Изделие из волокон конопли, преимущественно для изготовления матраса

Техническое решение относится к области легкой промышленности, в частности к производству мебельных изделий, и предназначено для использования в матрасах, в том числе, матраса, основы матраса и/или промежуточных слоев многослойного или наборного матраса, либо в качестве покровного слоя или подложки. Технические решение может быть использовано в бытовых матрасах, медицинских матрасах, а также в вентилируемых матрасах, в том числе оснащенных системой принудительной вентиляции. Кроме того изделие может быть применено при производстве мебели, в том числе диванов стульев и других мебельных изделий, а также в автомобильной, строительной и других видах промышленности.
Из уровня техники известен матрас двухсторонней мягкости, в котором нетканый термофиксируемый материал используется в качестве жестких и мягких упругих сгустков, он содержит в общем количестве соединительные двухкомпонентные полиэфирные волокна, способные к термическому связыванию с температурой плавления компонентов, также он содержит гомогенные полимерные волокна с полиэфирными волокнами или полипропиленовыми волокнами, или полиолефиновыми волокнами, или поликарбонатными волокнами, такие как морская трава или шерсть, или хлопок, или волокна кокосовой койры, или лубяные волокна, или волокна конопли, или конский волос в пределах от 20 до 50 мас. %, волокнистое полотно которого, уложенное складками, формируется до плотности от 0,15 кг/м 2 до 2,0 кг/м, термически скрепляется в прессованном состоянии и калибруется валками каландра до заданной толщины. Толщина пучков мягкого упругого нетканого материала составляет от 10 до 60 мм, а толщина пучков жесткого нетканого материала от 6 до 12 мм (UA 46499 U 2009-12-25).
Известен матрас включающий слой, который может содержать текстильные волокна могут быть выбраны из группы: натуральное волокно, включая хлопок, пенька, шерсть или шелк; химическое волокно, включая терилен, акрилон, полиамид, хлорсодержащее органическое волокно, полипропилен, полиуретан, винилон и вискоза, а также натуральное волокно выбирают из группы хлопок, пенька, шерсть, шелк (RU 2301290 C2, 20.03.2006).
Наиболее близким аналогом является элемент матраса двусторонней мягкости, в котором в качестве жестких и мягких упругих слоев настилов использован нетканый термофиксированный материал, который содержит в общем количестве способные к термоскреплению соединительные бикомпонентные полиэфирные волокна с температурой плавления компонентов от 105°С до 135°С, имеющие линейную плотность от 1,0 до 6,0 дтех в пределах от 15 до 30 масс. %, и однородные полимерные волокна, такие как полиэфирные волокна или полипропиленовые волокна, или полиолефиновые волокна, или поликарбонатные волокна, или полиамидные волокна, выбранные из интервала линейной плотности от 5 до 45 дтех в пределах от 25 до 65 масс. %, и волокна естественного происхождения, такие как морская трава или шерсть, или хлопок, или волокна койры кокосовой, или лубяные волокна, или волокна конопли, или конский волос, в пределах от 20 до 50 масс. %, волокнистый прочес которых, уложенный складками, сформирован до плотности от 0,15 кг/м2 до 2,0 кг/м2, термофиксированный в сжатом состоянии и калиброванный каландрами до заданной толщины, причем настилы из мягкого упругого нетканого материала имеют толщину от 10 до 60 мм, настилы из жесткого нетканого материала имеют толщину от 6 до 12 мм (UA 46499 U, А47С 27/04, 25.12.2009).
Недостатком наиболее близкого аналога является сложность изготовления и усложненность конструкции, а также возможность деформаций «мягкой» части матраса
Основная техническая проблема в производстве изделий из очищенных волокон конопли - отсутствие технологичного процесса и оборудования для создания изделия нужной плотности, гибкости, упругости, жесткости и прочности. А также упрощение конструкции и повышение ее надежности.
Техническим результатом является повышение прочности, износостойкости и упругости изделия. Что в частности исключает раскрошевание, необратимые деформации и проминание изделия.
