Способ получения нетканого материала из расплавов полимеров

Способ получения нетканого материала из расплавов полимеров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА ИЗ РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРОВ, при котором экструдируют полимер через фильеру,.охлаждают полученные струи расплава полимера газожидкостной средой, вытягивают нити потоком сжатого воздуха и укладывают в холст на приемную поверхность,о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения физико-механических свойств материала и расширения ассортимента, при вытягивании нитей поток сжатого воздуха подают с пульсирующимдавлением , амплитуду колебания которого выбирают в пределах 0,001-0,5 от его первоначальной величины, йри частоте колебания 0,1-1000 циклов/с. 2.Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что при охлаждении струй расплава газожидкостной средой выбирают отношение скорости подачи газожидкостной среды к скорости истечения расплава из фильеры при экструдировании в пределах 10 - 200. 3.Способ поп.1,о т л ич а ю - щ и и с я тем, что при охлаждении струй расплава газожидкостную среду , j подают четным числом встречных пото л с ков под углом один по отношению к другому в вертикальной плоскости в пределах 30-90 , причем пары встречных потоков располагают во взаимно пересекающихся плоскостях или в одной плоскости.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

gI5II D 04 И 3/16 // 0 01 0 5 10,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬП ИЙ (21)3362258/28-12 (22) 05 ° 12.81 (46) 30. 04. 83. Бюл. Р 16 (72) A.Â. Ãåíèñ, Л.Б. Мальков и

В.A. Свистунов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических волокон (53) 677.6НМ(088.8) (56) 1. Патент Англии.В 1095750, кл. 0 01 0 5/10 (BSB), 1967. (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА ИЗ PACIIJIABOB ПОЛИМЕРОВ, при котором экструдируют полимер через фильеру,;охлаждают полученные струи расплава полимера газожидкостной средой, вытягивают нити потоком сжатого воздуха и укладывают в холст на приемную поверхность,.о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств материала и расширения ассортимента, при вытягивании нитей поток сжатого

„ЛО„„А воздуха подают с.пульсирующим давлением, амплитуду колебания которого выбирают в пределах 0,001-0,5 от его первоначальной величины, йри частоте колебания 0,1-1000 циклов/с.

2. Способ получения по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что при охлаждении струй расплава газожидкостной средой выбирают отношение скорости подачи газожидкостной среды к скорости истечения расплава из фильеры при зкструдировании в пределах

10 — 200.

3.Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что при охлаждении струй расплава гаэожидкостную среду; I подают четным числом встречных потоков под углом один по отношению к другому в вертикальной плоскости в пределах 30-900, причем пары встречных потоков располагают во взаимно пересекающихся плоскостях или в одной плоскости.

1015013

При охлаждении струй расплава газожидкостную среду подают четным числом встречных потоков под углом один по отношению к другому в вертикальной плоскости в пределах 3090о, причем пары встречных потоков располагают во взаимно пересекающихся плоскостях. или в одной плоскости.

Изобретение относится к химичес- . .кой промышленности, в частности к способам получения нетканого материала из расплавов полимеров методом аэродинамического формования, и может быть использовано при получении 5 нетканого материала для дорожных, звукоизоляционных и теплоизоляцион-.. ных покрытий, мягкой облегченной кровли, элементов одежды. Причем во.локна, образующие холст, имеют позы-. 30 шенную прочность и профилированное или полое сечение.

Известен способ получения нетканого материала из расплавов полимеровр IlpH NQTopoM экструдируют поли- 15 мер через фильеру, охлаждают полученные струи расплава полимера газожидкостной средой, вытягивают нити потоком сжатого воздуха и укладывают в холст на приемную поверхность 51).

О

Недостатком известного способа .. является то, что максимальная скорость охлаждения струй расплава по- . лимера достигается при использовании ,охлаждающей среды, имеющей минусовую температуру, а это вызывает необходимость применения специальной холодильной установки, что в значительной мере ведет к удорожанию всего процесса; а также ограничен . 30 его ассортимент.

Цель изобретения — повьзаение физикo-механических свойств нетканого материала, расширение его ассортимента путем воэможности получения из 35 профилированных и полых филаментов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения нетканого материала иэ расплавов полимеров, при котором экструдируют, 40 полимер через фильеру,охлаждают полученные струи расплава полимера гаэо- жидкостной средой, вытягивают нити. потоком сжатого воздуха и укладывают в.холст на приемную поверхность, при вытягивании нитей поток сжатого 45 воздуха подают с пульсирующим давлением, амплитуду. колебания которо- го выбирают в пределах 0,001-0,5 от его первоначальной величины, при частоте колебания 0,1-1000 циклов/с. 50

При охлаждении струй расплава гаэожидкостной средой выбирают отношение скорости подачи газожидкостной среды к скорости истечения расплава иэ фильеры при экструдировании в пределах 10-200.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид", на фиг. 2 — разрез А-A на фиг. 1.

