СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2009 года по МПК D21J7/00 

Изобретение относится к промышленному производству изделий из водной волокнистой массы и непосредственно касается технологического процесса изготовления нетканых изделий объемной конфигурации.

Известен способ формования объемных изделий из водной суспензии целлюлозного волокна путем его осаждения на сетчатых формах, в частности на сетчатой матрице, под действием перепада давления на осаждаемом слое, создаваемого действующим на суспензию горячим сжатым воздухом, и сушку осажденного слоя этим воздухом, проходящим сквозь него после вытеснения свободной воды. Сушку осажденного слоя волокна ведут путем продувания сквозь него горячего сжатого воздуха до полной готовности изделия лишь в случаях относительно тонкостенных изделий (до 4 мм), а при большей толщине стенки сушку ведут лишь до определенной влажности с последующим досушиванием в специальной сушильной камере. Вследствие этого при изготовлении относительно толстостенных изделий (более 4 мм) этот способ недостаточно производителен и относительно энергоемок, см. Всесоюзный научно-исследовательский институт целлюлозной и бумажной промышленности, Справочник бумажника-технолога, том III, Гослесбумиздат, Москва-Ленинград, 1961, с.229...233, рис.5.

Известен способ изготовления формованных изделий из волокнистой суспензии путем осаждения волокна на сетчатых формах гидравлическим способом. Способ обеспечивает относительно быстрое формование мало- и среднегабаритных относительно толстостенных изделий, имеющих во влажном состоянии толщину стенки до 60 мм, но в дальнейшем требуются подпрессовка до конечной толщины стенки в специальных горячих пресс-формах и окончательная сушка в специальной сушильной камере. Это ограничивает итоговую производительность процесса и увеличивает энергетические затраты, см. Всесоюзный научно-исследовательский институт целлюлозной и бумажной промышленности. Справочник бумажника-технолога, том III, Гослесбумиздат, Москва-Ленинград, 1961, с.227-229, рис.4.

Известен способ изготовления формованных изделий из волокнистой суспензии, включающий осаждение волокна на сетчатой матрице под действием перепада давления на осаждаемом слое, создаваемого действующим на суспензию горячим сжатым воздухом, и сушку осажденного слоя этим воздухом, проходящим сквозь него после вытеснения свободной воды, при этом в процессе сушки осажденного на сетчатой матрице слоя волокна производят его горячую подпрессовку с помощью сетчатого пуансона, нагретого проходящим горячим сжатым воздухом.

Преимущественное выполнение, когда в процессе сушки и горячей подпрессовки осажденного на сетчатой матрице слоя волокна под ним создают разрежение, см. RU Патент 2129630, МПК 6 D21J 7/00, 1998.

В известном способе формования изделия из волокнистой суспензии предусматривают на этапе сушки влажного изделия операцию горячей подпрессовки с помощью сетчатого пуансона, нагретого проходящим горячим воздухом, как вариант, под изделием одновременно могут создавать разрежение. В этом случае изделие "работает" как проницаемая мембрана. Избыточное давление горячего воздуха, приложенное с одной из сторон изделия, не может не воздействовать на структуру материала изделия и его пористость, что во многих случаях не приемлемо с точки зрения потребительских свойств готового изделия.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления формованных изделий из волокнистой массы, включающий приготовление водной суспензии требуемой концентрации из волокнистых материалов, формование влажного изделия путем осаждения волокон на формующем основании и удаление остаточной влаги путем сушки. В приготовленную водную суспензию дозировано подают жидкие и твердые модификаторы. Осаждение волокон осуществляют на поверхность твердотельных форм, изготовленных из пористого материала. Образование влажного изделия осуществляют на нижней поверхности формующего основания путем наращивания волокнистого материала фильтрованием воды из суспензии через поры формующего основания за счет перепада давления, создаваемого на нем. Одновременно с сушкой изделие подвергают подпрессовке, причем сушку изделия ведут в нагреваемой разъемной твердотельной форме с одновременным удалением паров воды за счет вакуумной откачки из верхней и нижней частей указанной формы, см. RU Патент 2270895 С1, МПК D21J 7/00, 2006 г.

