RU2117719C1

RU2117719C1 - Method and installation for producing fibrous material from thermoplastics

Info

Publication number: RU2117719C1
Application number: RU97110883A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Бордунов; Геннадий Георгиевич Волокитин
Original assignee: Владимир Васильевич Бордунов; Геннадий Георгиевич Волокитин
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: polymer materials. SUBSTANCE: thermoplastic is melted, melt is converted into film, which is used to spin fiber by means of imparting kinetic energy to the film, energy being supplied by a pan rotating with peripheral velocity at least 10 m/s. Viscosity of melt is close to that at its destruction temperature. Installation has extruder with rotatory fiber-former, product precipitation unit, and receiving device. EFFECT: enabled reprocessing industrial and domestic thermoplastic wastes and increased yield of fibrous material. 9 cl, 5 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к производству волокнистых синтетических материалов из термопластичных веществ и их смесей, включая как качественное промышленное сырье, так и различные виды бытовых и промышленных отходов термопластичных материалов. The invention relates to the production of fibrous synthetic materials from thermoplastic substances and mixtures thereof, including both high-quality industrial raw materials and various types of household and industrial wastes of thermoplastic materials.

Изобретение с наибольшим эффектом может быть использовано для получения сорбентов, улавливающих из воды нефть и нефтепродукты, а также ряд ионов тяжелых металлов. The invention with the greatest effect can be used to obtain sorbents that trap oil and oil products from water, as well as a number of heavy metal ions.

Процесс получения волокнистого термопластичного материала осуществляют, как правило, в два этапа: получение расплава и формование волокна. Так, согласно способу [1] волокно получают формованием из расплава с последующим вытягиванием при повышающейся температуре до максимальной на 1-30^oC выше точки размягчения полимера.The process of producing a fibrous thermoplastic material is carried out, as a rule, in two stages: obtaining a melt and forming the fiber. Thus, according to the method [1], the fiber is obtained by spinning from a melt, followed by drawing at a rising temperature to a maximum of 1-30 ^o C above the softening point of the polymer.

Существует множество способов, основанных на экструзивной переработке сырья, которое сначала прогревают, затем плавят и экструдируют расплав через фильеры в виде струек [2,3,4]. Струйки расплава утоньшают (вытягивают) и одновременно охлаждают воздушным специальным потоком. There are many methods based on the extrusion processing of raw materials, which are first heated, then melted and extruded by melt through spinnerets in the form of streams [2,3,4]. The melt streams are thinned (pulled) and at the same time cooled by a special air stream.

Эти способы ориентированы на переработку качественного промышленного сырья определенного состава. При использовании в качестве сырья бытовых и промышленных отходов ("утиль"), которые неоднородные по составу и содержат инородные включения, качество получаемых волокон значительно ухудшается. Это связано с тем, что проходимость такого расплава через фильеры затруднена: возможна забивка каналов (отверстий), неравномерное его перемещение. Кроме того, переработка вторичного сырья и отходов термопластов в волокнистые материалы требует более высоких температур, близких к температуре их деструкции. Это предусматривает формирование волокон из маловязкой пленки расплава, что трудно осуществимо экструзивными методами получения. These methods are focused on the processing of high-quality industrial raw materials of a certain composition. When used as raw materials for household and industrial waste ("scrap"), which are heterogeneous in composition and contain foreign inclusions, the quality of the resulting fibers deteriorates significantly. This is due to the fact that the throughput of such a melt through the dies is difficult: it is possible to block channels (holes), its uneven movement. In addition, the processing of secondary raw materials and waste thermoplastics into fibrous materials requires higher temperatures close to the temperature of their destruction. This involves the formation of fibers from a low-viscosity melt film, which is difficult by extrusion methods.

Известен другой способ получения волокна из термопластичных материалов, заключающийся в подаче расплава на вращающуюся чашу, образование пленки расплава и формирование волокон из пленки расплава вытягиванием волокон посредством обработки их высокоскоростным носителем на кромке чаши [5]. There is another method for producing fiber from thermoplastic materials, which consists in feeding the melt to a rotating bowl, forming a melt film and forming fibers from the melt film by drawing the fibers by processing them with a high-speed carrier at the edge of the bowl [5].

Известен также способ [6] , в котором для улучшения качества волокон формирование волокон из пленки расплава и вытягивания волокон осуществляют одновременно путем разделения пленки на кромке вращающейся части потоком высокоскоростного носителя, подаваемым из внутренней полости чаши к ее кромке. Этот способ является наиболее близким и принят за прототип. There is also known a method [6], in which, to improve the quality of the fibers, the formation of fibers from the melt film and the drawing of fibers is carried out simultaneously by separating the film at the edge of the rotating part by a high-speed carrier stream supplied from the inner cavity of the bowl to its edge. This method is the closest and adopted as a prototype.

Для получения высококачественного волокна указанным в прототипе способом необходимо иметь постоянно равномерный поток энергоносителя, при этом температура его должна быть всегда близкой к температуре деструкции термопласта. Неравномерность потока приведет к постоянно меняющейся толщине пленки расплава и толщине готового волокна. Как следует из описания [6], получение волокна связано со значительным расходом высокоскоростного энергоносителя, необходимого как на сохранение требуемой температуры расплава, так и на сообщение пленке расплава кинетической энергии для дробления ее на отдельные струйки, из которых формируется волокнистый материал. Открытая полость вращающейся чаши (реактора) способствует охлаждению в ней расплава вследствие теплопотерь, что также приводит к повышению энергозатрат из-за увеличения расхода высокоскоростного энергоносителя. Качество получаемого волокна может снижаться еще по одной причине. Предварительно нагретый до требуемой температуры расплав термопласта поступает на вращающуюся чашу из отдельной емкости, где он находится продолжительное время под действием высоких температур, что также вызывает деструкцию термопласта и как следствие снижение качества получаемого волокна. To obtain high-quality fiber by the method specified in the prototype, it is necessary to have a constantly uniform flow of energy carrier, while its temperature should always be close to the temperature of destruction of the thermoplastic. The uneven flow will lead to an ever-changing thickness of the melt film and the thickness of the finished fiber. As follows from the description [6], the production of fiber is associated with a significant consumption of a high-speed energy carrier, which is necessary both to maintain the required melt temperature and to transfer kinetic energy to the melt film for crushing it into separate streams from which the fibrous material is formed. The open cavity of the rotating bowl (reactor) contributes to the cooling of the melt in it due to heat loss, which also leads to increased energy consumption due to increased consumption of high-speed energy carrier. The quality of the resulting fiber may be reduced for another reason. The thermoplastic melt preheated to the required temperature enters the rotating bowl from a separate container, where it is exposed for a long time to high temperatures, which also causes destruction of the thermoplastic and, as a result, a decrease in the quality of the resulting fiber.

