RU2213821C1

RU2213821C1 - Nonwoven material and method for manufacturing the same

Info

Publication number: RU2213821C1
Application number: RU2002101682/12A
Authority: RU
Inventors: С.В. Бабушкин; А.А. Балов; А.В. Платонов; О.Н. Толочкова; А.П. Кондратов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт нетканых материалов"
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-10-10

Abstract

FIELD: manufacture of nonwoven materials for producing respiratory organs protecting devices. SUBSTANCE: nonwoven material subjected to thermal processing comprises fibrous layer secured to textile carcass by fiber bundles of fibrous material forming piled surface and comprising ion-exchange and thermoplastic fibers. Fibrous layer is made from mixture of ion- exchange and thermoplastic fibers used in the ratio of (80-90):(10-20) wt%. Fibrous bundles are formed by needle stitching and are passed through textile carcass so that their fibers define piles on carcass surface. Method involves securing fibrous layer with textile carcass by fibrous layer fiber bundles and simultaneously forming piled surface, with ion-exchange and thermoplastic fibers being used for manufacture of nonwoven material; providing thermal processing of material upon securing thereof; manufacturing fibrous layer from mixture of ion-exchange and thermoplastic fibers used in the ratio of (80-90): (10-20) wt%; forming fiber bundles by stitching at fibrous layer side by pulling fibers through carcass so that fibers form piles on carcass surface. Material of such structure is used for manufacture of devices used for protecting human organism from toxic substance vapors and gases, as well as in protective decorative-absorbing articles of rooms for ecology protection. EFFECT: increased chemical sorption of specific surface, wider range of using chemical sorption and improved ecology control. 5 cl, 1 dwg, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к производству нетканых материалов, используемых, например, в средствах защиты органов дыхания человека от паров и газов токсичных веществ, в декоративно-поглощающих элементах технических средств экологической защиты, ослабляющих неблагоприятное воздействие на человека техногенных экотоксикантов и продуктов метаболизма. The invention relates to the production of nonwoven materials used, for example, in means of protecting the human respiratory organs from vapors and gases of toxic substances, in decorative absorbing elements of technical means of environmental protection, weakening the adverse effects on humans of man-made ecotoxicants and metabolic products.

Уровень техники
Известен нетканый материал, из волокнистого холста, скрепленного петлями основовязаного переплетения из волокон холста. Холст содержит слои из модифицированного полиамидного волокна мегалон и анионообменного модифицированного полиамидного волокна. Со стороны слоя из анионообменного модифицированного полиамидного волокна в материале расположен дополнительный слой из термопластичного волокна (патент РФ 2011709 опубл. 30.04.94).State of the art
Known non-woven material made of fibrous canvas, stitched together with loops of warp knitted weave from canvas fibers. The canvas contains layers of a modified megalon polyamide fiber and an anion-exchange modified polyamide fiber. On the side of the layer of anion exchange modified polyamide fiber in the material is an additional layer of thermoplastic fiber (RF patent 2011709 publ. 30.04.94).

Известен также нетканый материал, состоящий из текстильного каркаса из анионообменного модифицированного полиамидного волокна и волокнистого слоя, соединенных провязыванием пучками волокон волокнистого слоя с одновременным формированием ворсовой поверхности в виде ворсовых петель. Волокнистый слой выполнен из гидрофильного модифицированного полиамидного волокна (пат. РФ 2046861, МПК D 04 H 13/00 опубл. 27.10.95). Non-woven material is also known, consisting of a textile frame of an anion-exchange modified polyamide fiber and a fibrous layer, connected by knitting bundles of fibers of the fibrous layer with the simultaneous formation of a pile surface in the form of pile loops. The fibrous layer is made of hydrophilic modified polyamide fiber (US Pat. RF 2046861, IPC D 04 H 13/00 publ. 27.10.95).

Недостатком известных нетканых материалов является низкая поглощающая способность в условиях малых концентраций кислых газов и паров при относительной влажности воздуха менее 50%. A disadvantage of the known nonwoven materials is the low absorption capacity under conditions of low concentrations of acid gases and vapors with a relative humidity of less than 50%.

