБ-4 с дисперсностью 10-40 мкм, что гарантирует его расположение внутри волокон, образующих второй и третий промежуточные слои.In the first and fourth suspensions, composite solutions are prepared, which are a suspension of a finely divided filler (particle diameter BAU-A 40-80 μm) in a solution of fiber-forming polymer. The solution is prepared on the basis of PAN and PU in DMF. In the second and third suspensions, composite solutions are prepared containing PAN, polyurethane, DMF and KB-4 cation exchanger with a dispersion of 10-40 microns, which ensures its location inside the fibers forming the second and third intermediate layers.

На каждый из четырех прядильных блоков подается прядильная композиция, осадительная ванна и сжатый воздух. В результате проведения одновременной вытяжки, осаждения и раскладки сформированный волокнистый холст представляет собой многослойный материал.A spinning composition, a precipitation bath and compressed air are supplied to each of the four spinning blocks. As a result of the simultaneous drawing, deposition and layout, the formed fibrous canvas is a multilayer material.

При этом, как и в примере 1, подстилающий сорбционно-упрочненный слой, формуемый первым прядильным блоком, содержит частицы твердого наполнителя (угля БАУ-А) размером 40-80 мкм, расположенными на поверхности волокон. Процесс формования осуществляется из наполненной прядильной суспензии на основе ПАН, полиуретана с преобладающим содержанием последнего (более 50%).In this case, as in example 1, the underlying sorption-hardened layer formed by the first spinning block contains particles of a solid filler (BAU-A coal) with a size of 40-80 μm, located on the surface of the fibers. The molding process is carried out from a filled spinning slurry based on PAN, polyurethane with a predominant content of the latter (more than 50%).

Второй и третий прядильные блоки формируют соответственно второй и третий промежуточные сорбционно-активные слои, содержащие катионит КБ-4 размером 10-40 мкм, который располагается внутри волокон, образующих указанные слои. Формирование композиционных нитей при образовании их осуществляется из раствора с преобладающим содержанием (более 50%) ПАН относительно полиуретана.The second and third spinning blocks form, respectively, the second and third intermediate sorption-active layers containing cation exchange resin KB-4 with a size of 10-40 microns, which is located inside the fibers forming these layers. The formation of composite filaments during their formation is carried out from a solution with a predominant content (more than 50%) of PAN relative to polyurethane.

Четвертый прядильный блок формирует покрывной (четвертый) сорбционно-упрочненный слой в условиях и с характеристиками адекватными подстилающему слою. В результате образованный в одну стадию композиционный четырехслойный нетканый сорбционно-фильтрующий материал имеет поверхностную плотность 280-300 г/м². При его получении реализуется принцип сложения сорбционных (защитных) свойств, а также увеличение физико-механических свойств композиционного четырехслойного нетканого сорбционно-фильтрующего материала в целом за счет наличия сорбционно-упрочненных подстилающего и покрывного слоев.The fourth spinning block forms a cover (fourth) sorption-hardened layer under conditions and with characteristics adequate to the underlying layer. As a result, a composite four-layer nonwoven sorption-filtering material formed in one stage has a surface density of 280-300 g / m ² . Upon its receipt, the principle of combining sorption (protective) properties is implemented, as well as an increase in the physicomechanical properties of the composite four-layer non-woven non-woven sorption-filtering material as a whole due to the presence of sorption-strengthened bedding and coating layers.

Как и в примере 1 действующая система контроля пульсации давления подачи раствора позволяет выдерживать заданную кратность вытяжки при получении подстилающего и покрывного слоя, содержащих АУ марки БАУ-А с характеристиками, аналогичными в примере 1, соответственно составляющую 2500 и 2600. Вытяжка при получении второго и третьего промежуточных слоев, последовательно наносимых на подстилающий слой с наполнителем БАУ-А, содержащих катионит КБ-4, производится при кратностях К=2000 и К=2200.As in example 1, the current control system for the pulsation of the supply pressure of the solution allows you to withstand the specified stretch ratio upon receipt of the underlying and topcoat containing AU BAU-A with characteristics similar to that in example 1, components of 2500 and 2600, respectively. Hood upon receipt of the second and third intermediate layers sequentially applied to the underlying layer with BAU-A filler containing KB-4 cation exchanger is produced at multiplicities K = 2000 and K = 2200.

Равномерность отдельных слоев обеспечивается системой раскладки настоящего изобретения. Отношение скорости движения прядильных блоков при формировании подстилающего и покрывного слоев относительно скорости движения транспортера равно 40. Указанное соотношение при формировании второго и третьего промежуточных слоев, содержащих катионит КБ-4, равно 80. Полученный четырехслойный наполненный волокнистый материал представляет собой эластичный сорбент, обладающий дополнительной селективной сорбирующей способностью по NH₃.The uniformity of the individual layers is provided by the layout system of the present invention. The ratio of the speed of the spinning blocks during the formation of the underlying and covering layers relative to the speed of the conveyor is 40. The specified ratio for the formation of the second and third intermediate layers containing KB-4 cation exchange resin is 80. The obtained four-layer filled fibrous material is an elastic sorbent with additional selective sorption capacity for NH ₃ .