Известны устройства для получения волокнистых материалов, реализующие способы, согласно которым термопластичные материалы сначала расплавляют, а затем из расплава формируют волокно, экструзируя его через фильеры. Known devices for producing fibrous materials that implement methods according to which thermoplastic materials are first melted and then fiber is formed from the melt by extruding it through spinnerets.

Одно из таких устройств известно из [2]. Оно содержит загрузочный бункер, питающий блок, плавильную решетку с распределителем нагретого инертного газа, которые выполнены в виде трехгранников и расположены равномерно по образующим поверхности плавильной решетки или параллельно ее основанию. Перерабатываемое сырье постепенно прогревается до температуры, близкой к температуре плавления в надрешеточном пространстве плавильной решетки, и беспрепятственно проходит между трехгранниками - распределителями нагретого инертного газа и обрабатывается азотом. В корпусе плавильной решетки имеются гнезда, в которые вставлены нагревательные элементы. За счет этого нагретое сырье плавится и далее поступает на разгрузочный шнек, фильтруется через фильтр и формируется в жилку или волокно. One of these devices is known from [2]. It contains a loading hopper, a feed unit, a melting grate with a heated inert gas distributor, which are made in the form of trihedra and are located uniformly along the surface of the melting grate or parallel to its base. The processed raw materials are gradually warmed up to a temperature close to the melting temperature in the superlattice space of the melting lattice, and freely passes between the trihedra - distributors of the heated inert gas and is treated with nitrogen. In the case of the melting grate there are nests in which heating elements are inserted. Due to this, the heated raw material melts and then enters the discharge screw, is filtered through a filter and formed into a vein or fiber.

С помощью таких устройств возможно получать волокно только из качественного сырья, обеспечивая при этом равномерное поступление сырья сначала на плавильную решетку и далее расплава на разгрузочный шнек. With the help of such devices it is possible to obtain fiber only from high-quality raw materials, while ensuring a uniform flow of raw materials first to the melting grate and then melt to the unloading auger.

Известны устройства, в которых необходимость соблюдения мер, обеспечивающих равномерность прохождения расплава отпадает. К таковым относится устройство получения волокна из пленки расплава [5,6]. Known devices in which the need for compliance with measures to ensure uniform flow of the melt disappears. These include a device for producing fiber from a melt film [5,6].

Пленка расплава разделяется в нем на отдельные струйки на кромке вращающегося реактора. Реактор выполнен в виде горизонтально установленной вращающейся чаши и разделен на две части - внутреннюю полость и рабочую поверхность. Во внутреннюю полость реактора под давлением подают энергоноситель, а на рабочую поверхность - расплав, который под действием центробежных сил направляется к кромке чаши. На кромке имеются щелевые отверстия. Энергоноситель, проходя из внутренней полости реактора через щелевидные отверстия, разделяет пленку расплава на отдельные струйки, обрабатывает их с двух сторон, утончает и вытягивает в волокна. Для получения высококачественного волокна с помощью такого устройства энергоноситель должен иметь температуру, близкую к температуре деструкции полимера, и иметь достаточно высокую скорость, чтобы утоньшить и удлинить струйки расплава, превращая их в волокно. Кроме того, как уже указывалось выше, открытая чаша приводит к потере тепла и, следовательно, снижению эффективности процесса. The melt film is divided into separate streams at the edge of a rotating reactor. The reactor is made in the form of a horizontally mounted rotating bowl and is divided into two parts - the inner cavity and the working surface. An energy carrier is supplied under pressure to the internal cavity of the reactor, and a melt is fed to the working surface, which is directed by centrifugal forces to the edge of the bowl. There are slotted holes on the edge. The energy carrier, passing from the internal cavity of the reactor through slit-like openings, divides the melt film into separate streams, processes them from two sides, thins and draws them into fibers. To obtain high-quality fiber with the help of such a device, the energy carrier must have a temperature close to the temperature of polymer degradation and have a speed high enough to thin and lengthen the trickles of the melt, turning them into fiber. In addition, as already mentioned above, an open bowl leads to heat loss and, consequently, a decrease in the efficiency of the process.

Более близким к заявляемому является устройство для получения нетканого материала из расплава полимеров, содержащее экструдер, волокнообразующую кольцевую головку, имеющую радиально расположенные и сходящиеся в центре каналы, образователь потока, который утончает и охлаждает одновременно струйки расплава до образования волокон, узел осаждения готового волокна, выполненный в виде сходящегося в направлении подачи волокна раструба. Укладку волокон осуществляют под действием плоского воздушного потока, подаваемого в направлении экструдируемых струек расплава [4]. Closer to the claimed is a device for producing non-woven material from a polymer melt containing an extruder, a fiber-forming annular head having channels radially located and converging in the center, a flow former that thins and cools the trickles of the melt to form fibers, deposition unit for the finished fiber, made in the form of a bell that converges in the direction of fiber feed. Laying of the fibers is carried out under the action of a flat air flow supplied in the direction of extrudable melt streams [4].

