RU2531123C1

RU2531123C1 - Fibre-forming device

Info

Publication number: RU2531123C1
Application number: RU2013139972/03A
Authority: RU
Inventors: Константин Петрович Широбоков; Ксения Александровна Фонарева; Борис Анатольевич Сентяков; Владислав Михайлович Святский; Михаил Александрович Святский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Комплект"
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2014-10-20

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to production of staple fibres from synthetic and mineral stock by blowout of initial fused material flow. Fibre-forming device comprises nozzle unit to force fused material out, power carrier source and blow head with slitted nozzle to force power carrier to atmosphere. Note here that said slitted nozzle is arranged at 12-18 degrees to nozzle unit lengthwise axis for discharge of fused material jet. Said nozzle unit consists in A cylindrical holes with diameter d=(0.75-0.85)(B/A), their common axis being parallel with slitted nozzle edge with width B. Note here that blow head is connected with power carrier source via power carrier flow intermitted interruption.

EFFECT: decreased consumption of power carrier, higher reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области производства штапельных волокнистых материалов из синтетического и минерального сырья способом раздува струи исходного расплавленного материала потоком энергоносителя и может быть использовано при производстве полиэтилентерефталатного волокна и изделий из него, например холстов или нетканого материала.The invention relates to the production of staple fibrous materials from synthetic and mineral raw materials by blowing a stream of the original molten material with an energy carrier stream and can be used in the production of polyethylene terephthalate fiber and products from it, for example, canvas or non-woven material.

Устройства для получения штапельных волокнистых материалов, работающие на принципе раздува струи расплавленного исходного сырья потоком пара, воздуха или другого энергоносителя, отличаются от классического способа получения волокон путем их вытягивания через фильеры малого диаметра простотой конструкции и возможностью использовать при производстве волокна вторичное сырье низкого качества. Недостатком таких устройств является сложность получения качественного волокна с малым поперечным размером элементарных волокон и увеличенный расход энергоносителя, приходящийся на единицу массы готового продукта.Devices for producing staple fibrous materials, operating on the principle of blowing a jet of molten feedstock by a stream of steam, air or other energy carrier, differ from the classical method of producing fibers by drawing them through small diameter dies by the simplicity of design and the ability to use low-quality secondary raw materials in the production of fibers. The disadvantage of such devices is the difficulty of obtaining high-quality fiber with a small transverse size of the elementary fibers and the increased energy consumption per unit mass of the finished product.

Известно волокнообразующее устройство [1], 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 щелевое 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.Known fiber-forming device [1], made in the form of a blasting head, comprising a housing with an inner annular cavity connected to a nozzle for introducing an energy carrier, a cover with an opening in the form of a nozzle for exiting a jet of molten material, a central channel of variable cross-section for introducing a jet of molten material, annular slotted nozzle for the energy carrier to enter the atmosphere, pre-subfloor and subfloor chambers, a glass with holes in the bottom and walls, attached to the base of the die feeder and the head housing and forming a vacuum chamber with a lid.

Недостатками такого волокнообразующего устройства являются большой расход энергоносителя, приходящийся на единицу массы готового продукта, обусловленный тем, что длина развертки щелевого сопла более чем в 3,14 раза превышает диаметральный размер струи расплавленного материала, низкая надежность его работы, обусловленная возможностью налипания струи расплавленного материала на внутреннюю поверхность центрального канала переменного сечения и прекращения процесса волокнообразования, а также низкое качество получаемого волокна, обусловленное неопределенной длиной элементарных волокон.The disadvantages of such a fiber-forming device are the high energy consumption per unit mass of the finished product, due to the fact that the scan length of the slot nozzle is more than 3.14 times the diametrical size of the jet of molten material, its low reliability, due to the possibility of sticking of the jet of molten material on the inner surface of the Central channel of variable cross-section and termination of the process of fiber formation, as well as the low quality of the resulting fiber, due Oval an indefinite length of elementary fibers.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является волокнообразующее устройство [2], содержащее установленную соосно соплу для выхода струи расплавленного материала в направлении ее движения дутьевую головку с кольцевым щелевым соплом для выхода энергоносителя в атмосферу, а также центральным каналом переменного сечения для ввода струи расплавленного материала, причем дутьевая головка установлена с возможностью совершения качательных движений в двух центрах, ось которых проходит перпендикулярно оси кольцевого сопла в месте наименьшего сечения центрального канала.Closest to the proposed technical substance is a fiber-forming device [2], which contains a coaxial nozzle for exiting a jet of molten material in the direction of its movement, a blasting head with an annular slot nozzle for the energy carrier to enter the atmosphere, and a central channel of variable cross-section for introducing a jet of molten material moreover, the blasting head is installed with the possibility of making rocking movements in two centers, the axis of which runs perpendicular to the axis of the annular nozzle in those of the smallest section of the central channel.