Стадия отмывки полученного эластичного сорбента от остатков растворителя ДМФ водой и последующая сушка осуществляется также как в примере 1.The stage of washing the obtained elastic sorbent from the remnants of the solvent DMF with water and subsequent drying is carried out as in example 1.

Готовый продукт представляет собой композиционный многослойный нетканый сорбционно-фильтрующий материал (КМНСФМ) шириной 1000-1500 мм, повышенной драпируемостью (до 11%), воздухопроницаемостью 145-155 дм³/м²⋅с, прочностью на раздир от 28 до 42 Н, поверхностной плотностью 280-300 г/м², применяется в качестве защитных экранов, магистральных поглотительных фильтров органических веществ и аммиака. За счет присутствия АУ БАУ-А динамическая сорбционная активность по тест-веществу циклогексану составляет 130 мг/г. Присутствие активированного угля и катионита КБ-4 за счет эффекта сложения защитных свойств обеспечивает динамическую сорбционную активность по парам аммиака до 60 мг/г.The finished product is a composite multilayer non-woven sorption-filtering material (KMNSFM) with a width of 1000-1500 mm, high drapeability (up to 11%), air permeability of 145-155 dm ³ / m ² ⋅ s, tear strength from 28 to 42 N, surface with a density of 280-300 g / m ² , it is used as protective screens, main absorption filters of organic substances and ammonia. Due to the presence of AU BAU-A, the dynamic sorption activity of the test substance cyclohexane is 130 mg / g. The presence of activated carbon and KB-4 cation exchanger due to the addition of protective properties provides dynamic sorption activity for ammonia vapors up to 60 mg / g.

Пример 3Example 3

Установка для получения КМНСФМ из разнородных слоев содержит четыре линии приготовления прядильных растворов и суспензий с наполнителями на базе активированного угля СКТ-6 для защиты от органических АХОВИД и токсичного диоксида серы, а также на основе анионита ЭДЭ-10П, обладающего дополнительной селективной сорбцией токсичного газа диоксида серы.The installation for producing KMNSFM from heterogeneous layers contains four lines for the preparation of spinning solutions and suspensions with fillers based on activated carbon SKT-6 for protection against organic AHOVID and toxic sulfur dioxide, as well as on the basis of anion exchange resin EDE-10P, which has an additional selective sorption of toxic dioxide gas sulfur.

Получение подстилающего и покрывного слоев осуществляется в условиях, аналогичных примерам 1 и 2. Как и в примерах 1 и 2 действует система контроля пульсации давления подачи раствора и фиксации заданной кратности вытяжки. Во втором и третьем суспензаторах приготавливают прядильные композиции для получения двух промежуточных слоев КМНСФМ, содержащие ПАН, полиуретан, ДМФ и в качестве наполнителя анионит ЭДЭ-10П. Частицы наполнителя с диаметром 10-40 мкм расположены внутри волокон, образующих промежуточные сорбционно-активные слои, и служат для селективного поглощения диоксида серы. Указанные два сорбционно-активных слоя получены растворным аэродинамическим формованием из смеси дисперсных растворов полимеров ПАН и ПУ с преобладающим содержанием ПАН (более 50%) путем последовательного их нанесения в одну стадию на подстилающий слой при соответствующих кратностях К=2100 и К=2300.Obtaining the underlying and covering layers is carried out under conditions similar to examples 1 and 2. As in examples 1 and 2, a system for controlling the pulsation of the supply pressure of the solution and fixing the predetermined stretch ratio operates. In the second and third suspensions, spinning compositions are prepared to obtain two intermediate layers of KMNSFM containing PAN, polyurethane, DMF and anion exchange resin EDE-10P as a filler. Filler particles with a diameter of 10-40 μm are located inside the fibers forming intermediate sorption-active layers and serve for the selective absorption of sulfur dioxide. These two sorption-active layers were obtained by solution aerodynamic molding from a mixture of dispersed solutions of PAN and PU polymers with a predominant PAN content (more than 50%) by sequentially applying them in a single stage on the underlying layer with the corresponding multiplicities K = 2100 and K = 2300.

Равномерность отдельных слоев обеспечивается системой раскладки настоящего изобретения. Отношение скорости движения прядильных блоков при формировании подстилающего и покрывного слоев относительно скорости движения транспортера равно 32. Указанное соотношение при формировании второго и третьего промежуточных слоев, содержащих анионит ЭДЭ-10П, равно 80. Полученный композиционный четырехслойный нетканый сорбционно-фильтрующий материал представляет собой эластичный сорбент, обладающий дополнительной селективной сорбирующей способностью по SO₂.The uniformity of the individual layers is provided by the layout system of the present invention. The ratio of the spinning block motion speed during the formation of the underlying and topcoats relative to the conveyor speed is 32. The specified ratio during the formation of the second and third intermediate layers containing EDE-10P anion exchange resin is 80. The resulting four-layer nonwoven sorption-filtering composite material is an elastic sorbent, possessing additional selective sorbing ability on SO ₂ .

