Устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов

Авторы патента:

D01D5/08 - способ прядения из расплава

Владельцы патента RU 2614087:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) (RU)

Изобретение относится к производству волокнистых синтетических материалов из термопластичных веществ, включая различные виды бытовых и промышленных отходов. Может быть использовано для получения пористых теплоизоляционных материалов, сорбентов для сбора нефти и нефтепродуктов, фильтрующих и сорбирующих элементов в процессах очистки жидких и газовых сред, а также носителей для нанодисперсных оксидных материалов. Технический результат - упрощение конструкции устройства для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, повышение качества волокон, в частности уменьшения удельного количества неволокнистых включений, а также расширение номенклатуры исходного сырья для производства волокнистых материалов. Достигается тем, что устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов содержит корпус, состоящий из верхней и нижней частей, между которыми выполнены напорная полость с отверстием для подачи энергоносителя и кольцевое рабочее сопло, сообщающееся с напорной полостью, причем в верхней части корпуса выполнена осесимметричная воронка для приема расплава термопластов, внешняя поверхность выходной части которой образует одну из стенок рабочего сопла. При этом части корпуса установлены с возможностью линейного смещения верхней части относительно нижней вдоль оси на величину от 0,0014D до 0,4D, где D - наименьший диаметр воронки, и фиксации их в этом положении. Устройство содержит средство для изменения и фиксирования геометрических размеров рабочего сопла, представляющее собой резьбовое соединение частей корпуса, верхняя часть имеет 4 фиксирующих отверстия, расположенных по окружности на угловых координатах 0°, 15°, 187,5° и 202,5°, а в нижней части выполнены 12 резьбовых отверстий с шагом 30° по окружности того же диаметра, служащих для установки стопорного винта в одном из возможных совпадений отверстий в нижней и верхней частях корпуса, что позволяет дискретно регулировать зазор кольцевого рабочего сопла в одном из 48 положений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к производству волокнистых синтетических материалов из термопластичных веществ, включая как качественное промышленное сырье, так и различные виды бытовых и промышленных отходов, и может быть использовано для получения пористых теплоизоляционных материалов, сорбентов для сбора нефти и нефтепродуктов, фильтрующих и сорбирующих элементов в процессах очистки жидких и газовых сред, а также носителей для нанодисперсных оксидных материалов.

Известно устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов (патент РФ №2247800, МПК D01D5/08, опубл. 10.03.2005). Устройство содержит вращающийся реактор в виде полого тороида, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса. Внутри реактора на одном валу с ним установлена фильера, которая имеет расходящуюся конусную часть, причем на кромке большого диаметра фильеры выполнены проточные каналы. Наружная открытая часть фильеры защищена теплоизоляционным экраном. Нагревательные элементы распределены вдоль оси реактора и установлены коаксиально его внешней оболочке. В предварительно разогретый до рабочей температуры реактор по входному патрубку поступает расплав термопластов, который распределяется по равномерно прогретым внутренним стенкам оболочки реактора, и образует однородную пленку расплава. В фильере пленка расплава разделяется на отдельные струйки, под действием центробежных сил срывается с кромки конуса и формирует тонкие волокна. Устройство позволяет использовать для получения волокнистых материалов вторичное сырье из отходов термопластов, однако только после предварительного фильтрования расплава, что определяется наличием фильеры. Конструкция устройства обеспечивает, вследствие равномерного нагрева пленки расплава и ее разделения через проточные каналы в фильере на отдельные струйки, формирование волокнистых материалов, которые практически не имеют неоднородных включений. Недостатками этого устройства является сложность конструкции, низкая производительность и значительные энергетические затраты на процесс волокнообразования.

