RU2639702C2 - Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала - Google Patents

Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала Download PDF

Info

Publication number
RU2639702C2
RU2639702C2 RU2016106119A RU2016106119A RU2639702C2 RU 2639702 C2 RU2639702 C2 RU 2639702C2 RU 2016106119 A RU2016106119 A RU 2016106119A RU 2016106119 A RU2016106119 A RU 2016106119A RU 2639702 C2 RU2639702 C2 RU 2639702C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
fibers
diameters
volumetric
volume
Prior art date
Application number
RU2016106119A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016106119A (ru
Inventor
Дмитрий Александрович Трубицын
Василий Николаевич Горев
Иван Александрович Мик
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Тион Инжиниринг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Тион Инжиниринг" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Тион Инжиниринг"
Priority to RU2016106119A priority Critical patent/RU2639702C2/ru
Priority to PCT/RU2017/000081 priority patent/WO2017146613A1/ru
Publication of RU2016106119A publication Critical patent/RU2016106119A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2639702C2 publication Critical patent/RU2639702C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

Изобретение относится к фильтрующим материалам для очистки воздуха или газов и может быть использовано для изготовления объемных самонесущих фильтров, в частности, цилиндрической формы. Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала состоит из полимерных несущих волокон с диаметрами микроразмеров и встроенных в несущие волокна полимерных фильтрующих волокон с диаметрами наноразмеров. Несущие волокна образуют связный трехмерный каркас фильтра. Фильтрующие волокна в объеме фильтра распределены таким образом, что их плотность в объеме фильтра различна и увеличивается от поверхности фильтра, обращенной к входящему потоку очищаемой среды, к поверхности фильтра, через которую выходит очищаемая среда. Технический результат: стабильно высокое качество очистки воздуха или газов в течение длительного времени. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области получения высокоэффективных фильтрующих материалов для очистки воздуха или газов и может быть использовано для изготовления объемных самонесущих фильтров, в частности, цилиндрической формы.
Известны фильтрующие нетканые материалы (см., например, патенты RU №№: 2418615, МПК B01D 39/16, опубл. 20.05.2011 г.; 2477165, МПК B01D 39/02, опубл. 10.03.2013 г.; 2477644, МПК B01D 39/00, опубл. 20.03.2013 г.; 2492912, МПК B01D 39/16, опубл. 20.09.2013 г.; 2524936, МПК B01D 39/16, опубл. 10.08.2014 г.), состоящие из слоя полиамидных нановолокон диаметром от 50 до 500 нм, полученных электроформованием, размещенного на нетканой подложке из полимерных микроволокон диаметром от 1 мкм.
Известные материалы могут быть использованы в фильтрах для высокоэффективной очистки воздуха или других газовых сред, однако имеют ряд недостатков. В частности, такие материалы не являются самонесущими, то есть могут быть использованы исключительно на каркасных конструкциях, например, в качестве респираторов или пробоотборных лент. Кроме того, вследствие однослойности, при изготовлении фильтров из таких материалов необходимо производить либо их плиссирование (для увеличения поверхности фильтрации), либо набирать определенное количество слоев (для получения фильтрации в объеме), не связанных между собой по площади соприкосновения, что в обоих случаях будет существенно снижать механическую надежность фильтров.
Наиболее близким по конструкции и достигаемым техническим результатам является трубчатый объемный фильтр (патент RU 2563273, МПК B01D 29/11, B01D 39/16, опубл. 20.09.2015 г.), состоящий из фильтрующих элементов, содержащих неплиссированное трубчатое кольцо из объемного материала, имеющего толщину по меньшей мере около 1/4 сантиметра и содержащего несущие волокна и тонкие волокна, при этом тонкие волокна являются полимерными; несущие волокна имеют средний размер примерно свыше 600 нанометров; и тонкие волокна имеют средний размер менее 800 нанометров и опираются на несущие волокна, в котором размер тонких волокон по меньшей мере в 4 раза меньше размера несущих волокон; несколько слоев тонких волокон расположено по толщине объемного материала, и объемный материал имеет заполнение тонкими волокнами, проходящими по толщине по меньшей мере 0,1 г/м2 и по меньшей мере около 10000 км/м2.
Известный объемный фильтр является самонесущим, то есть не требует каркаса, и может эффективно использоваться при фильтрации воздуха или газов. Однако он имеет существенный недостаток, заключающийся в невозможности полноценного использования всего объема фильтра.
Данный недостаток обусловлен тем, что при прохождении через объем фильтра очищаемого воздуха (или газа) осаждение частиц происходит в первую очередь в слоях, прилежащих к поверхности, обращенной к набегающему потоку (для удобства формулирования назовем ее «поверхность входа»). Соответственно, при стандартном равномерном распределении слоев тонких волокон в объеме фильтра часть объема, прилежащая к поверхности входа, через определенное время «забивается», что приводит к снижению расхода воздуха через фильтр, либо к росту перепада давления на фильтре, если расход воздуха удерживается постоянным (фильтр подлежит замене). При этом часть объема фильтра, расположенная ближе к поверхности, через которую выходит очищенный воздух (назовем ее «поверхность выхода»), остается практически полностью работоспособной, то есть имеющийся ресурс пылеемкости фильтрующего материала полноценно не используется.
Кроме того, выполнение фильтра сборным из отдельных полос, накладываемых друг на друга и соединяемых между собой прессованием под действием высоких температур, либо термоспеканием связующих волокон (при их наличии в составе каждой полосы), создает в плоскостях соединения зоны повышенной плотности, требующие большего перепада давлений для прохождения через фильтр очищаемой среды.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение самонесущего фильтрующего материала объемной фильтрации, обеспечивающего очистку воздуха с определенным уровнем качества в течение длительного времени.
