Система изготовления и способ получения волокна

Группа изобретений относится к изготовлению волокна. Система предотвращает образование в волокне структуры «оболочка-сердцевина» и/или устраняет такую структуру. Система включает по меньшей мере один орган формирования расплава, который позволяет нагревать и расплавлять полимерный сырьевой материал, используемый в изготовлении волокна. Система содержит по меньшей мере один зкструзионный орган, который позволяет пропускать расплавленный сырьевой материал по меньшей мере через одну фильеру на его концевой части. Система включает по меньшей мере одно охлаждающее устройство, которое создает структуру нити в сырьевом материале, выходящем из зкструзионного органа и проходящем через фильеры, путем его охлаждения. Система содержит валики, которые позволяют нагревать сырьевой материал выше температуры стеклования или температуры кристаллизации. Валики обеспечивают достижение материалом волокна в форме нити определенной степени кристалличности путем вытягивания с определенным натяжением. Система включает по меньшей мере одно подвижное лазерное устройство, которое позволяет создавать сбалансированное распределение тепла и тем самым устранять дефекты в структуре нити путем вытягивания с нагреванием и с помощью валиков путем направления лазерного луча на нить во время вытягивания нитей валиками. Система содержит по меньшей мере одну нагретую камеру, которая размещается между любыми двумя валиками, предпочтительно перед четвертым валиком, подводящую тепло к материалу, чтобы повысить степень кристалличности в материале вытягиваемого валиками волокна, и обеспечивающую возможность создания непрерывности структуры материала нити. Система включает по меньшей мере один управляющий орган, который позволяет направлять подвижное лазерное устройство на соответствующий участок согласно данным, которые он принимает по меньшей мере от одной съемочной камеры. Съемочная камера выполнена с возможностью обнаружения дефектных мест в структуре нити во время вытягивания нитей валиками и для исправления участков с дефектными местами с нагреванием и вытягиванием путем направления лазерного луча локально на структуру нити. Система содержит по меньшей мере одно намоточное устройство, которое используется для укладки в форме бобины материала, которому придается структура нити во время укладки. Осуществляют расплавление нагреванием сырьевого материала, используемого для изготовления волокна. Производят пропускание расплавленного сырьевого материала через фильеру или фильеры. Осуществляют придание сырьевому материалу, пропущенному через фильеры, структуры нити путем пропускания через охлаждающее устройство. Производят нагревание выше температуры стеклования и вытягивание сырьевого материала. Осуществляют нагревание сырьевой материал выше температуры кристаллизации и вытягивают его. Производят вытягивание нагретого сырьевого материала в нить с помощью нагретых валиков. Осуществляют нагрев подвижным лазерным лучом, чтобы повысить степень кристалличности в материале волокна и исправить дефектные места путем нагревания и натяжения. Производят вытягивание нити путем пропускания через нагретую камеру, чтобы зафиксировать структуру нити. Получают конечный продукт. Обеспечивается устранение дефектных мест в структуре нити при вытягивании в процессе изготовления волокна. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системе изготовления и способу получения волокна, который позволяет проводить термическую обработку во время изготовления волокна с использованием лазерного облучения волокна.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изготовление волокна проводится нагреванием и вытягиванием полиэфирных (таких как полиэтилентерефталат, полиэтиленнафталат и полимолочная кислота) и полиамидных (полиамида 6, полиамида 66) термопластичных материалов. Во время изготовления волокна термическая обработка, которая применяется, чтобы вытягивать материал волокна в форме нити, как правило, выполняется с помощью нагретых валиков и камер вдоль технологической линии. В нагретых камерах, используемых при нагревании применяемого для изготовления волокна материала, производится подача горячего воздуха или пара. Этим путем нить подвергается отжигу, и обеспечивается возможность сохранения приобретенной формы. Для нагревания в настоящее время предпочтительно применяются традиционные способы, пучки инфракрасного излучения и пар. Термическая обработка позволяет проводить пластикацию и вытягивание материала волокна с помощью тепла в процессе изготовления волокна. Кроме того, термические обработки, проводимые для кристаллизации волокна в ходе отжига при температуре, близкой к температуре кристаллизации, проводятся вышеупомянутыми способами.

