plik

��BEZPIECZECSTWO PRACY - nauka i praktyka" 7-8/1999, str. 21-24 mgr in|. AGNIESZKA BROCHOCKA Centralny Instytut Ochrony Pracy MateriaBy filtracyjne z dwuskBadnikowych wB�knin pneumotermicznych Podstawowym materiaBem przeciwareozolowych ochron ukBadu oddechowego s powszechnie wytwarzane materiaBy filtracyjne zaliczane do dw�ch gB�wnych grup: wB�kniny igBowane, powstaBe w wyniku zgrzeblenia surowca wB�kienniczego (wB�kien) i wB�kniny otrzymywane bezpo[rednio z polimeru. W ostatnich latach obserwuje si znaczcy rozw�j technik wytwarzania wB�knin bezpo[rednio z polimeru, takich jak: " spun-bonded " rozwB�kniania folii " pneumotermiczna znana w literaturze [wiatowej jako melt-blown Spo[r�d wymienionych technologii najwiksze zastosowanie do konstrukcji sprztu ochrony ukBadu oddechowego znalazBa technologia wB�knin pneumotermicznych. PowstaBa ona w amerykaDskim Morskim Laboratorium Badawczym, a pierwsze prace w tej dziedzinie opublikowaB Wente [2]. ProwadziB on badania zmierzajce do uzyskania wysoko skutecznego materiaBu do filtracji aerozoli, a ich wynikiem byBy wB�kniny zbudowane z super cienkich wB�kien (poni|ej l �m). Publikacje znane z literatury omawiaj gB�wnie warunki wytwarzania wB�knin w szczeg�lno[ci techniczne rozwizania gBowic i dysz. Brak jest natomiast kompleksowego opracowania ujmujcego zagadnienia technologii i wBa[ciwo[ci wB�knin w odniesieniu do przebiegu zjawiska filtracji aerozoli. Wprowadzenie Badunku elektrycznego do formowanej wB�kniny wpBynBo na efektywne zwikszanie intensywno[ci filtracji przy staBym poziomie opor�w przepBywu powietrza. Opr�cz mechanicznego zatrzymywania du|ych czstek pyB�w, dziki siBom elektrycznym wystpuje przyciganie maBych czstek przechodzcych zwykle przez materiaB filtracyjny bez Badunku elektrycznego. Najpowszechniej stosowan metod nanoszenia Badunku elektrycznego jest Badowanie koronowe, polegajce na wytworzeniu r�|nicy potencjaB�w midzy dwiema elektrodami, z kt�rych jedn stanowi przewodzca prd struna, a drug - uziemiony waBek odbiorczy wB�kniny. Badania prowadzone nad zjawiskiem filtracji aerozoli w filtrach stosowanych do ochrony ukBadu oddechowego [2, 3] wykazaBy niestabilno[ wielko[ci Badunku zgromadzonego w materiaBach filtracyjnych wytwarzanych t metod. Istnieje zatem potrzeba opracowania innego sposobu powstawania Badunk�w elektrycznych w materiaBach filtracyjnych. Powinien on zapewnia trwalsze zwizanie Badunk�w z elementarnym skBadnikiem wB�kniny, jakim jest wB�kno. Z danych literaturowych [2, 4, 5] wynika, |e wymagania te speBnia elektryzowanie w wyniku wytworzenia efektu tryboelektrycznego. Prace takie podejmowano w odniesieniu do wB�knin igBowanych. Z uwagi na znaczne grubo[ci wB�kien stosowanych do ich wytwarzania ([rednica 15-25 �m) i w konsekwencji du| porowato[, przydatno[ tych materiaB�w byBa ograniczona do filtracji wstpnej (du|ych czstek aerozoli). W celu poprawy skuteczno[ci filtracji podjto pr�by opracowania mieszankowych wB�knin igBowanych wykorzystujcych efekt tryboelektryczny [4, 5, 6]. Prezentowane wyniki prac wykazuj, i| efekt ten uzyskany przy zastosowaniu