Техническим результатом изобретения является равномерное распределение в объеме фильтра загрязнений, улавливаемых в процессе очистки газов от примесей, и, как следствие, увеличение срока его эксплуатации с заявленными параметрами.
Технический результат достигается тем, что в объемном фильтре из нетканого самонесущего материала, состоящего из полимерных несущих волокон с диаметрами микроразмеров и встроенных в несущие волокна полимерных фильтрующих волокон с диаметрами наноразмеров, несущие волокна образуют связный трехмерный каркас фильтра, а фильтрующие волокна в объеме фильтра распределены таким образом, что их плотность в объеме фильтра различна и увеличивается от поверхности фильтра, обращенной к входящему потоку очищаемой среды к поверхности фильтра, через которую выходит очищаемая среда.
При этом отношение диаметров несущих волокон к диаметрам фильтрующих может быть не менее чем 50:1.
При этом толщина фильтра может составлять не менее 3 мм.
При этом фильтр может иметь форму полого цилиндра.
При этом фильтр может иметь форму призмы (материал является плоским).
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически изображено продольное сечение фильтра цилиндрической формы; на фиг. 2 - схема технологической линии изготовления такого фильтра (вид сверху и сбоку); на фиг. 3 - раздув полимерной нити из экструдера (схематически).
Объемный фильтр 1 из нетканого самонесущего материала содержит несущие волокна 2 и фильтрующие волокна 3. Линия по изготовлению фильтра 1 цилиндрической формы содержит устройство 4 электроформования, экструдер 5 и намоточный барабан 6.
Изготовление заявляемого фильтра осуществляют следующим образом.
Несущие волокна 2 получают путем экструзии термопластичного полимера с последующим раздувом выдавливаемого из фильеры расплава коаксиальным вращающимся потоком воздуха на намоточный барабан 6. При этом средний диаметр несущих волокон 2 задается размером фильеры экструдера 5, через которую выдавливают расплавленную полимерную нить, характеристиками потока воздуха, раздувающего нить в несущие волокна 2, а также температурой материала нити на выходе из фильеры, и может варьироваться в диапазоне от 10 до 300 мкм. При этом следует отметить, что в более узком диапазоне (в пределах одного порядка) средний диаметр несущих волокон 2 можно регулировать только за счет изменения характеристик потока воздуха.
Получаемые при раздуве из расплавленной полимерной нити несущие волокна 2 осаждаются на намоточный барабан 6, который одновременно вращается и совершает возвратно-поступательные движения в направлении, перпендикулярном направлению падения волокон 2. В результате на намоточном барабане 6 формируется трехмерный цилиндрический каркас фильтра 1 из несущих волокон 2. Следует отметить, что осаждение несущих волокон 2 на намоточный барабан 6 производится в диапазоне температур, обеспечивающем монолитное термоскрепление между собой в процессе остывания минимум двух последовательно осаждаемых на барабан 6 слоев из волокон 2 и не позволяющем более горячему осаждаемому несущему волокну 2 глубоко проникать в ранее сформированный волокнистый материал (в частности, для полипропилена, волокно 2 в момент укладки на поверхность предыдущего слоя должно иметь температуру в пределах 180-250°C). Кроме того, изменением скорости вращения и возвратно-поступательных движений барабана 6, а также скорости осаждения на него волокон 2 возможно получение различной плотности каркаса фильтра 1 по толщине.
В отношении содержания предыдущего абзаца под термином «монолитное» понимается, что плотность каркаса фильтра 1 в зоне соединения соседних слоев волокон 2 приблизительна такая же, как и в самих слоях, то есть отсутствует выраженная граница - между соседними слоями осажденных волокон 2.
Одновременно с осаждением на намоточный барабан 6 несущих волокон 2 в получаемый из них слой при помощи устройства 4 осаждают фильтрующие волокна 3, полученные электроформованием волокнистых материалов (electrospinning), имеющие средний диаметр в диапазоне от 20 до 1000 нм. При этом скорость осаждения фильтрующих волокон 3 изменяют в течение всего времени изготовления фильтра 1 таким образом, чтобы их плотность в объеме фильтра 1 увеличивалась от поверхности фильтра 1, обращенной к входящему потоку очищаемой среды к поверхности фильтра 1, через которую выходит очищаемая среда. В случае если эксплуатация фильтра предполагает направление потока очищаемой среды изнутри наружу, скорость осаждения волокон 3 в процессе изготовления увеличивают, иначе - уменьшают.
Контролируемое изменение скорости осаждения фильтрующих волокон 3 в объем несущих волокон 2 позволяет получать фильтр 1, имеющий локальную по толщине фильтрующую способность, увеличивающуюся в объеме фильтра 1 в направлении прохождения очищаемой среды через него.
Расчеты и последующие проведенные испытания показали, что наиболее равномерно осаждение загрязнений в объеме фильтра 1 происходит в случае, когда функция распределения плотности фильтрующих волокон 3 в материале фильтра 1 по толщине является гиперболической (либо сходной с ней).
Изготовление заявляемого фильтра, имеющего форму призмы (материал является плоским), производят аналогичным образом, используя вместо намоточного барабана 6 двусторонний поворотный стол для осаждения. В этом случае на одну поверхность стола осаждают несущие волокна 2, а на другую - фильтрующие волокна 3. После получения на каждой из поверхностей стола слоев заданных размеров стол поворачивают вокруг поперечной оси на 180° и продолжают процесс осаждения волокон 2 и 3 на соответствующих сторонах. После окончания процесса изготовления на каждой из поверхностей поворотного стола получают кусок фильтрующего материала заданной толщины, из которого любым известным способом (например, разрезанием) можно получить определенное количество фильтров с плоскопараллельными основаниями необходимых размеров и формы.
Заявляемый объемный фильтрующий материал является самонесущим и обеспечивает стабильно высокое качество очистки воздуха или газов в течение длительного времени.

