RU2362746C1

RU2362746C1 - Fibre-forming device

Info

Publication number: RU2362746C1
Application number: RU2007147194/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Анатольевич Сентяков (RU); Борис Анатольевич Сентяков; Кирилл Борисович Сентяков (RU); Кирилл Борисович Сентяков; Фаат Фатыхович Шайхразиев (RU); Фаат Фатыхович Шайхразиев; Константин Петрович Широбоков (RU); Константин Петрович Широбоков; Михаил Александрович Святский (RU); Михаил Александрович Святский
Original assignee: Фаат Фатыхович Шайхразиев
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-07-27

Abstract

FIELD: textiles; paper.

SUBSTANCE: device is meant for producing heat- and soundproof fibre materials using the method of blowing a jet of molten material with a stream of energy carrier. The invention seeks to improve quality of the obtained fibre and the final product - linen. The fibre forming device contains a nozzle for outlet of the jet of molten material. The nozzle is coaxial with a blowing head, which has an inner circular cavity, linked to inlet channels and an annular nozzle for outlet of energy carrier to the atmosphere, as well as a central channel with varying cross section. One of the inlet channels is at a tangent to the inner circular cavity, and the other is radial to it. The channels are connected to the source of energy carrier through adjustable chokes. The blowing head is installed at two centres with provision for executing oscillating motion around their common axis, passing perpendicular the axis of the annular nozzle at the place with the smallest cross section of the central channel.

EFFECT: improved quality of obtained fibre and final product - linen.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области производства тепло- и звукоизоляционных волокнистых материалов способом раздува струи исходного расплавленного материала потоком энергоносителя и может быть использовано при производстве штапельного полиэтилентерефталатного волокна и изделий из него, например, холстов или нетканого материала, способом раздува струи расплавленного аморфного полиэтилентерефталата потоком сжатого воздуха, а также волокнистых материалов и изделий из природного минерального сырья.The invention relates to the field of production of heat and sound insulating fibrous materials by a method of blowing a jet of source molten material with an energy carrier stream and can be used in the production of staple polyethylene terephthalate fiber and products from it, for example, canvases or nonwoven material, by way of blowing a jet of molten amorphous polyethylene terephthalate with a stream of compressed air, as well as fibrous materials and products from natural mineral raw materials.

Известно четыре основных способа получения штапельного волокна из синтетических и минеральных расплавов: вытягиванием элементарных волокон через фильеры малого диаметра, их шпулированием, формированием жгута, резкой жгута на элементы, перемешиванием и рыхлением образующегося волокна; дуплексным способом - получением первичных нитей и их раздувом потоком энергоносителя с высокой температурой на элементарные волокна; центробежным способом - поливом струи расплавленного материала на вращающиеся барабаны, диски или чаши и вытягиванием элементарных волокон после разрыва образующейся пленки под действием центробежных сил; непосредственным воздействием потока энергоносителя, например сжатого воздуха, на струю расплавленного материала и образованием при этом элементарных волокон. Устройства для реализации последнего способа отличаются простотой конструкции, требуют меньших затрат энергии, но не обеспечивают высокого качества волокна и готовых изделий - холстов, которые образуются при осаждении волокна на конвейерные устройства.There are four main methods for producing staple fibers from synthetic and mineral melts: drawing elementary fibers through small diameter spinnerets, spooling them, forming a bundle, cutting a bundle into elements, mixing and loosening the resulting fiber; duplex method - obtaining primary filaments and blowing them with a high-temperature energy carrier stream to elementary fibers; by centrifugal method - by pouring a jet of molten material onto rotating drums, disks or bowls and drawing out elementary fibers after breaking the resulting film under the action of centrifugal forces; direct influence of the energy carrier flow, for example, compressed air, on the jet of molten material and the formation of elementary fibers. Devices for implementing the latter method are simple in design, require less energy, but do not provide high quality fibers and finished products - canvases, which are formed when the fiber is deposited on conveyor devices.