Известно устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов и его варианты (патент РФ №2164563, МПК D01D5/08, D04H3/16, опубл. 27.03.2001). Устройство содержит горизонтально вращающийся полый реактор, у которого на внутренней поверхности установлены плоские ребра, открытая часть выполнена в виде расходящегося конуса, а также нагреватель, кольцевой воздуховод, плоскую крышку и полый стакан, установленный внутри реактора. Реактор смонтирован на конце полого вала, внутри которого проходит насадка для подачи расплава полимера в зазор между реактором и стаканом. Вдоль оси реактора размещены нагревательные элементы. Использование данного устройства отличается высокой производительностью вследствие увеличения площади взаимодействия энергоносителя с расплавом. Однако устройство, которое содержит вращающийся реактор, отличается технической сложностью и требует больших затрат энергии на процесс получения волокнистых материалов. Кроме того, расплав непосредственно контактирует с деталями реактора, что приводит к возможному образованию наростов термопластов на кромке реактора, которые необходимо удалять механически. Это требует периодической остановки устройства и дополнительных расходов на техническое обслуживание.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является устройство для получения волокнистых материалов из расплава полиэтилентерефталата, выполненное в виде дутьевой головки (патент РФ №2360871, МПК C03B 37/06, опубл. 10.07.2009). Устройство содержит корпус, который состоит из двух соединенных между собой верхней и нижней частей, и имеет шарообразный прерыватель потока энергоносителя. В верхней части корпуса выполнено тангенциальное отверстие для ввода энергоносителя и воронка с отверстием для приема расплавленного материала. Выходной торец воронки имеет острую кромку. Верхняя и нижняя части корпуса образуют кольцевое рабочее сопло и напорную полость в форме тора, в которой с минимальным зазором размещен шарообразный прерыватель потока. За счет минимизации площади поперечного сечения кольцевого рабочего сопла уменьшается расход энергоносителя и повышается экономичность устройства. Использование известного устройства позволяет получать равномерные по толщине волокна с минимальной разностью поперечного сечения. Однако его применение ограничено получением волокон только из расплава полиэтилентерефталата и не может быть применено при использовании в качестве сырья расплавов или растворов других термопластичных полимеров и их смесей, которые неоднородны по химическому составу, содержат механические примеси или отличаются показателями текучести. В конструкции устройства не предусмотрена возможность регулирования процесса получения волокон при изменении сырья. Наличие шарообразного прерывателя и тангенциального отверстия для ввода энергоносителя усложняют конструкцию, кроме того, пульсации, создаваемые шарообразным прерывателем, и завихрения, образующиеся при тангенциальном вводе энергоносителя, в значительной степени сглаживаются в сходящемся кольцевом рабочем сопле. Наличие острой кромки затрудняет изготовление и эксплуатацию устройства. Кроме того, не определены размеры острой кромки, которая может иметь технологический заусенец. Наличие такого заусенца приводит к срыву потока и ухудшению волокнообразования.

Таким образом, изготовление данного устройства отличается технической сложностью, получаемые волокнистые материалы могут быть сформированы только из расплава полиэтилентерефталата и имеют относительно большое количество неволокнистых включений.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, повышение качества волокон, в частности уменьшение удельного количества неволокнистых включений, а также расширение номенклатуры исходного сырья для производства волокнистых материалов.

Поставленная задача решается тем, что устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов содержит корпус, состоящий из верхней и нижней частей, между которыми выполнены напорная полость с отверстием для подачи энергоносителя и кольцевое рабочее сопло, сообщающееся с напорной полостью, причем в верхней части корпуса выполнена осесимметричная воронка для приема расплава термопластов, внешняя поверхность выходной части которой образует одну из стенок рабочего сопла. При этом части корпуса установлены с возможностью линейного смещения верхней части относительно нижней вдоль оси на величину от 0,0014D до 0,4D, где D - наименьший диаметр воронки, и фиксации их в этом положении.

Устройство содержит средство для изменения и фиксирования геометрических размеров рабочего сопла, представляющее собой резьбовое соединение с шагом h. Имеется 4 фиксирующих отверстия, расположенных по окружности на угловых координатах 0°, 15°, 187,5° и 202,5°, а в нижней части корпуса выполнены 12 резьбовых отверстий с шагом 30° по окружности того же диаметра, служащих для установки стопорного винта в одном из возможных совпадений отверстий в нижней и верхней частях корпуса. Таким образом, при одном обороте вокруг оси можно регулировать зазор в одном из 48 положений, обеспечивая постоянство шага и повторяемость настройки величины зазора кольцевого рабочего сопла для подачи энергоносителя, меняя тем самым интенсивность воздействия энергоносителя на расплав. Это позволяет управлять процессом волокнообразования и получать волокна с заданными свойствами (определенный диаметр волокон, химический состав поверхности, степень кристалличности) из расплавов термопластов, отличающихся показателями текучести, степенью однородности и загрязнённости, расширяя таким образом номенклатуру исходного сырья для производства волокнистых материалов.