Недостатками известного способа является то, что при осуществлении способа жидкие и твердые модификаторы подают в приготовленную водную суспензию, в результате чего химические реагенты загрязняют технологическую оснастку, что приводит к нарушению ее функции и получению некачественного изделия, кроме того, полученные по известному способу формованные изделия обладают высокой плотностью, что снижает его звукопоглощающие свойства, и повышенной теплопроводностью.

Технической задачей изобретения является изготовление формованных нетканых изделий объемной конфигурации с качественной поверхностью, обладающих высокими прочностными, звукопоглощающими свойствами и низкой теплопроводностью, которые могут быть широко использованы, как, например, для салона автомобиля.

Техническая задача решается способом изготовления формованных изделий из волокнистой массы, включающим осаждение волокон на поверхность твердотельных форм и образование влажного изделия в нижней твердотельной форме на вставке, поверхность которой соответствует форме будущего оболочкового изделия, путем наращивания волокнистого материала фильтрованием воды из волокнистой массы за счет перепада давления и удаление остаточной влаги в нагреваемой разъемной твердотельной форме за счет вакуумной откачки из верхней твердотельной формы, при этом одновременно с сушкой изделие подвергают подпрессовке, в котором нижняя и верхняя твердотельные формы выполнены перфорированными, а вставка - сетчатой, в качестве волокнистой массы берут разволокненный натуральный текстиль с длиной волокон 5-75 мм и короткое целлюлозное волокно в соотношении мас.% (65-95):(5-35) соответственно, а после сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода или смеси хлорпроизводных углеводородов концентрацией 1-65 мас.%.

Решение технической задачи позволяет получить дешевые формованные нетканые изделия объемной конфигурации с качественной поверхностью, обладающие высокими прочностными, звукопоглощающими свойствами и низкой теплопроводностью, которые могут быть широко использованы для салона автомобиля.

Изобретение поясняется примерами конкретного выполнения.

Пример 1.

Способ изготовления формованных изделий из волокнистой массы включает осаждение волокон на поверхность твердотельных форм и образование влажного изделия в нижней твердотельной форме на вставке путем наращивания волокнистого материала фильтрованием воды из волокнистой массы за счет перепада давления. При этом нижняя и верхняя твердотельные формы выполнены перфорированными, а вставка выполнена сетчатой. Поверхность вставки соответствует форме будущего оболочкового изделия. Для получения формованных изделий разной объемной конфигурации осаждение волокнистого материала осуществляют со сменными твердотельными вставками.

Волокнистую массу готовят, например, из обрези хлопчато-бумажного текстиля, которую предварительно рубят до размера 5-75 мм, а затем разволокняют на гидроразбивателе до первичных нитей. Отдельно проводят рубку текстиля с последующим размолом на ролле до однородного короткого целлюлозного волокна.

После чего 95 мас.% разволокненного текстиля смешивают с 5 мас.% коротких волокон на базе хлопчато-бумажного текстиля, полученных размолом текстиля до однородной массы, с последующей гомогенизацией в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы.

Формование влажного изделия осуществляют следующим образом.

Нижнюю твердотельную форму (матрицу) с перфорацией, с диаметром перфорации 4 мм и шагом 15 мм, дополнительно снабженной сетчатой вставкой, погружают в емкость с рабочим составом водной волокнистой массы. Осаждение волокон ведут на поверхность твердотельных форм. Влажное изделие получают в нижней твердотельной форме на сетчатой вставке, поверхность которой соответствует форме будущего оболочкового изделия, путем наращивания волокнистого материала фильтрованием воды из волокнистой массы за счет перепада давления

После осаждения необходимой толщины волокон из натурального текстиля и коротких текстильных волокон формованное влажное изделие подвергают подпрессовке и отжиму воды путем смыкания нижней твердотельной формой - матрицы с верхней ответной перфорированной твердотельной формой и ведут сушку до влажности 10% за счет подачи горячего воздуха (60-80°С) в нижнюю матрицу и вакуумной откачки из верхней (ответной) твердотельной формы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода - метиленхлорида при концентрации 1 мас.%.

