RU2731241C1

RU2731241C1 - Fiber-forming device

Info

Publication number: RU2731241C1
Application number: RU2019140983A
Authority: RU
Inventors: Владислав Михайлович Святский; Борис Анатольевич Сентяков; Михаил Александрович Святский; Кирилл Борисович Сентяков
Original assignee: Владислав Михайлович Святский
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-08-31

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to a fiber-forming device. Fiber-forming device comprises nozzle unit for outlet of molten raw material into atmosphere and located in one plane with it blow head with nozzle for outlet of energy carrier into atmosphere, source of energy carrier and device for cyclic interruption of energy carrier flow. Proposed blower comprises concentrically nozzle to discharge energy carrier to atmosphere and circular annular convergent nozzle fixed thereon with possibility of adjustment in axial direction. Nozzle is connected to inert gas source. Blowing head also contains a spring-loaded cylinder enveloping an annular converging nozzle and forms a piston cavity with it. Piston cavity is connected to energy carrier source through cyclic interruption of energy carrier flow. Spring-loaded cylinder has the possibility of vertical, horizontal and angular adjustments relative to the nozzle assembly for outlet of melted material into atmosphere.

EFFECT: high strength and stability of length of elementary fibers.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области производства тепло- и звукоизоляционных волокнистых материалов способом раздува струи исходного расплавленного материала потоком энергоносителя и может быть использовано при производстве штапельного синтетического волокна, например, из вторичного полиэтилентерефталата.The invention relates to the field of production of heat and sound insulating fibrous materials by blowing a stream of the initial molten material with an energy carrier stream and can be used in the production of staple synthetic fibers, for example, from recycled polyethylene terephthalate.

Одним из способов защиты окружающей среды от бытовых и промышленных пластиковых отходов является их вторичная переработка с получением новых полезных для человека изделий. Такими изделиями являются синтетические волокнистые материалы, которые могут быть использованы для теплоизоляции, звукоизоляции различного оборудования, а также для сорбции нефтепродуктов при ликвидации их аварийных разливов. Устройства для получения таких материалов дутьевым способом известны, но требуют совершенствования для повышения качества выпускаемой продукции.One of the ways to protect the environment from household and industrial plastic waste is to recycle them to obtain new products useful for humans. Such products are synthetic fibrous materials that can be used for thermal insulation, sound insulation of various equipment, as well as for the sorption of oil products during the elimination of their accidental spills. Devices for producing such materials by the blowing method are known, but require improvement to improve the quality of products.

Известно волокнообразующее устройство [1], содержащее приемное сопло для ввода расплава в устройство, рабочее сопло, выполненное в виде кольцевого сверхзвукового сопла с косым срезом, в котором расположены трубопроводы подачи поверхностно-активных веществ в поток энергоносителя, канал подачи энергоносителя и корпус устройства.Known fiber-forming device [1] containing a receiving nozzle for introducing the melt into the device, a working nozzle made in the form of an annular supersonic nozzle with an oblique cut, in which there are pipelines for supplying surfactants to the energy carrier flow, the energy carrier supply channel and the device body.

Недостатком такого волокнообразующего устройства является низкое качество получаемого волокна, выражающееся в снижении прочности элементарных волокон вследствие активного окисления их в процессе волокнообразования, в неопределенности длины элементарных волокон и в невозможности настройки оптимальных параметров процесса волокнообразования без изменения конструкции устройства.The disadvantage of such a fiberising device is the low quality of the resulting fiber, which is manifested in a decrease in the strength of the filaments due to their active oxidation during fiberization, in the uncertainty of the length of the filaments and in the impossibility of adjusting the optimal parameters of the fiberization process without changing the design of the device.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является волокнообразующее устройство [2] содержащее сопловой агрегат для выхода струи расплавленного сырья в атмосферу, источник энергоносителя и дутьевую головку с щелевым соплом для выхода энергоносителя в атмосферу, которое размещено под углом 12-18 градусов к продольной оси соплового агрегата для выхода струи расплавленного сырья в атмосферу и связано с источником энергоносителя через устройство циклического прерывания потока энергоносителя.The closest to the proposed one in technical essence is a fiber-forming device [2] containing a nozzle unit for the exit of a stream of molten raw materials into the atmosphere, an energy source and a blowing head with a slotted nozzle for the exit of the energy carrier into the atmosphere, which is located at an angle of 12-18 degrees to the longitudinal axis of the nozzle unit for the release of a stream of molten raw materials into the atmosphere and is connected to the source of the energy carrier through the device for cyclic interruption of the flow of the energy carrier.