Наличие радиально расположенных и сходящихся в центре каналов также требует использования высококачественного сырья. В противном случае каналы будут забиваться непроплавленной массой и прохождение по каналам расплава будет затруднено. Следовательно, получение качественного волокна из неконденсированного сырья с помощью этого устройства становится проблематичным. Применение воздушного потока для вытягивания волокон из расплава и получения качественного волокна не может полностью решить поставленную задачу. Во-первых, попадая под воздействие воздушного потока, полимер быстро охлаждается и теряет свойство вытягиваться. Во-вторых, качественное волокно отличается постоянным поперечным размером по всей длине, движение же любого воздушного потока сопровождается его пульсацией. Следовательно, волокно, вытянутое в таком воздушном непостоянном потоке, будет отличаться утолщениями поперечного размера по длине волокна. The presence of radially located and converging in the center of the channels also requires the use of high quality raw materials. Otherwise, the channels will become clogged with the molten mass and passage through the melt channels will be difficult. Therefore, obtaining high-quality fiber from non-condensed raw materials using this device becomes problematic. The use of air flow for drawing fibers from the melt and obtaining high-quality fibers cannot completely solve the problem. First, when exposed to air flow, the polymer cools rapidly and loses its ability to stretch. Secondly, high-quality fiber is characterized by a constant transverse size along the entire length, the movement of any air flow is accompanied by its pulsation. Consequently, a fiber elongated in such an unstable air stream will be distinguished by thickenings of transverse size along the length of the fiber.

В основу настоящего изобретения положена задача снизить требования к качеству исходного сырья, из которого получают синтетические волокна, и обеспечить переработку промышленных и бытовых отходов термопластичных материалов при одновременном повышении выхода волокнистого высококачественно материала. В задачу изобретения также входит уменьшение удельных энергозатрат способа, снижение явления термической деструкции и получение волокна с заданными сорбционными свойствами. The basis of the present invention is to reduce the quality requirements of the feedstock from which synthetic fibers are obtained, and to ensure the processing of industrial and household waste thermoplastic materials while increasing the yield of high-quality fibrous material. The objective of the invention also includes reducing the specific energy consumption of the method, reducing the phenomenon of thermal degradation and obtaining fibers with desired sorption properties.

Поставленная задача решается тем, что согласно известному способу получения термопластичного волокна, включающему расплавление полимера, образование пленки расплава внутри вращающегося реактора, формирование и одновременное вытягивание волокон из пленки расплава на его кромке, формирование и вытягивание волокон производят путем сообщения пленке расплава кинетической энергии, которую создают вращающимся реактором с линейной скоростью на его кромке не менее 10 м/с, при этом вязкость пленки расплава термопласта поддерживают близкой к вязкости расплава при температуре его деструкции путем нагревания вращающегося реактора. Формирующееся у кромки вращающегося реактора волокно подвергают воздействию воздушного потока для большего вытягивания (утонения) волокон, осаждения и стабилизации свойств сформированного волокнистого материал. Для обеспечения лучших условий формирования волокнистого материала воздушный поток направляют поперек направления движения формирующихся волокон. Для снижения термической деструкции и усиления сорбционных свойств по отношению к нефти, нефтепродуктов и ряду ионов тяжелых металлов к исходному сырью добавляют тонкодисперсные минеральные вещества с дендритной формой частиц. The problem is solved in that according to the known method for producing a thermoplastic fiber, including polymer melting, formation of a melt film inside a rotating reactor, the formation and simultaneous drawing of fibers from the melt film at its edge, the formation and drawing of fibers is carried out by communicating to the melt film the kinetic energy that is created a rotating reactor with a linear velocity at its edge of at least 10 m / s, while the viscosity of the thermoplastic melt film is kept close to yazkosti melt at the temperature of its decomposition by heating of the rotary reactor. The fiber formed at the edge of a rotating reactor is exposed to air flow for greater stretching (thinning) of the fibers, deposition and stabilization of the properties of the formed fibrous material. To provide better conditions for the formation of fibrous material, the air flow is directed across the direction of motion of the forming fibers. To reduce thermal degradation and enhance sorption properties with respect to oil, oil products and a number of heavy metal ions, finely dispersed mineral substances with a dendritic particle shape are added to the feedstock.

Указанная задача решается также установкой для реализации способа, включающей экструдер с волокнообразователем, узел осаждения готового волокна и приемное устройство, согласно изобретению, волокнообразователь содержит расположенный горизонтально полый вращающийся и обогреваемый снаружи реактор, например, выполненный в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, и неподвижную конусную крышку, установленную таким образом, 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. This problem is also solved by the installation for implementing the method, including an extruder with a fiber former, the deposition unit of the finished fiber and the receiving device according to the invention, the fiber former contains a horizontally hollow rotating and heated externally reactor, for example, made in the form of a cylinder, the open part of which is made in the form of diverging cone, and a fixed conical cover, installed in such a way that a gap is formed between the side surfaces of the diverging cone and the cover the gap is 15 ... 20 mm, additionally on the inner surface of the reactor there are flat ribs of a triangular shape in length, directed along its generatrix and facing the apex towards the melt exit, and the installation is equipped with a high-pressure ring duct.

Для обеспечения стабильного выхода волокна со специальными свойствами, поддержания заданной вязкости и снижения энергозатрат целесообразно, чтобы неподвижная крышка была установлена эксцентрично относительно оси вращения реактора и имела возможность для регулирования щелевого зазора. Регулирование щелевого зазора между крышкой и расходящимся конусом реактора имеет большое значение для регулирования и поддержания стабильного теплового баланса внутри реактора. Крепление крышки со смещением позволяет создавать внутри реактора и особенно на его конической части вихревых газовых потоков, способствующих получению стабильной толщины пленки расплава и соответственно качественного волокна. To ensure a stable yield of fibers with special properties, maintain a given viscosity and reduce energy consumption, it is advisable that the fixed cover be eccentric relative to the axis of rotation of the reactor and have the ability to control the gap gap. The regulation of the gap between the lid and the diverging cone of the reactor is of great importance for regulating and maintaining a stable thermal balance inside the reactor. The fastening of the cover with an offset allows you to create inside the reactor and especially on its conical part of the vortex gas flows, contributing to a stable thickness of the melt film and, accordingly, high-quality fiber.

Целесообразно, чтобы нагреватель реактора был выполнен в виде электронагревателя сопротивления. Нагревательные элементы данного типа давно известны и широко используются в промышленности благодаря своей простоте и легкости регулирования температурного режима. It is advisable that the reactor heater be made in the form of an electric resistance heater. Heating elements of this type have long been known and are widely used in industry due to their simplicity and ease of temperature control.

