СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING MULTILAYER FIBRE MATERIALS AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к текстильному оборудованию и может быть использовано в разрыхлительно-очистительных агрегатах для разрыхления и очистки волокнистой смеси, съема, аэродинамической рассортировки волокон, формирования волокнистых слоев, транспортировки и контроля толщины последних и равномерного питания последующей машины.
Известно устройство для получения многослойного волокнистого материала в производстве нетканых полотен, содержащее два чесальных аппарата, расположенных друг за другом и имеющих главный и съемный барабаны, транспортер, на который поочередно укладываются слои волокон, и конвейер, где в последующем происходит их уплотнение [Патент 3940216 United States, МПК B32B 5/12; B32B 7/14. Аппарат для производства нетканых волокнистых материалов / Thomas L.Hinckley, Millville, N.J.; - №545499; заявл. 30.01.75; опубл. 24.02.76. - 8 с. 2 ил.].
Недостатком данного устройства для получения многослойного волокнистого материала в производстве нетканых полотен является то, что выпускные узлы чесальных аппаратов недостаточно оперативно отслеживают и реагируют на изменение линейной плотности выходящего слоя, что ведет к неравномерности конечного продукта, кроме того, в устройстве отсутствует механизм контроля однородности выходящего продукта по отдельным компонентам.
Известно устройство для производства многослойного продукта в производстве нетканых материалов, включающее в себя валичную чесальную машину, содержащую главный барабан, верхний съемный барабан, нижний съемный барабан, отдельные конвейеры для транспортировки каждого компонента к месту соединения слоев методом наложения на общем конвейере [Патент 20090276978 A1 United States, МПК D01G 19/00, D04H 1/46, D01G 25/00. Аппарат и метод для производства многослойного веб-продукта / Bradley G.Schmidt, Green Bay, WI (US); Edward J. Yock, Appleton, WI (US). - №2009/0276978 A1 (43) заявл. 21.07.09; опубл. 12.11.09. Бюл. №12/506,343 - 4 c.; 8 ил.].
Недостатком данного устройства для производства многослойного продукта в производстве нетканых материалов является отсутствие возможности регулировки получаемых слоев волокон по толщине, а также узлы съема не имеют возможности проводить перераспределение волокон по слоям, кроме того, в узлах съема не предусмотрена дополнительная очистка волокнистого материала.
Известен способ для получения многослойного волокнистого материала в производстве нетканых полотен, заключающийся в том, что на двух чесальных аппаратах, расположенных друг за другом, происходит чесание и формирование двух отдельных волокнистых слоев, которые затем поступают на конвейер, где в последующем происходит их сложение, уплотнение и направление на преобразователь прочеса [Патент 3940216 United States, МПК B32B 5/12; В32 В 7/14. Аппарат для производства нетканых волокнистых материалов / Thomas L.Hinckley, Millville, N.J.; - №545499; заявл. 30.01.75; опубл. 24.02.76. - 8 с. 2 ил.].
Недостатком данного способа является его трудоемкость, высокая себестоимость, получаемые волокнистые слои достаточно неравномерны по длине и толщине волокон. Кроме того, с одной стороны, этот способ нецелесообразен для изготовления многослойного волокнистого материала из низкосортного сырья и отходов, с другой, - при получении качественного продукта из длинных и тонких волокон большое количество прядомых коротких волокон выделяется в отходы.
Известен способ для производства многослойного продукта в производстве нетканых материалов, заключающийся в том, что с главного барабана валичной чесальной машины верхний слой волокон в верхней точке снимается верхним съемным барабаном, а в нижней точке глубинный слой волокон - нижним съемным барабаном после которых волокнистые слои подаются конвейерами к месту соединения слоев методом наложения [Патент 20090276978 A1 United States, МПК D01G 19/00, D04H 1/46, D01G 25/00. Аппарат и метод для производства многослойного веб-продукта/ Bradley G. Schmidt, Green Bay, WI (US); Edward J. Yock, Appleton, WI (US). - №2009/0276978 A1 (43) заявл. 21.07.09; опубл. 12.11.09. Бюл. №12/506,343 - 4c.; 8 ил.].
