способ электризации нетканого полотна, электретная фильтрующая среда, упругая фильтрующая маска и респираторная маска в сборе

Формула изобретения

1. Способ электризации нетканого полотна из термопластичных непроводящих микроволокон для получения электретной фильтрующей среды, отличающийся тем, что на нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон, имеющих удельное сопротивление свыше 10¹⁴ Омсм и способных иметь большое количество захваченных зарядов, воздействуют ударами струй воды или потока капель воды под давлением, достаточным для получения полотна, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, а затем полотно сушат.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанные струи воды подают устройством для гидропереплетения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный поток капель воды создают распылителем.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные струи воды или поток капель воды подают под давлением в диапазоне около 69 - 3450 кПа.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное полотно подвергают электризации коронным разрядом до воздействия ударами указанных струй воды или потока капель воды.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное полотно содержит дополнительно штапельное волокно.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанное штапельное волокно составляет до 90% по весу указанного полотна.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность указанного полотна составляет примерно от 5 до 500 г/м².

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина указанного полотна составляет примерно от 0,25 до 20 мм.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные микроволокна имеют эффективный диаметр примерно от 3 до 30 мкм.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные микроволокна представляют собой полипропилен, поли(4-метил-1-пентен) или их смесь.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные микроволокна содержат полипропилен и поли(4-метил-1-пентен).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанные микроволокна состоят из слоев полипропилена и поли(4-метил-1-пентена).

14. Электретная фильтрующая среда, представляющая собой нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон, отличающаяся тем, что она выполнена из микроволокон, имеющих захваченный заряд, создаваемый воздействием на полотно ударами струй воды или потока капель воды под давлением, достаточным для получения потока, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, и сушкой полотна.

15. Упругая фильтрующая маска куполообразной формы, отличающаяся тем, что маска, предназначенная для защиты носа и рта лица, носящего такую маску, содержит нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон, имеющих захваченный заряд, создаваемый воздействием на полотно ударами струй воды или потока капель воды под давлением, достаточным для получения полотна, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, и сушкой полотна.

16. Респираторная маска в сборе, включающая лицевую часть, которая состоит из не менее одного дыхательного отверстия, дыхательного клапана и воздушного фильтра, не менее одного выпускного отверстия и выпускного клапана, уплотнительного элемента, закрепленного на лицевой части, и ремней для крепления маски на голове, отличающаяся тем, что воздушный фильтр включает нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон, имеющих захваченный заряд, создаваемый воздействием на полотно ударами струй воды или потоком капель воды под давлением, достаточным для получения полотна, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, и сушкой полотна.

Описание изобретения к патенту

Область изобретения

Изобретение относится к фильтрующим средам электретного эффекта с улучшенной, фильтрующей способностью (так называемые "электретные фильтры"). Эти среды могут быть изготовлены, например, из выдутых из расплава микроволокон. Изобретение относится к усовершенствованному способу производства волокнистых электретных фильтров, предназначенных для удаления из воздуха микрочастиц. В частности, изобретение относится к респираторам и повышению уровня электростатических зарядов фильтрующей среды, что улучшает ее фильтрующие свойства.

Описание области техники, относящейся к предмету изобретения

В течение многих лет нетканые волоконные фильтрующие полотна изготавливались из полипропилена. Для этого использовались аппараты для выдувки из расплава, аналогичные описанному в Отчете N 4364 Научно-исследовательской лаборатории ВМС США, опубликованном 25 мая 1954 г. под названием "Производство сверхтонких органических волокон", авторы Van A. Wente и др. Эти полотна, полученные из выдутых из расплава микроволокон, продолжают широко использоваться для фильтрации микрозагрязнений, например, в противогазах и фильтрах для воды, а также и для других целей, например, в качестве сорбирующих полотен для удаления нефти с поверхности воды, в качестве акустической и тепловой изоляции.

Если выходящие из канала мундштука экструдера выдутые из расплава микроволокна подвергнуть бомбардировке электрически заряженными частицами (например, электронами или ионами), сделав тем самым волоконное полотно электретным, то фильтрующие свойства полотна из выдутых из расплава микроволокон повышаются в два или более раз. Аналогично можно сделать полотно электретным, подвергнув уже изготовленное полотно коронному разряду. Наиболее пригодны для этой цели выдутые из расплава полипропиленовые микроволокна. Вместе с тем могут использоваться другие полимеры (поликарбонаты и полигалогенуглероды), полотна которых можно получить выдувкой из расплава и которые обладают при ожидаемых окружающих условиях соответствующим удельным объемным сопротивлением.

Волоконные фильтры для удаления микрозагрязнений из воздуха изготавливаются также из фибриллированной полипропиленовой пленки. Повышения ее фильтрующих свойств за счет электретного эффекта можно добиться путем электризации пленки перед ее фибриллированием.

Известен способ электризации нетканого полотна из термопластичных непроводящих микроволокон для получения электретной фильтрующей среды (заявка ЕПВ N 0325854, кл. B 03 C 3/28, опубл. 1989 г.) В этой же заявке описана электретная фильтрующая среда, представляющая собой нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон.

Можно получить электреты с высоким потенциалом путем обработки таких обычных полимеров, как полиэфиры, поликарбонаты и пр., однако релаксация зарядов (особенно во влажной среде) происходит довольно быстро. Электретные структуры могут иметь форму пленок или листов, применяемых в таких электроакустических устройствах, как микрофоны, головные телефоны и динамики, а также для защиты от пыли высоковольтных электростатических генераторов и электростатических записывающих устройств, а также для других целей.

