способ получения защитного материала для изготовления противофильтрационных экранов, защищающих почву

Формула изобретения

Способ получения защитного материала для изготовления противофильтрационных экранов, защищающих почву, в котором формируют композиционный нетканый материал с поверхностным слоем, подстилающим слоем и каркасным промежуточным слоем из полимерного материала, при этом полученную структуру пропускают через валы, отличающийся тем, что в ходе получения защитного материала поверхностный слой и подстилающий слой формируют с поверхностной плотностью 200-400 г/м², при этом толщина каркасного слоя составляет 100-250 мкм, причем скрепление слоев производят посредством пропускания через плотно прижатые валы, при этом отношение диаметров валов составляет 1:[6-8], большой вал нагревается до температуры 180-250°С, а скорость его вращения составляет 1,2-4 об/мин, готовый нетканый материал сворачивают в рулоны и выдерживают при температуре 18-24°С в течение, по крайней мере, трех суток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам создания специальных слоистых противофильтрационных материалов, которые используют для защиты почвы и грунтовых вод от различных загрязняющих веществ при строительстве, например полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) или строительстве шламовых амбаров при добыче нефти.

Существуют различные способы предотвращения проникновения загрязнений в почву и грунтовые воды. Природные глины, благодаря низкой водопроницаемости, нетоксичности и широкому распространению издавна применяются для этих целей. Простейший экран - это слой уплотненной глины толщиной 0,6-1,0 м. Однако слой глины имеет ряд ограничений. В зависимости от удаленности глиняного карьера от места строительства или добычи нефти может значительно возрастать стоимость строительства. Кроме того, неоднородность состава глин, наличие включений, линз песка, необходимость тщательного уплотнения - все это бывает трудновыполнимо в различных климатических зонах и погодных условиях.

Простейшим противофильтрационным экраном является и полиэтиленовая пленка, обычно из полиэтилена высокой плотности.

Известен способ изготовления слоистого материала, препятствующего проходу жидкостей (см. п.2161560, Ru, оп. 10.01.2001). Способ включает введение нетканого волокнистого полотна и термопластичной пленки в щели для их соединения и ламинирования поверхности полотна пленкой с образованием ламинированного полотнища. Однако нетканый слоистый материал, полученный известным способом, предназначен для изготовления, например, хирургических халатов, простыней, перевязочных материалов и т.п.

Известен способ получения декоративного слоистого материала (см. п.2151064, Ru, оп. 20.06.2000). Известный декоративный материал содержит два основных слоя и расположенный между ними промежуточный, скрепляющий слой, состоящий из сополимера этилена с винилацетатом, выполненного в виде отдельных частиц. Поверхность одного из основных слоев, состоящего из текстильной основы, поверхностной плотностью 100-320 г/м², содержащей льняные волокна или смесь льняных, вискозных и полиэфирных волокон, на которую нанесен промежуточный скрепляющий слой, подвергается последующей термообработке при температуре 115-125°С в течение 1-2 с. Полученный слоистый материал дублируется со вторым основным слоем посредством зеркальных валов при давлении 0,5-1,5 бар. Однако известный способ предназначен для изготовления слоистых материалов, предназначенных для отделки галантерейных изделий, колясок, внутренней отделки помещений и т.п.

Известен способ получения нетканого слоистого материала, который содержит нетканый слоистый материал, выполненный из волокнистой смеси из натуральных и/или синтетических волокон, а также один каркасный слой, расположенный внутри материала. Использование каркасного слоя позволяет получать материал с различными механическими свойствами, такими как гибкость, прочность и т.д. Каркасный слой может быть выполнен из полимерной пленки. Полимерная пленка соединяется с нетканым слоистым материалом путем пропускания ее вместе с теплоизолирующим слоем через каландр (см. п.2234563, Ru, «Нетканый слоистый материал», оп. 20.08.2004).

Этот способ выбран в качестве ближайшего аналога. Однако известный способ предназначен для изготовления теплоизолирующих прокладок с высокими теплоизолирующими свойствами.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа производства защитного материала для изготовления противофильтрационных экранов, защищающих почву, операции которого позволяли бы получить материал с высокими противофильтрационными свойствами, в частности материал с высокой поверхностной плотностью в пределах 450-850 г/м ². При этом материал должен быть гибким, хорошо сворачиваться в рулоны, что облегчает его транспортировку и работу с ним в полевых условиях. Материал должен быть мягким и дешевым. Должен легко и просто укладываться в шламовые амбары или хранилища ТБО, что приведет к снижению трудоемкости их строительства, а также к снижению стоимости самого строительства. При изготовлении материала необходимо использовать отходы производства химического волокна. Использование таких отходов при изготовлении слоистого материала, помимо исключения нарушения гидроизоляции, позволит снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, а также решит проблему утилизации таких отходов и снизит материальные и технические затраты, возникающие при утилизации таких отходов.

Указанная задача решается тем, что в способе получения защитного материала для изготовления противофильтрационных экранов, защищающих почву, в котором формируют композиционный нетканый материал с поверхностным слоем, подстилающим слоем и каркасным промежуточным слоем из полимерного материала, при этом полученную структуру пропускают через валы, в ходе получения защитного материала поверхностный слой и подстилающий слой формируют с поверхностной плотностью 200-400 г/м² , при этом толщина каркасного слоя составляет 100-250 мкм, причем скрепление слоев производят посредством пропускания через плотно прижатые валы, при этом отношение диаметров валов составляет 1:[6-8], большой вал нагревается до температуры 180-250°C, а скорость его вращения составляет 1,2-4 об/мин, готовый нетканый материал сворачивают в рулоны и выдерживают при температуре 18-24°C в течение, по крайней мере, трех суток.