Недостатком данного способа является то, что происходит в основном процесс съема из двух точек, отсутствует процесс аэродинамической рассортировки волокон по физико-механическим показателям, кроме того, нет механизма воздействия на получение слоев, состоящих из волокон с заданными по длине и по толщине параметрами, а также нет контроля толщины волокнистых слоев.
За прототип устройства принят разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой, содержащий бункер, подающие валы, питающие цилиндры, пильчатый барабан и выпускной трубопровод, под пильчатым барабаном установлен сетчатый барабан, связанный с механизмом пневмоотсоса, сороотбойный нож и чешущий сегмент, за чешущим сегментом по ходу волокнистого продукта на ограждении вдоль образующей пильчатого барабана выполнены щели для поступления воздушного потока, под пильчатым барабаном находится камера распределения с установленным на выходе узлом для формирования волокнистого слоя в виде сетчатого барабана, под сетчатым барабаном установлена регулирующая заслонка. Полный съем волокон с пильчатого барабана осуществляется благодаря аэродинамическому съему, обеспечивающему поступление дополнительного воздушного потока через щели на ограждении пильчатого барабана, отсосу технологического воздуха сетчатым барабаном, снимающим волокна и клочки волокон с пильчатого барабана. Снижение неровноты волокнистого продукта осуществляется исполнительным механизмом, который автоматически изменяет скорости питающих цилиндров в зависимости от количества волокнистого продукта на заслонке под сетчатым барабаном [Патент 2361022 Российской Федерация, МПК D01G 9/06, D01G 23/00. Разрыхлитель-очиститель с многоступенчатой очисткой / Хосровян Г.А. Хосровян А.Г., Кушаков О.Н., Мкртумян А.С., Минеева Л.В., Жегалина Т.В.; заявитель и патентообладатель Ивановская государственная текстильная академия. - №2007148200/12; заявл. 10.07.09; опубл. 10.07.09. Бюл. №19. - 10 с.; 5 ил.].
Недостатком данного устройства является отсутствие очистки волокнистой смеси в бункере и равномерного распределения ее плотности на выходе из бункера, элемент рассортировки волокон после съема с пильчатого барабана присутствует, однако этот процесс не управляем и в конечном итоге все волокна независимо от их физико-механических свойств собираются в один слой.
За прототип способа принят способ аэродинамической рассортировки волокон, заключающийся в рассортировке смеси на отдельные составляющие по физико-механическим свойствам под действием центробежных сил при сбросе смеси волокон с дискретизирующего барабана с возможностью регулировки выхода количества составляющих смеси по секциям. [Свидетельство на полезную модель 14736 Российская Федерация, МПК D01Н 7/92. Устройство для аэромеханической рассортировки волокон / Фролова И.В., Кахраманов Рагим Оглы, Максимовская Т.Ю., Чистобородов И.Г.; заявитель и патентообладатель Ивановская государственная текстильная академия. №2000102175/20; заявл. 26.01.00; опубл. 20.08.00. Бюл. «№23 - 4 с.; ил].
Недостатком данного способа является грубая рассортировка смеси по компонентам, отсутствие возможности формирования настилов, отсутствие контроля получаемых составляющих по толщине и физико-механическим показателям волокон, отсутствие обеспыливания компонентов и удаления сорных примесей.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение однородности получаемых в результате рассортировки смеси настилов по физико-механическим свойствам с одновременным снижением их неровноты по толщине.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения многослойных волокнистых материалов, заключающемся в направленном перемещении волокнистого материала под воздействием воздушных потоков и распределении по зонам, согласно изобретению в распределительной камере создаются внутренние воздушные потоки, направленные в зону формирования волокнистых слоев с разделением их на составляющие, в зону сороудаления и в зону обеспыливания. А в устройстве для получения многослойных волокнистых материалов, содержащем бункер, подающие валы, питающие цилиндры, пильчатый барабан, сороотбойный нож, чешущий сегмент и камеру распределения с установленным на выходе узлом для формирования волокнистых слоев, согласно изобретению на боковых стенках бункера выполнена перфорация с пневмоотсосом, камера распределения выполнена с сечением в виде прямоугольного треугольника, по одному из катетов которого на стенке камеры имеется перфорация, связанная с пневмоотсосом, а по другому катету расположен узел для формирования волокнистых слоев в виде попарно установленных сетчатых барабанов со встречным вращением, по выходе из которых установлены транспортеры с контролирующими самогрузочными валиками, при этом в нижнем углу треугольника камеры размещен узел сороудаления, причем угол наклона стенки камеры (гипотенузы) к горизонтали составляет 55-65°.