Недостатками такого волокнообразующего устройства также являются большой расход энергоносителя, приходящийся на единицу массы готового продукта, обусловленный тем, что длина развертки щелевого сопла более чем в 3,14 раза превышает диаметральный размер струи расплавленного материала, низкая надежность его работы, обусловленная возможностью налипания струи расплавленного материала на внутреннюю поверхность центрального канала переменного сечения и прекращения процесса волокнообразования, а также низкое качество получаемого волокна, обусловленное неопределенной длиной элементарных волокон.The disadvantages of such a fiber-forming device are also the high energy consumption per unit mass of the finished product, due to the fact that the reamer length of the slot nozzle is more than 3.14 times the diametrical size of the jet of molten material, its low reliability, due to the possibility of sticking of the jet of molten material on the inner surface of the Central channel of variable cross-section and termination of the process of fiber formation, as well as low quality of the resulting fiber, due to the indefinite length of elementary fibers.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение расхода энергоносителя, приходящегося на единицу массы готового продукта, повышение надежности работы волокнообразующего устройства путем исключения возможности налипания струи расплавленного материала на дутьевую головку и прекращения процесса волокнообразования, а также повышение качества получаемого волокна за счет получения элементарных волокон, длина которых изменяется незначительно.The technical problem to which the claimed invention is directed is to reduce the energy consumption per unit mass of the finished product, increase the reliability of the fiber-forming device by eliminating the possibility of sticking of a jet of molten material on the blasting head and stopping the process of fiber formation, as well as improving the quality of the resulting fiber due to obtaining elementary fibers, the length of which varies slightly.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известном волокнообразующем устройстве, содержащем сопловой агрегат для выхода струи расплавленного материала в атмосферу, источник энергоносителя и дутьевую головку с щелевым соплом для выхода энергоносителя в атмосферу, щелевое сопло размещено под углом 12…18 градусов к продольной оси соплового агрегата для выхода струи расплавленного материала, что обеспечивает уменьшение расхода энергоносителя, приходящегося на единицу массы готового продукта, повышение надежности работы волокнообразующего устройства путем исключения возможности налипания струи расплавленного материала на дутьевую головку и прекращения процесса волокнообразования. Сопловой агрегат выполнен в виде ряда цилиндрических отверстий в количестве А диаметром d=(0,75…0,85)(B/A), общая ось которых параллельна срезу щелевого сопла, что обеспечивает уменьшение расхода энергоносителя, приходящегося на единицу массы готового продукта. Дутьевая головка связана с источником энергоносителя через устройство циклического прерывания потока энергоносителя, что позволяет повысить качество получаемого волокна за счет получения элементарных волокон, длина которых изменяется незначительно.The stated technical problem is solved due to the fact that in the known fiber-forming device containing a nozzle assembly for outputting a jet of molten material into the atmosphere, an energy source and a blasting head with a slot nozzle for output of the energy source into the atmosphere, the slot nozzle is placed at an angle of 12 ... 18 degrees to the longitudinal the axis of the nozzle assembly for the exit of the jet of molten material, which ensures a reduction in the energy consumption per unit mass of the finished product, increasing the reliability of work fiberising apparatus by eliminating the possibility of sticking of the molten jet material to the blowing head and termination fiberization process. The nozzle assembly is made in the form of a series of cylindrical holes in a quantity A with a diameter d = (0.75 ... 0.85) (B / A), the common axis of which is parallel to the cut of the slot nozzle, which ensures a reduction in the energy consumption per unit mass of the finished product. The blasting head is connected to the energy source through a device for cyclic interruption of the energy flow, which improves the quality of the resulting fiber due to the production of elementary fibers, the length of which varies slightly.

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 - signs similar to those claimed were not found.

На фиг.1 приведена конструктивная схема волокнообразующего устройства, на фиг.2 - вид на волокнообразующее устройство справа.Figure 1 shows a structural diagram of a fiber-forming device, figure 2 is a view of a fiber-forming device on the right.

