RU2489536C2

RU2489536C2 - Method of shock wave treatment of fibrous raw material

Info

Publication number: RU2489536C2
Application number: RU2011142648/12A
Authority: RU
Inventors: Григорий Георгиевич Бубнов; Владимир Витальевич Ермолаев; Виктор Николаевич Захаров; Николай Александрович Никишин; Дмитрий Васильевич Носач; Александр Вячеславович Семенов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Ударно-волновые технологии"
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-08-10
Also published as: RU2011142648A

Abstract

FIELD: textiles, paper.

SUBSTANCE: method of shock-wave treatment of raw materials includes preliminary mechanical treatment containing raw material adhesive, placement of successive batches of raw material into the aquatic environment, carrying out a shock-wave treatment of raw material with electropulse exposure in a mixture of "water-raw material" for garnetting and separation of fibers of raw material, dehydration and carrying out the final mechanical treatment. During the shock-wave treatment of portion the energy of electric pulse exposure is increased. The electric pulse exposure on subsequent portion of materials is carried out in an aquatic environment with dielectric adhesive fractions from the previous portion. The energy increase of electric pulse exposure is agreed in time with the stages of garnetting and separation of fibers of the raw material.

EFFECT: improvement of quality of garnetting the fabric and separation of fibers while simultaneous reduction of energy intensity of the treatment process, increase in its coefficient of efficiency and productivity of the process in production of a quality recycled fiber.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к способам получения волокон из вторичного арамидного сырья, например, из отходов лекального производства параарамидных тканей, отрезков баллистической ткани, комплексных нитей и т.п.The invention relates to the textile industry, and in particular to methods for producing fibers from secondary aramid raw materials, for example, from wastes from the production of para-aramid fabrics, pieces of ballistic fabric, complex threads, etc.

Известен способ обработки для получения волокон из вторичного арамидного сырья [1], включающий предварительную (ориентирование и разрезание) и финишную (распушение ткани и разволокнение шарнирными билами) механическую обработку с последующей пневматической и механической сортировкой материала для выделения прядильного волокна с линейной плотностью ~ 0,1-0,2 текс.A known processing method for producing fibers from secondary aramid raw materials [1], including preliminary (orientation and cutting) and finishing (swelling of the fabric and razvolnenie hinged beater) machining, followed by pneumatic and mechanical sorting of the material to select the spinning fiber with a linear density of ~ 0, 1-0.2 tex.

В способе для увеличения эффективности обработки после разрезания вторичного текстильного материала на отдельные отрезки, его дополнительно обрабатывают химическим реагентом для облегчения разделения отрезков на составляющие волокна и затем подвергают механической обработке. Способ предназначен для получения штапельного волокна (на основе ароматических полиамидов), способного образовывать высокопрочную арамидную пряжу низких линейных плотностей для изготовления огне- и термостойких высокопрочных тканей, трикотажных полотен, высокопрочных лент и т.п.In the method for increasing the processing efficiency after cutting the secondary textile material into separate segments, it is further treated with a chemical reagent to facilitate separation of the segments into component fibers and then subjected to mechanical processing. The method is intended to produce staple fiber (based on aromatic polyamides) capable of forming high-strength aramid yarn with low linear densities for the manufacture of fire and heat-resistant high-strength fabrics, knitted fabrics, high-strength ribbons, etc.

Недостатком способа является то, что значительное количество отходов лекального производства в виде отрезков тканей собраны в пачки и склеены между собой смолами на эпоксидной основе. Такие отходы очень трудно разрезать и, тем более, механически разделять отрезки друг от друга без существенного травмирования нитей и волокон ткани, а также значительного пылевыделения от микрочастиц смолы и пуховых групп волокна. Таким образом, переработка таких видов отходов несет существенную экологическую нагрузку на персонал и окружающую среду, т.к. разрушение связи адгезив-материал в результате механической обработки не происходит по границе адгезива и материала вследствие высокой прочности как скрепления адгезива и материала, так и из-за проникновения адгезива в объем ткани. В результате происходит совместное разрушение адгезива с элементами ткани, что, естественно, травмирует волокно.The disadvantage of this method is that a significant amount of waste of the production of tissue in the form of pieces of tissue is collected in bundles and glued together with epoxy-based resins. Such waste is very difficult to cut and, especially, to mechanically separate the segments from each other without significant injury to the threads and fibers of the fabric, as well as significant dust from the microparticles of the resin and downy fiber groups. Thus, the processing of such types of waste carries a significant environmental burden on personnel and the environment, as the destruction of the adhesive-material bond as a result of machining does not occur along the boundary of the adhesive and the material due to the high strength of both the bonding of the adhesive and the material, and because of the penetration of the adhesive into the fabric. The result is a joint destruction of the adhesive with tissue elements, which, of course, injures the fiber.

К недостаткам способа относится и использование химических реагентов, которые после механической обработки необходимо удалять из волокна и утилизировать, что также не способствует улучшению экологической обстановки и, кроме того, приводит к удорожанию рециклированного (регенирированного) волокна.The disadvantages of the method include the use of chemicals, which after mechanical treatment must be removed from the fiber and disposed of, which also does not contribute to improving the environmental situation and, in addition, leads to a rise in the cost of recycled (regenerated) fiber.

Помимо этого, даже при отсутствии и адгезива и замасливателей ткани, механическое разделение в режиме - сначала распушение ткани на нити, а затем разволокнение нити, приводит к травматизации ткани, поскольку любой процесс механической обработки как при распушении, так и, особенно, при разволокнении происходит в миллисекундном (десятки миллисекунд) диапазоне единичного акта соприкосновения механического органа с тканью с амплитудами воздействия, превышающими, по крайней мере, усилие на разрыв частей ткани. При таких длительностях нагрузок вероятность надрыва элементарного волокна крайне высока, что, естественно, снижает качественные и прочностные характеристики рециклированного волокна.In addition, even in the absence of adhesive and fabric lubricants, mechanical separation in the mode — first, the fabric is fluffed into threads and then the fibers are pulled, leads to tissue trauma, since any mechanical processing both during fluffing and, especially, during pulping occurs in the millisecond (tens of milliseconds) range of a single act of contact between a mechanical organ and tissue with exposure amplitudes exceeding at least the tensile force of the tissue parts. With such durations of loads, the probability of tearing an elementary fiber is extremely high, which, of course, reduces the quality and strength characteristics of the recycled fiber.

