СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕСВЯЗНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ДВУХКОМПОНЕНТНОГО УТЕПЛИТЕЛЯ
METHOD OF PRODUCING A NON-BONDED COMPOSITE TWO-COMPONENT HEAT INSULATION MATERIAL

Предлагаемое изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при производстве утеплителей с характеристиками близкими к натуральному пуху водоплавающей птицы, полученными методом смешивания несвязных композиционных утеплителей и предназначенными для изготовления одежды и спальных мешков.
Пух водоплавающей птицы достаточно дорогой материал. В связи с этим постоянно ведется поиск способов создания заменяющих материалов, по своей структуре напоминающих пух - искусственных заменителей пуха, а также смесей различных материалов с пухом.
Известны различные способы создания искусственных заменителей пуха. Утеплитель, полученный по способу, описанному в патенте №588635 US, имеет неплохие характеристики - высокое соотношение теплоизоляционных свойств и массы, мягкость на ощупь и хорошую восстанавливаемость после сжатия. Однако, чрезвычайно тонкие волокна, из которых состоит материал, обладают недостаточной жесткостью и прочностью. Это делает их сложными в изготовлении, переработке и использовании. Способность этого наполнителя к восстановлению после сжатия была повышена посредством увеличения диаметра волокна, что привело к снижению теплоизоляционных свойств. В процессе эксплуатации изделий с таким наполнителем, сопровождаемым многократным не смачивающим намоканием волокон, уменьшаются упругие свойства наполнителя и его плотность.
Известен способ изготовления выдувного изоляционного наполнителя (патент №2670531 RU), состоящего из многочисленных отдельных удлиненных флокул, образованных многочисленными волокнами. Флокулы включают относительно открытую увеличенную срединную часть, а также относительно плотные скрученные концевые части, протяженные от противоположных концов срединной части. Флокулы могут быть сформированы втягиванием штапельных волокон через отверстия во вращающемся пустотелом барабане для частичного формирования структуры флокул внутри барабана. Частично сформированные флокулы могут удерживаться внутри вращающегося барабана в течение времени выдержки для завершения создания структуры флокул. Полученный материал может иметь наполняющую способность FP 250÷800 кубических дюймов на 30 грамм по EN 12130. Однако этот показатель не может поддерживаться долгое время в процессе эксплуатации изделий с таким материалом.
Известны различные способы получения распушиваемых теплоизоляционных кластеров, содержащих только синтетические волокна (патенты №6329051 US, №6329052 US) или натуральные волокна и смеси (патент №7790639 US).
Рассмотренные выше способы получения распушиваемых теплоизоляционных материалов просты в реализации т.к. исходное сырье легко поддается распушиванию под воздействием обычных вентиляторов, что способствует возможности использования этого материала для частичной или полной замены натурального пуха. Однако в процессе эксплуатации изделий с таким наполнителем они теряют свои свойства, особенно после стирки, уменьшаются упругость и плотность, образуются комки.
Известен способ изготовления наполняющего материала для постельных принадлежностей (патент №7682693 US). Наполнитель состоит из полиэфирных волокон, имеющих средний размер 0,5÷2,5 дтекс, покрыт шликером и обжат, причем волокна разрезаются до средней длины 4÷15 мм. Однако такой материал не сохраняет свои упругие свойства в процессе эксплуатации.
Частично устранить недостатки, присущие однокомпонентным пухообразным материалам, позволило создание утепляющих материалов, состоящих из смеси пуха с измельченными синтетическими волокнами.
Известны способы получения объемного утеплителя, содержащего смесь пуха и синтетических штапельных волокон, когда материал обрабатывается связующим веществом (патенты №4992327 US, №2287031 RU). В этом случае получается холстообразный утепляющий материал, определенной толщины, однако изделия из таких материалов не могут быть подвергнуты взбиванию, а технология изготовления таких изделий не предполагает использования дозаторов - традиционного оборудования для производства пуховых изделий.
