PL176130B1 - Sposób wytwarzania włókninowej, przestrzennej, cylindrycznej struktury filtracyjnej - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania wlókninowej, przestrzen- nej, cylindrycznej struktury filtracyjnej z wlókien poli- merowych polaczonych miedzy soba poprzez oplatanie, splatanie i sklejanie wlókien wytlaczanych cisnieniowo z materialu polimerowego z formy rozwlókniajacej, zaopatrzonej w dysze polimerowe 1 powietrzne, w którym wlókna odbiera sie na wirujacy walek odbierajacy w stozku cieplego powietrza, zna- mienny tym, ze wlókna kieruje sie na wirujacy walek odbierajacy (2), którego os obrotu 1 os wzdluz na formy rozwlókniajacej (1), przecinaja sie tworzac kat zawarty pomiedzy 15 stopni a 120 stopni, przy czym punkt (A) ich przeciecia przemieszcza sie w jednym kierunku ru- chem posuwistym tak, ze w swym przekroju poprze- cznym struktura wlókninowa ma wolne przestrzenie pomiedzy wlóknami (3) zmniejszajace sie plynnie od zewnetrznej warstwy do srodka struktury filtracyjnej (4). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania włókninowej, przestrzennej, cylindrycznej struktury filtracyjnej do filtracji cieczy lub gazów. Filtry takie mają zastosowanie w przemyśle spożywczym, chemicznym, elektronicznym, fotochemicznym jak również w innych gałęziach przemysłu przetwórczego, medycynie, farmacji oraz w gospodarstwach domowych.

Znane filtry cylindryczne włókninowe wykonywane są z materiałów zarówno naturalnych, stanowiących bawełnę jak i syntetycznych stanowiących poliester, polietylen lub polipropylen, z których wytwarzane są włókna pojedyncze połączone ze sobą lub włókna ciągłe i wykorzystywane są do filtracji wgłębnej. Przepływ filtrowanego medium odbywa się promieniowo od zewnątrz do środka filtru. Filtry takie mają zmienny opór przepływu mierzony prostopadle do osi wzdłużnej filtru i zmienną lub stałą wielkość por powietrznych w strukturze filtru. Wydajność filtru określona przez małe opory przepływu i długi okres eksploatacji, jak również jego skuteczność są parametrami, które należy wzajemnie skorelować tak aby filtry mogły być uznane za zadowalające dla użytkownika.

Znane sposoby wytwarzania cylindrycznej struktury włókninowej polegają na wytwarzaniu struktury wielowarstwowej filtru o stałej wielkości por w przekroju poprzecznym filtru. W takich filtrach warstwowych stosowanie warstwy wewnętrznej, o wysokiej dokładności z submikronowych włókien, warstwy środkowej o większej chłonności i średniej skuteczności dla małych cząstek oraz warstwy prefiltracyjnej o znikomej skuteczności dla małych cząstek i dużej wielkości por, pozwala na zwiększenie żywotności. O oporze przepływu decyduje warstwa najdokładniejsza. Zmniejszając jej grubość zmniejsza się jej skuteczność dla zanieczyszczeń o bardzo małej średnicy cząstek, co powoduje, że pomiędzy warstwami powstają strefy wzrostu oporów ograniczające przepływ i skracające żywotność filtru. Dla uzyskania dużej chłonności zanieczyszczeń w filtrach jednowarstwowych wgłębnych procentowa objętość pustych przestrzeni, stanowiąca o porowatości filtru, powinna być jak największa. Górna granica zwiększenia chłonności dla zanieczyszczeń jest ograniczona możliwością utraty wytrzymałości mechanicznej zwłaszcza dla podwyższonej lepkości cieczy i całkowitym zwiotczeniem struktury filtracyjnej, oraz utratą szczelności lub nagłym wzrostem oporów przepływu i zgnieceniem struktury filtracyjnej wynikającej z różnicy ciśnień w filtrze.

Znany sposób wytwarzania rurowych włókninowych struktur filtracyjnych polega na nawijaniu na perforowany rdzeń metalowy lub z tworzywa sztucznego przędzy bawełnianej lub przędzy poliestrowej. Filtr taki posiada silnie niejednorodną strukturę, zaś bawełna jako higroskopijna przy dłuższej eksploatacji może ulegać rozkładowi. Filtracja takimi filtrami odbywa się dookoła grubej nici przędzalniczej, zaś jej wnętrze, stanowiące rdzeń splotu nie bierze udziału w filtracji wgłębnej.