Более близким к предложенному способу по технической сущности и достигнутому результату является ударно-волновой способ обработки волокнистых материалов [2], включающий предварительную механическую обработку содержащего адгезив сырья, помещение последовательных порций сырья в водную среду, проведение ударно-волновой обработки сырья электроимпульсным воздействием в смеси «вода-сырье» для распушения и разволокнения сырья, обезвоживание и проведение финишной механической обработки. В способе гидродинамическое воздействие на материал осуществляют в волновом (ультразвук) и импульсном (электроимпульсный разряд) режимах с целью разделения волокон пучка.Closer to the proposed method in terms of technical nature and the achieved result is a shock-wave method for processing fibrous materials [2], which includes preliminary mechanical processing of a raw material containing adhesive, placing successive portions of the raw material in an aqueous medium, and shock-wave processing of the raw material by electric pulse treatment in a mixture of water-raw materials ”for fluffing and razvorennost raw materials, dehydration and finishing machining. In the method, the hydrodynamic effect on the material is carried out in the wave (ultrasound) and pulsed (electric pulse discharge) modes in order to separate the beam fibers.

Недостатком известного способа, в котором непосредственно котонизацию осуществляют ударно-волновым методом, является низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.) обработки применительно к синтетическим волокнам, физико-механические показатели которых намного превышают аналогичные показатели технического волокна льна и, кроме того, процесс выделения волокон из отходов тканей носит двухстадийный характер - сначала ткань необходимо распушить на нити, а затем необходимо нити разволокнить на элементарные волокна. В целом, применение известного способа приводит к существенному увеличению (в разы) энергозатрат на обработку.The disadvantage of this method, in which cotonization is carried out directly by the shock-wave method, is the low processing efficiency (efficiency) for synthetic fibers, the physical and mechanical properties of which are much higher than those of technical flax fiber and, in addition, the process of separating fibers from tissue waste is of a two-stage nature - first the fabric must be fluffed onto the threads, and then the fibers must be pulled into elementary fibers. In general, the application of the known method leads to a significant increase (at times) in the energy consumption for processing.

Технический результат способа по настоящему изобретению заключается в повышении качества распушения ткани и разволокнения нити при одновременном снижении энергоемкости процесса обработки, повышение его к.п.д. и, соответственно, производительности процесса в получении качественного рециклированного волокна, пригодного как для целей прядения, так и для создания нетканых или композитных материалов.The technical result of the method according to the present invention is to improve the quality of the fluff tissue and razvolennosti threads while reducing the energy intensity of the processing process, increasing its efficiency and, accordingly, the productivity of the process in obtaining high-quality recycled fiber, suitable both for spinning and for creating non-woven or composite materials.

Этот технический результат достигается тем, что в ударно-волновом способе обработки волокнистого сырья (например, из вторичного арамидного сырья), согласно настоящему изобретению сырье, по мере проведения ударно-волновой обработки порции увеличивают энергию электроимпульсного воздействия, причем электроимпульсное воздействие на последующую порцию сырья осуществляют в водной среде с диэлектрическими фракциями адгезива от предыдущей порции, при этом увеличение энергии электроимпульсного воздействия согласовывают по времени со стадиями распушения и разволокнения сырья.This technical result is achieved by the fact that in the shock-wave method of processing fibrous raw materials (for example, from secondary aramid raw materials) according to the present invention, the raw materials increase the energy of the electric pulse as the shock-wave treatment of the batch is carried out, and the electric batch of the subsequent portion of the raw material is carried out in an aqueous medium with dielectric adhesive fractions from the previous portion, while the increase in the energy of the electric pulse exposure is coordinated in time with the stud s fluff and pulping raw material.

Ударно-волновую обработку проводят в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн.Shock-wave processing is carried out in the millimeter and submillimeter wavelength ranges.

Финишную механическую обработку подвергнутого электроимпульсному воздействию сырья проводят пневмосортированием с нижней подачей воздуха.The final machining of the electrically exposed raw materials is carried out by pneumatic sorting with a lower air supply.

Кроме того, ударно-волновое воздействие можно проводить между предварительной и финишной механическими обработками. Можно проводить дополнительное ударно-волновое воздействие и обезвоживание перед предварительной механической обработкой. Можно осуществлять часть предварительной механической обработки посредством приспособлений, имеющих не менее четырех степеней свободы. Гидродинамическую обработку последовательных порций сырья можно осуществлять в одной и той же водной среде. Гидродинамическую обработку различных порций сырья можно проводить с различным соотношением веса сырья и объема водной среды.In addition, the shock wave effect can be carried out between preliminary and finishing machining. It is possible to carry out additional shock wave action and dehydration before preliminary machining. It is possible to carry out part of the preliminary machining by means of devices having at least four degrees of freedom. Hydrodynamic processing of successive portions of the feed can be carried out in the same aqueous medium. Hydrodynamic processing of various portions of raw materials can be carried out with a different ratio of the weight of the raw material and the volume of the aqueous medium.

Последовательность процедуры получения волокна из отходов арамидной ткани или комплексной нити с использованием различных видов источников (механических и гидродинамических, в частности ударно-волновых, например электрофизических) обусловлена как особенностями физики разнопараметрического воздействия на материал, так и различием в эффективности воздействия в зависимости от характеристик источника воздействия. Благодаря использованию различных видов источников воздействия на материал возможно достижение эффективного результата обработки как за счет варьирования объема и времени воздействия, так и волновых характеристик импульсной гидродинамической нагрузки.The sequence of the procedure for obtaining fiber from the waste of aramid fabric or complex yarns using various types of sources (mechanical and hydrodynamic, in particular shock wave, for example electrophysical) is due to both the features of the physics of different parameter effects on the material and the difference in the effectiveness of the action depending on the characteristics of the source exposure. Through the use of various types of sources of exposure to the material, it is possible to achieve an effective processing result both by varying the volume and time of exposure, and by the wave characteristics of the pulsed hydrodynamic load.