Теплопроводность полимеров, используемых в производстве волокна, например, полиэфиров (полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата, полимолочной кислоты, и т.д.), полиамидов (полиамида 6, полиамида 66, и т.д.), низка. По этой причине тепло в ходе термической обработки не распределяется равномерно вдоль волокна. Расстояние до источника тепла во время обработки может мешать регулярному и непрерывному подведению тепла к волокну, и может обусловливать различный режим охлаждения поверхности и внутренности волокна (с образованием структуры «оболочка-сердцевина»).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего изобретения состоит в создании системы изготовления и способа получения волокна, который позволяет выполнять кратковременную термическую обработку на нити с использованием лазера, и который устраняет дефектные места в структуре нити при вытягивании в процессе изготовления волокна.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система изготовления и способ получения волокна, разработанные для достижения цели настоящего изобретения, иллюстрированы в сопроводительной фигуре, в которой;

Фигура 1 представляет схематический вид соответствующей изобретению системы изготовления волокна.

Каждый из показанных в фигуре компонентов обозначен кодовым номером позиции следующим образом:

1. Система изготовления волокна

2. Орган формирования расплава

3. Экструзионный орган

4. Охлаждающее устройство

5. Валик

6. Подвижное лазерное устройство

7. Нагретая камера

8. Съемочная камера

9. Управляющий орган

10. Намоточное устройство

F. Нить

L. Лазерный луч.

В традиционных системах изготовления волокна тепло не может быть равномерно подведено к материалу волокна в рамках применяемых способов, и оно не может проникать во всю структуру материала в целом; согласно этому, соответствующая изобретению система (1) изготовления волокна, которая предотвращает образование в волокне структуры «оболочка-сердцевина» и/или устраняет эту структуру, включает

- по меньшей мере один орган (2) формирования расплава, который позволяет нагревать и расплавлять полимерный сырьевой материал, используемый в изготовлении волокна,

- по меньшей мере один зкструзионный орган (3), который позволяет пропускать расплавленный сырьевой материал по меньшей мере через одну фильеру на его концевой части,

- по меньшей мере одно охлаждающее устройство (4), которое создает структуру нити в сырьевом материале, выходящем из зкструзионного органа (3) и проходящем через фильеры путем его охлаждения,

- валики (5), которые позволяют нагревать сырьевой материал до температуры стеклования или температуры кристаллизации, и/или выше их, и обеспечивать достижение материалом волокна в форме нити определенной степени кристалличности при вытягивании с определенным натяжением,

- по меньшей мере одно подвижное лазерное устройство (6), которое позволяет создавать сбалансированное распределение тепла и тем самым устранять дефекты в структуре нити путем вытягивания с нагреванием и с помощью валиков, путем направления лазерного луча (L) на нить (F) во время вытягивания нитей (F) валиками (5),

- по меньшей мере одну нагретую камеру (7) которая размещается между любыми двумя валиками, предпочтительно перед четвертым валиком, подводящую тепло к материалу, чтобы повысить степень кристалличности в материале вытягиваемого валиками (5) волокна, и обеспечивающую возможность создания непрерывности структуры материала нити,

- по меньшей мере одно намоточное устройство (10), которое используется для укладки в форме бобины материала, которому придается структура нити во время укладки.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве сырьевого материала волокна применяется термопластичный материал. Этот материал предпочтительно может представлять собой полиэтилентерефталат.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения управляющий орган (9) направляет подвижное лазерное устройство (6) к соответствующей части согласно данным, которые оно принимает от съемочной камеры (8), которая может обнаруживать дефектные места в структуре нити в то время, когда нить вытягивается валиками (5), и позволяет нагревать и исправлять имеющие дефектные места участки путем вытягивания валиками путем направления лазерного луча (L) локально на структуру нити.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения лазерное устройство (6), направляющее лазерный луч (L) на материал волокна, представляет собой устройство, в котором применяется лазер на основе диоксида углерода.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения лазерное устройство (6), направляющее лазерный луч (L) на материал волокна, представляет собой лазерное устройство на основе диоксида углерода с излучением с длиной волны 10,6 мкм в форме импульсов.

