устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов

Формула изобретения

1. Устройство для получения волокнистого материала, содержащее плиту, входные патрубки для подачи расплава, вал, подшипниковый узел, вращающийся полый реактор с фильерой, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, нагреватель, теплоизоляционный кожух, кольцевой воздуховод, отличающееся тем, что плита содержит съемную крышку с центральным отверстием, в котором вмонтирован подшипник скольжения для вала реактора, причем съемная крышка изолирована от плиты теплоизоляционным материалом из огнеупорной керамики, а подшипник скольжения выполнен из углепластика, кроме того, входные патрубки смонтированы в съемной крышке.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вращающийся полый реактор выполнен в виде усеченного конуса и плавно сопряжен с расходящимся конусом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что роль фильеры выполняют цилиндрические стержни диаметром D, расположенные друг от друга с равным промежутком L, причем оптимальным промежутком между ними является соотношение при L=D.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что наиболее оптимальное место расположения цилиндрических стержней находится на пересечении касательных, проведенных на образующих усеченного конуса полого вращающегося реактора и открытой его части - расходящегося конуса, то есть в точке наивысшего плавного сопряжения усеченного конуса с расходящимся конусом, а положение цилиндрического стержня относительно рабочей поверхности полого вращающегося реактора находится при совмещении продольной оси цилиндрического стержня с биссектрисой угла от пересечения касательных от образующих усеченного конуса полого вращающегося реактора и открытой его части - расходящегося конуса.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри полого вращающегося реактора установлен полый стакан, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, закрытого плоской крышкой, кроме того, верхняя часть полого стакана выполнена в виде пологого конуса, который выполнен заодно с посадочной втулкой под вал полого вращающегося реактора.

6. Устройство по п.1, или 3, или 5, отличающееся тем, что усеченный конус полого вращающегося реактора установлен с зазором коаксиально относительно полого стакана, причем величина зазора адекватна продольному размеру утолщенной части цилиндрических стержней, кроме того, усеченный конус полого вращающегося реактора закреплен с полым стаканом путем расклепывания тонких концов цилиндрических стержней, которые вставлены в отверстия полого усеченного конуса вращающегося реактора и отверстия полого стакана.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагреватель выполнен в виде усеченного конуса и установлен с зазором коаксиально к реактору, кроме того, тыльная сторона нагревателя защищена теплоизоляционным стаканом из огнеупорной керамики в виде усеченного конуса.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что нагреватель выполнен из листового нихрома.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что полый стакан заполнен теплоизоляционным материалом - шамотной крошкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства волокнистых синтетических материалов из термопластичных веществ и их смесей, включая как качественное промышленное сырье, так и различные виды бытовых и промышленных отходов термопластичных материалов.

Изобретение с наибольшим эффектом может быть использовано для получения сорбентов, улавливающих из воды нефть и нефтепродукты.

Известно устройство по патентам (патент РФ №2117719 Способ получения волокнистого материала из термопластов и установка для его осуществления, МКИ D 01 D5/08, D 04 Н 3/16, опубл. БИ 23, 1988; патент Германии №19800297. Verfahren und Vomchtung zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen, 1998), согласно которым плавление полимера и образование пленки расплава осуществляются внутри вращающегося реактора, выполненного в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, а формирование и вытягивание волокон из пленки расплава производят за счет кинетической энергии, которая создается вращающимся реактором с линейной скоростью на его кромке не менее 10 м/с. Вязкость пленки расплава термопласта поддерживают близкой к вязкости расплава при температуре его деструкции путем нагревания вращающегося реактора. Формирующееся у кромки реактора волокно подвергают воздействию воздушного потока, который направляют поперек направления движения формирующихся волокон.