По существу первоначальный этап предварительной механической обработки выполняет функции подготовки отрезков ткани и волокон к ударно-волновому разволокнению.Essentially, the initial stage of preliminary machining performs the functions of preparing pieces of fabric and fibers for shock wave propagation.

Для исключения образования пылевидных фракций и повышения к.п.д. обработки за счет обеспечения объемного контакта материала с ударно-волновыми воздействиями, сырье помещают в водную среду, проводят гидродинамическую (электроимпульсную) обработку и обезвоживают.To exclude the formation of dust fractions and increase the efficiency processing by providing volumetric contact of the material with shock-wave effects, the raw material is placed in an aqueous medium, hydrodynamic (electrical pulse) treatment is carried out and dehydrated.

Для повышения качества распушения и разволокнения материала, в нем возбуждают продольные и поперечные волны с амплитудами, достаточными для разрушения адгезива и, именно для этого, гидродинамическую обработку осуществляют в импульсном режиме ударно-волнового воздействия (в воде не распространяются поперечные волны, но при гидродинамической обработке эти волны возбуждаются в элементах обрабатываемого материала).To improve the quality of fluffing and cracking of the material, longitudinal and transverse waves with amplitudes sufficient to destroy the adhesive are excited in it and, precisely for this, hydrodynamic treatment is carried out in a pulsed shock-wave mode (shear waves do not propagate in water, but with hydrodynamic treatment these waves are excited in the elements of the processed material).

Для реализации принципа «атравматичности» по отношению к ткани и волокнам импульсный режим ударно-волнового воздействия осуществляют в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн с использованием источника электроимпульсного разряда в жидкости, при этом положительная амплитуда достигает значений 200-400 МПа при длительности импульса 10-20 мкс, что достаточно для роста микротрещин в квази-жестком адгезиве (в виде различного рода эпоксидных смол и т.п.) и обеспечения необходимых (поперечных) сдвиговых усилий между нитями утка и основы, но недостаточно для травматизации элементарного волокна, т.к. время воздействия мало. Благодаря возможности оперативного варьирования параметрами (в частности амплитуды) ударно-волнового воздействия от электроимпульсного разряда, амплитудно-временная совокупность подбирается такой, чтобы начальная стадия распушения ткани начиналась с адгезива, поскольку его прочностные характеристики на разрыв (~8-10 кг/мм²), по крайней мере, на порядок меньше, чем аналогичные характеристики (не менее ~200 кг/мм²) для арамидных волокон. При этом, невзирая на значительную площадь проникновения адгезива в ткань, разрушается именно адгезив, даже, несмотря на то, что его плотность (~1,2 г/см³) несколько меньше плотности (~1,4 г/см³) арамидного волокна, а фракции (~0,1-0,4 мм) разрушенного адгезива, в основном, эквивалентны размеру ячеек между утком и основой. Именно поэтому подбирается миллиметровый и субмиллиметровый диапазон ударно-волнового воздействия, поскольку при переходе ударно-волнового возмущения из воды в ткань из-за различия плотности воды и ткани (~1,4 раза), в последней распространяются продольные и поперечные волны миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, что является эффективным фактором разволокнения нити на элементарные волокна. Кроме того, благодаря именно электроимпульсному разряду, возбуждающему волны сжатия (и следующими за ними краевыми волнами разрежения), обеспечивающими интенсивный кавитационный процесс с широким спектральным составом вторичного акустического излучения и сонолюминисценции (в основном, в ультрафиолетовом диапазоне). При последующих пульсациях парогазового пузыря от электроимпульсного разряда генерируются вторичные акустические волны, имеющие значительные амплитуды давлений вблизи кавитационных центров (до 100 МПа) с существенно более короткими волновыми импульсами (~10^-7-10^-9 с). Именно вторичные волновые и излучательные процессы могут влиять на водородный баланс волокна, поддерживая высокую прочность рециклированного (регенерированного) волокна.To implement the principle of “non-invasiveness” with respect to tissue and fibers, the pulse mode of the shock wave effect is carried out in the millimeter and submillimeter wavelength ranges using a source of electric pulse discharge in a liquid, while the positive amplitude reaches 200-400 MPa with a pulse duration of 10-20 μs, which is sufficient for the growth of microcracks in a quasi-hard adhesive (in the form of various kinds of epoxy resins, etc.) and providing the necessary (transverse) shear forces between the weft and the warp threads ova, but not enough to injure the elementary fiber, because exposure time is short. Due to the possibility of operative variation of the parameters (in particular the amplitude) of the shock-wave action from an electric pulse discharge, the amplitude-time set is selected so that the initial stage of tissue fluffing begins with adhesive, since its tensile strength characteristics (~ 8-10 kg / mm ² ) at least an order of magnitude less than similar characteristics (not less than ~ 200 kg / mm ² ) for aramid fibers. In this case, despite the significant area of penetration of the adhesive into the tissue, it is the adhesive that is destroyed, even though its density (~ 1.2 g / cm ³ ) is slightly lower than the density (~ 1.4 g / cm ³ ) of the aramid fiber and fractions (~ 0.1-0.4 mm) of the destroyed adhesive are basically equivalent to the size of the cells between the weft and the base. That is why the millimeter and submillimeter range of the shock wave action is selected, since when the shock wave perturbation passes from water to tissue due to the difference in the density of water and tissue (~ 1.4 times), the longitudinal and transverse waves of the millimeter and submillimeter range propagate in the latter , which is an effective factor in the separation of filaments on elementary fibers. In addition, it is thanks to the electric pulse discharge that excites the compression waves (and the following rarefaction edge waves), which provide an intensive cavitation process with a wide spectral composition of secondary acoustic radiation and sonoluminescence (mainly in the ultraviolet range). Subsequent pulsations of a vapor-gas bubble from an electric pulse discharge generate secondary acoustic waves having significant pressure amplitudes near cavitation centers (up to 100 MPa) with significantly shorter wave pulses (~ 10 ^-7 -10 ^-9 s). It is secondary wave and radiative processes that can affect the hydrogen balance of the fiber, while maintaining the high strength of the recycled (regenerated) fiber.

