ВОЛОКНООБРАЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
FIBRE-FORMING DEVICE

Изобретение относится к области производства тепло- и звукоизоляционных волокнистых материалов способом раздува струи исходного расплавленного материала потоком энергоносителя и может быть использовано при производстве штапельного полиэтилентерефталатного волокна и изделий из него, например, холстов или нетканого материала, способом раздува струи расплавленного аморфного полиэтилентерефталата потоком сжатого воздуха, а также волокнистых материалов и изделий из природного минерального сырья.
Известно четыре основных способа получения штапельного волокна из синтетических и минеральных расплавов: вытягиванием элементарных волокон через фильеры малого диаметра, их шпулированием, формированием жгута, резкой жгута на элементы, перемешиванием и рыхлением образующегося волокна; дуплексным способом - получением первичных нитей и их раздувом потоком энергоносителя с высокой температурой на элементарные волокна; центробежным способом - поливом струи расплавленного материала на вращающиеся барабаны, диски или чаши и вытягиванием элементарных волокон после разрыва образующейся пленки под действием центробежных сил; непосредственным воздействием потока энергоносителя, например сжатого воздуха, на струю расплавленного материала и образованием при этом элементарных волокон. Устройства для реализации последнего способа отличаются простотой конструкции, требуют меньших затрат энергии, но не обеспечивают высокого качества волокна и готовых изделий - холстов, которые образуются при осаждении волокна на конвейерные устройства.
Известно волокнообразующее устройство [1], содержащее раздувочную головку, выполненную как сборный корпус с центральным отверстием для ввода струи расплавленного материала, рабочее сопло, камеру распыления и камеру волокнообразования состыкованную с эжектором, проточная часть которого имеет кольцевое щелевое сопло для выхода энергоносителя в атмосферу и образована внутренней поверхностью кольцевого профиля и наружной поверхностью камеры волокнообразования.
Недостатком такого волокнообразующего устройства является низкое качество получаемого волокна, выражающееся в изменении диаметрального размера элементарных волокон при изменении физических свойств расплавленного материала и низкое качество образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в неравномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста вследствие невозможности управления процессом волокнообразования без изменения конструкции раздувочной головки.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является волокнообразующее устройство [2], выполненное в виде дутьевой головки, включающее корпус с внутренней кольцевой полостью, соединенной с патрубком для ввода энергоносителя, крышку с отверстием в виде сопла для выхода струи расплавленного материала, центральный канал переменного сечения для ввода струи расплавленного материала, кольцевое сопло для выхода энергоносителя в атмосферу, досопловую и подсопловую камеры, стакан с отверстиями в донышке и стенках, присоединенный к основанию фильерного питателя и корпусу головки и образующий с крышкой камеру разрежения.
Недостатком такого волокнообразующего устройства также является низкое качество получаемого волокна, выражающееся в изменении диаметрального размера элементарных волокон при изменении физических свойств расплавленного материала и низкое качество образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в неравномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста вследствие невозможности управления процессом волокнообразования без изменения конструкции раздувочной головки.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества получаемого волокна при вариации вязкости и поверхностного натяжения расплавленного материала, выражающееся в уменьшении содержания неволокнистых включений и стабилизации диаметрального размера элементарных волокон, а также повышение качества образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в обеспечении равномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста.
Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известном волокнообразующем устройстве, содержащем установленную соосно соплу для выхода струи расплавленного материала в направлении ее движения раздувочную головку с внутренней кольцевой полостью, сообщающейся с подводящими каналами, соединенными с источником энергоносителя и кольцевым соплом для выхода энергоносителя в атмосферу, а также центральным каналом переменного сечения для ввода струи расплавленного материала, один из подводящих каналов выполнен тангенциально к внутренней кольцевой полости, а второй - радиально к ней и они соединены с источником энергоносителя через регулируемые дроссели, что позволяет изменяя сопротивление дросселей при отладке устройства изменять степень закрутки потока энергоносителя во внутренней кольцевой полости и на выходе его из кольцевого сопла в атмосферу, изменяя за счет этого угол факела распыления получаемого волокна до оптимального, при котором обеспечивается получение волокна лучшего качества. Раздувочная головка установлена с возможностью совершения качательных движений в двух центрах, ось которых проходит перпендикулярно оси кольцевого сопла в месте наименьшего сечения центрального канала, что позволяет повысить качество образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в обеспечении равномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста и минимизации вероятности касания и прилипания струи расплавленного материала к стенкам центрального канала раздувочной головки. Раздувочная головка имеет возможность регулировочных перемещений в продольном направлении относительно сопла для выхода струи расплавленного материала, что позволяет повысить качество получаемого волокна при вариации вязкости и поверхностного натяжения расплавленного материала, выражающееся в уменьшении содержания неволокнистых включений и стабилизации диаметрального размера элементарных волокон за счет установки в процессе отладки устройства рационального расстояния L между соплом для выхода расплавленного материала и раздувочной головкой.
При оценке соответствия комплекса новых признаков волокнообразующего устройства критерию "существенные отличия" по доступным авторам и заявителю, информационным источникам, в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обнаружить не удалось.
На фиг.1 приведена конструктивная схема волокнообразующего устройства, на фиг.2 - сечение раздувочной головки, проходящее через оси подводящих каналов, а на фиг.3 - вид на волокнообразующее устройство в направлении продольном оси качания раздувочной головки.
