способ обработки длинномерного материала низкотемпературной плазмой и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обработки длинномерного материала низкотемпературной плазмой, включающий экспозицию плазмой поверхности обрабатываемого материала, отличающийся тем, что поверхность обрабатываемого материала экспонируют участками, изменяя длину участка экспонирования от бесконечно малой величины до максимума и обратно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку производят при непрерывной перемотке обрабатываемого материала с одного тела намотки на другое, экспонируя при этом плазмой поверхности тел намотки.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве тел намотки применяют бобины крестовой намотки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что экспонируют только торцы тел намотки.

5. Устройство для обработки длинномерного материала низкотемпературной плазмой, содержащее вакуумную камеру с расположенными в ней приспособлением для перемотки длинномерного материала с одного тела намотки на другое и электродами, систему поддержания вакуума в камере и источник электрического тока, соединенный с электродами в вакуумной камере, отличающееся тем, что электроды расположены вокруг тел намотки.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что электроды расположены параллельно торцам тел намотки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к технологиям подготовки нитей, преимущественно для трикотажного производства.

Известен способ обработки длинномерного материала низкотемпературной плазмой, включающий экспозицию плазмой поверхности обрабатываемого материала, причем материал во время экспозиции проводят петлями по роликам. Этот способ очень удобен для ткани, но крайне затруднителен для нити. Проводить нить по роликам, да и еще и с экономически обоснованной скоростью 1000 м/мин при времени экспозиции не менее 10 с, т.е. 166 м заправки технически невозможно. На такой большой заправке нить неизбежно порвется [1]

Более близким аналогом является способ обработки нити, включающий экспозицию плазмой поверхности обрабатываемого материала, но материал во время экспозиции проводят по барабану, который одновременно выполняет и роль электрода плазмоинициирования [2]

Известный способ хорошо подходит для нитей, так как короткая заправка на барабане не требует большого натяжения нити и она хорошо проходит.

Оба известных способа отличаются от предложенного тем, что поверхность обрабатываемого субстрата экспонируют непрерывно, постоянно охватывая одинаковую, постоянную по величине площадь. Такой способ экспонирования требует именно таких заправок материала: либо на роликах, либо на барабане. И обработке подвергается только та часть материала, которая заправлена на роликах или барабане. Большая же часть материала, находящаяся на телах намотки (катушках, бобинах), с которых и на которые производится перемотка, в обработке не участвует. И это вынуждает делать заправки нити на роликах или барабане очень длинными, чтобы получить экономически выгодные скорости обработки. Например, для хлопчатобумажной нити время экспозиции в сpеднем 10 с, а для получения достаточной для окупаемости процесса прибыли нужно в час одному оператору выпускать около 100 кг продукта, иначе он не окупит своей зарплаты. Следовательно, при способности одного человека обслужить не более трех аппаратов по 10 бобино-мест в каждом, массе нити в одной бобине 2 кг и длине нити на бобине 39600 м, каждая бобина должна перематывать в минуту 0,056 кг нити. Масса 1 м нити 0,0505 г. Тогда скорость обработки нити, т.е. скорость, с которой она должна двигаться через зону плазмообработки, равна 1100 м/мин. Если требуемое время плазмообработки 10 секунд, то длина заправки на барабане (способ-прототип) будет нужна 184 м. Если при этом учесть, что в экспозиции плазмой можно занять не всю поверхность барабана, а где-то около 2/3 ее, то диаметр барабана должен быть не менее 88 м.

Иными словами, способ [2] являясь единственным технически возможным для нити, не может быть с выгодой применен на производстве.

Согласно изобретению, предлагается способ обработки длинномерного материала низкотемпературной плазмой, где обработке подвергается нить не между телами намотки, а на самих телах намотки.

В способе обработки длинномерного материала низкотемпературной плазмой, включающем экспозицию плазмой поверхности обрабатываемого материала, согласно изобретению, поверхность обрабатываемого материала экспонируют участками, изменяя длину участка экспонирования от бесконечно малой величины до максимума и обратно. Обработку производят при непрерывной перемотке обрабатываемого материала с одного тела намотки на другое, экспонируя при этом плазмой поверхности тел намотки. В качестве тел намотки применяют бобины крестовой мотки. Экспонируют только торцы тел намотки.

Способ реализуется следующим образом.