При импульсной ударно-волновой нагрузке, с длиной волны ~4,0 мм (в воде), происходит возбуждение поперечных волн в волокне с длиной волны ~1,5-2 мм. По размерам длин волокон такая длина волны наиболее удобна для ослабления связей между нитями, волокнами. Волокно подвергается не только воздействию продольной волны (амплитудная нагрузка), но и поперечной волны (волновая нагрузка).Under pulsed shock wave loading, with a wavelength of ~ 4.0 mm (in water), transverse waves are excited in a fiber with a wavelength of ~ 1.5-2 mm. In terms of fiber lengths, such a wavelength is most convenient for weakening the bonds between filaments and fibers. The fiber is exposed not only to a longitudinal wave (amplitude load), but also to a transverse wave (wave load).

В способе, по мере протекания процесса ударно-волновой обработки, увеличивают энергию импульсного воздействия по мере проведения ударно-волнового воздействия, поскольку по мере распушения и разволокнения отрезков (лоскутов) ткани многократно увеличивается объем обрабатываемого материала и, вследствие этого, возрастает поглощение ударно-волновой энергии в зоне, ближайшей к парогазовому пузырю. Благодаря увеличению энергии, возрастает не только амплитуда воздействия, но и объем парогазового пузыря от ~4 до 8 см в диаметре, что существенно увеличивает интенсивность перемешивающего гидропотока (т.е. потока воды от расширяющегося парогазового пузыря). Благодаря согласованности времени увеличения энергии воздействия со стадиями обработки (на стадии распушения необходимо меньше энергии, чем на стадии разволокнения) снижается энергоемкость процесса обработки и возрастает качество разволокнения, поскольку большая часть энергии расходуется тогда, когда это необходимо для оптимального протекания технологического процесса обработки.In the method, as the shock-wave processing process proceeds, the energy of the pulse action is increased as the shock-wave effect is performed, since as the swelling and razvolennosti segments (flaps) of tissue increases the volume of the processed material and, consequently, the absorption of the shock-wave increases energy in the zone closest to the gas-vapor bubble. Due to the increase in energy, not only the amplitude of the impact increases, but also the volume of the gas-vapor bubble from ~ 4 to 8 cm in diameter, which significantly increases the intensity of the mixing hydroflow (i.e. the water flow from the expanding gas-vapor bubble). Due to the consistency of the time for increasing the impact energy with the processing stages (less energy is needed at the fluffing stage than at the razvoka stage), the energy consumption of the processing process is reduced and the quality of razvokoleniya increases, since most of the energy is consumed when it is necessary for the optimal flow of the processing process.

Для тканей и нитей, не содержащих адгезив в виде эпоксидных смол или содержащих незначительное (~ не более 0,1-0, 2% от общего веса порции) количество адгезива, ударно-волновое воздействие можно проводить между предварительной и финишной механическими обработками и благодаря этому увеличивается производительность и снижается энергоемкость получения волокна.For fabrics and threads that do not contain an adhesive in the form of epoxy resins or contain a small amount (~ not more than 0.1-0, 2% of the total portion weight) of the adhesive, shock-wave action can be carried out between preliminary and finishing machining and therefore increased productivity and reduced energy consumption of fiber production.

Для тканей и нитей, содержащих значительное количество адгезива, можно проводить дополнительное ударно-волновое более короткое по времени цикла (как правило, ~ в 4-5 раз меньшее, чем полный процесс распушения и разволокнения) воздействие и обезвоживание перед предварительной механической обработкой, при этом облегчается процесс разрезания отрезков ткани на куски с линейными размерами ~60-100 мм, поскольку адгезив разрушен, и механическое разделение пачки происходит достаточно просто. Такой режим обработки сложных адгезивных отходов арамидного сырья сокращает время распушения и повышает качество разволокнения.For fabrics and threads containing a significant amount of adhesive, it is possible to carry out an additional shock wave shorter cycle time (usually ~ 4-5 times less than the complete process of fluffing and razvolnenie) exposure and dehydration before preliminary machining, while facilitating the process of cutting pieces of fabric into pieces with linear dimensions of ~ 60-100 mm, since the adhesive is destroyed, and the mechanical separation of the pack is quite simple. This mode of treatment of complex adhesive wastes of aramid raw materials reduces the time of fluffing and improves the quality of cracking.

После разрезания материала часть предварительной механической обработки можно осуществляете посредством приспособлений, имеющих не менее четырех степеней свободы (для снижения вероятности травмирования материала), достигается как разделение пачек на отрезки, так и образование зон в отрезках, в которых построчный шаг между нитями утка и основы значительно (~ в 5-10 раз) увеличен. Это приводит к образованию дополнительных (к периферийным участкам) центров начала распушения ткани, что снижает энергоемкость и время ударно-волновой обработки.After cutting the material, part of the preliminary machining can be carried out by means of devices that have at least four degrees of freedom (to reduce the likelihood of injury to the material), both separation of the bundles into segments and the formation of zones in segments in which the line-wise step between the weft and warp threads is significantly (~ 5-10 times) increased. This leads to the formation of additional (to the peripheral areas) centers of the onset of tissue fluffing, which reduces the energy intensity and time of the shock wave treatment.