Известно волокнообразующее устройство [1], содержащее раздувочную головку, выполненную как сборный корпус с центральным отверстием для ввода струи расплавленного материала, рабочее сопло, камеру распыления и камеру волокнообразования состыкованную с эжектором, проточная часть которого имеет кольцевое щелевое сопло для выхода энергоносителя в атмосферу и образована внутренней поверхностью кольцевого профиля и наружной поверхностью камеры волокнообразования.Known fiber-forming device [1], containing a blowing head made as a prefabricated housing with a central hole for introducing a jet of molten material, a working nozzle, a spray chamber and a fiberization chamber aligned with an ejector, the flow part of which has an annular slot nozzle for the energy carrier to enter the atmosphere and is formed the inner surface of the annular profile and the outer surface of the fiberization chamber.

Недостатком такого волокнообразующего устройства является низкое качество получаемого волокна, выражающееся в изменении диаметрального размера элементарных волокон при изменении физических свойств расплавленного материала и низкое качество образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в неравномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста вследствие невозможности управления процессом волокнообразования без изменения конструкции раздувочной головки.The disadvantage of such a fiber-forming device is the low quality of the obtained fiber, expressed in the change in the diametrical size of the elementary fibers with a change in the physical properties of the molten material and the low quality of the finished product formed after the fiber formation process, the canvas, which is expressed in the uneven distribution of elementary fibers over the thickness and width of the canvas due to the inability to control the process fiber formation without changing the design of the blowing head.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является волокнообразующее устройство [2], выполненное в виде дутьевой головки, включающее корпус с внутренней кольцевой полостью, соединенной с патрубком для ввода энергоносителя, крышку с отверстием в виде сопла для выхода струи расплавленного материала, центральный канал переменного сечения для ввода струи расплавленного материала, кольцевое сопло для выхода энергоносителя в атмосферу, досопловую и подсопловую камеры, стакан с отверстиями в донышке и стенках, присоединенный к основанию фильерного питателя и корпусу головки и образующий с крышкой камеру разрежения.Closest to the proposed technical substance is a fiber-forming device [2], made in the form of a blasting head, comprising a housing with an internal annular cavity connected to an energy input pipe, a cover with an opening in the form of a nozzle for the exit of a jet of molten material, a central channel of variable cross section for introducing a jet of molten material, an annular nozzle for entering the energy carrier into the atmosphere, a pre-subfloor and subfloor chamber, a glass with holes in the bottom and walls, attached to the main spherical feeder and the body of the head and forming a vacuum chamber with a lid.

