Способ получения волокнистого материала

 

Изобретение относится к способам получения волокнистого материала. Сущность изобретения заключается в том, что после резки жгута волокон каждый волокнистый слой формируют из отдельных прядок, при этом каждую прядь укладывают последовательно одну рядом с другой со смещением. 3 ил.

Изобретение относится к области переработки химических волокон и нитей, в частности к способу получения волокнистого материала, используемого в производстве нетканых полотен для синтетической кожи, линолеума, фильтpматериалов и т.п. а также в производстве волокнистой пряжи и может быть реализовано в химической, текстильной и легкой промышленности.

Известны различные способы получения волокнистых материалов - механический, аэродинамический, электростатический и гидравлический [1] Указанные способы позволяют перерабатывать волокнистое сырье только определенных геометрических размеров. Так при аэродинамическом способе можно перерабатывать волокна длиной 25-90 мм и линейной плотности не менее 0,1 текс.

При электростатическом и гидравлическом способах перерабатывают только короткие волокна (1-10 мм). Эти способы крайне ограничены и приемлемы для узких ассортиментов волокнистых материалов.

Известен также механический способ получения волокнистых материалов. Такая технология получения волокнистого материала определяет недостатки данного способа: для переработки можно использовать волокно только со строго ограниченной длиной резки, переход с одного вида сырья на другой сопровождается длительным остановом для переналадки машины; при этом ограничен ассортимент перерабатываемого сырья и выпускаемых волокнистых материалов (нельзя перерабатывать волокно с длиной резки менее 30 мм и более 130 мм, смеси волокон с разными длинами резки, например 35 и 70 или 70 и 110 мм одновременно, нельзя получать малоразвесные менее 200 г/м² равномерные холсты, перерабатывать тонкие (менее 0,1 текс) и грубые (более 10 текс) волокна, жгутовое волокно непосредственно в процессе нормирования холста и получать из этих волокон разнообразные волокнистые материалы; требуется сложное металло- энергоемкое и громоздкое оборудование, которое часто выходит из строя из-за огромного количества различных узлов (валов и игл) и забивки гарнитуры, что ограничивает его производительность.

В качестве прототипа выбран способ получения волокнистого материала [3] по которому на приемной поверхности формируют волокнистые слои материала путем наложения один на другой рядов пучков волокон, получаемых непосредственно при резке жгута. Волокна в ряду имеют одинаковую направленность и последовательно уложены по длине. При этом каждый последующий ряд смещен относительно другого на величину τ, равную: t 0,1-0,9 l_вол., где l_вол. длина волокна, и в каждом слое все ряды имеют одинаковый угол наклона по отношению к направлению движения приемной поверхности, изменяющийся в пределах от 45 до 90^o.

Недостатки этого способа следующие: каждый ряд, получаемый последовательным образованием на приемной поверхности сплошной массы волокон имеет ширину, равную длине последовательно уложенных пучков, получаемых непосредственно при резке жгута и нитей. Требуется каждый пучок волокон, выходящий из-под режущего элемента, уложить на приемную поверхность с определенной ориентацией. Это и не позволяет обеспечить высокую производительность процесса получения волокнистого материала; с другой стороны, способ не позволяет разрыхлить элементарные волокна, разделить их непосредственно после резки с целью последующей более эффективной упаковки в волокнистом материале.

Целью данного изобретения является упрощение процесса изготовления волокнистого материала при одновременном повышении производительности.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения волокнистого материала (холста) включает формирование на приемной поверхности волокнистых слоев, при этом каждый слой формируется из отдельных прядок и каждую прядь волокон укладывают последовательно одну за другой при смещении каждой пряди относительно предыдущей на величину t 0,1-0,9 l_пр., где длина пряди l_пр. (1-0,5)l_вол.·n, где l_вол. длина волокна, n количество пучков волокон, уложенных последовательно в линию по длине одно за другим. Прядь представляет собой массу волокон, имеющих одинаковую ориентацию вдоль длины пряди. Длина пряди может изменяться в пределах (1-0,5)l_вол.·n и определяется шириной расклада жгута или нити, заданной длиной резки жгута на волокна и количеством режущих элементов, размещенных вдоль уложенного жгута. Ширина, а также и длина пряди обуславливаются работой формирующего прядь механизма. В отличие от заявки [3] где ориентация ряда и волокна не совпадают, ориентация пряди и волокна полностью совпадают. Каждое волокно относительно другого в пряди может быть смещено по длине, что обеспечивает больший контакт пряди при формировании холста, а также обеспечивает компактность пряди при формировании холста и большую равномерность свойств при получении изделий. Это важно в первую очередь при формировании тонкослойных холстов. При изготовлении холстов с большой толщиной и большой поверхностной плотностью для получения в дальнейшем пряжи или нетканых материалов влияние смещения волокон относительно друг друга незначительно.