Например, из патента СССР N 568338, кл. A 62 B 18/02, опубл. 1977 г., известна упругая фильтрующая маска куполообразной формы.

Известна также респираторная маска в сборе, включающая лицевую часть, которая состоит из не менее чем одного дыхательного отверстия, дыхательного клапана и воздушного фильтра, не менее чем одного выпускного отверстия и выпускного клапана, уплотнительного элемента, закрепленного на лицевой части и ремней для крепления маски на голове (С. Л. Каминский и др. Средства индивидуальной защиты органов дыхания.- М.: Машиностроение, 1982, с. 42-46).

Краткое изложение сущности изобретения

Один из объектов данной группы изобретений представляет собой способ электризации нетканого полотна из термопластичных непроводящих микроволокон для получения электретной фильтрующей среды, в котором на нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон, имеющих удельное сопротивление свыше 10¹⁴ Омсм и способных иметь большое количество захваченных зарядов, воздействуют ударами струй воды или потока капель воды под давлением, достаточным для получения полотна, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, а затем полотно сушат. Неожиданно было обнаружено, что исключительно в результате ударов этих струй воды или потока капель воды по нетканому полотну из микроволокон происходит электризация полотна, повышающая его фильтрующую способность. Указанные струи воды могут подаваться устройством для гидропереплетения. Поток капель воды можно создавать распылителем. При этом струи воды или поток капель воды подают под давлением в диапазоне около 69-3450 кПа. Заряд полотна можно увеличить, если перед соударением с водой подвергнуть полотно коронному разряду. Указанное полотно может дополнительно содержать штапельное волокно, которое в свою очередь может составлять до 90% по весу указанного полотна. Плотность указанного полотна находится в диапазоне примерно от 5 до 500 г/м², а толщина указанного полотна находится в диапазоне примерно от 0,25 до 20 мм. Эффективный диаметр микроволокна составляет примерно от 3 до 30 мкм. Предпочтительным вариантом реализации изобретения является полотно, сформированное из выдутых из расплава микроволокон полипропилена, микроволокон поли(4-метил-1-пентена) или их смеси. В дальнейшем для описания этого способа будет использоваться термин "гидроэлектризация".

Доказательством заряженности полотен после ударов струй воды или потока капель воды служит заметное ухудшение эффективности фильтрования после облучения гидроэлектризованных полотен рентгеновскими лучами (без фильтров).

Вторым объектом заявленной группы изобретений является электретная фильтрующая среда, представляющая собой нетканое полотно из термопластичных непроводящих волокон, имеющих захваченный заряд, создаваемый воздействием на полотно ударами струй воды или потоком капель воды под давлением, достаточным для получения полотна, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, и сушкой полотна.

Изготовленные в соответствии с настоящими изобретениями волокнистые электретные фильтры в высшей степени пригодны для использования в качестве фильтрующих элементов в таких респираторах, как противогазы, или в бытовых и промышленных кондиционерах воздуха, в воздухоочистителях, пылесосах, в фильтрах на линиях подачи медицинского воздуха, а также в системах кондиционирования воздуха транспортных средств и такого оборудования, как компьютеры, дисководы компьютеров и электронное оборудование. При использовании в респираторах электретные фильтры могут иметь вид отформованных или складывающихся полумасок, сменных патронов или коробок, или предварительных фильтров. В подобных случаях изготовленные в соответствии с настоящим изобретением воздушные фильтрующие элементы проявляют неожиданно высокую эффективность при удалении аэрозольных частиц. При использовании электретной фильтрующей среды в качестве воздушного фильтра в таких устройствах, как респираторы, оказалось, что она обеспечивает более высокое качество фильтрования по сравнению с электретными фильтрами, электризация которых производилась известными способами.

Третьим объектом изобретения является упругая фильтрующая маска куполообразной формы, предназначенная для защиты носа и рта лица, носящего такую маску, и содержащая нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон, имеющих захваченный заряд, создаваемый воздействием на полотно ударами струй воды или потоком капель воды под давлением, достаточным для получения полотна, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, и сушкой полотна.

Четвертым объектом изобретения является респираторная маска в сборе, включающая лицевую часть, которая состоит из не менее одного дыхательного отверстия, дыхательного клапана и воздушного фильтра, не менее одного выпускного отверстия и выпускного клапана, уплотнительного элемента, закрепленного на лицевой части, и ремней для крепления маски на голове, при этом воздушный фильтр включает нетканое полотно из термопластичных непроводящих микроволокон, имеющих захваченный заряд, создаваемый воздействием на полотно ударами струй воды или потоком капель воды под давлением, достаточным для получения полотна, обладающего электретным зарядом, улучшающим фильтрование, и сушкой полотна.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан аппарат, пригодный для изготовления нетканого микроволокнистого полотна, пригодного для настоящего изобретения.

На фиг. 2 дано перспективное изображение аппарата для водоструйной обработки, пригодного для настоящего изобретения.

На фиг. 3 дано перспективное изображение распылителя, пригодного для настоящего изобретения.

На фиг. 4 дано перспективное изображение насосного распылителя, пригодного для настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Пригодные для настоящего изобретения выдуваемые из расплава микроволокна могут быть получены способом, описанным в статье Van А. Wente "Сверхтонкие термопластичные волокна" Industrial Engineering Chemistry, том 48, стр. 1342-1346 и в Отчете N 4364 Научно- исследовательской лаборатории ВМС США, опубликованном 25 мая 1954 г. под названием "Производство сверхтонких органических волокон", авторы Van А. Wente и др.