Обрабатываемый длинномерный материал, например, нить, свертывают в компактный вид так, чтобы каждый последующий слой закрывал предыдущий частично. Тогда, если экспонировать полученную паковку (плоскую стопу или круглую бобину) плазмой, самые глубинные слои будут закрыты более верхними слоями полностью, а самый верхний слой открыт полностью. По мере продвижения по промежуточным слоям, появляются открытые участки, которые от слоя к слою увеличиваются. Таким образом, при воздействии плазмой сверху первоначально материал не экспонируется вообще, затем по мере удаления верхних слоев начинает "освещаться" участками очень малой длины, которая затем растет вплоть до максимума, когда этот слой, где расположен интересующий нас участок материала, становится верх-ним.

Наиболее удобно применить предлагаемый способ, если обрабатываемый материал во время экспонирования непрерывно перематывают с одного тела намотки (лучше всего это бобина крестовой мотки) на другое, а экспонируют при этом поверхности тел намотки. Компактное размещение материала при огромной поверхности, доступной экспозиции, делают процесс обработки до предела простым. В объеме низкотемпературной плазмы нить просто переметывается с бобины на бобину без всякого сколь-либо длинного участка нити между бобинами, который уже не играет никакой роли.

П р и м е р 1. Обрабатывается пряжа хлопчатобумажная суровая N 19. Предварительно пряжа наматывается на цилиндрическую бобину крестовой мотки диаметром 300 и толщиной 100 мм. С этой бобины пряжа непрерывно перематывается на такую же, при этом поверхности обеих бобин экспонируется низкотемпературной плазмой тлеющего разряда в кислороде. Скорость перемотки 1000 м/мин, время экспозиции материала в среднем равно 25 с. В результате проработка пряжи предельно качественная и эквивалентная проработке по способу [2] при скорости 1 м/мин (заправка на барабане 350 мм). Выигрыш по производительности в 1000 раз.

При этом цикл перемотки 2-х килограммовой бобины занимает 39 мин 36 с.

П р и м е р 2. Обрабатывается капроновая мононить "эластик" N 100, намотанная на катушку винтовой мотки. Экспозиция плазмой воздуха подвергается поверхность двух тел намотки со средним диаметром 200 мм шириной 300 мм, суммарная средняя площадь поверхности, доступная экспозиции, 0,3 м², суммарная средняя длина нити, доступная экспозиции, 300 м. Нить перематывается с катушки на катушку со скоростью 500 м/мин. Время экспозиции в среднем 36 с. Качество полученной обработки, определенное по показателю гигроскопичности, эквивалентно качеству, полученному при обработке по способу [2] при скорости 0,61 м/мин с заправкой на барабане 350 мм. Выигрыш в производительности в 820 раз. Цикл перемотки составляет 28 мин 16 с.

П р и м е р 3. Обрабатывается шнур галантерейный вискозный со средним диаметром сечения 2 мм, намотанный на катушку цилиндрической мотки диаметром 200 и шириной 300 мм. Суммарная средняя площадь поверхности, доступная экспозиции, 0,3 м², средняя длина 100 м. Шнур перематывается с катушки на катушку со скоростью 200 м/мин. Время экспозиции в среднем 30 сек. Качество продукции по гигроскопичности и коэффициенту трения эквивалентно обработке по способу [2] на скорости 0,72 м/мин (заправка на барабане прежняя 350 мм). Выигрыш в 278 раз.

П р и м е р 4. Обрабатывается хлопчатобумажная марля суровая арт. 6444 шириной 72,5 см, непрерывно перематывающаяся с рулона диаметром 800 мм на рулон, при этом поверхности приемного и передающего рулонов экспонируются низкотемпературной плазмой тлеющего разряда в воздухе. Скорость перемотки 45 м/мин.

Качество продукции, замеренное по показателю гигроскопичности, соответствует обработке по способу [2] c длиной заправки в разряде 12 м и на скорости 33 м/мин.

Примеры 1-4 показывают, что предлагаемый способ тем эффективнее, чем тоньше, линиеобразнее обрабатываемый материал. Максимум выигрыша в сравнении с аналогом [2] имеет место для тонкой пряжи, хуже для шнура. Для широких материалов типа тканей способ проигрывает способу [2] (с заправкой на роликах) и раза в 2 эффективнее способа [2] Все эти результаты позволяют предположить, что предлагаемый способ найдет применение для пряжи, нитей и тонких шнуров. Для таких объектов способ позволяет создать простое, надежное и высокопроизводительное оборудование.

Способ реализуется на устройстве, аналогом которого является тот же патент [2] содержащем вакуумный сосуд с расположенными в нем приспособлением для перемотки длинномерного материала с одного тела намотки на другое и электроды, систему поддержания вакуума в сосуде и источник электрического тока, соединенный с электродами в вакуумном сосуде. Устройство [2] имеет барабан, по которому движется обрабатываемый материал в промежутке между телами намотки. Барабан является одним из электродов, второй электрод расположен с зазором относительно барабана.

