Способ непрерывной жидкостной обработки длинномерного материала и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ непрерывной жидкостной обработки длинномерного материала заключается в его нагреве, темлерировании и охлаждении. Нагрев и охлаждение материала в жидкости осуществляют при градиенте 18-34°С/м в интервале температур, верхний предел которых соответствует температуре темперирования, а нижний лежит в диапазоне от комнатной до температуры кипения жидкости при атмосферном давлении. Темперировэние осуществляют при 105-200°С. Устройство для осуществления способа содержит обогреваемую жидкостную камеру с направляющими роликами, средство подачи и отвода обрабатываемого материала и обрабатывающей жидкости, герметизирующие затворы. Последние выполнены в виде темперирующих труб, соединенных с жидкостной камерой и расположенных под углом 60-90° к горизонтали . Устройство имеет заправочные элементы в виде тросов и прижимной планки. 2 с и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

coIo3 сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 0 01 0 13/00

ГОСУДАРСТВЕН.ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851353/12 (22) 16.07.90 (46) 30.05.93. Бюл, М 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических волокон (72) В.Ф.Исаков, Р.Г.Коровицын, С.А.Иванов, Л.Е.Гульцев и В.А.Ресина (56) Непрерывное крашение материалов под давлением, Inter, Dyer, à Text. PrInter, 1975, vol.154, М 9, р,497 — 498. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

О СУЩЕ СТВЛ Е Н И Я (57) Сущность изобретения: способ непрерывной жидкостной обработки длинномерного материала заключается в его нагреве, темперировании и охлаждении. Нагрев и охИзобретение относится к производству длинномерных материалов, преимущественно химических волокон, нитей и пленок, в частности к способам и оборудованию для вытягивания и отделки жгутов, нитей и пленок после их формования.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей при одновременном повышении производительности. Нагрев и охлаждение материала осуществляют при градиенте 1,8 — 34 С/м в интервале температур, верхний предел которых соответствует температуре темперирования, а нижний лежит в диапазоне от комнатной до температуры кипения жидкости при атмосферйом давлении, при этом

„; . Ж ÄÄ 1818367 А1 лаждение материала в жидкости осуществляют при градиенте 18 — 34 С/м в интервале температур, верхний предел которых соответствует температуре темперирования, а нижний лежит в диапазоне от комнатной до температуры кипения жидкости при атмосферном давлении, Темперирование осуществляют при 105 — 200 С. Устройство для осуществления способа содержит обогреваемую жидкостную камеру с направляющими роликами, средство подачи и отвода обрабатываемого материаЛа и обрабатывающей жидкости, герметизирующие затворы, Последние выполнены в виде темперирующих труб, соединенных с жидкостной камерой и расположенных подуглом 60 — 90 к горизонтали. Устройство имеет заправочные элементы в виде тросов и прижимной планки. 2 с и 2 з.п. ф-лы, 4 ил. и темперирование осуществляют при 105- О

200 С.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для непрерывной жидкостной О обработки длинномерного материала со- 4 держит обогревательную жидкостную камеру с направляющими роликами, средства подачи и отвода обрабатываемого материала и обрабатывающей жидкости, герметизирующие затворы. При этом оно дополнительно содержит заправочные элементы, расположенные внутри камеры и герметизирующих затворов, при этом последние выполнены в виде темперируемых труб, соединенных с жидкостной камерой и расположенных под углом 60-900 к горизон1818367 тали. Заправочные элементы выполнены в виде двух тросов и закрепленной между ними планки для зажима обрабатываемого материала, а направляющие ролики имеют ограничительные буртики с пазами, через которые протянуты тросы.

На фиг.1 изображена схема размещения основных узлов устройства; на фиг.2— схема расположения направляющих роликов в; на фиг.3 — схема устройства с тремя жидкостными камерами; на фиг.4— схема использования двух устройств.

