Производство нетканого материала из полиэфирных волокон Российский патент 2025 года по МПК D04H1/46 

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к производству нетканых материалов.

Нетканые материалы используются в различных фильтрах, проводах, вспомогательных материалах для электронных изделий, строительных материалах, сельском хозяйстве, упаковочных материалах, одежде, медицинской промышленности и т.д. и имеют различные применения.

Известен раскрытый в авторском свидетельстве SU 466899 A1 способ получения нетканого полотна, включающего каркас и холсты из волокон, скрепленных между собой иглопрокалыванием, при этом холсты содержат 30-65% синтетических волокон и 5-20% металлических волокон, рабочая поверхность полотна имеет полимерную пропитку.

Известен выбранный в качестве прототипа способ изготовления нетканого иглопробивного материала, раскрытый в патенте RU 2345183 C1. Известный способ изготовления нетканого иглопробивного материала включает рыхление, эмульсирование смеси, вылежку, формирование холста на чесальных машинах, термофиксацию, пропитку холста связующим, сушку и охлаждение. При этом после вылежки формируют продольные и поперечные прочесы, которые укладывают в не менее чем пять прочесов, обрабатывают иглопробиванием в два этапа. Кроме этого, перед вторым этапом добавляют упрочняющие нити, затем выравнивают материал путем натяжения, каландрируют с последующей пропиткой связующим, после чего материал сушат и обрабатывают на холодном каландре.

Недостатком известного способа является использование укрепляющих нитей из стекловолокна, что ограничивает области применения готового материала. Также к недостаткам можно отнести то, что для производства материала используют пропитку связующим перед термофиксацией, что усложняет производство и также ограничивает области применения готового материала.

Задачей настоящего изобретения является получение нетканого материала из полиэфирных волокон с разрывными нагрузками сопоставимыми разрывным нагрузкам материалу из полипропиленовых волокон.

В предлагаемом способе изготовления нетканого иглопробивного материала из полиэфирного волокна осуществляют рыхление волокна, антистатическую обработку волокна путем замасливания, вылежку волокна, дополнительное рыхление волокна для равномерного распределения волокна по длине и ширине. Далее осуществляют формирование холста на чесальных машинах и преобразование холста путем многократного сложения прочеса для получения многослойного волокнистого холста с хаотичным расположением волокон. Затем холст обрабатывают иглопробиванием в два этапа. На первом этапе иглопробивания осуществляют предварительное иглопрокалывание с помощью одной игольницы, включающей несколько игольных досок. На втором этапе иглопробивания осуществляют иглопрокалывание с помощью двух игольниц, каждая из которых включает несколько игольных досок. После иглопробивания осуществляют термофиксацию холста, сушку и охлаждение.

Техническим результатом является повышение прочности нетканого материала, за счет добавления в раствор с замасливателя Винилтриметоксисилана и установка температуры при термофиксации материала.

Антистатическая обработка раствором замасливателя и дополнительное рыхление волокна перед формированием холста обеспечивают равномерное распределение волокна в процессе формирования холста, что гарантирует равномерный прочес и, как следствие, отсутствие деффектов в полученном неткнанном материале, что в свою очередь повышает прочность полученного нетканого материала.

Многократное сложение прочеса для получения многослойного волокнистого холста с хаотичным расположением волокон обеспечивает оптимальное распределение массы в уложенном волокнистом холсте, что в свою очередь повышает прочность полученного нетканого материала.

Предварительное иглопрокалывание с помощью одной игольницы и основной этап иглопрокалывания с помощью двух игольниц, каждая из которых включает несколько игольных досок, обеспечивают повышение прочности полученного нетканого материала за счет оптимальной плотности прокалываня без увеличения глубины прокалывания, которая может привести к образованию дефектов на поверхности материала в местах прокола игл.

Осуществление изобретения.

Технологическая линия, осуществляющая производство нетканого материала, включает рыхлительно-смесовой агрегат, кардочесальную машину, преобразователь прочеса, иглопробивную машину, узел термофиксации, аккумулятор, машину продольно-поперечной резки, систему намотки.

Рыхлительно-смесовой агрегат включает, по меньшей мере, один загрузочный стол, по меньшей мере, один кипоразрыхлитель, конвейер-смеситель, взвешивающее оборудование.

Кардочесальная машина включает питающие валы, барабан предварительного прочеса, узел главного барабана и узел съемника с выпускными столами.

