close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5807

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5807
(13) C1
(19)
7
(51) B 01D 27/06, 39/16
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ
(21) Номер заявки: a 19990624
(22) 1999.06.23
(46) 2003.12.30
(71) Заявитель: Республиканское унитарное предприятие "Специальное конструкторско-технологическое бюро
"Металлополимер" (BY)
(72) Авторы: Чернорубашкин Александр
Иванович; Сиканевич Александр Васильевич; Гайдук Вера Филипповна;
Кудян Сергей Георгиевич; Сухопаров
Сергей Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Республиканское
унитарное предприятие "Специальное
конструкторско-технологическое бюро "Металлополимер" (BY)
(57)
Фильтрующий элемент для очистки жидкостей, представляющий собой полый цилиндр, стенки которого выполнены из скрепленных волокон термопластичного полимера,
диаметр которых уменьшается, а плотность их укладки увеличивается по ходу протекания
очищаемой жидкости, отличающийся тем, что содержит до 20 % каркасных волокон,
имеющих диаметр, по меньшей мере, в 2,0-2,5 раза превышающий средний диаметр остальных волокон, и до 50 % волокон, имеющих волнистую извитость с частотой извитости 3-20 см-1 и степенью извитости 30-80 %, и волокна термоскреплены между собой в
местах их контактов.
BY 5807 C1
(56)
CZ 260521 B1, 1989.
US 3904798, 1975.
EP 0148638 A3, 1987.
US 4861633, 1989.
EP 0883429 A1, 1998.
JP 05309218 A, 1993.
RU 2006653 C1, 1994.
Изобретение относится к области производства нетканых волокнисто-пористых материалов и изделий, используемых в качестве фильтров для очистки различных жидких сред.
Известно множество фильтров для очистки жидкостей. Например, фильтр, описанный
в [1]. Он состоит из концентрично расположенных цилиндрических слоев хаотически
уложенных волокон синтетического органического полимерного материала. Плотность
такого фильтра составляет от 5 до 50 % от плотности полимера, при этом отклонение по
плотности между двумя любыми точками по толщине фильтра составляет не более 10 %.
Наибольшей плотностью обладает его внутренний слой.
В [2] описан фильтр для очистки жидкостей, представленный цилиндрическим фильтрующим элементом, который получают намоткой волокон на сердечник.
BY 5807 C1
Фильтр по [3] представляет собой пористую перегородку, с одной стороны которой
размер пор значительно превышает размер пор с противоположной стороны. Изделие
формуется как одно целое из пористого поликарбоната, полиэтилена или полиамида, причем плотность материала со стороны поверхности с более крупными порами меньше, чем
со стороны поверхности с менее крупными порами.
Известны серийно выпускаемые патронные фильтрующие элементы, для очистки масла, которые состоят из перфорированного металлического каркаса, окруженного фильтровальным материалом из гофрированного картона. Уплотнение торцов фильтрующего
элемента осуществляется металлическими крышками с прокладками из резины или другого маслостойкого материала. Технология производства таких элементов отличается высокой трудоемкостью и требует наличия нескольких видов материалов (металл, бумага,
резина), а следовательно, различных производств.
Фильтрующий элемент, описанный в [4], представляет собой цилиндрическую многослойную гильзу, состоящую из последовательно навитых слоев сетки, ткани или волокнистых материалов, причем слои материала подбирают таким образом, что размеры
фильтрующих ячеек уменьшаются по ходу протекания фильтруемой жидкости. В качестве
фильтровального материала могут быть использованы натуральные или синтетические
волокнистые материалы типа полиэфирных, полиамидных, полипропиленовых или стеклянных волокон различного размера. Собранный патрон крепится на пустотелой перфорированной втулке, изготовленной из металла или полимера. Навивка слоев ткани или
сетки производится крестообразно в противоположных направлениях.
Наиболее близким, из числа известных, по технической сущности и достигаемому
результату является фильтрующий элемент, описанный в [5]. Этот элемент образован не
менее чем шестью волокнистыми слоями, из которых первый, средний и последний - несущие слои, отличающиеся повышенной жесткостью. Собственно фильтровальный слой
выполнен из стекловолокон, диаметр которых постепенно уменьшается в направлении
движения фильтруемой среды. Благодаря постепенному уменьшению среднего диаметра
волокон снижается степень загрязнения первого собственно фильтровального слоя, а также уменьшаются потери давления при фильтровании.
