Нетканый фильтровальный материал

 

Сущность изобретения: нетканый фильтровальный материал выполнен в виде волокнистого холста из смеси штапельных синтетических волокон, включает малоусадочные поливинилхлоридные волокна с линейной плотностью 1,0 - 2,0 текс и другие волокна с линейной плотностью 0,4 - 0,8 текс в равном процентном соотношеннии. Относительная толщина составляет 530 < H/db < 700. Величина удельной фильтрующей поверхности материала составляет 27,5 < F < 35, где H - толщина фильтровального материала, db - средний диаметр волокна. 1 табл.

Изобретение относится к производству нетканых материалов и используется при изготовлении фильтровального материала для воздушных фильтров.

Известен фильтровальный материал "Полотно нетканое клееное объемное фильтровальное" (ТУ 17-1183-74), представляющий собой волокнистый холст из штапельных синтетических волокон, проклеенных связующим веществом.

Недостатками данного фильтровального материала являются относительно низкая эффективность очистки (80%), большая масса материала (460 г/м²) и его толщина (30 мм), из-за чего нецелесообразно применять данный материал в ячейковых фильтрах, так как он имеет большое начальное аэродинамическое сопротивление. Кроме того, известный фильтровальный материал обладает существенным недостатком, он горюч.

Известен фильтровальный материал "Полотно нетканое клееное объемное фильтровальное марки ФРНК-ПГ" (ТУ 17-14-180-82), представляющий собой холст из смеси штапельных синтетических волокон, проклеенных связующим веществом.

Недостатком указанного фильтровального материала является относительно низкая эффективность очистки (87%), большие массы (460 г/м²) и толщина (30 мм). При этом из-за относительно низкой эффективности очистки и большой толщины данного материала его не используют в ячейковых фильтрах, где он находится в плоском состоянии (перпендикулярно направлению воздушного потока) и, следовательно, кроме того, обладает высоким начальным аэродинамическим сопротивлением.

Известен также нетканый фильтровальный материал (авт.св. СССР N 1673663, кл. D 04 H 1/58), cодержащий волокнистый холст из смеси штапельных синтетических волокон, проклеенных связующим веществом.

Недостатками указанного нетканого фильтровального материала, принятого за прототип, являются относительно низкая эффективность очистки (89%) и большая масса (304.363 г/м).

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, то есть повышение эффективности очистки, уменьшение массы материала при одновременном расшиpении его области применения без изменения эксплуатационных показателей.

Данная цель осуществляется в нетканом фильтровальном материале, содержащем волокнистый холст из смеси штапельных синтетических волокон, включающей малоусадочные поливинилхлоридные волокна и другие волокна в равном процентном соотношении, проклеенные связующим веществом, при этом новым в материале являются следующие признаки: в холсте малоусадочные поливинилхлоридные волокна имеют линейную плотность 1,0.2,0 текс, а другие волокна линейную плотность 0,4.0,8 текс, при этом относительная толщина волокнистого холста составляет 530<Н/d<SUB>вв средний диаметр волокна.

Данные новые признаки обеспечивают получение положительного эффекта, а именно повышение эффективности очистки, уменьшение массы материала при одновременном расширении его области применения без изменения эксплуатационных показателей.

Не известны технические решения, которые сходны с признаками, отличающими заявленное изобретение от прототипа. Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критериям "Новизна" и "Существенные отличия".

Влияние фильтрующей поверхности материала из смеси малоусадочных поливинилхлоридных и других синтетических волокон на его эффективность очистки и начальное аэродинамическое сопротивление видно из следующих выражений: η 1 E 1 e ^{- 1 /} π ^* η Σ ^{* F} (1) Δ P_н 1 / 2 π * ρ * V_cp² * F * C_д (2) F 4 * α * H / d_в удельная фильтрующая поверхность материала из гладких синтетических волокон круглого сечения, где η эффективность очистки; Е степень выноса пыли; η _Σ ^I коэффициент захвата частиц пыли единицей длины волокна в материале под влиянием всех механизмов осаждения; F удельная фильтрующая поверхность материала (поверхность волокон, приходящихся на единицу площади материала) из смеси синтетических волокон;
ΔP_н начальное аэродинамическое сопротивление фильтровального материала;
ρ плотность газа (воздуха);
V_ср средняя скорость фильтрации воздуха через материал;
С_д коэффициент лобового сопротивления волокна фильтровального материала;
α плотность упаковки волокон фильтровального материала;
Н толщина фильтровального материала;
d_в средний диаметр волокон.