Используемые для формирования выдуваемых из расплава микроволокон полимеры представляют собой термопластичные непроводящие (удельное сопротивление более 10¹⁴ Омсм) полимеры, способные удерживать большое количество захваченных зарядов. К предпочтительным полимерам относятся полипропилен, поли(4-метил-1-пентен) или их смеси. В полимерах практически не должно быть таких материалов, как антистатики, поскольку они могут вызвать повышение электропроводности или каким-либо другим образом повлиять на способность волокон электризоваться и удерживать электростатические заряды. Выдутые из расплава микроволокна могут быть изготовлены из единой смолы, полученной из смеси полимеров, например, полипропилена и поли(4-метил- 1-пентена), либо могут быть сформованы из двух полимеров в виде двухслойного листа или сердечника/оболочки. Если полипропилен и поли(4-метил-1-пентен) используются в слоистой листовой или концентричной конфигурации, предпочтительно, чтобы снаружи был поли(4-метил-1-пентен).

В соответствии с данным изобретением эффективный диаметр выдутых микроволокон для волокнистых электретных фильтров, как правило, находится в диапазоне 3-30 мкм, предпочтительно 7-15 мкм, в соответствии с методом подсчета, предложенным Davies C.N. "Сепарация взвешенных в воздухе пыли и частиц", "Труды 1B Лондонского института инженеров-механиков", 1952 г.

В состав полотна могут вводиться и штапельные волокна. Полотно, содержащее штапельные волокна, имеет большую толщину и меньшую плотность по сравнению с полотнами исключительно из выдутых микроволокон. Предпочтительное содержание штапельных волокон составляет не более 90% по весу, а наиболее предпочтительное - не более 70% по весу. Такие полотна, содержащие штапельное волокно, описаны в патенте США N 4118531 (Hauser).

В полотно могут также вводиться такие сорбирующие порошковые материалы такие, как активированный уголь и силикагель. Содержание таких частиц может составлять порядка 80% по объему полотна. Такие содержащие частицы сорбента полотна описаны, например, в патентах США NN 3971373 (Braun), 4100324 (Anderson) и 4429001 (Kolpin и др.).

Изготовленная в соответствии с настоящим изобретением электретная фильтрующая среда имеет предпочтительную плотность 10 до 500 г/м², а наиболее предпочтительную - порядка 10-100 г/м². Плотность полотна из выплавленных из расплава микроволокон можно регулировать путем, например, либо изменения линейной скорости движения основы, либо пропускной способности мундштука экструдера. Предпочтительной является толщина фильтрующей среды порядка 0,25 - 20 мм, а наиболее предпочтительной - порядка 0,5 - 2 мм. Ни электретную фильтрующую среду, ни пропилен, из которого ее получают, не следует подвергать какой-либо необязательной обработке, которая может увеличить их электропроводность, например, не подвергать гамма-облучению, воздействию ультрафиолетового излучения, пиролизу, окислению и т.п.

Пригодные для настоящего изобретения нетканые микроволокнистые полотна могут быть изготовлены с помощью аппарата, показанного на фиг. 1. В состав такого аппарата входят мундштук 20 с экструзионной камерой 21, через которые подается жидкий волокнообразующий материал; выходной канал 22 мундштука находится соосно с ним в передней его части, через него экструдируется волокнообразующий материал; газовый канал 23, через который нагнетается высокоскоростной поток газа (обычно нагретого воздуха). Высокоскоростной поток газа вытягивает и уменьшает толщину экструдируемого волокнообразующего материала, после чего в процессе движения к основе 24 волокнообразующий материал затвердевает в виде микроволокон, образуя полотно 25.

Если в состав полотна входят штапельные волокна, то для их ввода используется приемный валок 32, размещенный, как показано на фиг. 1, над аппаратом для выдувания микроволокон. Полотно 27 из штапельных волокон (обычно рыхловолокнистое нетканое полотно), обычно изготовленное на машинах "Garnet" или RANDO-WEBBER, перемещают по столу 28 с помощью ведущего валика 29. Передняя кромка полотна входит в зацепление с приемным валком 32; приемный валок 32 подхватывает волокна с передней кромки полотна 27 и отделяет их друг от друга. Разделенные волокна транспортируются потоком воздуха по лотку или коробу 30 и вводятся в поток выдуваемых микроволокон. Здесь происходит смешение штапельных волокон с микроволокнами.

Если решено включить в состав полотна порошковые материалы, то их можно вводить с помощью загрузочного механизма, аналогичного коробу 30.

Гидроэлектризация полотна осуществляется падением на полотно струй воды или потока капель воды под давлением, достаточным для создания электретного заряда, улучшающего фильтрующие свойства полотна. Давление, необходимое для получения оптимальных результатов, будет зависеть от типа распылителя, типа полимера, используемого для получения микроволокон, толщины и плотности полотна, а также от того, проводилась ли до гидроэлектризации электризация коронным разрядом. Как правило, достаточно давления в диапазоне от 10 до 500 фунт/кв. дюйм (69-3450 кПа). Предпочтительней для получения капель воды пользоваться чистой водой. Лучше использовать дистиллированную или деионизированную воду, а не водопроводную.

Струи воды или поток водяных капель можно получить с помощью любого подходящего распылителя. Аппараты, используемые для гидравлического переплетения волокон, можно использовать и для реализации способа, предложенного в настоящем изобретении, хотя при гидроэлектризации используются более низкие давления по сравнению с гидропереплетением.