Подготовка волокнистой смеси осуществляется в подготовительном участке. Поступающее волокно подвергается процессам вылеживания, разрыхления, смешения, а также антистатической обработке раствором замасливателя для равномерного распределения волокна в дальнейшем, что гарантирует равномерный прочес и, как следствие, отсутствие деффектов в полученном неткнанном материале. Волокно, спрессованное в кипы, вылеживается на складе сырья определенный промежуток времени (не менее 24 часов), с момента его изготовления, для остывания и снятия остаточного напряжения.

Кипы волокна загружают на загрузочные столы кипоразрыхлителей, например, с помощью автопогрузчика. Работа на кипоразрыхлителе осуществляется в автоматическом режиме через управляющий компьютер.

Управление потоком волокна осуществляется фотоэлементом, установленным на последующем кипоразрыхлителе. При запуске фотоэлемент последующего кипоразрыхлителя включает подачу материала. Кипоразрыхлитель предназначен для разрыхления пластов волокна из кип. Подача волокна в рабочую камеру производится с помощью питающего стола. Волокно подводится к игольчатой ленте, которая перемещает волокно вверх к разравнивающему колковому транспортеру, удерживая избыточное количество волокна, и сбрасывает его назад в рабочую зону. Производительность машины и степень разрыхления волокна регулируются установкой разравнивающего колкового транспортера по отношению к игольчатой ленте.

Далее игольчатая лента подает волокно на съемный валик, который передает волокно через направляющий лоток в маленькую камеру предварительного наполнения с заслонками. После открытия заслонок волокно падает во взвешивающую емкость. По достижении заданного веса во взвешивающей емкости заслонки камеры предварительного наполнения закрываются. Вес волокна во взвешивающей емкости регистрируется, и заслонки взвешивающей емкости открываются. Взвешенное волокно выгружается на конвейер-смеситель.

Ленточный транспортер служит для отвода волокнистого материала с кипоразрыхлителей. Управление потоком волокнистого материала на ленточном транспортере осуществляется с помощью инициатора, который обеспечивает образование слоистого покрытия из волокнистого материала всех компонентов смеси.

Наработанная волокнистая смесь подается в смеситель-рыхлитель. После смесителя-рыхлителя волокнистая масса поступает в бункер чесальной машины.

Процесс производства иглопробивного полотна состоит из следующих стадий:

подача волокнистой смеси;

холстообразование;

преобразование холста;

скрепление холста механическим способом;

термофиксация полотна;

резка и намотка полотна на картонные гильзы.

Волокнистая смесь подается в питатель кардочесальной машины, где происходит дополнительное рыхление волокна для формирования ватки с высокими показателями равномерного распределения волокна по длине и ширине. Равномерная подача волокна на кардочесальную машину гарантирует равномерный прочес, что в свою очередь повышает прочность полученного нетканого материала. Питатель кардочесальной машины представляет собой устройство подачи волокна для валичных чесальных машин и снабжено весовым дозирующим модулем, обеспечивающим равномерность подачи волокна в чесальную машину.

Целью холстообразования является формирование из текстильных волокон волокнистого холста - слоя волокон с определенной плотностью сгущения и с определенной их ориентацией. Холстообразование происходит по механическому способу и осуществляется на кардочесальной машине.

Холст волокна подается с втягивающего валика, к питающему валику. Питающий валик, вращающийся в обратном направлении, благодаря высокой скорости прочесывает волокно и подает к барабану предварительного прочеса.

Барабан предварительного прочеса оснащен рабочими парами рабочих/съемных валиков. В месте каждой рабочей пары происходит разрыхление волокна, увеличение его однородности и смешивание клочков волокон. Также с помощью съемного валика происходит передача волокна к следующей рабочей паре. Передаточный валик снимает с помощью гарнитуры волокно с поверхности барабана предварительного прочеса и подает его к узлу главного барабана. Скорость передаточного валика устанавливается такой, чтобы быть больше скорости барабана предварительного прочеса не менее чем на 15%. В противном случае возможно набегание предварительного прочеса на передаточный валик, вследствие чего происходит разрушение гарнитуры валика.

В процессе непрерывного расчесывания клочки волокон все в большей степени разделяются на отдельные волокна и располагаются в одном направлении. Главный барабан оснащен четырьмя рабочими парами рабочих/съемных валиков. Взаимодействие главного барабана, рабочих и съемных валиков осуществляется так же, как и в случае соответствующих рабочих элементов предварительного чесания.

Рабочие и съемные валики узла главного барабана обеспечивают частичное обратное накопление недостаточно расчесанных волокон и способствуют повышению однородности проходящих волокон в процессе обработки.