Claims (5)

1. Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала, состоящий из полимерных несущих волокон с диаметрами микроразмеров и встроенных в несущие волокна полимерных фильтрующих волокон с диаметрами наноразмеров, отличающийся тем, что несущие волокна образуют связный трехмерный каркас фильтра, а фильтрующие волокна в объеме фильтра распределены таким образом, что их плотность в объеме фильтра различна и увеличивается от поверхности фильтра, обращенной к входящему потоку очищаемой среды, к поверхности фильтра, через которую выходит очищаемая среда.
2. Объемный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что отношение диаметров несущих волокон к диаметрам фильтрующих составляет не менее чем 50:1.
3. Объемный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что толщина фильтра составляет не менее 3 мм.
4. Объемный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что имеет форму полого цилиндра.
5. Объемный фильтр по п. 1, отличающийся тем, что имеет форму призмы.
RU2016106119A 2016-02-24 2016-02-24 Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала RU2639702C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106119A RU2639702C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала
PCT/RU2017/000081 WO2017146613A1 (ru) 2016-02-24 2017-02-17 Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016106119A RU2639702C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016106119A RU2016106119A (ru) 2017-08-29
RU2639702C2 true RU2639702C2 (ru) 2017-12-21

Family

ID=59686353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106119A RU2639702C2 (ru) 2016-02-24 2016-02-24 Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2639702C2 (ru)
WO (1) WO2017146613A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2810429C1 (ru) * 2023-04-20 2023-12-27 Акционерное общество "Фильтр" Способ производства фильтрующего элемента

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114072214B (zh) * 2019-05-06 2023-09-12 沙特基础全球技术有限公司 具有不同直径的通孔的蒸馏塔板

