Устройство для прерывистого окрашивания по длине пучка химических волокон

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕРЫВИСТОГО ОКРАШИВАНИЯ ПО ДЛИНЕ ПУЧКА ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Кузьменкова Наталья Владимировна Сементовская Елена Аркадьевна Марков Евгений Михайлович Гольдаде Виктор Антонович Рак Александр Васильевич Гореленко Александр Яковлевич Плиска Сергей Петрович Губарева Елена Георгиевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для прерывистого окрашивания по длине пучка химических волокон, содержащее пару гладких валков и зубчатый валок, шаг зубьев которого равен длине окрашиваемого участка пучка химических волокон, установленный над контртелом с зазором,обеспечивающим при нахождении участка пучка химических волокон между зубом и контртелом максимальную степень вытяжения химических волокон этого участка на выходе из зоны контакта для его окрашивания, при этом контртело выполнено в виде гладкого валка, который соединен с соплом, подающим струю красящей поверхностно-активной 18364 1 2014.06.30 жидкости в зону контакта зубчатого валка с гладким валком или дна ванны, которая соединена с узлом термостатирования и дозирования красящей поверхностно-активной жидкости, а скорость вращения пары гладких валков больше скорости вращения зубчатого валка. Устройство соответствует области технологического оборудования, предназначенного для крашения текстильных материалов жидкими красителями, в частности для прерывистого окрашивания химических волокон с образованием чередующихся по длине волокна окрашенных и неокрашенных участков. Область применения таких волокон - производство ценных бумаг для паспортов, удостоверений личности, бланков документов на предъявителя, специальных и акцизных марок, проездных билетов и билетов на посещение зрелищных мероприятий, сертификатов соответствия продукции (услуг), бланков рецептов, товарных этикеток, офисной бумаги с элементами защиты 1. К основе ценных бумаг предъявляются повышенные требования по механической прочности (должна выдерживать 2,5 тыс. двойных перегибов, иметь повышенную прочность на разрыв, быть стойкой к истиранию), несмачиваемости, устойчивости к размоканию в воде, короблению при высыхании, к воздействию агрессивных сред и др. 2. Для их удовлетворения в бумажную массу вводят измельченные (310 мм) природные и синтетические волокна, что впервые применила американская фирма , с 1879 г. поставляющая бумагу для печати долларов США. Второе назначение химических волокон в составе бумажной основы - защита ценных бумаг от подделок. Защитные волокна изготавливают по специальным технологическим регламентам, они должны удовлетворять специальным техническим требованиям 3. В число последних входят видимая (визуально или определяемая с помощью приборов УФ-, ИК-излучения) люминесценция волокон и наличие в бумажной основе не менее двух типов флуоресцирующих волокон 1, 3. Высокую степень защиты придают бумагам профилированные волокна, имеющие профиль поперечного сечения в виде многогранных геометрических фигур (треугольник,ромб и др.) 4. Экспертная оценка подлинности содержащих их бумаг состоит в установлении не менее двух углов зрения, позволяющих по отдельности обнаружить различную структуру или окраску разных граней волокна. Сложная и дорогостоящая технология изготовления таких волокон обусловила разработку альтернативных защитных волокон с прерывистой окраской. Это значит, что на длине волокна 310 мм находится несколько окрашенных и неокрашенных участков или участков, имеющих разный цвет. Для изготовления волокон с прерывистой окраской применяют изощренные технологии на волокна наносят маски, изолирующие волокно от контакта с красителем на участках, не подлежащих окрашиванию 5 волокна с определенным усилием скручивают в пряжу, которую окрашивают краской или пигментом и после сушки разрезают на короткие отрезки 6 подвергают двукратной вытяжке сначала в ванне с адсорбционно-активной жидкостью, содержащей краситель, а затем (после промывки водой) на воздухе 7. Эти способы включают много вспомогательных операций,которые осуществляются с помощью специального оборудования и конструктивно сложной оснастки. В текстильной промышленности для окрашивания волокон используют жидкостные ванны, которые для лучшего проникновения красителя в пучок волокон выполняют в виде вращающихся цилиндров 8, снабжают соплами, расположенными под определенным углом (10170) к направлению движения пучка 9. Устройство 10 реализует парофазный способ крашения, состоящий в переводе порошкового красителя в сублимированное состояние и пропускании волокон через камеру с насыщенным паром красителя. Недостатком этих устройств является то, что слой красителя осаждается с их помощью на поверхности волокон и легко смывается в процессе приготовления бумажной массы, а 2 18364 1 2014.06.30 флуоресценция волокон частично гасится уже в процессе отлива бумаги, т.