Недостатком такого волокнообразующего устройства также является низкое качество получаемого волокна, выражающееся в снижении прочности элементарных волокон вследствие активного окисления их в процессе волокнообразования, в недостаточной стабильности длины элементарных волокон вследствие пульсаций потока энергоносителя и в невозможности настройки оптимальных параметров процесса волокнообразования без изменения конструкции устройства.The disadvantage of such a fiberizing device is also the low quality of the resulting fiber, which is expressed in a decrease in the strength of the filaments due to their active oxidation during fiberization, in the insufficient stability of the length of the filaments due to pulsations of the energy carrier flow and in the impossibility of adjusting the optimal parameters of the fiberization process without changing the design of the device.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества получаемого волокна, выражающееся в повышении прочности и стабильности длины элементарных волокон и в возможности настройки оптимальных параметров процесса волокнообразования без изменения конструкции устройства.The technical problem to be solved by the claimed invention is to improve the quality of the resulting fiber, which is expressed in increasing the strength and stability of the length of the elementary fibers and in the ability to adjust the optimal parameters of the fiberization process without changing the design of the device.

Поставленная техническая задача решена за счет того, что в известном волокнообразующем устройстве, содержащем сопловой агрегат для выхода расплавленного сырья в атмосферу и расположенную в одной плоскости с ним дутьевую головку с соплом для выхода энергоносителя в атмосферу, источник энергоносителя и устройство циклового прерывания потока энергоносителя дутьевая головка содержит установленное концентрично соплу для выхода энергоносителя в атмосферу и закрепленное на нем с возможностью регулировочных перемещений в осевом направлении кольцевое сходящееся сопло соединенное с источником инертного газа, что позволяет повысить качество получаемого волокна, а именно - прочность элементарных волокон за счет подачи в область волокнообразования инертного газа и уменьшения таким образом их активного окисления, а также обеспечить возможность настройки оптимальных параметров процесса волокнообразования путем изменения ширины кольцевого сходящегося зазора для регулировки расхода инертного газа без изменения конструкции устройства. Охватывающий кольцевое сходящееся сопло подпружиненный цилиндр образует с ним поршневую полость, соединенную с источником энергоносителя через устройство циклового прерывания потока энергоносителя, что позволяет повысить качество получаемого волокна, а именно - стабильность длины элементарных волокон путем их принудительного разрыва в результате возвратно-поступательных перемещений сопла для выхода энергоносителя в атмосферу без создания пульсирующего потока на его выходе. Подпружиненный цилиндр имеет возможность вертикальных, горизонтальных и угловых регулировочных перемещений относительно соплового агрегата для выхода расплавленного сырья в атмосферу, что обеспечивает возможность настройки оптимальных параметров процесса волокнообразования, а именно - расстояния и угла встречи истекающего из дутьевой головки потока энергоносителя со струей истекающего из соплового агрегата расплавленного сырья без изменения конструкции устройства.The technical problem posed is solved due to the fact that in the known fiberising device containing a nozzle unit for the release of molten raw materials into the atmosphere and a blowing head located in the same plane with it with a nozzle for the release of an energy carrier into the atmosphere, an energy source and a device for cyclic interruption of the flow of an energy carrier, a blowing head contains a concentrically installed nozzle for the release of an energy carrier into the atmosphere and an annular converging nozzle attached to it with the possibility of adjusting movements in the axial direction connected to a source of inert gas, which makes it possible to improve the quality of the resulting fiber, namely, the strength of the elementary fibers due to the supply of inert gas to the fiberizing area and thus reducing their active oxidation, and also provide the ability to adjust the optimal parameters of the fiberization process by changing the width of the annular converging gap to adjust the flow rate of inert gas without and changes in the design of the device. A spring-loaded cylinder encompassing an annular converging nozzle forms a piston cavity with it, connected to the energy source through a device for cyclic interruption of the energy carrier flow, which makes it possible to improve the quality of the resulting fiber, namely, the stability of the length of the elementary fibers by their forced rupture as a result of the reciprocating movements of the nozzle to exit energy carrier into the atmosphere without creating a pulsating flow at its outlet. The spring-loaded cylinder has the possibility of vertical, horizontal and angular adjusting movements relative to the nozzle unit for the release of molten raw materials into the atmosphere, which makes it possible to adjust the optimal parameters of the fiberization process, namely, the distance and angle of meeting of the energy carrier flowing from the blowing head with the jet of the molten raw materials without changing the design of the device.

