способ изготовления глубинных фильтровальных элементов из синтетических микроволокон

Формула изобретения

1. Способ изготовления глубинных фильтровальных элементов из синтетических волокон, включающий экструдирование полимерного материала из волоконообразующей головки в виде струек расплава, воздействие на них в направлении оправки газовым потоком и послойную укладку волокон на вращающуюся оправку в фильтрующие слои, отличающийся тем, что в качестве газового потока используют сжатый воздух и по мере увеличения фильтрующих слоев производят ступенчатое изменение давления потока сжатого воздуха при постоянной частоте вращения оправки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе укладки волокон в слои по крайней мере один раз изменяют направление вращения оправки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фильтровальной технике, а именно к способу изготовления глубинных фильтровальных элементов из синтетических волокон, формируемых из расплава полимера, и может быть использовано в технологии процесса микрофильтрационной очистки жидких и газообразных сред.

Известен способ изготовления цилиндрической бескаркасной конструкции фильтра с волокнистой структурой, при котором первоначально экструдируют волокнообразующий синтетический материал в виде потока волокна в жидкой фазе при условиях, обеспечивающих формование волокнистого материала, причем при вытягивании экструдата используется множество сходящих газовых потоков, основная составляющая силы которых направлена в сторону потока волокна и совпадает с направлением экструдии; затем вытягивают и утоняют волокна под действием плоского газового потока в направлении вращающейся оправки.

Во время намотки на оправку волокнистых слоев заданной толщины изменяли один из следующих режимов формования:

- температуру волокнообразующего материала;

- скорость экструдии;

- частоту вращения оправки;

- расстояние между экструдером и оправкой;

- массу формующего цилиндра.

Недостатком известного способа являются высокая энергоемкость из-за большого количества изменяемых параметров режима, требующих изменения для придания изделию глубинного эффекта фильтрования, а также высокая плотность упаковки из-за высокой сцепляемости волокон на оправке, что повышает гидравлическое сопротивление изделия и снижает его качество (см. патент США N 3904798, кл. D 04 H 1/04, 1978 г.).

Целью изобретения является снижение энергоемкости способа и повышения качества готовых изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе изготовления глубинных фильтровальных элементов по мере увеличения фильтрующих слоев производят ступенчатое изменение давления потока сжатого газа при постоянной частоте вращения оправки, в процессе укладки волокон по крайней мере один раз изменяют направление вращения оправки, а в качестве газа используют воздух.

Введение в предложенный способ нового существенного признака, заключающегося в том, что "по мере увеличения фильтрующих слоев производят ступенчатое изменение давления потока сжатого газа", позволяет получать изделия со ступенчатым изменением диаметра синтетических волокон, что позволяет повысить ресурс работы фильтроэлемента и снизить его гидравлическое сопротивление за счет упорядочного изменения плотности упаковки в радиальном направлении и придать изделию истинно глубинный эффект фильтрования.

Второй существенный признак, а именно то, что изменение давления осуществляют "при постоянной частоте вращения оправки", позволяет снизить энергоемкость процесса регулирования и управления плотностью упаковки, а также повысить качество изделия за счет равномерного распределения волокон в слои и создать по поверхности слоя равномерности фильтрационных характеристик.

Изменение направления вращения оправки по крайней мере один раз в процессе укладки волокон в слои позволяет ступенчато изменять направление фильтрующего потока в фильтроэлементе и увеличить длину фильтрования, что повышает качество фильтрования при использовании изделия, изготовленного по предложенному способу.

На чертеже изображена технологическая схема изготовления фильтроэлементов.

Способ изготовления глубинных фильтровальных элементов заключается в следующем.

Гранулированный термопластичный материал из ряда полиолефинов помещается в шнековый экструдер, в котором он расплавляется до температуры текучести этого материала. Затем производится экструдирование полученного расплава через волокнообразующую головку с равномерно расположенными по горизонтальной линии капиллярами фильтра, через которые проходящий расплав преобразуется в параллельные струйки расплава.

При выходе из капилляров на струйки расплава воздействуют потоком сжатого воздуха, подаваемого в волокнообразующую головку под давлением.

Истекающий поток сжатого воздуха охлаждает струйки расплава до температуры размягчения полимера и одновременно производит утонение полученных полимерных волокон. Под воздействием потока воздуха, истекающего в направлении вращающейся оправки, полученные волокна переносятся на поверхность оправки и укладываются в фильтровальные слои. По мере увеличения количества слоев ступенчато изменяют давление сжатого воздуха, поступающего в волокнообразующую головку ступенчато, не изменяя при этом частоту вращения оправки. При этом происходит изменение диаметра нити, а также соответственно ступенчатое изменение плотности упаковки волокон в слои и придание изделию эффекта глубинного фильтрования, при котором размер пор изменяется в определенной зависимости в радиальном направлении цилиндрической конструкции фильтра.

В процессе укладки микроволокон в слои, по крайне мере один раз, одновременно с изменением давления сжатого воздуха изменяют направление вращения оправки. Это позволяет увеличить длину фильтрования и повысить качество изделия.

Предложенный способ иллюстрируется конкретными примерами.

Пример 1.

Гранулированный термопластичный материал марки "Каплен-01250" расплавляли в шнековом экструдере типа ПЧ-32 с присоединительной волокнообразующей головкой с линейно расположенными отверстиями - капиллярами для истечения расплава. В головку первоначально подавали нагретый воздух при давлении 0,03 - 0,05 МПа, а затем экструдировали полимерный материал через волокнообразующую головку с производительностью 1 кг в час. После укладки трех слоев ступенчато увеличивали давление сжатого воздуха до 0,12 МПа и изменяли направление вращения оправки на противоположное. В дальнейшем укладку волокон осуществляли при неизменной частоте вращения оправки. При достижении диаметра основного фильтровального слоя 50 мм производили ступенчатое уменьшение давления сжатого воздуха до 0,06 МПа и изменяли направление вращения оправки на противоположное по сравнению с предыдущим.

В дальнейшем процесс осуществляли до достижения диаметра изделия 66 мм. В результате был получен фильтроэлемент с задерживающей способностью 0,5 мКм и с эффективностью 99,0%, что свидетельствовало о высоком качестве полученного изделия.

Процесс повторили в последовательности, описанной в примере 1, с той разницей, что первоначальное давление воздуха устанавливали 0,05 МПа, а после укладки трех слоев ступенчато изменяли давление сжатого воздуха до значения 0,08 МПа с одновременным изменением направления вращения оправки, а затем процесс осуществляли при неизменной частоте вращения оправки. При достижении диаметра фильтроэлемента 40 мм ступенчато изменяли давление сжатого воздуха до значения 0,06 МПа, а также изменяли направление вращения оправки на противоположное, а частоту вращения оставляли неизменной. В результате получали глубинный фильтровальный элемент с тонкостью фильтрования 5 мКм и с эффективностью фильтрования 99,0%.