Недостатком такого волокнообразующего устройства также является низкое качество получаемого волокна, выражающееся в изменении диаметрального размера элементарных волокон при изменении физических свойств расплавленного материала и низкое качество образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в неравномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста вследствие невозможности управления процессом волокнообразования без изменения конструкции раздувочной головки.A disadvantage of such a fiber-forming device is also the low quality of the resulting fiber, expressed in the change in the diametrical size of the elementary fibers when the physical properties of the molten material change and the low quality of the finished product formed after the fiber formation process, the canvas, expressed in the uneven distribution of elementary fibers over the thickness and width of the canvas due to the inability to control the process of fiber formation without changing the design of the blowing head.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества получаемого волокна при вариации вязкости и поверхностного натяжения расплавленного материала, выражающееся в уменьшении содержания неволокнистых включений и стабилизации диаметрального размера элементарных волокон, а также повышение качества образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в обеспечении равномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста.The technical problem to which the claimed invention is directed is to improve the quality of the obtained fiber by varying the viscosity and surface tension of the molten material, which is expressed in reducing the content of non-fibrous inclusions and stabilizing the diametric size of elementary fibers, as well as improving the quality of the finished product formed after the fiber formation process - canvas, expressed in ensuring uniform distribution of elementary fibers across the thickness and width of the canvas.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известном волокнообразующем устройстве, содержащем установленную соосно соплу для выхода струи расплавленного материала в направлении ее движения раздувочную головку с внутренней кольцевой полостью, сообщающейся с подводящими каналами, соединенными с источником энергоносителя и кольцевым соплом для выхода энергоносителя в атмосферу, а также центральным каналом переменного сечения для ввода струи расплавленного материала, один из подводящих каналов выполнен тангенциально к внутренней кольцевой полости, а второй - радиально к ней и они соединены с источником энергоносителя через регулируемые дроссели, что позволяет изменяя сопротивление дросселей при отладке устройства изменять степень закрутки потока энергоносителя во внутренней кольцевой полости и на выходе его из кольцевого сопла в атмосферу, изменяя за счет этого угол факела распыления получаемого волокна до оптимального, при котором обеспечивается получение волокна лучшего качества. Раздувочная головка установлена с возможностью совершения качательных движений в двух центрах, ось которых проходит перпендикулярно оси кольцевого сопла в месте наименьшего сечения центрального канала, что позволяет повысить качество образующегося после процесса волокнообразования готового изделия - холста, выражающееся в обеспечении равномерности распределения элементарных волокон по толщине и ширине холста и минимизации вероятности касания и прилипания струи расплавленного материала к стенкам центрального канала раздувочной головки. Раздувочная головка имеет возможность регулировочных перемещений в продольном направлении относительно сопла для выхода струи расплавленного материала, что позволяет повысить качество получаемого волокна при вариации вязкости и поверхностного натяжения расплавленного материала, выражающееся в уменьшении содержания неволокнистых включений и стабилизации диаметрального размера элементарных волокон за счет установки в процессе отладки устройства рационального расстояния L между соплом для выхода расплавленного материала и раздувочной головкой.The stated technical problem is solved due to the fact that in the known fiber-forming device containing a coaxial nozzle for exiting a jet of molten material in the direction of its movement, a blowing head with an internal annular cavity communicating with the supply channels connected to the energy source and the annular nozzle for the output of the energy source atmosphere, as well as a central channel of variable cross-section for introducing a jet of molten material, one of the supply channels is made tangentially to inner ring cavity, and the second is radially to it and they are connected to the energy source through adjustable throttles, which allows changing the resistance of the throttles when debugging the device to change the degree of swirl of the energy carrier flow in the inner ring cavity and at the outlet of the ring nozzle into the atmosphere, changing due to this angle of the spray torch of the resulting fiber to the optimum, which ensures the production of fiber of the best quality. The blowing head is installed with the possibility of swinging movements in two centers, the axis of which runs perpendicular to the axis of the annular nozzle at the smallest section of the central channel, which improves the quality of the finished product formed after the fiber formation process - the canvas, which is expressed in ensuring uniform distribution of elementary fibers in thickness and width canvas and minimize the likelihood of touching and sticking the jet of molten material to the walls of the Central channel of the blowing g rumps. The blowing head has the possibility of adjusting movements in the longitudinal direction relative to the nozzle for the exit of the jet of molten material, which improves the quality of the obtained fiber by varying the viscosity and surface tension of the molten material, which is expressed in a decrease in the content of non-fibrous inclusions and stabilization of the diametrical size of the elementary fibers due to the installation during debugging devices rational distance L between the nozzle for the exit of molten material and blowing full-time head.

При оценке соответствия комплекса новых признаков волокнообразующего устройства критерию "существенные отличия" по доступным авторам и заявителю, информационным источникам, в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обнаружить не удалось.When assessing the compliance of the complex of new features of the fiber-forming device with the criterion of "significant differences" according to available authors and the applicant, information sources, in the known technical solutions of signs similar to those claimed, it was not possible to detect.

На фиг.1 приведена конструктивная схема волокнообразующего устройства, на фиг.2 - сечение раздувочной головки, проходящее через оси подводящих каналов, а на фиг.3 - вид на волокнообразующее устройство в направлении продольном оси качания раздувочной головки.Figure 1 shows a structural diagram of a fiberising device, figure 2 is a cross section of the blowing head passing through the axis of the feed channels, and figure 3 is a view of the fiber forming device in the direction of the longitudinal axis of swing of the blowing head.