Способ получения волокнистого материала согласно изобретению осуществляется следующим образом. Непосредственно при формировании слоя (холста) волокнистого материала жгут или нить укладывают в ленту с шириной, определяющей длину пряди, и разрезают режущими элементами, размещенными в ряд параллельно раскладываемому жгуту при заданной длине волокон. Полученные при резке с одинаковой ориентацией волокон пряди удаляются из зоны резки и при сохранении ориентации пряди и волокон в пряди укладываются на приемную поверхность. Следующая прядь располагается рядом со смещением t 0,1-0,9 l_пр., и так на всю ширину приемной поверхности, затем при непрерывном движении приемной поверхности формируется весь слой. Приемная поверхность может двигаться как в одном направлении с ориентацией пряди (при последующем изготовлении пряжи или одного из слоев нетканого материала), так и в направлении, перпендикулярном к ориентации пряди (волокон). При наложении слоев с разной ориентацией получают нетканый материал.

По предлагаемому способу прядки волокон могут содержать волокна различного химического состава, профиля, линейной плотности. Неограниченна максимальная длина волокна, например от 20 мм до 100-200 мм, что расширяет преимущество данного способа.

В предлагаемом способе формируемый слой можно укладывать не только на приемную поверхность в виде транспортера, сетки, ткани, волокнистый материал, полученный известным способом, но и на прочес, получаемый, например, на агрегате АИН-1800. Это позволит повысить производительность агрегата, расширить ассортимент нетканых материалов и пряжи.

Прядки волокон получают при раскладке жгута в гофрированную ленту и резку этой массы поперек уложенного жгута и ориентации элементарных нитей. Поэтому в прядке волокна ориентированы все в одном направлении, отделены одна от другой и затем уложены на транспортерную ленту.

Пределы смещения одной прядки волокон относительно другой обусловлены следующими причинами: при t < 0,1 l_пр. и при t > 0,9 l_пр. наблюдается разрыв сплошности формируемого слоя и волокнистый материал не образуется прядки не соединяются друг с другом. При t 0,1 0,9 l_пр. каждая прядка прижата к другой и смещена относительно другой, что и обуславливает соединение всех прядок друг с другом и обеспечивает целостность материала. Уложенные на приемную поверхность прядки после уплотнения образуют сплошную ленту, которую можно перерабатывать в нетканый материал, либо в пряжу.

Пределы длины пряди определяются условием их получения при резке жгута, возможностью сохранения пряди до и при укладке на приемную поверхность холстообразующей части устройства для получения волокнистого материала.

Возможно получение материала с различным углом (α) между ориентацией волокна (или пряди) при резке и направлением отбора пряди. Обозначим sinα через коэффициент К. В этом случае при К 1 l_пр. l_вол.·n, и волокна в количестве n располагаются по длине в линию по прямой, параллельной ориентации волокон, одно за другим непосредственно. Чем шире длина раскладки жгута, больше l_вол и n (т.е. больше используется режущих элементов для резки жгута), тем больше длина пряди l_пр..