(Хлебников Ю.П. Метод расчета сопротивления, эффективности и пылеемкости волокнистых фильтров. Кондиционеростроение. Сб. науч. тр. ВНИИкондиционер. Харьков, 1977. Вып.6, с.64-74.

Хлебников Ю.П. Качусов Г.Г. Определение аэродинамического сопротивления волокнистых фильтрующих материалов.

Кондиционеростроение: Сб. науч. тр. ВНИИкондиционер. Харьков. 1981. Вып. 10, с.72-76).

Как видно из выражения (1), на эффективность очистки значительно влияет параметр F. Удельная фильтрующая поверхность волокон F в свою очередь зависит также и от среднего диаметра волокна d_в. С уменьшением диаметра волокна d_в увеличивается удельная фильтрующая поверхность волокон, что способствует повышению эффективности очистки, а значение степени выноса пыли уменьшается, так как показатель степени при "е" с отрицательным знаком.

Из выражения (2) видно, что начальное аэродинамическое сопротивление фильтровального материала прямо пропорционально зависит от его удельной фильтрующей поверхности F и коэффициента лобового сопротивления волокон С_д.

В готовом материале его удельная фильтрующая поверхность определяется расчетным путем следующим образом.

Измеряются длина, ширина и толщина Н образца фильтровального материала. Определяется масса образца. Подсчитываются объем образца и объемная масса Q. Кроме того, для материалов, состоящих из смеси синтетических волокон, определяются для каждого типа волокна Q_i, плотность упаковки α_i и удельная поверхность волокон F по одной из следующих формул:
гладкое синтетическое волокно круглого сечения
F_кi 4 * α_i * H / d_i (3) малоусадочное поливинилхлоридоное волокно с порами на его наружной поверхности
F_пвх К₁ⁱ * α_i * H (4) где F_кi, F_пвх удельная поверхность каждого типа волокна круглого и пористого сечения в материале;
K₁ⁱ постоянная, характеризующая площадь и периметр поперечного сечения каждого типа волокна, равная P_вi/S_вi для малоусадочного поливинилхлоридного;
Р_вi периметр поперечного сечения волокна каждого типа;
S_вi площадь поперечного сечения волокна каждого типа;
α_i плотность упаковки каждого типа волокна в материале;
d_i диаметр каждого типа волокна в материале.

Суммарная удельная поверхность волокон в материале (удельная фильтрующая поверхность материала) независимо от сечения волокна подсчитывается по формуле;
F=F1+F2+.+F_i (5)
Средний диаметр волокон в материале определяется по уравнению
d_в=(d1*F1+d2*F2+.+d_i*F_i/F (6)
Предлагаемый нетканый фильтровальный материал представляет собой однородный (без слоев) волокнистый холст, выполненный из смеси штапельных (определенной длины) малоусадочных поливинилхлоридных волокон линейной плотностью 1,0.2,0 текс и других синтетических волокон линейной плотностью 0,4. 0,8 текс в равном процентном соотношении, проклеенных связующим веществом.

В малоусадочных поливинилхлоридных волокнах и на их поверхности выполнены поры. В данных волокнах в процессе их производства образуются поры, которые имеют два вида расположения по отношению к поперечному сечению волокна, одни поры близки к продольному расположению, другие к радиальному, то есть имеют каналы выхода воздушных пузырьков изнутри волокна на наружную поверхность. В последнем случае поверхность волокон становится более грубой (шероховатой), а следовательно, увеличивается фильтрующая поверхность материала с содержанием таких волокон и тем самым повышается эффективность очистки.