За счет того, что части установлены с возможностью линейного смещения, можно изменять ширину зазора кольцевого рабочего сопла, определяющую объемный расход энергоносителя. Ширина зазора рабочего сопла связана с величиной смещения деталей корпуса вдоль оси линейной зависимостью, коэффициенты которой зависят от угла конусности рабочего сопла. В целях снижения затрат электроэнергии и расхода энергоносителя следует ограничивать объем энергоносителя, истекающего из рабочего кольцевого сопла в единицу времени, используя наименьшую эффективную величину зазора рабочего сопла, при которой возможен процесс формирования волокон из конкретного вида расплава. Увеличение ширины зазора, приводит к изменению радиальных размеров волокон вплоть до прекращения волокнообразования и начала формирования неволокнистых дисперсий, что дает возможность получения волокон с оптимальными параметрами для различных практических приложений. Больший зазор необходим также для начала процесса волокнообразования при использовании расплавов термопластов с меньшими значениями показателя текучести, т.к. для таких расплавов требуется большая интенсивность газодинамического воздействия при распылении струи.

Опытным путем установлено, что наибольшее смещение частей корпуса можно ограничить величиной 0,4 наименьшего диаметра воронки D, что обеспечивает и возможность регулирования размеров волокон, и использование расплавов термопластов с существенно различными показателями текучести, и экономическую эффективность. Следует отметить, что наличие зазора рабочего сопла необходимо для работы устройства, при отсутствии зазора истечение энергоносителя через сопло прекращается и волокнообразование невозможно. Минимальная величина зазора, обеспечиваемая средством для изменения и фиксирования геометрических размеров рабочего сопла, составляет 1/48 от максимальной, или 0,0014D, и связана с шагом резьбового соединения частей.

Кромка выходного торца воронки выполнена скругленной, чтобы не допустить срыва потока и ухудшения условий волокнообразования. Отверстие для подачи энергоносителя, в отличие от прототипа, выполнено радиально в нижней части корпуса, что упрощает изготовление устройства и обеспечивает равномерное истечение энергоносителя из напорной полости через рабочее кольцевое сопло. Таким образом, в конструкции устройства отсутствуют сложные узлы, трудоемкие в изготовлении.

Заявителю не известны устройства для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, в которых части корпуса установлены с возможностью дискретного линейного смещения верхней части относительно нижней вдоль оси и содержащие средства для фиксирования оптимального положения, например винтовое соединение со стопорным винтом, поэтому заявленное решение отвечает критерию новизна. При оценке соответствия нового волокнообразующего устройства критерию "существенные отличия" в доступных заявителю информационных источниках не удалось обнаружить технических решений с такой же совокупностью существенных признаков, как заявленная.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, на фиг. 2 представлен вид сверху,

Устройство содержит корпус, состоящий из верхней (1) и нижней (2) частей, соединенных резьбовым соединением (3), которые образуют кольцевое рабочее сопло (4) и напорную полость (5) с отверстием (6) для подачи энергоносителя и воронкой (7) для приема расплава термопластов. На верхней части корпуса выполнен фланец с четырьмя сквозными отверстиями (8), расположенными по окружности на угловых координатах 0°, 15°, 187,5° и 202,5°, в нижней части корпуса выполнено двенадцать резьбовых отверстий (9), расположенных по окружности того же диаметра, что и для отверстий (8), с шагом 30°, а также стопорный винт (10).

Устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов работает следующим образом.

Перед началом работы смещают части корпуса одну относительно другой по оси на необходимую величину, осуществляя поворот верхней части (1) относительно нижней части (2), т.к. они соединены с использованием резьбы (3). Тем самым задают геометрические размеры кольцевого рабочего сопла (4) и изменяют интенсивность воздействия энергоносителя на конкретный расплав термопласта с целью получения волокон с заданными параметрами. Оптимальное положение фиксируют совмещением отверстий на верхней 8 и нижней частях 9 корпуса стопорным винтом 10. Расположение отверстий позволяет фиксировать линейное смещение верхней части корпуса вдоль оси через каждые 1/48 шага резьбы 3. Поток энергоносителя, например сжатого газа или пара, через радиальное отверстие 6 поступает в напорную полость 5 и через кольцевое рабочее сопло 4 истекает в атмосферу. Одновременно в воронку для приема расплава термопластов 7 подается расплав. При воздействии потока энергоносителя, истекающего из рабочего кольцевого сопла 4, на выходе из воронки 7 происходит распад расплавленного материала на струи и вытягивание элементарных волокон в полимервоздушном факеле.

Предлагаемое устройство может быть использовано для получения волокнистых материалов с заданными свойствами (определенный диаметр волокон, химический состав поверхности, степень кристалличности), из расплава термопластов как промышленного, так и вторичного сырья и их смесей, отличающихся показателем текучести.

1. Устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, содержащее корпус, состоящий из верхней и нижней частей, между которыми выполнены напорная полость с отверстием для подачи энергоносителя и кольцевое рабочее сопло, сообщающееся с напорной полостью, причем в верхней части корпуса выполнена осесимметричная воронка для приема расплава термопластов, внешняя поверхность выходной части которой образует одну из стенок рабочего сопла, отличающееся тем, что части корпуса установлены с возможностью линейного смещения и фиксации верхней части относительно нижней вдоль оси на величину от 0,0014D до 0,4D, где D - наименьший диаметр воронки, а для изменения и фиксирования геометрических размеров рабочего сопла верхняя и нижняя части корпуса соединены между собой посредством резьбы и стопорного винта, при этом во фланце верхней части корпуса выполнено 4 сквозных отверстия, расположенных по окружности на угловых координатах 0°, 15°, 187,5° и 202,5°, а в нижней части корпуса выполнены 12 резьбовых отверстий с шагом 30° по окружности того же диаметра, предназначенных для установки стопорного винта в одном из возможных совпадений отверстий в нижней и верхней частях корпуса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кромка выходного торца воронки выполнена скругленной.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстие для подачи энергоносителя выполнено радиально в нижней части корпуса.

Устройство для изготовления нетканого фильерного полотна из элементарного волокна, включающее фильер, камеру охлаждения с возможностью подачи в нее технологического воздуха для охлаждения элементарного волокна, расположенное между фильером и камерой охлаждения мономерное устройство принудительного отвода воздуха, вытяжное устройство и накопитель для укладки элементарного волокна в нетканое полотно.

Способы доставки медицинского активного агента путем введения индивидуальных медицинских изделий, содержащих филамент // 2613316

Изобретение относится к медицине и заключается в способе доставки медицинского активного агента млекопитающему. Способ включает стадию, на которой млекопитающему вводят медицинское изделие, содержащее один или более филаментов, включающих: 10-50% масс., в пересчете на сухой филамент, материала основы, выбранного из природных полимеров, синтетических полимеров, сахаров и их комбинаций; от 50% масс., в пересчете на сухой филамент, медицинского активного агента, и менее чем 20%, по массе филамента, влаги.

Модифицированные волокна полимолочной кислоты // 2588235

Изобретение относится к химической технологии получения биоразлагаемых волокон и касается модифицированных волокон полимолочной кислоты. Способ получения волокон из полимолочной кислоты включает смешивание в расплаве полимолочной кислоты с полиэпоксидным модификатором и полимерной упрочняющей добавкой с образованием термопластической композиции, причем упрочняющая добавка диспергирована в виде доменов дискретной фазы в непрерывной фазе полимолочной кислоты; последующую экструзию термопластической композиции при температуре, превышающей приблизительно 230°С, которая способствует протеканию реакции полиэпоксидного модификатора с полимолочной кислотой; и пропускание прореагировавшей композиции через экструзионную головку с образованием волокна.

Способ производства волокон молочного белка и изделия, полученные из них // 2547747

Группа изобретений относится к способу получения текстильных волокон молочного белка и изделию из волокон молочного белка, содержащему волокна, произведенные в соответствии с данным способом.

Вращающийся волокнообразующий электрод // 2547639

Изобретение касается производства нановолокон электростатическим методом. Вращающийся волокнообразующий электрод, служащий для вынесения полимерного раствора из резервуара полимерного раствора или расплава в электрическое поле для формования волокна в устройствах для производства нановолокон электростатическим методом формования волокна из полимерных растворов или расплавов, имеет продолговатую форму, содержит пару торцевых деталей, которые расположены на несущем средстве и между которыми уложены волокнообразующие элементы, выполненные из струны или проволочного прутка.

Способ и устройство для формования из расплава, вытягивания и намотки нескольких синтетических нитей // 2534897

Изобретение относится к способу формования из расплава, вытягивания и намотки нескольких синтетических нитей, а также к устройству для осуществления способа. При этом синтетические нити параллельно друг другу формуют, охлаждают и стягивают за счет экструзии тонких жгутов филаментов, и при котором нити коллективно вытягивают в виде свода нитей и наматывают в шпули.

Состав для получения волокон методом электроформования // 2515842

Изобретение относится к технологии получения тонких полимерных волокон и нетканых материалов на их основе методом электроформования, в частности, к составам для получения волокон.

