RU2061129C1

RU2061129C1 - Method of manufacture of unwoven material from melt of polymers

Info

Publication number: RU2061129C1
Authority: RU
Inventors: М.Я. Алферов
Original assignee: Алферов Михаил Ярославович
Priority date: 1991-02-14
Filing date: 1991-02-14
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: methods of aerodynamic formation of unwoven materials from synthesized fibres. SUBSTANCE: extrusion of melt of polymers is accomplished in a fibre-forming head, having holes that are arranged radially and converge in the center, fibres are laid in canvas and formation of unwoven material is accomplished on the inner surface of a fixed porous holder having the shape of a converging funnel; drafting of the obtained hose is accomplished in the direction of motion of the air flow inside the holder cooled from the external surface. The material thickness is controlled by the rate of hose drafting. In accordance with the offered method, flexible porous substrates for membrane, as well as fibrous filter media of various assortment are obtained. EFFECT: homogeneous and stable filter characteristics of manufactured material. 3 dwg

Description

Изобретение относится к нетканым материалам, получаемым путем соединения термопластичных мононитей в процессе их образования непосредственно после экструзии, в частности к способам получения нетканых материалов из расплава полимеров, и может быть использовано при производстве нетканых материалов для фильтрования нейтральных и агрессивных жидкостей, а также при производстве глубинных фильтровальных элементов. The invention relates to nonwoven materials obtained by joining thermoplastic monofilaments during their formation immediately after extrusion, in particular to methods for producing nonwoven materials from polymer melt, and can be used in the production of nonwoven materials for filtering neutral and aggressive liquids, as well as in the production of deep filter elements.

Цель повышение качества нетканого материала. При проведении способа расплавляют термопластичные полимеры в экструдере, экструдируют полученный расплав в виде струек через отверстия волокнообразующей головки, имеющей радиально расположенные и сходящиеся в центре каналы, затем утоняют и одновременно охлаждают струйки расплава воздушным потоком до образования микроволокон, в последующем укладывают микроволокна в виде непрерывного рукава на внутренней поверхности неподвижной оправки, имеющей форму сходящегося в направлении подачи микроволокон раструба и охлаждаемой с наружной поверхности, а затем выравнивают рукав в валковом прессе и наматывают готовый материала на вращающийся барабан приемного устройства. The goal is to improve the quality of non-woven material. When carrying out the method, thermoplastic polymers are melted in an extruder, the obtained melt is extruded in the form of streams through the holes of the fiber-forming head having channels radially located and converging in the center, then the melt streams are thinned and simultaneously cooled by air flow to form microfibers, subsequently microfibers are laid in the form of a continuous sleeve on the inner surface of the stationary mandrel, having the shape of a bell converging in the microfibre feed direction and cooled with the outer surface, and then align the sleeve in a roller press and wrap the finished material on a rotating drum of the receiving device.

Осуществление экструдирования расплава полимеров в волокнообразующей головке, имеющей радиально расположенные и сходящиеся в центре каналы, обеспечивает в способе увеличение расстояния между еще незатвердевшими волокнами в процессе их выпрядения, причем это расстояние пропорционально увеличивается по мере удаления волокон от волокнообразующей головки, что уменьшает преждевременное опутывание или переплетение неотвердевших волокон с образованием сгустков или комочков полимеров и таким образом повышает качество нетканого материала и улучшает его фильтровальные характеристики за счет уменьшения плотности нетканого материала. Кроме того, при проведении операции экструдирования обеспечивается равномерное распределение давления расплава полимеров независимо от места расположения отверстий в головке, в результате чего экструдирование осуществляется с одинаковым для всех каналов расходом, что позволяет формовать волокна в структуре нетканого материала с одинаковым диаметром. Применение в способе волокнообразующей головки, у которой отверстия расположены по окружности, позволяет увеличить плотность отверстий на единицу веса головки, что уменьшает материалоемкость и повышает эффективность способа. The extrusion of the polymer melt in a fiber-forming head having radially located and converging in the center channels, provides in the method an increase in the distance between the still-solidified fibers during their straightening, and this distance is proportionally increased as the fibers move away from the fiber-forming head, which reduces premature entanglement or weaving unhardened fibers to form clumps or lumps of polymers and thus increase the quality of non-woven fabric la and improves its filtering characteristics by reducing the density of the nonwoven material. In addition, during the extrusion operation, a uniform distribution of the pressure of the polymer melt is ensured regardless of the location of the holes in the head, as a result of which the extrusion is carried out with the same flow rate for all channels, which makes it possible to form fibers in the structure of a nonwoven material with the same diameter. The use of a fiber-forming head in the method, in which the holes are located around the circumference, can increase the density of the holes per unit weight of the head, which reduces the material consumption and increases the efficiency of the method.

Проведенные операции укладки микроволокон на внутренней поверхности пористой оправки, охлаждаемой с наружной поверхности, позволяет получать нетканый материал с хорошо сформировавшимися волокнами в структуре двухслойного материала, причем слои материала за счет выходящего воздуха через поры материала в непосpедственной близости волнового пресса не склеиваются друг с другом, что обеспечивает простоту способа увеличения ширины полотна путем разрезания его вдоль складки и разворачивания в однослойный холст. The operations of laying microfibers on the inner surface of the porous mandrel, cooled from the outer surface, allows to obtain a non-woven material with well-formed fibers in the structure of the two-layer material, and the layers of material due to the outgoing air through the pores of the material in the immediate vicinity of the wave press are not glued to each other, which provides a simple way to increase the width of the canvas by cutting it along the folds and deploying it in a single layer canvas.

На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа в вертикальной проекции; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 разрез существенной части волокнообразующей головки. In FIG. 1 shows a device for implementing the method in vertical projection; figure 2 is the same, a top view; figure 3 is a section of a substantial part of the fiberising head.

Полимерный материал, например полипропилен, подается к экструдеру шнековому в виде гранул. Затем материал расплавляется и полученный расплав экструдируется через отверстия 1 волокнообразующей головки 2, в которой волокнообразующие отверстия расположены радиально и сходятся к центру. Polymer material, for example polypropylene, is supplied to the screw extruder in the form of granules. Then the material is melted and the resulting melt is extruded through the holes 1 of the fiberising head 2, in which the fiberizing holes are radially and converge to the center.

Одновременно в волокнообразующую головку 2 подается предварительно нагретый в нагревателе сжатый воздух при температуре, примерно равной температуре расплава. Под воздействием воздушного потока истекающие струйки расплава из отверстий 1 охлаждаются до температуры отверждения и превращаются в микроволокна, которые в процессе движения к внутренней поверхности неподвижной пористой оправки 3 утоняются и укладываются по кольцевому периметру оправки в хаотическую структуру холста. Оправка 3 имеет форму сходящегося раструба с постоянным периметром в любом сечении оправки. Часть сжатого воздуха истекает через отверстия пористой оправки, что позволяет удерживаться формуемому нетканому материалу в виде холста на внутренней поверхности оправки. Непрерывно образуемый рукав стягивается с поверхности оправки вдоль своей оси, причем это вытягивание получаемого рукава ведут в направлении движения воздушного потока (направление показано увеличенной пунктирной линией) внутри оправки, а выравнивание осуществляют в валковом прессе 4. В связи с тем, что зона напыления и формования волокна является изолированной, то не происходит отрыва и дальнейших потерь микроволокон. Одновременно оправку 3 охлаждают с наружной поверхности, что обеспечивает стабильность процесса формования нетканого материала. В дальнейшем вытягиваемый нетканый материал в виде непрерывного рукава после выравнивания в валковом прессе 4, который обеспечивает одновременно определенную скорость вытягивания в зависимости от требуемой толщины нетканого материала, причем для обеспечения уменьшения толщины скорость вытягивания увеличивают, наматывается на вращающийся барабан 5 приемного устройства. В последующем для увеличения ширины материала рукав разрезается вдоль одной из сторон и разворачивается в однослойный холст. At the same time, compressed air preheated in the heater is supplied to the fiberising head 2 at a temperature approximately equal to the melt temperature. Under the influence of the air flow, the flowing streams of melt from the holes 1 are cooled to the curing temperature and turn into microfibers, which, when moving to the inner surface of the stationary porous mandrel 3, are thinned and laid along the annular perimeter of the mandrel in a chaotic canvas structure. The mandrel 3 has the shape of a converging bell with a constant perimeter in any section of the mandrel. Part of the compressed air flows out through the openings of the porous mandrel, which allows the moldable non-woven material to be held in the form of a canvas on the inner surface of the mandrel. A continuously formed sleeve is pulled from the surface of the mandrel along its axis, and this stretching of the resulting sleeve is carried out in the direction of movement of the air flow (the direction is shown by an enlarged dotted line) inside the mandrel, and alignment is carried out in a roller press 4. Due to the fact that the spraying and molding zone Since the fiber is insulated, there is no separation and further loss of microfibers. At the same time, the mandrel 3 is cooled from the outer surface, which ensures the stability of the molding process of the nonwoven material. Subsequently, the non-woven material to be drawn is in the form of a continuous sleeve after alignment in the roller press 4, which simultaneously provides a certain drawing speed depending on the required thickness of the non-woven material, and in order to ensure a decrease in the thickness, the drawing speed is increased and wound on the rotary drum 5 of the receiving device. Subsequently, to increase the width of the material, the sleeve is cut along one of the sides and unfolds into a single-layer canvas.

