Спосіб виготовлення безкаркасного трубчастого фільтрувального елемента із синтетичних волокон

1. Спосіб виготовлення безкаркасного трубчастого фільтрувального елемента із синтетичних волокон, що включає екструдування полімерного матеріалу з головок, що утворюють волокно, у вигляді струмків розплаву, вплив на них газовим потоком у напрямку оправки, що обертається з постійною швидкістю і пошарове укладання шарів волокон на оправку, який відрізняється тим, що струмки розплаву полімерного термопластичного матеріалу в безперервному сталому процесі подають розігрітим повітрям одночасно не менш ніж із двох головок, що утворюють волокно, причому головки установлюють фіксовано уздовж оправки, на різній відстані від оправки, й подають струмки розплаву під кутом в межах від 0° до 20°, відносно перпендикуляра до осі обертання оправки, на оправку та на заготовку з волокон, яку одночасно обертають і переміщують в осьовому напрямку з заданою постійною швидкістю, причому, без зупинки періодично відрізають від заготовки готові безкаркасні трубчасті фільтрувальні елементи заданої довжини. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують два екструдера з своїми головками, що утворюють волокно, головки установлюють фіксовано уздовж оправки на відстані від оправки в межах від 300мм до 700мм, заготовку з волокон U 2 (11) 1 3 матеріалу використовують суміш волокноутворюючого і матричного полімерів, через голівку що утворює волокна формують композиційну мононитку діаметром 0,3-5,0мм, а потім екстрагують з неї матричний полімер. Після екстракції матричного полімеру з композиційної мононитки діаметром 1,1-5,0мм, отриману комплексну нитку із ультратонких волокон додатково перемотують на перфорований каркас. Недоліками відомого способу є те, що технологічний процес дуже складний, багатоопераційний низькопродуктивний, з необхідністю змішування полімерних компонентів, а потім вимивання одного з них, та повторної намотки, що призводить до неоднорідності чистоти фільтрування в партії фільтрувальних елементів, перфорований каркас зменшує пропускну здатність фільтрувального елементу. Найбільш близьким, є спосіб виготовлення глибинних фільтрувальних елементів із синтетичних волокон, описаний у патенті Російської Федерації №2159662 опублікованому 27.11.2000р., індекс МПК B01D39/16, B01D27/04, що включає екструдування полімерного матеріалу з голівок що утворюють волокно у вигляді струмків розплаву, вплив на них у напрямку оправки газовим потоком і пошаровим укладанням волокон на оправки, що обертаються, у фільтруючі шари. Причому, як газовий потік використовують стиснене повітря й у міру збільшення фільтруючих шарів роблять східчасту зміну тиску потоку стисненого повітря при постійній частоті обертання оправки. В процесі укладання волокон у шари, принаймні один раз, змінюють напрямок обертання оправки. Загальними суттєвими ознаками є те, що спосіб виготовлення безкаркасного трубчастого фільтрувального елементу із синтетичних волокон включає екструдування полімерного матеріалу з голівок, що утворюють волокно, у вигляді струмків розплаву, вплив на них газовим потоком у напрямку оправки, що обертається з постійною швидкістю, і пошаровим укладанням шарів волокон на оправку. Недоліками відомого способу є те, що технологічний процес дуже складний, багатоопераційний, низькопродуктивний, такий що не забезпечує однорідність чистоти фільтрування, навіть в одній партії фільтрувальних елементів, так як кожний фільтрувальний елемент виготовляється окремо. Метою корисної моделі є підвищення продуктивності при спрощенні технології виготовлення, забезпеченні підвищення ресурсу безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів, та стабільності фільтрувальної здатності. Суттєвими ознаками є те, що спосіб виготовлення безкаркасного трубчастого фільтрувального елементу із синтетичних волокон включає екструдування полімерного матеріалу з голівок, що утворюють волокно, у вигляді струмків розплаву, вплив на них газовим потоком у напрямку оправки що обертається з постійною швидкістю і пошаровим укладанням шарів волокон на оправку, причому, струмки розплаву полімерного термопластичного матеріалу в безперервному сталому процесі подають одночасно не менш чим із двох голівок, що 51293 4 