Способ электрофлокирования плоских материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК D04H11/00 

Изобретение относится к производству нетканых материалов способом электро- флокирования, в частности к непрерывному нанесению ворса на плоские, например рулонные материалы.

Известен способ и устройство для получения ворсового материала, согласно которому частицы ворса наносят на клеевую основу в однородном электрическом поле, подавая ворс сверху через сетчатый электрод.

Однако, при осуществлении данного способа налюдается рассеивание ворса из зоны флокирования при его движении в однородном электрическом поле за края зоны флокирования. Кроме того, в результате подачи вооса св.ерху непосредствент- но на флокируемый материал снижается

плотность ворса из-за попадания некачественного, неориентированного ворса.

Устройство данного флокатора предусматривает наличие верхнего и нижнего плоских электродов, причем верхний представляет собой бункер с сетчатым дном для подачи ворса в зону флокирования.

Недостатком данного устройства является то, что ворс из бункера через сетчатое дно, являющееся одновременно высоковольтным электродом, просыпается на флокируемый материал независимо от полученной им величины заряда, в результате чего на флокируемый материал попадает незаряженный, неориентированный ворс и снижает общую плотность его на материале.

сл ю о о

Известен способ получения ворсового материала, в котором нанесение частиц проводят в неоднородном электрическом поле, величина напряженности которого по краям превышает величину напряженности его центральной части и возрастает вдоль силовой линии в направлении транспортирования частиц ворса, причем подачу ворса в зону флокирования предлагается осуществлять либо сверху через сетчатый электрод, либо с нижнего криволинейного электрода.

Недостатками данного способа являются: возможность попадания некачественного, незаряженного ворса на флокируемый материал при подаче его сверху через сет- чатый электрод, что неизбежно снижает качество получаемого материала за счет ухудшения ориентации; неравномерность нанесения ворса на материал в поперечном направлении при любом варианте под- ачи ворса ввиду концентрации ворса около плоскости симметрии флокатора, т.е. плотность ворса на материале в середине заведомо выше, чем по краям; существенная разница в напряженности электрического поля в центре и по краям зоны флокирования из-за различного расстояния между электродами ведет к снижению прочности закрепления ворса в средней части материала; неизбежные потери ворса в результате его вылета из зоны флокирования в особенности в месте выхода материала из флокатора.

Устройство данного флокатора предусматривает наличие двух сплошных электро- дов, один из которых, криволинейный, обеспечивает создание неоднородного поля нужной конфигурации и может располагаться как сверху, при подаче ворса сверху, через сетку, так и снизу, при флокировании снизу-вверх.

Недостатками данного устройства являются: предлагаемая конфигурация криволинейного электрода в виде сплошной металлической пластины, что ведет к снижению напряженности электрического поля на поверхности материала в области плоскости симметрии флокатора и, как следствие, к снижению прочности закрепления ворса; подача ворса в данной конструкции флокатора может быть осуществлена лишь в области плоскости симметрии флокатора либо сверху сквозь верхний электрод, либо с нижнего криволинейного электрода, что не- избежно ведет к неравномерности плотности ворса на материале в поперечном направлении; предлагаемая конструкция флокатора является открытой для вылета ворса из зоны флокирования, в особенности на выходе материала из флокатора, что ведет к потерям ворса.

Цель изобретения - повышение плотности ворса путем улучшения ориентации ворса и равномерности нанесения ворса по всей ширине материала и сокращение потерь ворса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электрофлокирования плоских материалов, при котором осуществляют подачу ворса в зону электрофлокиро- вания и наносят ворс на покрытый связующим материал в неоднородном электрическом поле, ворс подают в зону электрофлокирования одновременно с материалом и вдоль краев последнего, при этом зону электрофлокирования по краям материала выбирают шириной 15-30% ширины материала с каждой стороны, причем зону флокирования по ширине материала делят на ряд частей, симметрично относительно продольной оси материала, а центральной части сообщают потенциал напряжения на 10-30% выше, чем боковым частям зоны электрофлокирования. Напряженность электрического поля в направлении перемещения материала увеличивают на 5-20%.

В качестве одного из вариантов осуществления данного способа предлагается устройство, содержащее транспортер для подачи материала, по крайней мере один бункер для подачи ворса, верхний криволинейный высоковольтный электрод, расположенный над транспортером, и нижний заземленный электрод, смонтированный под лентой транспортера, причем верхний электрод состоит по крайней мере из трех секций, разделенных изолирующими элементами, параллельными плоскости симметрии транспортера, и кроме того, верхний электрод смонтирован под углом 0,5 - 2° к плоскости нижнего:электрода.