Пример 2.

В качестве волокнистой массы берут 95 мас.% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля, смешивают с 5 мас.% коротких волокон на базе хлопчато-бумажного текстиля, массу гомогенизируют в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода - метиленхлорида при концентрации 30 мас.%.

Пример 3.

В качестве волокнистой массы берут 95 мас.% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля, смешивают с 5 мас.% коротких волокон на базе хлопчато-бумажного текстиля, массу гомогенизируют в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода - метиленхлорида при концентрации 65 мас.%.

Пример 4.

В качестве волокнистой массы берут 95 мас.% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля, смешивают с 5 мас.% коротких волокон на базе хлопчато-бумажного текстиля, массу гомогенизируют в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе смеси хлорпроизводных углеводородов - перхлорэтилена:метиленхлорида (70:30) при концентрации 30 мас.%.

Пример 5.

В качестве волокнистой массы берут 65 мас.% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля, смешивают с 35 мас.% коротких волокон на базе хлопчато-бумажного текстиля, массу гомогенизируют в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода - метиленхлорида при концентрации 65 мас.%.

Пример 6.

В качестве волокнистой массы берут 65 мас.% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля, смешивают с 35 мас.% коротких хлопчатобумажных волокон на базе текстиля, массу гомогенизируют в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе смеси хлорпроизводных углеводородов - перхлорэтилена:метиленхлорида (70:30) при концентрации 65 мас.%.

Пример 7.

В качестве волокнистой массы берут 75 мас.% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля, смешивают с 25 мас.% коротких целлюлозных волокон на базе макулатуры, массу гомогенизируют в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода - метиленхлорида при концентрации 30 мас.%.

Пример 8.

В качестве волокнистой массы берут 75 мас.% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля, смешивают с 25 мас.% коротких целлюлозных волокон на базе макулатуры, массу гомогенизируют в водной фазе с концентрацией 25% волокнистой массы. После окончания сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе смеси хлорпроизводных углеводородов - перхлорэтилена:метиленхлорида (70:30) при концентрации 15 мас.%.

При использовании в качестве волокнистой массы 100% разволокненного хлопчато-бумажного текстиля при снятии с рабочей поверхности матрицы изделие разрушается.

Шумо- и вибропоглощение являются важными функциями для многих деталей отделки в автомобиле. По мере того как автомобили становятся все меньше и легче, шум становится главной проблемой покупателя. Сочетание шума и вибрации автомобиля создает дискомфорт пассажирам. Когда звук падает на поверхность, его энергия частично отражается, а частично поглощается. Важной характеристикой звукопоглощающих материалов является коэффициент звукопоглощения, который определяется как отношение энергии, поглощенной поверхностью, к энергии, падающей на поверхность. Образцы, вырезанные из формованных изделий, полученных по заявляемому способу, исследовали на звукопоглощение на исследовательской установке «Труба Кундта».

Сущность метода определения теплопроводности заключается в создании теплового потока, направленного перпендикулярно к наибольшим граням плоского образца определенной толщины, измерении плотности стационарного теплового потока и температур на противоположных гранях образца по ГОСТ 7076-87. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности. Москва, Издательство стандартов, 1987, 12 с.

Испытания образцов из формованного нетканого материала на сопротивление удару при температуре минус (45±2)°С проводят следующим образом:

образцы помещают в морозильную камеру и выдерживают в течение (2±0,1) ч при температуре минус (45±2)°С. Затем образцы помещают на жесткую горизонтальную поверхность и опускают на них сферу диаметром (60±1) мм, массой (0,9±0,09) кг с высоты (150±2) см;

аналогично проводят испытания при температуре (20+5)°С: образцы помещают в сушильный шкаф и выдерживают в течение (2±0,1) ч при температуре (20+5)°С. Затем образцы помещают на жесткую горизонтальную поверхность и опускают на них сферу диаметром (60±1) мм, массой (0,9±0,09) кг с высоты (150±2) см.

