Способ получения слоистого материала для респиратора

Способ получения слоистого материала для респиратора

Реферат

 

Способ получения слоистого материала для респиратора относится к технологии одномоментного точечного термического сваривания. Включает термопрессование слоистого материала. В слои материала по контуру вводят порошок термопластичного полимера и проводят термопрессование, по меньшей мере, двумя прессующими электродами, при этом нагревают один из прессующих электродов. Перед прессованием между нагреваемым прессующим электродом и скрепляемым слоистым материалом устанавливают теплопроводящую технологическую прокладку. Прессуют слоистый материал с использованием ненагреваемого прессующего электрода. Данный способ повышает качество сборки получаемого слоистого материала. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии одномоментного точечного термического сваривания и преимущественно может быть использовано при сборке в пакет слоистого материала из тканых и волокнистых слоев, прежде всего для получения слоистых материалов облегченных фильтрующих респираторов.

Известен способ ручной сборки облегченного респиратора ШБ-1 "Лепесток" ("Лепесток" (Легкие респираторы) / Петрянов И. В. и др. - М.: Наука, 1984, с. 77, рис. 4.11, а), согласно которому сборку слоистой фильтрующей полумаски респиратора производят выполнением по контуру обтюратора полумаски ручного кругового нитяного шва тонкими иглой и хлопчатобумажной нитью с расположением стежков шва под острым углом по отношению к поверхности полумаски. Недостатками данного известного способа являются высокая трудоемкость и низкая производительность, обусловленные ручной технологией сборки респиратора.

Известен способ машинной сборки облегченного респиратора ШБ-1 "Лепесток" ("Лепесток" (Легкие респираторы) / Петрянов И. В. и др. - М.: Наука, 1984, с. 77, рис. 4.11, б), который предусматривает выполнение по контуру обтюратора полумаски машинного кругового нитяного шва тонкими иглой и хлопчатобумажной нитью с расположением стежков шва под прямым углом по отношению к поверхности полумаски. Данный известный способ обеспечивает снижение трудоемкости и повышение производительности, но выполненные иглой под прямым углом к поверхности полумаски проколы оказываются не заполненными волокнистым фильтрующим материалом и поэтому становятся проницаемыми для дисперсных частиц, что существенно снижает защитные фильтрующие свойства респиратора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению следует считать способ получения слоистого материала для респиратора, реализованный в термопрессовой линии для изготовления многослойных лицевых частей защитных масок разового использования по патенту Российской Федерации 2021139 С1, 15.10.1904, В 29 С 65/02, который предусматривает для скрепления по контуру фильтрующих и сорбционно-фильтрующих слоев из разнородных листовых термопластичных материалов проведение их термопрессования с использованием ультразвуковых звуководов и звукоприемных воронок.

Указанный известный способ обеспечивает высокую производительность процесса сборки респираторов, обусловленную одновременностью выполнения термического сваривания.

Однако данный известный способ позволяет получать слоистый материал для респиратора, выполненный из слоев исключительно только термопластичных материалов.

Использование в способе-прототипе пар ультразвуковых звуководов и звукоприемных воронок приводит к нагреву обоих указанных элементов и поэтому вызывает за время нарастания давления прессования пригорание примыкающих к звуководам и звукоприемным воронкам наружных слоев слоистого материала и их повреждение, что приводит к снижению защитных фильтрующих свойств изготавливаемого респиратора. Снижение величины мощности ультразвукового воздействия и, следовательно, температуры нагрева звуководов и звукоприемных воронок или времени термопрессования позволяет избежать пригорания наружных слоев слоистого материала, но не дает возможности обеспечить требуемый прогрев прессуемого пакета слоев термопластичного материала, что приводит к снижению прочности получаемого соединения.

Кроме того, используемые в способе-прототипе звуководы и звукоприемные воронки в условиях высоких температур термопрессования подвержены интенсивному окислению, что приводит к загрязнению получаемого слоистого материала продуктами окисления.

Недостатками известного способа получения слоистого материала для респиратора являются недостаточно высокое качество сборки респираторов, что обусловлено возможностью загрязнения продуктами окисления и повреждения наружных слоев получаемого слоистого материала из-за их пригорания к термопрессующим элементам, недостаточной прочностью получаемого соединения из-за понижения температуры в зоне выполняемого термопрессования, а также достаточно узкая область его применения, ограниченная возможностью получения соединения слоев, выполненных исключительно только из термопластичных материалов.