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5340479A (en) * 1992-08-20 1994-08-23 Osmonics, Inc. Depth filter cartridge and method and apparatus for making same
US5591335A (en) * 1995-05-02 1997-01-07 Memtec America Corporation Filter cartridges having nonwoven melt blown filtration media with integral co-located support and filtration
BY5807C1 (ru) * 1999-06-23 2003-12-30
RU88575U1 (ru) * 2009-07-15 2009-11-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Полимер" (Ооо "Полимер") Фильтрующий элемент для очистки жидкостей, преимущественно молока
RU2418615C2 (ru) * 2006-03-28 2011-05-20 Ирема-Фильтер Гмбх Поддающийся плиссированию нетканый материал, способ и устройство для его получения
RU2432983C1 (ru) * 2010-03-05 2011-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "АСИНТЕК" Фильтр воздушный
RU2461409C2 (ru) * 2010-04-20 2012-09-20 Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" Способ получения полимерного фильтроэлемента тонкой очистки пищевых жидкостей, преимущественно молока
RU154003U1 (ru) * 2015-01-12 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Многослойный фильтровальный материал
RU2563273C2 (ru) * 2010-02-26 2015-09-20 Кларкор Инк. Неплиссированный трубчатый объемный фильтр с фильтрующим материалом из тонких волокон

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090266759A1 (en) * 2008-04-24 2009-10-29 Clarcor Inc. Integrated nanofiber filter media

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5340479A (en) * 1992-08-20 1994-08-23 Osmonics, Inc. Depth filter cartridge and method and apparatus for making same
US5591335A (en) * 1995-05-02 1997-01-07 Memtec America Corporation Filter cartridges having nonwoven melt blown filtration media with integral co-located support and filtration
BY5807C1 (ru) * 1999-06-23 2003-12-30
RU2418615C2 (ru) * 2006-03-28 2011-05-20 Ирема-Фильтер Гмбх Поддающийся плиссированию нетканый материал, способ и устройство для его получения
RU88575U1 (ru) * 2009-07-15 2009-11-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Полимер" (Ооо "Полимер") Фильтрующий элемент для очистки жидкостей, преимущественно молока
RU2563273C2 (ru) * 2010-02-26 2015-09-20 Кларкор Инк. Неплиссированный трубчатый объемный фильтр с фильтрующим материалом из тонких волокон
RU2432983C1 (ru) * 2010-03-05 2011-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "АСИНТЕК" Фильтр воздушный
RU2461409C2 (ru) * 2010-04-20 2012-09-20 Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" Способ получения полимерного фильтроэлемента тонкой очистки пищевых жидкостей, преимущественно молока
RU154003U1 (ru) * 2015-01-12 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Многослойный фильтровальный материал

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2810429C1 (ru) * 2023-04-20 2023-12-27 Акционерное общество "Фильтр" Способ производства фильтрующего элемента

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017146613A1 (ru) 2017-08-31
RU2016106119A (ru) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR940004708B1 (ko) 깊이 섬유 크기 구배를 갖는 융해 취입 재료
CA1063946A (en) Continuous production of tubular modular filter elements using nonwoven webs from thermoplastic fibers and products
TWI580833B (zh) 高膨鬆度之紡黏網
JP6050752B2 (ja) デプスフィルターとサブミクロンフィルターとの組合せを含むカートリッジフィルター並びにro前処理方法
US4021281A (en) Continuous production of nonwoven tubular webs from thermoplastic fibers and products
US20110064928A1 (en) Nonwoven material
WO2006115270A1 (ja) フィルタ濾材とその製造方法および使用方法ならびにフィルタユニット
CN108472566B (zh) 利用纳米纤维复合纤维纱的筒式过滤器及其制备方法
US20220152535A1 (en) Melt-blown depth filter element and method of making it
JP6353532B2 (ja) メルトブローによるデプスフィルタカートリッジ
TWI725212B (zh) 深度過濾器、複數層深度過濾媒介及其製造方法
RU2639702C2 (ru) Объемный фильтр из нетканого самонесущего материала
JPH1136169A (ja) メルトブロー不織布の製造方法及びメルトブロー不織布からなる円筒状フィルター
JPH08309124A (ja) 円筒型フィルター濾材およびその製造法
JPH0596110A (ja) 筒状フイルター及びその製造方法
WO2021220720A1 (ja) デプスフィルター
PL186112B1 (pl) Sposób wytwarzania filtra do oczyszczania cieczy
EP2663379B1 (en) Method for manufacturing of pleated filters
RU2262376C1 (ru) Слоистый полимерный волокнистый фильтрующий материал для очистки потока воздуха
US9216371B2 (en) Composite filtering structures with mat of packed melt blown micro- and nano-fibres having NANO-protrusions
JP3668368B2 (ja) 筒状フィルタの製造方法
RU2009693C1 (ru) Способ изготовления фильтровального элемента для ионообменной очистки
UA116946U (uk) Спосіб отримання тонковолокнистого фільтрувального матеріалу
CN114575032A (zh) 一种过滤毡及其制备方法
WO2016159794A2 (en) Multilayer, non-woven filter for emulsion separation