Создаваемые в распределяющей камере воздушные потоки, направленные в зону формирования волокнистых слоев, обеспечивают тонкую рассортировку волокон по зонам сбора на поверхностях верхней и нижней пар сетчатых барабанов, передающих волокнистые слои на транспортеры для формирования настилов, а благодаря отслеживанию изменения толщины формируемых настилов изменяются зоны сбора на поверхностях сетчатых барабанов, а также разрежение внутри верхней контролирующей зоны обеспыливания, что ведет к изменению направления движения волокнистых потоков внутри распределяющей камеры и, как следствие, изменению рассортировки волокон по верхней и нижней зонам формирования настилов. Согласованная работа узлов формирования волокнистых слоев верхней зоны обеспыливания обеспечивает однородность подготавливаемых на транспортерах настилов по физико-механическим показателям волокон и толщине.
На фиг.1 представлена технологическая схема заявляемого устройства; на фиг.2 - линии тока в распределяющей камере.
Устройство для получения многослойных волокнистых материалов содержит бункер 1, на стенках которого выполнена перфорация с пневмоканалом 2, под бункером размещены пара подающих валов 3 и пара питающих цилиндров 4. Под последними установлен рабочий барабан 5, обтянутый пильчатой гарнитурой 6. На периферии пильчатого барабана размещены сороотбойный нож 7 и неподвижный чешущий сегмент 8, а под последним выполнена щель 9 для поступления воздушного потока. Под пильчатым барабаном расположена распределяющая камера 10, сечение которой представляет прямоугольный треугольник со сторонами a, b, c. На катете b треугольника (камера 10 - зона распределения) размещены попарно сетчатые барабаны 11 и 12. Внутри сетчатых барабанов 11 размещены неподвижные сегменты 13 с пневмоотсосом, а внутри сетчатых барабанов 12 - неподвижные сегменты 14 с пневмоотсосом, имеющие подвижные заслонки 15, меняющие углы α и β. За сетчатыми барабанами установлены транспортеры 16 с самогрузочными и контролирующими валиками 17. На катете а треугольника (верхняя стенка камеры 10) установлена верхняя контролирующая зона обеспыливания 18 в виде перфорации с пневмоканалом. В нижнем углу треугольника, на пересечении сторон b, c (нижняя наклонная стенка камеры), установлен узел сороудаления 19 в виде щели с трубопроводом, подключенным к пневмомотсосу. Величина угла X наклона стороны с (гипотенузы треугольника) к горизонтали составляет 55-65°.
Устройство для получения многослойных волокнистых материалов работает следующим образом.
Волокнистый продукт с предыдущей машины агрегата конденсором подается в бункер 1. Воздушный поток проникает в верхнюю часть волокнистого столба и, захватывая пыль, через перфорацию на боковых стенках бункера 1 отсасывается пневмоотсосом 2.
В нижней части бункера 1 клочки волокон захватываются подающими валами 3 и направляются к питающим цилиндрам 4, последние подводят клочки тонким слоем под действие рабочего барабана 5, обтянутого пильчатой гарнитурой 6. Рабочий барабан 5, имея большую частоту вращения, зубьями гарнитуры 6 ударяет по выступающей из питающих цилиндров 4 бородке волокон и вычесывает из нее отдельные клочки. Под действием наносимых ударов и разделением клочков волокон ослабевают связи крупных сорных примесей с волокнами, благодаря чему они сравнительно легко удаляются. Скорость крупных сорных примесей и клочков волокон в результате механического воздействия рабочего барабана 5 и воздушного потока в кратчайшее время достигает окружной скорости рабочего барабана 5. Таким образом, скорости движения клочков волокон и крупных сорных примесей в зоне действия сороотбойного ножа 7 приблизительно одинаковы. При этом крупные сорные примеси, обладающие большей кинетической энергией под действием центробежных сил отделяются от рабочего барабана 5 и выделяются сороотбойным ножом 7 в камеру для отходов.