Целью предлагаемого изобретения является достижение технического результата, заключающегося в повышении качества сборки получаемого слоистого материала и расширении области возможного применения способа для получения соединения слоев, выполненных, в том числе, и из нетермопластичных материалов.

Поставленная цель достигается согласно изобретению тем, что предлагаемый способ получения слоистого материала для респиратора, включающий, в соответствии с прототипом, термопрессование слоистого материала, отличается от прототипа тем, что в слои материала по контуру вводят порошок термопластичного полимера, проводят термопрессование, по меньшей мере, двумя прессующими электродами, при этом нагревают один из прессующих электродов, перед прессованием между нагреваемым прессующим электродом и скрепляемым слоистым материалом устанавливают теплопроводящую технологическую прокладку и прессуют слоистый материал с использованием ненагреваемого прессующего электрода. При этом используют нагреваемый прессующий электрод, выполненный из неокисляющегося материала с удельной теплоемкостью 0,3-0,5 кДж/(кгК), технологическую прокладку толщиной 0,2-1,0 мм, выполненную из материала с теплопроводностью 30-460 Вт/(мК), и ненагреваемый прессующий электрод, выполненный из материала с теплопроводностью, не превышающей 0,1 Вт/(мК).

Введение в слои материала по контуру порошка термопластичного полимера и проведение термопрессования, по меньшей мере, двумя прессующими электродами приводит к получению соединения слоев за счет расплавления и последующего затвердевания введенного в них порошка термопластичного полимера, что позволяет получать соединение как термопластичных, так и нетермопластичных материалов, и поэтому существенно расширяет область применения предлагаемого способа.

Использование одного из прессующих электродов, выполненного из материала с очень низким значением теплопроводности, не превышающим 0,1 Вт/(мК), практически не приводит при термопрессовании к отводу данным электродом тепла из зоны выполняемого соединения и снижению в указанной зоне рабочей температуры термопрессования, что не вызывает необходимости осуществлять нагрев данного прессующего электрода. Поэтому нагревание только одного прессующего электрода и прессование слоистого материала с использованием ненагреваемого прессующего электрода, выполненного из материала с теплопроводностью, не превышающей 0,1 Вт/(мК), обеспечивает предохранение наружной поверхности слоистого материала от загрязнения продуктами окисления и повреждения вследствие пригорания к прессующему электроду.

Установка перед прессованием между нагреваемым прессующим электродом и скрепляемым слоистым материалом теплопроводящей технологической прокладки толщиной 0,2-1,0 мм, выполненной из материала с теплопроводностью 30-460 Вт/(мК), и нагрев только одного из прессующих электродов, выполненного из материала с удельной теплоемкостью 0,3-0,5 кДж/(кгК), предохраняет наружный слой скрепляемого слоистого материала от воздействия высокой температуры за время нарастания давления прессования на пакет прессуемого слоистого материала вследствие постепенного прогрева технологической прокладки, что защищает его от пригорания к нагреваемому прессующему электроду. При этом толщина технологической прокладки, теплопроводность материала, из которого она выполнена, и удельная теплоемкость материала нагреваемого прессующего электрода выбраны таким образом, чтобы технологическая прокладка успевала прогреться до требуемой температуры прессования к моменту времени, когда давление прессования достигнет номинального значения. Сжатый номинальным давлением прессования пакет слоистого материала достаточно быстро будет прогрет до требуемой температуры плавления термопластичного полимера, чем после выдержки в течение заданного времени термопрессования обеспечивается необходимая прочность получаемого соединения. При этом технологическая прокладка дополнительно предохраняет слоистый материал от загрязнения продуктами окисления нагреваемого прессующего электрода.

Выполнение нагреваемого прессующего электрода из неокисляющегося материала не вызывает возникновения на рабочей поверхности нагреваемого прессующего электрода продуктов окисления и поэтому снижения теплопроводности его поверхности, не приводя к уменьшению рабочей температуры в зоне термопрессования и, следовательно, к снижению прочности получаемого соединения.

Отмеченное свидетельствует о достижении декларированного технического результата вследствие наличия у предлагаемого изобретения указанных отличительных признаков.

