УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ РАСПЛАВА ТЕРМОПЛАСТОВ Российский патент 2003 года по МПК D01D5/08 

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

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

Известна установка для получения волокнистого материала из термопластов (патент РФ 2179600, МПК D 01 D 5/08, опубл. 20.02.2002 г.) путем плавления термопласта, получения из расплава пленки расплава с вязкостью расплава, близкой к вязкости расплава при температуре его деструкции и последующего центробежного формирования и вытягивания волокна из пленки расплава, срывающейся с кромки расходящегося конуса открытого конца реактора, содержит экструдер с волокнообразователями, размещенными вертикально на отдельной станине вне нагретых зон экструдера и устанавливаемым на одном валу с приводом вращения.

Достоинством данной установки является то, что волокнообразователь размещен вертикально, что создает условия для пролета одинаковых траекторий вытягиваемых волокон из пленки расплава с кромки вращающегося волокнообразователя.

Однако в заявленной установке имеются существенные недостатки, а именно:
- в защитной камере, в которой находится высокотемпературный нагреватель вращающегося реактора, не предусмотрена тепловая изоляция нагревателя от окружающего пространства защитной камеры, следовательно, излучение тепла от нагревателя используется неэффективно;
- задняя стенка вращающегося реактора выполнена не сплошной, а в виде кольца, через отверстие которого в реактор входит вал, а также через это отверстие из экструдера по патрубку подается расплав на распределительный диск во вращающемся реакторе, где поддерживается необходимый температурный режим, однако поддержание необходимого температурного режима во вращающемся реакторе в данной установке является задачей сложной, так как из-за постоянного притока свежего воздуха при открытом шиберном устройстве вытяжным вентилятором создается сквозной восходящий поток воздуха, который также проходит через реактор, понижая температуру внутри реактора и тем самым увеличивая вязкость расплава, что затрудняет формирование пленки волокнообразующего расплава, кроме того, чтобы сохранить необходимую вязкость расплава, необходимо повысить температуру нагревателя, что приведет к деструкции пленки полимера, что отрицательно влияет на работу двигателя привода вращающегося реактора, экструдера, нагнетающего вентилятора, подшипникового узла и приводит к их преждевременному износу.

Известно устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов (патент 2164563, МПК 7 D 01 D 5/08, БИПМ 9, 2001 г.), которое содержит горизонтально вращающийся полый реактор, у которого на внутренней поверхности установлены плоские ребра, открытая часть выполнена в виде расходящегося конуса, нагреватель, кольцевой воздуховод, плоскую крышку, полый стакан, установленный внутри реактора. Стакан установлен с зазором между его днищем и днищем реактора, а также между конусными частями. Недостатком данного устройства является горизонтальное расположение реактора, что приводит к образованию волокон с различным по сечению размером. В силу разной траектории вытягиваемых волокон из пленки расплава с кромки вращающегося реактора, т.к. с верхних точек кромок волокно имеет большую траекторию полета, чем с нижних кромок. Кроме того, в зазор между кольцевым воздуховодом и корпусом реактора, особенно в верхней части, в силу восходящих тепловых потоков воздуха происходит затягивание волокон в этот зазор и налипание волокон на корпусе реактора и кольцевом воздуховоде, что приводит к наростообразованию полимерной массы и к образованию некачественного волокна.

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

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

Известно устройство по патентам (патент РФ 2117719. Способ получения волокнистого материала из термопластов и установка для его осуществления, МКИ D 01 D 5/08, D 04 H 3/16, опубл. БИ 23, 1998; патент Германии, 19800297 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Faserstoffen aus thermoplastischen Kunststoffen, 1998), согласно которым плавление полимера и образование пленки расплава осуществляются внутри вращающегося реактора, выполненного в виде цилиндра, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, а формирование и вытягивание волокон из пленки расплава производят за счет кинетической энергии, которая создается вращающимся реактором с линейной скоростью на его кромке не менее 10 м/с. Вязкость пленки расплава термопласта поддерживают близкой к вязкости расплава при температуре его деструкции путем нагревания вращающегося реактора. Формирующееся у кромки реактора волокно подвергают воздействию воздушного потока, который направляют поперек направления движения формирующихся волокон.

Недостатками данного устройства являются недостаточная производительность установки, неоднородность и малый выход получаемого волокна.

Известно устройство (патент 2174165, МПК 7 D 01 D 5/08, БИПМ 27, 2001 г. ) для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, содержащее обогреваемый вращающийся полый реактор, у которого на внутренней поверхности установлены плоские ребра, а открытая часть выполнена в виде расходящегося конуса, крышку и кольцевой воздуховод, дополнительно содержит парообразователь, кожух, в котором помещен реактор, и установленный внутри реактора вращающийся рассеиватель расплава, прикрепленный к штоку, причем рассеиватель расплава выполнен из двух неподвижно соединенных между собой частей; верхняя часть представляет усеченный конус, а нижняя - тарелку с диаметром, превышающим большое основание конуса, который этим основанием соединен с плоской поверхностью тарелки, при этом реактор установлен вертикально и выполнен в виде параболоида, расширяющаяся часть которого направлена вниз, причем плоские ребра имеются только в нижней части реактора, образующая поверхность кожуха повторяет поверхность реактора, а парообразователь своими входом и выходом присоединен к полости между кожухом и реактором, образуя замкнутый паровой контур, кроме того, крышка выполнена в виде диска, установленного на уровне плоских ребер, при этом ребра соединены с образующей диска.

Выполнение реактора в виде параболоида создает режим течения пленки расплава по внутренней стенке реактора за счет равномерного сбрасывания расплава с кромок вращающегося рассеивателя, прикрепленного к штоку.

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

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

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

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

Поставленная цель достигается тем, что кольцевой воздуховод установлен коаксиально без зазора теплоизоляционному кожуху реактора, причем для создания сдува волокон с кромки вращающегося реактора кольцевой воздуховод установлен выше кромки расходящегося конуса реактора, что дает возможность направлять теплые воздушные потоки вниз и исключать налипание волокон на кольцевом воздуховоде.

Для исключения попадания волокон с кромки вращающегося реактора в зону нагревательных элементов через зазор между кромкой реактора и теплоизоляционным кожухом, на внутренней стенке расходящегося конуса наружной оболочки реактора установлен кольцевой экран, который расположен с зазором коаксиально теплоизоляционному кожуху, кроме того, для увеличения эффективности сдува волокон с кромки вращающегося реактора наибольший диаметр открытой части расходящегося конуса выполнен заподлицо с наружным размером теплоизоляционного кожуха.

Для установки вала реактора вертикально, чтобы исключить смещение центра массы реактора и вибрацию, подшипниковый узел с валом устанавливается на верхней плите, которая связана с нижней плитой при помощи юстировочных стоек. Юстировочная стойка содержит: резьбовую втулку, которая установлена на тонкой части юстировочной стойки и может свободно вращаться на ней; крепежные гайки для крепления юстировочных стоек через отверстия в нижней плите и резьбовых втулок к юстировочной стойке, а также крепежные резьбовые шайбы для крепления верхней плиты на юстировочных стойках. Кроме того, в верхней плите выполнены отверстия, в которых с зазором устанавливаются юстировочные стойки.

При помощи вращения резьбовых втулок можно с высокой точностью установить вал с реактором вертикально. А крепежными гайками и шайбами надежно закрепить это положение и тем самым исключить вибрацию реактора, кроме того, при помощи имеющихся зазоров в отверстиях верхней плиты стало возможным перемещать верхнюю плиту в радиальных направлениях и с высокой точностью установить реактор коаксиально нагревательным элементам, что позволяет равномерно прогревать пленку расплава во вращающемся реакторе.

Перед подшипниковым узлом выполнена водяная камера, и водяная камера, и подшипниковый узел выполнены в одном корпусе.