Устройство содержит обогреваемую жидкостную камеру 1, снабженную, например, рубашкой обогрева 2 и температурными трубами 3, также снабженными рубашками обогрева 4, разделенными на температурные зоны. Трубы 3 вверху могут быть соединены общей ванной 5, оснащены перегородками 6 со щелями 7 для прохождения материала, затрудняющими перемешивание жидкости в трубах 3. Для облегчения прохождения дефектнога материала (с узлами, утолщениями и т.n.) перегородки 6 могут быть подпружинены пружинами 8. Внутри камеры 1 установлены направляющие ролики 9 со сдвоенными ограничительными буртиками 10, между которыми размещены заправочные элементы, например, в виде двух тросов 11 и закрепленной между ними зажимающей материал планки 12, Выше труб 3 и общей ванны 5 расположены средства для подачи и отвода обрабатываемого длинномерного материала 13, например, в виде вытяжных станов 14 сроликами,,а также чатяжные ролики 15 для заправочных тросов 11. В качестве последних могут быть использованы полимерные или металлические тросы, жилки и т.п, Темперируемые трубы 3 и камера 1 заполнены технологической жидкостью, например, водой, растворами солей, эмульсией, дисперсией красителей и отделочных веществ и т.п. па типу сообщающих сосудов, при этом верхний уровень жидкости в трубах 3 находится под атмосферным давлением, а жидкость в трубах выполняет роль гидрозатвора для камеры 1, Чем больше высота столба жидкости h в трубах 3, тем больше давление на жидкость в камере 1 и тем выше температура кипения жидкости в ней, Трубы 3 могут быть расположены вертикально (перпендикулярно камере 1) или пад углом а к горизонту. Изменение угла а позволяет при той же величине высоты столба жидкости h увеличить длину I>p труб

3 и длину!» камеры 1 и соответственно увеличить продолжительность обработки материала. Однако изменять угол меньше 60"

55 нецелесообразно. т.к, осложняется заправка и эксплуатация устройства, а также из-за большой длины 4р труб 3 резко возрастает сопротивление жидкости материалу и ухудшается его качество.

Количество устройств в составе, например, агрегата для получения волокна, может быть различно. На фиг.4 показан, в частности, вариант размещения двух устройств в составе штапельного агрегата, При этом в первом устройстве осуществляют крашение жгута на проходе, а во втором — вытягивание и отмывка избыточного красителя. В та же время в составе одного агрегата можно испольэовать и одно устройство, на с 2 или 3 жидкостными камерами, размещенными одна под другой (см,фиг.3), В этом случае одна и та же технологическая жидкость может быть в разных камерах 2, на с разной температурой, например, - 100 С в верхней, 120 С в средней и 145 С в нижней, Изменяя схему проводки длинномерного материала по этим камерам, мы можем изменить условия вытягивания и обеспечить вытягивание как ориентационное (в 3 — 5 раз), так и неориентационное (в 3 — 100 раз), Применение предлагаемых устройств при крашении позволяет интенсифицировать не только сам процесс крашения, но и процесс отмывки (удаления) избыточного красителя со жгута. Например, как показано на фиг,4, на первом устройстве осуществляют крашение ткани, а ва втором — ее отмывку, Поддержание заданной температуры обработки в камере 2 обеспечивают за счет подвода энергии через нагреватели 2 и 4, также высоты h столба жидкости в трубах.

Устройство работает следующим образом.

Заполняют технологической жидкостью камеру 1 и трубы 3 на высоту h, обеспечивающую необходимую температуру кипения этой жидкости в камере 1. Включают обогрев камеры 1 и необходимых зан труб 3. В верхних зонах труб 3 при необходимости через рубашку обогрева 4 можно подавать охлаждающий реагент, а внутрь труб 3 сверху через ванну 5 подавать технологическую жидкость. Таким путем обеспечивают заданную для нижнего предела температуру нагрева и охлаждения в трубах 3. При подаче в трубы 3 нагретой технологической жидкости (при этом одновременно осуществляют подпитку ее в устройство) и в рубашку 4 горячего теплоносителя достигают условий, при которых технологическая жидкость кипит при атмосферном давлении, В трубах 3 создают избыточное давление и температура кипения

1818367 технологической жидкости становится значительно выше, чем на входе в трубу 3.

Длинномерный материал 13 подают с помощью транспортирующих элементов 14, например роликов вытяжного стана, к устройству, Для этого закрепляют конец материала 13 с помощью зажимной планки 12 к заправочным тросам 11, которые натягивают и перемещают с помощью роликов 15 через трубы 3 и по направляющим роликам

9 с ограничительными бортиками 10 через камеру 1. Далее материал 8 выводят из трубы 3, отсоединяют от планки 12 и заправляют на транспортирующие ролики 14, а далее по назначению на другие операции. Проходя непрерывно через технологическую жидкость, материал 13 получает соответствующую обработку при заданной температуре от 105 до 200 С (например, вытягивание, крашение, термофиксация, отмывка, модификация и т.д).

При крашении, отмывке, термофиксации можно пропускать через устройство по несколько (и) длинномерных материалов, заправляемых одновременно. В этом случае соответственно увеличивают количество направляющих роликов (фиг.1).