Пример подходящего распылительного устройства показан на фиг. 2. Волокнистое полотно 10 транспортируется по опорному устройству 11. Средством транспортировки может служить ремень, предпочтительно пористый, например, сетка или ткань. Насос (не показан) обеспечивает создание водяных струй 12 в распылительной головке 13. Водяные струи 12 ударяют по полотну 10 в точках 12". Предпочтительно под пористой основой создать вакуум; это будет помогать струям воды проходить через полотно и сократит расход энергии при сушке полотна.

Другими примерами распылительных устройств, пригодных для реализации настоящего изобретения, могут служить такие распылители, как показанные на фиг. 3 и 4. В распылителе на фиг. 3 к соплу 16 вода подается по водяной линии 14, а сжатый воздух - по воздуховоду 15; сопло направляет водяную пыль на полотно 10. На фиг. 4 с помощью ручки 17 насоса вода подается от источника воды 18 к соплу 19, обеспечивающему распыление.

В приведенных ниже примерах, если не оговорено иное, все проценты и доли указаны по весу. Для оценки примеров использовались следующие методы испытаний.

Проникновение ДОФ и перепад давления

С помощью распылителя TSI N 212 с четырьмя калиброванными отверстиями и при давлении чистого воздуха 30 фунт/кв.дюйм (207 кПа) были получены частицы диоктилфталата (ДОФ) с концентрацией от 70 до 110 мг/м³. Частицы под давлением пропускали через образец фильтрующей среды диаметром 11,45 см. Подача аэрозоля составляла 42,5 л/мин, а линейная скорость на передней поверхности фильтрующей среды 6,9 см/сек. Аэрозоль пропускали через образец в течение 30 сек. Проникновение замеряли с помощью камеры оптического рассеяния, процентный пенетрометр Модель TPA-8F, поставляемый фирмой Air Techniques Inc. Предпочтительно проникновение ДОФ составляет менее 70%, а наиболее предпочтительно менее 40%. Перепад давления при расходе 42,5 л/сек и линейной скорости на передней поверхности среды 6,9 см/сек замеряли с помощью электронного манометра. Перепад давления (Р) регистрировали в мм водяного столба. Для однослойного полотна предпочтительным является перепад давления менее 4 мм водяного столба, наиболее предпочтительным - менее 3 мм водяного столба.

Замеренные проникновение и перепад давления использовали для вычисления коэффициента качества (величины QF), являющегося функцией натурального логарифма (In) проникновения ДОФ. Использовалась следующая формула:

QF (1/мм вод. ст. ) = -Ln{[Проникновение ДОФ (%)]/100}/[Перепад давления(мм.вод.ст.)].

Более высокое начальное значение QF указывает на более высокое начальное качество фильтрования. Выявлена четкая зависимость между уменьшением величины QF и ухудшением качества фильтрования. Как правило, предпочтительно значение QF не менее 0,25, более предпочтительно - порядка 0,5 и наиболее предпочтительно - не менее 1.

Испытание на адсорбцию сигаретного дыма

Испытание на адсорбцию сигаретного дыма проводили в испытательной камере прямоугольной формы объемом 1 м³, в которой находился аспиратор (САМ 770 комнатного воздухоочистителя фирмы Norelco), оборудованный плоским фильтром размером 14х14 см. Курительное устройство, способное выкуривать заданное число сигарет (от 1 до 10), поместили в испытательную камеру и запускали на регулируемый период от 4 до 5 мин. Равномерное перемешивание сигаретного дыма внутри испытательной камеры обеспечивал вентилятор. Концентрацию частиц внутри испытательной камеры замеряли с помощью лазерного счетчика частиц (Модель PMS LAS-X фирмы Particle Measurement System, Колорадо). Объемная скорость отбора проб этим прибором составляла 5 см³/сек, а диапазон размеров замеряемых частиц составлял 0,1 - 7,5 мкм. Замерялась концентрация частиц в камере в каждый момент отсчета. Эффективность улавливания частиц и перепад давления на образцах фильтров замеряли до и после адсорбции сигаретного дыма.

Эффективность улавливания частиц фильтрующей средой замеряли с использованием автоматического тестера фильтров TSI AFT-8110 (TSI, Сент-Пол, Миннесота). В качестве улавливаемых частиц использовали частицы NaCl при скорости потока воздуха на передней поверхности фильтра 26,7 см/сек. Концентрацию частиц NaCl на входе (C_In) и выходе (C_Out) из фильтра замеряли с помощью фотометра TSI AFT-8110. Эффективность улавливания частиц E вычисляли по следующей формуле;

E=[1 - (C_OUT-C_In)100%].

Испытание на улавливание частиц из окружающего воздуха

Образцы фильтров размером 300 x 116 мм испытывали на улавливание частиц из окружающего воздуха, в течение длительного периода времени пропуская через фильтры воздух с расходом 149 куб. футов/мин (250 м³/ч). Затем вместо воздуха пропускали аэрозоли с частицами 0,3 мкм и 1,0 мкм. Замеры эффективности улавливания частиц производили так же, как и при испытании на адсорбцию сигаретного дыма до перехода на аэрозоли и после него, а также после пропускания окружающего воздуха в течение заданного времени.