В таблице приведены характеристики свойств материалов, полученных по прототипу, заявляемому объекту и базовому. В качестве базового объекта принята итальянская технология фирмы «Келлер» по изготовлению формованных изделий «волокнистое порозо» для салона автомобиля путем горячего прессования. Изделия выпускает ОАО «БРТ» г.Балаково.

Как показали исследования, изделия, полученные по заявляемому объекту, намного превосходят изделия, полученные по прототипу, по звукопоглощению. При этом изделия обладают низкой теплопроводностью.

Заявляемый способ позволяет получить формованные нетканые изделия разной объемной конфигурации из отходов текстильного и бумажного производства на простом оборудовании с качественной поверхностью, обладающие высокой прочностью и звукопоглощением и низкой теплопроводностью, и могут быть широко использованы для салона автомобиля, а также в строительстве. Изделия, полученные по заявляемому способу, обладают свойствами на уровне изделий, полученных по технологии итальянской фирмы «Келлер», требующей дорогого оборудования.

ТаблицаНаименование показателейПо прототипуБазовый - волокнистое порозо, производство ОАО «БРТ» (г.Балаково)По заявляемому объектуПримеры12345678Наименование материалаЦеллюлозобумажное волокноНатуральные волокна с полиэфирными смоламиХлопчато-бумажный текстиль с коротким целлюлозным волокном с обработкой уретановым олигомеромУдельная плотность, г/м²1200800/600600600600600600600600600Толщина материала, мм 20/12        Толщина материала, мм12 1212121212121212Коэффициент звукопоглощения (%) в диапазоне 1500 Гц0,150,84/0,840,850,820,650,800,550,520,800,84Теплопроводность, Вт/м·К0,0580,048/0,0450,0450,0440,0380,0360,0420,0420,0480,048Сопротивление ударуОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрываОтсутствие разрыва

Способ предназначен для изготовления нетканых изделий объемной конфигурации из волокнистой массы. При осуществлении способа производят осаждение волокон на поверхность твердотельных форм с образованием влажного изделия в нижней твердотельной форме на сетчатой вставке. Наращивание волокнистого материала фильтрованием воды из волокнистой массы происходит за счет перепада давления, удаления влаги и вакуумной откачки из верхней твердотельной формы. Одновременно с сушкой изделие подвергают подпрессовке. Нижняя и верхняя твердотельные формы выполнены перфорированными. В качестве волокнистой массы берут разволокненный натуральный текстиль с длиной волокон 5-75 мм и короткое целлюлозное волокно в соотношении мас.% (65-95):(5-35) соответственно. После сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода или смеси хлорпроизводных углеводородов концентрацией 1-65 мас.%. Способ позволяет получить дешевые формованные нетканые изделия объемной конфигурации с качественной поверхностью, обладающие высокими прочностью и звукопоглощением и низкой теплопроводностью, которые могут быть широко использованы для салона автомобиля и в строительстве. 1 табл.

Способ изготовления формованных изделий из волокнистой массы, включающий осаждение волокон на поверхность твердотельных форм и образование влажного изделия в нижней твердотельной форме на вставке, поверхность которой соответствует форме будущего оболочкового изделия, путем наращивания волокнистого материала фильтрованием воды из волокнистой массы за счет перепада давления и удаление остаточной влаги в нагреваемой разъемной твердотельной форме за счет вакуумной откачки из верхней твердотельной формы, при этом одновременно с сушкой изделие подвергают подпрессовке, отличающийся тем, что нижняя и верхняя твердотельные формы выполнены перфорированными, а вставка - сетчатой, в качестве волокнистой массы берут разволокненный натуральный текстиль с длиной волокон 5-75 мм и короткое целлюлозное волокно в соотношении мас.% (65-95):(5-35) соответственно, а после сушки изделие подвергают обработке уретановым олигомером в растворе хлорпроизводного углеводорода или смеси хлорпроизводных углеводородов концентрацией 1-65 мас.%.