Способ непрерывной обработки длинномерного материала в жидкости осуществляют следующим образом.

Материал (жгутик, волокно, ткань) с помощью транспортирующих элементов подают в обогреваемую трубку 1-ого герметизирующего затвора, где его нагревают в интервале температур, при этом нижний предел изменяют от комнатной до температуры кипения жидкости при атмосферном давлении. Верхний предел соответствует температуре темперирования (105-200 С). В качестве жидкости (в зависимости от операции) используют воду или растворы красителей, или растворы солей.

Далее материал поступает на стадию темпе рирования, которую осуществляют при 105—

200 С, Затем материал охлаждают от температуры темперирования (105 — 200 С) да температуры в интервале от комнатной до температуры кипения жидкости при атмосферном давлении, Нагрев и охлаждение осуществляют с градиентом 1,8 — 34 С/м.

Такая обработка материала позволяет осуществлять ориентационное вытягивание (в 3-5 раз), неориентационное вытягивание (в 3 — 100 раз), крашение с последующей отмывкой.

Пределы градиента обусловлены следующими условиями. Нижний предел (1,8 С/м) обусловлен предельными углом наклона труб гидрозатвора (60 С) и перепадом температур кипения жидкости при разных давлениях (99 — 100 С с одной стороны и

105 — 200 С вЂ” с другой). При использовании в качестве теплоносителя одной и той же жидкости и в камере, и в гидрозатворах, реали5 зация градиента Гн меньше 1,8 С/м невозможна, Его можно достичь только использованием разных теплоносителей на разных высотах труб гидрозатворов, что значительно усложняет процесс и оборудо10 вание, или увеличением угла наклона труб гидрозатвора менее 60О. Последнее ведет к удлинению камер термостатирования и длин труб и увеличению энерго- и металлоемкости без улучшения технологического

15 процесса.

Верхний предел (34 С/м) обусловлен а=90 и нижним пределом (20 С) начала нагрева материала в жидкости, Увеличение

Гн>34 С/м в этом случае возможно только

20 при усложнении конструкции труб гидрозатвора, препятствующем перемешиванию слоев жидкости или различных жидкостей и созданию дополнительно сложной системы нагрева жидкостей на разных высотах, что

25 экономически и технически крайне сложно, а технологически необоснованно, так как не позволяет улучшить показатели волокна и ведет к большим энерго- и металлозатратам, 30 Примеры осуществления способа.

Пример 1 (сравнительный по прототипу для вытягивания). На вытяжном стенде вытягивают полиэфирный жгутик с элементарной линейной плотностью (одиночной)

35 нити 3,1 текс в кипящей воде (температура в жидкостной камерен =90 С при атмосферном давлении 740 мм рт.ст.), длина жидкостной камеры 1 = 2,5 м, скорость подачи жгутика в камеру V=5 мlмин.

40 Максимальная кратность неориентационного вытягивания 1:6. После ориентационного вытягивания при максимальной кратности 1:3 и температуре пластины— утюга 120 С получено волокно лавсан 0,32 текс, показатели которого следующие:

45 Разрывная прочность, гс/текс 37.3

Разрывное удлинение, $ 49,1

При повышении скорости подачи жгутика в камеру при выбранных кратностях наблюдаются обрывы.

50 Пример 2. Полиэфирный жгутик с элементарной линейной плотностью нити . 3,1 текс нагревают в первой трубе герметизирующего затвора от 20 С до 105 C в воде, Градиент нагрева (Гн) при длине трубы за55 твора imp =2,5 м составляет 34ОС/м, Угол наклона (а) этой трубы 90 . Нить поступает в трубу со скоростью V=5 м/мин. Далее нить подвергают темперированию в воде при

1818367

105 С. Длина камеры темперирования ly=-1 м. Неориентационная кратность вытягивания 1:6, затем нить поступает в трубу второго гидрозатвора, где ее охлаждают до комнатной температуры (20 С), Угол а=90, 5

Igp =2,5 м, После ориентационного вытягивания при кратности 1:3 и температуре пластины

120 С получено волокно лавсан 0,35 текс со 10 следующими показателями:

Разрывная прочность, кг/текс 45,3 гс/текс

Разрывное удлинение, 43,1

Пример 3. Аналогичен примеру 2, но 15 скорость подачи нити в трубу первого гидроэатвора V=20 мlмин и температура в верхней части трубы 1 и 2 гидрозатворов 60 С, Градиент нагрева и охлаждения (Гн) составляет 18 С/м. Получено волокно 0,33 текс, 20 имеющее следующие показатели:

Разрывная прочность, гс/текс 56,1

Разрывное удлинение, 35,1

Пример 4. Аналогичен примеру 3, но температура в верхней части труб гидрозат- 25 воров "оответствует температуре кипения (99 С) воды при атмосферном давлении 740 мм рт,ст, Скорость подачи нити в 1-ю трубу

V=20 м/мин, градиент Гн = 2,4 С/м, кратность неориентационного вытягивания 30

1;14,кратность ориентационного вытягивания при температуре пластины 120 С равнялась 1;3, Получено значительно более тонкое волокно 0,08 текс 35

Разрывная прочность, гс/текс 42,4

Разрывное удлинение, 7 41,7

Пример 5. Аналогичен примеру 4, но ь = 120 С, угол наклона й-" 60 Iтр =- 11,8 м, Ip=12,4 м, градиент нагрева и охлаждения 40

Гн =1,8О С/м, V= 20 м/мин. Кратность неориентационного вытягивания 1:50, а ориентационного при 1емпературе пластины

120 С = 1:2,5. Получено сверхтонкое волокно 0,02 текс с прочностью 43,3 гс/текс и 45 удлинением 40,9 .

Пример 6 (сравнительный по прототипу для ориентационного вытягивания). На вытяжном стенде вытягивают в одну стадию 50 полиэфирный жгутик с элементарной линейной плотностью (одиночной) нити 1,1 текс. Скорость подачи жгутика в камеру

V=20 м/мин, ТИХ=99 С (атмосферное давление 740 мм рт.ст.), lk = 2,5 м, теплоноситель 55 — вода, максимальная кратность ориентационного вытягивания 1:4,6. Получено волокно 0,33 текс с прочностью 47,1 гс/текс, и удлинением 46,1 .

Аналогичные показатели получены и в

767-ном растворе СаС12 в воде при 99 и

150 С, Пример 7. Полиэфирный жгутик с элементарной линейной плотностью нити

1,1 текс нагревают в 1-м герметизирующем затворе от 20 до 200 С. Скорость подачи жгутика в затвор V=30 мlмин, а=-60, Izp =

=11,8 м. Градиент нагрева (Гн) = 15,3 С/м.

Далее нити подвергаются темперированию при 200 С в жидкости (76% раствор Са С!2, в воде). Эта же жидкость, но с температурой от 20 до 200"С находится и в 1-й и 2-й герметиэирующих трубах, 1 =12,4 м, Затем нить поступает в трубу 2-ro гидроэатвора, где ее охлаждают до комнатной температуры, при этом О=60", 1тр = 11,8 м, ГH = 15,3 С/м.

При кратности ориентационного вытягивания в одну стадию 1:5,7 получено волокно 0,33 текс с прочностью 65,1 гс/текс; с удлинением 2 1,2 .

Пример 8 (сравнительный по прототипу для крашения). На стенде невытянутую полиэфирную нить окрашивают при тих=99 С в жидкостной камере (1 =2,5 м, V=15 м/мин), содержащей краситель дисперсол прочнорубиновый BT в количестве 10 г/л. После ориентационного вытягивания в 4,2 раза при температуре пластины 140 С получено окрашенное волокно 0,33 текс с прочностью

39,1 гс/текс, удлинением 48,1% и содержанием красителя в волокне 0,58 х 10; г красителя/-волокна. При повышении скоро. сти подачи нити в камеру содержание красителя в волокне снижается.

Пример 9. Невытянутый полиэфирный жгутик с элементарной линейной плотностью одиночной нити 1,1 текс нагревают в

1-м герметиэирующем затворе от 20 до

1 15 С, !тр=7,2 м; а = 90, скорость подачи нити в трубу V-30 м/мин. Градиент нагрева (Гн)=11,8 С/м, Далее нить подвергают темперированию при тих=115 С и I<=2 м. Затем нить поступает в трубу 2-го гидроэатвора, где ее охлаждают до комнатной температуры (20 С,leap = 7,2 м, а=90, Гн=-11,8"С/м).