Барабан в устройстве [2] определяет производительность, он не может быть более 1 м диаметром, иначе размеры сосуда в целом будут технически невыполнимыми, а устройство невозможно будет обслуживать.

В устройстве для осуществления способа, содержащем вакуумный сосуд с расположенными в нем приспособлением для перемотки длинномерного материала с одного тела намотки на другое и электроды, систему поддержания вакуума в сосуде и источник электрического тока, соединенный с электродами в вакуумном сосуде, согласно изобретению электроды расположены вокруг тел намотки таким образом, что возбуждаемая ими плазма охватывает образующие этих тел. Электроды расположены параллельно торцам тел намотки.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, вид сбоку; на фиг.2 вид спереди; на фиг. 3 вариант применения п.п. 4 и 6 формулы изобретения, не описанный ранее.

Устройство для обработки длинномерного материала низкотемпературной плазмой по описанному выше способу содержит вакуумную камеру 1 с расположенными в нем приспособлением 2 для перемотки материала 3 с одного 4 тела намотки на другое 5 и электроды 6. Вне камеры 1 имеются также система 7 поддержания вакуума в камере и источник 8 электрического тока, соединенный с электродами 6 в вакуумном сосуде 1. Электроды 6 расположены вокруг тел намотки 4 и 5 таким образом, что возбуждаемая ими плазма (обозначена на фиг.1 словом "плазма") охватывает образующие этих тел.

Как вариант или в дополнение (фиг.3) имеются дополнительные электроды 9, расположенные параллельно торцам тел намотки.

10 мотальный барабанчик приспособления 2, а 11 ламельный механизм на каждом приспособлении 2.

Устройство работает следующим образом.

В камере 1 системой 7 поддерживается вакуум. Обрабатываемый материал, например, нить 3 с тела намотки 4, например, бобины крестовой мотки вращением барабанчика 10 перематывается на точно такое же или иное тело намотки 5. Источник тока 8 создает на электродах 6 напряжение, инициирующее низкотемпературную плазму тлеющего разряда. Поскольку электроды 6 расположены вокруг тел намотки 4 и 5, возбуждаемая ими плазма (фиг.1) охватывает образующие тел намотки. При этом происходит следующее: материал (нить) в глубине тела 4 сначала совершенно недоступна плазме, так как закрыта множеством слоев более периферийных, но по мере размотки тела 4 появляются "окна" и плазма начинает воздействовать на участки нити под этими "окнами"; по мере дальнейшей размотки "окна" увеличиваются вплоть до выхода этого участка нити на открытую поверхность. Далее участок нити переходит на тело 5 и все повторяется в обратном порядке. В результате такой обработки весь материал обрабатывается. Но из-за колебаний во временах обработки различных участков материала приходится в 1,5-2 раза занижать скорость в сравнении с расчетной. Например, известно, что хлопок требует 10 с обработки в кислородной плазме, и расчетная скорость должна быть при обработке по способу [2] при данной длине участка экспозиции 2000 м/мин, а приходится держать не более 1000 м/мин.

Это не снижает производительности, поскольку она и без того во много раз больше, чем у аналогичных устройств, но накладывает ограничение на использование только теми технологиями, где требуется только максимальная обработка. Для обработки нити под печать, если контролируется несколько показателей и одному из них надо быть не более заданного, способ и устройство не годится. Однако таких технологий немного. Для 90% случаев предлагаемые способ и устройство пригодны.

В каждой бобине разное количество нити, поэтому где нить кончается, срабатывает ламельный механизм. Как только срабатывает последний, процесс останавливается. Камера 1 разгерметизируется, его колпак поднимается, и производится перезаправка; свежие бобины загружают, а обработанные вынимают. Если в пpоцессе перемотки одна нить оборвется, это не нарушит хода обработки для остальных. При перезаправке оборвавшуюся бобину не выгружают, а заправляют для домотки.

Таким образом, устройство пpосто, надежно и удобно. Если таких устройств 4-5 шт. по 10 бобинных приспособлений, и каждое устройство сдвинуто по фазе на 1/4-1/5 периода, один оператор обеспечивает производительность до 100 кг/ч, что во много больше, чем возможно по известным технологиям.

Если электроды 9 расположены по торцам тел намотки (фиг.3), то возникает новый, неизвестный до сих пор эффект: "полосатости" нити (п.4 способа). Экспонируются торцы, и нить плазмообрабатывается только тогда, когда выходит на торец, остальная нить не обрабатывается. Последующее крашение выявляет полосатость, так как сорбция красителя на разных участках различна. Этот эффект может быть использован в трикотаже для оригинального колористического оформления изделий.