Существенным отличием предлагаемого способа является то, что ворс подают в зону электрофлокирования одновременно с материалом и вдоль краев последнего, причем зону флокирования по ширине материала делят на ряд частей, симметрично относительно продольной оси материала, а центральной части сообщают потенциал напряжения на 10-30% выше, чем боковым частям зоны электрофлокирования.

Известно использование неоднородного электрического поля для электросепарации волокон. Однако, здесь неоднородное поле применяют для разделения волокон по их длинам, причем смесь волокон с потоком воздуха подают в соответствующую электродную систему, где короткие волокна просыпаются вниз, а длинные втягиваются в область неоднородного поля.

В предлагаемом способе электрофлоки- рования используют смещение ворса к плоскости симметрии флокатора в соответствующем неоднородном поле при его движении между электродами для обеспечения равномерности заполнения ворсом всей плоскости материала и повышения плотности ворса. Это достигает- ся благодаря тому, что ворс, двигаясь между электродами и при этом смещаясь к плоскости симметрии флокатора, заполняет материал, начиная с краев, где вследствие этого обеспечивается плотность не ниже, чем в средней части.

Известно использование двух зон фло- кирования с разной напряженностью электрического поля. Однако, там две зоны флокирования расположены в направлении движения флокируемых нитей и применяются для повышения скорости флокирования нитей за счет того, что ворс, нанесенный на нити в первой зоне, увеличивает эффективное сечение нити и тем самым повышает порог возникновения коронного разряда с нитей, давая возможность использовать более высокую напряженность электрического поля.

В предлагаемом способе зоны флокиро- вания расположены одна за другой в поперечном направлении и обеспечивают компенсацию снижения напряженности электрического поля на поверхности заряжающего электрода в центральной зоне из- за кривизны верхнего электрода,

Существенным отличием предлагаемого устройства является то, что верхний электрод состоит по крайней мере из трех секций, разделенных изолирующими эле- ментами, параллельными плоскости симметрии транспортера.

Известно устройство в котором для получения флокированных нитей используют зоны флокирования с различной напряжен- ностью электрического поля следующим образом.

Верхний электрод, названный дополнительным, расположен над нитями, имеет потенциал (+30 - +45) кВ и является общим для обеих зон флокирования. Нижних электродов два, из которых первый по ходу нитей, названный активирующим, имеет потенциал (-32 - -60) кВ, а второй, названный основным, потенциал до -40 кВ, причем нижние электроды, смонтированные под поставляющей ворсовый материал лентой, стержневой или проволочной конструкции и активирующий электрод составляет примерно половину длины основного электрода. Таким образом, за счет разных потенциалов активирующего и основного электродовобеспечивается различная напряженность электрического поля в разных зонах. Благодаря установке активирующего электрода возникает завихрение подаваемого на конвейерной ленте ворсового материала, так что последний образует плотное однородное облачко.

В предлагаемом устройстве верхний криволинейный высоковольтный электрод состоит по крайней мере из трех секций, разделенных изолирующими элементами, параллельными плоскости симметрии транспортера, т.е. в данном случае криволинейный электрод разделен по крайней мере на три секции, расположенные не последовательно по ходу движения материала, а перпендикулярно направлению движения материала, и служит для выравнивания величины напряженности электрического поля в средней части заряжающего верхнего электрода, которая в противном случае была бы ниже, чем по краям. Благодаря этому достигается высокая плотность и прочность закрепления ворса в центральной части. На фиг. 1-3 изображено предлагаемое устройство.

Лента транспортера 1 обеспечивает подачу ворса 2 в зону флокирования в плоскости флокируемого материала 3. Под лентой транспортера 1 расположен плоский заземленный электрод 4, обеспечивающий наличие электрического поля во всей зоне флокирования. Неоднородное электрическое поле нужной конфигурации обеспечивает верхний криволинейный электрод, состоящий из трех секций: центральной - 5 и двух крайних 6, разделенных изолирующими элементами 7, параллельными плот скости 8 симметрии транспортера, которые позволяют к центральной секции 5 верхнего электрода подавать потенциал на 10 - 30% выше, чем к боковым секциям. При этом ворс 2 на края транспортера 1 подают, например, из двух бункеров 9 перед входом транспортера в зону флокирования. На выходе транспортера из зоны флокирования его подвергают очистке при помощи щеточного устройства 10. Для сокращения потерь ворса, вылетающего в зоне выхода материала из флокатора, верхний электрод имеет в плоскости симметрии наклон а- (0,5 - 2)° к плоскости нижнего электрода. Позиция 11 показывает траекторию движения ворсинок между электродами.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Ворс из бункеров 9 подают на края ленты транспортера 1 между краями материала