Технический результат достигается за счет того, что изделие из волокон конопли, представляет собой объемное тело, выполненное из предварительно подготовленных и очищенных гибких и упругих волокон конопли, сформированное перемешиванием и уплотнением, в связную, имеющую толщину заготовку изделия с переплетенными в разных направлениях по всей толщине заготовки изделия волокнами конопли, которые дополнительно связаны отвержденным латексом.
Латекс представляет собой латексную эмульсию или дисперсию частиц натурального каучука, при этом латексная эмульсия или дисперсия получена смешением воды, эмульгатора и/или ингибитора, например, мономера изопрена и млечного сока каучуконосного растения, предпочтительно, бразильской гевеи или порошка каучука, полученного отделением каучука из данного растения, воды и эмульгаторов.
Латексная эмульсия или дисперсия дополнительно содержит вулканизующий агент и/или ускоритель и/или активатор вулканизации и/или антиоксид ант и/или поверхностно-активное вещество и/или антистабилизирующих добавки и/или загустителей и/или пластификаторов и/или пеногасителей и/или пенообразователей.
Латексная эмульсия или дисперсия дополнительно содержит водорастворимые полимерные или полимеризующиеся вещества, например, акрил или вещество из группы акрилатов.
Волокна конопли дополнительно связаны и частично пропитаны латексом дискретно нанесенным на заготовку и отвержденным посредством нагревания заготовки изделия и дополнительно упрочнено прессованием нагретой заготовки изделия.
Внешние поверхности изделия выровнены за счет дополнительного прессования нагретой заготовки изделия.
Латекс выполнен на основе натурального каучука, который составляет от 10% до 85% от объема или массы латексной эмульсии, а предпочтительно 20-65% от от объема или массы латексной эмульсии.
Латекс нанесен на заготовку изделия, с ее внешней стороны и отвержден посредством температурного воздействия и образования готового изделия после остывания заготовки изделия.
Изделие выполнено прямоугольным в плане.
Заготовка изделия с нанесенным латексом, дополнительно спрессована или уплотнена с образованием изделия с более плотной и связной структурой и более ровной поверхностью и имеет меньшую толщину по сравнению с заготовкой изделия.
Заготовка изделия спрессована равномерно по всей ее площади в нагретом состоянии.
Заготовка изделия спрессована равномерно по всей ее площади в нагретом состоянии при температуре меньшей температурного воздействия до прессования.
Изделие имеет анизотропную структуру, поскольку латекс наносится, по меньшей мере, с одной стороны изделия, а преимущественно с двух сторон, но при этом не достигает его сердцевины, частично впитываясь и отверждаясь в верхних слоях заготовки изделия, преимущественно на пересечениях волокон конопли их, вследствие чего плотность и упругость уменьшаются по толщине изделия от внешней стороны или сторон изделия к средней части.
Изделие выполнено прямоугольным в плане, в виде листа или мата, например, тонкого мата, либо в виде плиты, предпочтительно, жесткого и/или полужесткого и/или упругого листа или мата.
Изделие выполнено прямоугольным в плане в виде мата или плиты, предпочтительно, жесткого и/или полужесткого и/или упругого листа или мата.
Латекс нанесен капельным или воздушно-капельным путем, например, посредством форсунок или распылителей.
Длина волокон составляет 1-200 см, а преимущественно 2-20 см, при этом волокна конопли очищены от пыли частиц стебля конопли, а также волокон конопли длиной менее 1 см.
Образующие заготовку изделия волокна конопли переплетены между собой и трехмерно изогнуты в различных направлениях.
Толщина изделия составляет 0.3-50 см, а преимущественно 0.5-5 см.
Заготовка изделия нагревается до 80-400 градусов Цельсия, и преимущественно, составляет 100-200 градусов Цельсия в течение не менее 10 мин., преимущественно в течение 20-60 мин.
Объем отвержденного каучука в изделии составляет от 1% до 50%, преимущественно от 10% до 35%, что позволяет сделать мат воздухопроницаемым, либо маловоздухопроницаемым, либо частично воздухопроницаемым.