Целесообразно, чтобы нагреватель реактора был выполнен в виде индукционного нагревателя. Нагревание металлических изделий индукционным способом обладает большим преимуществом, заключающимся в том, что нагреванию подвергаются только металлические части и не наблюдается потерь на передачу тепла от источника и изделию. В настоящее время разработаны конструкции индукционных нагревателей, работающих на промышленной частоте 50 Гц, имеющих простое регулирование нагревом. It is advisable that the reactor heater is in the form of an induction heater. Induction heating of metal products has the great advantage that only metal parts are heated and there is no loss of heat transfer from the source and the product. Currently, designs have been developed for induction heaters operating at an industrial frequency of 50 Hz, having simple control by heating.

Целесообразно, чтобы нагреватель реактора был выполнен в виде магнитно-индукционного нагревателя. Выполненный по этому решению нагреватель дополнительно содержит пластины из ферромагнитного сплава (например, Ni-Co) с точкой Кюри, близкой к температуре деструкции термопластичного материала. В свою очередь, пластины закреплены на наружной поверхности реактора вдоль образующей и последовательно соединены изолированными проводниками. Использование данного вида нагрева характеризуется тем, что устройства, реализующие его, обладают эффектом саморегулирования температурного режима и поддерживают его в очень узком диапазоне. It is advisable that the reactor heater be made in the form of a magnetic induction heater. The heater made according to this solution further comprises plates of a ferromagnetic alloy (for example, Ni-Co) with a Curie point close to the temperature of the destruction of the thermoplastic material. In turn, the plates are fixed on the outer surface of the reactor along the generatrix and are connected in series by insulated conductors. The use of this type of heating is characterized by the fact that devices that implement it have the effect of self-regulation of the temperature regime and support it in a very narrow range.

На фиг. 1 схематически изображен общий вид установки для осуществления способа получения волокна со специальными свойствами при одновременном снижении энергозатрат на его производство; на фиг. 2 - расположение крышки; на фиг. 3 - устройство нагревателя сопротивления; на фиг. 4 - устройство нагревателя индукционного типа; на фиг. 5 - устройство нагревателя магнитно-индукционного типа. In FIG. 1 schematically shows a General view of the installation for implementing the method of producing fibers with special properties while reducing energy consumption for its production; in FIG. 2 - location of the cover; in FIG. 3 - device heater resistance; in FIG. 4 - induction type heater device; in FIG. 5 - device of a magnetic induction type heater.

Исходное сырье подается в экструдер, где оно предварительно расплавляется и перемешивается, образуя гомогенный расплав, температура которого близка к температуре деструкции полимера. Из экструдера расплав подается во вращающийся реактор, температура стенок которого поддерживается близкой к температуре деструкции. При вращении реактора расплав равномерно распределяется по внутренней поверхности, образуя параболоид вращения, и под действием центробежных и осевых сил движется к его открытой части. За счет того, что открытая часть реактора выполнена в виде расходящегося конуса, толщина пленки уменьшается пропорционально увеличению его боковой поверхности. Тем самым становится возможным получить более тонкое волокно. Срываясь с кромки расходящегося конуса, пленка распадается на отдельные струйки, которые под действием центробежных сил и за счет высокой скорости вращения реактора вытягиваются в волокно. Образовавшееся волокно попадает под действие воздушного потока, направленного перпендикулярно разлету волокон, отбрасывающего волокно на узел осаждения. При этом волокно дополнительно удлиняется и охлаждается. The feedstock is fed into the extruder, where it is pre-melted and mixed, forming a homogeneous melt, the temperature of which is close to the temperature of the destruction of the polymer. From the extruder, the melt is fed into a rotating reactor, the wall temperature of which is maintained close to the temperature of destruction. During rotation of the reactor, the melt is evenly distributed on the inner surface, forming a paraboloid of rotation, and under the action of centrifugal and axial forces moves to its open part. Due to the fact that the open part of the reactor is made in the form of a diverging cone, the film thickness decreases in proportion to the increase in its lateral surface. Thus, it becomes possible to obtain a finer fiber. Tearing off the edge of the diverging cone, the film breaks up into separate streams, which are pulled into the fiber by the action of centrifugal forces and due to the high speed of the reactor. The resulting fiber is exposed to an air stream directed perpendicular to the expansion of the fibers, dropping the fiber to the deposition unit. In this case, the fiber is additionally extended and cooled.

Поскольку процесс пленкообразования происходит в закрытом объеме, внутри реактора образуется газовая среда с избыточным минимальным давлением. Это позволяет снизить процессы деструкции из-за уменьшения поступления атмосферного воздуха. Кроме того, внутри реактора устанавливается стабильный температурный режим и возможные колебания в подводе тепла не оказывают влияния на процесс формирования пленки расплава. Это позволяет снизить затраты энергии на поддержание заданной температуры. Избыточное внутреннее давление внутри реактора создает газовый поток, который поддерживает некоторое время волокно при температуре еще достаточной для дополнительного удлинения. Since the process of film formation occurs in a closed volume, a gaseous medium with excess minimum pressure is formed inside the reactor. This allows to reduce the processes of destruction due to the reduction of atmospheric air. In addition, a stable temperature regime is established inside the reactor and possible fluctuations in the heat supply do not affect the process of formation of the melt film. This allows you to reduce energy costs to maintain a given temperature. Excessive internal pressure inside the reactor creates a gas stream that maintains the fiber for a while at a temperature still sufficient for additional elongation.

Применение данного способа для получения качественного волокна позволяет использовать сырье не только одной марки но и их комбинации. Обосновывается это тем, что в начале сырье расплавляется и перемешивается в экструдере, затем оно находится дополнительное время внутри реактора. В результате этого весь объем материала хорошо прогревается, вязкость его усредняется и таким образом образование волокна происходит из гомогенизированного расплава. Даже если создается нештатная ситуация и расплав по каким-то причинам не достиг требуемой вязкости под действием центробежных сил происходит самоочищение реактора. The use of this method to obtain high-quality fiber allows you to use raw materials not only of one brand but also their combinations. This is justified by the fact that at the beginning the raw material is melted and mixed in the extruder, then it is additional time inside the reactor. As a result of this, the entire volume of the material warms up well, its viscosity is averaged, and thus the formation of fiber comes from a homogenized melt. Even if an emergency situation is created and the melt for some reason does not reach the required viscosity under the action of centrifugal forces, the reactor self-cleans.