Помимо этого, для снижения энергозатрат и себестоимости ударно-волновой обработки гидродинамическую обработку последовательных порций сырья можно осуществлять в одной и той же водной среде, поскольку в обрабатываемом материале практически нет сколько-нибудь существенных примесей, которые влияют (увеличивают) электропроводность смеси «вода - материал» по мере протекания процесса ударно-волнового воздействия. Более того, выделяемые в процессе ударно-волнового воздействия фракции эпоксидных смол являются диэлектрическими неоднородностями, облегчающими (с точки зрения сокращения времени формирования лидерной стадии электроимпульсного пробоя) формирование канала разряда, что увеличивает к.п.д. разрядного контура, т.к. чем меньше энергии затрачивается на формирование канала, тем больше энергии «уходит» именно в ударно-волновое воздействие.In addition, to reduce energy costs and the cost of shock-wave processing, hydrodynamic processing of successive portions of the raw material can be carried out in the same aqueous medium, since there are practically no significant impurities in the processed material that affect (increase) the electrical conductivity of the water-material mixture »As the shock wave process proceeds. Moreover, the fractions of epoxy resins emitted during the shock wave action are dielectric inhomogeneities that facilitate (from the point of view of shortening the formation time of the leader stage of electrical impulse breakdown) the formation of the discharge channel, which increases the efficiency discharge circuit, as the less energy is spent on the formation of the channel, the more energy "goes" exactly in the shock-wave effect.

Ударно-волновую обработку одной и той же порции сырья в процессе обработки можно осуществлять с различным соотношением (гидродинамическим модулем) веса сырья и объема водной среды и, в процессе ударно-волновой обработки подбирается необходимый гидродинамический модуль, обычно в диапазоне от 1:5 до 1:50 (первая цифра в этом соотношении относится к весу материала, а вторая - к объему воды). В начальной стадии обработки гидродинамический модуль выбирается меньшим, чем в конечной стадии обработки, т.е. сначала проводят обработку с увеличенной объемной плотностью энергии (для начала распушения), а затем, по мере увеличения геометрического объема материала - увеличивают гидродинамический модуль для уменьшения вероятности поглощения энергии (и, соответственно, повышения к.п.д.) в материале, находящегося в ближних зонах к центру ударно-волнового воздействия.Shock-wave processing of one and the same portion of the raw material during processing can be carried out with a different ratio (hydrodynamic module) of the weight of the raw material and the volume of the aqueous medium and, during the shock-wave processing, the necessary hydrodynamic module is selected, usually in the range from 1: 5 to 1 : 50 (the first digit in this ratio refers to the weight of the material, and the second to the volume of water). In the initial stage of processing, the hydrodynamic module is chosen smaller than in the final stage of processing, i.e. first, processing is carried out with an increased bulk energy density (to start fluffing), and then, as the geometric volume of the material increases, the hydrodynamic module is increased to reduce the likelihood of energy absorption (and, accordingly, increase the efficiency) in the material located in near zones to the center of the shock wave.

Поскольку возможно проводить ударно-волновую обработку различных порций сырья с варьированием гидродинамического модуля от порции к порции (в зависимости от вида сырья), обеспечивается оптимальный уровень к.п.д. и качества ударно-волновой обработки.Since it is possible to carry out shock-wave processing of various portions of raw materials with varying the hydrodynamic module from portion to portion (depending on the type of raw material), an optimal level of efficiency is ensured. and the quality of shock wave processing.

Отметим, что во всем возможном диапазоне варьирования гидродинамическим модулем от 1:5 до 1:50 при производстве разрядов не наблюдается образование типичной ударной волны (вследствие гашения амплитуд возмущений на распушаемом и разволокняемом сырье), т.е., обработка сырья, в основном, идет за счет прохождения мощных продольных и поперечных (сдвиговых) волн в материале сырья и гидропотока, образованного расширяющимся парогазовым пузырем от электроимпульсного разряда в смеси «вода-сырье», а также, от вторичных (кавитационных) импульсов, возникающих при схлопывании парогазового пузыря. Таким образом, в способе нет типичного электрогидравлического эффекта, характерного при производстве электрических разрядов в воде.It should be noted that in the entire possible range of variation by the hydrodynamic module from 1: 5 to 1:50 during the production of discharges, the formation of a typical shock wave is not observed (due to the damping of the perturbation amplitudes on the fluffed and fibrous raw materials), i.e., the processing of raw materials is mainly is due to the passage of powerful longitudinal and transverse (shear) waves in the material of the feedstock and hydroflow, formed by the expanding vapor-gas bubble from the electric pulse discharge in the water-feedstock mixture, as well as from secondary (cavitation) pulses, fuss penitent when the vapor-gas bubble collapses. Thus, in the method there is no typical electro-hydraulic effect characteristic of the production of electric discharges in water.

Поскольку сущность регенерации (рециклирования) вторичного арамидного сырья заключается в получении наибольшего количества разделенных друг от друга элементарных волокон при максимально возможном сохранении их целостности, то центральным звеном для получения высокого качества волокна является ослабление связей адгезива с волокном как в отрезках ткани, так и в самой нити. Именно на решение такой задачи и направлена совокупность признаков настоящего способа.Since the essence of the regeneration (recycling) of secondary aramid raw materials is to obtain the largest number of elementary fibers separated from each other while maintaining their integrity as much as possible, the central link for obtaining high quality fibers is to weaken the bonds of adhesive with the fiber both in the pieces of fabric and in the fabric itself threads. It is precisely the solution to such a problem that the set of features of the present method is directed.

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа по настоящему изобретению в виде технологической линии для ударно-волновой обработки волокнистых материалов (например, получения волокон из вторичного арамидного сырья, разволокнения отходов тканей и нитей).Figure 1 shows a device for implementing the method of the present invention in the form of a technological line for shock wave processing of fibrous materials (for example, obtaining fibers from secondary aramid raw materials, razvoloki waste tissue and yarn).

Способ по настоящему изобретению поясняется на примере работы технологической линии для ударно-волновой обработки волокнистых материалов.The method of the present invention is illustrated by the example of the operation of the processing line for shock wave processing of fibrous materials.