Рассмотренные выше способы создания утеплителя - искусственных заменителей пуха, смесей различных материалов с пухом не позволили достаточно приблизиться по объемности, плотности и долговечности к натуральному пуху.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения распушиваемого теплоизоляционного материала, обладающего повышенной долговечностью и водоотталкивающей способностью (патент №2580487 RU). Этот теплоизоляционный материал предназначен для использования в зимней одежде, спальных мешках, стеганых одеялах, подушках и т.п. Распушиваемый теплоизоляционный материал содержит натуральные и измельченные синтетические волокна или шарики из волокон. Натуральные и измельченные синтетические волокна или шарики из волокон отдельно обрабатывают водоотталкивающим веществом для придания водоотталкивающей способности и аэродинамически смешивают. Водоотталкивающие волокна составляют большую часть распушиваемого теплоизоляционного материала, благодаря чему повышается долговечность структуры, а также водоотталкивающая способность, которая может быть благоприятным фактором во время мытья или стирки. Согласно этому патенту в качестве волокон, смешиваемых с пухом возможно использование лиоцелл с длиной волокон 11,7 мм и линейной плотностью 0,67 текс. Синтетические волокна выбираются из группы, состоящей из волокон: полиамида, сложного полиэфира, акрилового полимера, ацетата, нейлона, полиолефина и их сочетаний. Изготовление материала осуществляется аэродинамическим смешиванием по меньшей мере 50 масс. % кластеров натурального пуха и измельченных синтетических волокон, имеющих длину в диапазоне 5÷25 мм и линейную плотность в диапазоне 0,5÷15,0 денье, 0,056÷1,665 текс, причем упомянутые измельченные волокна являются гофрированными и покрыты веществом, обеспечивающим скольжение, или замасливателем, таким образом, чтобы упомянутые измельченные синтетические волокна были аэродинамически захвачены бородками кластеров натурального пуха с образованием распушиваемого теплоизоляционного материала, при использовании обычного оборудования.
Однако данный способ наряду с явными преимуществами обладает рядом недостатков. Во-первых, способ не распространяется на случай, когда в качестве второй компоненты используются волокна шерсти. Во-вторых, в данном способе применяется готоваяформа синтетических волокон, в том числе спиральная гофра, выделенная в отдельное производство и полученная способами, описанными в патентах №3050821 US; №3118012 US; №6492020 US, №929700 ЕР. Таким образом, производство материала привязано к предварительному производству синтетических волокон, осуществляемых непосредственно на производстве патентообладателя - Primaloftcorp.Полученные таким образом спиральные волокна, будучи нарезанными, могут быть использованы для смешивания. Предпочтительно частоту гофр регулируют таким образом, чтобы каждое нарезанное волокно, при данной длине нарезки, было снабжено, по меньшей мере, одной или двумя гофрами.
Настоящее изобретение направлено на создание способа получения несвязного композиционного двухкомпонентного утеплителя, изготавливаемого из натурального пуха и измельченных синтетических или шерстяных волокон, позволяющего оперативно изготавливать утеплитель с заданными свойствами упругости и объемности за счет упрощения и объединения всех стадий технологического процесса, локализации производства и использования в качестве волокнистой компоненты несвязного композиционного материала шерстяной или синтетической пряжи с заданными параметрами крутки волокон.
Для достижения данного технического результата предложен способ получения несвязного композиционного двухкомпонентного утеплителя, согласно которому осуществляют аэродинамическое смешивание двух компонент, одной из которых является пух. Способ представляет собой единый циклически повторяемый дискретный технологический процесс, при котором в качестве волокнистой компоненты несвязного композиционного материала используют шерстяную или синтетическую пряжу с параметрами крутки не менее 100/м, нарезанную в устройстве резки пряжи на отрезки длиной 15÷20 мм с количеством трехмерных гофр не менее двух с последующим разделением отрезков на отдельные штапельные волокна в смесителе-активаторе, снабженном штифтами, расположенными на стенках, с помощью градиентных воздушных потоков, создаваемых разнонаправленными форсунками, дальнейшим смешиванием с пухом водоплавающей птицы в пропорциях пух/компонента 60/40÷90/10% и транспортировкой готового утеплителя в дозатор для наполнения изделия.
Преимуществом такого подхода является локализация производства несвязного композиционного утеплителя непосредственно на предприятии, производящем швейные изделия, оперативное изготовление утеплителя в заданных пропорциях компонент за счет получения волокнистой компоненты из крученой пряжи с круткой не менее 100/м, вне производства исходных химических волокон. Полученный материал может подаваться в изделия при помощи дозаторов.
Существенным и новым является то, что предложенный способ получения несвязного композиционного двухкомпонентного утеплителя является единым циклическим дискретным технологическим процессом, при котором получение волокнистой компоненты утеплителя осуществляется нарезкой пряжи с заданными параметрами крутки (не менее 100/м). При этом используется шерстяная или синтетическая пряжа, которую разделяют на отдельные штапельные волокна, смешивают с пухом в пропорциях пух/компонента 60/40÷90/10% и транспортируют готовую смесь в затариватель или дозатор. Для осуществления хорошего сцепления между волокнами и отдельными бородками пуха волокон, последние не обрабатываются антифрикционными материалами, что в последующем снижает миграцию волокон по массе пуха во время эксплуатации изделий и волокнистая компонента не оседает вниз отсеков изделия. Однако отсутствие обработки, увеличивающей снижения трения поверхности волокон, требует более тщательного перемешивания компонент утеплителя.