Сущность предлагаемого способа получения слоистого материала для респиратора заключается в следующем: - вырезают слои получаемого слоистого материала и собирают их в пакет; - разогревают нагреваемый прессующий электрод; - вводят в слои получаемого слоистого материала порошок термопластичного полимера; - укладывают пакет слоистого материала на технологическую прокладку; - устанавливают технологическую прокладку с пакетом слоистого материала между нагреваемым и ненагреваемым прессующими электродами так, чтобы технологическая прокладка находилась со стороны нагреваемого прессующего электрода; - прессуют пакет слоистого материала прессующими электродами при заданном давлении в течение требуемого времени.

На чертеже показаны в разрезе на стадии прессования основные элементы, необходимые для осуществления предлагаемого способа получения слоистого материала, где 1 - нагреваемый прессующий электрод, 2 - ненагреваемый прессующий электрод, 3 - технологическая прокладка, 4 - пакет слоистого материала, 5 - термопластичный полимер в зоне получаемого соединения и 6 - опоры.

Нагреваемый прессующий электрод 1 предпочтительно может быть выполнен из обладающей высокой удельной теплоемкостью нержавеющей стали, практически не подверженной окислению. Ненагреваемый прессующий электрод 2 может быть выполнен из обладающего очень низкой теплопроводностью материала, например фторопласта или термостойкой резины. Нагреваемый прессующий электрод 1 и ненагреваемый прессующий электрод 2 имеют форму усеченного конуса и расположены соосно с возможностью встречного осевого перемещения. Технологическая прокладка 3 может быть выполнена в виде пластины толщиной 0,2-1,0 мм из металла, например стали, алюминия или меди. Опоры 6 установлены неподвижно таким образом, чтобы их верхние поверхности лежали в одной горизонтальной плоскости выше рабочей поверхности нагреваемого прессующего электрода 1. В качестве термопластичного полимера 5 целесообразно использовать поливинилацетат. Пакет 4 слоистого материала может содержать от 2 до 5 фильтрующих и сорбционно-фильтрутощих слоев на основе волокнистых и тканых материалов.

Получение слоистого материала в соответствии с предлагаемым способом осуществляют следующим образом. Первоначально вырезают слои получаемого слоистого материала, собирают их в пакет 4 слоистого материала и вводят в слои пакета 4 слоистого материала порошкообразный термопластичный полимер 5. В качестве термопластичного полимера 5 используют поливинилацетат в виде гранул размером 0,2-0,6 мм из расчета 112 мг на каждое выполняемое точечное соединение. Разогревают нагреваемый прессующий электрод 1 до температуры 160-350^oС. Укладывают пакет 4 слоистого материала на технологическую прокладку 3 и устанавливают технологическую прокладку 3 с пакетом 4 слоистого материала на опоры 6 между нагреваемым 1 и ненагреваемым 2 прессующими электродами так, чтобы технологическая прокладка 3 находилась со стороны нагреваемого прессующего электрода 1. После установки технологической прокладки 3 на опоры 6 она не будет соприкасаться с нагреваемым прессующим электродом 1 и поэтому не будет нагреваться. Прессуют пакет 4 слоистого материала путем встречного осевого перемещения нагреваемого 1 и ненагреваемого 2 прессующих электродов. При этом нагреваемый прессующий электрод 1 своей рабочей поверхностью войдет в соприкосновение с технологической прокладкой 3, и последняя начнет нагреваться. Благодаря конечной толщине технологической прокладки 3, заданной с учетом теплопроводности ее материала, температура ее верхней поверхности будет нарастать до рабочего значения не мгновенно, а в течение заданного интервала времени, необходимого для сжатия пакета 4 слоистого материала нагреваемым 1 и ненагреваемым 2 прессующими электродами при заданном давлении. Поскольку рост температуры верхней поверхности технологической прокладки 3 происходит достаточно плавно, время воздействия температуры с рабочим значением на нижний наружный слой пакета 4 слоистого материала в значительной степени уменьшается, и его пригорания не происходит. Прессование пакета 4 слоистого материала нагреваемым 1 и ненагреваемым 2 прессующими электродами происходит при давлении 0,9-4,0 МПа в течение 0,5-5,0 секунд. За это время сжатый пакет 4 слоистого материала в зоне термопрессования прогревается от нагреваемого прессующего электрода 1 вследствие теплопередачи через технологическую прокладку 3, и термопластичный полимер 5 в зоне получаемого соединения расплавляется. После окончания термопрессования термопластичный полимер 5 затвердевает, образуя соединение слоистого материала.