Использование при получении волокна термостабилизаторов дендритной формы, имеющих свободные ионы, позволяет резко снизить процесс деструктирования полимера за счет связывания свободных радикалов разорванных цепочек полимера. Этим достигается повышение выхода волокна из расплава и сорбционных свойств по отношению ряду тяжелых металлов. При этом снижается в газовых выбросах содержание вредных и опасных для окружающей среды новообразований. The use of dendritic thermostabilizers having free ions in the preparation of fiber can drastically reduce the polymer degradation process by binding the free radicals of broken polymer chains. This increases the yield of fiber from the melt and sorption properties in relation to a number of heavy metals. At the same time, the content of harmful and environmentally harmful neoplasms is reduced in gas emissions.

Предлагаемая установка, реализующая способ получения полимерного волокна, содержит экструдер 1, волокнообразователь 2, узел осаждения готового волокна 3 и приемное устройство 4. The proposed installation that implements a method for producing a polymer fiber contains an extruder 1, a fiber former 2, a deposition unit for the finished fiber 3 and a receiving device 4.

Волокнообразователь 2 состоит из полого вращающегося реактора 5 обогреваемого снаружи нагревателем 6. Открытая часть реактора 5 выполнена в виде расходящегося конуса 7. В конусе 7 установлена с зазором 8 неподвижная крышка 9, закрепленная через штангу 10 на подающей головке 11 экструдера 1. При этом неподвижная крышка 9 установлена с эксцентриситетом по отношению к образующей расходящегося конуса 7 и имеет возможность регулировать зазор 8, с помощью резьбового соединения 12. Дополнительно на внутренней поверхности реактора 5 установлены плоские ребра 13 треугольной по длине формы. Ребра 13 располагаются по всему периметру реактора 5 вдоль его образующей и обращены своей вершиной в сторону выхода расплава. С наружной стороны реактора 5 установлен кольцевой воздуховод 14 высокого давления с отверстиями 15 для выхода воздуха. The fiber former 2 consists of a hollow rotating reactor 5 heated externally by a heater 6. The open part of the reactor 5 is made in the form of a diverging cone 7. In the cone 7 there is a fixed cover 9 with a gap 8, fixed through the rod 10 on the feed head 11 of the extruder 1. At the same time, the fixed cover 9 is installed with an eccentricity with respect to the generatrix of the diverging cone 7 and has the ability to adjust the gap 8 by means of a threaded connection 12. Additionally, flat plates are installed on the inner surface of the reactor 5 ribs 13 triangular in length. The ribs 13 are located along the entire perimeter of the reactor 5 along its generatrix and face with its apex towards the exit of the melt. On the outside of the reactor 5 is installed an annular high-pressure duct 14 with openings 15 for air outlet.

Реактор 5 смонтирован на конце полого вала 16, установленного в подшипниках 17, расположенных в охлаждаемом корпусе 18. С другого конца вала 16 установлен ведомый шкив 19 ременной передачи 20, соединенной с ведущим шкивом 21 на валу асинхронного двигателя 22. Внутри полого вала 16 проходит подающая насадка 23 подающей головки 11, имеющая центральное отверстие 24 для подачи расплава из экструдера 1 в реактор 5. The reactor 5 is mounted on the end of the hollow shaft 16, mounted in bearings 17 located in the cooled housing 18. On the other end of the shaft 16, a driven belt pulley 19 is mounted 20 connected to the driving pulley 21 on the shaft of the induction motor 22. Inside the hollow shaft 16 passes the feed nozzle 23 of the feed head 11, having a Central hole 24 for supplying the melt from the extruder 1 to the reactor 5.

Нагреватель 6, установленный с внешней стороны реактора 5, может быть выполнен по одному из предложенных вариантов:
- в виде электронагревателя сопротивления 25;
- в виде индукционного нагревателя 26;
- в виде магнитно-индукционного нагревателя.The heater 6, mounted on the outside of the reactor 5, can be performed according to one of the proposed options:
- in the form of an electric resistance heater 25;
- in the form of an induction heater 26;
- in the form of a magnetic induction heater.

Во всех случаях нагреватели 25, 26 и реактор 5 термически изолируют кожухом 27. In all cases, the heaters 25, 26 and the reactor 5 are thermally insulated by a casing 27.

По одному из вариантов фиг. 3 нагреватель 6 выполнен как электронагреватель сопротивления 25 (ТЭН), помещенный в массивный термостойкий керамический корпус 28. Между ним и кожухом 27 уложен теплоизолирующий материал 29 (например каолиновая вата). In one embodiment of FIG. 3, the heater 6 is made as an electric resistance heater 25 (TEN), placed in a massive heat-resistant ceramic body 28. Between it and the casing 27 heat-insulating material 29 (for example kaolin wool) is laid.

В варианте, представленном на фиг. 4, нагреватель выполнен в виде охлаждаемого индуктора 26, помещенного в кожухе 27. Все пространство между нагревателем 26 и кожухом 27 также заполнено теплоизолирующим материалом 29. In the embodiment of FIG. 4, the heater is made in the form of a cooled inductor 26 placed in the casing 27. The entire space between the heater 26 and the casing 27 is also filled with insulating material 29.

В варианте представленном на фиг. 5 индукционный нагреватель 26 дополнительно содержит пластины 30 из ферромагнитного сплава (например, Ni-Co), закрепленные на наружной поверхности реактора 5 вдоль образующей и последовательно соединены изолированными проводниками 31. In the embodiment of FIG. 5, the induction heater 26 further comprises a ferromagnetic alloy plate 30 (e.g., Ni-Co) mounted on the outer surface of the reactor 5 along the generatrix and connected in series by insulated conductors 31.