Znany z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej nr 4 594 202, inny sposób wytwarzania filtrów cylindrycznych polega na tym, że włókna polimerowe wytłoczone z formy rozwłókniającej odbiera się na walec formujący, gdzie są schładzane i następnie schłodzone włókna odbiera się na powiązane z walcem wrzeciono na którym poprzez dodatkowe zgniatanie formuje się włókninową strukturę filtracyjną o odpowiedniej porowatości.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 167 283 sposób wytwarzania filtrów rurowych polega na tym, że strukturę porowatą formuje się z włókien polipropylenowych wytłaczanych pod ciśnieniem i spajanych ze sobą. Włókna te wytwarza się w głowicy o podwyższonej temperaturze i odbiera się na obracający wałek o ruchu posuwisto-zwrotnym w miejscu oddalonym od głowicy, przy czym włókna poddaje się w stożku ciepłego powietrza utrzymującego włókna w stanie plastycznym. W procesie wytwarzania filtru utrzymuje się stałe wielkości włókien w przekroju poprzecznym filtru i porowatość powyżej 50%.

Znany z innego polskiego opisu patentowego nr 147 366 sposób wytwarzania filtrów do cieczy za pomocą głowicy do formowania włókien z tworzyw termoplastycznych metodą rozdmuchu, w którym strumień włókien nanoszony jest na pozostającą w ruchu obrotowym formę odbiorczą, po linii spiralnej tak, że obrzeża strumienia włókien na tej formie odbiorczej zachodzą na siebie, polega na tym, że strumień włókien nanosi się na formę odbiorczą po linii spiralnej poprzez nadanie formie odbiorczej ruchu zarazem obrotowego i posuwisto-zwrotnego w kierunku

176 130 poprzecznym do głowicy z równoczesną zmianą odległości głowicy od formy odbiorczej, przy czym ta forma odbiorcza ma kształt obrysu świecy filtracyjnej. Ponadto w powierzchni filtru od strony cieczy przefiltrowanej dodatkowo zmniejsza się pory przez kalandrowanie.

Sposób według wynalazku polega na tym, że włókna kieruje się na wirujący wałek odbierający, którego oś obrotu i oś wzdłużna formy rozwłókniającej, przecinają się tworząc kąt zawarty pomiędzy 15 stopni a 120 stopni, przy czym punkt ich przecięcia przemieszcza się w jednym kierunku ruchem posuwistym tak, że w swym przekroju poprzecznym struktura włókninowa ma wolne przestrzenie pomiędzy włóknami zmniejszające się płynnie od zewnętrznej warstwy do środka struktury filtracyjnej.

Korzystne jest jeśli włókna kieruje się na perforowany element nośny lub z porowatego materiału, oraz jeśli podzielony jest na segmenty pierścieniami odpowiadającymi długościom struktury filtracyjnej.

Dogodne jest również jeśli formę rozwłókniającą podgrzewa się i stabilizuje jej temperaturę ciepłym powietrzem technologicznym procesu wytwarzania włókien oraz włókna o różnej grubości wytwarza się przez zróżnicowanie przekrojów poprzecznych dysz polimerowych formy rozwłókniającej, jak również jeśli włókna o różnej grubości wytwarza się przez zróżnicowanie długości dysz polimerowych formy rozwłókniającej lub włókna o różnej grubości wytwarza się przez równoczesne zróżnicowanie przekrojów poprzecznych oraz długości dysz polimerowych formy rozwłókniającej. Ponadto korzystne jest jeśli przy równych przekrojach poprzecznych dysz polimerowych formy rozwłókniającej, różnicuje się grubości włókien poprzez miejscowe stłumienie wypływu ciepłego powietrza z dysz powietrznych formy rozwłókniającej, oraz jeśli przy zróżnicowanych przekrojach dysz polimerowych dodatkowo różnicuje się grubość włókien poprzez miejscowe stłumienie wypływu ciepłego powietrza z dysz powietrznych formy rozwłókniającej.

Dogodnie jest jeśli wytwarza się włókna o średnicach od 0,5 pm do 200 pm i kształtuje się pory powietrzne o objętości powyżej 60% oraz jeśli wytwarza się strukturę włókninową o stałej proporcji średnic włókien w przekroju poprzecznym, przy czym stała proporcja średnic włókien jest skojarzona z koncentrycznie zagęszczaną wielkością por.