Технологическая линия (фиг.1) состоит из приемного бункера 1 для вторичного арамидного сырья, блока 2 предварительной механической подготовки с машиной 3 (например, типа раскроечной машины с вертикальным ножом, не показана) для разрезания материала (лоскутов, пачек, нитей и т.п.) и трепальной машиной 4 с приспособлениями 5, имеющими не менее четырех степенней свободы (например, в виде цепных бил, не показаны), блок 6 ударно-волновой обработки сырья с источником 7 (например, в виде генератора импульсного тока, не показан) для производства электроимпульсных разрядов в жидкости и бака 8 распущения и разволокнения сырья (в смеси «вода - сырье») с подводными разрядными электродами (не показаны), блок 9 обезвоживания (например, в виде центрифуги, не показана), блок 10 финишной механической обработки с пневматическим сортировщиком 11 обработанного сырья и чесальной машиной 12 (например, типа ЧБВ или ЧМ-50-04, не показаны), выходной бункер 13 для прядильного волокна и выходной бункер 14 для композитного волокна. Линия также имеет бункер 15 для сбора некондиционного продукта обработки, накопительный бак 16 оборотной воды с блоком (не показан) фильтров для сбора смол и других технологических примесей, накопительный бак 17 магистральной воды с трубопроводом 18 подачи воды в бак 8 разволокнения, трубопровод 19 подачи отработанной воды в блок 16, трубопровод 20 для подачи оборотной воды в бак 8 и компьютерный пульт 21 управления технологической линией.The production line (Fig. 1) consists of a receiving hopper 1 for secondary aramid raw materials, a preliminary mechanical preparation unit 2 with a machine 3 (for example, a type of cutting machine with a vertical knife, not shown) for cutting material (flaps, bundles, threads, etc.). item) and a bobbin machine 4 with devices 5 having at least four degrees of freedom (for example, in the form of chain beats, not shown), block 6 of the shock-wave processing of raw materials with source 7 (for example, in the form of a pulse current generator, not shown ) for the production of electroimp of pulsed discharges in the liquid and in the tank 8 for dissolving and dispersing the raw materials (in the “water-raw materials” mixture) with underwater discharge electrodes (not shown), dehydration unit 9 (for example, in the form of a centrifuge, not shown), final machining unit 10 with pneumatic a sorter 11 of processed raw materials and a carding machine 12 (for example, type BWF or FM-50-04, not shown), an output hopper 13 for spinning fiber and an output hopper 14 for composite fiber. The line also has a hopper 15 for collecting a substandard processing product, a storage tank 16 for recycled water with a block (not shown) of filters for collecting resins and other technological impurities, a storage tank 17 for main water with a pipe 18 for supplying water to the tank 8 for dispersion, a pipe 19 for supplying waste water water into the block 16, the pipeline 20 for supplying circulating water to the tank 8 and the computer console 21 control the technological line.

На фиг.1 также показаны (сплошными полыми стрелками) направления основного движения отрабатываемого материала (сырья) от исходного до финишного состояния, направления (сплошными темными стрелками) потока магистральной воды, а также направления (пунктирными полыми стрелками) дополнительного движения отрабатываемого материала (сырья) и направления (пунктирными темными стрелками) движения оборотной воды.Figure 1 also shows (solid hollow arrows) the directions of the main movement of the processed material (raw materials) from the initial to the final state, the direction (solid dark arrows) of the flow of main water, as well as the direction (dotted hollow arrows) of the additional movement of the processed material (raw materials) and the direction (dotted dark arrows) of the movement of circulating water.

Работа линии осуществляется следующим образом.The line is as follows.