Дальнейшее разрыхление клочков волокон происходит при взаимодействии с неподвижным чешущим сегментом 8, установленным после сороотбойного ножа 7. Съем клочков волокон с гарнитуры 6 рабочего барабана 5 осуществляется воздушными потоками, создаваемыми узлами пневмоотсоса, расположенными внутри сетчатых барабанов 11 и 12, а также воздушным потоком, подаваемым через щель 9.
Для определения линий тока в камере распределения 10 было проведено математическое моделирование динамики движения воздушных потоков. Результаты расчета, выполненного с применением современного математического программного пакета MATLAB, представлены на фиг.2.
В камере распределения 10 протекают следующие воздушные потоки:
- воздушные потоки, образованные узлами пневмоотсоса в сетчатых барабанах 11 и 12 (внутри неподвижных сегментов 13 и 14), направленные от рабочего барабана 5 к сетчатым;
- воздушный поток, нагнетаемый через щель 9, направленный опять же в сторону сетчатых барабанов 11 и 12;
- дополнительный воздушный поток, создаваемый разрежением в верхней контролирующей зоне обеспыливания 18;
- дополнительный воздушный поток, создаваемый узлом пневмоочистки камеры 19, направленный вдоль стенки с треугольника распределяющей камеры 10.
Создаваемые в распределяющей камере 10 воздушные потоки, направленные в зону формирования волокнистых слоев (катет b треугольника) - к сетчатым барабанам 11 и 12 обеспечивают тонкую рассортировку волокон по зонам сбора на поверхностях верхней и нижней пар сетчатых барабанов 11 и 12.
Рассортировка волокон по верхней и нижней парам сетчатых барабанов 11 и 12 происходит за счет перераспределения волокон по воздушным потокам исходя из скорости витания волокон.
Волокна, имеющие малую скорость витания, будут увлекаться воздушными потоками к верхней паре сетчатых барабанов 11 и 12, а волокна, имеющие большую скорость витания, - к нижней. Так как скорость витания волокна прямо пропорциональна квадратному корню от его массы и обратно пропорциональна квадратному корню от его длины, то на поверхности верхней пары сетчатых барабанов 11 и 12 будут оседать более длинные и тонкие волокна, а на поверхности нижней - более короткие и толстые.
В сетчатых барабанах 12 установлены неподвижные сегменты 14 с подвижными заслонками 15, позволяющими изменять угол раскрытия всасывающего факела. Заслонки 15 работают в паре - изменение на больший угла раскрытия верхнего неподвижного сегмента 14, расположенного в верхнем сетчатом барабане 12, влечет изменение на меньший угла раскрытия нижнего неподвижного сегмента 14, расположенного в нижним сетчатом барабане 12, и наоборот, что обеспечивает увеличение зоны сбора волокон на поверхности верхнего сетчатого барабана 12 и уменьшение зоны сбора волокон на поверхности нижнего сетчатого барабана 12 и наоборот соответственно. Увеличение и уменьшение зоны сбора волокон на поверхности сетчатых барабанов 12 обеспечивает соответственно увеличение и уменьшение количества волокон, осаждаемых на поверхностях сетчатых барабанов 12, а следовательно, увеличение и уменьшение толщины слоев волокнистого материала, формируемых на транспортерах 16.
Верхняя контролирующая зона обеспыливания 18 имеет возможность регулировки разрежения воздуха в данном узле, за счет чего увеличивается или уменьшается дополнительный воздушный поток, создаваемый этим узлом. Увеличение или уменьшение данного воздушного потока соответственно в большей или меньшей степени отклоняет направление течения основных воздушных потоков, транспортирующих волокна от рабочего барабана 5 к сетчатым барабанам 11 и 12, в сторону верхней пары сетчатых барабанов, а следовательно, увеличивается и уменьшается толщина слоев волокнистого материала, формируемых на верхнем и нижнем транспортерах 16 соответственно. Одновременно верхняя контролирующая зона обеспыливания 18 удаляет из распределительной камеры 10 запыленный воздух.