К основным эксплуатационным показателям нетканого фильтровального материала относятся негорючесть материала, его регенерируемость и минимальное начальное аэродинамическое сопротивление, то есть не более 80 Па согласно "Руководящим материалам по центральным кондиционерам и кондиционерам-теплоутилизаторам КТЦ3. Тр. ПО "Союзкондиционер" (часть 1), 1987, 234 с.".

Предлагаемый фильтровальный материал является трудногорючим из-за применения в материале 50% малоусадочных поливинилхлоридных волокон, являющихся негорючими.

Равномерное проклеивание связующим веществом волокнистого холста по всей его толщине способствует созданию фильтровального материала с большей прочностью, а также сохранению его формы (структуры и толщины), что позволяет подвергать предлагаемый фильтровальный материал многократной мокрой регенерации (до шести раз).

В процессе фильтрации запыленный воздух проходит через нетканый фильтровальный материал, при этом частицы пыли оседают на поверхности гладких синтетических и шероховатых малоусадочных поливинилхлоридных волокон.

П р и м е р 1. Берут 25% малоусадочных поливинилхлоридных (ПВХ) волокон линейной плотностью 2,0 текс и длиной резки 65.70 мм, 25% малоусадочных ПВХ волокон линейной плотностью 1,0 текс и длиной резки 65.70 мм, 25% полиэфирных волокон с линейной плотностью 0,6 текс и длиной резки 65.70 мм, 25% нитроновых волокон с линейной плотностью 0,7 текс и длиной резки 65.70 мм и готовят из них смесь, которая подается на чесальный агрегат и далее на холстообразующее устройство. Сформированный волокнистый холст нужной толщины в дальнейшем равномерно проклеивается по всей его толщине связующим веществом в виде водной дисперсии сополимера винихлорида и винилацетата методом распыления. Равномерность проклеивания холста по всей его толщине обеспечивается непрерывным просасыванием через холст воздуха, содержащего аэрозоль распыленного связующего вещества. Содержание связующего вещества в готовом материале составляет 30% его массы. При этом поверхностная плотность материала (масса 1 м² материала) составляет 300 г/м², а его толщина равна 19 мм.

П р и м е р 2. Волокнистый холст материала формируют из 50% малоусадочных поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью 1,0 текс и длиной резки 65. 70 мм, 50% полиэфирных волокон с линейной плотностью 0,6 текс и длиной резки 65.70 мм. Фильтровальный материал получают также, как в примере 1. Материал имеет поверхностную плотность 260 г/м² и толщину 16 мм.

П р и м е р 3. Волокнистый холст материала формируют из 50% малоусадочных поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью 1,0 текс и длиной резки 65. 70 мм, 50% полиэфирных волокон с линейной плотностью 0,8 текс и длиной резки 65.70 мм. Фильтровальный материал получают также как в примере 1. Содержание связующего вещества составляет 30% массы материала. При этом поверхностная плотность материала 280 г/м², а толщина 19 мм.

П р и м е р 4. Холст материала формируют из 50% малоусадочных поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью 2,0 текс и длиной резки 65.70 мм, 50% полиэфирных волокон с линейной плотностью 0,4 текс и длиной резки 65.70 мм. Фильтровальный материал получают также, как в примере 1. При этом поверхностная плотность материала составляет 295 г/м², а толщина 18,5 мм.

П р и м е р 5. Волокнистый холст материала формируют из 50% малоусадочных поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью 1,56 текс и длиной резки 65.70 мм, 50% полиэфирных волокон с линейной плотностью 0,7 текс и длиной резки 65.70 мм. Холст проклеивают связующим веществом также, как в примере 1, и получают фильтровальный материал с поверхностной плотностью 270 г/м² и толщиной 19 мм.

П р и м е р 6. Волокнистый холст материала формируют из 50% малоусадочных поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью 2,5 текс и длиной резки 65. 70 мм, 50% полиэфирных волокон с линейной плотностью 1,2 текс и длиной резки 65.70 мм. Холст проклеивают связующим веществом также, как в примере 1, и получают фильтровальный материал с поверхностной плотностью 320 г/м² и толщиной 25 мм.

П р и м е р 7. Волокнистый холст материала формируют из 75% малоусадочных поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью 0,8 текс и длиной резки 65. 70 мм, 25% полиэфирных волокон с линейной плотностью 0,4 текс и длиной резки 65.70 мм. Холст проклеивают связующим веществом, также как в примере 1, и получают фильтровальный материал с поверхностной плотностью 280 г/м² и толщиной 20 мм.

П р и м е р 8. Волокнистый холст материала формируют из 60% малоусадочных поливинилхлоридных волокон с линейной плотностью 1,0 текс и длиной резки 65.70 мм, 40% нитроновых волокон с линейной плотностью 0,4 текс и длиной резки 65.70 мм. Холст проклеивают связующим веществом также, как в примере 1, и получают фильтровальный материал с поверхностной плотностью 290 г/м² и толщиной 21 мм.

Использование в волокнистом холсте смеси штапельных малоусадочных поливинилхлоридных волокон линейной плотностью 1,0.2,0 текс и других синтетических волокон линейной плотностью 0,4.0,8 текс в равном процентном соотношении приводит к меньшему расходу сырья для изготовления предлагаемого фильтровального материала, что позволяет создать материал по сравнению с прототипом с уменьшенной материалоемкостью, но с повышенной эффективностью очистки при одновременном расширении его области применения (использование предлагаемого фильтровального материала как в рулонных, так и в ячейковых фильтрах) без изменения эксплуатационных показателей (начальное аэродинамическое сопротивление; негорючесть; регенерируемость).

Несмотря на использование в предлагаемом нетканом фильтровальном материале волокнистого холста из смеси синтетических волокон с меньшим средним диаметром волокон по сравнению с прототипом, значение начального аэродинамического сопротивления остается на прежнем уровне. Это обеспечивается благодаря снижению массы 1 м² предлагаемого материала.

Предлагаемый материал является фильтрующей средой в фильтрах для очистки воздуха от атмосферной пыли (фильтрации воздуха), в частности, применяемых в системах кондиционирования воздуха и приточной вентиляции. Кроме того, более высокая эффективность очистки (92%) и относительно малая толщина (16.19 мм) позволяют использовать его в ячейковых фильтрах систем кондиционирования воздуха и вентиляции.

Указанные пределы содержания синтетических волокон при создании фильтровального материала с уменьшенной материалоемкостью являются оптимальными и позволяют получить положительный эффект по эффективности очистки при одновременном расширении его области применения без изменения эксплуатационных показателей. При изготовлении материала с другими соотношениями входящих синтетических волокон эффективность очистки и эксплуатационные показатели ухудшаются, сужается область применения.

С целью выбора оптимального соотношения структурных параметров материала Н/d_в, F и процентного содержания синтетических волокон проведены сравнительные испытания предлагаемого нетканого фильтровального материала.

Состав и результаты испытаний предлагаемого и известного фильтровальных материалов приведены в таблице.

Испытания предлагаемого нетканого фильтровального материала и известного велись при удельной воздушной нагрузке на материал 3900 м³/(ч*м²). Пылевые испытания проводились на пыли с удельной поверхностью 11000 см²/г до конечного аэродинамического сопротивления 294 Па, что соответствует условиям эксплуатации воздушных фильтров в кондиционерах КТЦ3, выпускаемых Харьковским заводом "Кондиционер" (Руководящие материалы по центральным кондиционерам и кондиционерам-теплоутилизаторам КТЦ3. Тр. ПО "Союзкондиционер" (часть 1), 1987, 234 с.).