При оценке соответствия комплекса новых признаков волокнообразующего устройства критерию "существенные отличия" по доступным авторам и заявителю, информационным источникам, в известных технических решениях - признаков, сходных с заявляемыми обнаружить не удалось.When assessing the compliance of the complex of new features of the fiber-forming device with the criterion of "significant differences" according to the available authors and the applicant, information sources, in the known technical solutions, it was not possible to find features similar to the claimed ones.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема волокнообразующего устройства.FIG. 1 shows a structural diagram of a fiberising device.

Волокнообразующее устройство содержит сопловой агрегат 1 для выхода расплавленного сырья 2 в атмосферу и расположенную в одной плоскости с ним дутьевую головку с соплом 3 для выхода энергоносителя в атмосферу, источник энергоносителя 4 и устройство циклового прерывания потока энергоносителя 5. Дутьевая головка содержит установленное концентрично соплу 3 для выхода энергоносителя в атмосферу и закрепленное на нем с возможностью регулировочных перемещений в осевом направлении кольцевое сходящееся сопло 6 соединенное с источником инертного газа 7, а также охватывающий кольцевое сходящееся сопло 6 подпружиненный цилиндр 8 образующий с ним поршневую полость 9 соединенную с источником энергоносителя 4 через устройство циклового прерывания потока энергоносителя 5. Устройство циклового прерывания потока энергоносителя 5 может быть выполнено в виде управляемого низкочастотным генератором электрических сигналов электромагнитного клапана. До приведения волокнообразующего устройства в действие сопло 3 для выхода энергоносителя в атмосферу вместе с кольцевым сходящимся соплом 6 находятся в крайнем правом положении. Подпружиненный цилиндр 8 через шарнир 10 соединен с плунжером 11 подвижно размещенным в ползуне 12 подвижно установленным на основании 13 и имеет возможность вертикальных, горизонтальных и угловых регулировочных перемещений относительно соплового агрегата 1 для выхода расплавленного сырья 2 в атмосферу. Элементы фиксации положения деталей 10, 11, 12 и 13 условно не показаны.The fiber-forming device contains a nozzle unit 1 for the outlet of molten raw material 2 into the atmosphere and a blowing head located in the same plane with it with a nozzle 3 for releasing an energy carrier into the atmosphere, an energy source 4 and a device for cyclic interrupting the flow of an energy carrier 5. The blowing head contains a nozzle 3 installed concentrically for the outlet of the energy carrier into the atmosphere and an annular converging nozzle 6 attached to it with the possibility of adjusting movements in the axial direction connected to the source of inert gas 7, as well as a spring-loaded cylinder 8 covering the annular converging nozzle 6 forming with it a piston cavity 9 connected to the energy carrier 4 through a cyclic device interrupting the flow of the energy carrier 5. The device for cyclic interruption of the flow of the energy carrier 5 can be made in the form of an electromagnetic valve controlled by a low-frequency generator of electrical signals. Before the fiber-forming device is actuated, the nozzle 3 for the release of the energy carrier into the atmosphere, together with the annular converging nozzle 6, are in the extreme right position. The spring-loaded cylinder 8 through the hinge 10 is connected to the plunger 11 movably placed in the slider 12 and movably mounted on the base 13 and has the possibility of vertical, horizontal and angular adjusting movements relative to the nozzle unit 1 to release the molten raw material 2 into the atmosphere. Elements for fixing the position of parts 10, 11, 12 and 13 are not shown conventionally.