Расстояние между волокнами конопли в изделии составляет от 0-5 см, предпочтительно, 0.001-2 см.
На Фиг. 1 изометрический вид.
На фиг. 2 структура мата в разрезе (увеличено).
Изделие из волокон конопли представляет собой объемное тело 1, выполненное из предварительно подготовленных и очищенных гибких и упругих волокон конопли, сформированное перемешиванием и уплотнением, в связную, имеющую толщину заготовку изделия с переплетенными в разных направлениях по всей толщине заготовки изделия волокнами конопли, которые дополнительно связаны отвержденным латексом.
Предпочтительно, что волокна конопли дополнительно связаны и частично пропитаны латексом, дискретно нанесенным на заготовку и отвержденным посредством нагревания заготовки изделия и дополнительным упрочнением прессованием нагретой заготовки изделия.
Латекс представляет собой латексную эмульсию или дисперсию частиц натурального каучука, при этом латексная эмульсия или дисперсия получена смешением воды, эмульгатора и/или ингибитора, например мономера изопрена и млечного сока каучуконосного растения, предпочтительно, бразильской гевеи или порошка каучука, полученного отделением каучука из данного растения, воды и эмульгаторов.
Латексная эмульсия или дисперсия дополнительно содержит вулканизующий агент и/или ускоритель и/или активатор вулканизации и/или антиоксидант и/или поверхностно-активное вещество и/или антистабилизирующих добавок и/или загустителей и/или пластификаторов и/или пеногасителей и/или пенообразователей.
Латексная эмульсия или дисперсия дополнительно содержит водорастворимые полимерные или полимеризующиеся вещества, например, акрил или из группы акрилатов.
Изделие упрочнено дополнительным прессованием нагретой заготовки.
Внешние поверхности изделий выровнены за счет дополнительного прессования нагретой заготовки, но за счет структуры волокон конопли имеют шероховатости.
Латекс выполнен на основе натурального каучука, который составляет от 10% до 85% от объема или массы латексной эмульсии, а предпочтительно 20-65% от от объема или массы
Латексная эмульсия или дисперсия может включать вулканизирующие агенты и/или их ускорители и/или антиоксиданты и/или антистабилизирующие добавки.
Латекс, который нанесен на заготовку изделия, с ее внешней стороны и отвержден посредством температурного воздействия и образования готового изделия после остывания заготовки.
Изделие выполнено прямоугольным в плане в виде уплощенного параллелепипеда.
Заготовка изделия с нанесенным латексом, дополнительно спрессована или уплотнена с образованием изделия с более плотной и связной структурой и более ровной поверхностью и имеет меньшую толщину по сравнению с заготовкой изделия.
Заготовка изделия спрессована равномерно по всей ее площади в нагретом состоянии.
Заготовка изделия спрессована равномерно по всей ее площади в нагретом состоянии при температуре меньшей температурного воздействия до прессования.
Изделие, преимущественно, имеет анизотропную структуру, поскольку латекс наносится, по меньшей мере, с одной стороны заготовки изделия, а преимущественно с двух сторон, но при этом не достигает его сердцевины, частично впитываясь и отверждаясь, преимущественно в верхних слоях мата 2 и 3, преимущественно на пересечениях волокон конопли, вследствие чего плотность и упругость уменьшаются по толщине изделия от внешней стороны изделия к его средней части, что позволяет использовать меньше латекса и способствует воздухопроницаемости изделия.
Изделие, характеризующееся тем, что оно выполнено прямоугольным в плане, в виде листа или мата, например, тонкого мата, либо в виде плиты, предпочтительно, жесткого и/или полужесткого и/или упругого листа или мата.
Изделие, характеризующееся тем, что оно выполнено прямоугольным в плане в виде мата или плиты, предпочтительно, жесткого и/или полужесткого и/или упругого листа или мата.
Латекс нанесен капельным или воздушно-капельным путем, например, посредством форсунок или распылителей.