Результаты испытаний показывают следующее:
известный фильтровальный материал имеет относительно низкую эффективность очистки, большую массу;
наилучшие технические показатели имеют место для предлагаемого нетканого фильтровального материала, содержащего волокнистый холст из смеси штапельных малоусадочных поливинилхлоридных волокон линейной плотностью 1,0.2,0 текс и других синтетических волокон линейной плотностью 0,4.0,8 текс в равном процентном соотношении (примеры 1,2,3,4,5);
содержание малоусадочных поливинилхлоридных волокон в пределах 50% от общей массы материала позволяет сохранить положительный эффект по негорючести, то есть фильтровальный материал остается трудногорючим (самостоятельно не горит течет и плавится);
при изготовлении нетканого фильтровального материала с другими соотношениями представленной совокупности признаков указанные показатели эффекта ухудшаются (примеры 6, 7, 8).

Так, для материала примера 6 из приведенной таблицы соблюдаются только два признака, что величина его относительной толщины Н/d_в=634, т.е. соответствует соотношению 530<Н/d<SUB>в

Увеличение плотности процентного содержания сравнительно с большей линейной плотностью малоусадочных поливинилхлоридных волокон в материале до 75% способствует повышению значения удельной фильтрующей поверхности материала и его относительной толщины (для примера 7 F=36,1 и Н/d_в=812; для примера 8 F=38,0 и Н/d_в=828), т.е. не выбрана величина удельной фильтрующей поверхности материала из оптимального неравенства 27,5<F<35 и не соответствует оптимальному соотношению относительной толщины материала 530<H/d<SUB>в

Уменьшение значения относительной толщины материала Н/d_в приводит к сравнительному снижению эффективности очистки (для примера 2 Н/d_в=604, а эффективность очистки 91%). При значении Н/d_в более 700 увеличиваются начальное аэродинамическое сопротивление и толщина нетканого фильтровального материала, что приводит к нецелесообразности применения его в ячейковых фильтрах (для примера 7 Н/d_в=812, Н=20 мм, Δ Р_н=90 Па; для примера 8 Н/d_в=828, Н=21 мм, Δ Р_н=91 Па);
уменьшение значения удельной фильтрующей поверхности материала F приводит к сравнительному снижению эффективности очистки (для примера 2 F=30,2 и эффективность очистки 91% для примера 6 F=25, а эффективность очистки 84%). При значении F более 35 увеличивается начальное аэродинамическое сопротивление и толщина нетканого фильтровального материала (для примера 7 F=36,1 и Δ Р_н=90 Па; для примера 8 F=38, ΔP_н= 91 Па).

Положительный эффект от внедрения предлагаемого нетканого фильтровального материала по сравнению с прототипом (авт.св. СССР N 1673663, кл. D 04 H 1/58 "Нетканый фильтровальный материал") заключается в повышении эффективности очистки, уменьшении массы материала при одновременном расширении его области применения без изменения эксплуатационных показателей.

Сопоставительный анализ и проведенные патентные исследования на патентноспособность подтвердили, что предлагаемый нетканый фильтровальный материал соответствует критерию "Hовизна".

Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из существующего уровня техники.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как используемые техническое решение и оборудование в отдельности апробированы в промышленности, а использование нетканого фильтровального материала в качестве фильтрующей среды в фильтрах для очистки воздуха от пыли остается актуальным.

Формула изобретения

Нетканый фильтровальный материал, содержащий волокнистый холст из смеси штапельных синтетических волокон, включающий малоусадочные поливинилхлоридные волокна и другие волокна в равном процентном соотношении, проклеенных связующим веществом, отличающийся тем, что в холсте малоусадочные поливинилхлоридные волокна имеют линейную плотность 1,0 2,0 текс, а другие волокна линейную плотность 0,4 0,8 текс, при этом относительная толщина волокнистого холста составляет 530 < H/_db < 700, а величина удельной фильтрующей поверхности материала 27,5 < F < 35,0, где H толщина фильтровального материала, d_в средний диаметр волокна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3