Существенным недостатком данного устройства является расположение полого реактора горизонтально, выполненного в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса. Такое конструктивное решение, а именно резкий переход от цилиндра в расходящийся конус, резко ухудшает гидродинамику течения пленки расплава и ухудшает качество получаемого волокна, так как при резком переходе от цилиндра на расходящийся конус происходит деформация пленки расплава, а так как полый реактор расположен горизонтально, это приводит к вибрации реактора, что увеличивает отрицательный эффект - происходит разрыв пленки расплава, а следовательно, и резко ухудшается качество волокна - его обрыв, образование корольков, малый выход получаемого волокна.

Другим недостатком данного устройства является конструктивное несовершенство полого реактора, выполненного в виде цилиндра, так как при вращении реактора пленка расплава полимера тормозится на цилиндрической части вращающегося реактора за счет центробежной силы, что приводит к перегреву пленки расплава полимера, т.е. к его деструкции, что влечет за собой производство некачественного волокна, и к уменьшению производительности установки.

Другим недостатком данного устройства является горизонтальное расположение реактора, что приводит к образованию волокон с различным по сечению размером. В силу разной траектории вытягиваемых волокон из пленки расплава с кромки вращающегося реактора, т.к. с верхних точек кромок волокно имеет большую траекторию полета, чем с нижних кромок.

Другим существенным недостатком данного устройства является вибрация реактора в процессе работы. Этот отрицательный эффект возникает из-за того, что реактор смонтирован на конце консоли горизонтального полого вала и при вращении реактора внутри него происходит движение пленки расплава к кромке реактора, следовательно, происходит смещение центра реактора, что приводит к дисбалансировке реактора и возникновению вибрации.

К другому недостатку данного устройства относится то, что на внутренней поверхности полого реактора расположены плоские ребра треугольной по длине формы, направленные вдоль его образующей. Такое конструктивное решение затрудняет продвижение пленки расплава во вращающемся цилиндрическом полом реакторе к выходной кромке расходящегося конуса, т.к. центробежные силы сдерживают растекание пленки расплава, то плоские ребра увеличивают этот отрицательный эффект.

Известно устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов (патент №2164563, МПК 7 D 01 D 5/08, БИПМ №9, 2001 г.), которое содержит горизонтально вращающийся полый реактор, у которого на внутренней поверхности установлены плоские ребра, открытая часть выполнена в виде расходящегося конуса, нагреватель, кольцевой воздуховод, плоскую крышку, полый стакан, установленный внутри реактора. Стакан установлен с зазором между его днищем и днищем реактора, а также между конусными частями. Недостатком данного устройства является горизонтальное расположение реактора, что приводит к образованию волокон с различным по сечению размером в силу разной траектории вытягиваемых волокон из пленки расплава с кромки вращающегося реактора, т.к. с верхних точек кромок волокно имеет большую траекторию полета, чем с нижних кромок.

Кроме того, в зазор между кольцевым воздуховодом и корпусом реактора, особенно в верхней части, в силу восходящих тепловых потоков воздуха происходит затягивание волокон в этот зазор и налипание волокон на корпусе реактора и кольцевом воздуховоде, что приводит к наростообразованию полимерной массы и к образованию некачественного волокна.

Другим существенным недостатком данного устройства является вибрация реактора в процессе работы. Этот отрицательный эффект возникает из-за того, что реактор смонтирован на конце консоли горизонтального полого вала и при вращении реактора внутри него происходит движение пленки расплава к кромке реактора, что приводит к дисбалансировке реактора и возникновению вибрации.

Другим существенным недостатком данного устройства является сложность конструкции подшипникового узла, расположенного в охлаждаемом корпусе.

Причем реактор смонтирован на конце полого вала, установленного в подшипниках, а внутри полого вала проходит подающая насадка, имеющая центральное отверстие для подачи расплава в зазор между реактором и стаканом. Но для того, чтобы расплав не застывал в подающей насадке, насадку необходимо нагревать до температуры расплава полимера. А это приводит к нагреву подшипникового узла, который интенсивно охлаждают, что приводит к непроизводительным энергетическим затратам и в целом приводит к неэкономической работе установки.