При К меньше единицы длина пряди соответственно сокращается, но при этом происходит наложение одного волокна на другое по длине, что обеспечивает повышение компактности пряди как вне приемной поверхности, так и на ней в получаемом холсте. Однако при К менее 0,5 резко возрастают энергозатраты на смещение волокон по длине относительно друг друга, а эффективность сцепления волокон в пряди не повышается и длина пряди быстро уменьшается. При К близком к нулю l_пр. l_вол. и формируется уже ряд волокон для способа [3] Таким образом, К менее 0,5 использовать нецелесообразно. Величина К более 1 невозможна, т.к. K sinα, где a угол между ориентацией волокна или пряди при резке и направление отбора пряди.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (прототип). Из нитей 70% лавсан и 30% полипропилен с элементарной линейной плотностью 0,125-0,111 текс формируют слой на приемной поверхности путем наложения одного ряда волокон на другой, полученных при резке на длину 35-40 мм непосредственно перед образованием холста. При этом волокна ориентируют вдоль образующего транспортера, а все ряды одного слоя ориентируют перпендикулярно (90^o) к направлению движения приемной поверхности. В каждом пучке допускается колебание в ориентации от основного направления ±20^o. Смещение волокон одного ряда относительно предыдущего составляет t 0,5 l_вол.. После образования 4 слоев их укладывают один на другой, чередуя с основной ориентацией на 90^o. После пробивки на иглопробивной машине получают волокнистый материал, имеющий следующие показатели: Толщина, мм 3,5 Предел прочности при растяжении, мПа 169,1 продольный 163,8 - поперечный Анизотропия 1,0 0,97 Относительное удлинение, 97 продольное 94 поперечное Анизотропия 1,0 0,96 Узким местом этого способа является получение из пучков ориентированных волокон ряда. При этом каждый пучок волокон получают при резке смеси нитей (жгутика) на заданную длину поперечно жгутику без его укладки в ленту.

Пример 2. Из нитей 70% лавсан и 30% полипропилен с элементарной линейной плотностью 0,125-0,111 текс формируют слой путем наложения одной прядки волокон на другую, полученных при резке на длине 40 мм непосредственно перед образованием холста. При этом жгутик из смеси нитей укладывается путем сгибания на ширину, равную 10 длинам получаемого волокна. В результате поперечной резки каждая прядь имеет длину порядка 400 мм, т.е. по сравнению с прототипом производительность повышается в 10 раз. При раскладке жгута на ширину 1600 мм производительность резки и, следовательно, формирования холста (ленты) повышается в 40 раз. Смещение прядей относительно друг друга составило t 0,5 l_пр., l_пр. соответственно составила 400 мм 40 мм (l_вол.) · (n) · 1 (K) и 1600 мм 40 · 40 · 1.

При этом после сложения 4 слоев один на другой, чередуя ориентацию волокон и прядей по сравнению с основной на 90^o, и иглопробивки получают волокнистый материал со следующими показателями:
Толщина, мм 3,5
Предел прочности при растяжении, мПа 183,5 продольный 182,4 - поперечный
Анизотропия 1,0 0,994
Относительное удлинение, 96 продольное 95 поперечное
Анизотропия 1,0 0,99
Пример 3. Аналогичен примеру 2, но t 0,9 при К 1. Получают материал со следующими показателями:
Толщина, мм 3,6
Предел прочности при растяжении, мПа 172,3 продольный 171,0 - поперечный
Анизотропия 1,0 0,99
Относительное удлинение, 94 продольное 93 поперечное
Анизотропия 1,0 0,99
Пример 4. Аналогичен примеру 1, но t 0,1·l_пр. при К 1. Получают материал со следующими характеристиками:
Толщина, мм 3,6
Предел прочности при растяжении, мПа 170,2 продольный 171,4 - поперечный
Анизотропия 1,0 1,0
Относительное удлинение, 97 продольное 95 поперечное
Анизотропия 1,0 0,98
Пример 5. Аналогичен примеру 1, но К 0,5. Получают материал со следующими показателями:
Толщина, мм 3,5 Предел прочности на растяжение, мПа 192,7 - продольный 193,3 поперечный
Анизотропия 1,0 1,0
Относительное удлинение, 93 продольное 94 поперечное
Анизотропия 1,0 1,01
Пример 6. Аналогичен примеру 1, но К 0,8, получают материал со следующими показателями:
Толщина, мм 3,5
Предел прочности при растяжении, мПа 187,9 продольный 188,7 - поперечный
Анизотропия 1,0 1,0
Относительное удлинение, 95 продольное 94 поперечное
Анизотропия 1,0 0,99
Пример 7 (по прототипу). Из волокон лавсан с линейной плотностью 0,019 текс с длиной резки 50 мм, получаемым из жгутика путем резки непосредственно перед формированием холста образуют последовательно слой наложением одного ряда волокон на другой при t 0,5·l_вол.. Угол между рядами и направлением движения приемной поверхности 90^o. 8 слоев с переменной ориентацией волокон на 90^o в каждом последующем слое после иглопробивки на машине образуют волокнистый материал со следующими показателями:
Толщина, мм 2,6
Предел прочности при растяжении, мПа 128,7 продольный 129,1 - поперечный
Анизотропия 1,0 1,0
Относительное удлинение, 105,2 продольное 104,8 поперечное
Анизотропия 1,0 1,0
Пример 8. Жгутик с элементарной линейной плотностью отдельной нити лавсан 0,019 текс укладывают в ленту шириной 400 мм и поперек этой ленты разрезают дисковыми ножами на длину волокон 50 мм. При К 0,7 получают пряди волокон, в которых ориентация пряди и волокон совпадает. Укладывают эти пряди на приемную поверхность одна к другой при t 0,5·l_пр. 8 сформированных слоев с переменной ориентацией прядей (волокон) на 90^o в каждом слое после иглопробивки на машине образуют нетканый материал со следующими показателями:
Толщина, мм 2,5
Предел прочности при растяжении, мПа 130,7 продольный 130,1 - поперечный
Анизотропия 1,0 0,995
Относительное удлинение, 103,9 продольное 104,6 поперечное
Анизотропия 1,0 1,0
При этом производительность только за счет резки возросла в 8 раз по сравнению с прототипом (пример 7).