3 и зоны флокирования. После этого ворс 2 на ленте транспортера 1 вводят в зону фло- кирования. В зоне флокирования ворс, заряжаясь, начинает двигаться в направлении верхнего электрода по силовым линиям, смещаясь одновременно в сторону плоскости симметрии за счет инерции ворсинок. При этом ворс, попадая в клеевой слой на материале 3, зарепляется, заполняя площадь материала с краев к центру. Благодаря этому плотность ворса на краях материала получается не ниже плотности в центральной части, так как весь ворс должен сначала заполнить все вакантные места на краю материала. Плотность ворса в центральной зоне и прочность его закрепления обеспечена благодаря более высокому потенциалу (на 10-30%), подаваемому к центральной секции 5 верхнего электрода. Одновременно с этим ворс продолжают перемещать на транспортере вглубь зоны флокирования, где благодаря нарастанию напряженности и созданию аналогичного неоднородного поля за счет наклона верхнего электрода на угол а 0,5-2°, ворс дополнительно активизируется, перемещается между электродами, флокируя материал, но при этом одновременно стремится от выхода из зоны флокирования возвратиться обратно - в зону флокирования, что позволяет снизить потери ворса.

Пример осуществления предлагаемого способа.

Для экспериментов был использован лабораторный макет установки, в котором нижний электрод выполнен в виде транспортера, под которым в зоне флокирования размещен плоский заземленный электрод. Верхний электрод изготовлен криволинейным, из трех секций, имеющим стрелу прогиба 2 см. Ворс подают на края транспортера из двух бункеров за счет вибрации. Перекрывая выходную горловину бункера специальной заслонкой, легко устанавливать заданную ширину полосы ворса на ленте, транспортера. Ширина флокируемого материала составляла 20 см при ширине транспортера и зоны флокирования 35 см. Длина электродов и зоны флокирования 60 см. В качестве связующего для экспериментов был использован4клей на основе акриловых композиций, который очень широко применяется в технологии электрофлокирования. Возможно применение и других видов связующих. Нанесение клея на материал осуществляли при помощи стандартной ракли.

При реализации данного способа могут быть использованы различные виды ворса (вискозный, полиамидный, полиэфирный и

т.д.), однако, для сравнимости результатов, приведенных в таблице, был использован полиамидный ворс длиной 1 мм и диаметром 20 мкм.

На использование материала основы

никаких особых требований не накладывается. В данном случае в качестве основы был использован, например, нетканый материал. Аналогичным образом может быть

осуществлено флокирование и других плоских изделий, а не только рулонных материалов.

Для удобства дальнейшего анализа потенциал в боковых зонах флокирования был

выбран равным 50 кВ и исходя из этого устанавливали потенциал центральной зоны, что и отражено в таблице.

Измерение плотности ворса, получаемой на материале, проводили по привесу,

т.е. проводили взвешивание материала с нанесенным слоем клея размером (3 х 10) см до флокирования (без ворса) и после флокирования. Причем образцы брали на краях материала и в середине. Результаты измерений усреднялись по 5 испытаниям. Оценку ориентации ворса проводили по величине предельной плотности ворса Пмакс. значение которой также приведены в таблице. Такая оценка ориентации ворса

при флокировании была предложена в работе.

Данные экспериментов сведены в таблицу.

Опыты 1-3 показывают использование

различного потенциала центральной зоны флокирования по сравнению с боковыми зонами согласно формуле изобретения (от 10% превышения до 30%). Отмечается равномерность нанесения ворса по ширине материала при достаточно высокой плотности ворса и ориентации, определяемой величиной Пмакс.

Опыт 4 свидетельствует о том, что с увеличением разности потенциалов центральной и боковой зон начинают периодически происходить между ними электрические пробои. Увеличение мощности изолирующих элементов нежелательно ввиду того, что на них ухудшается процесс перезарядки ворса

(заряд ворса меньше, чем на электроде), снижая ориентацию ворса и соответственно получаемую плотность непосредственно под ними.

Опыт 5 свидетельствует о том, что меньшая разность потенциалов, чем задано в формуле изобретения, не приводит к сколь- нибудь существенному росту плотности, хотя и сохраняется равномерность нанесения ворса по ширине материала.

Опыты 6 и 7 показывают, что ширина пространства для подачи ворса на транспортере, удовлетворяющая требованиям формулы изобретения, оказывается достаточной для обеспечения ворсом процесса флокирования, и в то же время отсутствуют существенные излишки ворса на ленте транспортера на выходе из флокатора.

Опыт 8 показывает, что сокращение пространства для подачи ворса приводит к недостатку ворса в зоне флокирования, что сказывается в данном случае на плотности ворса, получаемой в центральной части материала.

Опыт 9 показывает, что увеличение пространства, на котором осуществляется подача ворса в зону флокирования, ведет к увеличению количества неиспользованного ворса на краях транспортера, что неэкономично.