Другим существенным недостатком данного устройства является несовершенство конструкции реактора, на внутренней поверхности которого установлены плоские ребра, из-за которых затрудняется продвижение пленки расплава во вращающемся реакторе к выходной кромке расходящегося конуса, т.к. центробежные силы сдерживают растекание пленки расплава, то плоские ребра увеличивают этот отрицательный эффект.

Кроме того, другим существенным недостатком данного устройства является несовершенство конструкции реактора, выполненного в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса.

Такое конструктивное решение, а именно резкий переход от цилиндра в расходящийся конус, резко ухудшает режим течения пленки расплава и ухудшает качество получаемого волокна, т.к. при резком переходе от цилиндра на расходящийся конус происходит деформация пленки расплава, а так как реактор расположен горизонтально, это приводит к вибрации реактора, что увеличивает отрицательный эффект - происходит разрыв пленки расплава, а следовательно, и резко ухудшается качество волокна - его обрыв, образование корольков, малый выход получаемого волокна.

Другим существенным недостатком данного устройства, из-за торможения пленки расплава плоскими ребрами на внутренней поверхности реактора, является деструкция полимера, т.е. из-за увеличения времени нахождения течения пленки расплава, что также снижает производительность установки.

Такой же недостаток характерен и для устройства по патентам (патент РФ №2117719 Способ получения волокнистого материала из термопластов и установка для его осуществления, МКИ D 01 D 5/08, D 04 Н 3/16, опубл. БИ 23, 1988; патент Германии №19800297. Verfahren und Vomchtung zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen, 1998).

Известно устройство (патент №2174165, МПК 7 D 01 D 5/08, БИПМ №27, 2001 г.) для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, содержащее обогреваемый вращающийся полый реактор, у которого на внутренней поверхности установлены плоские ребра, а открытая часть выполнена в виде расходящегося конуса, крышку и кольцеой воздуховод, дополнительно содержит парообразователь, кожух, в котором помещен реактор, и установленный внутри реактора вращающийся рассеиватель расплава, прикрепленный к штоку, причем рассеиватель расплава выполнен из двух неподвижно соединенных между собой частей; верхняя часть представляет усеченный конус, а нижняя - тарелку с диаметром, превышающим большое основание конуса, который этим основанием соединен с плоской поверхностью тарелки, при этом реактор установлен вертикально и выполнен в виде параболоида, расширяющаяся часть которого направлена вниз, причем плоские ребра имеются только в нижней части реактора, образующаяся поверхность кожуха повторяет поверхность реактора, а парообразователь своими входом и выходом присоединен к полости между кожухом и реактором, образуя замкнутый паровой контур, кроме того, крышка выполнена в виде диска, установленного на уровне плоских ребер, при этом ребра соединены с образующей диска.

Выполнение реактора в виде параболоида создает режим течения пленки расплава по внутренней стенке реактора за счет равномерного сбрасывания расплава с кромок вращающегося рассеивателя, прикрепленного к штоку. С помощью данного устройства стало возможным получение волокон практически с одинаковым поперечным сечением. Для достижения этого положительного эффекта в этом устройстве реактор установлен вертикально, что создает условия для пролета одинаковых траекторий вытягиваемых волокон из пленки расплава с кромки вращающегося реактора. Однако основным недостатком волокнообразователя является технически трудноисполнимое устройство для обогрева реактора - это создание герметично замкнутого парового контура между кожухом и вращающимся реактором. В настоящее время создание такого замкнутого парового контура является задачей весьма проблематичной.

Другим недостатком является то, что при вращении реактора с тарелки рассеивателя часть расплава, ударяясь о стенку параболоида, отражается в виде дисперсных капель, образуя нарост расплава на поверхности штока и крышки, что приводит практически к отсутствию прогретой части расплава и к образованию некачественного волокна.

Другим существенным недостатком данного устройства является несовершенство конструкции реактора, выполненного в виде параболоида вращения, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса.