Вся конструкция волокнообразователя 2 размещена на независимой раме 32 и установлена в защитной камере 33. В верхней части камеры 33 закреплен воздуховод 34 соединенный с вентилятором низкого давления 35. В свою очередь, вентилятор 35 через воздуховод 36 соединен с установкой газовой очистки 37. The entire structure of the fiber former 2 is placed on an independent frame 32 and installed in the protective chamber 33. In the upper part of the chamber 33, an air duct 34 is connected to the low pressure fan 35. In turn, the fan 35 is connected through the air duct 36 to the gas cleaning unit 37.

Установка для получения волокнистых материалов из термопластов работает следующим образом. Installation for producing fibrous materials from thermoplastics works as follows.

Перед началом работы установку приводят в рабочее состояние. Для этого включают нагреватель 6 и нагреватели 38 установленные на экструдере 1. Запускают вентилятор 35 и установку газовой очистки 37. Подают воду на охлаждение экструдера 1 корпуса 18. Заполняют бункер 39 экструдера 1 подготовленным термопластом. После достижения заданных температурных режимов запускают двигатель 22 привода реактора 5, и выдерживают установку в холостом режиме в течение 15-20 минут для стабилизации рабочих температурных режимов. Когда температурный режим установится, запускают главный двигатель 40 привода подачи материала экструдера 1, включают приводы узла осаждения волокна 3 и приемного устройства 4. Before starting work, the installation is brought into working condition. To do this, turn on the heater 6 and the heaters 38 mounted on the extruder 1. Start the fan 35 and the gas purification unit 37. Water is supplied to cool the extruder 1 of the housing 18. The hopper 39 of the extruder 1 is filled with prepared thermoplastic. After reaching the specified temperature conditions, the reactor drive motor 22 of the reactor 5 is started, and the installation is kept idle for 15-20 minutes to stabilize the operating temperature conditions. When the temperature regime is established, start the main motor 40 of the feed drive of the material of the extruder 1, turn on the drives of the deposition unit fiber 3 and the receiving device 4.

Двигатель 40 через ременную передачу 41 и редуктор 42 приводят во вращение червяк 43. Последний захватывает термопласт из бункера 39 и перемещает его к подающей головке 11. Проходя через нагреваемую часть экструдера 1 материал перемешивается и расплавляется до вязкости соответствующей вязкости термопласта в близи температуры деструкции. Затем расплавленный материал через отверстие 24 насадки 23 и подающей головки 11 поступает в реактор 5, где также поддерживается необходимый температурный режим. The engine 40 through the belt drive 41 and the gear 42 rotates the worm 43. The latter captures the thermoplastic from the hopper 39 and moves it to the feed head 11. Passing through the heated part of the extruder 1, the material is mixed and melted to a viscosity of the corresponding thermoplastic viscosity near the temperature of the destruction. Then, the molten material through the hole 24 of the nozzle 23 and the feed head 11 enters the reactor 5, where the required temperature regime is also maintained.

В реакторе 5 расплав распределяется по периметру внутренней его поверхности и под действием центробежных сил продвигается между ребрами 13 к открытому концу реактора. По мере продвижения слой термопласта, контактирующий с внутренней поверхностью и ребрами, дополнительно прогревается и таким образом формируется тонкая пленка волокнообразующего расплава. Так как, внутри реактора 5 установлены ребра 13, расплав движется не по спирали, что характерно для гладких поверхностей, а вдоль образующей реактора. В этом случае заполнение внутренней поверхности происходит более равномерно, что существенно влияет на качество получаемого расплава. Выходя из реактора 5 пленка расплава попадает на расходящийся конус 7. где происходит дополнительное уменьшение ее толщины. При этом газы, образующиеся в реакторе, выходя из него, способствуют лучшему распределению пленки по конусу 7. В дальнейшем пленка, которой под действием вращения реактора 5 сообщается кинетическая энергия, превышающая силы поверхностного натяжения, разбивается на струйки и отрываясь от кромки конуса 7 вытягивается в волокно. Создание этой ситуации, то есть получение волокна заявляемым способом, возможно в том случае, если линейная скорость на кромке конуса реактора превышает 10 м/с. Образовавшееся в результате вытягивания волокно попадает под действие воздушного потока 44 выходящего из отверстий 15 кольцевого воздуховода 14 отбрасываются на конвейер 45 узла осаждения 3 равномерным слоем заданной толщины. На конвейере волокно доставляется в приемное устройство 4, где из волокна формируют готовое изделие. In the reactor 5, the melt is distributed along the perimeter of its inner surface and, under the action of centrifugal forces, moves between the ribs 13 to the open end of the reactor. As you move, the thermoplastic layer in contact with the inner surface and ribs is additionally warmed up and thus a thin film of fiber-forming melt is formed. Since ribs 13 are installed inside the reactor 5, the melt does not move in a spiral, which is typical for smooth surfaces, but along the generatrix of the reactor. In this case, the filling of the inner surface occurs more evenly, which significantly affects the quality of the obtained melt. Leaving the reactor 5, the melt film falls on a diverging cone 7. where there is an additional decrease in its thickness. In this case, the gases generated in the reactor, leaving it, contribute to a better distribution of the film along the cone 7. In the future, the film, which, under the action of the rotation of the reactor 5 is supplied with kinetic energy exceeding the surface tension, is broken up into trickles and is torn off from the edge of the cone 7 fiber. The creation of this situation, that is, the production of fiber by the claimed method, is possible if the linear velocity at the edge of the reactor cone exceeds 10 m / s. The fiber formed as a result of drawing falls under the action of the air stream 44 emerging from the holes 15 of the annular duct 14 are discarded onto the conveyor 45 of the deposition unit 3 with an even layer of a given thickness. On the conveyor, the fiber is delivered to the receiving device 4, where the finished product is formed from the fiber.

Газы, образующиеся при получении волокнистого материала, из защитной камеры 33 через воздуховоды 34 и 36 подаются с помощью вентилятора 35 в установку газовой очистки 37. The gases generated during the production of the fibrous material from the protective chamber 33 through the air ducts 34 and 36 are supplied using a fan 35 to the gas treatment unit 37.