После расчесывания, вытягивания и параллелизации волокна поступают на приемные барабаны. Задача приемных барабанов заключается в сборе волокон, лежащих на главном барабане, и уплотнении их до такой степени, чтобы получался цельный тонкий холст. Плотность тонкого холста зависит от скорости приемных барабанов, так как чем медленнее вращается вал, тем больше волокнистого материала может быть нанесено в одном и том же месте.

Верхний приемный барабан с учетом его расположения снимает большую часть волокон, подаваемых главным барабаном, чем нижний приемный барабан. В последующем холст подается на выпускной стол для дальнейшей обработки.

Кардочесальная машина дополнительно оснащена наружным устройством отсоса. Система отсоса интегрирована в боковых кожухах и в боковых сторонах кардочесальной машины. Система создает небольшое разрежение в машине и направляет мелкую пыль в имеющуюся установку фильтрации. Система отсоса значительно уменьшает отложение пыли внутри машины.

Управление и регулировка кардочесальной машины осуществляется электронным путем.

Преобразование холста происходит с помощью преобразователя прочеса. Преобразователь прочеса предназначен для многократного сложения прочеса с целью получения многослойного волокнистого холста определенной ширины и поверхностной плотности с хаотичным расположением волокон. Благодаря многократному дублированию прочеса достигается лучшее распределение массы в уложенном волокнистом холсте. Прочность готового нетканого полотна определяется расположением волокон. Угол укладки в преобразователе прочеса (холстораскладчике) влияет на соотношение продольной и поперечной прочности нетканого материала.

Ширина холста зависит от хода каретки и может изменяться. Поверхностная плотность волокнистого холста зависит от поверхностной плотности элементарного прочеса и числа его сложений.

Скрепление волокнистого холста или преобразование волокнистого холста в полотно происходит в два этапа: предварительного иглопрокалывания и основного иглопрокалывания на иглопробивных машинах.

На качество иглопробивного полотна влияют следующие факторы: глубина прокалывания и плотность прокалывания.

Глубина прокалывания - это расстояние между верхней плоскостью подкладочного стола и первой зазубриной иглы в нижней мертвой точке. Глубину регулируют одновременным подъемом или опусканием подкладочного и очистительного столов. Изменение глубины прокалывания влияет на толщину материала, но при этом возрастает количество сгустков волокон, выступающих на поверхности материала в местах прокола игл.

Толщина полотна также уменьшится с увеличением плотности прокалывания. Это можно достичь при увеличении частоты ударов игольницы. Бесконечное увеличение плотности прокалывания невозможно, так как это может привести к потере прочности материала. Уменьшение прочности иглопробивного полотна может быть вызвано двумя причинами: обрывом волокон и вытяжкой холста. Для увеличения плотности прокалывания без потери прочности материала предлагается использовать две игольницы, осуществляющих иглопробивание как сверху-вниз, так и снизу-вверх.

С помощью системы подачи материала волокнистый холст с холстораскладчика транспортируется к зоне иглопрокалывания.

Волокнистый холст подводится в зону предварительного иглопрокалывания иглопробивной машины. Иглопрокалывание происходит сверху-вниз с помощью одной игольницы, состоящей из нескольких игольных досок. Волокнистый холст проходит между подкладочным и очистительным столами. Назначение подкладочного стола - поддерживать волокнистый холст. Назначение очистительного стола - очищать игольные доски от волокнистого холст при обратном ходе игольного стола. Игольный стол, к которому крепятся игольные доски, совершает эллиптические движения вверх и вниз. Движение полотна осуществляется с помощью выпускных валов. Машина оснащена дополнительно встроенным механизмом вытяжки для контролируемого вытягивания полотна.

Далее иглопробивное полотно с помощью подающих и прижимных гладких валов поступает на высокопроизводительную иглопробивную машину. Иглопробивание на данной машине осуществляется как сверху-вниз, так и снизу-вверх с помощью двух игольниц, каждая из которых состоит из нескольких игольных досок. При прохождении игл через волокно отдельные волокна спутываются, зацепляются друг с другом и этим обеспечивается прочность получаемого материала.. Машина оснащена дополнительно встроенным механизмом вытяжки для контролируемого вытягивания полотна.

После иглопрокалывания иглопробивное полотно направляется на термокаландрирование, где происходит термофиксация и термоскрепление полотна. Процессы термокаландрирования и стабилизации размеров полотна происходят посредством воздействия нагретых каландров от 150 до 200°C и создаваемого между ними давления. За счет термоскрепления улучшаются физико-механические характеристики полотна и уменьшается его толщина.