Примеры 1-7 и Сопоставительные примеры C1-C2

Микроволокнистое полотно из полипропилена (ESCORENE 3505G, поставляется фирмой Exxon Corp.) было изготовлено так, как описано в статье Van A. Wente "Сверхтонкие термопластичные волокна" Industrial Engineering Chemistry, том 48, стр. 1342-1346. Плотность полотна равнялась 55 г/см³, а толщина 0,1 см. Эффективный диаметр волокон равнялся 7,6 мкм. Образцы полотна были повергнуты ударам водяных струй, получаемых на установке гидропереплетения (Лабораторная модель, Серийный N 101, поставляется фирмой Honeycomb Systems Corp. ), аналогичной показанной на Рис. 1. У этой установки имеется распылительная траверса шириной 24 дюйма (0,6 м) с плотностью калиброванных отверстий 40 на 1 дюйм (25,4 мм), диаметр отверстий 0,005 дюйма (0,13 мм), работающая с различными давлениями воды, приведенными в Таблице 1. Каждый образец полотна пропускали под распылительной траверсой со скоростью 3,5 м/мин, обработку вели по одному разу с каждой стороны, под полотном создавался вакуум, сушку полотна вели в течение 1 ч при температуре 70 ЕС. Далее образцы полотен испытывали на проникновение ДОФ и перепад давления, а затем вычисляли коэффициент качества. Значения проникновения (Прон) и коэффициента качества (QF) приведены в Таблице 1 (Табл. 1-11 см. в конце описания).

Как показывают данные Таблицы 1, гидроэлектризация (при давлениях менее 170 кПа) улучшает фильтрующие характеристики такого полотна за счет электретного эффекта.

Примеры 8-15 и Сопоставительные примеры СЗ-С4

Изготовленное так же, как в Примерах 1-7, полотно было обработано коронными разрядами путем двукратного пропускания полотна, контактирующего с алюминиевым заземленным экраном, через коронный разряд положительного постоянного тока. Скорость движения полотна 1,2 м/мин, ток источника коронного разряда, порядка 0,01 мА/см, расстояние от источника короны до заземленного экрана, порядка 4 см. После этого образцы этого полотна были подвергнуты, как и в Примерах 1-7, бомбардировке струями воды при различных давлениях, указанных в Таблице 2. Обработанные образцы были испытаны на проникновение ДОФ и перепад давления, затем был подсчитан коэффициент качества. Значения проникновения (Прон) и коэффициента качества (QF) приведены в таблице 2.

Как показывают данные Таблицы 2, гидроэлектризация (при давлениях менее 170 кПа) улучшает фильтрующие характеристики такого полотна за счет электретного эффекта.

Примеры 16-21 и Сопоставительный пример С5

Полотно было изготовлено так же, как в Примерах 1-7, за исключением того, что в качестве полимера использовался поли-4-метил-1-пентен (ТРХ МХ-007, поставляемый фирмой Mitsui Chemical). Полотно подвергли обработке коронным разрядом, как и в Примерах 8-15. В Примерах 16-21 образцы полотна подвергли затем бомбардировке каплями воды, как и в примерах 1-7, при различных давлениях, приведенных в Таблице 3.

Обработанные образцы были испытаны на проникновение ДОФ и перепад давления, затем был подсчитан коэффициент качества. Значения проникновения (Прон) и коэффициента качества (QF) приведены в таблице 3.

Как показывают результаты, приведенные в Таблице 3, гидроэлектризация полотен из поли-4-метил-1-пентена при давлении порядка 69 кПа дает полотна, обладающие превосходными фильтрующими характеристиками за счет электретного эффекта.

Примеры 22-24 и Сопоставительные примеры С6-С8

В Примерах 22-24 и Сопоставительных примерах С6-С8 полотна из микроволокон пропилена (ESCORENE 3505G), содержащие 50% по весу штапельных волокон, были изготовлены в соответствии со способом, описанным в патенте США N 4118531 (Hauser). Плотность каждого полотна составляла порядка 50 г/м². В Примере 22 и Сопоставительном примере С6 использовалось полипропиленовое штапельное волокно весом 17 денье, длина волокон 5,1 см, поставляется фирмой Synthetic Industries (17d РР); в Примере 23 и Сопоставительном примере С7 использовалось полиэфирное штапельное волокно весом 15 денье, длина волокон 3,1 см, KODEL К-431 поставляется фирмой Eastman Chemical (15d PET); и в Примере 24 и Сопоставительном примере С8 использовалось полиэфирное штапельное волокно весом 6 денье, длина волокон 5,1 см, KODEL К-211 поставляется фирмой Eastman Chemical (6d PET). Перед использованием полиэфирные штапельные волокна были выстираны для удаления отделки поверхности. Стирка проводилась в горячей воде с использованием примерно 2% по весу LIQUINOX (поставляется фирмой Alconox Inc. ). После перемешивания в течение 5 мин волокна промывались, а затем высушивались.

Полотно подвергли обработке коронным разрядом, как и в Примерах 8-15. В Примерах 22-24 образцы полотна подвергли затем бомбардировке распыленной водой, как и в Примерах 1-7, со скоростью 3,5 м/мин при давлении 690 кПа. Обработанные образцы были испытаны на проникновение ДОФ и перепад давления, затем был подсчитан коэффициент качества. Значения проникновения (Прон) и коэффициента качества (QF) приведены в Таблице 4.

Как видно из приведенных в Таблице 4 результатов, подвергнутые гидроэлектризации полотна из смеси выдутых из расплава микроволокон и штапельных волокон после обработки коронным разрядом дают более высокий коэффициент качества по сравнению с полотнами, электризованными только коронным разрядом. Наиболее существенный рост отмечен у полотна, содержащего 50% полиэфирного штапельного волокна весом 15 денье.