утворюють волокно, причому голівки установлюють фіксовано уздовж оправки, на різній відстані від оправки в межах від 300 до 700мм, в залежності від необхідної чистоти фільтрації, й подають струмки розплаву під різним кутом в межах від 0° до 20°, відносно перпендикуляра до осі обертання оправки, на оправку та заготовку з волокон яку обертають з постійною швидкістю в діапазоні від 900об/хвил. до 1300об/хвил. і переміщують в осьовому напрямку з заданою постійною швидкістю, на струмки розплаву впливають розігрітим повітрям, зовнішню поверхню заготовки трубчастого фільтрувального елемента калібрують і періодично відрізають від заготовки готові фільтрувальні елементи заданої довжини. Використовують два екструдера з своїми голівками, що утворюють волокно, причому, продуктивність екструдерів може бути однаковою, або продуктивність одного відносно іншого може різниться до двох разів по масі, а стиснене повітря нагрівають до температури від 190°С до 300°С і подають під тиском від 0,13МПа до 0,25МПа у голівки, що утворюють волокно, причому внутрішню зону шарів волокон формують голівкою, що утворює волокно, яку розташовують найбільш близько до оправки й забезпечують товщину внутрішньої зони, що визначає чистоту фільтрації, від 25% до 55% від загальної товщини стінки безкаркасного трубчастого фільтрувального елемента, зовнішню поверхню заготовки трубчастого фільтрувального елемента калібрують не менше ніж одним валком. При виготовленні з поліпропілену, або поліаміду, або полікарбонату, або поліакрилонітрилу, або поліетилентерефталату - нагрівають синтетичний полімерний матеріал до температури в діапазоні від 230°С до 370°С, подають екструдерами у філь'єри двох голівок, що утворюють волокно, з отворами філь'єр діаметром 0,25-0,35мм, розплавлені струмки синтетичного полімерного матеріалу подають гарячим повітрям, яке нагрівають до температури в діапазоні від 190°С до 220°С під тиском у діапазоні від 0,13 до 0,20МПа, причому, першу голівку, що утворює волокно, яка формує внутрішню зону шарів волокон, які забезпечують задану чистоту фільтрації, встановлюють на відстані від 300мм до 550мм, і струмки розплаву подають по кутом від 10° до 20° щодо перпендикуляру до осі обертання оправки, а другу голівку, що формує зовнішню зону шарів волокон, установлюють на відстані яка перебільшує на 50-150мм відстань розташування першої голівки і струмки розплаву подають перпендикулярно до осі обертання оправки. В номінальний розмір по зовнішньому діаметру безкаркасний трубчастий фільтрувальний елемент калібрують трьома шарнірно закріпленими валками розташованими рівномірно на одному радіусі й під кутом від 1° до 15 °щодо осі обертання оправки. Розташування голівок, що утворюють волокно, в межах від 300 до 700мм, та кут подачі струмків розплаву в межах від 0° до 20° відносно перпендикуляра до осі обертання оправки та постійну швидкість обертання оправки вибирають в межах від 900об/хвил. до 1300об/хвил., з урахуванням потрібних технічних характеристик готового безкаркас 5 ного трубчастого фільтрувального елемента, одній з основних характеристик є чистота фільтрації, наприклад: 1мкм, 3мкм, 5мкм, 10мкм, 20мкм, 50мкм, 100 мкм. Відмітними суттєвими ознаками дійсними у всіх випадках є те, що струмки розплаву полімерного термопластичного матеріалу в безперервному сталому процесі подають розігрітим повітрям одночасно не менш чим із двох голівок, що утворюють волокно, причому, голівки установлюють фіксовано уздовж оправки, на різній відстані від оправки й подають струмки розплаву під кутом в межах від 0° до 20°, відносно перпендикуляра до осі обертання оправки, на оправку та на заготовку з волокон, яку одночасно обертають і переміщують в осьовому напрямку з заданою постійною швидкістю, причому, без зупинки періодично відрізають від заготовки готові безкаркасні трубчасті фільтрувальні елементи заданої довжини. Відмітними суттєвими ознаками дійсними в окремих випадках є те, що використовують два екструдера з своїми голівками, що утворюють волокно, голівки установлюють фіксовано уздовж оправки на відстані від оправки в межах від 300мм до 700мм, заготовку з волокон обертають з постійною швидкістю в діапазоні від 900об/хвил. до 1300 б/хвил., причому, продуктивність екструдерів може різнитися