Практически все известные волокнисто-пористые фильтрующие элементы снабжены
опорным каркасом или, как фильтр, описанный в [5], содержат в своем составе несущие
слои, служащие каркасом. Первые сложны в изготовлении и дорогостоящи, вторые с течением времени могут расслаиваться. Все эти элементы состоят, как правило, из прямых
волокон, диаметр которых и плотность укладки могут быть как постоянными по толщине
элемента, так и переменными.
Цель настоящего изобретения - получение простого по конструкции, прочного, бескаркасного фильтрующего элемента, обеспечивающего высокую эффективность очистки
фильтруемой жидкости.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый фильтрующий элемент представляет собой полый цилиндр, стенки которого выполнены из скрепленных между собой
волокон термопластичного полимера, диаметр которых уменьшается, а плотность их укладки увеличивается по ходу протекания очищаемой жидкости. Причем волокна термоскреплены (спаяны) между собой в местах контактов, т.е. в структуре фильтрующего
элемента отсутствуют клеи. Заявляемый фильтрующий элемент обладает достаточной
прочностью и жесткостью, позволяющими отказаться от несущего металлического или
полимерного каркаса. Прочность и жесткость элемента обеспечиваются тем, что среди
волокон, образующих его структуру, имеются каркасные волокна, диаметр которых по
меньшей мере в 2,0-2,5 раза превышает средний диаметр остальных волокон. Количество
таких волокон доходит до 20 % от их общего числа. И, кроме того, до 50 % волокон имеют волнистую извитость (с частотой извитости 3-20 см-1 и степенью извитости 30-80 %),
что ведет к увеличению числа контактов между волокнами и, соответственно, количества
спаек между ними. Причем каркасные и извитые волокна равномерно распределены по
всему объему элемента.
2
BY 5807 C1
Размер пор фильтрующего элемента, имеющего в своей структуре до 50 % извитых
волокон, меньше, чем у элементов, сформированных только из прямых волокон, при одном и том же среднем диаметре волокон, следовательно, эффективность очистки жидкостей таким фильтрующим элементом выше.
Частота извитости волокон, образующих предлагаемый фильтрующий элемент, находится в пределах от 3 до 20 см-1, а степень извитости - 30-80 %.
Частота извитости волокон (n) определяется числом волн Z, приходящихся на 1 см
длины волокна [6]:
n = Z 10/L0,
где Z - число волн на измеряемом участке волокна,
L0 - начальная длина нерасправленной пробы волокна, мм.
Степень извитости (N) показывает приращение длины волокна к моменту его полного
распрямления, выраженное в процентах длины в нерасправленном состоянии:
N = (L1-L0) 100/L0,
где L1 - длина пробы к моменту полного распрямления извитков волокна.
Извитость фиксируется за счет термоскрепления волокон между собой в местах контактов.
Как показали исследования, наличие в структуре фильтрующего элемента каркасных
волокон ведет к увеличению прочностных характеристик элемента, но при этом ухудшаются его фильтрационные свойства. Это объясняется увеличением размера пор в структуре
элемента. Так, эффективность фильтрации элементов (при размере задерживаемых частиц
20 мкм), изготовленных с содержанием в их структуре 10 %, 20 % и 25 % каркасных волокон (остальные параметры структуры одинаковые), равна соответственно 99,99 %, 99,25 %
и 97,25 %. Поэтому количество каркасных волокон более 20 % нецелесообразно.
Увеличение количества термоскрепленных извитых волокон в структуре фильтрующего элемента также способствует увеличению его прочности. Но увеличение их количества свыше 50 % влечет за собой увеличение перепада давлений при фильтровании, что
весьма нежелательно.
Извитость волокон, образующих предлагаемый фильтрующий элемент, с частотой (n)
менее 3 см-1 ощутимого эффекта не дает, такой фильтрующий элемент работает практически так же, как и элемент, изготовленный без извитых волокон. А извитость с частотой
более 20 см-1 ведет к повышению прочностных характеристик фильтрующего элемента (за
счет увеличения числа спаек между волокнами) и одновременно к ощутимому увеличению перепада давлений при фильтровании.