Такое конструктивное решение, а именно резкий переход от параболоида вращения в расходящийся конус, резко ухудшает режим течения пленки расплава и ухудшает качество получаемого волокна, т.к. при резком переходе от параболоида вращения в расходящийся конус происходит деформация пленки расплава, т.е. создается отрицательный эффект - разрыв пленки расплава и, как следствие, образование корольков и малый выход получаемого волокна.

Известно устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов (патент RU №2213171, МПК 7 D 01 D 5/08, Бюл. №27, 2003 г.).

Устройство содержит вертикально вращающийся на валу, закрепленном верхним концом в подшипниковом узле, полый реактор. Открытая часть реактора выполнена в виде расходящегося конуса. Имеется нагреватель, теплоизоляционный кожух, кольцевой воздуховод, установленный выше кромки открытой части расходящегося конуса реактора, коаксиально теплоизоляционному кожуху, входной патрубок. На одном валу с реактором установлена фильера с теплоизоляционным экраном. Входной патрубок имеет экран и входную трубку с зазором внутри трубки, и коаксиально к ней проходит вал. Кольцевой воздуховод установлен без зазора к теплоизоляционному кожуху.

Достоинство данного устройства состоит в том, что реактор установлен вертикально и стало возможным получение волокон практически с одинаковым поперечным сечением. Другим достоинством устройства является водяная проточная камера охлаждения, защищающая подшипниковый узел от перегрева и предохраняющая смазку подшипников. Кроме того, с помощью данной установки стало впервые возможным с высокой точностью устанавливать реактор при помощи котировочных стоек.

Однако существенным недостатком данного устройства является конструктивно сложное решение подачи расплава внутрь реактора. При подаче расплава внутрь реактора по входному патрубку 13 расплав тормозится входной трубкой 14, которая проходит внутри в вертикальной части входного патрубка 14. Из-за этого затруднен прогрев входного патрубка 13, а следовательно, и подаваемого расплава, вследствие этого необходимо завышать подогрев расплава выше температуры его деструкции, что приводит к неоправданным потерям и снижает качество волокна.

К другому недостатку данного устройства относится несовершенство конструкции реактора, выполненного в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса. Такое конструктивное решение, а именно резкий переход от цилиндра в расходящийся конус, резко ухудшает режим течения пленки расплава и ухудшает качество получаемого волокна, т.к. при резком переходе от цилиндра на расходящийся конус происходит деформация пленки расплава, что приводит к разрыву пленки расплава, а следовательно, и резко ухудшается качество волокна - его обрыв, образование корольков, малый выход годного волокна.

Известно другое устройство (патент RU №2213170, D 01 D 5/08, 05.08.2002 г.) для получения волокнистых материалов из расплава термопластов.

Устройство включает вал, подшипниковый узел, вращающийся на валу реактор, имеющий наружную и внутреннюю оболочки, входные патрубки для подачи расплава в реактор, фильеру, кольцевой воздуховод, плиту с центральным отверстием для прохождения вала реактора. Стенка плиты, обращенная внутрь реактора, установлена с зазором к верхней части его внутренней оболочки и имеет коаксиальную канавку. Входные патрубки смонтированы на плите и расположены между центральным отверстием и коаксиальной канавкой.

Конструктивное решение данного устройства является более совершенным по сравнению с известными аналогами, заключающееся в том, что реактор содержит плиту с центральным отверстием для прохождения вала реактора, кроме того, стенка плиты, обращенная внутрь реактора, установлена с зазором к верхней части его внутренней оболочки и имеет коаксиальную канавку.

Достоинством данного устройства является и то, что входные патрубки смонтированы на плите и расположены между центральным отверстием и коаксиальной канавкой, что значительно упростило конструкцию ввода расплава внутрь реактора.

Это решение является наиболее близким по технической сущности и принято за прототип.

С помощью данного устройства стало возможным подавать расплав по входным патрубкам внутрь реактора без перегрева, т.к. конструктивное расположение входных патрубков делает их доступными для равномерного прогрева.