Предварительно отходы арамидного сырья сортируются по видам - наименование материала и его марка, отходы лекального производства (лоскуты со смолой, лоскуты без смолы), отходы прядения (комплексных нитей, «путанки» и т.п.). Затем тот или иной вид материала (например, материал, не содержащий адгезива в виде эпоксидных смол) загружается в приемный бункер 1, из которого он подается в блок 2 предварительной механической подготовки, в котором он посредством машины 3 разрезается на отрезки (лоскуты) с линейными размерами ~ 60 - 100 мм, затем на трепальной машине 4 с помощью приспособлений 5 с не менее четырьмя степенями свободы (например, с помощью отрезков цепи с овальными звеньями) проводится щадящая механическая обработка для разрыхления материала и создания дополнительных поверхностей, эквивалентных поверхностям на краях лоскута. После предварительной механической обработки сырье порциями (весом от 2 до 6 кг) поступает в бак 8 распушения (и разволокнения) сырья блока 6 ударно-волновой обработки сырья. Затем из накопительного бака 17 в бак 8 посредством трубопровода 18 подается вода (используется обычная водопроводная вода), при этом количество поданной в бак 8 воды таково, чтобы гидродинамический модуль был в диапазоне от 1: 5 до 1: 10, после чего от источника 7 электроимпульсных разрядов в жидкости подается импульсная энергия на разрядные электроды (не показаны) в баке 8. Количество (N) подаваемых импульсов, частота (f) подачи импульсов, разрядная энергия (W) импульсов задается оператором на компьютерном пульте 21, при этом, в зависимости от вида обрабатываемого сырья N обычно варьируется в диапазоне от 500 до 2500 импульсов, f - от 1 до 2,5 Гц и W - от 0,5 до 2,5 кДж. В начальной стадии обработки подается (с энергией равной ~ 80% от средней энергии единичного импульса) от 100 до 400 импульсов с гидродинамическим модулем от 1:5 до 1:10, затем в бак 8 из бака 17 добавляется вода для создания в баке 8 гидродинамического модуля, обычно, от 1:20 до 1:40 и производится подача импульсов (с энергией, равной средней энергии единичного импульса) до полного распушения и разволокнения сырья. После ударно-волновой обработки в баке 8 обработанное сырье поступает в блок 9 обезвоживания (обычно центрифуга, не показана, с вертикальным расположением вращающейся части). Отработанная вода из блока 9 обезвоживания по трубопроводу 19 поступает в накопительный бак 16 оборотной воды, а обработанное сырье - разгружается (любым из известных способов, например опрокидыванием вращающееся части центрифуги) в пневмосортировщик 11 (например, в виде, вертикального или наклонного воздухопровода, не показан, с нижней подачей сжатого воздуха) блока 10 финишной механической обработки. Распушенное и разволокненное сырье подается на чесальную машину 12, из которой - в выходной бункер 13 для прядильного волокна, при этом линейная плотность волокна составляет не более 0,2 текс. Используется чесальная машина 12 с рулонным механизмом (не показан), в котором формируются рулоны (не показаны) вторичного (рециклированного) волокна. Эти рулоны являются входной паковкой производственных потоков выработки пряжи, ассортимент и качество которой определяются качеством разволокнения, в основном зависящим от штапельной длины и линейной плотности полученных вторичных волокон.Preliminarily, the waste of aramid raw materials is sorted by type - the name of the material and its brand, waste of the pattern production (rags with resin, rags without resin), spinning waste (multifilament yarn, “tangle”, etc.). Then this or that type of material (for example, material that does not contain adhesive in the form of epoxy resins) is loaded into the receiving hopper 1, from which it is fed to the preliminary mechanical preparation unit 2, in which it is cut by means of machine 3 into segments (flaps) with linear ~ 60 - 100 mm in size, then on the bobbin machine 4 using devices 5 with at least four degrees of freedom (for example, using chain segments with oval links) gentle machining is performed to loosen the material and create an additional surfaces equivalent to the surfaces at the edges of the flap. After preliminary mechanical processing, the raw materials in portions (weighing from 2 to 6 kg) enter the tank 8 fluffing (and razvolennost) raw materials block 6 shock-wave processing of raw materials. Then, water is supplied from the storage tank 17 to the tank 8 via a pipe 18 (ordinary tap water is used), while the amount of water supplied to the tank 8 is such that the hydrodynamic module is in the range from 1: 5 to 1: 10, and then from the source 7 of electropulse discharges in a liquid, pulsed energy is supplied to discharge electrodes (not shown) in the tank 8. The number of (N) supplied pulses, the frequency (f) of the pulses, the discharge energy (W) of the pulses is set by the operator on the computer console 21, while, depending by type of arr abutable raw materials N usually varies in the range from 500 to 2500 pulses, f from 1 to 2.5 Hz and W from 0.5 to 2.5 kJ. In the initial stage of processing, 100 to 400 pulses with a hydrodynamic module from 1: 5 to 1:10 are supplied (with an energy equal to ~ 80% of the average energy of a single pulse), then water is added to tank 8 from tank 17 to create a hydrodynamic tank 8 of the module, usually from 1:20 to 1:40, and pulses are produced (with an energy equal to the average energy of a single pulse) until the raw materials are completely fluffed and pulled. After the shock wave treatment in the tank 8, the processed feed enters the dewatering unit 9 (usually a centrifuge, not shown, with a vertical arrangement of the rotating part). Wastewater from the dewatering unit 9 through a pipe 19 enters the circulating water storage tank 16, and the treated raw material is unloaded (by any known method, for example, by tipping the rotating part of the centrifuge) into the pneumatic sorter 11 (for example, in the form of a vertical or inclined air duct, not shown , with a lower supply of compressed air) of the block 10 of the finishing machining. The fluffed and pulped raw material is fed to a carding machine 12, from which to the output bin 13 for spinning fiber, while the linear density of the fiber is not more than 0.2 tex. A carding machine 12 is used with a roll mechanism (not shown) in which rolls (not shown) of secondary (recycled) fiber are formed. These rolls are the input package of the production threads of yarn production, the assortment and quality of which is determined by the quality of the pulp, mainly depending on the staple length and linear density of the obtained secondary fibers.

При необходимости использования распушенного и разволокненного сырья в качестве композитного материала, или для иных производственных нужд, сырье из пневмосортировщика 11 подается в выходной бункер 14 для композитного волокна, минуя чесальную машину 12. Некондиционные продукты обработки (т.е. такие, которые содержат элементы нераспушенной ткани) из пневмосортировщика 11 подаются в блок 15 сбора некондиционного продукта обработки и в дальнейшем возвращаются в блок 6 на вторичную ударно-волновую обработку. Практика показывает, что в некондиционном сырье для вторичной ударно-волновой обработки, в основном, присутствуют периферийные части лоскутов с увеличенной плотностью ткани и каймой.If it is necessary to use fluffy and fibrous raw materials as a composite material, or for other industrial needs, raw materials from a pneumatic sorter 11 are fed to the composite fiber outlet hopper 14, bypassing the carding machine 12. Substandard processing products (i.e., those that contain elements of unblown tissue) from the pneumatic sorter 11 are fed into the block 15 for collecting the substandard processing product and then returned to block 6 for secondary shock-wave processing. Practice shows that in substandard raw materials for secondary shock-wave processing, mainly peripheral parts of flaps with increased tissue density and rim are present.