Длина очищенных волокон конопли составляет 1-200 см, а преимущественно 2-20 см, при этом волокна очищенны от пыли частиц стебля конопли, а также волокон конопли длиной менее 1 см.
Образующие заготовку очищенные волокна конопли переплетены между собой и трехмерно изогнуты в различных направлениях.
Толщина составляет 0.3-50 см, а преимущественно 0.5-5 см.
Заготовка нагревается до 80-400 градусов Цельсия, и преимущественно, составляет 100-200 градусов Цельсия в течение не менее 10 мин, предпочтительно 20-60 минут.
Объем отвержденного каучука в изделии составляет от 1% до 50%, преимущественно от 10% до 35%, что позволяет сделать мат воздухопроницаемым, либо маловоздухопроницаемым, либо частично воздухопроницаемым.
Расстояние между волокнами в изделии составляет от 0-5 см, предпочтительно, 0.001-2 см.
Изделие изготавливают следующим образом.
На первой линии (конвейере) осуществляется первичная механическая переработка неочищенной конопли, а именно процесс размятая конопляного сырья, например, пропуском через валки, далее осуществляют трепание размятого сырья, после чего, удаляют отделенную в результате предыдущих операций костру на трясильных и/или вибромашинах. Костру удаляют посредством сит и/или вентиляторов или устройств для создания вакуума. Предпочтительно, что после прохождения каждого этапа обработки сырье проходит вакуумную камеру, где удаляются костра, микроволокна и пылевидные частицы.
Первоначально осуществляется разборка рулонов или тюков с необработанным сырьем. Данная операция производится на кипоразборщике. Рулон или тюк с помощью питающего транспортера подаются в камеру, в которой происходит процесс разборки рулона или тюка и первоначальное создания слоя. Толщина слоя регулируется сбивной планкой. Далее разобранное сырье падает на питающий транспортер.
Процесс мятья осуществляется следующим образом. Разобранное сырье с заданной толщиной слоя пропускают через рифленые вальцы, разрушая тем самым хрупкую древесину, но сохраняя эластичное волокно. Процесс промина проходит на мялках типа «CHARLE». Мялка состоит из несущей рамы, на которой расположены 9 пар мяльных вальцов с пневматическим прижимом.
В процессе трепания из размятого сырья (тресты) выделяют волокна конопли. В связи с тем, что нити находятся вокруг конопляного стебля для получения волокна конопли необходимо удалить лишние элементы стебля..  осуществляется ударным воздействием рабочих органов ударной машины на слой волокон, зажатых питающими органами. При этом разрушаются связи между волокнами конопли и примесями. В процессе  волокнистый материал очищается лишь от наиболее крупных и наименее цепких примесей.
Трепальная машина для обработки конопли работает следующим образом. В трепальную машину, входящую в состав мяльно-трепального агрегата, поступает непрерывный слой сырья, который фиксируется в зажимном транспортирующем механизме. Обрабатываемый объем сырья подается сверху в трепальную секцию посредством устройства ввода, минуя опасный для намоток волокна участок трепального барабана с противонамоточным устройством, примыкающим непосредственно к внутренней поверхности поперечной рамы машины.
Попадая трепальную секцию барабанов, сырье конопли начинает подвергаться воздействиям бильных планок. Такая дифференцированная обработка подготавливает слой сырца к основному трепанию: параллелизует слой, удаляет насыпную костру, за счет чего уменьшается масса сырья и увеличивается его гибкость. При огибании сырьем этих планок при наличии определенного натяжения слоя, достигаемого изменением межцентрового расстояния между питающими вальцами и барабаном, костра в силу большей жесткости отделяется от волокна и удаляется силами инерции. Сочетание дифференцированной подготовительной обработки сырья с многократным воздействием со стороны основных бильных планок в цилиндрической части барабанов при определенном натяжении слоя создает условия для эффективного удаления костры при обработке и максимальной сохранности длинных комплексов волокон конопли.
