устройство для получения волокнистых материалов из термопластов

Формула изобретения

1. Устройство для получения волокнистого материала, содержащее экструдер, патрубок подачи расплава, который снабжен нагревательными элементами, волокнообразователь, отличающееся тем, что волокнообразователь выполнен в виде сопла, к корпусу которого тангенциально прикреплен воздуховод подачи сжатого воздуха, кроме того, волокнообразователь снабжен мундштуком, выходное отверстие которого находится в одной плоскости с выходным отверстием волокнообразователя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок для подачи расплава снабжен нагревательными элементами, которые расположены коаксиально патрубку и на одинаковом расстоянии друг от друга, кроме того, для улучшения теплообмена внутри патрубка установлены плоские ребра, либо для улучшения теплообмена и перемешивания расплава внутри патрубка могут быть установлены цилиндрические стержни, которые расположены в шахматном порядке по периметру патрубка на одинаковом расстоянии друг от друга, либо для улучшения теплоотдачи и перемешивания внутри патрубка может быть установлено спиралевидное ребро.

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 (патент RU №2213170, D01D 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 шипе и расположены между центральным отверстием и коаксиальной канавкой. Конструктивное решение данного устройства является более совершенным по сравнению с известными аналогами за счет того, 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. 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. 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.

Применение вращающихся реакторов для получения синтетических волокон из расплавов полимеров (патент №2222650 или №2260637) усложняет конструкцию этих устройств, усложняет их обслуживание, изготовление этих устройств требует точного изготовления, что влечет их удорожание, а в целом влияет на стоимость продукции.

Известно также устройство для получения волокнистого материала (RU №2117719, кл. D01D 5/08, 20.08.1998), включающее экструдер, патрубок для подачи расплава с нагревательными элементами и волокнообразователь, содержащий расположенный горизонтально полый вращающийся и обогреваемый снаружи реактор, выполненный, например, в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, и неподвижную конусную крышку, установленную так, что между боковыми поверхностями расходящегося конуса и крышки образуется щелевой зазор 15-20 мм, дополнительно на внутренней поверхности реактора установлены плоские ребра треугольной по длине формы, направленные вдоль его образующей и обращенные вершиной в сторону выхода расплава, а установка снабжена кольцевым воздуховодом высокого давления.

Это техническое решение является наиболее близким к заявленному решению для получения волокнистого материала из термопластов и принято за прототип.

Для получения высококачественного волокна с помощью указанного устройства необходимо иметь расположенный горизонтально полый вращающийся и обогреваемый снаружи реактор, выполненный, например, в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, и неподвижную конусную крышку. Что подразумевает использование технически сложного привода реактора, при этом элементы привода работают при высоких температурах, близких к температурам деструкции термопласта, что затрудняет их обслуживание и требует применения специальных смазывающих материалов и, в конечном счете, обуславливает их низкую надежность и долговечность. Кроме того, экструдер, патрубок подачи расплава и полый вращающийся реактор указанной в прототипе конструкции не обеспечивают качественного перемешивания и гомогенизации расплава, например, при использовании в качестве сырья смеси полимеров, что характерно при переработке промышленных и бытовых отходов термопластичных материалов, и, таким образом, не обеспечивают высокого качества волокна из отходов термопластов. Необходимость формирования на внутренней поверхности вращающегося реактора стабильной тонкой пленки расплава ограничивает производительность указанного в прототипе волокнообразователя.

Техническая задача заключается в том, чтобы создать простое в изготовлении, компактное и одновременно надежное, высокоэффективное и экономичное устройство для получения волокнистого материала из термопластов.

Поставленная задача решается тем, что устройство для получения волокнистого материала из термопластов включает экструдер, патрубок подачи расплава, нагревательные элементы, волокнообразователь, выполненный в виде сопла, к корпусу которого тангенциально прикреплен воздуховод подачи сжатого воздуха, а также тем, что волокнообразователь снабжен мундштуком, выходное отверстие которого находится в одной плоскости с выходным отверстием волокнообразователя.

Кроме того, нагревательные элементы расположены коаксиально вокруг патрубка и на одинаковом расстоянии друг от друга, для улучшения теплообмена с расплавом полимера, поступающего из экструдера внутри патрубка, по всей длине могут быть установлены плоские ребра, либо для улучшения теплообмена и перемешивания расплава полимера внутри патрубка могут быть установлены цилиндрические стержни, которые расположены в шахматном порядке по периметру патрубка на одинаковом расстоянии друг от друга, кроме того, для улучшения теплообмена и перемешивания расплава полимера внутри патрубка может быть установлена спиралевидная лента, соединенная с внутренней поверхностью патрубка.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что:

- волокнообразователь выполнен в виде сопла с тангенциальным входом для подачи сжатого воздуха;

- к корпусу волокнообразователя прикреплен воздуховод подачи сжатого воздуха;

- волокнообразователь снабжен мундштуком;

- выходное отверстие мундштука находится в одной плоскости с выходным отверстием сопла;

- нагревательные элементы расположены коаксиально вокруг патрубка и на одинаковом расстоянии друг от друга;

- внутри патрубка установлены плоские ребра или цилиндрические стержни, которые расположены в шахматном порядке по периметру патрубка на одинаковом расстоянии друг от друга;

- внутри патрубка установлено спиралевидное ребро.

За счет того, что волокнообразователь выполнен в виде сопла и к его корпусу тангенциально прикреплен воздуховод подачи сжатого воздуха, а волокнообразователь снабжен мундштуком, выходное отверстие которого находится в одной плоскости с выходным отверстием волокнообразователя, при подаче сжатого воздуха через тангенциальный вход в полости волокнообразователя вокруг мундштука образуется вихревой воздушный поток. А так как выходное отверстие мундштука находится в одной плоскости с выходным отверстием сопла, сформированный в полости волокнообразователя вихревой поток сжатого воздуха воздействует на струю расплава при выходе ее из выходного отверстия мундштука, закручивает и дробит и далее закрученным потоком струя расплава выбрасывается в воздушное пространство, где распадается на отдельные нити и за счет кинетической энергии вытягиваются и формируются в волокна. Мундштук практически является продолжением патрубка расплава, за счет этого уменьшается сопротивление течению расплава, что снижает величину скорости обратного потока и давления расплава в зоне дозирования, а это положительно сказывается на производительности установки.

Получение волокон различного диаметра достигается путем изменения скорости движения расплава полимера за счет изменения скорости вращения шнека экструдера и подачи сжатого воздуха в волокнообразователь, что технически исполнить несложно. Кроме того, применение патрубка для подачи расплава из экструдера в волокнообразователь заявленной конструкции (с нагревательными элементами снаружи вокруг патрубка расплава и плоскими ребрами, цилиндрическими стержнями или одним спиралевидным ребром внутри него) увеличивает зону и время прогрева, дает возможность увеличить производительность и обеспечивает тщательное перемешивание компонентов расплава.

Простота конструкции очевидна - в ней отсутствуют сложные узлы, трудоемкие в изготовлении и энергоемкие при их эксплуатации, возможность получения волокон из расплава термопластов представлена.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, простое в конструктивном исполнении, имеет малые габариты, исключение из конструкции технически сложных в исполнении и эксплуатации узлов повысило надежность, при этом увеличилась производительность при малых энергозатратах.

Далее изобретение поясняется примером конкретного выполнения

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1: на фиг.4 - осевое сечение патрубка расплава с цилиндрическими стержнями; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4.

Устройство для получения волокнистых материалов из термопластов (фиг.1) содержит экструдер 1, патрубок 2 для подачи расплава и волокнообразователь, корпус которого выполнен в виде сопла 3. Волокнообразователь снабжен мундштуком 4, который установлен соосно внутри сопла и прикреплен к патрубку подачи расплава так, что внутри волокнообразователя вокруг мундштука образуется полость 6. Корпус волокнообразователя (сопло 3) имеет тангенциальный вход 7 для подачи в полость 6 сжатого воздуха. Выходное отверстие сопла находится в одной плоскости с выходным отверстием мундштука. Кроме того, патрубок 2 снабжен нагревательными элементами 9 (НЭ), которые расположены коаксиально патрубку 2 на одинаковом расстоянии друг от друга, для улучшения теплообмена с расплавом полимера, поступающего из экструдера 1, внутри патрубка 2 установлены плоские ребра 5 (фиг.2), либо для улучшения теплообмена и перемешивания расплава полимера внутри патрубка 2 могут быть установлены цилиндрические стержни 10 (фиг.4 и фиг.5), или может быть установлено спиралевидное ребро (не показано).

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

Перед работой патрубок 2 нагревают до рабочей температуры при помощи нагревательных элементов 9. Затем запускают в работу экструдер 1. При помощи вращения шнека 8 от привода (не показано) до определенной угловой скорости ₁ доводят рабочую массу до расплава и по патрубку 2 расплав подают в мундштук волокнообразователя 4, при выходе из выходного отверстия мундштука 4 вихревым потоком сжатого воздуха, сформированным в полости волокнообразователя 6, струя расплава дробится и закручивается, под действием энергии воздушного потока распыляется на отдельные волокна, которые растягиваются и окончательно формируются в нити волокон с определенным диаметром d₁.