После завершения обработки в баке 8 первой порции и ее поступления в блок 9 обезвоживания, начинается процесс ударно-волновой обработки следующей порции (т.е. очередной цикл), при этом в бак 8 подается вода из накопительного бака 16 оборотной воды без ее очистки в блоке фильтров. Как правило, в зависимости от количества технологического замасливателя и смол во вторичном сырье, от 10 до 30 циклов ударно-волновой обработки в баке 8 проводятся на оборотной воде с добавлением около 5-10% магистральной воды или без такого добавления. При существенном засорении оборотной воды продуктами адгезива сырья, продуктами эрозии электродных систем или иными примесями, приводящими к значительному количеству (более 10% от общего числа поданных импульсов в том или ином цикле ударно-волновой обработки) разрядных импульсов в режиме «растекания» (т.е. отсутствует электроимпульсный канал пробоя) вода, поступающая в накопительный бак 16, проходит через блок фильтров в баке 16 и снова возвращается в бак 8.After processing in the tank 8 of the first portion and its receipt in the dehydration unit 9, the process of shock-wave processing of the next portion (i.e., the next cycle) begins, while the tank 8 is supplied with water from the storage tank 16 of the circulating water without purification filter block. As a rule, depending on the amount of technological sizing and resins in the secondary raw materials, from 10 to 30 cycles of shock wave treatment in tank 8 are carried out on recycled water with or without about 5-10% of main water. In case of significant clogging of the circulating water with the products of the adhesive of raw materials, products of erosion of the electrode systems or other impurities, leading to a significant amount (more than 10% of the total number of impulses supplied in one or another shock-wave processing cycle) of discharge pulses in the “spreading” mode (i.e. e. there is no electric pulse breakdown channel) water entering the storage tank 16 passes through the filter unit in the tank 16 and returns to the tank 8 again.

В приведенном примере работы используют вторичное сырье (пачки лоскутов, лоскуты и нити), не содержащие эпоксидного адгезива или содержащее крайне малое (менее 0,1-0,2% от общего веса порции) количество такого адгезива.In the above example, the use of secondary raw materials (packs of flaps, flaps and threads) that do not contain an epoxy adhesive or containing an extremely small (less than 0.1-0.2% of the total portion weight) amount of such adhesive.

В более сложном случае при наличии лоскутов, склеенных адгезивом в многослойную (несколько десятков и более) пачку, такое сырье из бункера 1 помещают в бак 8, проводят предварительную ударно-волновую обработку и после обезвоживания в блоке 9 возвращают в блок 2 предварительной механической подготовки и затем проводят описанный выше цикл обработки сырья.In a more complex case, in the presence of flaps glued with adhesive in a multilayer (several tens or more) pack, such raw materials from hopper 1 are placed in tank 8, preliminary shock-wave processing is carried out, and after dehydration in block 9 they are returned to block 2 of preliminary mechanical preparation and then carry out the above cycle of processing raw materials.

Отметим, что ударно-волновую обработку различных порций и видов сырья проводят с различным соотношением веса сырья и объема водной среды. Так, например, порцию сырья из парарамидной ткани типа «Русар» или «Тварон» обрабатывают со средним гидродинамическим модулем ~1:20, а порцию сырья в виде комплексных нитей или «путанки» обрабатывают со средним гидродинамическим модулем ~1:40, и это связано с тем, что в для ткани процесс обработки носит двухстадийный характер (необходимо сначала - распушить ткань на нити, а затем нити разволокнить), и это требует большой объемной плотности энергии, а для нитей необходимо только разволокнить нить, т.е. средняя объемная плотность энергии для нити меньше, чем аналогичный показатель для ткани.Note that the shock-wave processing of various portions and types of raw materials is carried out with a different ratio of the weight of the raw material and the volume of the aqueous medium. So, for example, a portion of raw material from a pararamide fabric of the Rusar or Twaron type is processed with an average hydrodynamic module of ~ 1: 20, and a portion of raw materials in the form of complex threads or “tangles” is treated with an average hydrodynamic module of ~ 1: 40, and this due to the fact that in the fabric the processing process is of a two-stage nature (it is necessary first to fluff the fabric into threads and then to dissolve the filaments), and this requires a high bulk energy density, and for filaments it is only necessary to crack the filament, i.e. the average bulk energy density for a thread is less than that for a fabric.

Использование способа получения волокон из вторичного арамидного сырья по настоящему изобретению на базе совокупности электрофизических и механических методов воздействия на арамидные материалы позволяет получить регенерированное волокно высокого качества с линейной плотностью не более 0,2 текс при оптимальном уровне производительности, энергоемкости процесса обработки и качества разволокнения, в том числе, по разрывной прочности. Полученное таким способом арамидное волокно может быть использовано не только для выпуска высококачественной термостойкой и огнестойкой пряжи и ткани, средств баллистической защиты, но и в качестве высокопрочного композитного материала для различных нужд.Using the method of producing fibers from secondary aramid raw materials of the present invention on the basis of a combination of electrophysical and mechanical methods of acting on aramid materials, it is possible to obtain high-quality regenerated fiber with a linear density of not more than 0.2 tex at an optimal level of productivity, energy intensity of the processing process and quality of razvolok, including tensile strength. The aramid fiber obtained in this way can be used not only for the production of high-quality heat-resistant and fire-resistant yarn and fabric, ballistic protection, but also as a high-strength composite material for various needs.

Источники информации, использованные при составлении описания:Sources of information used in the preparation of the description:

1. Патент RU №2264484, МПК⁷, D01G 11/04, D02G 3/00, опубл. 20.11.2005.1. Patent RU No. 2264484, IPC ⁷ , D01G 11/04, D02G 3/00, publ. 11/20/2005.

2. Патент RU №2371527, МПК⁷, D01G 21/00, D01B 1/00, опубл. 27.10.2009.2. Patent RU No. 2371527, IPC ⁷ , D01G 21/00, D01B 1/00, publ. 10/27/2009.

Claims

1. The method of shock-wave processing of fibrous raw materials, including preliminary machining of adhesive-containing raw materials, placing successive portions of raw materials in an aqueous medium, performing shock-wave processing of raw materials by electric pulse treatment in a water-raw material mixture for fluffing and razvolokanie raw materials, dehydration and finishing machining, characterized in that as the shock wave treatment, the portions increase the energy of the electric pulse effect, and the electric pulse in The impact on the subsequent portion of the raw material is carried out in an aqueous medium with dielectric adhesive fractions from the previous portion, while the increase in the energy of the electropulse effect is coordinated in time with the stages of fluffing and razvolenie raw materials.

2. The method according to claim 1, characterized in that the shock wave processing is carried out in the millimeter and submillimeter wavelengths.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the final machining of the electrically exposed raw materials is carried out by pneumatic sorting with a lower air supply.