В еще одном варианте осуществления изобретения лазерное устройство (6), направляющее лазерный луч (L) на материал волокна, представляет собой волоконное лазерное устройство.

Способ получения волокна, который представляет собой способ эксплуатации соответствующей изобретению системы (1) изготовления волокна, включает стадии, в которых

- расплавляют нагреванием сырьевой материал, используемый для изготовления волокна,

- пропускают расплавленный сырьевой материал через фильеру или фильеры,

- придают сырьевому материалу, пропущенному через фильеры, структуру нити путем пропускания через охлаждающее устройство (4),

- нагревают сырьевой материал выше температуры стеклования и вытягивают его,

- нагревают сырьевой материал до температуры кристаллизации или выше нее, и вытягивают его,

- вытягивают нагретый сырьевой материал в нить с помощью нагретых валиков (5),

- нагревают подвижным лазерным лучом (L), чтобы повысить степень кристалличности в материале волокна и исправить дефектные места путем нагревания и натяжения,

- вытягивают нити путем пропускания через нагретую камеру (7), которая размещена между любыми двумя валиками, предпочтительно перед четвертым валиком, чтобы зафиксировать структуру нити,

- получают конечный продукт.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии вытягивания нитей (F) нагретыми валиками (5), лазерный луч (L) направляют на структуру нити с перемещением между двумя нагретыми валиками (5), причем обеспечивается равномерное распределение тепла, и дефектное место устраняется путем нагревания и вытягивания.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии вытягивания нитей (F) между охлаждающим устройством (4) и намоточным устройством (11), лазерный луч направляют на дефектное место в структуре нити с перемещением между двумя нагретыми валиками (5) и нагретой камерой (7), причем обеспечивается равномерное распределение тепла, и дефектное место устраняется путем нагревания и вытягивания.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии пропускания расплавленного сырьевого материала через фильеру или фильеры, сырьевой материал поддерживают при температуре в диапазоне 270°С-300°С.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии нагревания сырьевого материала выше температуры стеклования, сырьевой материал нагревают до температуры 80°С и выше с помощью первого валика (5) согласно направлению подачи.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии нагревания сырьевого материала выше температуры кристаллизации, сырьевой материал нагревают до температуры 100°С и выше с помощью второго валика (5) согласно направлению вытягивания.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии вытягивания нагретого сырьевого материала в форме нити с помощью нагретых валиков, сырьевой материал нагревают до температуры 200°С и выше с помощью третьего валика (5) согласно направлению подачи.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии вытягивания нагретого сырьевого материала в форме нити с помощью нагретых валиков, четвертый валик (5) согласно направлению подачи сырьевого материала поддерживают при комнатной температуре, и он вращается медленнее по сравнению с третьим валиком (5), и натяжение волокна снижается.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, на стадии вытягивания нитей с пропусканием через нагретую камеру (7), чтобы зафиксировать структуру нити, нагретую камеру (7) нагревают до температуры 200°С и выше.

Изобретение может быть использовано в производстве волокна, изготовленного из термопластического материала. Расплавленный термопластичный материал сначала пропускают через фильеры (мультифиламент) или единственную фильеру (монофиламент), и затем охлаждают воздухом, продуваемым через охлаждающее устройство (4) (для тонкой нити), или в водяной бане (для толстых нитей). Затем охлажденный материал нагревают выше температуры стеклования, и затем температуры кристаллизации, протягивают скольжением поверх нагретых валиков (5) и вытягивают с пропусканием через нагретую камеру (7), степень кристалличности возрастает, и фиксируется структура, которая сформирована.

В соответствующей изобретению производственной системе (1) лазерный луч (L) направляют на место с деформацией в режиме движения; оно может быть вытянуто лучше, быстро, кратковременно, и будучи подвергнутым воздействию высокой температуры, и может быть обеспечена лучшая ориентация.

