УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОНИТЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРОВ Российский патент 2024 года по МПК D01D5/08 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к технологии переработки полимеров МПК D01D 5/00.

Из существующего уровня техники известно о широком применений в промышленности экструдеров с различными типами конструкции: поршневого, шнекового, дискового типа и их различных комбинации, при этом суть операции в конечном итоге сводится к продавливанию через фильеры полимеров в жидком агрегатном состоянии. Практическое применение эффекта Вайсенберга, по мнению автора, ограничивается дисковым эффектом и используется в различных конструкциях дисковых экструдеров, а так же, к примеру, устройства для контроля гелеобразования, описанного в Патенте №SU 1 557 485 А1 МПК G01N 11/14. Иных способов практического применения эффекта Вайсенберга автором обнаружено не было. Вне зависимости от конструкции экструдера, экструдату свойственны особенности выражающиеся в нестабильности потока, проявлении полос и канавок с появлением признаков отклонения от оптически гладкой поверхности, а так же, в зависимости от числа Рейнольдса потока, диаметр экструдата может отличаться от диаметра фильеры как в большую, так и в меньшую сторону. Существующие конструкции экструдеров сильно усложняют и ограничивают возможности в работе с композитными материалами, не позволяющими, к примеру, в достаточной степени, контролировать расположение армирующих волокон до и в момент формирования мононити композитного материала.

Автор предлагает конструкцию устройства для получения мононитей из полимеров, лишенную недостатков экструдеров, проявляющихся при продавливании через экструзионную головку, а так же позволяющего работать с композитными материалами с возможностью контроля равномерного расположения и распределения армирующих волокон, а так же различных технологических добавок в получаемой мононити.

Изобретение основано на практическом использовании реологических свойств полимеров, а именно эффекта Вайсенберга. Технически, это явление заключается в следующем: в емкость с раствором и/или расплавом полимеров или их смесью помещают вращающуюся иглу, вокруг которой уровень жидкости начинает повышаться, при этом раствор и/или расплав полимеров или их смесь будет наматываться на указанную иглу, что позволяет с верхней точке иглы снимать получающееся волокно. Цепочки полимеров закручиваются вокруг иглы, пока она вращается, а свободные концы в основной массе раствора и/или расплава оказываются спутанными. Во время вращения иглы конец цепочки завернут на стержне и находится под натяжением при этом сила натяжения действует на каждый конец. При попытке уменьшения расстояния между двумя концами полимер пытается смещаться вверх или вниз по стержню к области, где стержень меньше обмотан полимерной цепочкой, и, следовательно, эффективный диаметр (диаметр иглы плюс обернутая вокруг цепочка) меньше, а расстояние, соответственно, короче. Указанный процесс позволяет получить в волокне структурированные относительно друг друга цепочки полимера.

В зависимости от диаметра, формы и скорости вращения иглы и скорости съема нити регулируется толщина мононити и тангенциальный уклон цепочек полимера относительно оси волокна, что позволяет получать волокно с различными прочностными характеристиками.

Настоящее изобретение позволяет в более полной мере использовать реологические свойства полимеров как неньютоновских жидкостей.

Настоящее изобретение позволяет получать не только мононити полимеров, но и смесовые, трубчатые изделия, оболочки мононитей непосредственно из расплава и/или раствора полимера.

Технический результат заключается в упрощении и удешевлении существующего производства полимеров, внедрении и использовании ранее неиспользовавшихся физических принципов. Кроме того настоящее изобретение позволяет получать различные, ранее невозможные для производства смесовые виды волокон, к примеру, в расплав и/или раствор полимера могут вводится различные технологические добавки и наполнители: бактерицидные, саморассасывающиеся, противомокиробные, биоразлагаемые и т.п. препараты и вспомогательные вещества, либо различные полимеры или их смеси в штапеллированном либо растворенном и/или расплавленном виде для создания комбинированных нитей. В случае двойных и более растворов и/или расплавов полимеров либо комбинации из них или присутствия технических добавок и наполнителей получают нити с различными и дополняющими друг друга свойствами. При этом возможен вариант, в котором классический неньютоновский раствор крахмала, к которому добавляют штапелированное вискозное, хлопковое, льняное или любое другое волокно, помещают в технологическую чашу и в дальнейшем процесс осуществляют по принципу мокрого прядения.

Настоящее изобретение упрощает и удешевляет производство арамидных волокон, так как позволяет исключить процесс растворения гранул арамидных волокон в серной кислоте после полимеризации для последующего фильерного продавливания и получать волокно из реакционной массы при полимеризации, при этом в реакционной емкости остается только не полимеризовавшаяся масса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки и преимущества настоящего изобретения лучше всего понятны при прочтении последующего описания неограничивающего варианта осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг. 1 представляет собой схематическое изображение принципиальной схемы установки, с удаленными для большей ясности деталями, а так же отсутствующими элементами очевидных деталей и элементов технологического процесса в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

- фиг. 2 представляет собой схематическое изображение принципиальной схемы установки, с удаленными для большей ясности деталями, а так же отсутствующими элементами очевидных деталей и элементов технологического процесса в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

- фиг. 3 представляет собой схематическое изображение принципиальной схемы установки, с удаленными для большей ясности деталями, а так же отсутствующими элементами очевидных деталей и элементов технологического процесса в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для получения мононитей из полимеров (Фиг. 1) представляет собой технологическую чашу (1) в которой находится расплав и/или раствор полимера (7). За счет размещенной в чаше по крайней мере минимум одной иглы (2), расположенной острием вверх, приводимой в движение валом (3), расплав и/или раствор полимера, за счет эффекта Вайсенберга, поднимается вверх по игле в закрученном состоянии, благодаря чему получается мононить, которая за счет вытяжной пары (8) подается далее по производственной линии. При этом на валу (3) для контроля количества оборотов возможно наличие датчика количества оборотов (4). Технологическая чаша (1) может предусматривать наличие внешнего нагревающего прибора (5), подключаемого через контактную группу (6), а для контроля температуры среды в технологической чаше (1) предусматривают наличие датчика температуры (9). Все узлы и детали установки выполнены из металла либо из любых других конструкционных материалов, выдерживающих используемую в технологическом процессе среду.