П р и м е р 1. Гранулы полипропилена марки 21060 помещали в шнековый экструдер, в котором расплавляли полипропилен до температуры 340^оС, а затем экструдировали полученный расплав полипропилена через кольцевую волокнообразующую головку 2, у которой отверстия 1 были расположены радиально и сходились в центре головки. Это обеспечило стабильность получения микроволокон одинакового диаметра с абсолютными размерами (2 мкм) при давлении сжатого воздуха, нагретого до температуры 300^оС, 0,05 мПа. Затем производилась укладка полученных микроволокон в холст по периметру оправки, имеющей диаметр 0,65 м и пористость около 8% Последующее вытягивание получаемого рукава производили в направлении движения воздушного потока внутри оправки с равномерной скоростью 5 м/мин, что позволяло получать нетканый материал в виде непрерывного рукава с толщиной стенки 0,5 мм. При выходе из оправки, имеющей форму сходящегося раструба, получаемый рукав выравнивается в валковом прессе для получения ровной поверхности и исключения ворсистости материала, а затем наматывается на барабан приемного устройства.EXAMPLE EXAMPLE 1 Pellets of polypropylene grade 21060 was placed into a screw extruder where the polypropylene was melted to a temperature of 340 ^{° C,} and then the resulting melt is extruded through an annular polypropylene fiberizing die 2, in which the plug 1 and are arranged radially converge in the center heads. This provided stable preparation with the same diameter microfibers absolute size (2 mm) at a pressure of the compressed air heated to a temperature of 300 ^{° C,} 0.05 MPa. Then, the obtained microfibers were laid in a canvas along the perimeter of the mandrel, having a diameter of 0.65 m and a porosity of about 8%. Subsequent stretching of the resulting sleeve was carried out in the direction of air flow inside the mandrel at a uniform speed of 5 m / min, which made it possible to obtain a nonwoven material in the form of a continuous sleeves with a wall thickness of 0.5 mm. When leaving the mandrel, which has the shape of a converging bell, the resulting sleeve is leveled in a roller press to obtain a flat surface and to avoid fluffy material, and then wound on a drum of the receiving device.

В результате осуществления этого способа был получен нетканый фильтровальный материал с однородной структурой, причем фильтровальные характеристики образцов, взятых с различных мест по длине материала, различались не более чем на 1-2% что свидетельствует о высоком качестве материала. Кроме того, в получаемом по данному способу материале не отмечалось в структуре сгустков полимеров или кусочков склеенных волокон. As a result of this method, a non-woven filter material with a homogeneous structure was obtained, and the filter characteristics of samples taken from different places along the length of the material differed by no more than 1-2%, indicating a high quality of the material. In addition, in the material obtained by this method, it was not noted in the structure of polymer clots or pieces of glued fibers.

П р и м е р 2. Способ был осуществлен с аналогичными режимами проведения операций с изменением скорости вытягивания, которая составила 2,5 м/мин. В результате был получен материал с толщиной стенки 2 мм при хорошем качестве фильтровальных характеристик. PRI me R 2. The method was carried out with similar modes of operations with a change in the speed of drawing, which amounted to 2.5 m / min As a result, a material with a wall thickness of 2 mm was obtained with good quality filter characteristics.

Claims

A method of producing a nonwoven material from a polymer melt, which consists in melting thermoplastic polymers in an extruder, extruding the melt through the openings of the fiber-forming head in the form of streams, thinning and simultaneously cooling the melt streams with an air stream to form microfibers, followed by laying microfibres in the form of a continuous sleeve on the inner surface of a fixed mandrel having the shape of a bell converging in the microfibre feed direction, pulling the resulting sleeve in the direction moving the air flow inside the mandrel along its longitudinal axis, aligning it in a roller press and winding the finished material on a rotating drum of the receiving device, characterized in that, in order to improve the quality of the nonwoven material, the extrusion of the polymer melt is carried out in a fiber-forming ring head having radially located and converging channels in the center, and microfibers are laid in a sleeve under the action of a flat air stream supplied in the direction of extruded streams Ava.