Наиболее близким к предлагаемой группе изобретений по большинству сходных существенных признаков и назначению является нетканый материал и способ его изготовления, описанные в патенте РФ 2088710 по кл. МПК D 04 H 13/00, опубл. 27.08.97 г. Согласно этому патенту способ изготовления нетканого материала включает скрепление текстильного каркаса пучками волокон волокнистого слоя посредством провязывания с одновременным формированием ворсовых петель. При этом формирование текстильного каркаса осуществляют путем образования волокнистого холста, содержащего слой из смеси анионо- и катионообменных полиамидных модифицированных волокон и слой из термопластичных волокон. В качестве волокнистого слоя используют слой из гидрофильного модифицированного полиамидного волокна. После скрепления каркаса с волокнистым слоем полученный материал подвергают термообработке. Нетканый материал, полученный описанным выше способом, включает волокнистый слой, скрепленный с текстильным каркасом пучками волокон волокнистого слоя из гидрофильного модифицированного полиамидного волокна. Текстильный каркас выполнен в виде волокнистого холста, содержащего слой из смеси анионообменных и катионообменных модифицированных полиамидных волокон и слой термопластичных волокон. Материал подвергнут термообработке. Closest to the proposed group of inventions for the most similar essential features and purpose is non-woven material and the method of its manufacture described in RF patent 2088710 for CL. IPC D 04 H 13/00, publ. 08/27/97, According to this patent, a method of manufacturing a nonwoven material involves bonding a textile frame with bundles of fibers of a fibrous layer by knitting with the simultaneous formation of pile loops. Moreover, the formation of the textile skeleton is carried out by forming a fibrous canvas containing a layer of a mixture of anionic and cation exchange polyamide modified fibers and a layer of thermoplastic fibers. As the fibrous layer, a hydrophilic modified polyamide fiber layer is used. After bonding the frame to the fiber layer, the resulting material is subjected to heat treatment. The non-woven material obtained by the method described above includes a fibrous layer bonded to the textile frame with bundles of fibers of the fibrous layer of a hydrophilic modified polyamide fiber. The textile frame is made in the form of a fibrous canvas containing a layer of a mixture of anion exchange and cation exchange modified polyamide fibers and a layer of thermoplastic fibers. The material is heat treated.

Недостаток известных нетканого материала и способа его изготовления состоит в невозможности получения материала с высокой удельной поверхностью массообмена, необходимой для сорбции газов и паров, особенно в условиях пониженной относительной влажности воздуха. Это обусловлено тем, что в известном материале слой из смеси ионообменных волокон с одной стороны прикрыт провязанным с ним слоем из гидрофильных модифицированных полиамидных волокон, образующим поверхность в виде ворсовых петель, а с другой стороны - слоем термопластичных волокон. Это, в свою очередь, ограничивает области применения такого материала. A disadvantage of the known non-woven material and the method of its manufacture is the impossibility of obtaining a material with a high specific mass transfer surface necessary for the sorption of gases and vapors, especially in conditions of low relative air humidity. This is due to the fact that in the known material, a layer of a mixture of ion-exchange fibers is covered on one side with a layer of hydrophilic modified polyamide fibers knitted with it, forming a surface in the form of pile loops, and on the other hand, with a layer of thermoplastic fibers. This, in turn, limits the scope of application of such material.

Сущность изобретения
Задачей предлагаемой группы изобретений является получение нетканого материала с высокой удельной поверхностью хемосорбции и расширение возможностей использования его для поглощения паров и газов, в т.ч. в условиях низкой относительной влажности и слабой конвекции воздуха, а также при использовании в качестве декоративного элемента интерьера обитаемых помещений. Эта задача решается описанной ниже совокупностью признаков предлагаемой группы изобретений. Как и известный, нетканый материал согласно изобретению подвергнут термообработке, включает волокнистый слой, скрепленный с текстильным каркасом пучками волокон волокнистого слоя, образующего ворсовую поверхность, содержит ионообменные и термопластичные волокна. В отличие от известного, в нетканом материале согласно изобретению волокнистый слой выполнен из смеси ионообменных и термопластичных волокон в соотношении 80-90:10-20 мас.%, волокнистые пучки сформированы иглопрокалыванием и проходят сквозь текстильный каркас таким образом, что их волокна образуют ворс на поверхности каркаса. В качестве ионообменных волокнистый слой может содержать волокна на основе полимеров, выбранных из группы: карбоксилсодержащий полиакрилонитрил, сополимер акрилонитрила и стирола. В качестве текстильного каркаса может использоваться полотно, одна из поверхностей которого выполнена декоративной, а волокнистый слой расположен с противоположной поверхности каркаса. В качестве полотна с декоративной поверхностью может использоваться ткань, сетка или гардинное полотно.SUMMARY OF THE INVENTION
The objective of the proposed group of inventions is to obtain a nonwoven material with a high specific surface area of chemisorption and the expansion of the possibilities of using it to absorb vapors and gases, including in conditions of low relative humidity and weak air convection, as well as when using inhabited premises as a decorative element in the interior. This problem is solved by the following set of features of the proposed group of inventions. As known, the nonwoven material according to the invention is subjected to heat treatment, includes a fibrous layer bonded to a textile frame with fiber bundles of a fiber layer forming a pile surface, contains ion-exchange and thermoplastic fibers. Unlike the known one, in the nonwoven material according to the invention, the fiber layer is made of a mixture of ion-exchange and thermoplastic fibers in a ratio of 80-90: 10-20 wt.%, The fiber bundles are formed by needle piercing and pass through the textile frame so that their fibers form a pile on the surface of the frame. As the ion exchange, the fibrous layer may contain fibers based on polymers selected from the group: carboxyl-containing polyacrylonitrile, a copolymer of acrylonitrile and styrene. As a textile frame, a web can be used, one of the surfaces of which is made decorative, and the fibrous layer is located on the opposite surface of the frame. As a canvas with a decorative surface can be used fabric, mesh or curtain fabric.