Технический результат предлагаемого способа получения несвязного композиционного двухкомпонентного утеплителя заключается в локализации производства непосредственно на швейном предприятии, оперативном изготовлении утеплителя с заданными свойствами упругости и объемности, определяемыми соотношением смешиваемых компонент (пух/компонента 60/40÷90/10%), упрощении и объединении всех стадий технологического процесса в единый циклически повторяемый дискретный технологический процесс, а также использовании для формирования волокнистой компоненты пряжи (шерстяной или синтетической) с заданными параметрами крутки.
Сущность способа поясняется следующими таблицами и иллюстрациями. Табл. 1. - Варианты экспериментальных пакетов с различными компонентами; Табл. 2 - Измеренные и рассчитанные реологические характеристики пакетов при воздействии давления 14,7 Па при комнатной температуре; Таблица 3 Измеренные и рассчитанные реологические характеристики пакетов при воздействии давления 72,6 Па при комнатной температуре; Фиг. 1 - Установка для получения несвязного композиционного двухкомпонентного утеплителя, где 1 - шпулярник с бобинами пряжи, 2 - устройство резки, 3 - активатор-смеситель, оснащенный воздушными коллекторами с форсунками; 4 - растариватель пуха; 5 - затариватель.
Предлагаемый способ получения несвязного композиционного утеплителя, состоящего из смеси пуха с шерстяными или синтетическими волокнами осуществляется следующим образом. Способ представляет собой единый циклически повторяемый дискретный технологический процесс, осуществляемый в автоматическом режиме с помощью специально разработанной установки (Фиг. 1).
В качестве волокнистой компоненты несвязного композиционного материала используют шерстяную или синтетическую пряжу с параметрами крутки более 100/м. Пряжа поступает с бобин, находящихся на шпулярнике 1 на режущий механизм 2, где разрезается на отрезки длиной 15÷20 мм с количеством трехмерных гофр не менее двух. Полученные отрезки всасываются потоком воздуха в смеситель-активатор 3, в котором падают на дно, представляющее собой взвешивающую платформу. Как только масса отрезков пряжи достигнет величины, соответствующей заданной пропорции компонент (пух/компонента 60/40÷90/10%), режущий механизм 2 отключается и включается процесс разделения отрезков пряжи на штапельные волокна. Для этого внутри смесителя-активатора 3 располагают более двух воздушных коллекторов, снабженных форсунками, обеспечивающими путем разнонаправленных градиентных потоков воздуха соударение отрезков пряжи со штифтами, расположенными на нижней и на боковых стенках смесителя-активатора с целью их разделения на отдельные волокна. Обработка заданной массы волокон градиентными потоками воздуха продолжается достаточное количество времени для того, чтобы разделить отрезки пряжи на отдельные штапельные волокна. Как только разделение отрезков пряжи на штапельные волокна произошло, в смеситель-активатор 3 подается пух в заданном количестве из растаривателя 4. Дно растаривателя 4 представляет собой взвешивающую платформу, которая позволяет отбирать определенную массу пуха для смешивания, чтобы обеспечить необходимую пропорцию компонент несвязного композиционного утеплителя. После осуществления смешивания, полученная масса подается в затариватель 5 и далее непосредственно в дозатор для наполнения изделий.
о
в
0
1
в
Были изготовлены опытные партии несвязных двухкомпонентных утеплителей путем смешивания с пухом пряжи с различным составом волокон, Варианты экспериментальных пакетов с различными компонентами представлены в Табл. 1. В Табл. 2, 3 представлены результаты измерения реологических характеристик образцов пакетов изделий - модуля упругости сжатия - Е, модуля упругости восстановления - Е, относительных параметров сжатия и восстановления пакетов, изготовленных с применением разработанного двухкомпонентного несвязного композиционного утеплителя при сжатии давлением в 14, 7 Па и 72,6 Па. В Табл. 2,3 h, h, h - соответственно толщины горизонтально расположенных пакетов до приложения нагрузки, во время приложенной нагрузки и восстановленной толщины после снятия нагрузки.
Как следует из таблиц при давлении 72, 6 Па модули Юнга сжатия и восстановления полученного по предлагаемому способу утеплителя пух/шерсть отличаются от натурального пуха в пределах 10%, что говорит о хорошем качестве наполнителя.