Готовое иглопробивное полотно поступает в аккумулятор, состоящий из неподвижных и подвижных блоков валов, посредством которых происходит накапливание готового полотна. Это позволяет производить съем рулона готового полотна без останова линии.

С аккумулятора полотно вводится в машину продольно-поперечной резки, которой с панели управления задается длина рулонов изготавливаемого полотна. Ширина рулонов регулируется путем выставления ножей продольной резки.

Полотно заправляют на гильзы, и устанавливают конические зажимы под диаметры гильз и требуемую ширину рулона. Автоматическая система намотки позволяет осуществить намотку полотна вокруг картонной гильзы без использования механической фиксации и клея, а также выгрузку намотанных рулонов.

Готовые рулоны полотна упаковывают в полиэтиленовую термоусадочную пленку, которую спаивают с помощью термической обработки (например, газовой горелкой).

Проведенные эксперименты показали, что получаемый нетканый материал имеет высокие эксплуатационные характеристики. Сравнение характеристик различных материалов приведены в Таблицах 1-3.

Производство полиэфирного волокна, используемого для получения нетканого материала, осуществляется в два этапа: производство полиэфирного жгута (участок формования) и обработка полиэфирного жгута (участок вытяжки) с получением волокна.

Производство полиэфирного жгута состоит из следующих стадий:

подача сырья;

кристаллизация-сушка сырья;

загрузка сырья в приемный бункер экструдера;

расплавление в экструдере;

фильтрация расплава;

формование;

охлаждение и нанесение замасливателя;

сбор жгута;

выдерживание жгута.

Готовые для переработки ПЭТ хлопья в биг-бегах перемещают к загрузочному устройству, далее при помощи электротельфера поднимают биг-бег, транспортируют его к выгрузной воронке, открывают нижний клапан биг-бега и высыпают ПЭТ хлопья в воронку. На данной системе устанавливается и фиксируется время загрузки и выгрузки с помощью электронного таймера.

После передачи ПЭТ хлопьев вакуум-транспортом в бункер-дозатор, вакуумный насос автоматически отключается, открывается задвижка, и ПЭТ хлопья ссыпаются в расходный бункер сушилки. Затем задвижка опять закрывается.

Сушка-кристаллизация сырья необходима для удаления внутренней влаги из полиэфирного сырья и перевода вещества из аморфного состояния в кристаллическое. Процесс сушки-кристаллизации осуществляется в вертикальной сушилке противотоком в кипящем слое. Сушилка оборудована кристаллизатором с мешалкой, для предотвращения спекания ПЭТ хлопьев между собой.

После подачи из расходного бункера ПЭТ хлопья поступают в верхнюю часть сушилки (кристаллизатор). Кристаллизатор снабжен мешалкой, для предотвращения слипания ПЭТ хлопьев между собой во время кристаллизации.

В нижнюю часть кристаллизатора при помощи воздуходувки подается горячий воздух температурой 120-155°C, подогрев которого происходит в электрокалорифере. ПЭТ хлопья и горячий воздух в кристаллизаторе движутся противотоком, ПЭТ хлопья постепенно прогреваются выше температуры стеклования (65°C) полиэтилентерефталата (ПЭТФ), происходит их кристаллизация, затем они поступают в основную часть сушилки.

Выходящий из кристаллизатора воздух проходит предварительное обеспыливание в циклоне, и окончательно обеспыливается в фильтре. Из фильтра чистый воздух засасывается вентилятором воздуходувки и обратно подается в кристаллизатор. Время сушки 4-8 часов. Влажность продукта после сушилки не должна превышать установленного порога (0,05-0,1%).

Из сушилки готовые к дальнейшей переработке ПЭТ хлопья выгружаются при помощи лопастных дозаторов, подхватываются специально подготовленным воздухом (для предотвращения набора влаги ПЭТ хлопьями), и пневмотранспортом передаются в загрузочный бункер экструдера. Бункер снабжен смотровыми стеклами верхнего и нижнего уровня. Из приемного бункера сырье попадает в загрузочную воронку экструдера. Загрузочная воронка эксрудера укомплектована устройством подачи специальных добавок.

Плавление сырья ПЭТФ и перемешивание расплава осуществляется в экструдере при высоком давлении и температуре.

Диаметр шнека 170-180 мм, отношение длины к диаметру L/D=28/1.

Скорость вращения шнека 20-60 об/мин.

Максимальная производительность 1000 кг/час.

Создаваемое давление в головке экструдера 12-25 МПа.

Процесс переработки полимера в экструдере состоит из трех стадий: транспортирование, плавление и выдавливание.