Примеры 25-26 и Сопоставительный пример С9

Полипропиленовое полотно было изготовлено так же, как в Примерах 1-7. Плотность полотна равнялась 54 г/м², а толщина 1,04 мм. Эффективный диаметр волокон составлял 7,5 мкм. В Сопоставительном примере С9 образец полотна был подвергнут коронному разряду, как в Примерах 8-15. В примере 25 образец был подвергнут гидроэлектризации с использованием распылителя (Модель SCD 052Н, поставляется фирмой Sonic Development Corp., головка резонатора снята). Давление воздуха составляло от 380 до 414 кПа, давление воды - атмосферное, расстояние до полотна (с каждой стороны) порядка 7-12 см. В Примере 26 образец был подвергнут коронному разряду, как и в Сопоставительном примере С9, а затем подвергнут гидроэлектризации, как в Примере 25. Обработанные образцы были испытаны на проникновение ДОФ и перепад давления, затем был подсчитан коэффициент качества. Значения проникновения (Прон) и коэффициента качества (QF) приведены в таблице 5.

Как свидетельствуют данные, приведенные в Таблице 5, гидроэлектризация полотна с помощью распылителя (Пример 25) улучшает его фильтрующие характеристики, хотя коэффициент качества и оказался ниже, чем у полотна, электризованного только коронным разрядом (Сопоставительный пример С9). Гидроэлектризация с помощью распылителя после обработки коронным разрядом дает наивысший (среди примеров в Таблице 5) коэффициент качества.

Пример 27 и Сопоставительный пример С 10

Полотно было изготовлено так же, как в Примерах 1-7, за исключением того, что в качестве полимера использовалась смесь гранул, включающая 75% полипропилена (FINA 3860Х, поставляется фирмой FINA Oil & Chemical) и 25% поли(4-метил-1-пентена) (ТРХ МХ-007, поставляется фирмой Mitsui Chemical). Толщина полотна была равна 1,0 мм, плотность 55 г/м². Эффективный диаметр волокон равнялся 8,1 мкм. В Примере 27 образец полотна был подвергнут обработке коронным разрядом, а затем ударам струй воды, как и в Примерах 8-15, давление воды равнялось 345 кПа (50 фунт/кв.дюйм). В Сопоставительном примере С10 образец был обработан только коронным разрядом. Обработанные образцы были испытаны на проникновение ДОФ и перепад давления, затем был подсчитан коэффициент качества. Значения проникновения (Прон) и коэффициента качества (QF) приведены в Таблице 6.

Как свидетельствуют данные Таблицы 6, гидроэлектризация существенно улучшила фильтрующие характеристики полотна (Пример 27) по сравнению с полотном из Сопоставительного примера С10, который был электризован только коронным разрядом.

Пример 28

Многослойное микроволокно из пропилена/поли(4-метил-1-пентена) было изготовлено так же, как и в Примерах 1-7, за исключением того, что использовались два экструдера и трехслойный питающий блок (узел разветвителя) в соответствии с методом формования микроволокон, описанным в патенте США N 5207970 (Joseph и др. ). Первый экструдер подавал расплав полипропилена (вязкость расплава 50), поставляемого фирмой FINA Oil & Chemical, в узел питания, где полимер нагревался до 320 ЕС. Второй экструдер, в котором полимер нагревался до температуры порядка 343 ЕС, подавал в узел питания расплав поли(4- метил-1-пентена), поставляемого фирмой Mitsui Petrochemical Industries, Ltd под торговым наименованием ТРХ марки МХ-007. В узле питания проходило разветвление потоков двух полимеров. Потоки расплавов полимеров соединялись, чередуясь, и образовывали на выходе из узла подачи трехслойный полимер, наружные поверхности которого образовывал поли(4-метил-1-пентен). Шестеренчатые насосы были отрегулированы таким образом, чтобы подача расплавов полимеров к узлу питания шла в пропорции 75:25 полипропилен:поли(4-метил-1-пентен). Полотна формировались на материале основы, находящемся на расстоянии 28 см (11 дюймов) от мундштука. У полученного трехслойного волокна эффективный диаметр волокон составлял менее 8 мкм, а плотность 55 г/м². Полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, как было описано в Примерах 8-15, а затем ударам воды, как описано в Примерах 1-7, давление воды составляло 345 кПа. Затем полотно подвергли вакуумной экстракции и сушке при температуре 79 ЕС в течение 1 ч. Перепад давления и проникновение замеряли до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 7.

Пример 29

Полотно плотностью 55 г/м², состоящее из трех слоев микроволокон, имеющих эффективный диаметр менее 8 мкм, было изготовлено так же, как в Примере 28, за исключением того, что потоки расплавов полипропилена и поли(4-метил-1-пентена) подавались к трехслойному питателю в соотношении 50:50, а расстояние от мундштука до материала основы составляло 23 см (9 дюймов). Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 28. Перепад давления и проникновение замеряли до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 7.

Пример 30

Полотно плотностью 55 г/м², состоящее из трех слоев микроволокон, имеющих эффективный диаметр менее 8 мкм, было изготовлено так же, как в Примере 28, за исключением того, что потоки расплавов полипропилена и поли(4-метил-1-пентена) подавались к трехслойному питателю в соотношении 25:75, а расстояние от мундштука до материала основы составляло 19 см (7,5 дюймов). Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в примере 28. Перепад давления и проникновение замерялись до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 7.