Волокнообразующее устройство содержит закрепленное на базовом элементе 1 сопло 2 для выхода струи 3 расплавленного материала 4. Соосно соплу 2 размещена раздувочная головка 5, которая имеет внутреннюю кольцевую полость 6 сообщающуюся с подводящими каналами 7 и 8 и кольцевым соплом 9 для выхода энергоносителя в атмосферу, а также центральный канал 10 переменного сечения для ввода струи 3 расплавленного материала. Один из подводящих каналов 7 выполнен тангенциально к внутренней кольцевой полости 6, а другой - канал 8, радиально к ней. Каналы 7 и 8 соединены с источником энергоносителя, например сжатого воздуха или пара, через регулируемые дроссели 11 и 12. Раздувочная головка 5 установлена в двух центрах 13 и 14 с возможностью совершения качательных движений вокруг их общей оси проходящей перпендикулярно оси кольцевого сопла 9 в месте наименьшего сечения центрального канала 10. Центра 13 и 14 закреплены с возможностью перемещения в осевом направлении на корпусе 15, который установлен на закрепленных в базовом элементе 1 скалках 16 с возможностью регулировочных перемещений вместе с раздувочной головкой 5 в продольном направлении относительно сопла 2 для выхода струи расплавленного материала. Винты 17 необходимы для фиксации расстояния L между соплом 2 и раздувочной головкой 5. Привод механизма качания раздувочной головки 5 может быть выполнен в виде размещенного между корпусом 15 и раздувочной головкой 5 пневмоцилиндра 18, соединенного с низкочастотным генератором пневматических колебаний 19 и пружины 20.The fiber-forming device comprises a nozzle 2 mounted on the base element 1 for the exit of the jet 3 of molten material 4. A blowing head 5 is placed coaxially with the nozzle 2, which has an inner annular cavity 6 in communication with the supply channels 7 and 8 and the annular nozzle 9 for the energy carrier to enter the atmosphere, and also a central channel 10 of variable cross-section for introducing a jet 3 of molten material. One of the supply channels 7 is made tangentially to the inner annular cavity 6, and the other is channel 8, radially to it. Channels 7 and 8 are connected to a source of energy, such as compressed air or steam, via adjustable chokes 11 and 12. The blowing head 5 is installed in two centers 13 and 14 with the possibility of swinging movements around their common axis passing perpendicular to the axis of the annular nozzle 9 in the place of the smallest sections of the central channel 10. The centers 13 and 14 are fixed with the possibility of axial movement on the housing 15, which is mounted on rolling pins 16 fixed in the base element 1 with the possibility of adjusting movements with razduvochnoy head 5 in a longitudinal direction relative to the nozzle 2 for the output streams of molten material. Screws 17 are necessary for fixing the distance L between the nozzle 2 and the blowing head 5. The drive of the swing mechanism of the blowing head 5 can be made in the form of a pneumatic cylinder 18 located between the housing 15 and the blowing head 5, connected to a low-frequency generator of pneumatic vibrations 19 and a spring 20.