Korzystne jest także jeśli w procesie wytwarzania włókien wirujący wałek odbierający przemieszcza się względem formy rozwółkniającej lub jeśli w procesie wytwarzania włókien forma rozwłókniająca przemieszcza się względem wirującego wałka odbierającego.

Zgodnie z wynalazkiem uzyskano cylindryczną strukturę filtracyjną o jednolitej strukturze przestrzennej i stałej proporcji wielkości średnic włókien. Uzyskana struktura zawiera proporcjonalny układ bezwarstwowy o zmiennej średnicy włókien w przekroju poprzecznym filtru, zachowując proporcję ilościową włókien o danym wymiarze. Ponadto jednolita proporcjonalna przestrzennie struktura jest wolna od wzrostu oporów pomiędzy warstwami i wielkość włókien jest niezmienna dla danej formy rozwłókniającej, przez co uzyskuje się skuteczną kontrolę nad wielkością por filtru tzn. jego skutecznością i jednorodnością. Wielkości por w filtrze zmieniają się koncentrycznie tj. bliżej środka filtru wielkość wolnych przestrzeni między włóknami jest najmniejsza i ze wzrostem średnicy filtru wielkość por się powiększa.

Przykład stosowania sposobu jest bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, przedstawiający na fig. 1 fragment urządzenia do wytwarzania włókien w ujęciu schematycznym, a na fig. 2 urządzenie z podajnikami polimeru i powietrza w ujęciu schematycznym.

Urządzenie pokazane na fig. 1 i fig. 2 rysunku składa się z formy rozwłókniającej 1, którą stanowi głowica proporcjonalna oraz wirującego wałka 2 na który podawane są włókna 3 tworząc strukturę filtracyjjia4 stanowiącą filtr. Włókna 3 podawane sąz formy 1 do której podawane jest ciepłe powietrze technologiczne z podajnika 6 i podawany jest materiał termoplastyczny z podajnika 7, na element nośny 5, podzielony na segmenty pierścieniami 8.

Sposób wytwarzania cylindrycznej struktury filtracyjnej polega na tym, że uplastyczniony polimer stanowiący polipropylen włóknotwórczy o współczynniku płynięcia 35, podaje się z podajnika 7 do formy rozwłókniającej 1, którą stanowi głowica proporcjonalna. Włókna 3 wytworzone w formie 1 kieruje się na wirujący wałek odbierający 2, którego oś obrotu i oś wzdłużna formy rozwłókniającej 1, przecinają się tworząc kąt 75°, przy czym punkt A ich przecięcia przemieszcza się w jednym kierunku ruchem posuwistym tak, że w swym przekroju poprzecznym struktura włókninowa ma wolne przestrzenie pomiędzy włóknami 3 zmniejszające się płynnie od zewnętrznej warstwy do środka struktury filtracyjnej 4. Wałek 2 przemieszcza się ruchem posuwistym pod formą 1 tak, aby punkt przecięcia A utrzymywał stałą odległość L od formy 1 do wałka 2 wynoszącą410 mm i tylko w jednym kierunku. Temperaturę formy 1 utrzymuje się przez rozgrzane powietrze technologiczne służące również kształtowaniu włókien 3 struktury filtracyjnej 4,330°C. Wybrana struktura filtracyjna 4 zawiera przy ustawieniu określonych parametrów technologicznych następujący szereg średnic włókien 3, tj. zbiór X: 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5 pm, zaś po regulacji formy 1 lub wymianie nakładki szczelinowej zmienia się średnicę włókien 3 trzykrotnie, co powoduje uzyskanie generowanych włókien 3 o proporcjonalnie zwiększonej średnicy wg zbioru Y: 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 12; 15 pm.