После расплавления полимер по расплавопроводу подается в двухканальный фильтр расплава.

Плавленое вещество с высокой температурой и давлением, проходя фильтр расплава, поступает в прядильный блок.

В прядильном блоке на каждом рабочем месте прядения дозирующие насосы равномерно распределяют и подают расплав к отдельной фильере. Расплав полимера, поступающий в фильерный блок, проходит через фильтрующие слои, освобождаясь от механических примесей, и распределительную плиту, равномерно распределяясь по рабочей площади фильеры. На фильере расплав выдавливается через отверстия в виде непрерывных нитей.

После выхода из прядильного блока непрерывные нити подвергаются воздействию потока охлаждающего воздуха с регулируемой температурой. Далее затвердевшие нити собираются в жгут и поступают на замасливающие ролики, где обрабатываются 0,2-0,3% раствором замасливателя.

Обработанный замасливателем жгут, выдерживают определенный период времени (до 2 суток).

Дальнейшая обработка полиэфирного жгута включает следующие стадии:

нагрев и вытягивание;

гофрирование;

термофиксация;

резка;

прессование и упаковка.

После выдержки жгута, пучки непрерывных нитей через сборник жгута направляются в паровую камеру для предварительного нагрева (подмягчения нитей) и затем в гофрировочную машину для придания волокну извитости. После гофрирования непрерывное волокно обрабатывается раствором замасливателя с содержащим Винилтриметоксисилан.

После обработки раствором замасливателя непрерывное волокно поступает в камеру термофиксации, где происходит процесс закрепления полученного на участке гофрировки извитка волокна.

Обработанное волокно поступает на натяжной стенд и в натянутом состоянии на резательную машину. На ножах, закрепленных на диске, происходит резка волокна на определенную длину.

После резки штапельные волокна поступают в прессовочное устройство, где происходит прессовка упаковка кип волокна. Готовые кипы упаковываются в упаковочный материал, взвешиваются, маркируются и складируются.

Краткое описание чертежей.

На Рис. 1 изображена таблица 1 раскрывающая характеристики волокон с добавлением Винилтриметоксисилан и без.

На Рис. 2 изображена таблица 2 раскрывающая характеристики иглопробивного материала из волокна не содержащее Винитриметоксисилан.

На Рис. 3 изображена таблица 3 раскрывающая Результаты параметров иглопробивного материала из волокна содержащее Винилтриметоксисилан.

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к производству нетканых материалов. Способ изготовления нетканого иглопробивного материала из полиэфирного волокна, включает рыхление волокна, антистатическую обработку волокна путем замасливания, вылежку волокна, дополнительное рыхление волокна для равномерного распределения волокна по длине и ширине. Далее осуществляют формирование холста на чесальных машинах и преобразование холста путем многократного сложения прочеса для получения многослойного волокнистого холста с хаотичным расположением волокон. Затем холст обрабатывают иглопробиванием в два этапа. На первом этапе иглопробивания осуществляют предварительное иглопрокалывание с помощью одной игольницы, включающей несколько игольных досок. На втором этапе иглопробивания осуществляют иглопрокалывание с помощью двух игольниц, каждая из которых включает несколько игольных досок. После иглопробивания осуществляют термофиксацию холста при температуре от 150 до 200°C. Техническим результатом является повышение прочности нетканого материала за счет добавления в раствор с замасливателя Винилтриметоксисилана и установка температуры при термофиксации материала. 3 табл.

Способ изготовления нетканого иглопробивного материала из полиэфирного волокна с увеличенными разрывными характеристиками, включающий рыхление волокна, вылежку волокна, формирование холста на чесальных машинах, обработку холста иглопробиванием в два этапа, термофиксацию холста, сушку и охлаждение холста, отличающийся тем, что

на этапе изготовления волокна в раствор замасливателя добавляется винилтриметоксисилан,

после этапа рыхления волокна осуществляют антистатическую обработку волокна путем замасливания;

после этапа вылежки волокна осуществляют дополнительное рыхление волокна для равномерного распределения волокна по длине и ширине;

после этапа формирования холста осуществляют преобразование холста путем многократного сложения прочёса для получения многослойного волокнистого холста с хаотичным расположением волокон;

на первом этапе иглопробивания осуществляют предварительное иглопрокалывание с помощью одной игольницы, включающей несколько игольных досок;

на втором этапе иглопробивания осуществляют иглопрокалывание с помощью двух игольниц, каждая из которых включает несколько игольных досок;

термофиксация производится с температурой от 150 до 200°C.