УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ ВОЛОКНИСТО-ПОРИСТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ НЕТКАНОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к установкам для изготовления волокнисто-пористых элементов из нетканых материалов путем переработки полимеров, преимущественно для изготовления фильтрующих элементов.
Известна установка для изготовления волокнисто-пористых элементов из нетканого материала, содержащая средства для подачи сформированных волокон в духовой шкаф для нагрева волокон и валки для сваривания и сжатия волокон с формированием пластины фильтрующего элемента (см. патент US №6656400, кл. В 29 С 53/06, 02.12.2003).
Данная установка позволяет изготавливать гофрированные пластины фильтрующих элементов. Однако данная установка не дает возможности изготавливать фильтрующие элементы с заранее заданными фильтрующими свойствами, что связано с тем, что в процессе производства не представляется возможным контролировать конкретную величину пор, что сужает возможности по выпуску фильтрующих элементов с заранее заданными свойствами.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является установка для изготовления волокнисто-пористых элементов, а именно фильтрующих элементов из нетканого волокнистого материала, содержащая червячный экструдер для подготовки расплава полимера и его подачи через головку экструдера в виде нити на узел формирования фильтрующего элемента (см. авторское свидетельство SU №1634734, кл. D 04 Н 1/54, 15.03.1991).
Данная установка дает возможность непрерывного изготовления трубчатых фильтрующих элементов из нетканого волокнистого материала с регулированием процесса формирования фильтрующего элемента путем изменения скорости вращения головки экструдера. Однако на данной установке невозможно формирование фильтрующих элементов с послойно переменной фильтрующей способностью.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является формирование регулярной структуры укладки волокон с заданной плотностью и послойно переменной пористой структурой.
Техническим результатом, на достижение которого направлена настоящая полезная модель, является формирование волокнисто-пористых элементов с регулярной структурой укладки волокон в слое и создание волокнисто-пористых элементов с заранее заданной пористой структурой.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что установка для изготовления трубчатых волокнисто-пористых элементов из нетканого волокнистого материала содержит червячный экструдер для подготовки расплава полимерного материала и его подачи через головку экструдера в виде нити на узел формирования волокнисто-пористого элемента, при этом экструдер снабжен цилиндрическим коллектором для подачи расплава полимерного материала от червяка к головке, в котором установлен стержень, образующий кольцевой канал, имеющий выходные отверстия, при этом на коллекторе установлены электрические нагреватели для плавления полимерного материала, головка экструдера выполнена в виде блока, включающего установленные в ряд, по крайней мере две форсунки, каждая из которых выполнена в виде расположенного по оси форсунки и сообщенного с одним из выходных отверстий коллектора сопла с установленным на входе в сопло регулятором расхода жидкого полимерного материала, выполненным в виде цилиндрического затвора, установленного с возможностью осевого перемещения относительно входного отверстия сопла, при этом на затворе выполнены лопатки для закрутки потока жидкого полимерного материала, с наружной стороны коаксиально выходному участку сопла расположено сопло для подачи сжатого воздуха, причем подвод сжатого воздуха выполнен тангенциально относительно продольной оси сопла для подачи сжатого газа, на форсунках установлены электрические нагреватели, а узел формирования волокнисто-пористого элемента выполнен в виде установленной на столе с возможностью вращения и возвратно-поступательного продольного перемещения под форсунками головки экструдера оправки, при этом форсунки установлены вдоль оправки, а стол снабжен устройствами смещения сформированного участка волокнисто-пористого элемента относительно оправки и отрезания сформированного трубчатого волокнисто-пористого элемента требуемой длины.
В сопле для подачи сжатого воздуха может быть установлен лопаточный завихритель потока сжатого газа.
Электрические нагреватели могут быть подключены к источнику электрической энергии с возможностью выборочного включения и выключения.
Установка может быть снабжена валками для прикатки экструдированного на оправку волокнистого материала.
В ходе проведенного исследования было выявлено, что путем организации управляемого процесса подачи волокнистого материала на оправку представляется возможным формировать волокнисто-пористый элемент с заранее заданной величиной пор пористого элемента. Закрутка потока воздуха позволяет формировать слои
волокнистого материала в виде плоской спирали с заранее рассчитанной величиной витков плоской спирали. Причем изменением расхода воздуха через сопло и изменением угла закрутки потока воздуха можно изменять диаметр витков, а, следовательно, и плотность укладки нити полимерного волокнистого материала на оправку. Выполнение нескольких сопел с различными режимами подачи волокнистого материала на оправку вдоль последней дает возможность путем отключения одной форсунки и включения другой формировать волокнисто-пористые элементы с несколькими различными по величине пор слоями волокнисто-пористого элемента. Указанное выше отключение форсунок достигается за счет выполнения коллектора с электрическими нагревателями, что в свою очередь дает возможность путем отключения последних перекрывать застывшим полимерным материалом коллектор и тем самым отключать подачу волокнистого материала через форсунку того или иного сопла. Регулируя с помощью регулятора расхода подачу полимера через форсунку сопла, изменяют толщину получаемой нити волокнистого материала и тем самым также регулируют величину создаваемых пор, плотность получаемого волокнисто-пористого элемента и его механические свойства. Возможность смещения вдоль оправки сформированного участка волокнисто-пористого элемента позволяет непрерывно формировать волокнисто-пористый элемент любой длины с последующим отрезанием трубчатого волокнисто-пористого элемента любой заданной потребителем длины.
