PL187338B1

PL187338B1 - Method of and apparatus for producing carbonated fibres

Info

Publication number: PL187338B1
Application number: PL98328547A
Authority: PL
Inventors: Zdzisław Czaplicki; Andrzej Moraczewski; Kazimierz Ruszkowski; Jan Wojtysiak
Original assignee: Inst Wlokien Naturalnych; Instytut Wlokien Naturalnych
Priority date: 1998-09-12
Filing date: 1998-09-12
Publication date: 2004-06-30
Also published as: WO2000015895A1; EP1030942A1; PL328547A1

Abstract

The method for production of carburized fibres in the thermal bonding process of powdered active carbon with thermoplastic fibres relies on the fact that the fibres are mechanically guided in the form of a cable (1) and spread with an active carbon, next in the stretch state they are introduced into suitable high temperature operation which plastifies fibres and causes melting of the carbon into their structure. Next they are taken out of the area of high temperature operation and introduced into the crimping process. The cable of fibres with crimped active carbon taken out from the area of high temperature operation, before the crimping process, is additionally heated up and next mechanically burnished for durability increment of the bonding between the carbon and the fibre structure. The apparatus equipped with a chamber (4) for active carbon spreading with a feeder (5) and the heater (7), has the set of shafts (6) widening the fibres cable (1), which is situated between the chamber and the heater, behind which there is a head (10) used for fibres crimping together with the set of squeezing-receiving shafts (9). The apparatus has additional heater (8) situated behind the heater.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania nawęglonych włókien w procesie termicznego łączenia sproszkowanego węgla z włóknami termoplastycznymi.The present invention relates to a method and a device for the production of carburized fibers in the process of thermal bonding of powdered carbon with thermoplastic fibers.

Znany jest sposób wytwarzania nawęglonych włókien poprzez łączenie węgla aktywnego za pomocą środków wiążących, którymi są najczęściej lepiszcze w rodzaju lateksu, kauczuków i żywic syntetycznych. Po napawaniu włókien lepiszczem i odzęciu jego nadmiaru nanosi się sproszkowany węgiel, po czym całość suszy w temperaturze odpowiedniej dla danego lepiszcza. Sposobem tym uzyskuje się zmniejszenie potencjalnej aktywności węgla nawet do 50% poprzez zaklejenie części porów.There is a known method of producing carburized fibers by bonding activated carbon with binders, which are most often a binder such as latex, rubbers and synthetic resins. After padding the fibers with the binder and removing its excess, powdered coal is applied, and then the whole is dried at a temperature appropriate for a given binder. This method reduces the potential carbon activity by up to 50% by sizing part of the pores.

Znany jest również sposób nanoszenia sproszkowanego węgla na włókna wytwarzane bezpośrednio z polimeru w momencie ich tworzenia. Sposób ten nie zapewnia trwałego połączenia węgla aktywnego z powierzchnią włókien. Wadą tego sposobu jest to, iż nie otrzymuje się luźnych włókien z węglem aktywnym, a tylko włókno uformowane w postaci włókniny. Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego nr P. 319065 sposób wytwarzania węglowych włóknin absorpcyjnych oraz urządzenie do stosowania tego sposobu. Sposób ten charakteryzuje się tym, że węgiel aktywny rozdrobniony do granulacji poniżej 0,71 mm wprowadza się mechanicznie do masy włóknistej, uformowanej z ciętych włókien chemicznych. Tak wypełniona masę włóknisto-węglową wprowadza się w strefę działania wysokiej temperatury, a następnie celem utrwalenia połączenia węgla z włóknami schładza się strumieniem zimnego powietrza. Sposób ten również nie umożliwia otrzymywania luźnych włókien z węglem aktywnym, a tylko włókna uformowane w postaci włókniny.There is also a known method of applying powdered carbon to fibers made directly from the polymer at the time of their formation. This method does not ensure a permanent bond of the activated carbon to the surface of the fibers. The disadvantage of this method is that no loose fibers with activated carbon are obtained, but only a fiber formed into a nonwoven fabric. There is known from the description of the patent application No. P. 319065 a method for producing carbon absorbent nonwovens and a device for using this method. This method is characterized in that the activated carbon, comminuted to a granulation of less than 0.71 mm, is mechanically introduced into the pulp, formed from cut chemical fibers. The fiber-carbon mass filled in this way is introduced into the zone of high temperature operation, and then, in order to consolidate the bond between the carbon and the fibers, it is cooled with a stream of cold air. This method also does not make it possible to obtain loose fibers with activated carbon, but only fibers formed in the form of a nonwoven.