dw�ch rodzaj�w wB�kien pochodzcych z r�|nych miejsc szeregu tryboelektrycznego (r�|noimienne Badunki), wpBywaB znaczco na popraw skuteczno[ci filtracji tych materiaB�w. Jednak|e trudno[ci technologiczne w przerobie surowca wB�kienniczego bez preparacji antyelektrostatycznej, kt�ra przeciwdziaBa zjawisku elektryzacji, sprawiaj, |e technologia ta do dzi[ nie znalazBa powszechnego zastosowania. Alternatyw dla elektretowych wB�knin igBowanych mogBaby by technika pneumotermiczna. Jednoczesne formowanie dw�ch r�|nych wB�kien (dwa r�|ne polimery) stwarza teoretyczne mo|liwo[ci wywoBania Badunk�w r�|noimiennych i zwikszenia skuteczno[ci filtracji wytworzonej z nich wB�kniny. SkBoniBo to autor�w do podjcia badaD zmierzajcych do okre[lenia mo|liwo[ci wytworzenia dwuskBadnikowej wB�kniny pneumotermicznej z efektem tryboelektrycznym. W kraju prowadzono badania nad procesem otrzymywania wB�knin pneumotermicznych z polipropylenu, kt�ry ze wzgldu na bardzo dobre wBa[ciwo[ci przetw�rcze jest spo[r�d innych polimer�w najcz[ciej przetwarzanym surowcem. Z opublikowanych materiaB�w wynika, |e podejmowano tak|e pr�by [2] wytworzenia wB�kniny pneumotermicznej z mieszanki polimer�w o r�|nych wBasno[ciach dielektrycznych. Poniewa| do tego celu wykorzystywano tylko jedn wytBaczark, ograniczaBo to rodzaj stosowanego granulatu polimer�w o zbli|onych wBa[ciwo[ciach. Ze wzgldu na brak kontroli stopnia r�wnomierno[ci wymieszania proces byB trudny do monitorowania, a wB�knina o dobrych parametrach powstawaBa jedynie w wskim przedziale temperatur poszczeg�lnych stref grzejnych, wydatku polimeru i powietrza. Nie ma natomiast jakiejkolwiek informacji o pr�bach wytwarzania wB�knin z dw�ch r�|nych polimer�w wytBaczanych niezale|nie przez dwie wsp�Bpracujce ze sob wytBaczarki. W zwizku z tym zastosowano rozwizanie techniczne umo|liwiajce przeprowadzenie takich eksperyment�w. Przygotowano stanowisko do wytwarzania wB�knin, stosujc rozwizanie z dwiema wytBaczarkami dziaBajcymi niezale|nie. W tej pracy skoncentrowano si nad procesem wytwarzania materiaB�w filtracyjnych na bazie dwuskBadnikowych wB�knin pneumotermicznych wytBaczanych jednocze[nie z dw�ch wytBaczarek. Przyjto, i| polimery r�|ni si bd charakterystyk elektryczn, w szczeg�lno[ci za[ odmiennymi wBa[ciwo[ciami dielektrycznymi. ZaBo|ono, i| takie formowanie wB�knin pozwoli na tryboelektryczne wywoBywanie Badunk�w r�|noimiennych w istotny spos�b poprawiajcych efektywno[ filtracji aerozoli. Podstaw przyjcia takiej tezy byBy wyniki prac dotyczcych wB�knin igBowanych wytwarzanych z mieszanek wB�kien pozbawionych preparacji r�|nicych si parametrami staBej dielektrycznej [4] oraz wB�knin pneumotermicznych wytwarzanych z mieszanki polimer�w o r�|nych wBasno[ciach dielektrycznych przy wykorzystaniu jednej wytBaczarki. Charakterystyka materiaBu badawczego Jak wykazaBy badania wstpne [2, 3, 4] metod pneumotermiczn mo|na wytwarza wB�kniny z r�|nych surowc�w termoplastycznych. Najbardziej odpowiedni dla tej technologii - jak ju| wspomniano wcze[niej - jest polipropylen zar�wno z powodu Batwego przetwarzania, jak i ze wzgld�w ekonomicznych. Z przegldu literatury [3, 1] wynika, |e do wytwarzania wB�knin metod pneumotermiczn nale|y stosowa polimer o wysokich warto[ciach wskaznika pBynicia (niska lepko[). Z dostpnych w kraju polimer�w do dalszych badaD wytypowano poliester produkowany w ToruDskich ZakBadach WB�kien Chemicznych ELANA typ Elpet 2A, polipropylen typ Malen P S-702 produkowany przez Petrochemi PBock, polistyren koreaDski typ PSM-118, poliamid produkowany przez Gorzowskie ZakBady WB�kien Chemicznych STILON S.A. typ S-23, S-25 oraz poliamid szwajcarski GRILON typ A28 Natur. Granulaty z poliamidu 6 wytwarzane w ZakBadach STILON nosz nazw handlow STILAMIDY S. Charakteryzuj si one dobrymi wBa[ciwo[ciami dielektrycznymi, niskim wsp�Bczynnikiem tarcia oraz odporno[ci na dziaBanie wielu substancji chemicznych. Wad tych granulat�w jest du|a absorbcja wody. Charakterystyka procesu technologicznego Schemat stanowiska badawczego do formowania wB�knin dwuskBadnikowych metod pneumotermiczn przedstawiono na rysunku 1. Stanowisko skBada si z dw�ch wytBaczarek typu BX-12, z kt�rych ka|da ma wBasne oprzyrzdowanie. Wsp�lnym ich elementem jest urzdzenie odbiorcze sBu|ce do formowania runa wB�knistego. Rys. 1. Schemat blokowy stanowiska do[wiadczalnego do formowania dwuskBadnikowych wB�knin metod pneumotermiczn Wprowadzone do wytBaczarek W1, W2 granulaty polimer�w zostaj stopione i wstpnie ogrzane do temperatur Tw. Stopy polimer�w o wydatkach Pp s wprowadzane do dysz (D1, D2), gdzie zostaj ogrzane do temperatur Td i wytBaczane przez odpowiednio rozmieszczone otworki. Po wyj[ciu z otwork�w s rozdmuchiwane silnymi strumieniami gorcego powietrza o temperaturach Tp i wydatkach Vp zasilanych z nagrzewnic powietrza (W1, N2). Powstajce mikrowB�kienka s rozcigane w strefie midzy dyszami a urzdzeniem odbiorczym U0. Obracajcy si ze staB prdko[ci walec zbiera padajce na niego wB�kienka tworzc zwarte runo (wB�knin). Walec ten obraca si wok�B wBasnej osi ze staB prdko[ci obrotow 91 obr/min oraz przesuwa si jednocze[nie ruchem jednostajnym z nastawian prdko[ci. Mo|e on r�wnie| przesuwa si w kierunku pionowym, nastpuje wtedy zmiana odlegBo[ci midzy wylotem dysz a powierzchni walca. Do zasilania dysz stopionym polimerem zastosowano wytBaczarki laboratoryjne firmy AXON o [rednicy [limaka 12 mm. Ka|da z nich ma cztery strefy grzewcze o mo|liwo[ci regulacji temperatur wytBaczania w zakresie 20-999�C. Podstawowym elementem wytBaczarki jest [limak, kt�rego prdko[ obrotowa zale|y od obrot�w silnika regulowanych za pomoc falownika. Zlimak jest luzno poBczony z waBem napdowym i utrzymywany w miejscu przez przeciwnie skierowane ci[nienie wytwarzane wskutek uplastyczniania si materiaBu. Do cylindra [limaka zamocowano lej dozujcy, do kt�rego wsypuje si granulat. Cylinder [limaka w strefie pobierania granulatu jest zaopatrzony w kanaBy chBodzce. Przebieg badaD Wszystkie badane wB�kniny uzyskano na om�wionym stanowisku do[wiadczalnym. Badaniom poddano nastpujce wB�kniny jednorodne i dwuskBadnikowe: " wB�kniny jednorodne PP - wB�knina polipropylenowa PA - wB�knina poliamidowa PES - wB�knina poliestrowa PS - wB�knina polistyrenowa " wB�kniny dwuskBadnikowe PP/PP - wB�knina z granulatu polipropylenowego PP/PA - wB�knina z granulatu polipropylenowego i poliamidowego PP/PES - wB�knina z granulatu polipropylenowego i poliestrowego PP/PS - wB�knina z granulatu polipropylenowego i polistyrenu WB�kniny przeznaczone do badaD miaBy jednakow mas powierzchniow wynoszc ok. 120 g/m2. Dla konkretnego przypadku ustalono warunki technologiczne pracy pierwszej i drugiej wytBaczarki, a nastpnie ich wsp�lnego dziaBania. Prace te prowadzono dla jednego rodzaju polimeru - polipropylenu. Te same czynnno[ci powt�rzono dla nastpujcych polimer�w: poliamidu, poliestru i polistyrenu. Efektem tych prac byBo wytworzenie ww. mieszankowych wB�knin pneumotermicznych. Dla jedno- i dwuskBadnikowych wB�knin wyznaczono wBa[ciwo[ci filtracyjne: Op�r przepBywu powietrza Wyznaczenie oporu przeprowadzono w warunkach cigBego przepBywu powietrza o objto[ciowym nat|eniu 95 l/min. Op�r przepBywu okre[lano za pomoc mikromanometru elektronicznego jako r�|nic ci[nieD statycznych przed i za wB�knin. Penetracja aerozolem chlorku sodu Wskaznik penetracji, rozumiany jako stosunek koncentracji aerozolu za filtrem do koncentracji aerozolu przed filtrem, wyznaczono stosujc aerozol chlorku sodu, w kt�rym masowa mediana [rednicy czstek wynosiBa 0,6 �m. Penetracj okre[lano przy objto[ciowym nat|eniu przepBywu 95 l/min. Wyniki badaD przedstawiono w tabeli, a przebieg zmian opor�w przepBywu powietrza i wskaznika penetracji NaCl na rysunkach 2 i 3. Rys. 2. Warto[ci opor�w przepBywu powietrza dla pneumotermicznych wB�knin jednorodnych i dwuskBadnikowych Rys. 3. Warto[ci penetracji NaCL dla wB�knin pneumotermicznych jednorodnych i dwuskBadnikowych CHARAKTERYSTYKA WAAZCIWOZCI FILTRACYJNYCH PNEUMOTERMICZNYCH WA�KNIN JEDNORODNYCH l DWUSKAADNIKOWYCH Rodzaj wB�kniny WBa[ciwo[ci filtracyjne PP PA PES PS PP/PP PP/PA PP/PES PP/PS Opory przepBywu powietrza [Pa] 141 30 18 4 112 37.7 79.2 63 Wskaznik penetracji NaCl [%] 23.5 63 55.1 74 24.7 64 38.6 49.6 Wnioski Przedstawione w tabeli 1 wyniki badaD penetracji i oporu przepBywu powietrza wykonane dla wytworzonych pneumotermicznych wB�knin jednorodnych i dwuskBadnikowych wykazaBy, |e wB�kniny te posiadaBy zadowalajce wBa[ciwo[ci pod wzgldem oporu przepBywu powietrza, przy jednoczesnej znacznej warto[ci penetracji chlorku sodu. Najni|sze opory oddychania uzyskaBa jednorodna wB�knina poliamidowa, poliestrowa i polistyrenowa oraz dwuskBadnikowa wB�knina polipropylenowo-poliestrowa. Natomiast najni|szy wskaznik penetracji NaCl uzyskaBa jednorodna wB�knina polipropylenowa, dwuskBadnikowa wB�knina z granulat�w polipropylenowych oraz dwuskBadnikowa wB�knina z granulatu polipropylenowego i poliestrowego. Jednak zastosowanie wB�knin pneumotermicznych z dw�ch polimer�w w stosunku do jednorodnej wB�kniny polipropylenowej nie spowodowaBo polepszenia penetracji. Zaprezentowane wyniki badaD oporu przepBywu powietrza i penetracji metod chlorku sodu nale|y rozpatrywa jednocze[nie, gdy| materiaBy filtracyjne stosowane w sprzcie ochrony ukBadu oddechowego