На фиг.1 показан общий вид установки. На фиг.2 представлен продольный разрез коллектора с форсунками и соплами. На фиг.3 разрез А-А на фиг.2
Установка для изготовления волокнисто-пористых элементов из нетканого волокнистого материала содержит червячный экструдер 1 для подготовки расплава полимера и его подачи через головку 2 экструдера в виде нити на узел формирования волокнисто-пористого элемента. Экструдер снабжен цилиндрическим коллектором 3 для подачи расплава полимерного материала от червяка 4 к головке 2, в котором установлен стержень 5, образующий кольцевой канал 6, имеющий выходные отверстия 7, при этом на коллекторе 3 установлены электрические нагреватели 8 для плавления полимерного материала. Головка экструдера 2 выполнена в виде блока, включающего установленные в ряд, по крайней мере, две форсунки 9, каждая из которых выполнена в виде расположенного по оси форсунки 9 и сообщенного с одним из выходных отверстий 7 коллектора 3 сопла 10 с установленным на входе в сопло 10 регулятором расхода жидкого полимера, выполненным в виде цилиндрического затвора 11, установленного с возможностью осевого перемещения относительно входного отверстия сопла 10. На затворе 11 выполнены лопатки 12 для закрутки потока жидкого полимера. С наружной
стороны коаксиально выходному участку сопла 10 расположено сопло 13 для подачи сжатого воздуха, причем подвод 14 сжатого воздуха, выполнен тангенциально относительно продольной оси сопла 13 для подачи сжатого газа. На форсунках 9 установлены электрические нагреватели 15, а узел формирования волокнисто-пористого элемента выполнен в виде установленной на столе 16 с возможностью вращения и возвратно-поступательного продольного перемещения под форсунками 9 головки 2 экструдера 1 оправки 17, при этом форсунки 9 установлены вдоль оправки 17, а стол 16 снабжен устройствами 18 смещения сформированного участка волокнисто-пористого элемента относительно оправки 17 и отрезания 19 сформированного трубчатого волокнисто-пористого элемента требуемой длины.
В сопле 13 для подачи сжатого воздуха может быть установлен лопаточный завихритель 20 потока сжатого газа.
Электрические нагреватели 8 и 15 могут быть подключены к источнику электрической энергии с возможностью выборочного включения и выключения.
Установка может быть снабжена валками (не показаны) для прикатки экструдированного на оправку волокнистого материала.
При работе установки полимерный материал, например полиэтилен, в виде гранул или дробленных отходов загружается в экструдер 1 и с помощью червяка 4 продавливается в коллектор 3, где разогревается электронагревателями 8, пластицируется и превращается в расплав, который затем из кольцевого канала 6 коллектора 3 поступает через нагреваемые электронагревателями 15 затворы 11 форсунок 9 в сопла 10 и в последних превращается в струи полимерного материала. Под воздействием струи сжатого воздуха, который истекает из сопел 13, струи полимерного материала перемещаются на выходе из сопел 10 по кругообразной траектории
Из сопел 10 струи полимерного материала поступают на установленную под соплами 10 оправку 17, например цилиндрическую оправку, установленную на столе 16. Оправка, находясь под соплами 10 вращаются с заданной скоростью от приводов 21 и вместе со столом 16 перемещаются в осевом направлении. В результате струи полимерного материала под воздействием сжатого воздуха подвергаются интенсивной вытяжке и превращаются в волокна в виде тонкой нити, которые по спиралевидной траектории равномерно распределяются по наружной поверхности оправки 17 (в случае равномерного ее осевого перемещения и вращения с постоянной скоростью).
Взаимодействие полимерных волокон с закрученным потоком сжатого воздуха одновременно обеспечивает поддержание такого температурного режима, при котором расплав, достигая формующей поверхности охлаждается настолько, что сохраняет
формоустойчивость нити и, вместе с тем, способность соединяться (свариваться) нитям между собой в местах их контакта. Попадая на формующую поверхность оправки и соединяясь между собой, полимерные волокна образуют на ней равномерное по толщине и свойствам покрытие в виде трубы, имеющей волокнистую пористую структуру» придающую ей фильтрующие свойства. Толщина и плотность стенки регулируется скоростью осевого перемещения оправки 17 относительно сопла 10. Сформированная поверхность волокнисто-пористого, например фильтрующего, элемента в виде трубы прикатывается валками для формирования заданной поверхности (гладкой или, например, гофрированной).
Возможна регулировка, при которой сопла 10 формируют струи полимерного материала с различной толщиной, что дает возможность путем переключения подачи полимерного материала в форсунки 9 получать многослойные волокнисто-пористые элементы во слоями, имеющими различный размер пор. Стол 16 снабжен устройствами 18 смещения сформированного участка волокнисто-пористого элемента относительно оправки 17 по мере формирования последнего, после чего посредством устройства 19 отрезания от непрерывно формируемого трубчатого волокнисто-пористого элемента отрезаются трубчатые элементы требуемой длины.
Настоящая полезная модель может быть использована в химической и других отраслях промышленности для изготовления волокнисто-пористых, в том числе и фильтрующих элементов из нетканого полимерного материала.