Urządzenie składające się z pięciu stref blokowych ma pierwszą strefę zasilającą, wyposażoną w wał współpracujący z odwijarką oraz transporterem z naprężającą przystawką, ułatwiającą przesuwanie się włókniny pod strefę z pojemnikiem zawierającym aktywny węgiel. Strefa nanoszenia węgla łączy się ze strefą nagrzewania promiennikiem cieplnym, a dalej ze strefą chłodzenia wyposażoną w wentylator nadmuchowy. Końcową strefę urządzenia stanowiThe device consisting of five block zones has a first feeding zone, equipped with a shaft cooperating with a decoiler and a conveyor with a tension attachment, facilitating the movement of the nonwoven fabric under the zone with a container containing activated carbon. The carbon application zone is connected to the heating zone with a heat radiator, and then to the cooling zone equipped with a blowing fan. The final zone of the device is

187 338 przystawka napędowa współpracująca z nawijarką oraz wałem odbiorczym. Pod pojemnikiem z węglem aktywnym, a także pod promiennikiem i wentylatorem umieszczone są zsypowe rynny do gromadzenia nie związanego węgla.187 338 drive attachment cooperating with the winder and receiving shaft. Chute chutes for collecting unbound carbon are located under the activated carbon container, as well as under the radiator and fan.

W celu otrzymania nawęglonych luźnych włókien opracowano sposób termicznego łączenia sproszkowanego węgla aktywnego z włóknami termoplastycznymi polegający na tym, ze włókna prowadzi się mechanicznie w postaci kabla i napyla węglem aktywnym, po czym w stanie naprężonym poddaje się działaniu odpowiednio wysokich temperatur uplastyczniających włókna i powodujących wtapianie się węgla w ich strukturę, a następnie wyprowadza się ze strefy działania poddaje się włókna korzystnie procesowi karbikowania. Wyprowadzony ze strefy działania wysokich temperatur kabel włókien z naniesionym węglem aktywnym, przed procesem karbikowania, korzystnie dodatkowo dogrzewa się, a następnie dogniata się mechanicznie.In order to obtain carburized loose fibers, a method of thermal bonding of powdered activated carbon with thermoplastic fibers has been developed, whereby the fibers are mechanically guided in the form of a cable and sputtered with active carbon, and then, in the stressed state, they are subjected to appropriately high temperatures that plasticize the fibers and cause melting. into their structure, and then the fibers are removed from the zone of action, preferably by a crimping process. Before the crimping process, the fiber cable with activated carbon brought out of the high-temperature zone is preferably additionally heated and then mechanically crimped.

Urządzenie według wynalazku, zawierające komorę do napylania węgla aktywnego z dozownikiem i nagrzewnicą uplastyczniającą włókna, ma zespół wałków rozszerzająco-napręzajacych kabel włókien, usytuowany pomiędzy komorą do napylania węgla aktywnego, a nagrzewnicą za którą jest umiejscowiona głowica do karbikowania włókien z zespołem ściskająco-odbierających wałków. Urządzenie ma korzystnie dodatkowy grzejnik, usytuowany przestawnie względem uplastycznionego kabla włókien, pomiędzy nagrzewnicą, a zespołem ściskająco-odbierających wałków.The device according to the invention, comprising a chamber for sputtering active carbon with a dispenser and a fiber plasticizing heater, has a set of rollers for expanding and stretching the fiber cable, located between the chamber for sputtering the activated carbon and a heater behind which a head for crimping the fibers with a set of squeezing-receiving rollers is located. . The device preferably has an additional heater positioned staggered with respect to the plasticized fiber cable between the heater and the pressing-receiving rollers.

Sposób i urządzenie według wynalazku zapewnia dużą równomierność naniesienia węgla aktywnego i trwałe jego połączenie ze strukturą włókna. Nawęglony kabel włókien, po uprzednim pocięciu na odpowiednie odcinki, umożliwia łatwe wytwarzanie zarówno włóknin jak i przędz, a z nich tkanin i dzianin, co pozwala na szerokie ich wykorzystywanie w różnych gałęziach przemysłu.The method and device according to the invention ensure high uniformity of the application of activated carbon and its permanent connection with the fiber structure. The carburized fiber cable, after being cut into appropriate sections, enables easy production of both nonwovens and yarns, and woven and knitted fabrics from them, which allows them to be widely used in various industries.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawia urządzenie w ujęciu schematycznym.The subject of the invention is illustrated in an exemplary embodiment in the drawing, which shows the device in a schematic view.