Волокнообразующее устройство содержит закрепленное на базовом элементе 1 сопло 2 для выхода струи 3 расплавленного материала 4. Соосно соплу 2 размещена раздувочная головка 5, которая имеет внутреннюю кольцевую полость 6 сообщающуюся с подводящими каналами 7 и 8 и кольцевым соплом 9 для выхода энергоносителя в атмосферу, а также центральный канал 10 переменного сечения для ввода струи 3 расплавленного материала. Один из подводящих каналов 7 выполнен тангенциально к внутренней кольцевой полости 6, а другой - канал 8, радиально к ней. Каналы 7 и 8 соединены с источником энергоносителя, например сжатого воздуха или пара, через регулируемые дроссели 11 и 12. Раздувочная головка 5 установлена в двух центрах 13 и 14 с возможностью совершения качательных движений вокруг их общей оси проходящей перпендикулярно оси кольцевого сопла 9 в месте наименьшего сечения центрального канала 10. Центра 13 и 14 закреплены с возможностью перемещения в осевом направлении на корпусе 15, который установлен на закрепленных в базовом элементе 1 скалках 16 с возможностью регулировочных перемещений вместе с раздувочной головкой 5 в продольном направлении относительно сопла 2 для выхода струи расплавленного материала. Винты 17 необходимы для фиксации расстояния L между соплом 2 и раздувочной головкой 5. Привод механизма качания раздувочной головки 5 может быть выполнен в виде размещенного между корпусом 15 и раздувочной головкой 5 пневмоцилиндра 18, соединенного с низкочастотным генератором пневматических колебаний 19 и пружины 20.
Волокнообразующее устройство работает следующим образом. Поток энергоносителя, например сжатого воздуха или пара, через регулируемые дроссели 11, 12 и подводящие каналы 7, 8 поступает во внутреннюю кольцевую полость 6 раздувочной головки и через кольцевое сопло 9 истекает в атмосферу. Одновременно, через сопло 2 под действием гидростатического или избыточного давления, а также под действием разрежения в центральном канале переменного сечения 10, создаваемого при выходе потока энергоносителя в атмосферу, истекает струя расплавленного материала 3. На выходе из раздувочной головки 5 при встрече с истекающим из кольцевого сопла 9 потоком энергоносителя струя расплавленного материала 3 расщепляется на элементарные волокна с образованием факела, имеющего центральный угол γ. Волокно осаждается на транспортирующее устройство образуя холст переплетенных между собой элементарных волокон (условно не показано). Основными технологическими параметрами процесса волокнообразования, которые влияют на качество получаемого волокна являются вязкость и поверхностное натяжение расплавленного материала в зоне встречи струи расплавленного материала с потоком энергоносителя, а также направление потока энергоносителя в этой зоне. Вязкость и поверхностное натяжение расплавленного материала определяются физико-химическими свойствами исходного сырья и температурой струи, которая уменьшается с увеличением расстояния L между соплом 2 и раздувочной головкой 5. В процессе отладки волокнообразующего устройства, выполняя регулировочные перемещения раздувочной головки 5 в продольном направлении относительно сопла 2, для выхода струи расплавленного материала имеется возможность определения рационального расстояния L, при котором обеспечивается получение волокна лучшего качества. Направление потока энергоносителя истекающего из кольцевого сопла 9 в зоне встречи его со струей расплавленного материала 3 определяется степенью закрутки потока во внутренней кольцевой полости 6, которая вычисляется как тангенс угла между осевой и тангенциальной проекциями скорости потока энергоносителя на выходе его из кольцевого сопла и равна половине угла факела γ. Изменяя сопротивление дросселей 11 и 12 в процессе отладки устройства имеется возможность изменять направление потока энергоносителя до рационального значения, при котором обеспечивается получение волокна лучшего качества. О степени закрутки потока судят по величине угла факела γ. Например, при получении волокна из полиэтилентерефталата при температуре расплавленного материала перед выходом из сопла 2 в пределах от 240 до 260°С, с помощью предлагаемого волокнообразующего устройства при полностью закрытом дросселе 11, когда закрутка потока отсутствовала, γ=22…25 град, а при полностью закрытом дросселе 12 - когда закрутка потока была максимальной - γ=30…35 град. Волокно наилучшего качества получено при γ=25…30 град. В процессе работы волокнообразующего устройства шток пневмоцилиндра 18 совершает возвратно-поступательные движения с частотой 0,5…1 Гц, что обеспечивается периодической подачей в его рабочую полость сжатого воздуха от низкочастотного генератора пневматических колебаний 19, состоящего из струйного элемента системы «Волга», двух пневматических камер, дросселей и усилителя ПФ-57-21 (на фиг.3 не показаны). При этом раздувочная головка 5 и факел образованных элементарных волокон 21 совершают качательные движения в центрах 13 и 14 в направлении перпендикулярном движению транспортирующего устройства (условно не показано), обеспечивая равномерность осаждения волокон по ширине и толщине образующегося холста. В опытном образце волокнообразующего устройства центральный угол качания раздувочной головки составлял 12 градусов.
Таким образом, предлагаемое волокнообразующее устройство позволяет повысить качество получаемого способом раздува струи расплавленного исходного материала потоком энергоносителя штапельного волокна и изделия из него - холста из переплетенных между собой элементарных волокон за счет управления процессом волокнообразования в процессе отладки и работы устройства. Техническая воспроизводимость устройства и результаты его работы подтверждены испытаниями опытного образца.
Источники информации
1. А.с. №1675234 (СССР), МПК С03В 37/06. Волокнообразующее устройство / Корницкий Л.И., Яковлев А.И., Хизгияев Б.И., Асадулаев У.А. Опубл. в БИ №33, 1991.
2. А.с. №1435552 (СССР), МПК С03В 37/06. Дутьевая головка к фильерному питателю /Печеный Н.И., Братухин Н.Э., Гаврилюк В.П., Коновалов Н.Г., Примаченко Г.А. Опубл. в БИ №41, 1988.