В результате направления лазерного луча (L) на нить (F) тепло может быть подведено к нити (F) быстро и кратковременно, и тепло может проникать в нить вдоль его толщины, и тем самым предотвращается термическое разложение, которое может происходить в структуре нити, которая может быть подвергнута воздействию иного источника тепла в течение длительного времени. В особенности во время изготовления монофиламентов, охлаждение поверхности, более быстрое, чем внутренней части, вызывает образование слоистой структуры, называемой «оболочка-сердцевина» в монофиламентной структуре. Соответственно этому, данной проблемы можно избежать применением соответствующего изобретению способа, в особенности при изготовлении монофиламента, и однородная структура может быть создана быстрым, кратковременным нагреванием вдоль толщины, и затем вытягиванием. Тепло, генерированное лазером (L), может проникать в волокно, в отличие от любого другого источника тепла, и может быть предотвращено формирование структуры «оболочка-сердцевина», обусловленное нежелательным разнорежимным охлаждением. Соответствующий изобретению способ получения также найдет существенное применение в производстве термопластичных волокон, которые не имеют теплопроводности, или теплопроводность которых низка. Поскольку в процессе изготовления монофиламента участвует единственная нить, и он является более медленным относительно мультифиламентного процесса, представляется, что применение лазера будет более эффективным в изготовлении монофиламента. В соответствующем изобретению способе получения лазер (L), направляемый на материал волокна, может быть лазером на основе диоксида углерода или волоконным лазером, который представляет собой новую технологию.

С помощью соответствующего изобретению способа, во время процесса получения волокна, волокно будет подвергаться непосредственному, быстрому, кратковременному нагреванию не только снаружи, но также изнутри. В ходе вытягивания волокна этим способом лазер направляют на деформированный участок, который может быть выявлен с помощью скоростной съемочной камеры; зона размягчения под действием тепла может быть вытянута без образования корки или разложения. Волокно будет подвергаться воздействию тепла в течение более короткого времени в результате подведения высокоэффективного, локализованного и равномерного тепла, и тем самым будет сокращаться термическое разложение. Кристаллизация будет более однородной благодаря равномерному распределению тепла. Кроме того, представляется, что способность полимерного волокна к вытягиванию будет возрастать в результате применения лазера.

1. Система (1) изготовления волокна, которая предотвращает образование в волокне структуры «оболочка-сердцевина» и/или устраняет такую структуру, отличающаяся

- по меньшей мере одним органом (2) формирования расплава, который позволяет нагревать и расплавлять полимерный сырьевой материал, используемый в изготовлении волокна,

- по меньшей мере одним зкструзионным органом (3), который позволяет пропускать расплавленный сырьевой материал по меньшей мере через одну фильеру на его концевой части,

- по меньшей мере одним охлаждающим устройством (4), которое создает структуру нити в сырьевом материале, выходящем из зкструзионного органа (3) и проходящем через фильеры, путем его охлаждения,

- валиками (5), которые позволяют нагревать сырьевой материал выше температуры стеклования или температуры кристаллизации, и обеспечивают достижение материалом волокна в форме нити определенной степени кристалличности путем вытягивания с определенным натяжением,

- по меньшей мере одним подвижным лазерным устройством (6), которое позволяет создавать сбалансированное распределение тепла и тем самым устранять дефекты в структуре нити путем вытягивания с нагреванием и с помощью валиков путем направления лазерного луча (L) на нить (F) во время вытягивания нитей (F) валиками (5),

- по меньшей мере одной нагретой камерой (7), которая размещается между любыми двумя валиками, предпочтительно перед четвертым валиком, подводящей тепло к материалу, чтобы повысить степень кристалличности в материале вытягиваемого валиками (5) волокна, и обеспечивающей возможность создания непрерывности структуры материала нити,

- по меньшей мере одним управляющим органом (9), который позволяет направлять подвижное лазерное устройство (6) на соответствующий участок согласно данным, которые он принимает по меньшей мере от одной съемочной камеры (8), которая выполнена с возможностью обнаружения дефектных мест в структуре нити во время вытягивания нитей (F) валиками (5), и исправлять участки с дефектными местами с нагреванием и вытягиванием путем направления лазерного луча (L) локально на структуру нити,

- по меньшей мере одним намоточным устройством (10), которое используется для укладки в форме бобины материала, которому придается структура нити во время укладки.