Из шнекового расплавителя 1 через фильеру 2, которая может иметь как круглые, так и профилированные отверстия, волокнообразующий полимер выдавливается в виде струй расплава 3 в газожидкостную распредели-. тельную шахту 4, где струи расплава 3 подвергаются охлаждающему действию потоков 5 тонко диспергированной жидкости (вода, фреоны и др.), имеющей температуру 7-14 С, в воздухе либо газе, например в азоте) подаваемых из генератора 6 аэрозолей четным числом встречных потоков, не менее чем двух, под углами в вертикальной плоскости относительно; друг друга в пределах 30-90, при чем пары встречных потоков 5 находятся как во взаимно пересекающихся плоскостях, так и в одной плоскости (обозначены штриховыми линиями)., Отношение скорости подачи охлаж;. дающей гаэожидкостной среды к скорости истечения расплава полимера из фильеры 2 устанавливают в пределах 10-200. Величины соотношений укаэанных скоростей установлены иэ их абсолютных значений: скорость истечения расплава полимера иэ фильеры, как правило, составляет 0,055 м/с. Встречные потоки 5 подаются из генератора 6 аэрозолей. Скорость подачи охлаждающей диспергированной жидкости составляет 10-50 м/с.

Затем струи расплава 3 попадают в дутьевое устройство 7, при этом воздух в него подают с пульсирующим давлением и соответственно изменяющейся скоростью, с амплитудой колебания в пределах.0, 001-0, 5 от перво- . начальной величины давления и скорости, при частоте кОлебания 0,1-.

1000 циклов/с, причем соответственно пульсирующее. изменение скорости выхода сжатогб воздуха из дутьевого устройства 7 устанавлива ют в пределах 250-600 м/с (рабочий диапазон скорости выхода сжатого воздуха из зазора дутьевого устройства для метода аэродинамического формования нетканого материала).

В дутьевом устройстве 7 под действием сжатого воздуха нити 8 раскладываются в холст 9 на поверхности

10 приемного устройства 11.

Проверка в лабораторных условиях показала, что подача четного числа гаэожидкостных потоков 5, не менее чем двух, под углами относительно друг друга в вертикальной плоскости в пределах 30-90е, отношение скорости подачи охлаждающей гаэожидкостной среды к скорости истечения расплава полимера иэ фильеры 2, установленное в пределах 10-200, 1015013 пульсация давления и соответственно скорости сжатого воздуха в дутье-I вом устройстве 7 с амплитудой коле. баний .0,001-0,5 прн частоте колебания 0,1-1000 циклов/с создают турбулентные вихри в газожидкост- 5 ной распределительной шахте 4, вызывают вибрацию струй расплава 3, приводящую к возникновению турбулентных вихрей на их поверхности, т.е. срыву ламинарного обтекания 30 струй расплава 3 гаэожидкостными потоками 5. Это обеспечивает зна- чительное повышение коэффициента теплоотдачи, а следовательно увеличение скорости. охлаждения. 15 Если подача четного числа гаэожидкостных встречных потоков 5 осуществляется под углом меньшим чем .30 не обеспечивается необходимая

t вибрация струй расплава 3 и турбу.лизация газожидкостной среды, так как незначительна величина поперечного обдува. Если подача потоков 5 осуществляется под углом большим чем 90, то режим обтекания волокна приближается к чистб попереч- 25 ному обдуву, что при.большнх скоростях подачи газожидкостной среды вызывает обрыв струй расплава 3, т.е. приводит к неустойчивому формованию.

Если отношение скорости подачи 30 газожидкостной среды к скорости истечения расплава полимера меньше 10, то не обеспечивается турбулентный режим обтекания формуеьых струй расплава 3 охлаждающей диспергирован- 35 ной жидкостью (RC< R» 10 ). Если указанное соотношение больше 200, то не обеспечивается устойчивый режим формования волокон в нетканый материал, так как резко увеличивается обрывность струй расплава.

Если амплитуда колебаний давления сжатого воздуха, подаваемого в дутьевое устройство, меньше 0,001, наблюдаемая вибрация не вызывает срыва ламинарного пограничного слоя 45 охлаждающей cpeggu. Если амплитуда . колебаний давления больше 0,5, наблюдается значительная обрывность струй расплава 3 и вывод из строя дутье вого устройства 7. Если частота коле-50

- баний меньше 0,1 цикла/с, не обес- печивается увеличение интенсивности теплообмена эа счет роста турбулентности, а частота колебаний больше

1060 циклов/с не обеспечивает даль- 55 нейшего достаточно большого повышения коэффициента теплоотдачи. . Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами, Пример 1. Из шнекового рас- 60 плавителя 1.через фильеру 2, имеющую .отверстия круглой формы, выдавливают полнпропилен с температурой на выходе из фильеры 2 270-280 C,: в виде струй расплава 3 в гаэожидкостную распределительную шахту 4, где струи расплава Уподвергаются охлаждающему действию потоков 5 тонко диспергированной в воздухе воды, имею-.. щей температуру 12 С, подаваемых из генератора 6 аэрозолей двумя парами встречных потоков в вертикальной плоскости под углом относительно друг друга 30 . Скорость истечения расплава полипропилена устанавливают 5 м/с, а скорость подачи диспергнрованной воды s воздухе 50 м/с, что соответствует отношению их к 10.