Применение водяной проточной камеры охлаждения с установленными в ней манжетами для уплотнения вращающегося вала позволило охлаждать вал реактора, а также и корпус подшипникового узла, в котором стало возможным применять низкотемпературные смазки, например, литол.

Техническое решение позволило увеличить надежность работы конструкции. Увеличение надежности достигается за счет улучшения процесса сдува волокна с кромки вращающегося реактора за счет установки кольцевого воздуховода без зазора коаксиально теплоизоляционному кожуху. Причем кольцевой воздуховод установлен выше кромки реактора, что дало возможность направлять теплые воздушные потоки вниз и исключить налипание волокон на кольцевом воздуховоде, а установка кольцевого экрана на внутренней стенке расходящегося конуса также исключило попадание волокон на нагревательные элементы.

Установка вала с реактором вертикально при помощи юстировочных стоек дала возможность исключить смещение центра массы реактора и тем самым устранить вибрацию реактора.

При помощи имеющихся зазоров в отверстиях верхней плиты стало возможным перемещать верхнюю плиту в радиальных направлениях и с высокой точностью установить реактор коаксиально нагревательным элементам, что позволило равномерно прогревать пленку расплава во вращающемся реакторе, получать качественное волокно и увеличить его производительность.

Применение водяного охлаждения позволило решить сложную техническую задачу, т.к. теперь можно охлаждать вал реактора и подшипниковый узел во время прогрева его до рабочего состояния, не включая электропривод для вращения реактора, и экономить электроэнергию до запуска реактора в работу.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство для получения волокнистых материалов из термопластов (фиг.1) включает вертикально вращающийся реактор 1, внутри которого размещена фильера 2, причем и реактор 1, и фильера 2 установлены на одном валу 3. Наружная 4 и внутренняя 5 оболочки реактора 1 в верхней части имеют форму сферы, которые замыкаются на цилиндрические оболочки. Цилиндрическая часть наружной оболочки 4 заканчивается расходящимся конусом 6. Наружная открытая часть фильеры 2 защищена теплоизоляционным экраном 7. Элементы нагревателя 8 распределены вдоль оси реактора и установлены коаксиально его внешней оболочке.

Между экраном 9 и теплоизоляционным кожухом 10 засыпан теплоизоляционный материал 11, например, шамотная крошка, а экран 9 и теплоизоляционный кожух 10 выполнены из стали, причем поверхность экрана 9, обращенная к реактору 1, покрыта хромом и отполирована, так как экран 9 служит для отражения теплового потока от элементов нагревателя 8 на вращающийся реактор 1. Экран 9 прикреплен в верхней части к нижней плите 17, а в нижней части - к теплоизоляционному кожуху 10.

Сферическая часть наружной оболочки 4 реактора 1 заканчивается патрубком 12, в котором коаксиально с зазором установлен входной патрубок 13, в котором установлена входная трубка 14, коаксиально которой с зазором внутри проходит вал 3, закрепленный верхним концом в подшипниковом узле 15.

Входной патрубок 13 имеет экран 16. Реактор 1 монтируется на нижней плите 17.

На внутренней стенке расходящегося конуса 6 имеется кольцевой экран 18, который устанавливается с зазором коаксиально теплоизоляционному кожуху 10. Кольцевой воздуховод 19 установлен коаксиально без зазора теплоизоляционному кожуху выше кромки расходящегося конуса 6.

Подшипниковый узел 15 с валом 3 устанавливается на верхней плите 20, которая связана с нижней плитой 17 при помощи котировочных стоек 21.

Юстировочная стойка 21 (фиг. 2) содержит резьбовую втулку 22, которая надета на тонкую часть 23 стойки 21, а также содержит крепежные гайки 24 и крепежные резьбовые шайбы 25. В верхней плите 20 выполнены отверстия 26, в которых с зазором установлены юстировочные стойки 21. Верхняя плита 20 держится на не менее двух котировочных стойках 21.