Urządzenie ma dozownik 5 i komorę 4 do napylania węgla aktywnego, do której doprowadzane są włókna w postaci kabla 1, stanowiącego pasmo włókien ciągłych, korzystnie jednoskładnikowych bez określonego skrętu, pobieranego z pojemnika 2 za pomocą zespołu podających wałków 3 o prędkości umożliwiającej wprowadzenie nie naprężonego pasma z luźnymi włóknami. Kabel wprowadzony z naddatkiem do komory jest sfalowany i ma w przekroju zarys owalny zbliżony do elipsy, co ułatwia wnikanie cząstek węgla w głąb jego masy. U góry, za komorąz dozownikiem, jest umiejscowiona promiennikowa nagrzewnica 7 do której kabel 1 jest doprowadzany w stanie naprężonym poprzez zespół rozszerzająco-napręzajacych wałków 6, powodujących spłaszczanie i poszerzanie tego kabla co najmniej dwukrotnie w porównaniu do przekroju jego w komorze nawęglania. W nagrzewnicy jest poddawany działaniu odpowiednio wysokich temperatur, uplastyczniających włókna i powodujących wtapianie się węgla aktywnego w ich strukturę.The device has a dispenser 5 and a chamber 4 for spraying activated carbon, to which fibers are supplied in the form of a cable 1, constituting a strand of continuous fibers, preferably single-component without a defined twist, taken from the container 2 by means of a feed roller 3 with a speed enabling the introduction of an untensioned strand with loose fibers. The cable introduced with an allowance into the chamber is wavy and has an oval cross-section similar to an ellipse, which facilitates the penetration of carbon particles into its mass. At the top, behind the dispenser chamber, there is a radiant heater 7 to which the cable 1 is fed under tension through a set of expanding-tensioning rollers 6, causing the cable to flatten and widen at least twice as compared to its cross-section in the carburizing chamber. In the heater, it is subjected to appropriately high temperatures, which plasticize the fibers and cause the active carbon to fuse into their structure.

Temperatura powietrza w nagrzewnicy jest regulowana w zakresie od 90 do 150°C, zależnie od temperatury mięknięcia zawartych w kablu rodzaju włókien. Kabel jest przemieszczany przez strefę obróbki cieplnej z prędkością od 1 do 15 m/min za pomocą zespołu ściskająco-odbierających wałków 9 o regulowanym docisku rzędu od 0,5 do 3 MPa. Zespół ten, sprzężony z napędowym silnikiem 11, jest usytuowany przy głowicy 10 do karbikowania włókien, w którą korzystnie jest wyposażone urządzenie. Prędkość zespołu wałków jest regulowana w zależności od masy liniowej kabla i masy pojedynczych włókien w kablu, co zapewnia odpowiednie uplastycznienie włókien w strefie nagrzewania i właściwe wstępne połączenie ich z cząstkami węgla. Do nawęglania nadają się różnego rodzaj ciągle włókna termoplastyczne, np. polipropylenowe o masie liniowej od 5 do 20 dtex, uformowane wstępnie w kabel o masie liniowej od 20 do 100 ktex.The air temperature in the heater is regulated in the range from 90 to 150 ° C, depending on the softening temperature of the fibers contained in the cable. The cable is moved through the heat treatment zone at a speed of 1 to 15 m / min by means of a set of pressing and collecting rollers 9 with an adjustable pressure of the order of 0.5 to 3 MPa. This unit, coupled to the drive motor 11, is positioned at the head 10 for crimping the fibers with which the device is preferably provided. The speed of the roller assembly is regulated depending on the linear mass of the cable and the mass of individual fibers in the cable, which ensures proper plasticization of the fibers in the heating zone and proper initial connection with the carbon particles. Various types of continuous thermoplastic fibers are suitable for carburizing, e.g. polypropylene fibers with a linear mass of 5 to 20 dtex, pre-formed into a cable with a linear mass of 20 to 100 ktex.

Urządzenie jest dodatkowo wyposażone w elektryczny grzejnik 8, usytuowany korzystnie przestawnie względem kabla 1 włókien, pomiędzy nagrzewnicą 7, a zespołem wałków 9. Grzejnik ten ustawiany w odpowiedniej odległości dodatkowo uplastycznia włókna i umożliwia związanie ze strukturą włókna niezwiązanych w nagrzewnicy cząstek węgla w połączeniu z procesem dogniatania włókien kabla przez zespół wałków 9. Ogólnie proces ten zwiększa trwałośćThe device is additionally equipped with an electric heater 8, preferably staggered in relation to the fiber cable 1, between the heater 7 and the roller assembly 9. This heater, set at a suitable distance, additionally plasticizes the fibers and allows bonding of unbound carbon particles in the heater to the fiber structure in connection with the process. compressing the cable fibers by the roller assembly 9. Overall, this process increases durability

187 338 połączenia węgla ze strukturą włókna i ilość węgla związanego. Po poddaniu znanej obróbce karbikowania w głowicy 10, kabel z nawęglonym włóknem jest układany w pojemniku 12.187 338 combinations of carbon with the fiber structure and the amount of bonded carbon. After having undergone a known crimping treatment in the head 10, the carburized fiber cable is laid in the container 12.