Камера и трубы гидрозатворов заполнены красителем дисперсол прочно-рубиновый

ЦТ в воде в количестве 10 г/л, После ориентационного вытягивания в 4,2 раза при температуре пластины 140 С получено окрашенное волокно 0,33 текс с разрывной прочностью 45,3 гс/текс, удлинением

41,3, содержание красителя 2,2 х 10 " г красителя/ r волокна, Пример 10 (сравнительный по прототипу}. На лабораторном макете устройства полиэфирную ткань подвергают крашению при 115 С, скорость подачи материала в ус1818367 тройство 0,5 м в 1 мин. Концентрация дисперсного синего красителя для полиэфиров

3 ПЭФ в камере 5 г/л, Содержание красителя в ткани 2,5%. При увеличении скорости подачи материала в камеру снижается содержание красителя в материале. Заправка двух или трех ленточек ткани через макет невозможна.

Пример 11. Полиэфирную ткань нагревают в 1-м герметизирующим затворе от

20 до 115"С при скорости ввода материала в трубу V=30 м/мин, 1тр = 7,2 м, а =90, Гн =

=-11,8 С/м, Далее нить темперирует при

115 С в камере, ly=2 м. Затем нить поступает в трубу 2-го гидрозатвора, где ее охлаждают до 20 С, а =900, Гн = 11.8 "С/м. 1тр =

7,2 м. Трубы и камера заполнены красителем дисперсный синий для полиэфиров

ЗПЭФ при концентрации 5 г/л воды.

Окрашенная ткань содержит краситель

2,7%, При установке дополнительных направляющих роликов в жидкостной камере удалось одновременно пропустить через красильную ванну три образца ткани; что в

3 раза повысило производительность устройства по сравнению с прототипом, Содержание красителя в этом случае составило

2,50

Преимущества заявляемого способа и устройства по сравнению с прототипом следующие: расширены технологические возможности, т,к. в одной и той же камере можно при 105-200 С (интервал шире, чем в прототипе) не только красить ткани (как в прототипе), но и осуществлять вытягивание, в том числе и в несколько стадий, крашение, как тканей, так и невытянутых и вытянутых жгутов или нетканых материалов, отмывку, термофикацию и обработку длинномерных материалов различными веществами. При этом все операции проводят при непрерывном движении материала через ванну (камору); повышена точность поддержания температуры в камере (до + 0,1 С) за счет заданной величины уровня столба жидкости; расширен ассортимент готовой продукции, т.к, в таких устройствах можно получать различные волокна по линейной плотности, цвету и др. свойствам; повышена производительность при крашении, вытягивании, термообработках íà 50% и выше как за счет повышения скорости прохождения материала по камере, там и за счет увеличения количества одновременно обрабатываемых жгутов, материалов, имеется возможность интенсифицировать процесс обработки как за счет повышения температуры обработки

5 (до 200 С), увеличения продолжительности обработки (за счет увеличения длины нити в трубах и камере). так и совмещения разных операций (крашения и вытягивания, вытягивания и термофиксации и т.д); упрощена

10 конструкция герметизирующих элементов устройства и их обслуживание за счет использования в герметизирующих элементах принципа гидрозатвора.

Формула изобретения

15 1. Способ непрерывной жидкостной обработки длинномерного материала, характеризующийся его нагревом, темперированием и охлаждением, о т л и ча ю шийся тем, что, с целью расширения

20 технологических возможностей при одновременномм повышении производительности. нагрев и охлаждение материала осуществляют при градиенте 1,8 — 34 С/м в интервале температур, верхний предел ко25 торых соответствует температуре темперирования, а нижний лежит в диапазоне от комнатной до температуры кипения жидкости при атмосферном давлении, при этом темперирование осуществляют при 105—

30 200 С, 2. Устройство для непрерывной жидкостной обработки длинномерного материала, содержащее обогревательную жидкостную камеру с направляющими ро35 ликами, средства подачи и отвода обрабатываемого материала и обрабатывающей жидкости, герметизирующие затворы, о т ли ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит заправочные элементы, располо40 женные внутри камеры и герметизирующих затворов, при этом последние выполнены в виде темперируемых труб, соединенных с жидкостной камерой и расположенных под углом 60 — 90 к горизонтали, 45 3. Устройство поп.2, отл и ч а ю щеес я тем, что заправочные элементы выполнены в виде двух тросов и закрепленной между ними планки для зажима обрабатываемого материала.

50 4. Устройство по пп.2 — 3, о т л и ч а ю ще е с я тем, что направляющие ролики имеют ограничительные буртики с пазами, через которые протянуты тросы.

1818367

Составитель B.Èñàêîâ

Текред M,Ìîðãåíòàë Корректор H.Êîðîëü

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патен ", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1927 Тираж Подписное

ВНИИПИ-Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., 4/5