до двох разів по масі подачі полімерного термопластичного матеріалу, а стиснене повітря нагрівають до температури від 190°С до 300°С і подають під тиском від 0,13МПа до 0,25МПа у голівки, що утворюють волокно, причому внутрішню зону шарів волокон формують голівкою, що утворює волокно, яку розташовують найбільш близько до оправки, зовнішню поверхню заготовки калібрують не менше ніж одним валком. Поліпропілен, або поліамід, або полікарбонат, або поліакрилонітрил, або поліетилентерефталат нагрівають до температури в діапазоні від 230°С до 370°С, подають у філь'єри двох голівок, що утворюють волокно, з отворами у філь'єрах діаметром 0,25-0,35мм і розплавлені струмки синтетичного полімерного матеріалу подають гарячим повітрям, яке нагрівають до температури в діапазоні від 190°С до 220°С під тиском у діапазоні від 0,13МПа до 0,20МПа, причому, першу голівку, що утворює волокно, яка формує внутрішню зону шарів волокон, встановлюють на відстані від 300мм до 550мм, і струмки розплаву подають по кутом від 10° до 20°щодо перпендикуляру до осі обертання оправки, а другу голівку, що формує зовнішню зону шарів волокон, установлюють на відстані яка перебільшує на 50-150мм відстань розташування першої голівки і струмки розплаву подають під кутом від 0° до 10° щодо перпендикуляру до осі обертання оправки. Описаний спосіб виготовлення безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів із синтетичних полімерних волокон завдяки безперервності процесу виготовлення, дозволяє підвищити продуктивність виготовлення, яка досягає 2700 готових безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів в добу, та має спрощену технологію виготовлення, так як відсутня необхідність в перериванні процесу, в переналагодженні та зміні параметрів 51293 6 роботи обладнання, при виготовленні партій однакових безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів, що також забезпечує стабільність технічних характеристик, наприклад, фільтрувальної здатності, а переміщення внутрішнього отвору по оправці створює тонкий шар підвищеної міцності який заміняє собою каркас. Створення двох зон шарів з різною чистотою фільтрації, дозволяє в тілі зовнішньої зони, з більшими фільтрувальними отворами, накопичувати більш крупні частки забруднення і до зони з нормативною чистотою фільтрації доходить менше бруду, який ще й розподілений по товщині попередньої зони фільтрувальних шарів і не створює опір рідині або газу, який фільтрується, що підвищує не менше ніж у три рази ресурс фільтрувальних елементів до забивання брудом у порівнянні з однозонними. Додатково до досягнутої мети, використання ознак описаних у залежних пунктах, яки уточнюють оптимальні технологічні параметри та те, що другу голівку, що формує зовнішню зону шарів волокон, установлюють на відстані яка перебільшує на 50150мм відстань розташування першої голівки, надає можливість оптимізувати різницю чистоти фільтрації між зоною зовнішніх шарів волокон та внутрішніх і ще додатково підвищити якісні характеристики безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів. На Фіг.1 зображена схема розташування обладнання необхідного для виконання способу; На Фіг.2 схематично зображена голівка, що утворює волокно; На Фіг.3 зображений намотувальний вузол агрегату намотки; На Фіг.4 зображена таблиця технологічних параметрів одержання безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів з чистотою фільтрації від 1мкм до 100мкм. Для виконання способу використовується устаткування, яке схематично показане на Фіг.1. До складу входять повітряні компресори 1, ресивер 2, повітряний нагрівач 3, екструдер 4 з голівкою 5, що утворює волокно, та екструдер 6 з голівкою 7, що утворює волокно, агрегат намотки 8, відрізний стіл 9, та шафа 10 електроуправління. Агрегат намотки 8, має механічну частину з електродвигунами та передаточними редукторами, конструкція яких легко може бути розроблена виготовлена любим машинобудівним підприємством, та не є об'єктом корисної моделі, тому розкриваю тільки конструкцію вузла, який має пряме відношення до пояснення об'єкту корисної моделі і зв'язаний з створенням, укладкою та намотуванням волокон. В якому (див. Фіг.3) показані концентрично розташовані зовнішній трубчастий вал 11 оправки 12, та