Пример 31

Полотно из поли(4-метил-1-пентена) было изготовлено так же, как в Примере 28, за исключением того, что использовался только один экструдер, в котором полимер нагревался до температуры 343 ЕС. Расплав подавался из экструдера непосредственно на материал основы с помощью шестеренного насоса. Расстояние от мундштука до материала основы составляло 19 см (7,5 дюймов). Полученное полотно с эффективным диаметром волокон 8,5 мкм и плотностью 55 г/м² было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 28. Перепад давления и проникновение замерялись до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производили вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 7.

Пример 32

Полотно плотностью 55 г/м², состоящее из трех слоев микроволокон, имеющих эффективный диаметр менее 8 мкм, было изготовлено так же, как в Примере 28, за исключением того, что второй экструдер подавал в питатель расплав (вязкость расплава 50) смеси гранул полипропилена, поставляемого фирмой FINA, и гранул поли(4-метил-1-пентена), поставляемого фирмой Mitsui под торговым наименованием ТРХ марки МХ-007. Потоки расплавов полимеров, чередуясь, соединялись в поток трехслойного расплава, в котором наружные слои были получены из смеси гранул (75% по весу полипропилена и 25% по весу поли(4-метил-1-пентена). Шестеренчатые насосы были отрегулированы на подачу в питатель полипропилена и смеси полимеров в соотношении 50:50. Расстояние от мундштука до материала основы равнялось 19 см (7,5 дюймов). Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 28. Перепад давления и проникновение замерялись до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 7.

Как видно из данных, приведенных в Таблице 7, полотна с наружными слоями или содержащие поли(4-метил-1-пентен) после обработки коронным разрядом и ударами водяных струй обладают высокими улучшенными фильтрующими характеристиками.

Пример 33

Полотно плотностью 63 г/м², состоящее из пяти слоев микроволокон, имеющих эффективный диаметр менее 10 мкм, было изготовлено так же, как в Примере 28, за исключением того, что потоки расплавов полипропилена и поли(4-метил-1-пентена) подавались к пятислойному питателю в соотношении 50:50. Чередуясь, потоки расплавов образовывали на выходе из питателя пятислойный поток расплавов, наружные слои которого были представлены поли(4-метил-1-пентеном). Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом путем пропускания полотна, контактирующего с заземленным алюминиевым экраном, под шестью последовательно установленными источниками коронного разряда (постоянного тока). Скорость движения полотна составляла 7 м/мин, на источниках корон поддерживался ток порядка 0,05 мА/см. Расстояние от источника короны до заземленного экрана составляло примерно 7 см. Полотно, обработанное коронным разрядом, подвергали затем ударам водяных струй, как и в Примере 28, за исключением того, что давление воды равнялось 690 кПа. Затем производились вакуумная экстракция и сушка проточным воздухом при температуре 82 ЕС в течение 45 сек. Перепад давления и проникновение замеряли до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 8.

Пример 34

Полотно плотностью 62 г/м², состоящее из пяти слоев микроволокон, имеющих эффективный диаметр менее 10 мкм, было изготовлено так же, как в Примере 28, за исключением того, что использовался только один экструдер, нагревавший полимер до 340 ЕС. Экструдер подавал в питатель расплав (вязкость расплава 50) смеси гранул полипропилена, поставляемого фирмой FINA, и гранул поли(4-метил-1-пентена), поставляемого фирмой Mitsui под торговым наименованием ТРХ марки МХ-007, в соотношении 50:50. Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 33. Перепад давления и проникновение замерялись до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 8.

Пример 35

Полотно плотностью 62 г/м², состоящее из пяти слоев микроволокон, имеющих эффективный диаметр менее 10 мкм, было изготовлено так же, как в Примере 33, за исключением того, что второй экструдер подавал в питатель поток расплава поли(4-метил-1-пентена), поставляемого фирмой Mitsui Petrochemical Industries, Ltd под торговым наименованием ТРХ марки DX820. Потоки расплавов полимеров, чередуясь, соединялись в поток пятислойного расплава, в котором наружные слои были получены из поли(4-метил-1-пентена). Шестеренчатые насосы были отрегулированы на подачу в питатель полипропилена и поли(4-метил-1- пентена) в соотношении 50:50. Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 33. Перепад давления и проникновение замерялись до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 8.

Пример 36

Полотно плотностью 59 г/м², состоящее из пяти слоев микроволокон, имеющих эффективный диаметр менее 10 мкм, было изготовлено так же, как в примере 28, за исключением того, что второй экструдер подавал в питатель поток расплава из смеси гранул, состоящей из 80% по весу полипропилена (вязкость расплава 50) и 20% по весу поли(4-метил-1-пентена), поставляемого фирмой Mitsui под торговым наименованием ТРХ марки МХ-007. Потоки расплавов полимеров, чередуясь, соединялись в поток пятислойного расплава, в котором наружные слои были получены из смеси гранул полимеров. Шестеренчатые насосы были отрегулированы на подачу в питатель полипропилена и смеси полимеров в соотношении 50: 50. Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 33. Перепад давления и проникновение замерялись до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 8.

Пример 37

Полотно из поли(4-метил-1-пентена) (фирма Mitsui ТРХ марки МХ- 007) было изготовлено с использованием потока пятислойного расплава, как и в Примере 28, за исключением того, что работал только один экструдер, нагревавший полимер до 343 ЕС. Экструдер был напрямую подсоединен к мундштуку через шестеренчатый насос. Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 33. Плотность полотна составляла 65 г/м², эффективный диаметр волокон был менее 10 мкм. Перепад давления и проникновение замерялись до ударов водяных струй (только обработка коронным разрядом) и после обработки коронным разрядом и струями воды. Производилось вычисление коэффициента качества значения проникновения и коэффициента качества, как показано в Таблице 8.

Примеры 38а-г, 39а-г и 40а-г

Цилиндрические фильтрующие слои диаметром 10,16 см и толщиной 1,3 мм были изготовлены из материалов: для Примеров 38а-г, как в Примере 35; для Примеров 39а-г, как в Примере 36; и для Примеров 40а- г, как в Примере 37. Как показано в Таблице 9, цилиндрические фильтрующие элементы были собраны из различного числа слоев, причем в соответствии с патентом США N 4886058 (Brostrom и др. ) передняя и задняя стенки фильтрующих элементов были выполнены из электретной фильтрующей среды. Каждый собранный фильтрующий элемент имел одну цилиндрическую дыхательную полипропиленовую трубку с внутренним диаметром 1,91 мм. Фильтрующие элементы были испытаны на проникновение ДОФ и перепад давления. Результаты испытаний приведены в Таблице 9.

Примеры 41 а-д

Полотно из полипропиленового полимера (вязкость расплава 50) было изготовлено так же, как в Примере 33, за исключением того, что использовался только один экструдер, а температура нагрева полимера составляла 320 ЕС. Экструдер был напрямую подсоединен к мундштуку через шестеренчатый насос. Плотность полотна составляла 55 г/м², эффективный диаметр волокон был менее 8 мкм. Полученное полотно было подвергнуто обработке коронным разрядом, ударам водяных струй и сушке так же, как в Примере 33.

Фильтрующие элементы с различным числом электретных фильтрующих полотен были изготовлены и испытаны так же, как в Примерах 38-40. Результаты приведены в Таблице 9.

Сопоставительный пример С11

Полотно из полипропиленового полимера (вязкость расплава 50) было изготовлено так же, как в Примере 41, за исключением того, что электризация полученного полотна производилась только с помощью коронного разряда. Фильтрующий элемент, состоящий из шести слоев электретной фильтрующей среды, был собран и испытан так же, как в Примерах 38-40. Результаты приведены в Таблице 9.

Как показывают приведенные в Таблице данные, обработка ударами струй воды после коронной обработки микроволокнистой фильтрующей среды (из полипропилена; многослойной, состоящей из полипропилена и поли-4-метил-1-пентена; из поли-4-метил-1-пентена) обеспечивает более низкое начальное и конечное проникновение ДОФ по сравнению с шестислойным полипропиленовым фильтром, электризация слоев которого производилась только коронным разрядом. Следовательно, включение в состав фильтрующих элементов микроволокнистой среды, обработанной ударами воды, позволит сократить число слоев среды и уменьшить перепад давления на фильтре, обеспечив при этом сопоставимые или лучшие характеристики по сравнению с электретными фильтрами, состоящими из большего числа слоев, но обработанных только коронным разрядом.

Пример 42

Фильтр был изготовлен так же, как в Примере 31, за исключением того, что расстояние от материала основы до мундштука составляло 40 см (16 дюймов), полимер был нагрет до температуры 372 ЕС, эффективный диаметр волокон равнялся 14 мкм, плотность равнялась 50 г/м², а полотно сушили при температуре 80 ЕС в течение порядка 25 мин. Был замерен перепад давления. Образец был подвергнут испытанию на сигаретный дым, была определена эффективность фильтра. Результаты приведены в Таблице 10.

Пример 43

Фильтр был изготовлен так же, как в Примере 42, за исключением того, что использовался поли(4-метил-1-пентен) с торговым наименованием ТРХT^ТМ марки МХ-002. Был замерен перепад давления. Образец был подвергнут испытанию на сигаретный дым, была определена эффективность фильтра. Результаты приведены в Таблице 10.

Данные Таблицы 10 показывают, что фильтр из поли(4-метил-1-пентена), обработанный коронным разрядом и ударами воды, обладает более высокими фильтрующими характеристиками.

Примеры 44а и 44б

Фильтрующая среда была изготовлена так же, как в Примере 31, за исключением того, что расстояние от материала основы до мундштука составляло 28 см (11 дюймов), эффективный диаметр волокон равнялся 14 мкм. Плотность составляла 40 г/м², а толщина 1,2 мм (0,049 дюйма). Гофрированный фильтрующий элемент был изготовлен из фильтрующего полотна и грубого холста Colback (плотность 80 г/м², поставляется фирмой BASF). Фильтрующее полотно было приклеено к холсту клеем, расход клея 1 г/м². Длина фильтрующего элемента была 29 см, ширина 10 см. На длине 29 см было 52 гофра высотой по 28 мм. Полотно было испытано на начальные эффективность и перепад давления, а затем на фильтрующую эффективность после пропускания окружающего воздуха, содержащего частицы диаметром 0,3 мкм (Пример 44а) и диаметром 1 мкм (Пример 44б). Результаты приведены в Таблице 11.

Данные Таблицы 11 показывают, что эффективность улавливания частиц может сохраняться в течение длительного времени даже в условиях постоянного использования частиц одного размера.

Для специалистов будут понятными различные модификации и изменения данного изобретения, не отклоняющиеся от его сути и духа. Приведенные для иллюстрации варианты реализации изобретения не накладывают никаких ограничений на данное изобретение.