Возможности применения предлагаемого способа получения слоистого материала для респиратора при изготовлении сорбционно-фильтрующих полумасок респираторов иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1.

Для изготовления респиратора ШБ-1 "Лепесток" используют два слоя волокнистого фильтрующего материала типа ФП на марлевой подложке и один слой марли апретированной. Применяют нагреваемый прессующий электрод из нержавеющей стали X18H10T, ненагреваемый прессующий электрод из термостойкой резины (смесь резиновая ИРП-1265) и технологическую прокладку из алюминия толщиной 0,3 мм. Прессование производят при температуре нагреваемого прессующего электрода 18010^oС и давлении 1,50,1 МПа в течение 1,00,2 с. Получаемый слоистый материал обладает механической прочностью на разрыв в пределах 1,8-2,3 Н.

Пример 2.

Для изготовления респиратора "Алина-П" используют два слоя волокнистого фильтрующего материала типа ФП на марлевой подложке, один слой полотна нетканого термоскрепленного (фризелина) и один слой бязи текстильной. Применяют нагреваемый прессующий электрод из нержавеющей стали Х18Н10Т, ненагреваемый прессующий электрод из термостойкой резины (смесь резиновая ИРП-1265) и технологическую прокладку из нержавеющей стали Х18Н10Т толщиной 0,6 мм. Прессование производят при температуре нагреваемого прессующего электрода 21010^oС и давлении 2,20,1 МПа в течение 3,00,2 с. Получаемый слоистый материал обладает механической прочностью на разрыв в пределах 1,5-2,0 Н.

Пример 3.

Для изготовления респиратора "Алина-А" используют два слоя волокнистого фильтрующего материала типа ФП на марлевой подложке, один слой полотна нетканого термоскрепленного (фризелина) и один слой угленаполненного нетканого волокнистого материала. Применяют нагреваемый прессующий электрод из нержавеющей стали Х18Н10Т, ненагреваемый прессующий электрод из фторопласта-4 и технологическую прокладку из меди толщиной 0,8 мм. Прессование производят при температуре нагреваемого прессующего электрода 28020^oС и давлении 3,50,2 МПа в течение 4,20,3 с. Получаемый слоистый материал обладает механической прочностью на разрыв в пределах 1,7-2,0 Н.

Пример 4.

При изготовлении фильтрующего элемента для респиратора типа "Лепесток" используют два слоя волокнистого фильтрующего материала типа ФП на подложке из нетканого термоскрепленного материала. Применяют нагреваемый прессующий электрод из нержавеющей стали Х18Н10Т, ненагреваемый прессующий электрод из фторопласта-4 и технологическую прокладку из меди толщиной 1 мм. Прессование производят при температуре нагреваемого прессующего электрода 33020^oС и давлении 1,00,1 МПа в течение 4,50,3 с. Получаемый слоистый материал обладает механической прочностью на разрыв в пределах 1,2-1,5 Н.

Таким образом, применение предлагаемого способа получения слоистого материала для респиратора обеспечивает повышение качества получаемого слоистого материала.

Формула изобретения

1. Способ получения слоистого материала для респиратора, включающий термопрессование слоистого материала, отличающийся тем, что в слои материала по контуру вводят порошок термопластичного полимера, проводят термопрессование, по меньшей мере, двумя прессующими электродами, при этом нагревают один из прессующих электродов, перед прессованием между нагреваемым прессующим электродом и скрепляемым слоистым материалом устанавливают теплопроводящую технологическую прокладку и прессуют слоистый материал с использованием ненагреваемого прессующего электрода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют нагреваемый прессующий электрод, выполненный из неокисляющегося материала с удельной теплоемкостью 0,3-0,5 кДж/(кгК).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют технологическую прокладку толщиной 0,2-1,0 мм, выполненную из материала с теплопроводностью 30-460 Вт/(мК).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют ненагреваемый прессующий электрод, выполненный из материала с теплопроводностью, не превышающей 0,1 Вт/(мК).

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.09.2004        БИ: 27/2004