Таким образом, реализуя заявляемый способ на представленной установке, достигается возможность получения волокнистого материала из термопласта с заранее заданными сорбционными свойствами, используя для этого сырье в виде промышленных и бытовых отходов термопластов. Thus, by implementing the inventive method on the presented installation, it is possible to obtain fibrous material from a thermoplastic with predetermined sorption properties using raw materials in the form of industrial and household waste thermoplastics.

Для более полного понимания преимущества изобретения приводится пример его конкретного исполнения в виде результатов испытания различных образцов волокна полученного на опытной установке. For a more complete understanding of the advantages of the invention, an example of its specific implementation is given in the form of test results of various fiber samples obtained in a pilot plant.

Образец N 1. Основная часть волокон имеет толщину от 5 до 20 мкм и связана в жгуты, поперечный размер колеблется в пределах 25...100 мкм. Образец содержит шаро- или каплеобразные частицы как сросшиеся с волокнами, так и отделенные от волокон. Кроме того, встречаются многочисленные утолщения волокон, длина которых составляет от 3...10 до нескольких десятков поперечных размеров этих утолщений. Поперечные размеры этих утолщений и шаро- и каплеобразных частиц находятся в диапазоне 30...200 мкм. Sample N 1. The main part of the fibers has a thickness of 5 to 20 μm and is connected in bundles, the transverse size ranges from 25 ... 100 μm. The sample contains spherical or droplet-like particles, both fused to and separated from the fibers. In addition, there are numerous thickenings of fibers, the length of which ranges from 3 ... 10 to several tens of transverse dimensions of these thickenings. The transverse dimensions of these thickenings and spherical and droplet-like particles are in the range of 30 ... 200 microns.

Образец N 2. Грубоволокнистый образец Основная масса волокон имеет толщину 50. . .400 мкм. Встречается небольшое количество более тонких волокон с размером 5...20 мкм. Присутствуют многочисленные шаро- и каплеобразные частицы с размером 50...300 мкм. Sample No. 2. Coarse fiber sample. The bulk of the fibers has a thickness of 50.. .400 microns. There is a small amount of thinner fibers with a size of 5 ... 20 microns. Numerous spherical and droplet-like particles with a size of 50 ... 300 microns are present.

Образец N 3. Основная масса волокон имеет поперечный размер от 1 до 10 мкм. Встречаются более грубые волокна с толщиной от 20 до 50 мкм с утолщениями до 100 мкм. Присутствуют шаро- и каплеобразные частицы со средним размером от 50 до 300 мкм. Sample N 3. The bulk of the fibers has a transverse size of from 1 to 10 microns. Coarse fibers with a thickness of 20 to 50 microns with thickenings up to 100 microns are found. There are spherical and droplet-like particles with an average size of from 50 to 300 microns.

Образец N 4 Основное количество волокон имеет толщину от 1 до 10 мкм. Небольшое количество волокон имеет больший размер - 20 мкм. наиболее толстые волокна содержат утолщения с максимальным диаметром 50...150 мкм. Встречающиеся шаро- и каплеобразные частицы имеют размер от 100 до 400 мкм. Sample N 4 The main number of fibers has a thickness of 1 to 10 microns. A small amount of fibers has a larger size - 20 microns. the thickest fibers contain thickenings with a maximum diameter of 50 ... 150 microns. The occurring spherical and droplet-like particles have a size from 100 to 400 microns.

Плотность и порозность образцов волокон в свободной укладке (без уплотнения) определяли пикнометрически по ГОСТ 18995.1-73 с использованием тетрахлорида углерода в качестве пикнометрической жидкости и весов ВЛР-200, имеющих точность измерения ±0,05 мг. Полученные данные приведены в таблице 1. The density and porosity of fiber samples in a loose packing (without compaction) were determined pycnometrically according to GOST 18995.1-73 using carbon tetrachloride as a pycnometric fluid and VLR-200 balance with a measurement accuracy of ± 0.05 mg. The data obtained are shown in table 1.

Поглотительную способность образцов волокон по нефти и нефтепродуктам применительно к операции сбора их с поверхностью воды в условиях многократного использования материала в цикле "сорбция-регенерация" определяли пор следующей методике. The absorption capacity of fiber samples for oil and oil products in relation to the operation of collecting them with the surface of the water under conditions of repeated use of the material in the sorption-regeneration cycle was determined by the following method.

Образец волокна в исходном состоянии контактировали с водой, на поверхности которой находился слой нефти (нефтепродуктов) толщиной 3...6 мм.. Для испытания использовали сборную Западно-Сибирскую нефть, а в качестве нефтепродуктов - индустриальное масло и дизельное топливо. The fiber sample in the initial state was contacted with water, on the surface of which there was a layer of oil (oil products) with a thickness of 3 ... 6 mm .. For testing, we used the West Siberian combined team, and industrial oil and diesel fuel were used as oil products.

Полноту насыщения материала жидкостями контролировали методом взвешивания. Далее насыщенной нефтью (нефтепродуктом) образец центрифугировали при факторе разделения 100 ± 3 и определяли количество оставшейся на волокнах нефти (нефтепродуктов). Фугат обезвоживали сульфатом меди и определяли в нем количество нефти (нефтепродуктов). По полученным данным вычисляли отношение значений массы поглощающей в данном цикле нефти (нефтепродуктов) до и после центрифутирования к массе испытуемого образца. Результаты приведены в таблицах 2 и 3. The completeness of saturation of the material with liquids was controlled by weighing. Then, the sample was centrifuged with saturated oil (oil product) with a separation factor of 100 ± 3, and the amount of oil (oil products) remaining on the fibers was determined. The centrate was dehydrated with copper sulfate and the amount of oil (oil products) was determined in it. According to the data obtained, the ratio of the mass of absorbing oil (oil) in this cycle before and after centrifugation to the mass of the test sample was calculated. The results are shown in tables 2 and 3.