Włókna ciągłe w postaci kabla 1 wprowadza się bez naprężenia z naddatkiem do komory 4, w której z pomocą dozownika 5 nanosi się sproszkowany węgiel aktywny z możliwością regulacji wielkości naniesienia, stosownie do potrzeb użytkowych. Rozluźnione w kablu włókna umożliwiają w miarę równomierne naniesienie węgla w całej jego masie. Po wyjściu z komory, spłaszczony i naprężony w zespole wałków 6, kabel wprowadza się do nagrzewnicy 7 w strefę działania odpowiednio wysokich temperatur, uplastyczniających włókna i powodujących w miarę trwałe wtapianie się cząstek węgla w powierzchnię strukturalną włókien, bez negatywnego oddziaływania na właściwości samego włókna. Uzyskuje się to przy stosowaniu właściwych dla danego rodzaju włókna parametrów temperatury i czasu nagrzewania, uzależnionego od prędkości przemieszczania się kabla. Strącony, w drodze przebiegu kabla z komory 4 do zespołu wałków 6, nadmiar cząstek węgla jest zsypywany rynną z powrotem do komory lub odrębnego zbiorniczka. Po wyjściu z nagrzewnicy kabel włókien dodatkowo dogrzewa się za pomocą grzejnika 8, następnie dogniata się za pomocą zespołu wałków 9, po czym poddaje się obróbce karbikowania w głowicy 10. Zestalenie struktury włókien następuje w atmosferze otaczającego powietrza. Nadana w głowicy karbikowatość włóknom zwiększa ich szczepliwość i polepsza właściwości przędne. Po uprzednim pocięciu kabla włókien z naniesionym i utrwalonym węglem na odpowiednie odcinki uzyskuje się szerokie możliwości jego przerobu i wytwarzanie włóknin i przędz, a z nich tkanin i dzianin. Wykonane materiały maja szerokie zastosowanie w dziedzinie filtracji, klimatyzacji i wentylacji, między innymi w przemyśle motoryzacyjnym, chemicznym, spożywczym oraz do produkcji indywidualnych środków ochrony osobistej np. masek i półmasek do wykorzystania w górnictwie, hutnictwie czy wojsku.The continuous fibers in the form of a cable 1 are fed without tension with an allowance into the chamber 4, in which, with the aid of a dispenser 5, powdered activated carbon is applied with the possibility of adjusting the amount of application, according to the use needs. Fibers loosened in the cable allow a relatively even distribution of carbon throughout its mass. After leaving the chamber, flattened and taut in the roller set 6, the cable is led into the heater 7 into the zone of operation of appropriately high temperatures, plasticizing the fibers and causing relatively permanent fusion of carbon particles into the structural surface of the fibers, without adversely affecting the properties of the fiber itself. This is achieved by applying temperature and heating time parameters appropriate for a given fiber type, depending on the speed of cable movement. The excess coal particles precipitated on the way of the cable from the chamber 4 to the roller set 6 are discharged through the gutter back into the chamber or a separate container. After leaving the heater, the fiber cable is additionally heated by the heater 8, then crimped by means of a set of rollers 9, and then crimping is processed in the head 10. The fiber structure is solidified in the ambient air atmosphere. The crimping of the fibers in the head increases their tackiness and improves the spinning properties. After cutting the fiber cable with carbon deposited and fixed into appropriate sections, a wide range of processing possibilities is obtained and the production of nonwovens and yarns, and from them woven and knitted fabrics. The materials made are widely used in the field of filtration, air conditioning and ventilation, including in the automotive, chemical and food industries, and for the production of individual personal protective equipment, e.g. masks and half-masks for use in mining, metallurgy and the military.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1.Process for the production of carbonaceous n thermoplastic fibers in the process of thermal bonding of powdered activated carbon with fibers, characterized in that the fibers are mechanically guided in the form of a cable and sputtered with active carbon, and then in the stressed state they are subjected to appropriately high temperatures, plasticizing the fibers and causing the carbon to melt into their structure, and then taken from the high temperature zone and subjected to a crimping process, preferably.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the cable of fibers with activated carbon deposited from the zone of action of high temperatures is additionally heated before the crimping process and then mechanically crimped.

3. A device for the production of carburized thermoplastic fibers, comprising an activated carbon spraying chamber with a dispenser and a fiber plasticizing heater, characterized in that it has a set of rollers (6) stretching the fiber cable (1), located between the chamber (4) for sputtering the carbon active, and the heater (7), behind which there is a head (10) for crimping the fibers with a set of pressing-receiving rollers (9).

4. The device according to claim 3. The heater (7), characterized in that it has an additional heater (8), preferably staggered with respect to the fiber cable (1), between the heater (7) and the pressing-receiving rollers (9).