W procesie przedstawionym na fig. 1 i fig. 2 rysunku przedstawiono formę 1 o zbiorze włókien Y. Na strukturze filtracyjnej 4 w jego przekroju poprzecznym uzyskano generowanie włókien 3 przez formę 1 ponieważ punkt przecięcia A nie wracał pod formę 11 nie występowało mieszanie i uśrednianie ich rozkładu. W każdym przypadku najcieńsze włókna 3 padały na element nośny 5 jako pierwsze a najgrubsze jako ostatnie. Po uzyskaniu przez strukturę 4 odpowiedniej średnicy zewnętrznej dokonuje się przecięcia prostopadle do osi wzdłużnej w miejscach gdzie umieszczone są pierścienie 8 rozdzielające moduły filtrów. W procesie wybiera się prędkość przesuwu punktu przecięcia A względem formy 1, mającą wpływ na średnicę zewnętrzną struktury 4, która wynosi 65 mm. Wytworzona struktura filtracyjna ma jednolitą strukturę przestrzenną o stałym spektrum średnic włókien w przekroju poprzecznym i sklejonych ze sobą. Skuteczność struktury filtracyjnej 4 wynosi 10 pm.

Rodzina wytworzonych tą metodą filtrów obejmuje szerokągamę skuteczności filtracyjnej od 0,5 pm do 150 pm, definiowanąjako najmniejsza wielkość cząstki zatrzymywanej przez strukturę filtracyjną 4 ze sprawnością większą od 99%.

176 130

Fig. i

fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania włókninowej, przestrzennej, cylindrycznej struktury filtracyjnej z włókien polimerowych połączonych między sobą poprzez oplatanie, splatanie i sklejanie włókien wytłaczanych ciśnieniowo z materiału polimerowego z formy rozwłókniającej, zaopatrzonej w dysze polimerowe i powietrzne, w którym włókna odbiera się na wirujący wałek odbierający w stożku ciepłego powietrza, znamienny tym, że włókna kieruje się na wirujący wałek odbierający (2), którego oś obrotu i oś wzdłużna formy rozwłókniającej (1), przecinają się tworząc kąt zawarty pomiędzy 15 stopni a 120 stopni, przy czym punkt (A) ich przecięcia przemieszcza się w jednym kierunku ruchem posuwistym tak, że w swym przekroju poprzecznym struktura włókninowa ma wolne przestrzenie pomiędzy włóknami (3) zmniejszające się płynnie od zewnętrznej warstwy do środka struktury filtracyjnej (4).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna kieruje się na perforowany element nośny (5), stanowiący rdzeń struktury filtracyjnej (4).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna kieruje się na element nośny z porowatego materiału (5), stanowiący rdzeń struktury filtracyjnej (4).
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że formę rozw-łóki^^ajją?cą(1) podgrzewa się i stabilizuje jej temperaturę ciepłym powietrzem technologicznym, procesu wytwarzania włókien (3).
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna (3) o różnej grubości wytwarza się przez zróżnicowanie przekrojów poprzecznych dysz polimerowych formy rozwłókniającej (1).
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna (3) o różnej grubości wytwarza się przez zróżnicowanie długości dysz polimerowych formy rozwłókniającej (1).
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że włókna (3) o różnej grubości wytwarza się przez równoczesne zróżnicowanie przekrojów poprzecznych oraz długości dysz polimerowych formy rozwłókniającej (1).
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy równych przekrojach poprzecznych dysz polimerowych formy rozwłókniającej (1), różnicuje się grubości włókien (3) poprzez miejscowe stłumienie wypływu ciepłego powietrza z dysz powietrznych formy rozwłókniającej (1).
9. 9. Sposób według zastrz. 5 albo 6, albo 7, znamienny tym, że dodatkowo różnicuje się grubość włókien (3) poprzez miejscowe stłumienie wypływu ciepłego powietrza z dysz powietrznych formy rozwłókniającej (1).
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się włókna (3) o średnicach od 0,5 pm do 200 pm i kształtuje się pory powietrzne o objętości powyżej 60%.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się strukturę włókninową (4) o stałej proporcji średnic włókien (3) w przekroju poprzecznym.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że stała proporcja średnic włókien (3) jest skojarzona z koncentrycznie zagęszczaną wielkością por.
13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie wytwarzania włókien (3) wirujący wałek odbierający (2) przemieszcza się względem formy rozwłókniającej (1).
14. 14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w procesie wytwarzania włókien (3) forma rozwłókniająca (1)przemieszcza się względem wirującego wałka odbierającego (2).
15. 15. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że element nośny (5) dzieli się na segmenty pierścieniami (8).
16. 16. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że element nośny (5) dzieli się na segmenty pierścieniami (8) odpowiadające długości modułu struktury filtracyjnej (4).

    * * *
17. 17(5130