Затем струи расплава 3 попадают в дутьевое устройство 7, где под действием сжатого воздуха, подаваемого с пульсирующим давлением 44,004 атм (что соответствует амплитуде колебания 0,001) при частоте

0,1 цикла/с, с пульсирующей скорос-... тью выхода воздуха из зазора в пределах 300-310 м/с .вытягиваются в нити 8 и раскладываются на поверхности 10 в холст 9 приемного устройстsa . 11.

Характеристика полученного нетканого материала приведена в таблице.

Пример 2. Из шнекового расплавителя 1 через фильеру 2, имею щую отверстия круглой формы, выдавливают полипропилен с температурой на выходе из фильеры 2 270-280 С, в виде струй расплава 3 в газожидкостную распределительную шахту 4, где струи расплава 3 подвергаются охлаждающему действию потоков 5 тонко диспергнрованиой в воздухе воды, имеющей температуру 12 С, подаваемых иэ генератора б аэрозолей двумя парами встречных потоков в вертикальной плоскости под углом, относи- -

Ф

Ф. тельно друг друга 45 .Скорость ис-» течения расплава полипропилена уста" навливают 0,2 м/с, а скорость подачи диспергнрованной в воздухе воды

20 м/с,, что соответствует отношению

100. Затем струи расплава 3 попадают в дутьевое устройство 7, где под дей» ствнем сжатого воздуха, подаваемого с пульсирующим давление 4-4,4 атм (что соответствует амплитуде колебания О,Ц, при частоте 10 циклов/с с;. пульсирую@ей скоростью выхода воздуха из зазора в пределах 300-330 м/с, вытягиваются в нити 8 и раскладываются в холст 9 на поверхности 10 при» емного устройства 11.

Характеристика полученного нетканого материала приведена в таблице.

Пример 3. Иэ шнекового расплавителя 1 через фильеру 2., имеющую отверстия круглой формы, выдавливают полипропнлен с температурой на выходе из фильеры 2 270-280 С, s виде струй расплава 3 в газожидкостную распределительную шахту 4, где струи расплава 3 подвергаются охлаждающему действию потоков .5 .тонко диспергированной в воздухе воды, имеющей

1015013 температуру 12 С, подаваемых иэ генератора 6 аэрозолей двумя парами встречных потоков в вертикальной плоскости под углом относительно друг друга 90 ; Скорость истечения . расплава полипропилена устанавливают

0,05 м/с, а скорость подачи диспергированной в воздухе воды 10 м/с, что соответствует отношению их 200.

Затем струи расплава 3 попадают в дутьевое устройство 7, где под дейстПример

7 (no прототипу ) 1, 2, 3

Прочность волокна, г

0,5-1

3-4

Диаметр единичного волокна, мкм

3-4, 5

5-6

Показатель двулучепреломления единичного волокна, 1Q.10-15

250-300

20-30

150-200

Удлинение материала, %

Прочность материала, кгс/ Ъ

0,2

0,4-0,5

Получается облегченный нетканый материал, так как волокна, составляющие холст, имеют полую структуру.

Удельный вес полученного материала на 25% меньше существующего и соста40 вляет 30 г/м .

Пример 5. Иэ шнекового расплавителя 1 через фильеру 2, имею-. щую отверстия круглой формы, выдавливают поликапроамид с темпера45 турой на выходе из фильеры 2 240-.

260 С, в виде струй расплава 3 в гаэожидкостную распределительную шах-, ту 4, где струи расплава 3 подвергаются охлаждающему действию потоков

5 тонко диспергированной в воздухе воды, имеющей температуру 12 С, .подаваемых иэ генератора аэрозолей двумя парами встречных потоков в вертикальной плоскости под углом относительно друг друга 45О. Скорость истечения расплава поликапроамида устанавливают 0,2 м/с, а скорость подачи диспергированной в воздухе воды 20 м/с, что соответствует отношению 100. Затем струи б0 расплава 3 попадают в дутьевое устройство 7, где под действием сжатого воздуха, подаваемого с пульсирующим давлением 4-4,4 атм (что соответствует амплитуде колебания О, Ц

