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

Полезная модель относится к установкам для изготовления волокнисто-пористых элементов из нетканых материалов путем переработки полимерных материалов, преимущественно для изготовления плоских фильтрующих элементов.
Известна установка для изготовления листовых 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 полимерного материала 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 листовых 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-пористых элементов, 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-пористых элементов выполнен в виде установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения стола, включающего последовательно соединенные между собой ленточный транспортер, узел протяжки волокнисто-пористого элемента, узел обрезки волокнисто-пористого элемента и приемный стол, причем ленточный транспортер расположен под форсунками головки экструдера, его бесконечная лента натянута между валками с образованием плоской поверхности и над бесконечной лентой с возможностью перемещения вдоль нее расположен узел прикатки экструдированного на бесконечную ленту волокнистого материала, выполненный в виде установленного на каретке с возможностью вращения валика.
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.
В ходе проведенного исследования было выявлено, что путем организации управляемого процесса подачи волокнистого материала на оправку представляется возможным формировать волокнисто-пористые элементы, в том числе фильтрующие
элементы, с заранее заданной величиной пор. 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 бесконечную ленту транспортера дает возможность формировать волокнисто-пористые элементы с несколькими различными по величине пор слоями. Выполнение коллектора с электрическими нагревателями дает возможность путем отключения последних перекрывать застывшим полимерным материалом коллектор или какую-либо из форсунок и тем самым отключать подачу волокнистого материала в несколько форсунок или через форсунку того или иного сопла. Регулируя с помощью регулятора расхода подачу полимерного материала 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. Выполнение бесконечной ленты с гладкой плоской или профилированной, например волнистой поверхностью, дает возможность формировать как плоские, так и профилированные, например гофрированные, волокнисто-пористые элементы.
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 листовых 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 (предпочтительно четыре) форсунки 9, каждая из которых выполнена в виде расположенного по оси форсунки 9 и сообщенного с одним из выходных отверстий 7 коллектора 3 сопла 10с установленным на входе в сопло 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 установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения стола 16, включающего последовательно соединенные между собой ленточный транспортер 17, узел 18 протяжки волокнисто-пористого элемента, узел 19 обрезки волокнисто-пористого элемента и приемный стол 20, причем ленточный транспортер 17 расположен под форсунками 9 головки 2 экструдера 1, его бесконечная лента 21 натянута между валками 22 с образованием плоской поверхности и над бесконечной лентой 21 с возможностью перемещения вдоль нее расположен узел 23 прикатки экструдированного на бесконечную ленту 21 волокнистого материала, выполненный в виде установленного на каретке 24 с возможностью вращения валика 25.
В сопле 13 для подачи сжатого воздуха установлен лопаточный завихритель 26 потока сжатого газа.
Электрические нагреватели 8 и 15 подключены к источнику электрической энергии с возможностью выборочного включения и выключения.
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 расположенную под соплами 10 поверхность бесконечной ленты 21. Находясь под соплами 10 бесконечная лента 21 перемещается вместе со столом 16 в поперечном направлении относительно продольной оси цилиндрического коллектора 3, причем величина поперечного хода определяет ширину будущего листа волокнисто-пористого элемента, а максимально возможная ширина волокнисто-пористого элемента определяется шириной бесконечной ленты 21. После прохождения под форсунками 6 на заданную величину хода в поперечном направлении бесконечная лента 21 смещается в продольном направлении на заданную величину хода, а стол 16 перемещается в поперечном направлении под
форсунками 9 в обратном поперечном направлении. Таким образом путем продольного и поперечного перемещения под форсунками 9 бесконечной ленты 21 формируются слои волокнисто-пористого элемента с постепенным наращиваем его толщины до заданного уровня, при этом 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 бесконечной ленты 21 (в случае равномерного ее осевого и поперечного перемещения под форсунками 9).
Взаимодействие полимерных волокон с закрученным потоком сжатого воздуха одновременно обеспечивает поддержание такого температурного режима, при котором расплав, достигая формующей поверхности бесконечной ленты 21, охлаждается настолько, что сохраняет формоустойчивость нити и, вместе с тем, способность соединяться (свариваться) нитям между собой в местах их контакта. Попадая на формующую поверхность бесконечной ленты 21 и соединяясь между собой, полимерные волокна образуют на ней равномерное по толщине и свойствам покрытие в виде листа, имеющего волокнистую пористую структуру, придающую ей фильтрующие и теплоизоляционные свойства. Толщина и плотность стенки регулируется скоростью осевого перемещения бесконечной ленты 21 и стола 16 относительно сопла или сопел 10 (в зависимости от режима подачи полимерного материала). Сформированная поверхность волокнисто-пористого элемента в виде листа прикатывается валиком 25 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 попеременной подачи полимерного материала в сопла 10 получать многослойные волокнисто-пористые элементы со слоями волокнистого материала, имеющими различную структуру пор, и, следовательно, различную фильтрующую или теплоизоляционную способность. С бесконечной ленты 21 сформированный бесконечный лист волокнисто-пористого элемента поступает в узел 18 протяжки, который подает лист в узел 19 обрезки для получения листа заданной длины. Из узла 19 обрезки отрезанные листы волокнисто-пористого элемента поступают на приемный стол 20, с которого готовые листы снимаются и упаковываются для транспортировки потребителю.
Настоящая полезная модель может быть использована в химической и других отраслях промышленности для изготовления листовых волокнисто-пористых элементов, в том числе фильтрующих или теплоизоляционных элементов из нетканого полимерного материала.