Степень извитости волокон (N) менее 30 % существенно не сказывается на основных
характеристиках фильтрующего элемента. А получение образцов со степенью извитости
волокон более 80 % ведет к значительному усложнению технологического процесса получения фильтрующих элементов, в то время как существенного улучшения фильтрационных характеристик на сформированных при этом образцах не получено.
Загрязненная жидкость, проходя через предлагаемый фильтрующий элемент, селективно очищается от частиц механической примеси, вначале задерживаются крупные частицы, затем мелкие. Такой процесс фильтрации обеспечивается увеличением плотности
фильтрующего элемента и уменьшением среднего диаметра образующих его волокон по
ходу протекания очищаемой жидкости. За счет этого уменьшаются потери давления при
фильтровании, увеличивается грязеемкость и, соответственно, срок эксплуатации фильтрующего элемента.
Прочность при разрыве заявляемого фильтрующего элемента и эффективность очистки
им различных жидкостей выше, чем соответствующие показатели у элемента, сформированного из прямых волокон того же диаметра и уложенных с той же переменной плотностью.
В таблице приведена сравнительная характеристика заявляемого фильтрующего элемента, изготовленного из волокон полипропилена со средним диаметром 50 мкм, полипропиленового элемента, изготовленного из волокон того же диаметра и с той же переменной
3
BY 5807 C1
плотностью, что и заявляемый, но без каркасных и извитых волокон, и серийно выпускаемого
фильтрующего элемента из гофрированного картона, закрепленного на перфорированном
полимерном или металлическом каркасе, предназначенных для очистки дизельного масла
тепловозов.
Заявляемый фильтрующий
Элемент, изготовленный
Серийно выпускаемый
элемент, содержащий:
без каркасных и извитых картонный фильтрующий
каркасных - 18 %
волокон
элемент
извитых волокон - 45 %
Отношение прочности при разрыве фильтрующего элемента
к прочности заявляемого фильтрующего элемента
1
0,7
Эффективность очистки при размере задерживаемых частиц 20 мкм
99,99 %
87,66 %
99,95 %
Как видно из таблицы, по своим прочностным и фильтрационным характеристикам
заявляемый фильтрующий элемент превосходит элемент такой же структуры, но не имеющий каркасных и извитых волокон. Его фильтрационные характеристики соответствуют
характеристикам серийно выпускаемого фильтрующего элемента из гофрированного картона.
Технология получения предлагаемого фильтрующего элемента представляет из себя
следующее. Исходное полимерное сырье (гранулированный термопластичный материал)
загружается в приемное устройство генератора волокон и далее транспортируется через
обогреваемые зоны гильзы к формующей головке. В процессе транспортировки полимерное сырье разогревается до вязкотекучего состояния. Этот переход обусловлен как приложенным внешним температурным воздействием, так и высвобождением тепловой
энергии за счет сил трения, возникающих при транспорте полимера. На выходе из формующей головки расплав подхватывается подаваемой струей горячего воздуха, формируя
газоволокнистый "факел". Волокна в "факеле", находясь в вязкотекучем состоянии, наслаиваются на установленную под углом 90° к оси "факела" формообразующую оправку,
совершающую вращение и возвратно-поступательное перемещение. При этом на поверхности оправки происходит формирование волокнисто-пористого изделия цилиндрической
формы, за счет сплавления волокон в местах их контактов.
Причем, изменяя технологические параметры процесса (давление струи воздуха, расстояние между фильерой и формообразующей оправкой и т.д.), по заданной программе
можно формировать изделия требуемой структуры. Путем установки определенного температурного режима (для каждого вида термопластичного сырья свой режим) можно
сформировать "факел", включающий грубые каркасные и извитые волокна в требуемом
количестве.
Источники информации:
1. Патент СССР 618056, МПК D 04 Н 3/03, 1973.
2. Патент США 4861633, МПК D 04 Н 1/04, 1988.
3. Патент США 5030037, МПК В 65 G 53/38, 1988.
4. Патент ПНР 140382, МПК В 01 D 27/00, 1983.
5. А.с. ЧССР 260521, МПК В 02 D 25/06, 1986 (прототип).
6. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Кобляков А.И. Текстильное материаловедение. - М.:
Легпромбытиздат, 1989.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
133 Кб
Теги
by5807, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа