СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ НИТИ НА ОСНОВЕ КОРОТКИХ ВОЛОКОН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO PRODUCE COMBINED THREAD BASED ON SHORT FIBRES AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к способам получения комбинированных нитей, содержащих короткие волокна, в частности, к высокотемпературным нитям для получения огнеупорных материалов, а также к устройствам для их получения.
В настоящее время существует потребность получения высокотермостойких непрерывных нитей, изготовленных на основе коротких тугоплавких волокон для теплоизоляции и уплотнения горячих узлов и стыков. Это обусловлено тем, что свойства теплопроводности и упругости лент и шнуров уплотнительного и теплоизоляционного назначения, являющиеся определяющими, существенно выше у продуктов из коротких волокон, чем у продуктов из непрерывных волокон аналогичного состава.
Известен способ получения комбинированной нити, содержащей смесь асбестового и базальтового волокна, по аппаратной системе прядения, включающий процессы разрыхления и очистки волокнистых материалов, их смешивания, чесания, прядения и кручения. В качестве связующего используют хлопковые волокна в количестве 9-17% (А.С. СССР №901372).
Недостатком данного способа является использование экологически опасного асбестового волокна; а также использование сухого метода прядения, при котором короткие (0,8-10,4 мм) и ломкие асбестовые волокна пылят, загрязняя рабочую атмосферу.
Недостатком используемого аппаратного метода прядения является то, что такие операции, как рыхление, чесание и кручение, разрушают структуру волокон, поэтому данные процессы не могут быть использованы для получения пряжи из волокон оксида алюминия, а температуры использования асбестовых и базальтовых волокон ограничены 700°C.
Известен также способ получения комбинированной нити из смеси штапельных стеклянных и вспомогательных волокон (вискозных полиакрилнитрильных, полиамидных, хлопковых, шерстяных и других). Способ включает перемешивание коротких стеклянных и вспомогательных волокон, кардочесание полученной смеси и ее прядение. Комбинированная нить также может содержать упрочняющие компоненты, например, металлическую проволоку, углеродное или синтетическое волокно, которые вводят в изделие либо на стадии прядения, либо на стадии последующего кручения (патент США №4433535).
Недостатком данного способа является недостаточно высокая температура использования получаемого продукта - в патенте приведены данные, что высокотемпературные свойства ткани из комбинированной нити приемлемы до 400-450°C, что определяется невысокой предельной рабочей температурой стекловолокон, составляющих нить. Нить с более высокой температурой использования можно получить из высокотемпературных волокон, например керамических оксидных волокон, таких как алюмосиликатные, алюмоборосиликатные, а также волокна на основе оксида алюминия. Однако получить нить на основе керамических волокон предложенным способом весьма затруднительно, так как волокна подобного класса не поддаются кардочесанию из-за своей хрупкости.
Недостатком используемого устройства является необходимость применения процесса чесания на чесальной машине, которая повреждает хрупкие волокна. В патенте США №4433535 для снижения подобных повреждений предложено использовать смесь коротких стекловолокон и вспомогательных волокон, таких как полиакрилнитрильные, полиамидные, полиэфирные и другие, однако, введение полимерных вспомогательных волокон в нити высокотемпературного назначения нежелательно, так как уже после 400°C эти волокна плавятся (и/или выгорают) с выделением вредных продуктов.
Наиболее близким к предлагаемому является принятый за прототип способ получения крученой комбинированной синтетической нити с помощью струйного закручивания, включающий подачу коротких волокон в зону движения и кручения вспомогательной нити, закрепление волокон на этой нити и подачу полученной комбинированной нити в зону наматывания. Устройство для осуществления этого способа включает зону загрузки волокна, зону движения и кручения вспомогательной нити и зону намотки комбинированной нити. Подача коротких волокон в зону движения и кручения вспомогательной нити осуществляется с помощью воздушного турбулентного потока (патент КНР №101012581).
Недостатком данного способа является то, что для обеспечения сцепления волокон с вспомогательной нитью используют штапельные синтетические волокна витой структуры с шероховатой поверхностью, а прямые и гладкие высокотемпературные керамические волокна не будут закручиваться вокруг нее, поэтому данный способ не позволяет получать нить на основе высокотемпературных керамических волокон.
В известном устройстве в качестве потока, несущего короткие волокна, используется воздушная струя бокового по отношению к вспомогательной нити направления; такой способ доставки коротких волокон к вспомогательной нити не пригоден для тугоплавких волокон, так как не обеспечит их закрепления на вспомогательной нити.
Технической задачей данного изобретения является создание способа получения комбинированной нити, содержащей короткие волокна, а также устройства для его осуществления.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленного способа и устройства, заключается в увеличении температуры использования полученной комбинированной нити.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения комбинированной нити, содержащей короткие волокна, включающий подачу волокон в зону движения и скручивания вспомогательной нити, закрепление волокон на этой нити и подачу полученной комбинированной нити в зону наматывания, отличающийся тем, что предварительно получают водный шликер из коротких волокон, осуществляют подачу коротких волокон в составе струи водного шликера в зону движения и скручивания не менее чем двух вспомогательных нитей, а наматыванию комбинированной нити предшествует ее отжим и сушка.
В качестве коротких волокон можно использовать синтетические, хлопковые, целлюлозные, шерстяные, керамические и стеклянные волокна; в качестве вспомогательных нитей можно использовать непрерывные хлопчатобумажные, стеклянные, керамические, кварцевые, кремнеземные и другие. Водный шликер содержит связующие и добавки, способствующие закреплению коротких волокон на вспомогательной нити.
Предложено также устройство для получения комбинированной нити, включающее следующие последовательно расположенные зоны (чертеж):
- зону загрузки волокон, состоящую из расходной емкости 1 со шликером 2, твердой фазой которого является короткое волокно, шнек 3, расходный кран 4, неподвижную трубу 5;
- зону движения и кручения вспомогательных нитей, состоящую из соединительной воронки 7; втулки 6, установленной с возможностью вращения относительно неподвижной трубы 5, закрепленной на втулке 6 крутильной платформы 8, на которой расположены паковки 9 с вспомогательными одиночными нитями 10;
- зону отжима и сушки пряжи, состоящую из направляющего ролика 11, пары отжимных валиков 12, источника нагретого воздуха 13 и камеры термообработки 14;
- зону наматывания, состоящую из нитенатяжителя 15, нитенаправителя 16 и мотального барабанчика 17.
Неподвижная труба 5, соединительная воронка 7 и крутильная платформа 8 установлены соосно. Траектория движения струи шликера и комбинированной нити до направляющего ролика 11 расположена вертикально, после направляющего ролика до зоны наматывания включительно-горизонтально.
Устройство для осуществления способа получения комбинированных нитей на основе коротких волокон работает следующим образом. Из расходной емкости 1 шликер 2 с помощью вращающегося шнека 3 через расходный кран 4 подается по неподвижной трубе 5 в соединительную воронку 7. На втулке 6, установленной с возможностью вращения относительно неподвижной трубы 5, закреплена крутильная платформа 8 с расположенными на ней паковками 9 с одиночными вспомогательными нитями 10. Втулка и крутильная платформа приводятся во вращательное движение от двигателя (на чертеже не показан). Вспомогательные нити 10 сматываются с паковок 9 под действием вращающегося принудительно мотального барабанчика 17. Скручивающиеся в результате вращения крутильной платформы 8 вспомогательные нити 10 прикручивают короткие волокна, содержащиеся в шликере, и обеспечивают их закрепление в комплексной нити с помощью крутки. Комплексная нить через направляющий ролик 11 и отжимную пару 12 поступает в камеру термообработки 14, соединенную с источником нагретого воздуха 13. Далее нить проходит через нитенатяжитель 15, нитенаправитель 16 и с помощью мотального барабанчика 17 наматывается на паковку с готовой нитью 18.
Примеры осуществления:
Пример №1. Получение комбинированной нити из коротких волокон оксида алюминия.
Для получения нити взяли 3,0 г короткого волокна оксида алюминия, приготовили водный шликер путем размешивания с одновременным измельчением волокна лопастной мешалкой в 3 л воды в течение 20 мин со скоростью вращения ее 80 об/мин. В качестве вспомогательных использовали хлопчатобумажные нити. В качестве связующего в водный шликер добавляли 3,0 г крахмала. С помощью предлагаемого устройства была получена комбинированная нить линейной плотностью 463,4 текс, содержащая 94,5% волокон оксида алюминия.
Пример №2. Получение комбинированной нити из коротких кварцевых волокон.
Нить получали по примеру 1, только вместо коротких волокон оксида алюминия брали короткие кварцевые волокна, а в качестве вспомогательных нитей - полиамидную (ПА) нить; время перемешивания составило 35 мин. С помощью предлагаемого устройства была получена комбинированная нить линейной плотностью 484 текс, содержащая 74,2% кварцевых волокон.
Пример №3. Получение комбинированной нити из коротких целлюлозных волокон.
Нить получали по примеру 1, только вместо коротких волокон оксида алюминия брали короткие целлюлозные волокна, в качестве вспомогательных нитей - полиамидные (ПА) нити линейной плотности 15,6 текс × 2; время перемешивания составило 40 мин. С помощью предлагаемого устройства была получена комбинированная нить линейной плотностью 316,4 текс, содержащая 60,5% целлюлозного волокна.
Пример №4 (по прототипу). Получение комбинированной нити из коротких волокон оксида алюминия с помощью устройства, аналогичного КНР 101012581.
В качестве вспомогательной нити использовали хлопчатобумажную нить, короткие волокна оксида алюминия подавали с помощью турбулентного воздушного потока на движущуюся вспомогательную нить. В результате незначительная часть коротких волокон оксида алюминия смогла накрутиться на эту нить и комбинированная нить практически не была получена.
Пример №5 (по прототипу). Получение комбинированной нити из коротких целлюлозных волокон
Пример осуществляли по примеру 4, только вместо волокон оксида алюминия использовали целлюлозные волокна.
Основные характеристики образцов, полученных в примерах осуществления предлагаемого способа, представлены в таблице.
Таблица
Пример
1
2
3
4 (по прототипу)
5 (по прототипу)
Вспомогательная нить
х/б
ПА
ПА
х/б
х/б
Состав короткого волокна
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
SiO<sub>2</sub>
целлюлоза
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
целлюлоза
Линейная плотность комбинированной нити, текс
463,4
484,0
162,5
6,8
14,9
Процент коротких волокон в комплексной нити
97,0
74,2
60,5
0,2
8,5
Из таблицы видно, что предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют получить комбинированную нить на основе коротких тугоплавких волокон для высокотемпературного использования с высоким процентным содержанием короткого волокна в нити - до 97%.
Преимуществом данного способа является возможность получения комбинированных нитей из волокон различного вида, в частности, из высокотемпературных волокон на основе оксида алюминия, которые, как правило, при обработке имеют технологические проблемы из-за малого диаметра и хрупкости.
Кроме того, использование струи водного волокнистого шликера вместо турбулентного воздушного потока снижает вероятность загрязнения атмосферы производства вследствие пыления мелких и хрупких волокон.
Полученные комбинированные нити могут быть использованы для получения широкого спектра изделий, в частности для производства высокотемпературных теплозащитных теплоизоляционных тканей, лент, ремней транспортеров печей, уплотнительных шнуров для изоляции периметров заслонок горячей зоны и т.п.