Нетканый фильтровальный материал

 

Использование: в мелиорации при строительстве горизонтального дренажа. Сущность: в волокнистой смеси, состоящей из неразрушающихся синтетических и разрушающихся натуральных волокон, пропитанной связующим, количество натуральных волокон определяют из условий при толщине материала и при толщине при этом максимальное содержание волокон в смеси определено условием , где b_1,2 - содержание натуральных волокон в смеси, ч.; δ_o - исходная толщина материала, см; d_э.в - диаметр элементарного волокна, см; γ_o - исходная плотность материала, г/см³; γ_b - плотность синтетических волокон, г/см³ , d^o_ср - средний диаметр пор, см, при этом в качестве натуральных волокон используют отходы их производства. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к мелиоративному строительству и может быть использовано в мелиорации при строительстве горизонтального дренажа.

Известен нетканый фильтровальный материал для гидромелиорации, выполненный из волокнистой смеси на основе отходов синтетических волокон и регенерированных натуральных волокон при следующем соотношении компонентов, мас.%: отходы синтетических волокон 50-80, регенерированные натуральные волокна 20-50. Смесь пропитана связующим - каучуковым латексом, взятым в количестве от 3-20% от массы материала, на глубину 10-70% от толщины фильтровального материала [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является дренажный фильтр на основе плоского неразрушающегося фильтровального материала с соответствующими грунту проходными отверстиями, содержащий водорастворимые или разрушающиеся компоненты. В качестве этих компонентов используется либо водорастворимое связующее, либо разрушающийся волокнистый материал, который врабатывается в текстильное полотно. После растворения или разрушения компонентов в фильтре образуются отверстия, соответствующие дренируемому грунту [2].

Общим недостатком аналога и прототипа является их недостаточная надежность и эффективность при дренировании в различных по мехсоставу грунтах, так как при определении процентного содержания водорастворимых и разрушающихся компонентов не учтена деформация фильтра под воздействием грунта после полного растворения или разрушения компонентов, что естественно изменит поровую структуру материала и скажется на его свойствах.

Кроме того, поровая структура материала зависит от его структурных параметров, диаметра элементарного волокна, степени заполнения объема фильтра волокном, толщины, и поэтому процентное содержание водорастворимых и разрушающихся компонентов в материале необходимо определять с учетом его структурных параметров, что обеспечит надежные эксплуатационные свойства при дренировании любых грунтов.

Целью данного изобретения является повышение надежности и эффективности материала при защите дренажа от заиления, а также снижения его стоимости.

Цель достигается тем, что в нетканом фильтровальном материале, выполненном из волокнистой смеси на основе неразрушающихся синтетических и разрушающихся натуральных волокон и пропитанным связующим, содержание натуральных волокон в смеси ограничено с учетом деформации материала после их полного разрушения структурными параметрами материала и определено из условий b₁= 1-0,785 при толщине материала δ_o > и b₂= 1- при толщине материала δ_o < при этом максимальное содержание натуральных волокон в смеси определено условием δ_o = Кроме того, в качестве натуральных волокон можно использовать отходы их производства.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "Новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа не были выявлены и потому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

Условия, определяющие процентное содержание натуральных волокон в смеси, были получены следующим образом.

Защитные свойства дренажного фильтра определяются его способностью защищать дренажную трубу от заиления. Экспериментальные исследования показывают, что контактная устойчивость для волокнистых фильтров соблюдается при условии d_cp^o/d ≅2-2,5 (1), где d_cp^o - средний диаметр пор волокнистого материала, d - средний диаметр частиц дренируемого грунта.

Из этого условия следует, что после разрушения натуральных волокон в фильтре должны образоваться поры, средний диаметр которых d_cp^o≅(2-2,5)d.

Средний диаметр пор нетканых фильтровальных материалов, которые формируются из элементарных волокон длиной значительно больше их диаметра, а связка, скрепляющая волокна, распределена в местах контакта волокон, частично впитывается натуральным волокном и частично обволакивает элементарные волокна, можно определить по формуле d^o_ср= d_э.в (2) где d_э.в - диаметр элементарного волокна, α- плотность укладки волокон в объеме фильтра. α = (3) где γ_ф- плотность материала фильтра; γ_в- массовая плотность материала волокна.

Подставляя (3) в (2), получим d^o_ср= (4) Второе условие определено структурным строением нетканого фильтровального материала, когда элементарные волокна расположены в плоскости материала. Установлено, что структура таких материалов стабилизируется при толщине δ≥10 d_э.в.