Опыт 10 представляет собой реализацию способа-прототипа при подаче ворса в зону флокирования сверху. Для этого верхний электрод был изготовлен из металлической сетки с размером ячейки 1 мм, через которую за счет вибрации в зону флокирования подавался ворс. При этом снижается как ориентация ворса (см. величину пмакс), так и плотность ворса, получаемая на материале. Кроме того, наблюдается значитель- ная неравномерность плотности по ширине материала.

Опыт 11 представляет собой также реализацию способа-прототипа, но при подаче ворса кфлокируемому материалу с нижнего электрода. При этом согласно описанию прототипа, нижний электрод- криволинейный, верхний - плоский. Нанесение ворса в этом случае осуществляли в статическом режиме, закрепляя образец на верхнем элек- троде, а ворс, насыпая в том же количестве, что и на транспортер, на нижний электрод. Время флокирования сохраняли такое же, как и во всех остальных опытах - 15 с. Эксперимент показал, что ориентация ворса (пмакс). и плотность в центральной части меньше, чем в предлагаемом варианте, при одновременном снижении плотности к краям материала.

Опыты 12-14 показали снижение коли- чества ворса, вылетающего из зоны флокирования в области выхода материала из флокатора по сравнению с опытами, где наклон а 0° 0,5°, что позволяет сократить потери ворса.

Опыт 15 показывает, что при увеличении угла наклона больше, чем задано в формуле изобретения, наблюдается вылет ворса из зоны флокирования на входе материала во ф.г.окатор, т.е. в обратную сторону.

Формула изобретения

1.Способ электрофлокирования плоских материалов, при котором осуществляют подачу ворса в зону электрофлокирования и наносят ворс на покрытый связующим материал в неоднородном электрическом поле, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности ворса путем улучшения ориентациии ворса и равномерности нанесения ворса по всей ширине материала, ворс подают в зону электрофлокирования одновременно с материалом и вдоль краев последнего, при этом зону электрофлокирования по краям материала выбирают шириной 15-30% ширины материала с каждой стороны, причем зону флокирования по ширине материала делят на ряд частей, симметрично относительно продольной оси материала, а центральной части сообщают потенциал напряжения на 10-30% выше, чем боковым частям зоны электрофлокирования.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что напряженность электрического поля в направлении перемещения материала увеличивают на 5-20%.

3.Устройство для электрофлокирования плоских материалов, содержащее транспортер для подачи материала и ворса, по крайней мере один бункер для подачи ворса, верхний криволинейный высоковольтный электрод, расположенный над. транспортером, и нижний заземленный электрод, смонтированный под лентой транспортера, отличающееся тем, что, с целью повышения плотности ворса по всей ширине материала, верхний электрод состоит по крайней мере из трех секций, разделенных изолирующими элементами, параллельными плоскости симметрии транспортера.

4.Устройство по п.З, отличающее- с я тем, что верхний электрод смонтирован под углом от 0,5 - 2° к плоскости нижнего электрода.

52 60 60 60 60

50 50 60 60 60 60

k

20

20

20

20

О

О

20

20

20

20

5/25 3/15 6/30 2/10 7/35

-/-/5/25

5/25

5/25

5/25

0,5 1 2 3

5

10 20 30

150 160 172 150 175

Й5 155 165 165 165 165

173 188 200 188 190

160 172 192 193 192 190

150 160 170 160 170

130

135 164 165 163 163

Остается избыток ворса на краях транспортера При подаче ворса сверху При подаче ворса снизу Снижение вылета ворса То же

-ЧНаблюдается вылет ворса в обратную сторону

U1

о о о

ю

Uno

1 2

Ut

Изобретение относится к производству нетканых материалов способом электро- флокирования, в частности к непрерывному нанесению ворса на плоские, например, рулонные материалы. Цель изобретения - повышение плотности ворса на материале при одновременной равномерности его нанесения и сокращение потерь ворса. Цель достигается тем, что ворс подают в зону флокирования в плоскости флокируемого материала одновременно с ним между краями материала и зоны флокирования на пространстве шириной 15-30% ширины материала с каждой из сторон, а зона флокирования состоит из трех зон симметрично расположенных относительно плоскости симметрии флокатора, причем потенциал, подаваемый на высоковольтный электрод, в центральной зоне на 10-30% выше, чем в боковых зонах флокирования, а напряженность электрического поля по мере продвижения материала в зоне флокирования возрастает на 5-20%. Существенное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что верхний электрод состоит из трех секций, разделенных изолирующими элементами, и имеет в плоскости симметрии наклон 0,5-2° к плоскости нижнего электрода. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил, 1 табл. (Л

Фие.1 зо

- ни,

Фиг. 2

.. /

tftoe.J .