Волокнообразующее устройство работает следующим образом. Поток энергоносителя, например сжатого воздуха или пара, через регулируемые дроссели 11, 12 и подводящие каналы 7, 8 поступает во внутреннюю кольцевую полость 6 раздувочной головки и через кольцевое сопло 9 истекает в атмосферу. Одновременно, через сопло 2 под действием гидростатического или избыточного давления, а также под действием разрежения в центральном канале переменного сечения 10, создаваемого при выходе потока энергоносителя в атмосферу, истекает струя расплавленного материала 3. На выходе из раздувочной головки 5 при встрече с истекающим из кольцевого сопла 9 потоком энергоносителя струя расплавленного материала 3 расщепляется на элементарные волокна с образованием факела, имеющего центральный угол γ. Волокно осаждается на транспортирующее устройство образуя холст переплетенных между собой элементарных волокон (условно не показано). Основными технологическими параметрами процесса волокнообразования, которые влияют на качество получаемого волокна являются вязкость и поверхностное натяжение расплавленного материала в зоне встречи струи расплавленного материала с потоком энергоносителя, а также направление потока энергоносителя в этой зоне. Вязкость и поверхностное натяжение расплавленного материала определяются физико-химическими свойствами исходного сырья и температурой струи, которая уменьшается с увеличением расстояния L между соплом 2 и раздувочной головкой 5. В процессе отладки волокнообразующего устройства, выполняя регулировочные перемещения раздувочной головки 5 в продольном направлении относительно сопла 2, для выхода струи расплавленного материала имеется возможность определения рационального расстояния L, при котором обеспечивается получение волокна лучшего качества. Направление потока энергоносителя истекающего из кольцевого сопла 9 в зоне встречи его со струей расплавленного материала 3 определяется степенью закрутки потока во внутренней кольцевой полости 6, которая вычисляется как тангенс угла между осевой и тангенциальной проекциями скорости потока энергоносителя на выходе его из кольцевого сопла и равна половине угла факела γ. Изменяя сопротивление дросселей 11 и 12 в процессе отладки устройства имеется возможность изменять направление потока энергоносителя до рационального значения, при котором обеспечивается получение волокна лучшего качества. О степени закрутки потока судят по величине угла факела γ. Например, при получении волокна из полиэтилентерефталата при температуре расплавленного материала перед выходом из сопла 2 в пределах от 240 до 260°С, с помощью предлагаемого волокнообразующего устройства при полностью закрытом дросселе 11, когда закрутка потока отсутствовала, γ=22…25 град, а при полностью закрытом дросселе 12 - когда закрутка потока была максимальной - γ=30…35 град. Волокно наилучшего качества получено при γ=25…30 град. В процессе работы волокнообразующего устройства шток пневмоцилиндра 18 совершает возвратно-поступательные движения с частотой 0,5…1 Гц, что обеспечивается периодической подачей в его рабочую полость сжатого воздуха от низкочастотного генератора пневматических колебаний 19, состоящего из струйного элемента системы «Волга», двух пневматических камер, дросселей и усилителя ПФ-57-21 (на фиг.3 не показаны). При этом раздувочная головка 5 и факел образованных элементарных волокон 21 совершают качательные движения в центрах 13 и 14 в направлении перпендикулярном движению транспортирующего устройства (условно не показано), обеспечивая равномерность осаждения волокон по ширине и толщине образующегося холста. В опытном образце волокнообразующего устройства центральный угол качания раздувочной головки составлял 12 градусов.Fiber-forming device operates as follows. The flow of energy, such as compressed air or steam, through adjustable chokes 11, 12 and inlet channels 7, 8 enters the inner annular cavity 6 of the blowing head and flows through the annular nozzle 9 into the atmosphere. At the same time, through the nozzle 2 under the influence of hydrostatic or excess pressure, as well as under the action of rarefaction in the central channel of variable cross section 10 created when the energy carrier enters the atmosphere, a stream of molten material 3 flows out. At the exit of the blowing head 5 when meeting with the flowing out of the annular nozzle 9 with a flow of energy carrier stream of molten material 3 is split into elementary fibers with the formation of a torch having a central angle γ. The fiber is deposited on the conveying device forming a canvas of interwoven elementary fibers (not shown conventionally). The main technological parameters of the fiber formation process, which affect the quality of the obtained fiber, are the viscosity and surface tension of the molten material in the zone where the jet of molten material meets the energy flow, as well as the direction of the energy flow in this zone. The viscosity and surface tension of the molten material are determined by the physicochemical properties of the feedstock and the temperature of the jet, which decreases with increasing distance L between the nozzle 2 and the blowing head 5. During debugging of the fiberising device, performing adjusting movements of the blowing head 5 in the longitudinal direction relative to the nozzle 2, for the exit of a jet of molten material, it is possible to determine the rational distance L, at which the fiber is obtained better th quality. The direction of the energy carrier flow flowing out of the annular nozzle 9 in the zone of its meeting with the jet of molten material 3 is determined by the degree of twist of the flow in the inner annular cavity 6, which is calculated as the tangent of the angle between the axial and tangential projections of the energy carrier velocity at the outlet of the annular nozzle and is equal to half the angle torch γ. By changing the resistance of the chokes 11 and 12 during the debugging process of the device, it is possible to change the direction of the energy carrier flow to a rational value, which ensures the production of fiber of better quality. The degree of swirling flow is judged by the magnitude of the angle of the torch γ. For example, when receiving fiber from polyethylene terephthalate at a temperature of molten material before exiting nozzle 2 in the range from 240 to 260 ° C, using the proposed fiberising device with a completely closed throttle 11, when there was no flow swirl, γ = 22 ... 25 degrees, and at fully closed throttle 12 - when the flow swirl was maximum - γ = 30 ... 35 degrees. The fiber of the best quality was obtained at γ = 25 ... 30 deg. In the process of operation of the fiber-forming device, the rod of the pneumatic cylinder 18 makes reciprocating movements with a frequency of 0.5 ... 1 Hz, which is ensured by the periodic supply of compressed air from the low-frequency generator of pneumatic oscillations 19, consisting of a jet element of the Volga system, to its working cavity, two pneumatic cameras, chokes and amplifier PF-57-21 (not shown in figure 3). In this case, the blowing head 5 and the torch of the formed elementary fibers 21 make oscillating movements in the centers 13 and 14 in the direction perpendicular to the movement of the conveying device (not shown conditionally), ensuring uniform deposition of fibers along the width and thickness of the formed canvas. In the prototype fiber-forming device, the central swing angle of the blowing head was 12 degrees.