При изготовлении защитного материала предварительно получают слои-холсты на чесальной машине. Слои-холсты изготавливают из отходов химических волокон (капрон, лавсан, нитрон, либо их смесь).

Затем слои-холсты подвергают скреплению на иглопробивном агрегате. Так получают поверхностный и подстилающий слои. При этом экспериментально было определено, что для получения защитного материала с поверхностной плотностью 450-850 г/м² необходимо, чтобы плотность поверхностного и подстилающего слоев составляла 200-400 г/м², а толщина слоев может быть и не одинакова. Экспериментально было также определено, что для придания защитному материалу необходимой мягкости, гибкости и прочности необходимо, чтобы толщина каркасного слоя из полимерной пленки, например полиэтилена, была в пределах 100-250 мкм. При толщине больше 250 мкм защитный материал становится не только жестким, но и увеличивается его стоимость, так как стоимость такой полимерной пленки увеличивается. При толщине полимерной пленки меньше 100 мкм увеличивается способность защитного материала пропускать жидкость, так как уменьшается механическая прочность каркасного слоя. Процесс соединения поверхностного, каркасного и подстилающего слоев осуществляется при одновременном их пропускании через два плотно прижатых вала. Поверхностный и подстилающие слои соединяются с каркасным слоем посредством взаимного соединения волокон материала слоев со структурой полимерного материала каркасного слоя. Ослабление этих связей является проблемой и ухудшает качество готового материала. Опытным путем было определено, что если диаметры валов находятся в соотношении 1:[6-8], т.е. диаметр большего вала в 6-8 раз больше диаметра меньшего вала и, при этом, больший вал нагревается до температуры 180-250°C, то при прохождении исходных составляющих защитного материала через плотно прижатые валы происходит проникновение расплава полимерного материала как в поверхностный слой, так и в подстилающий слой. Волокна этих слоев плотно соединяются с каркасным слоем после его остывания. Прохождение исходных составляющих между валами обеспечивается за счет допусков на поверхности валов и упругих сил деформации всей системы: вал - крепеж - вал, а также эластичности материала. При этом использование валов различного диаметра позволяет более экономно использовать тепло и, как следствие, экономить электроэнергию, так как вал меньшего диаметра отбирает меньшее количество тепла без ухудшения качества готового материала. А частота вращения большого вала в пределах 1,2-4 об/мин позволяет получить заданные характеристики готового защитного материала. Что и было подтверждено опытным путем.

В процессе получения защитного материала осуществляется контроль защитного материала, его внешнего вида, геометрических размеров. При отклонении от заданных параметров производят регулировку по температуре и скорости вращения валов, а в случае необходимости - и плотности прижатия валов друг к другу.

В результате получают защитный материал с поверхностной плотностью 450-850 г/м² . Изложенная принципиальная схема является общей для различных исходных волокон и полимерного материала. В конкретных случаях могут варьироваться отдельные параметры, такие как толщина и поверхностная плотность поверхностного и подстилающего слоев, толщина каркасного слоя, скорость вращения валов, температура нагрева. Последующее выдерживание защитного материала при температуре 18-24°C в течение, по крайней мере, трех суток делает защитный материал более эластичным, что улучшает его эксплуатационные характеристики. Однако этот срок зависит от исходных параметров составляющих материала.

Пример. Способ осуществляют как указано выше. Могут быть использованы химические волокна и отходы их производства, выпускаемые в России по следующей технической документации:

- волокно капроновое извитое ТУ 6-13-91-94 или ТУ 6-06-С103-84,

- волокно капроновое вытянутое ТУ 6-06-0103-84,

- волокно синтетическое полиэфирное из отходов (вытянутое и невытянутое) ТУ 63-473-32-90,

- волокно полиакрилонитрильное (нитрон) ТУ 6-06-34-22-81 (А) или полиэфирное волокно ТУ 6-06-28-1-82.

При этом используется чесальная машина Ч-11-Ш и иглопробивной агрегат ИМ-1800-М-А. Реализация способа поясняется на примерах, приведенных в таблице 1.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить защитный материал с поверхностной плотностью 450-850 г/м². Изобретение основано на экспериментально установленных фактах. Мягкий, гибкий и дешевый материал легко транспортируется, хорошо укладывается в любых климатических условиях при строительстве хранилищ, что позволяет снизить стоимость и трудоемкость этого строительства. При этом исключается необходимость утилизации отходов производства химических волокон. Происходит экономия средств, необходимых для их утилизации. Кроме того, снижается и нагрузка на окружающую среду, так как процесс утилизации волокон небезопасен.

Полученный заявляемым способом защитный материал позволяет надежно защищать почву и грунтовые воды от проникновения в них различных загрязнений. Защитный материал можно использовать для сооружения шламовых амбаров при бурении скважин для добычи нефти, при строительстве полигонов для хранения ТБО, а также для строительства водоемов, гидротехнических сооружений, укрепления берегов рек в любых климатических условиях. Полотна защитного материала хорошо и легко скрепляются между собой в полевых условиях, что позволяет получить противофильтрационный экран любой площади и конфигурации.

Таблица 1
Поверхностная плотность защитного материала, г/м 2	Поверхностная плотность поверхностно го слоя, г/м2	Толщина каркасного слоя, мкм	Поверхностная плотность подстилающего слоя, г/м2	Скорость вращения большого вала, об/мин	Температура нагрева вала, °С
450	200	100	200	4	180
650	300	150	250	2	200
800	200	250	400	1,5	230
850	350	200	350	1,2	250