Волокнообразующее устройство содержит установленный в головной части плавильного агрегата (на фиг.1, 2 не показан) сопловой агрегат 1, который выполнен в виде ряда цилиндрических отверстий 2 в количестве A диаметром d=(0,75…0,85)(B/A), общая ось которых параллельна срезу щелевого сопла 5 шириной B в направлении ряда цилиндрических отверстий, а также дутьевую головку 4 с плоским щелевым соплом 5. Плоское щелевое сопло 5 размещено горизонтально под углом 12…18 градусов к продольной оси соплового агрегата 1 и ниже ряда цилиндрических отверстий 3 соплового агрегата 1 для выхода расплавленного материала. Сопловой агрегат 1 для выхода расплавленного материала соединен с устройством циклического прерывания потока энергоносителя 6 и источником энергоносителя 7, например сжатого воздуха. Плоское щелевое сопло 5 выполнено шириной B и высотой H. Волокнообразующее устройство содержит также приемное устройство, например ленточный конвейер 10, который предназначен для формирования из штапельных волокон 9 волокнистого материала 11 в виде холста.The fiber-forming device comprises a nozzle assembly 1 mounted in the head of the melting unit (not shown in FIGS. 1, 2), which is made in the form of a series of cylindrical holes 2 in an amount A with a diameter d = (0.75 ... 0.85) (B / A ), the common axis of which is parallel to the cut of the slot nozzle 5 of width B in the direction of the row of cylindrical holes, as well as the blasting head 4 with the flat slot nozzle 5. The flat slot nozzle 5 is placed horizontally at an angle of 12 ... 18 degrees to the longitudinal axis of the nozzle assembly 1 and below the row cylindrical holes 3 nozzle unit 1 for the exit of molten material. The nozzle assembly 1 for the exit of molten material is connected to a device for cyclic interruption of the flow of energy carrier 6 and a source of energy carrier 7, for example, compressed air. The flat slotted nozzle 5 is made of width B and height H. The fiber-forming device also includes a receiving device, for example a belt conveyor 10, which is designed to form staple fibers 9 of the fibrous material 11 in the form of a canvas.

Волокнообразующее устройство работает следующим образом. Из соплового агрегата 1 через ряд цилиндрических отверстий 2 в атмосферу истекают струи 3 расплавленного в плавильном агрегате материала, например полиэтилентерефталата. Формирование такой струи расплавленного полиэтилентерефталата возможно с применением шнекового экструдера. Температура струи 3 на выходе из соплового отверстия 2 для обеспечения требуемых условий дальнейшего волокнообразования должна быть в пределах 270…290°C. Под действием силы тяжести струя 3 расплавленного материала падает вниз по криволинейной траектории и входит во взаимодействие со струей 8 энергоносителя, истекающей из плоского щелевого сопла 5 дутьевой головки 4. Под действием пульсирующей струи 8 энергоносителя струя 3 расплавленного материала расщепляется на элементарные штапельные волокна 9, которые продолжают движение вместе со струей 8 энергоносителя в направлении приемного устройства, например ленточного конвейера 10, оседая на котором образует волокнистый материал 11 в виде холста. Пульсация энергоносителя, например потока воздуха 8, достигается за счет устройства циклического прерывания потока 6, который может быть выполнен в виде приемного и питающего сопел, между которыми размещен диск с несколькими отверстиями, вращение которого осуществляется принудительно от электродвигателя, что обеспечивает регулировку частоты пульсации энергоносителя при постоянном давлении энергоносителя.Fiber-forming device operates as follows. From the nozzle assembly 1, through a series of cylindrical openings 2, jets 3 of material melted in the melting assembly, for example polyethylene terephthalate, flow into the atmosphere. The formation of such a jet of molten polyethylene terephthalate is possible using a screw extruder. The temperature of the jet 3 at the outlet of the nozzle hole 2 to ensure the required conditions for further fiber formation should be in the range of 270 ... 290 ° C. Under the influence of gravity, the jet 3 of molten material falls down along a curved path and interacts with the jet of energy 8 flowing out of a flat slotted nozzle 5 of the blasting head 4. Under the influence of a pulsating jet of 8 energy, the jet 3 of molten material splits into elementary staple fibers 9, which continue to move along with the jet 8 of the energy carrier in the direction of the receiving device, for example a conveyor belt 10, settling on which forms a fibrous material 11 in the form of a canvas but. The pulsation of the energy carrier, for example, air flow 8, is achieved by cyclic interruption of the flow 6, which can be made in the form of a receiving and supply nozzle, between which there is a disk with several holes, the rotation of which is carried out forcefully from the electric motor, which ensures the regulation of the frequency of the pulsation of the energy carrier at constant pressure of an energy carrier.