Таким образом, предлагаемое волокнообразующее устройство позволяет повысить качество получаемого способом раздува струи расплавленного исходного материала потоком энергоносителя штапельного волокна и изделия из него - холста из переплетенных между собой элементарных волокон за счет управления процессом волокнообразования в процессе отладки и работы устройства. Техническая воспроизводимость устройства и результаты его работы подтверждены испытаниями опытного образца.Thus, the proposed fiber-forming device makes it possible to improve the quality of the molten source material obtained by blowing a stream of staple fiber energy carrier and a product made of it — a canvas of interwoven elementary fibers by controlling the process of fiber formation during debugging and operation of the device. The technical reproducibility of the device and the results of its work are confirmed by testing a prototype.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. №1675234 (СССР), МПК С03В 37/06. Волокнообразующее устройство / Корницкий Л.И., Яковлев А.И., Хизгияев Б.И., Асадулаев У.А. Опубл. в БИ №33, 1991.1. A.S. No. 1675234 (USSR), IPC С03В 37/06. Fiber-forming device / Kornitsky L.I., Yakovlev A.I., Khizgiaev B.I., Asadulaev U.A. Publ. in BI No. 33, 1991.

2. А.с. №1435552 (СССР), МПК С03В 37/06. Дутьевая головка к фильерному питателю /Печеный Н.И., Братухин Н.Э., Гаврилюк В.П., Коновалов Н.Г., Примаченко Г.А. Опубл. в БИ №41, 1988.2. A.S. No. 1435552 (USSR), IPC С03В 37/06. The blasting head to the die feeder / Pecheny N.I., Bratukhin N.E., Gavrilyuk V.P., Konovalov N.G., Primachenko G.A. Publ. in BI No. 41, 1988.

Claims

A fiber-forming device containing a coaxially mounted nozzle for exiting a jet of molten material in the direction of its movement, a blowing head with an internal annular cavity communicating with supply channels connected to an energy source and an annular nozzle for output of an energy carrier into the atmosphere, as well as a central channel of variable section for introducing a jet molten material, characterized in that one of the inlet channels is made tangentially to the inner annular cavity, and the second is the radial directly to it, and they are connected to the energy source through adjustable throttles, and the blowing head is mounted with the possibility of swinging movements in two centers, the axis of which runs perpendicular to the axis of the annular nozzle at the smallest section of the central channel and has the possibility of adjusting movements in the longitudinal direction relative to the nozzle to exit the jet of molten material.