2. Система (1) изготовления волокна по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сырьевого материала волокна применяется полиэтилентерефталатный материал.

3. Система (1) изготовления волокна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что подвижное лазерное устройство (6), направляющее лазерный луч (L) на материал волокна, представляет собой устройство, в котором используется лазер на основе диоксида углерода.

4. Система (1) изготовления волокна по п.3, отличающаяся тем, что подвижное лазерное устройство (6), направляющее лазерный луч (L) на материал волокна, представляет собой лазерное устройство на основе диоксида углерода с излучением с длиной волны 10,6 мкм и в форме импульсов.

5. Система (1) изготовления волокна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что подвижное лазерное устройство (6), направляющее лазерный луч (L) на материал волокна, представляет собой волоконное лазерное устройство.

6. Способ изготовления волокна, который представляет собой способ эксплуатации системы (1) изготовления волокна по любому из предшествующих пунктов, отличающийся стадиями, на которых

- расплавляют нагреванием сырьевой материал, используемый для изготовления волокна,

- пропускают расплавленный сырьевой материал через фильеру или фильеры,

- придают сырьевому материалу, пропущенному через фильеры, структуру нити путем пропускания через охлаждающее устройство (4),

- нагревают сырьевой материал выше температуры стеклования и вытягивают его,

- нагревают сырьевой материал выше температуры кристаллизации и вытягивают его,

- вытягивают нагретый сырьевой материал в нить с помощью нагретых валиков (5),

- нагревают подвижным лазерным лучом (L), чтобы повысить степень кристалличности в материале волокна и исправить дефектные места путем нагревания и натяжения,

- вытягивают нити путем пропускания через нагретую камеру (7), чтобы зафиксировать структуру нити,

- получают конечный продукт.

7. Способ изготовления волокна по п.6, отличающийся тем, что обеспечивают равномерное распределение тепла, и дефектное место устраняют при натяжении путем направления лазерного луча (L) на дефектное место в структуре нити с перемещением между двумя нагретыми валиками (5) на стадии вытягивания нитей (F) нагретыми валиками (5).

8. Способ изготовления волокна по п.6 или 7, отличающийся тем, что лазерный луч направляют на дефектное место в структуре нити с перемещением между нагретыми валиками (5) и нагретой камерой (7), причем обеспечивают равномерное распределение тепла, и дефектное место устраняют путем нагревания и вытягивания, на стадии вытягивания нити (F) между охлаждающим устройством (4) и намоточным устройством (10).

9. Способ изготовления волокна по п.6 или 7, отличающийся тем, что сырьевой материал поддерживают при температуре в диапазоне 270°С-300°С на стадии пропускания расплавленного сырьевого материала через фильеру или фильеры.

10. Способ изготовления волокна по п.6 или 7, отличающийся тем, что сырьевой материал нагревают до температуры 80°С и выше с помощью первого валика (5) согласно направлению подачи на стадии нагревания выше температуры стеклования.

11. Способ изготовления волокна по п.6 или 7, отличающийся тем, что сырьевой материал нагревают до температуры 100°С и выше с помощью второго валика (5) согласно направлению подачи на стадии нагревания выше температуры кристаллизации.

12. Способ изготовления волокна по п.6 или 7, отличающийся тем, что нагретый сырьевой материал в форме нити нагревают до температуры 200°С и выше с помощью третьего валика (5) согласно направлению подачи.

13. Способ изготовления волокна по п.6 или 7, отличающийся тем, что в предпочтительном варианте осуществления изобретения нагретую камеру (7) нагревают до температуры 200°С и выше на стадии вытягивания нитей путем пропускания через нагретую камеру (7), чтобы зафиксировать структуру нити.