Слой волокнистого материала, образующийся на поверхности пары сетчатых барабанов 11 и 12, поступает на транспортер 16, который передает волокнистый материал на последующую машину. Толщина слоя волокнистого материала на транспортерах 16 контролируется самогрузочными валиками 17. Изменение толщины волокнистого слоя на транспортере 16 под контролирующим валиком 17 через датчик в валике передает сигнал к изменению положения заслонок 15 неподвижных сегментов 14 сетчатых барабанов 12, а также изменению величины расхода воздуха в узле верхней контролирующей зоны обеспыливания 18. Согласованная работа узлов формирования волокнистых слоев верхней зоны обеспыливания 18 обеспечивает однородность подготавливаемых на транспортерах 16 настилов по физико-механическим показателям волокон и толщине.
Сформированные на транспортерах 16 слои могут использоваться как отдельно для производства пряжи разной линейной плотности, так и в качестве верхнего слоя при производстве пряжи, а нижнего - при производстве нетканых материалов, кроме того, слои могут быть использованы для производства многослойных нетканых материалов.
Так как каждый слой на транспортерах 16 характеризуется однородными по физико-механическим свойствам волокнами, это позволяет получить многослойный материал с запланированными свойствами.
Узел пневмоочистки камеры 19 создает дополнительный воздушный поток, направленный вдоль нижней стенки с распределяющей камеры 10. Крупные сорные частицы, выделяющиеся в распределяющей камере 10, под действием воздушного потока и сил притяжения двигаются вдоль стенки с (гипотенузы треугольника) распределяющей камеры 10 и попадают в зону действия всасывающего факела в узле сороудаления 19.
Пример практического осуществления способа.
В производственных условиях были произведены исследования устройства для осуществления способа получения многослойных волокнистых материалов. Устройство для осуществления заявленного способа было включено в технологическую цепочку для производства нетканых материалов иглопрошивным способом. В состав оборудования для получения нетканых материалов вошли смеситель непрерывного действия, наклонный очиститель, осевой чиститель, наклонный очиститель, трепальная машина, устройство для осуществления способа получения многослойных волокнистых материалов, вязально-прошивная машина.
Цепочка перерабатывала отходы хлопкового волокна, образующиеся на разрыхлительно-трепальном агрегате и чесальных машинах (орешек и пух трепальный, орешек и пух чесальный, очес кардный и т.д.), а также обраты - рвань настила, рвань ленты.
3
3
3
3
Волокнистый продукт с трепальной машины конденсором подавался в бункер устройства. Расход воздуха в пневмоканалах 2 бункера 1 составлял 200 м/ч. Окружная скорость рабочего барабана 5 составила 23 м/с. В распределительной камере 10 создавали внутренние воздушные потоки, при этом направляли их в зону формирования волокнистых слоев, затем разделяли их на составляющие. Расход воздуха внутри сетчатых барабанов 11 и 12 при этом составил 6000 м/ч. Также внутренний воздушный поток направляли в зону обеспыливания 18, при этом пневмоотсос верхней контролирующей зоны 18 работал с производительностью 300 м/ч. Следующий воздушный поток направляли в зону сороудаления 19, расход воздуха в узле сороудаления 19 составил 500 м/ч (см. фиг.2). Углы раскрытия заслонок 15 неподвижных сегментов 14 составили α=60°, β=30°.
В результате производительность машины составила 180 кг/час. Линейная плотность верхнего (тонкого) настила составила 130 ктекс, нижнего (грубого) - 260 ктекс. Далее настилы складывались на конвейере и подавались в вязально-прошивную машину.
Полученный материал использовался в качестве наполнителя одеял, причем для наполнения одного одеяла складывались 2 прошитых полотна таким образом, чтобы грубые слои полотен оказывались вместе внутри одеяла, а тонкие - снаружи.