Однако существенным недостатком данного устройства является несовершенство конструкции реактора, выполненного в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса. Такое конструктивное решение, а именно резкий переход от цилиндра в расходящийся конус, резко ухудшает режим течения пленки расплава и ухудшает качество получаемого волокна, т.к. при резком переходе от цилиндра на расходящийся конус происходит деформация пленки расплава - ее обрыв, срез, а следовательно, и резко ухудшается качество волокна: образование корольков, снижение производительности устройства.

Другим существенным недостатком данного устройства является температурная инерционность нагревательных элементов (НЭ) реактора, что приводит к неравномерному и нестационарному прогреву полого вращающегося реактора. Кроме того, нагревательные элементы, в силу их конструктивного исполнения (ТЭНы), расположены с определенным шагом друг от друга вдоль образующей реактора, следовательно, в промежутках между НЭ температура ниже, чем от НЭ.

Целью настоящего изобретения является увеличение надежности работы конструкции, повышение качества волокон и эффективности производства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения волокнистого материала содержит плиту, в которой имеется съемная крышка с центральным отверстием, в котором вмонтирован подшипник скольжения для вала реактора, причем съемная крышка изолирована от плиты теплоизоляционным материалом, например огнеупорной керамикой, а подшипник скольжения для вала реактора выполнен, например, из углепластика.

Между съемной крышкой и плитой предусмотрена коаксиальная канавка, в которой с зазором установлена цилиндрическая обечайка верхней части полого вращающегося реактора, кроме того, для удобства эксплуатации входные патрубки смонтированы в съемной крышке (для подачи расплава в реактор).

Вращающийся полый реактор выполнен в виде усеченного конуса с фильерой, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, причем сопряжение усеченного конуса с расходящимся конусом выполнено плавно, что дает возможность пленке расплава плавно обтекать это место сопряжения, не деформируясь, что исключает обрыв пленки расплава, а следовательно, получать беспрерывную нить волокна без образования корольков, что значительно повышает качество волокна и эффективность производства. Кроме того, впервые на этом устройстве применены цилиндрические стержни диаметром D и установлены друг от друга с равным промежутком L. Оптимальным промежутком между ними в данном конкретном исполнении является соотношение L=D.

Цилиндрические стержни, расположенные друг от друга с равным промежутком L, выполняют роль фильеры, преимущество которых заключается в том, что они выполнены цилиндрической формы, что является наилучшей обтекаемой поверхностью для расплава полимера и разделения пленки расплава на одинаковые беспрерывные нити волокон практически с одинаковым поперечным сечением d _i.

Наиболее оптимальное место расположения цилиндрических стержней определено на пересечении касательных, проведенных на образующих усеченного конуса полого вращающегося реактора и открытой его части - расходящегося конуса, т.е. в точке наивысшего плавного сопряжения усеченного конуса с расходящимся конусом, а расположение цилиндрического стержня относительно рабочей поверхности полого вращающегося реактора находится при совмещении продольной оси цилиндрического стержня с биссектрисой угла от пересечения касательных на образующих усеченного конуса полого вращающегося реактора и открытой его части - расходящегося конуса.

Выполнение реактора в виде полого вращающегося усеченного конуса позволило решить проблематичную задачу по увеличению производительности устройства для получения волокнистых материалов из термопластов, в силу того, что возникающая результирующая центробежная сила F_p на усеченном конусе способствует увеличению скорости v_p (F_p) течения пленки расплава по рабочей поверхности полого реактора, а скорость v (F_q) за счет сил гравитации (F_q) уменьшает смачиваемость пленки расплава к внутренней рабочей поверхности вращающегося полого реактора, выполненного в виде усеченного конуса, и тем самым увеличивает результирующую скорость v_p пленки расплава и увеличивает производительность устройства.

Для установления оптимального рабочего температурного режима внутри полого вращающегося реактора установлен полый стакан, выполненный в виде усеченного конуса, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, закрытого плоской крышкой. Кроме того, верхняя часть полого стакана выполнена в виде пологого конуса, который выполнен заодно с посадочной втулкой под вал полого вращающегося реактора.

Усеченный конус полого вращающегося реактора установлен с зазором коаксиально относительно полого стакана, причем величина зазора адекватна продольному размеру утолщенной части цилиндрических стержней, кроме того, усеченный конус полого вращающегося реактора закреплен с полым стаканом путем расклепывания тонких концов цилиндрических стержней, которые вставлены в отверстия полого усеченного конуса вращающегося реактора и отверстия полого стакана.

Выполнение верхней части полого стакана в виде пологой конусной поверхности способствует увеличению скорости v отекания пленки расплава.

Для создания относительно изотермического температурного поля внутри реактора и равномерного теплового потока к полому вращающемуся реактору нагревательный элемент (НЭ) выполнен в виде усеченного конуса и установлен с зазором коаксиально вращающемуся полому реактору, кроме того, тыльная сторона НЭ защищена теплоизоляционным стаканом из огнеупорной керамики, выполненным также в виде усеченного конуса. Материалом НЭ может служить, например, листовой нихром. Защита тыльной стороны НЭ теплоизоляционным стаканом из огнеупорной керамики способствует сохранению рабочего температурного режима внутри реактора, обеспечивает заданную температуру пленки расплава, практически исключает его деструкцию, тем самым повышает качество получаемого волокна и увеличивает производительность реактора.

Для уменьшения тепловых потерь в окружающее пространство и для создания равномерного температурного поля внутри реактора полый стакан засыпан теплоизоляционным материалом, например шамотной крошкой, кроме того, реактор снабжен теплоизоляционным кожухом с теплоизоляционным материалом - шамотной крошкой.

Сущность данного технического решения заключается в том, что

- плита содержит съемную крышку с центральным отверстием, в котором вмонтирован подшипник скольжения для вала реактора, причем съемная крышка изолирована от плиты теплоизоляционным материалом, например огнеупорной керамикой, а подшипник скольжения для вала реактора выполнен из углепластика;

- между съемной крышкой и плитой предусмотрена коаксиальная канавка, в которой с зазором установлена цилиндрическая обечайка верхней части полого вращающегося реактора, кроме того, для удобства эксплуатации входные патрубки для подачи расплава смонтированы в съемной крышке;

- вращающийся полый реактор выполнен в виде усеченного конуса, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, причем сопряжение усеченного конуса с расходящимся конусом выполнено плавно;

- техническое решение позволяет упростить конструкцию, повысить надежность и производительность реактора.

Упрощение конструкции достигается за счет применения цилиндрических стержней, выполняющих роль фильеры, преимущество которых заключается в том, что они выполнены цилиндрической формы, что является наилучшей обтекаемой поверхностью для расплава полимера и разделения пленки расплава на одинаковые беспрерывные нити волокон практически с одинаковым поперечным сечением d_i. Цилиндрические стержни диаметром D установлены друг от друга с равным промежутком L. Соотношение L=D является оптимальным для формирования волокна из расплава термопластов.

Наиболее оптимальное место расположения цилиндрических стержней определено на пересечении касательных, проведенных на образующих усеченного конуса полого вращающегося реактора и открытой его части - расходящегося конуса, т.е. в точке наивысшего плавного сопряжения усеченного конуса с расходящимся конусом, а положение цилиндрического стержня относительно рабочей поверхности полого вращающегося реактора находится при совмещении продольной оси цилиндрического стержня с биссектрисой угла от пересечения касательных от образующих усеченного конуса полого вращающегося реактора и открытой его части - расходящегося конуса. Для установления оптимального рабочего температурного режима внутри полого вращающегося реактора установлен полый стакан, выполненный в виде усеченного конуса, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, закрытого плоской крышкой. Кроме того, верхняя часть полого стакана выполнена в виде пологого конуса, который выполнен заодно с посадочной втулкой под вал полого вращающегося реактора.