Волокнообразующее устройство работает следующим образом. Из соплового агрегата 1 в атмосферу истекает струя расплавленного сырья 2, например, первичного или вторичного полиэтилентерефталата. Из сопла 3 дутьевой головки для выхода энергоносителя в атмосферу истекает струя энергоносителя, например, сжатого воздуха или пара. В зоне их встречи между собой происходит расщепление струи расплавленного сырья на элементарные волокна диаметром 0,05…0,3 мм в зависимости от скоростей движения указанных струй, их температуры, свойств сырья и взаимного расположения этих струй. В процессе волокнообразования из кольцевого сходящегося сопла 6 истекает поток инертного газа, например, азота. Он смешивается с потоком энергоносителя истекающего из сопла 3 для выхода энергоносителя в атмосферу снижая, таким образом, активность окислительного процесса при образовании элементарных волокон. Изменяя относительное осевое расположение кольцевого сходящегося сопла 6 относительно сопла 3 для выхода энергоносителя в атмосферу имеющих резьбовое соединение имеется возможность изменения ширины кольцевого зазора А, и изменения таким образом расхода инертного газа для получения волокна требуемого качества. Одновременно, через устройство циклового прерывания потока энергоносителя 5 энергоноситель поступает в поршневую полость 9. В результате этого сопло 3 для выхода энергоносителя в атмосферу вместе с кольцевым сходящимся соплом 6 совершают периодические возвратно-поступательные перемещения вдоль своей оси периодически изменяя расстояние до встречи струи энергоносителя со струей расплавленного сырья. При этом под действием сил инерции происходит принудительный разрыв образующихся элементарных волокон с образованием волокон близких между собой по длине. Длина образующихся волокон зависит от амплитуды и частоты указанных выше перемещений сопл 3 и 6. При получении полиэтилентерефталатного штапельного волокна из вторичного сырья амплитуда перемещений может быть в пределах 3…5 мм, частота - 5…10 Гц. В процессе отладки устройства, для получения штапельного волокна требуемого качества выполняется настройка взаимного расположения плавильного агрегата 1 и дутьевой головки путем взаимного перемещения друг относительно друга шарнира 10, плунжера Пи ползуна 12 на основании 13.The fiberising device operates as follows. A jet of molten raw material 2, for example, primary or secondary polyethylene terephthalate, flows into the atmosphere from the nozzle unit 1. A jet of energy carrier, for example, compressed air or steam, flows from the nozzle 3 of the blowing head to release the energy carrier into the atmosphere. In the zone of their meeting, a stream of molten raw materials splits into elementary fibers with a diameter of 0.05 ... 0.3 mm, depending on the speeds of these streams, their temperature, properties of the raw materials and the relative position of these streams. During fiberization, an inert gas, such as nitrogen, flows out of the annular converging nozzle 6. It mixes with the flow of the energy carrier flowing out of the nozzle 3 to release the energy carrier into the atmosphere, thus reducing the activity of the oxidative process during the formation of elementary fibers. By changing the relative axial position of the annular converging nozzle 6 relative to the nozzle 3 for the release of the energy carrier into the atmosphere having a threaded connection, it is possible to change the width of the annular gap A, and thus change the flow rate of inert gas to obtain fiber of the required quality. At the same time, through the device for cyclic interruption of the flow of the energy carrier 5, the energy carrier enters the piston cavity 9. As a result, the nozzle 3 for the release of the energy carrier into the atmosphere together with the annular converging nozzle 6 make periodic reciprocating movements along its axis, periodically changing the distance to the meeting of the energy carrier jet with the jet molten raw materials. In this case, under the action of inertial forces, there is a forced rupture of the formed elementary fibers with the formation of fibers close to each other in length. The length of the resulting fibers depends on the amplitude and frequency of the above displacements of nozzles 3 and 6. When polyethylene terephthalate staple fiber is obtained from secondary raw materials, the amplitude of displacements can be within 3 ... 5 mm, the frequency is 5 ... 10 Hz. In the process of debugging the device, in order to obtain staple fiber of the required quality, the relative position of the melting unit 1 and the blowing head is adjusted by mutual displacement relative to each other of the hinge 10, the plunger Pi of the slider 12 on the base 13.