Изобретение имеет следующие преимущества. Оно позволяет повысить производительность процесса получения волокнистого материала:
за счет выравнивания производительности всех составных элементов технологии получения волокнистого материала и ликвидации узких мест, при этом наиболее узкое место позволяет в этом случае резко повысить производительность всего процесса в целом практически в несколько раз по сравнению с самой передовой технологией, и в то же время оно позволяет перерабатывать на одном и том же оборудовании при практически минимальных затратах на переналадку, жгуты и нити различной элементарной линейной плотности и развеса, длины резки и химического состава элементарных волокон; совмещение в одном процессе резки жгута и укладки волокон в холстик (слой) для последующей переработки в пряжу или нетканый и композиционный материал способствует тому, что можно создать технологию получения волокнистого материала с производительностью более 1000 кг/ч из практически любых жгутов даже таких, которые сейчас требуют сложнейших процессов и оборудования для переработки; по изобретению переработка таких волокон практически не будет отличаться от переработки самых обычных волокон (получаемых из жгутов);
упрощает технологию не только по сравнению с аналогами, но и с прототипом, так как для переработки при той же производительности, что и в заявляемом изобретении, потребуется решить сложный вопрос разворачивания каждого пучка волокон после резки на 90^o; по заявке пряди волокон с ориентацией, совпадающей с ориентацией волокон, получаются непосредственно на резательной машине.

обеспечивает частичное рыхление волокон как при образовании пряди, так и при формировании холста.

На фиг. 1 показаны варианты различных прядей: а) длина пряди 1·l_вол.·n; б) длина пряди 0,5 ·l_вол.·n. На фиг. 2 схематично представлено размещение прядей относительно друг друга при смещении их на величину, указанную в формуле изобретения. При этом для наглядности пряди показаны как бы в горизонтальном смещении, хотя смещение прядей происходит во всем объеме волокнистого слоя. На фиг. 3 изображена схема формирования волокнистого слоя по прототипу (а. с. N 1707109); а) при угле наклона рядов к продольному направлению материала 90^o; б) при угле наклона рядов 45^o. Важно отметить, что ориентация самих волокон в противопоставляемых способах по отношению к направлению движения приемной поверхности различна (на 90^o), а использование волокон, получаемых при продольной резке уложенного жгута, по аналогии с заявкой, невозможно или крайне сложного для реализации способа по прототипу (а.с. N 1707109).

Формула изобретения

Способ получения волокнистого материала, при котором формируют на приемной поверхности слои волокнистого материала с последующим их уплотнением, отличающийся тем, что волокнистый слой формируют из отдельных прядок, в которых ориентация волокон и прядок совпадает, а пряди волокон укладываются последовательно и параллельно одна рядом с другой со смещением каждой последующей пряди относительно предыдущей на величину τ = 0,1-0,9l_пр, где длина пряди l_пр (1 0,5)l_вол· n, l_вол длина волокна, n - количество пучков волокон, уложенных последовательно в линию по длине один за другим.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3