Контроль толщины и параметры получаемой нити осуществляется:

- Через изменение скорости вращения иглы (2) от вала (3), на котором расположен датчик количества оборотов (тахометр) 4;

- Через толщину, длину и форму иглы за счет увеличения или уменьшения объема подачи материала к точке образования нити;

- Через изменение скорости съема нити с иглы (2) за счет изменения скорости вращения вытяжной пары (8).

2. Устройство (Фиг. 2) по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере минимум одна, либо все находящиеся в технологической чаше (1) иглы, расположенные острием вверх (2) имеют сквозное отверстие вдоль своей оси. При этом, сквозь отверстие в игле (2) пропускается дополнительная мононить либо жила (10), что позволяет получать на мононити (10) равномерную оболочку из расплава и/или раствора полимера (7).

3. Устройство (Фиг. 3) по п. 1 отличающееся тем, что по крайней мере минимум одна, либо все находящиеся в технологической чаше (1) иглы, расположенные острием вверх (2), имеют сквозное отверстие вдоль своей оси через которое проходит вал (11), диаметр которого меньше чем сквозное отверстие вдоль оси иглы, а длина которого более длины самой иглы, что позволяет получать трубчатые изделия из расплава и/или раствора полимера (7). При этом вал (11) может быть как стационарным жесткозакрепленным, так и совершающим вращательные и/или возвратно поступательные движения, и может иметь углубления и/или выступы.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что к сквозному отверстию вдоль оси иглы (2) добавляется по крайней мере одно отверстие в игле с тангенциальным уклоном к оси вращения, которое позволяет к центральному сердечнику добавлять по крайней мере одну обвивающую жилу перед процессом создания оболочки из полимера (7).

5. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что по крайней мере одна из игл находится внутри жесткозакрепленной трубки, имеющей диаметр и высоту больше чем диаметр и высота самой иглы, что позволяет калибровать толщину получаемой нити.

6. Устройство по п. 6 отличающееся тем, что трубка находящаяся вокруг иглы имеет внутренние технологические выступы и/или углубления, что позволяет получать на внешней стороне мононити необходимый рельеф.

Приведенные чертежи к каждому п. 1, 2, 3 формулы изобретения иллюстрируют, но не ограничивают, сущность изобретения.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к технологии переработки полимеров. Изобретение основано на практическом использовании реологических свойств полимеров, а именно эффекта Вайсенберга. Устройство для получения мононитей из растворов и/или расплавов полимеров представляет собой технологическую чашу, с расплавом и/или раствором полимера, в которой размещают по крайней мере минимум одну вращающуюся вдоль своей оси иглу, расположенную острием вверх, приводимую в движение валом. На устройстве может быть установлен датчик количества оборотов. При этом расплав и/или раствор полимера за счет эффекта Вайсенберга поднимается вверх по игле в закрученном состоянии. Технологическая чаша устройства также может содержать нагревающий прибор с датчиком температуры для контроля температуры технологической среды. Изобретение позволяет упростить и удешевить существующее производство полимеров, позволяет внедрить и использовать ранее неиспользовавшиеся физические принципы, а также упрощает и удешевляет производство арамидных волокон, так как позволяет исключить процесс растворения гранул арамидных волокон в серной кислоте после полимеризации для последующего фильерного продавливания и получать волокно из реакционной массы при полимеризации. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для получения мононитей из растворов и/или расплавов полимеров представляет собой технологическую чашу, с расплавом и/или раствором полимера, в которой размещают по крайней мере минимум одну вращающуюся вдоль своей оси иглу, расположенную острием вверх, приводимую в движение валом, с возможностью установки на него датчика количества оборотов, при этом расплав и/или раствор полимера, за счет эффекта Вайсенберга, поднимается вверх по игле в закрученном состоянии, при этом технологическая чаша может содержать нагревающий прибор с датчиком температуры для контроля температуры технологической среды.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере минимум одна, либо все находящиеся в технологической чаше иглы имеют сквозное отверстие вдоль своей оси, при этом сквозь отверстие в указанной игле пропускается дополнительная мононить либо жила, с возможностью получения на мононити или жиле равномерной оболочки из расплава и/или раствора полимера.

3. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что по крайней мере минимум одна, либо все находящиеся в технологической чаше иглы имеют сквозное отверстие вдоль своей оси, через которое проходит вал, диаметр которого меньше, чем сквозное отверстие вдоль оси иглы, а длина которого больше длины самой иглы, с возможностью получения трубчатых изделий из расплава и/или раствора полимера, при этом вал может быть как стационарным жесткозакрепленным, так и совершающим вращательные и/или возвратно-поступательные движения, при этом вал может иметь технологические углубления и/или выступы.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что к сквозному отверстию вдоль оси иглы добавляется по крайней мере одно отверстие в игле с тангенциальным уклоном к оси вращения, которое позволяет к центральному сердечнику добавлять по крайней мере одну обвивающую жилу перед процессом создания оболочки из полимера.

5. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что по крайней мере одна из игл находится внутри жесткозакрепленной трубки, имеющей диаметр и высоту больше, чем диаметр и высота самой иглы, что позволяет калибровать толщину получаемой нити.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что трубка, находящаяся вокруг иглы, имеет внутренние технологические выступы и/или углубления.