Усеченный конус полого вращающегося реактора установлен с зазором коаксиально относительно полого стакана, причем величина зазора адекватна продольному размеру утолщенной части цилиндрических стержней, кроме того, усеченный конус полого вращающегося реактора закреплен с полым стаканом путем расклепывания тонких концов цилиндрических стержней, которые вставлены в отверстия полого усеченного конуса вращающегося реактора и отверстия полого стакана.

Выполнение верхней части полого стакана в виде пологой конусной поверхности способствует увеличению скорости v отекания пленки расплава полимера на рабочую поверхность полого вращающегося реактора.

Выполнение реактора в виде полого вращающегося усеченного конуса позволило решить проблематичную задачу по увеличению производительности устройства для получения волокнистых материалов из термопластов, в силу того, что возникающая результирующая центробежная сила F_p на усеченном конусе способствует увеличению скорости v_p течения пленки расплава по рабочей поверхности полого вращающегося реактора, а скорость v (F_q) за счет сил гравитации (F_q ) уменьшает смачиваемость пленки расплава к внутренней рабочей поверхности вращающегося полого реактора, выполненного в виде усеченного конуса, и тем самым увеличивает результирующую скорость v_p пленки расплава и увеличивает производительность устройства.

Для создания относительно изотермического температурного поля внутри реактора и равномерного теплового потока нагреватель выполнен в виде усеченного конуса и установлен с зазором коаксиально к реактору, кроме того, тыльная сторона нагревателя защищена теплоизоляционным стаканом из огнеупорной керамики в виде усеченного конуса. Материалом нагревателя может служить, например, листовой нихром.

Защита тыльной стороны нагревателя теплоизоляционным стаканом из огнеупорной керамики способствует сохранению рабочего температурного режима внутри реактора, обеспечивает заданную температуру пленки расплава, практически исключает его деструкцию и тем самым повышает качество получаемого волокна и увеличивает производительность реактора.

Для уменьшения тепловых потерь в окружающее пространство и для создания равномерного температурного поля внутри реактора полый стакан и теплоизоляционный кожух заполнены теплоизоляционным материалом, например шамотной крошкой.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - вид В на фиг.1; на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.2.

Устройство для получения волокнистых материалов из термопластов (фиг.1) включает плиту 1, содержащую съемную крышку 2 с центральным отверстием 3, в котором вмонтирован подшипник 4 скольжения для вала 5 реактора 6, причем съемная крышка 2 изолирована от плиты 1 теплоизоляционным материалом, например огнеупорной керамикой 7, а подшипник 4 скольжения для вала 5 реактора 6 выполнен из углепластика.

Между съемной крышкой 2 и плитой 1 предусмотрена коаксиальная канавка 8, в которой с зазором установлена цилиндрическая обечайка 9 верхней части полого вращающегося реактора 6, кроме того, для удобства эксплуатации входные патрубки 10 для подачи расплава внутрь реактора смонтированы в съемной крышке 2.

Вращающийся полый реактор 6 выполнен в виде усеченного конуса, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса 11, причем сопряжение 12 (фиг.2) усеченного конуса 6 (реактора) с расходящимся конусом 11 выполнено плавно.

Цилиндрические стержни 13 выполняют роль фильеры. Цилиндрические стержни 13 диаметром D установлены друг от друга с равным промежутком L (фиг.3), что является оптимальным промежутком для формирования волокна из расплава термопластов.

Оптимальным местом расположения цилиндрических стержней 13 определено на пересечении касательной y-y₁ (фиг.2) от образующей усеченного конуса вращающегося реактора 6 и касательной x-x₁ открытой части реактора 6, т.е. в точке наивысшего плавного сопряжения 12 усеченного конуса 6 с расходящимся конусом 11, а положение цилиндрического стержня 13 относительно рабочей поверхности полого вращающегося реактора 6 находится при совмещении продольной оси O-O₁ цилиндрического стержня 13 с биссектрисой O-d угла от пересечения касательных y-y₁ и x-x ₁ от образующих усеченного конуса полого вращающегося реактора 6 и открытой его части - расходящегося конуса 11.