Испытания опытного образца волокнообразующего устройства показали, что пульсирующий поток энергоносителя позволяет стабилизировать длину отдельных элементарных волокон 9 при расщеплении струи расплавленного материала 3, так как образование волокон происходит только в периоды подачи энергоносителя. Уменьшение угла между плоским щелевым соплом 5 и осью соплового агрегата 1 меньше 12 градусов приводит к уменьшению скорости потока энергоносителя в координате встречи его со струей 3 расплавленного материала и снижению качества получаемого волокна, а увеличение этого угла больше 18 градусов приводит к преждевременному охлаждению струи расплавленного материала и прекращению процесса волокнообразования. Экспериментально установлено, что выполнение цилиндрических отверстий 2 в количестве A диаметром больше чем d=0,85(B/A) приводит к слиянию отдельных струй расплавленного материала, которые истекают из слишком близко расположенных отверстий соплового агрегата 1, и прекращению процесса волокнообразования. Уменьшение диаметра цилиндрических отверстий 2 меньше чем d=0,75(B/A) приводит к нежелательному увеличению расхода энергоносителя, приходящегося на единицу массы готового продукта, так как в больших промежутках между отдельными отверстиями соплового агрегата 1 поток энергоносителя, истекающий из щелевого сопла 5, полезной работы не создает.Tests of a prototype fiber-forming device showed that the pulsating energy carrier flow allows to stabilize the length of individual elementary fibers 9 when splitting the jet of molten material 3, since the formation of fibers occurs only during periods of energy supply. A decrease in the angle between the flat slotted nozzle 5 and the axis of the nozzle assembly 1 is less than 12 degrees, which leads to a decrease in the energy carrier flow rate in the coordinate of its meeting with the jet 3 of molten material and a decrease in the quality of the resulting fiber, and an increase in this angle more than 18 degrees leads to premature cooling of the jet of molten material and termination of the fiber formation process. It has been experimentally established that the implementation of cylindrical holes 2 in an amount of A with a diameter greater than d = 0.85 (B / A) leads to the merging of individual jets of molten material that flow out from too closely spaced holes of the nozzle assembly 1 and termination of the fiber formation process. A decrease in the diameter of the cylindrical holes 2 is less than d = 0.75 (B / A) leads to an undesirable increase in the energy consumption per unit mass of the finished product, since in large gaps between the individual holes of the nozzle assembly 1, the energy carrier flowing out from the slot nozzle 5 , does not create useful work.

Таким образом, предлагаемое волокнообразующее устройство с устройством циклического прерывания потока энергоносителя позволит уменьшить расход энергоносителя, приходящегося на единицу массы готового продукта, повысить надежность своей работы путем исключения возможности налипания струи расплавленного материала на дутьевую головку и прекращения процесса волокнообразования, а также повышение качества получаемого волокна за счет получения элементарных волокон, длина которых изменяется незначительно. Техническая воспроизводимость устройства и результаты его работы подтверждены испытаниями опытного образца.Thus, the proposed fiber-forming device with a device for cyclic interruption of the energy carrier flow will reduce the energy consumption per unit mass of the finished product, increase the reliability of its work by eliminating the possibility of sticking a jet of molten material on the blasting head and stopping the process of fiber formation, as well as improving the quality of the resulting fiber for due to the production of elementary fibers, the length of which varies slightly. The technical reproducibility of the device and the results of its work are confirmed by testing a prototype.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. №1435552 (СССР), МПК C03B 37/06. Дутьевая головка к фильерному питателю /. Печеный Н.И., Братухин Н.Э., Гаврилюк В.П., Коновалов Н.Г., Примаченко Г.А. Опубл. В БИО №41, 1988.1. A.S. No. 1435552 (USSR), IPC C03B 37/06. Blow head to die feeder. Pecheny N.I., Bratukhin N.E., Gavrilyuk V.P., Konovalov N.G., Primachenko G.A. Publ. In BIO No. 41, 1988.

2. Патент РФ №2362746. Волокнообразующее устройство. Авт. Сентяков Б.А., Сентяков К.Б., Шайхразиев Ф.Ф., Святский М.А.. МПК С03В 37/06. Опубл. 2009, Бюл. №21.2. RF patent No. 2362746. Fiber-forming device. Auth. Sentyakov B.A., Sentyakov K.B., Shaykhraziev F.F., Svyatsky M.A. IPC С03В 37/06. Publ. 2009, Bull. No. 21.

Claims

A fiber-forming device containing a nozzle assembly for exiting a jet of molten material into the atmosphere, an energy source and a blasting head with a slot nozzle for exiting the energy carrier into the atmosphere, characterized in that the slot nozzle is placed at an angle of 12-18 degrees to the longitudinal axis of the nozzle assembly for exiting a molten jet material, which is made in the form of a series of cylindrical holes in the amount of A with a diameter d = (0.75-0.85) (B / A), the common axis of which is parallel to the slit nozzle with a width of B, and the blasting head is connected with energy source through the device cyclic interruption of the energy flow.