Для сравнения приводим данные по поглотительной способности известных материалов, приемлемых для сбора углеводородных жидкостей (г/г): лигнин - 2,1; торф - 2,6...7,7; фильтроперлит - 7,0...9,2; распущенный асбест - 5,8.. . 6,4; дорнит - 1,9...2,5; техническая вата - 7,0...7,2. При этом следует иметь в виду, что почти все эти известные материалы могут использоваться только в одноразовом порядке. For comparison, we present data on the absorption capacity of known materials acceptable for the collection of hydrocarbon liquids (g / g): lignin - 2.1; peat - 2.6 ... 7.7; filtroperlite - 7.0 ... 9.2; dissolved asbestos - 5.8 ... 6.4; Dornite - 1.9 ... 2.5; technical wool - 7.0 ... 7.2. It should be borne in mind that almost all of these known materials can be used only in a one-time manner.

Проведенные исследования представленных материалов показали, что они обладают комплексом свойств, которые позволяют эффективно применять их для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. К этим свойствам относятся: гидрофобность, хорошее смачивание нефтью и нефтепродуктами; плотность ниже значения плотности для воды, что обеспечивает плавучесть этих материалов; высокая порозность материалов; высокая поглотительная емкость материалов по нефти и нефтепродуктам даже после 20-го цикла использования; "пологая" характеристика снижения поглотительной способности с увеличением числа циклов "поглощение-регенерация"; высокая степень удаления поглощенной жидкости из объема в поле центробежных сил (90...98%) при умеренном значении фактора разделения. Studies of the materials presented showed that they have a set of properties that allow them to be effectively used to collect oil and oil products from the surface of the water. These properties include: hydrophobicity, good wetting with oil and oil products; the density is lower than the density value for water, which ensures the buoyancy of these materials; high porosity of materials; high absorption capacity of materials for oil and oil products even after the 20th cycle of use; “gentle” characteristic of a decrease in absorption capacity with an increase in the number of absorption-regeneration cycles; a high degree of removal of the absorbed liquid from the volume in the field of centrifugal forces (90 ... 98%) with a moderate separation factor.

В наибольшей степени указанные свойства характерны для образцов NN 1 и 4. По совокупности показателей эти материалы эффективнее таких известных поглотителей нефти и нефтепродуктов, как лигнин, торы, перлито-, асбесто- и хлопкосодержащие материалы. To the greatest extent, these properties are typical for samples NN 1 and 4. In terms of the totality of indicators, these materials are more effective than such known absorbers of oil and oil products as lignin, tori, perlite, asbestos, and cotton-containing materials.

Сорбционная способность волокнистого материала, полученного на опытной установке из отходов полипропилена марок (21030^oC21060)-60 термостабилизатором диоксидом титана с размером частиц 3^oC5 мкм с содержанием 1% масс, для очистки воды от железа (III) при начальном содержании железа (III) в растворе 10 мг/л, при плотности укладки волокна в фильтре ≈260 кг/м³ приведена в таблице 4.The sorption capacity of the fibrous material obtained in a pilot plant from polypropylene wastes of grades (21030 ^o C21060) -60 with a thermal stabilizer of titanium dioxide with a particle size of 3 ^o C5 microns with a content of 1% by mass for water purification from iron (III) at an initial iron content (III ) in a solution of 10 mg / l, with a fiber packing density of ≈260 kg / m ³ in the filter, are given in table 4.

Отношение массы пропущенного раствора к массе волокна не менее (4^oC5)•10³.The ratio of the mass of the passed solution to the mass of the fiber is not less than (4 ^o C5) • 10 ³ .

Источники информации
1. A.(SU) 514046, кл. D 01 F 7/00, 1973.Sources of information
1. A. (SU) 514046, class D 01 F 7/00, 1973.

2. A.(SU) 1236020, кл. D 01 D 1/04,1984. 2. A. (SU) 1236020, class D 01 D 1 / 04.1984.

3. A.(SU) 556198, кл. D 01 F 1/04, 1977. 3. A. (SU) 556198, cl. D 01 F 1/04, 1977.

4. A.(SU) 2061129, кл. D 04 H 3/16, 1996. 4. A. (SU) 2061129, cl. D 04 H 3/16, 1996.

5. A.(GB) 1265215, кл. C 1 M, 1972. 5. A. (GB) 1265215, cl. C 1 M, 1972.

6. A.(SU) 639041, кл. D 01 D 5/08, 1979. 6. A. (SU) 639041, cl. D 01 D 5/08, 1979.

Claims

1. A method of producing fibrous materials from thermoplastics, including the melting of the polymer, the formation of a melt film inside a rotating reactor, made, for example, in the form of a cylinder, the formation and simultaneous drawing of fibers from the melt film at the edge of a rotating reactor, characterized in that the formation and drawing of fibers produce by communicating kinetic energy to the melt film, which is generated by a rotating reactor with a linear velocity at its edge of at least 10 m / s, while the viscosity of the melt film olimera maintained close to its viscosity at a temperature of degradation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the forming fiber is exposed to air flow.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the air flow is directed across the movement of the fibers.

4. The method according to claim 1, characterized in that finely dispersed mineral substances with a dendritic particle shape are introduced into the original thermoplastics.

5. Installation for producing fibrous materials from thermoplastics, including an extruder with a fiber former, a deposition unit for the finished fiber and a receiving device, characterized in that the fiber former contains a horizontally hollow rotating and heated from the outside reactor, made, for example, in the form of a cylinder, the open part of which is made in the form of a diverging cone, and a fixed conical cover, installed so that between the side surfaces of the diverging cone and the cover, a gap 1 is formed 5 - 20 mm, additionally on the inner surface of the reactor there are installed flat ribs of a triangular shape in length, directed along its generatrix and facing the apex towards the outlet of the melt, and the installation is equipped with a high-pressure ring duct.

6. Installation according to claim 5, characterized in that the fixed cover is mounted eccentrically relative to the axis of rotation of the reactor and has the ability to control the gap gap.

7. Installation according to claim 5, characterized in that the reactor heater is made in the form of a resistance electric heater.

8. Installation according to claim 5, characterized in that the reactor heater is made in the form of an induction heater.

9. Installation according to claims 5 and 8, characterized in that the reactor heater is made in the form of a magnetic induction heater and further comprises plates of a ferromagnetic alloy, for example Ni - Co, attached to the outer surface of the reactor along a generatrix and connected in series with insulated conductors Curie, close and temperature destruction of thermoplastic material.