внутрішній вал 13 з різьбовим наконечником 14 з кроком різьби 12мм за межами трубчастого валу 11, які мають можливість обертатися з відносно різною фіксованою швидкістю. Причому, голівка 5, що утворює волокно, встановлена на відстані від 300 до 650мм, з можливістю подання струмків розплаву під кутом від 10° до 20° щодо перпендикуляру до осі обертання оправки, а друга голівка 7, що утворює волокно, встановлена на відстані від 350 до 700мм з можливістю подан 7 ня струмків розплаву перпендикулярно до осі обертання оправки, в залежності від необхідної чистоти фільтрації, та співвідношення чистоти фільтрації внутрішньої та зовнішньої зон. Дані для виготовлення трубчастих фільтрувальних елементів з різною чистотою фільтрації показані в таблиці на Фіг.4. Також рівномірно розташовані три валка 15 та відрізні ножі 16. Голівки 5 та 7, що утворюють волокно (див. Фіг.2) мають філь'єри 17 з отворами 18, та половинки корпусу IS та 20 з щілевим зазором між ними по всій довжині розташування отворів 18. Голівки 5 та 7 можуть подавати до двадцяти струмків розплаву. Готовий безкаркасний трубчастий фільтрувальний елемент 21 має внутрішню зону 22 шарів волокон з щільністю, що забезпечує необхідну чистоту фільтрації, та зовнішню зону 23 з більшими отворами між волокнами, в який затримується бруд розміри часток якого значно перевищують чистоту фільтрації. Спосіб виготовлення безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів полягає в наступному. Гранульований термопластичний полімерний матеріал, наприклад, поліпропілен, або поліамід, або полікарбонат, або поліакрилонітрил, або поліетилентерефталат загружається в два, можливо й більше, шнекових екструдера, у яких він розплавляється до температури плинності цього матеріалу в межах від 230°С до 370°С і подається в філь'єри 17 голівок 5 та 7, що утворюють волокно. На виході з голівок 5 та 7, з отворами 18 діаметром 0,25-0,35мм рівномірно розташованими по горизонтальній лінії у філь'єрах 17, в яких розплав перетворюється в струмки розплаву, на яки при виході з філь'єр впливають в бік оправки потоком стисненого повітря, нагрітого в діапазоні температур від 190°С до 220°С під тиском від 0,13МПа до 0,20МПа. Потік стисненого гарячого повітря робить волокна мікротонкими, турбулентним потоком довільно хвилеподібно закручує та загибає отримані полімерні волокна, які під впливом потоку повітря, переносяться на поверхню оправки і заготовки й укладаються у фільтрувальні шари довільно розташованими короткими відрізками які змінюють напрямок та злипаються між собою створюючи мікроотвори. Регулювання чистоти фільтрації партії трубчастих фільтрувальних елементів забезпечується розташуванням голівок 5 та 7, та встановленням необхідної швидкості обертання зовнішнього трубчастого валу 11 оправки 12, та внутрішнього валу 13 з різьбовим наконечником 14, яким забезпечується переміщення в осьовому напрямку, що для діапазону чистоти фільтрації від 1мкм до 100мкм показано в таблиці на Фіг.4. Спосіб дозволяє виготовляти в добу до 2700 штук трубчастих фільтрувальних елементів з внутрішнім діаметром 28мм, зовнішнім діаметром 62мм, та довжиною 10" (254мм). Наприклад для виготовлення партії трубчастих фільтрувальних елементів з внутрішнім діаметром 28мм, зовнішнім діаметром 62мм та забезпечення чистоти фільтрації 1мкм-швидкість обертання зовнішнього трубчастого валу 111000об/хвил., а внутрішнього валу 13 з різьбовим наконечником 14, який забезпечує переміщення в 51293 8 осьовому напрямку, та має крок різьби 12мм1050об/хвил., а для забезпечення чистоти фільтрації 20мкм - швидкість обертання зовнішнього трубчастого валу 11-1050об/хвил, а внутрішнього валу 13-1160об/хвил., а для забезпечення чистоти фільтрації 50мкм - швидкість обертання зовнішнього трубчастого валу 11–1050об/хвил, а внутрішнього вала 13-1200об/хвил. В номінальний розмір 62мм по зовнішньому діаметру безкаркасний трубчастий фільтрувальний елемент калібрують трьома шарнірно закріпленими валками 15 розташованими рівномірно на одному радіусі й під кутом 3° щодо осі обертання оправки. Процес виготовлення партії безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів одної чистоти фільтрації безперервний, тому без зупинки періодично відрізають від заготовки готові безкаркасні