Согласно изобретению способ изготовления нетканого материала, как и известный способ, включает скрепление волокнистого слоя с текстильным каркасом пучками волокон волокнистого слоя с одновременным формированием ворсовой поверхности, использование ионообменных и термопластичных волокон и термообработку материала после скрепления. В отличие от известного в предложенном способе волокнистый слой изготавливают из смеси термопластичных и ионообменных волокон в соотношении 10-20:80-90 мас.%, пучки волокон формируют посредством иглопрокалывания со стороны волокнистого слоя, протаскивая их сквозь каркас таким образом, что волокна пучков образуют ворс на поверхности последнего. According to the invention, the method of manufacturing a nonwoven material, as well as the known method, includes bonding the fibrous layer to the textile frame with bundles of fibers of the fibrous layer while forming a pile surface, using ion-exchange and thermoplastic fibers and heat treatment of the material after bonding. In contrast to the known method, the fiber layer is made from a mixture of thermoplastic and ion exchange fibers in a ratio of 10-20: 80-90 wt.%, Fiber bundles are formed by needle piercing from the side of the fiber layer, dragging them through the frame so that the fiber bundles form pile on the surface of the latter.

Перечень фигур чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематически представлено поперечное сечение нетканого материала согласно изобретению, и последующим описанием.List of drawings
The invention is illustrated by the drawing, which schematically shows a cross section of a nonwoven material according to the invention, and the following description.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Как показано на чертеже, материал согласно изобретению содержит волокнистый слой 1 из смеси ионообменных 2 и термопластичных 3 волокон, скрепленный с текстильным каркасом 4 пучками 5 волокон посредством иглопрокалывания. Пучки 5 проходят сквозь каркас 4, образуя ворсовую поверхность на его поверхности. Для закрепления ионообменных волокон в структуре полотна волокнистый материал подвергнут термообработке.Information confirming the possibility of carrying out the invention
As shown in the drawing, the material according to the invention comprises a fibrous layer 1 of a mixture of ion exchange 2 and thermoplastic 3 fibers, bonded to the textile frame 4 with bundles of 5 fibers by needle piercing. The bundles 5 pass through the frame 4, forming a pile surface on its surface. To fix the ion-exchange fibers in the structure of the fabric, the fibrous material is subjected to heat treatment.

Указанный материал получают следующим способом: волокнистую смесь из ионообменных и термопластичных волокон в соотношении 80-90:10-20% прочесывают на чесальной машине и формируют волокнистый слой заданной поверхностной плотности на преобразователе прочеса. Волокнистый слой 1 скрепляют с каркасом 4 на иглопробивной машине. Иглопрокалывание осуществляют со стороны волокнистого слоя 1. В процессе иглопрокалывания с помощью игл с зазубринами формируют пучки 5 из смеси волокон 2 и 3. Иглопрокалывание осуществляют на глубину, превышающую суммарную толщину волокнистого слоя 1 и каркаса 4. В результате этого пучки 5 волокон проходят сквозь каркас 4, образуя на его лицевой поверхности ворс. Для закрепления ионообменных волокон после скрепления волокнистого слоя с каркасом осуществляют термообработку материала на термоусадочном агрегате при температуре плавления термопластичных волокон. The specified material is obtained in the following way: a fibrous mixture of ion-exchange and thermoplastic fibers in a ratio of 80-90: 10-20% is combed on a carding machine and a fibrous layer of a given surface density is formed on the weaving transducer. The fibrous layer 1 is fastened to the frame 4 on a needle-punched machine. Needle piercing is carried out from the side of the fiber layer 1. In the process of needle piercing, bundles 5 of a mixture of fibers 2 and 3 are formed using barbed needles. Needle piercing is carried out to a depth exceeding the total thickness of the fiber layer 1 and the frame 4. As a result, bundles of 5 fibers pass through the frame 4, forming a pile on its front surface. To fix the ion-exchange fibers after bonding the fibrous layer to the frame, the material is heat treated on a heat shrink unit at the melting temperature of thermoplastic fibers.