Таким образом, предлагаемое волокнообразующее устройство позволяет повысить качество получаемого волокна, выражающееся в повышении прочности и стабильности длины элементарных волокон и в возможности настройки оптимальных параметров процесса волокнообразования без изменения конструкции устройства. Техническая воспроизводимость устройства и результаты его работы подтверждены опытами. Критерием прочности элементарных волокон являлось сохранение их эластичности в течение гарантийного срока их использования. Применение устройства при получении штапельного полиэтилентерефталатного волокна из вторичного сырья позволяет увеличить этот срок в шесть раз - от шести месяцев до трех лет. Разность длин элементарных волокон уменьшается в четыре раза - от 80 до 20 мм.Thus, the proposed fiber-forming device makes it possible to improve the quality of the resulting fiber, which is expressed in increasing the strength and stability of the length of the elementary fibers and in the possibility of adjusting the optimal parameters of the fiberization process without changing the design of the device. The technical reproducibility of the device and the results of its operation are confirmed by experiments. The criterion for the strength of elementary fibers was the preservation of their elasticity during the warranty period of their use. The use of the device in the production of staple polyethylene terephthalate fiber from secondary raw materials makes it possible to increase this period by six times - from six months to three years. The difference in the lengths of the elementary fibers is reduced by four times - from 80 to 20 mm.

Источники информации:Sources of information:

1. А.с. №1110759 (СССР), МПК С03В 37/06. Волокнообразующее устройство / Корницкий Л.И., Яковлев А.И. Опубл. В БИО №12, 1987.1.A.S. No. 1110759 (USSR), IPC С03В 37/06. Fiber-forming device / Kornitsky L.I., Yakovlev A.I. Publ. In BIO No. 12, 1987.

2. Патент РФ №2531123, МПК С03В 37/06. Волокнообразующее устройство / Широбоков К.П., Фонарева К.А., Сентяков Б.А., Святский В.М., Святский М.А. Опубл. 20.10.2014.2. RF patent No. 2531123, IPC С03В 37/06. Fiber-forming device / Shirobokov K.P., Fonareva K.A., Sentyakov B.A., Svyatsky V.M., Svyatsky M.A. Publ. 20.10.2014.

Claims

A fiber-forming device containing a nozzle unit for the release of molten raw materials into the atmosphere and a blowing head located in the same plane with it with a nozzle for the release of an energy carrier into the atmosphere, an energy source and a device for cyclic interrupting the flow of an energy carrier, characterized in that the blowing head contains a concentrically installed nozzle for the output energy carrier into the atmosphere and an annular converging nozzle attached to it with the possibility of adjusting movements in the axial direction, connected to a source of inert gas, as well as a spring-loaded cylinder enclosing the annular converging nozzle, forming a piston cavity with it, connected to the energy carrier source through a device for cyclic interruption of the energy carrier flow, and having the possibility of vertical, horizontal and angular adjusting movements relative to the nozzle assembly for the release of molten raw materials into the atmosphere.