Внутри полого вращающегося реактора 6 установлен полый стакан 14, выполненный в виде усеченного конуса, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса 15, закрытого плоской крышкой 16. Кроме того, верхняя часть полого стакана 14 выполнена в виде пологого конуса 17 (фиг.1 и фиг.4), который выполнен заодно с посадочной втулкой 18 под вал 5 полого вращающегося реактора 6.

Усеченный конус полого вращающегося реактора 6 установлен с зазором 19 коаксиально относительно полого стакана 14, причем величина зазора 19 (фиг.2) адекватна продольному размеру утолщенной части цилиндрических стержней 13, кроме того, усеченный конус полого вращающегося реактора 6 закреплен с полым стаканом 14 путем расклепывания тонких концов цилиндрических стержней 13 (фиг.5), которые вставлены в отверстия усеченного конуса полого вращающегося реактора 6 и отверстия полого стакана 14.

Для создания относительно изотермического температурного поля внутри реактора 6 и равномерного теплового потока к полому вращающемуся реактору 6 нагреватель 20 выполнен в виде усеченного конуса и установлен с зазором 21 коаксиально реактора 6, кроме того, тыльная сторона нагревателя 20 защищена теплоизоляционным стаканом 22 (фиг.2) из огнеупорной керамики в виде усеченного конуса.

Для уменьшения тепловых потерь в окружающее пространство и для создания равномерного температурного поля внутри реактора 6 полый стакан 14 и кожух 23 заполнены теплоизоляционным материалом 24 - шамотной крошкой (фиг.1).

Реактор 6 установлен на валу 5 и закреплен верхним концом в подшипниковом узле 25.

Для запуска в работу реактор 6 снабжен приводным шкивом 26.

Кольцевой воздуховод 27 предназначен для образования воздушного потока, который утончает и охлаждает одновременно струйки расплава до образования волокна.

Для уменьшения тепловых потерь в окружающее пространство на внутренней стенке расходящегося конуса 11 установлен кольцевой экран 28, который установлен с зазором коаксиально кожуху 23.

Крышка 16 закреплена в нижней части реактора 6 на валу 5 при помощи резьбового соединения 29.

Устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов работает следующим образом.

Перед работой реактор 6 нагревают до рабочей температуры посредством включения нагревателя 20.

Благодаря тому, что нагреватель 20 выполнен в виде усеченного конуса и установлен коаксиально вращающемуся реактору 6, создается равномерный тепловой поток и относительно изотермическое температурное поле по всему периметру реактора 6.

После того, как устройство подготовлено к работе, через шкив 26 клиноременной передачи приводят во вращение реактор 6 с заданной угловой скоростью. Затем по входным патрубкам 10 во внутреннюю часть реактора 6 нагнетают расплав полимерного материала, который равномерно растекается по поверхности пологого конуса 17, на котором пленка расплава увеличивает скорость v и равномерно сбрасывается на внутреннюю стенку вращающегося полого реактора 6, на которой равномерно растекается, образуя однородную пленку расплава, и продвигаясь вниз к цилиндрическим стержням 13, разделяется при помощи их, обтекая их, на отдельные равные струйки благодаря равным промежуткам L и, далее подвигаясь за счет центробежной силы F_ц (фиг.3), срываются с реактора 6, образует тонкие волокна практически с одинаковым поперечным размером d_i.

Кроме того, благодаря тому, что полый реактор 6 выполнен в виде усеченного конуса, позволило решить проблематичную задачу по увеличению производительности устройства для получения волокнистых материалов из термопластов. В силу того, что возникающая результирующая центробежная сила F_p (фиг.4) на усеченном конусе 6 способствует увеличению скорости v_p (F_p) течения пленки расплава по рабочей поверхности полого реактора 6, а скорость v (F _q) за счет сил гравитации F_q уменьшает смачиваемость пленки расплава к внутренней рабочей поверхности вращающегося реактора 6, выполненного в виде усеченного конуса, и тем самым увеличивает результирующую скорость v_p (F_p ) пленки расплава и увеличивает производительность устройства.