В независимости от вида сорбента механизм промывки КМНСФМ и удаления влаги (сушка) сохраняется идентичным примерам 1 и 2.Regardless of the type of sorbent, the mechanism of washing KMNSFM and removing moisture (drying) is identical to Examples 1 and 2.

Готовый продукт представляет собой КМНСФМ шириной 1000-1500 мм, повышенной драпируемостью (10,5%), воздухопроницаемостью 140-160 дм³/м²⋅с, прочностью на раздир от 32 до 43 Н, поверхностной плотностью 260-300 г/м², применяется для изготовления СИЗОД с преимущественной защитой от АХОВИД. За счет присутствия активированного угля (АУ) динамическая сорбционная активность по тест-веществу циклогексану составляет 120 мг/г. Присутствие АУ и анионита ЭДЭ-10П за счет эффекта сложения защитных свойств придает динамическую сорбционную активность по диоксиду серы до 70 мг/г.The finished product is KMNSFM with a width of 1000-1500 mm, increased drape (10.5%), air permeability of 140-160 dm ³ / m ² ⋅ s, tear strength from 32 to 43 N, surface density 260-300 g / m ² , It is used for the manufacture of RPDs with primary protection against AHOVID. Due to the presence of activated carbon (AC), the dynamic sorption activity of the test substance cyclohexane is 120 mg / g. The presence of AC and anion exchanger EDE-10P due to the addition of protective properties gives a dynamic sorption activity for sulfur dioxide up to 70 mg / g.

Приведенные примеры работы установки иллюстрируют возможности повышения сорбционной емкости по конкретному веществу (пример 1), а также расширения защитных свойств по отношению к веществам различной природы (примеры 2, 3), например, катеонитами, либо анионитами различного химического состава.The given examples of the operation of the installation illustrate the possibilities of increasing the sorption capacity for a particular substance (example 1), as well as expanding the protective properties with respect to substances of various nature (examples 2, 3), for example, cateonites or anion exchangers of various chemical composition.

Установка настоящего изобретения позволяет получать композиционные многослойные нетканые сорбционно-фильтрующие материалы в виде эластичных сорбентов с различными активными твердыми наполнителями (пат. РФ 2607585, опубл. 10.01.2017), реализует принцип сложения защитных свойств различных сорбентов, находящихся в составляющих слоях, при формировании многослойного холста в одну стадию.The installation of the present invention allows to obtain composite multilayer non-woven sorption-filtering materials in the form of elastic sorbents with various active solid fillers (US Pat. RF 2607585, publ. 10.01.2017), implements the principle of adding the protective properties of various sorbents in the constituent layers during the formation of a multilayer canvas in one stage.

Claims (1)

Установка для получения сорбционно-фильтрующих нетканых материалов из растворов полимеров методом аэродинамического формования, содержащая узел приготовления прядильных растворов, машину формования с прядильными блоками, узел промывки, сушилку для сушки материала и узел намотки готового нетканого материала, включает в себя систему предотвращения пульсации давления прядильного раствора, подаваемого на формовочные блоки, сохраняющую отношение максимальной фильерной вытяжки и минимальной фильерной вытяжки не более 1,04, раскладочное устройство, обеспечивающее отношение скорости движения прядильных блоков относительно скорости движения транспортера в пределах от 16 до 80, узел промывки, оснащенный системой отмывки растворителя водой методом противотока и дополнительными циркуляционными контурами, трехсекционную сушилку для удаления влаги с отношением установленной температуры первой секции ко второй от 1,2 до 1,3, а температуры второй секции к третьей от 1,3 до 1,4, при этом материал может быть получен в одну стадию.The apparatus for producing sorption-filtering non-woven materials from polymer solutions by aerodynamic molding, comprising a unit for preparing spinning solutions, a spinning machine with spinning units, a washing unit, a dryer for drying the material and a winding unit for the finished non-woven material, includes a system for preventing pressure pulsation of the spinning solution applied to the molding blocks, preserving the ratio of the maximum die drawing and the minimum die drawing no more than 1.04, folding a construction providing a ratio of the speed of movement of the spinning blocks relative to the speed of the conveyor in the range from 16 to 80, a washing unit equipped with a solvent washing system with water by the counterflow method and additional circulation circuits, a three-section dryer for removing moisture with a ratio of the set temperature of the first section to the second from 1, 2 to 1.3, and the temperature of the second section to the third from 1.3 to 1.4, while the material can be obtained in one stage.

Images