musz stanowi kompromis midzy wysok skuteczno[ci usuwania czstek z przepBywajcego przez nie powietrza a nisk warto[ci oporu przepBywu powietrza, decydujcym o fizjologicznym komforcie ochrony. Z przedstawionych wykres�w (rys. 2, 3) wynika, |e pod wzgldem opor�w przepBywu powietrza ka|dy rodzaj wytworzonej wB�kniny speBnia wymagania norm i mo|e by stosowany w sprzcie ochrony ukBadu oddechowego. Jednak|e warto[ penetracji klasyfikuje te materiaBy powy|ej najni|szej klasy ochronnej. SpeBnienie wymagaD w zakresie obu tych parametr�w jednocze[nie decyduje dopiero o wBasno[ciach filtracyjnych materiaB�w przeznaczonych na ochrony ukBadu oddechowego. Z tego wzgldu wytworzone dwuskBadnikowe wB�kniny pneumotermiczne nie speBniaj tych wymagaD. Mog by wykorzystywane jedynie jako filtr wstpny, kt�rego zadaniem jest oczyszczanie powietrza z grubych czstek, a kt�ry umieszczony jest przed filtrem gB�wnym. WBa[ciwo[ci uzyskanego materiaBu daj podstaw do prowadzenia dalszych prac zwizanych z wprowadzeniem Badunku elektrycznego metod wyBadowaD koronowych, kt�ra przyczyniBaby si do uzyskania wB�kniny filtracyjnej speBniajcej wymagania norm w zakresie obu parametr�w filtracyjnych. PIZMIENNICTWO [1] Ciach T., Czwarno L., GradoD L.: Metody zwikszania sprawno[ci filtracji materiaB�w wB�kninowych. Gotowe wB�kniny filtracyjne. Prace WydziaBu In|ynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej, T.XXII, z. 1-2, 1995 [2) Ciach T., Czwarno L., GradoD L.: Metody zwikszania sprawno[ci filtracji materiaB�w wB�kninowych. WB�kniny pneumotermiczne. Prace WydziaBu In|ynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej, T.XXII, z. 1-2, 1995 [3] Krzy|anowski J.: Struktura wBa[ciwo[ci wB�knin formowanych z polipropylenu technik pneumotermiczn przy zmiennych parametrach energetycznych. Praca doktorska IW, 1986 [4] Smith P.A., East G.C., Brown C.R., Wake D.: Generation of triboelectric charge in extile fibre mixtures and their use as air filters. Journal of Elektrostatic t.21, s. 81, 1988 [5] Brochocka A.: Efekt tryboelektryczny w materiaBach wB�kninowych. BezpieczeDstwo Pracy nr 10, pazdziernik 1997 [6] Gajewski A.S.: Elektryczno[ statyczna. Instytut Wydawniczy Zwizk�w Zawodowych, Warszawa 1987

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Bezpieczeństwo pracy Ergonomia oprogramowania od przepisów do praktyki
Bezpieczeństwo pracy przy eksploatacji maszyn i urządzeń technicznych
Instrukcja organizacji bezpiecznej pracy przy urządzeniach i instalacjach
02 06 Standard bezpiecznej pracy na dachach
Bezpieczeństwo pracy Praca z komputerem przenośnym laptopy
Budownictwo wymagania bezpieczeństwa pracy,
bezpieczeństwo pracy i ergonomia egzamin
BEZPIECZEŃSTWO PRACY
(E stanowiska komuterowe bezpieczeństwo pracy w rożnych sektorach gospodarki wszop [tryb zgodności])
BezpieczeĹ„stwo pracy z laserami2[1]
dane liczbowe charakteryzujące stan bezpieczeństwa pracy w Polsce
Przygotowanie do bezpiecznej pracy
Audytowanie systemów bezpieczeństwa pracy wykład
(C budowa bezpieczeństwo pracy w rożnych sektorach gospodarki wszop [tryb zgodności])

więcej podobnych podstron