способ получения волокна из термопластичного материала

Формула изобретения

Способ получения волокна из термопластичного материала, включающий образование пленки расплава внутри вращающейся чаши и формирование волокон из пленки расплава на ее кромке, отличающийся тем, что расплав осуществляют внутри вращающейся со скоростью 900 1100 об/мин чаши путем нагревания ее стенок до температуры 470 510 К, сырье подают в виде гранул размером не более 10 мм со скоростью 0,2 0,3 г/с, а расплавленное волокно на выходе из чаши охлаждают струей водяного аэрозоля, при этом весь процесс ведут в инертной среде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству химических волокон и может быть использовано для изготовления термопластичных волокон и нетканых материалов из некондиционных и вторичных полимеров.

Известен способ получения синтетических волокон формованием из расплава полимера с последующим вытягиванием при повышающейся температуре до максимальной на 1-30^oC выше точки размягчения полимера [1]

Известен другой способ получения волокон из термопластичного материала, заключающийся в подаче расплава на вращающуюся чашу, образовании пленки расплава, формировании волокон из пленки расплава посредством обработки высокоскоростным носителем на кромке чаши [2]

Для улучшения качества волокон в способе [3] формирование волокон из пленки расплава и вытягивание волокон осуществляют одновременно путем разделения пленки расплава на кромке вращающейся чаши потоками высокоскоростного энергоносителя, подаваемыми из внутренней полости чаши к ее кромке. Это решение является наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту и принято за прототип.

В перечисленных выше способах расплав сырья и получение волокон разнесены в отдельные стадии технологического процесса (осуществляются в равных емкостях при различных условиях); перенос расплава в зону формирования волокон осуществляется через промежуточную стадию. При этом термопластичная масса продолжительное время находится под воздействием высоких температур в состоянии расплава, что приводит к частичной деструкции полимера и снижению эксплуатационных свойств полученного волокна. Поэтому в указанных технических решениях используется высококачественное полимерное сырье с заданными физико-механическими параметрами. Кроме того, довольно часто в расплав полимера дополнительно вводят термостабилизаторы, например, как в способе по АС N 514046, D 01 F 7/00, 1973.

В процессе анализа патентной и научно-технической литературы нами не обнаружено способов получения волокон из некондиционного или вторичного полимерного сырья без предварительной его подготовки (разделение на виды, отмывки и сушки, отделения посторонних включений и т.д.) или дополнительной стабилизации.

К существенным недостаткам описанных способов также относятся сравнительно высокие удельные энергозатраты, обусловленные предварительным получением расплава и его транспортировкой в зоне формирования волокна. Все это существенно снижает область применения способа.

В основу настоящего изобретения положена задача снизить требования к качеству исходного сырья, из которого получают синтетические волокна за счет интенсификации процесса (совмещение стадии получения расплава и формирования волокна), а также уменьшить удельные энергозатраты способа за счет щадящих условий получения волокон (кратковременность процесса и высокая однородность в толще пленки, инертная среда).

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем образование пленки расплава внутри вращающейся чаши и формирование волокон на ее кромке, расплавление осуществляют внутри чаши, вращающейся со скоростью 900-1100 об/мин, путем нагревания ее стенок до t^o 470-510 K. Сырье подают в виде гранул диаметром не более 10 мм со скоростью 0,2-0,3 г/с, при этом получаемое волокно охлаждают струей водяного аэрозоля, а весь процесс ведут в инертной среде.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что:

1) плавление сырья осуществляют внутри вращающейся чаши путем нагревания ее стенок до 470 510 K, что выше точки размягчения полимерного сырья всего на 10-15 K;

2) вращение чаши производят со скоростью 900-1100 об/мин;

3) сырье, измельченное до размера не более 10 мм, подают во вращающуюся чашу со скоростью 0,2-0,3 г/с;

4) получаемые волокна охлаждают;

5) процесс ведут в инертной среде, например в среде азота.

В предлагаемом способе в отличие от прототипа расплав формируется в виде тонкой пленки, имеющей равномерную по толщине температуру, что повышает его гомогенность. Это ведет к увеличению производительности и улучшению эксплуатационных характеристик конечного продукта. Продолжительность пребывания полимера в виде расплава незначительна, вследствие высокой скорости движения пленки расплава, что приводит к уменьшению деструктивных процессов в материале. Совмещение процесса плавления сырья и формирования волокон в одном устройстве приводит к снижению удельных энергозатрат.

На чертеже изображен общий вид устройства для осуществления заявляемого способа.

Устройство содержит чашу 1, установленную с возможностью вращения на валу, нагревательный элемент 2, расположенный с наружной стороны чаши и закрытый теплоизолирующим кожухом 3. Исходное сырье в виде гранул 4 поступает в полость чаши через дозатор 5, в ходе процесса преобразуясь в движущуюся пленку расплава 8. Узел охлаждения водяным аэрозолем 6 расположен напротив зоны выхода волокна 9, образованной верхним срезом чаши и крышки 7.

Пример. Способ реализуется следующим образом. При включении в сеть нагревательные элементы 2 (спираль) нагреваются и нагревают стенки чаши 1. Для уменьшения тепловых потерь нагревательные элементы теплоизолированы с внешней стороны кожухом 3. Температуру нагрева чаши регулируют мощностью источника питания. После прогрева стенок (или при достижении оптимально выбранной температуры, зависящей от характера сырья) чашу приводят во вращение. Сырье в виде гранул 4 подают в чашу посредством дозатора 5 с массовым расходом 0,2-0,3 г/с.

В нижней части чаши под действием центробежных сил, гранулы отбрасываются к ее стенкам. Подвергаясь нагреву, гранулы расправляются и в виде пленки 8 движутся к верхней кромке чаши. Во время перемещения по внутренней стенке чаши пленка расплава подвергается нагреву от стенок чаши, а также за счет принудительной конвекции внутри чаши. Равномерность нагрева достигается, благодаря вращению чащи относительно нагревательных элементов. Материал таким образом полностью расплавляется и образуется пленка расплава. В силу постоянной подпитки расплава и гидростатического давления под действием центробежных сил эта пленка непрерывно вытесняется вверх и, срываясь с кромки чаши, распыляется в волокно 9. На кромочной части чаши, где происходит отрыв и переход пленки расплава в волокно, получаемое волокно охлаждают струей водяного аэрозоля 6 до температуры, при которой не происходит слипание волокон. Для предотвращения окисления продукта расплава процесс ведут в инертной среде. Для этого в закрытую чашу подают азот, который, заполняя свободное пространство в чаше, предотвращает доступ воздуха к пленке расплава. Испытания способа проводились в различных режимах для определения оптимальных параметров (скорости вращения чаши, температуры нагрева и скорости подачи сырья). Конкретные примеры реализации способа представлены в таблице.

Источники информации

1. А.С. N 514046, D 01 F 7/00, 1973.

2. Патент Англии N 1265215, кл. С 1 М, 1972.

3. А.С. N 699041, D 01 D 5/08, 1977.