Благодаря тому, что полученный описанным способом нетканый материал с обеих его сторон содержит ионообменные волокна, способные непосредственно контактировать с окружающей средой, существенно увеличивается его удельная поверхность хемосорбции. Due to the fact that the non-woven material obtained by the described method on both sides contains ion-exchange fibers that can directly contact the environment, its specific chemisorption surface increases significantly.

Пример 1. Описанным способом изготавливали нетканый материал, который содержал волокнистый слой поверхностной плотностью 130 г/м² из смеси карбоксилсодержащего полиакрилонитрила, известного под коммерческим названием ВИОН КН-1 (Na-форма) и полипропиленового волокна линейной плотности 0,33 текс в соотношении 90:10 мас.%, скрепленный с каркасным полотном в виде суровой ткани пучками волокон посредством иглопрокалывания. При этом на лицевой поверхности ткани образуется ворс, высотой 3-5 мм. Термообработку полученного материала осуществляют на термоусадочном агрегате при температуре 140-150^oС и скорости 0,6-0,8 м/мин.Example 1. By the described method, a nonwoven material was made that contained a fibrous layer with a surface density of 130 g / m ² from a mixture of a carboxyl-containing polyacrylonitrile, known under the trade name VION KN-1 (Na-form) and polypropylene fiber with a linear density of 0.33 tex in a ratio of 90 : 10 wt.%, Bonded to a carcass web in the form of a harsh fabric with fiber bundles by needle piercing. At the same time, a pile is formed on the front surface of the tissue, 3-5 mm high. Heat treatment of the obtained material is carried out on a heat shrink unit at a temperature of 140-150 ^o C and a speed of 0.6-0.8 m / min.

Такой материал может быть использован в средствах индивидуальной защиты для очистки воздуха от паров органических соединений и газов, обладающих кислотными свойствами. Such material can be used in personal protective equipment for air purification from vapors of organic compounds and gases with acidic properties.

Пример 2. Изготовленный описанным способом нетканый материал содержит волокнистый слой поверхностной плотностью 130 г/м² из смеси карбоксилсодержащего полиакрилонитрила, известного под коммерческим названием ВИОН КН-1 (Н-форма) и полипропиленового волокна линейной плотности 0,33 текс в соотношении 80-20%, скрепленный с каркасным полотном в виде портьерной ткани "Юнона" с односторонней декоративной поверхностью в виде печатного рисунка, пучками волокон посредством иглопрокалывания. При этом на лицевой поверхности ткани образуется ворс, высотой 3-5 мм. Для закрепления ионообменных волокон термообработку такого материала осуществляют аналогично примеру 1.Example 2. The nonwoven fabricated by the described method contains a fibrous layer with a surface density of 130 g / m ² from a mixture of carboxyl-containing polyacrylonitrile, known under the trade name VION KN-1 (H-form) and polypropylene fiber with a linear density of 0.33 tex in a ratio of 80-20 %, bonded to a frame web in the form of a curtain fabric "Juno" with a one-sided decorative surface in the form of a printed pattern, bundles of fibers by needle piercing. At the same time, a pile is formed on the front surface of the tissue, 3-5 mm high. To fix the ion-exchange fibers, the heat treatment of such a material is carried out analogously to example 1.

Такой материал может быть использован для изготовления декоративных элементов интерьера обитаемых помещений, например, штор, драпировок, ослабляющих неблагоприятное воздействие на человека техногенных экотоксикантов и продуктов метаболизма, обладающих способностью взаимодействовать с карбоксильными группами ионообменного волокна, преобладающего в ворсе и на одной из сторон материала. Большая чем у известного материала поглощающая способность достигается за счет высокоразвитой боковой поверхности пучков волокон, образующих ворс. Such material can be used for the manufacture of decorative elements of the interior of inhabited premises, for example, curtains, draperies, weakening the adverse effects on humans of man-made ecotoxicants and metabolic products, with the ability to interact with the carboxyl groups of the ion-exchange fiber, which prevails in the pile and on one side of the material. Greater than the known material absorption capacity is achieved due to the highly developed lateral surface of the fiber bundles that form the pile.

Пример 3. Подвергнутый термообработке нетканый материал содержит волокнистый слой, поверхностной плотностью 130 г/м², из смеси сополимера акрилонитрила и стирола, известного под коммерческим названием ФИБАН АК-22 и полипропиленового волокон, в соотношении 85:15%, скрепленный с каркасным кружевным гардинным цветным полотном в виде сетки пучками волокон посредством иглопрокалывания. При этом на лицевой поверхности гардинного полотна образуется ворс, высотой 3-5 мм. Термообработку такого материала осуществляют аналогично примеру 1. Поглощающая способность данной конструкции материала выше за счет более полного использования открытой поверхности нетканого слоя смеси волокон в ячейках (окнах) на кружевном гардинном полотне.Example 3. The heat-treated non-woven material contains a fibrous layer, surface density 130 g / m ² , from a mixture of a copolymer of acrylonitrile and styrene, known under the commercial name FIBAN AK-22 and polypropylene fibers, in a ratio of 85: 15%, bonded to a frame lace curtain colored web in the form of a mesh with bundles of fibers through needle piercing. At the same time, a pile is formed on the front surface of the curtain fabric, 3-5 mm high. The heat treatment of such a material is carried out analogously to example 1. The absorption capacity of this material design is higher due to more complete use of the open surface of the nonwoven layer of the fiber mixture in the cells (windows) on the lace curtain fabric.

Поглощающую способность материала согласно изобретению оценивали по показателю СОЕ (статической обменной емкости), полученному при поглощении модельных экотоксикантов кислотного характера - фтористого водорода (HF) и двуокиси серы (SO₂) при относительной влажности воздуха 50±5%.The absorption capacity of the material according to the invention was evaluated by the indicator of SOE (static exchange capacity) obtained by absorbing acidic model ecotoxicants - hydrogen fluoride (HF) and sulfur dioxide (SO ₂ ) at a relative humidity of 50 ± 5%.

Из полотен вырезают образцы для сравнительных сорбционных испытаний и оценки защитных свойств. Для контроля поглощающей способности материала оценивают статическую обменную емкость при поглощении модельных экотоксикантов кислотного характера - фтористого водорода (HF) и двуокиси серы (SO₂) при относительной влажности воздуха 50±5%.Samples are cut from the canvases for comparative sorption tests and assessment of protective properties. To control the absorption capacity of the material, the static exchange capacity is estimated upon absorption of acidic model ecotoxicants - hydrogen fluoride (HF) and sulfur dioxide (SO ₂ ) at a relative humidity of 50 ± 5%.

Claims

1. Non-woven material subjected to heat treatment, including a fibrous layer, bonded to the textile frame with bundles of fibers of the fibrous layer forming a pile surface containing ion-exchange and thermoplastic fibers, characterized in that the fibrous layer is made of a mixture of ion-exchange and thermoplastic fibers in a ratio of 80-90: 10-20 wt.%, The fiber bundles are formed by needle-piercing and pass through the textile frame so that their fibers form a pile on the surface of the frame.

2. The nonwoven material according to claim 1, characterized in that, as the ion-exchange fibrous layer contains fibers based on polymers selected from the group: carboxyl-containing polyacrylonitrile, a copolymer of acrylonitrile and styrene.

3. The nonwoven material according to claim 1 or 2, characterized in that a textile is used as a textile carcass, one of the surfaces of which is made of decorative, and fibers of fibrous bundles passing through the carcass form a pile on its decorative surface.

4. Non-woven material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fabric, mesh or curtain fabric is used as the textile frame.

5. A method of manufacturing a nonwoven material, including bonding a fibrous layer to a textile frame with bundles of fibers of the fibrous layer with the simultaneous formation of a pile surface, the use of ion-exchange and thermoplastic fibers and heat treatment of the material after bonding, characterized in that the fibrous layer is made from a mixture of ion-exchange and thermoplastic fibers in the ratio 80-90: 10-20 wt.%, Fiber bundles are formed by needle piercing from the side of the fibrous layer, dragging them through the frame in such a way that the fiber bundles form a pile on the surface of the latter.