трубчасті фільтрувальні елементи 21 заданої довжини, наприклад 254мм, ножами 16. Можливо забезпечити спосіб виготовлення безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів і іншим обладнанням, забезпечивши описану технологію та указані технологічні параметри, також можливо зробити не дві, а три або чотири зони шарів волокон з різними отворами між волокнами, тобто з різною чистотою фільтрації. При розробці способу проводились експериментально - налагоджувальні роботи, та створювалась таблиця в який фіксувались оптимальні технологічні параметри, наприклад: Нагрівали поліпропілен до температури в діапазоні від 230°С до 300°С до необхідної плинності, екструдерами однакової продуктивності подавали у філь'єри двох голівок, що утворюють волокно, з отворами філь'єр діаметром 0,3мм і розплавлені струмки поліпропілену подавали гарячим повітрям нагрітим до температури від 190°С до 200°С під тиском 0,15МПа в напрямку формування, через голівки, що утворюють волокно. Голівку яка формує внутрішню зону шарів волокон, встановлювали на відстані 300мм, і струмки розплаву подавали під кутом 10° щодо перпендикуляру до осі обертання оправки, а другу голівку, що формує зовнішню зону шарів волокон, установлювали на відстані 350мм і струмки розплаву подавали перпендикулярно до осі обертання оправки. Швидкість обертання зовнішнього трубчастого валу 111100об/хвил, а внутрішнього валу 13 з різьбовим наконечником 14 з кроком різьби 12мм1050об/хвил. Калібрували однім валком з віссю паралельною осі обертання оправки до діаметру 62мм і відрізали готові фільтрувальні елементи довжиною 10" (254мм). Була за добу одержана партія з 2700 якісних трубчастих фільтрувальних елементів, яки мали стабільну чистоту фільтрації 1мкм. при чому, зовнішня зона фільтрувальних шарів мала чистоту фільтрації 3мкм. Таким чином була створена таблиця (див. на Фіг.4) в який показані експериментально підтверджені технологічні параметри одержання безкаркасних трубчастих фільтрувальних елементів з чистотою фільтрації 1мкм, 3мкм, 5мкм, 10мкм, 20мкм, 50мкм, 100мкм. В таблиці показана велика кількість технологічних параметрів, але кожний виробник, який вибрав, якийсь перелік типорозмі 9 рів та необхідних технічних показників трубчастих фільтрувальних елементів, при необхідності переходу на іншу чистоту фільтрації може змінювати тільки два або три параметри, наприклад з виготовлення фільтрувальних елементів з чистотою фільтрації 1мкм на - 20мкм, тільки змінює швидкість обертання зовнішнього трубчастого валу 11 - з 1000об/хвил на 1050об/хвил., а внутрішнього валу 13 - з 1050об/хвил. на 1160об/хвил., та переміщує згідно таблиці, що показана на Фіг.4, голівки, що утворюють волокно, і з продуктивністю до 2700 штук у добу виробляється партія інших трубчастих фільтрувальних елементів. Враховуючи те що фільтрувальні елементи, це масовий продукт, то вигідно випускати великі партії, і висока продуктивність та однорідність продукції є дуже важливим показником. При експериментах виявилось, що при розташуванні голівок, що утворюють волокно, ближче 300мм до оправки, волокно на оправці злипалось в шар з малою кількістю отворів і не забезпечувалась достатня пропускна здатність фільтрувально 51293 10 го елементу, а при розташуванні голівок, що утворюють волокно, за межами 700мм - не можливо було досягнути необхідної чистоти фільтрації, багато волокон пролітало мимо оправки, що приводило до втрат полімерного матеріалу. Швидкість обертання оправки нижче 900об/хвил. не вигідна, так як падає продуктивність, та не забезпечується укладка волокон рівномірними шарами, а швидкість - вище 1300об/хвил. призводила до підвищених втрат, так як відцентровою силою та турбулентними потоками відкидалась частина волокон, яки не попадали прямо на середину оправки. Якщо волокна подавались під кутом, що перевищував 20° відносно перпендикуляра до осі, то створювалась неоднорідність між шарами волокон, так як волокна з одної головки, що утворює волокно, пролітали різний шлях, частина з них переохолоджувалась, і створювались зони нерівномірно укладених шарів волокон, а також між шарами утвореними першою голівкою та послідуючою утворювались каверни. 11 Комп’ютерна верстка О. Рябко 51293 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601