Способ изготовления пряди композиционного материала и устройство для его осуществления // 2454376

Изобретение относится к изготовлению пряди композиционного материала, образованной за счет объединения непрерывных стекловолокон с непрерывными волокнами из органического материала с высокой усадкой, для использования в качестве упрочняющего материала.

Устройство охлаждения нити для линий по производству изделий из пластических масс // 2441947

Изобретение относится к устройствам охлаждения нити при формовании термопластичных материалов для изготовления мононитей ворса или фибры из полимерных материалов, например из полипропилена.

Устройство для формования синтетических нитей из расплава, их обработки и наматывания // 2439217

Волокна из возобновляемых сложных полиэфиров, имеющие низкую плотность // 2620415

Изобретение относится к технологии получения полимерных волокон и касается волокна из возобновляемых сложных полиэфиров, имеющих низкую плотность. Волокна получают из термопластической композиции, которая содержит жесткий возобновляемый сложный полиэфир, имеет пористую структуру и низкую плотность. Для получения такой структуры возобновляемый сложный полиэфир смешивают с полимерной добавкой, повышающей ударную прочность, таким образом, что добавка может быть диспергирована в виде дискретных физических доменов в непрерывной матрице возобновляемого сложного полиэфира. Затем формуют волокна, которые подвергают растяжению или вытягиванию при температуре, лежащей ниже температуры стеклования сложного полиэфира, т.е. подвергают холодной вытяжке. Сила деформации и напряжение при удлинении в процессе вытягивания приводит к нарушению адгезии в матрице возобновляемого сложного полиэфира в областях, расположенных вблизи дискретных доменов. В результате чего образуется сетчатая структура из пор, расположенных вблизи дискретных доменов, которые из-за своего близкого взаимного расположения могут образовывать мостики между границами пор, действуя как внутренние структурные “шарниры”, способствующие стабилизации сетчатой структуры и повышающие ее способность рассеивать энергию. Изобретение обеспечивает получение волокон из возобновляемого сложного полиэфира, имеющих низкую плотность и хорошие механические свойства. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил., 8 табл., 11 пр.

Способ и устройство для изготовления твердых волокон или пленок, а также применение устройства для осуществления способа // 2621101

Изобретение относится к способу изготовления твердых материальных волокон или пленок, к устройству для осуществления этого способа и к применению этого устройства. Техническим результатом изобретения является предотвращение отложения и выделения твердых частиц из материала, а также предотвращается липкость материала до приемной ванны. Технический результат достигается способом изготовления твердых материальных волокон или пленок из находящегося в состоянии жидкости материала путем экструдирования этой жидкости через одно или несколько экструзионных отверстий и отверждения материала в приемной ванне. Причем формованный материал между экструзионными отверстиями и приемной ванной направляется боковым газовым потоком. При этом газовый поток разделяется на нагретый частичный поток и охлаждающий частичный поток. Причем материал, до того как он вводится в приемную ванну, приводится в контакт сначала с нагретым частичным потоком, а затем с охлаждающим частичным потоком. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл., 4 пр.

Способ получения волокнистого материала, содержащего оксидные наночастицы, из расплава термопластов // 2624189

Изобретение относится к производству волокнистых синтетических материалов из термопластичных веществ, включая различные виды бытовых и промышленных отходов, может быть использовано для получения пористых теплоизоляционных материалов, сорбентов для сбора нефти и нефтепродуктов, фильтрующих и сорбирующих элементов в процессах очистки жидких и газовых сред, а также носителей для нанодисперсных оксидных материалов. Технический результат - получение волокнистого материала с закрепленными на его поверхности оксидными наночастицами одного или по крайней мере двух видов, при минимальных энергетических затратах и упрощении технологического процесса. Способ, как и прототип, включает формирование волокнистого материала расслоением расплава термопластичного полимера воздействием потока газа, содержащего твердые частицы, при этом частицы проникают в поверхностный слой размягченного материала, а закрепление частиц происходит при переходе материала в твердое агрегатное состояние. Новым является то, что формирование волокон происходит под воздействием ненагретого потока газа, содержащего оксидные наночастицы, или мелкие капли жидкости, в которой диспергированы такие наночастицы, имеющие температуру окружающей среды, причем обеспечивают эжекцию газа, при которой вокруг подаваемой струи расплавленного полимера возникает дополнительный поток ненагретого газа, при этом размер частиц менее 100 нм. 2 ил.