После каждого трепального барабана расположены 2 трясильных машины- с верхним и нижним гребенным полем. На данных агрегатах первичное удаление насыпной костры. Каждая из трясильных машин оснащена 18 и 10 осями с иглами, за счет колебания которых и происходит удаление насыпной костры. Процесс трясения волокна конопли заканчивается на заключительной (горизонтальной) вибромашине.
Далее осуществляется продольная ориентация волокон конопли и формирование из них ленты.
После вибромашины волокно конопли попадает в камеру конденсера, в которой происходит удаление пыли как из линии, так и из волокна конопли. После очистки от пыли, волокно конопли через вальцы направляется на чесальную машину от линии, в которой происходит продольная ориентация волокна и формирование волокон в ленту. С помощью рулонного механизма полученная лента наматывается в рулон, который в последующем будет направлен в штапелирующую машину, где волокно рубится на волокна с преимущественной длиной от 30 до 100 мм.
Вся костра, которая отделяется в процессе обработки на кипоразборщике и в мяльных машинах, высыпается на ленту транспортера. Транспортер расположен под агрегатами. После транспортера расположенного под линией, костра падает в приемную воронку пневмотрнспорта и направляется в волокно-отделительную машину. В волокно-отделительной машине происходит отделение волокон конопли от костры. Очищенная костра с помощью транспортера направляется в накопительный бункер костробрикетного пресса.
Отходы, пыль, короткие трудноулавливаемые волокна конопли малой длинны и микроволокна конопли всасываются через верхнюю систему вентиляции (зонтики) расположенные над каждым агрегатом, осуществляющие перечисленные процессы.
Далее осуществляют штапелирование, так как для последующего производства изделия, волокну конопли необходимо предать определенную штапельную длину. Для этих целей в технологии предусмотрена установка штапелирующей рубочной машины, которая производит волокна конопли нужной длины.
Костра, полученная на всех этапах переработки, с помощью пневмотранспорта через конденсер направляется в волокно-отделительную машину. Воздух с пылью в рукавные фильтры, расположенные в сырьевом тамбуре. Обеспыленная и обезволокненная костра с помощью транспортера направляется в накопительный бункер костробрикетного пресса. На данном агрегате костра формуется в брикеты.
Окончательное пылеудаление происходит с помощью пылевых вентиляторов через конденсер, который отделяет волокно конопли от остатков костры от пыли и направляет пыль в рукавные фильтры. Конденсер представляет собой камеру с расположенной внизу транспортера вентиляторной системой, которая подает под давлением потоки воздуха снизу вверх. В верхней части камеры расположены сита и/или фильтры, которые пропускают костру пыль и микроволокна волокна.
Подготовленные и очищенные волокна конопли поступают в камеру смешения, после которой направляются с помощью пневмотранспорта в накопитель. В камере смещения посредством мощной вентиляторной системы очищенные волокна конопли перемешиваюся и переплетаются. Из накопителя волокна конопли аэродинамическим способом через продолговатое отверстие определенных размеров формируются в равномерную массу для изготовления заготовки изделия, который по конвейеру уплотняется или прессуется валами, разрезается на прямоугольные в плане части которые направляются в камеру напыления латекса, где на них воздушно-капельным путем с двух сторон наносят латекс, после чего заготовка изделия поступает в термокамеру, где происходит ее нагрев до 100-200 градусов Цельсия в течение 20-60 мин., после чего заготовка изделия сразу поступает в пресс, где в горячем состоянии прессуется до толщины меньшего размера, при этом ее поверхность становится менее шероховатой.
Изделие может располагаться в верхнем слое матраса в целях обеспечения ортопедических и лечебных свойств матраса, когда врачами рекомендовано спать на достаточно жестком, но в то же время упругом и непроминаемом основании. Кроме того, полученное изделие за счет свойств волокон конопли достигается антиинсектицидный и антисептический эффекты. При предпочтительном выполнении мата или матов изделия воздухопроницаемыми достигается «дышащий эффект» - изделие пропускает воздух, что способствует удалению влаги и неприятных запахов.
Изделие также может применятся в различных видах автомобильных строительных материалов, например, как подложка, звукоизоляция или утеплитель.