Дальнейшее увеличение толщины не ведет к изменениям распределения и среднего диаметра пор. Это означает, что минимальная толщина дренажного фильтра должна быть δ≥10 d_э.в. (5) Учет деформации нетканого фильтровального материала, после укладки дренажа в грунт, выполнен для двух предельных случаев в зависимости от свойств грунта и скорости разрушения волокон.

П р и м е р 1. После разрушения натуральных волокон оставшийся материал не подвергается дополнительному сжатию и его толщина остается такой же, как и после укладки. В этом случае изменяется плотность материала, средний диаметр пор.

Если представить плотность материала фильтра с частично разрушаемыми волокнами в виде суммы γ₀=γ_0,1+γ_0,2 (6) где γ_0,1- плотность разрушающихся натуральных волокон;
γ_0,2- плотность синтетических волокон.

При этом долевое содержание натуральных волокон в объеме материала равно
= b (7)
Тогда после разрушения натуральных волокон плотность материала фильтра
γ_ф=γ_0,2=γ₀= (1 - b),
а средний диаметр пор
d^o_ср= (8)
П р и м е р 2. После разрушения натуральных волокон оставшийся материал подвергается сжатию и его плотность остается такой же, как после укладки, а изменяется только толщина фильтра.

В этом случае γ_ф=γ₀, а
δ₀=δ₀ (1 - b), (9)
Таким образом, нетканый фильтровальный материал, после разрушения натуральных волокон должен иметь следующие параметры
d^o_ср=
δ = δ₀(1-h)
Из формул (8, 9 и 5) можно определить допустимые значения коэффициента b, обозначим их соответственно b₁ и b₂.

b₁= 1 - 0.785 (10)
и
b₂= 1 - (11)
Понятно, что нетканый фильтровальный материал с разрушающимися натуральными волокнами должен удовлетворять одновременно двум предельным случаям. Это условие будет выполнено, если значение будет выбрано минимальным из вычисленных b₁ и b₂.

Максимально допустимое содержание натуральных волокон в фильтровальном материале будет при условии
b₁ = b₂ (12)
Приравняв правые части формул (10 и 11), определим исходную толщину нетканого фильтровального материала, соответствующую максимальному содержанию натуральных волокон в смеси.

δ_o = (13)
В таблице помещены значения b₁ и b₂, вычисленные по формулам (10 и 11) и определены допустимые значения b_доп для конкретного материала с d_э.в. = 15 мкм, γ_в= 0,95 г/см³ и минимальной толщиной δ_min= 150--500 мкм. При решении учитываем, что значенияδ₀ и γ₀ при современной технологии получения нетканых фильтровальных материалов связаны зависимостью γ₀= f(δ₀), приведенной на фиг.1.

На фиг. 2 построены экспериментальные зависимости b₁ = f(δ₀) (1), b₂= f(δ₀) (2) и зона допустимых значений b_доп (3), при δ_min= 0,15 мм. Как видим, b_доп имеет максимум в точке пересечения двух зависимостей, т.е. при b₁ = b₂.

Этой точке соответствует исходная толщина фильтровального материала, определяемая по формуле (11).

Таким образом, из приведенного примера следует, что для нетканого материала с заранее заданными структурными параметрами и с учетом характеристик дренируемого грунта при исходной толщине δ_o < содержание натуральных волокон в смеси определяется условием b₁= 1 - , а при δ_o > условием b₂= 1 - 0.785
Положительный эффект, создаваемый изобретением по сравнению с известными техническими решениями заключается в том, что позволяет определить допустимое содержание разрушаемых волокон в смеси в зависимости от структурных параметров материала, т. е. повышает надежность и эффективность нетканого фильтровального материала при использовании его в различных по мехсоставу дренируемых грунтах. Это естественно скажется и на снижении стоимости материала.

Формула изобретения

НЕТКАНЫЙ ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ, состоящий из волокнистой смеси на основе неразрушающихся синтетических и разрушающихся натуральных волокон, пропитанной связующим, отличающийся тем, что содержание натуральных волокон в смеси ограничено с учетом деформации материала после их полного разрушения структурными параметрами материала и определено из условий

при толщине материала


при толщине материала

при этом максимальное содержание натуральных волокон в смеси определено условием

где b₁, b₂ - содержание натуральных волокон в смеси, части;
δ_o - исходная толщина материала, см;
d_э.в - диаметр элементарного волокна, см;
γ_o - исходная плотность материала, г/см³;
γ_в - плотность синтетических волокон, г/см³;
d^o_ср - средний диаметр пор, см,
при этом в качестве натуральных волокон используют отходы их производства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3