Я при частоте 10 циклов/с с пульсиру-, Пример 4. Из шнекового расплавителя 1 через фильеру 2, имею.-. щую отверстия спиралевидной формы, выдавливают полипропилен с температурой на выходе из фильеры 2 270280 С в виде струй расплава 3 в гаэожидкостную распределительную ша ту 4, где струи расплава 3 подв ргаются охлаждающему действию пооков 5 тонко диспергированной в ,воздухе воды, имеющей температуру

1: С, подаваемых из генератора 6 аэрозолей двумя парами встречных потоков в вертикальной плоскости . под углом относительно друг друга

45О. Скорость истечения расплава полипропилена устанавливают 0,2 м/с, а скорость подачи дисперг .рованной в воздухе воды 20 м/с, что соответствует отношению 100 ° Затем струи расплава 3 попадают в дутье.вое устройство 7, где под действием сжатого воздуха, подаваемого с пульсирующим давлением 4-4,4 атм . (что соответствует амплитуде колебания 0,1), при частоте колебаний давления воздуха 10 циклов/с,с пульсирующей скоростью выхода воздуха иэ зазора в пределах 300-330 м/с, вытягиваются в нити 8 и раскладываются в холст 9 на поверхности

10 приемного устройства 11. вием сжатого воздуха,.подаваемого r ( пульсирующим давлением 4 — 6 атм (что соответствует амплитуде колебания 0,5),при частоте 1000 циклов/с с пульсирующей скоростью выхода возз духа из зазора в пределах 300-360 м/с, вытягиваются в нити 8 и раскладываются в холст 9 на поверхности 10 приемного устройства 1 1.

Характеристика полученного нетка l0 ного материала приведена в таблице. ющей скоростью выхода воздуха из зазора в пределах 300-330 м/с, вытягиваются в нити 8 и раскладыва.ются в холст 9 на поверхности 10 приемного устройства 11.

Получается нетканый материал, имеющий прочность 0,6 кгс/мм .

Пример 6. Иэ шнекового расплавителя 1 через фильеру 2, имеющую отверстия круглой формы, выдавливается полиэтилентерефталат 10 с температурой на выходе из фильеры 2 280-300 С, в виде струй расплава.3 в газожидкостную шахту 4„ где струи расплава 3 подвергаются охлаждающему действию потоков

5 тонко диспергированной в воздухе воды, имеющей температуру

12 С, подаваемых нз генератора 6 аэрозолей двумя парами встречных потоков в вертикальной плоскости под углом относительно друг друга 45О.

Скорость истечения расплава полиэтилентерефталата устанавливают . 0,2 м/с, а скорость подачи диспергированной в воздухе воды 20 м/с, что соответствует отношению 100.

Затем струи расплава 3 попадают в дутьевое устройство 7, где под действием сжатого воздуха, подаваемого с пульсирующйм давлением 4- .

4,4 атм (что соответствует амплиту- 30 де колебания 0,1), при частоте колебаний давления воздуха 10 циклов/с с пульсирующей скоростью выхода воздуха из зазора в пределах 300300 м/с, вытягиваются в нити 8 и 35 раскладываются в холст 9 на поверхности 10 приемного устройства 11.

Получается нетканый материал, имеющий прочность 0,4 кгс/мм

Пример 7. Йз шнекового рас- 4О плавителя 1 через фильеру 2, имеющую отверстия круглой формы, выдавливается полипропилен с температурой на выходе из фильеры 2 270280 С, в виде струй расплава 3 в гаэожндкостную распределительную шахту 4, где струи расплава 3 подвергаются охлаждающему действию тонкодиспергированной в воздухе воды, имеющей температуру 12 С, подаваемой из генератора 6 аэрозолей, что создает в газожидкостной распределитель ной шахте 4 устойчивого облака тумана. Струи расплава 3 обволакиваются частичками воды и в таком состоянии попадают в дутьевое устройство

7, где под действием сжатого воздуха, подаваемого с постоянным давлением

4 атм, вытягйваются в нити 8. Здесь же происходит испарение капель воды с поверхности нитей и завершается процесс охлаждения. Далее нити раскладываются в холст 9 на поверхности 10 приемного устройства 11.

Характеристика полученного нетканого материала приведена в таблице.

По предлагаемому способу на опытном заводе ВНИИСВа получены образцы нетканого материала; успешно прошение испытания на прочностные показатели в лаборатории материаловедения. Результаты испытаний. приведены в таблице. Как видно из таблицы, новый нетканый материал по сравнению с материалом, полученным по прототипу, обла-, дает более высокими физико-механическими показателями. Кроме того, получены образцы нетканого материала облегченного типа за счет формирования холста йз полых волокон, причем снижение удельного веса достигнуто

25 4.. 1015013

ПИ Заказ 3154/27 аж 424 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгррод, ул. Проектная, 4