В водяной проточной камере 27 установлены манжеты 28 для уплотнения вращающегося вала 3. За подшипниковым узлом 15 на конце вала установлен шкив 29.

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

Перед работой реактор 1 разогревают до рабочей температуры посредством включения элементов нагревателя 8.

Благодаря независимому регулированию мощности элементов нагревателя 8 создается относительно изотермическое температурное поле по всему периметру реактора 1 для получения из расплава полимерного волокна.

После того как устройство подготовлено к работе, через шкив 29 клиноременной передачи приводят во вращение реактор 1 с заданной угловой скоростью.

Затем по входному патрубку 13 внутрь реактора 1 нагнетают расплав полимерного материала, который растекается по внутренней стенке наружной оболочки 4 реактора 1 и, продвигаясь вниз к фильере 2, в которой разделяется на отдельные струйки за счет центробежной силы, срывается с кромки расходящегося конуса 6, образуя тонкие волокна.

Изобретение относится к области производства синтетических материалов из термопластических веществ и их смесей и может быть использовано для получения сорбентов, улавливающих из воды нефть и нефтепродукты. Технический результат - повышение качества волокна и эффективности его производства, увеличение надежности работы устройства. Устройство содержит вертикально вращающийся на валу, закрепленном верхним концом в подшипниковом узле, полый реактор. Открытая часть реактора выполнена в виде расходящегося конуса. Имеется нагреватель, теплоизоляционный кожух, кольцевой воздуховод, установленный выше кромки открытой части расходящегося конуса реактора, коаксиально теплоизоляционному кожуху, входной патрубок. На одном валу с реактором установлена фильера с теплоизоляционным экраном. Входной патрубок имеет экран и входную трубку с зазором внутри трубки, и коаксиально к ней проходит вал. Кольцевой воздуховод установлен без зазора к теплоизоляционному кожуху. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для получения волокнистых материалов из расплава термопластов, включающее вертикально вращающийся на валу, закрепленном верхним концом в подшипниковом узле, полый реактор, открытая часть которого выполнена в виде расходящегося конуса, нагреватель, теплоизоляционный кожух, кольцевой воздуховод, установленный выше кромки открытой части расходящегося конуса реактора коаксиально теплоизоляционному кожуху, входной патрубок, отличающееся тем, что содержит установленную на одном валу с реактором фильеру с теплоизоляционным экраном, при этом входной патрубок имеет экран и входную трубку, коаксиально которой с зазором внутри проходит вал, а кольцевой воздуховод установлен без зазора к теплоизоляционному кожуху. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на внутренней стенке расходящегося конуса установлен кольцевой экран, который расположен с зазором коаксиально теплоизоляционному кожуху, кроме того, наибольший диаметр открытой части расходящегося конуса выполнен заподлицо с наружным размером теплоизоляционного кожуха. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подшипниковый узел с валом устанавливается на верхней плите, которая связана с нижней плитой при помощи юстировочных стоек. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что юстировочная стойка содержит резьбовую втулку, которая надета на тонкую часть юстировочной стойки, а также крепежные гайки для крепления юстировочных стоек через отверстия в нижней плите и резьбовых втулок к юстировочным стойкам, а также крепежные резьбовые шайбы для крепления верхней плиты на юстировочных стойках, кроме того, в верхней плите выполнены отверстия, в которых с зазором устанавливаются юстировочные стойки. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что при помощи вращения резьбовых втулок на юстировочных стойках можно регулировать положение верхней плиты и устанавливать вал с реактором вертикально. 6. Устройство по п. 1 или 4, отличающееся тем, что при помощи имеющихся зазоров в отверстиях верхней плиты возможно перемещение верхней плиты в радиальных направлениях для установки реактора с высокой точностью относительно элементов нагревателя. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перед подшипниковым узлом выполнена водяная проточная камера охлаждения с установленными в ней манжетами для уплотнения вращающегося вала, причем водяная камера и подшипниковый узел выполнены в одном корпусе. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в качестве смазки подшипникового узла применяется литол.