к. в бумажной массе присутствуют кислотные компоненты. Рациональнее окрашивать волокна в процессе вытяжки, аналогично способу, приведенному в 7. В этом случае на поверхности волокна образуется сеть микротрещин (крейзов),в которые проникает жидкий краситель. Его частицы адсорбируются на свежеобразованных поверхностях крейзов. После окончания вытяжки микротрещины закрываются и волокно приобретает стабильную окраску, стойкую к воздействию агрессивных компонентов бумажной массы. Прототипом изобретения является устройство для крашения химических волокон,приведенное в 11. Оно выполнено в виде красильной ванны, снабженной набором питающих, погружных и выбирающих валков. Недостатки прототипа устройство не обеспечивает прерывистое окрашивание волокон,система валков не приспособлена для прерывистой вытяжки волокон с периодическим изменением степени вытяжки окрашивание волокон осуществляется в ванне с жидкостью, находящейся при высокой температуре (100 С). Задачи, на решение которых направлено изобретение 1) осуществить прерывистое по длине окрашивание волокон, когда окрашенные участки волокна чередуются с неокрашенными 2) использовать механизм крейзинга для окрашивания волокон жидкими красителями 3) обеспечить проникновение жидкого красителя, находящегося при комнатной температуре, в свободное пространство плотного пучка волокон. Поставленные задачи решаются тем, что известное устройство для крашения химических волокон, состоящее из валков, помещенных в ванну для окрашивания и вращающихся с разной скоростью, оснащено двумя наборами валков. Основной рабочий валок в первом наборе выполнен зубчатым с шагом зубьев, равным длине окрашенного участка волокна. Зона контакта зубчатого валка с контртелом, через которую проходит окрашиваемое волокно, находится в ванне с поверхностно-активной жидкостью, содержащей краситель. Контртелом для зубчатого валка служат сопряженные гладкие валок или опорная поверхность (дно ванны). Вариант изобретения предусматривает вместо ванны наличие гидравлического узла,подающего струю красящей поверхностно-активной жидкости в зону контакта зубчатого валка с контртелом. Сущность изобретения состоит в следующем. Точка вытяжки окрашиваемого химического волокна, в которой (при соответствующей степени вытяжки и смачивании волокна поверхностно-активной жидкостью) начинается образование крейзов, находится на выходе волокна из контакта зубчатый валок - контртело. Когда волокно прижато зубом к контртелу, степень вытяжки максимальна и достаточна для образования крейзов, поэтому участок волокна на выходе из контакта окрашивается благодаря захвату красителя крейзами. Если, скользя по контртелу, волокно находится в промежутке между зубьями, степень его вытяжки оказывается меньшей, чем необходимо для крейзообразования. В результате участок волокна между позициями, в которых волокно было прижато к контртелу соседними зубьями, остается неокрашенным. Важным достоинством технологии крейзинга является возможность модифицирования поверхностного слоя волокон красящими растворами при комнатной температуре, что существенно снижает энергоемкость процесса. На фиг. 1-5 приведены примеры реализации предложенного устройства фиг. 1 - схема устройства с контртелом в виде дна ванны фиг. 2 и 3 - позиции, в которых пучок волокон прижат зубом к контртелу и находится в промежутке между зубьями фиг. 4 - схема расположения на обработанном пучке волокон окрашенных и неокрашенных участков 3 18364 1 2014.06.30 фиг. 5 - схема устройства с контртелом в виде гладкого валка и орошением пучка волокон струей красящей жидкости. В устройстве на фиг. 1 волокна, подлежащие окраске, находятся на бобине 1. Пучок 2 волокон через направляющий ролик 3 пропущен в ванну 4 с жидкостью 5. С ванной соединен узел 6 подготовки, термостатирования и дозирования поверхностно-активной жидкости 5, содержащей краситель. Пучок 2 находится в ванне в зазоре между зубчатым валком 7 и дном ванны, служащим контртелом для зубчатого валка. Валок 7 вращается от независимого привода (не показан) со скоростью 1 и имеет шаг зубьев . Пучок 2 прижат к контртелу зубчатым валком регулируемым усилием 1 . Из ванны пучок волокон поступает в зазор между парой гладких валков 8 и 9. Валок 8 приводится во вращение со скоростью 21 с помощью регулируемого привода (не показан) и прижат к валку 8 с заданным усилием 21 . После выхода из пары валков 8-9 пучок волокон поступает на вращающуюся с переменной скоростью приемную бобину 10. Устройство работает следующим образом. Устанавливают бобину 1 и заправляют пучок 2 волокон в систему валков, как показано на фиг. 1, и закрепляют на бобине 10. Включают приводы валков 7, 8 и бобины 10. Регулируют усилия 1 и 2 и скорости 1 и 2 , устанавливая наибольшую степень вытяжки пучка волокон (соответствует позиции,когда пучок зажат между зубом валка 7 и дном ванны) 10, где 0 - минимальная степень вытяжки, при которой для выбранных химических волокон и смачивающей их поверхностно-активной жидкости начинается крейзообразование. Включают узел 6 подготовки поверхностно-активного красителя и устанавливают его нужный уровень в ванне 4. Пучок волокон 2, скользя по дну ванны 4, может находиться в двух крайних позициях. Когда волокна прижаты усилием 1 к дну зубом валка 7 (фиг. 2), степень их вытяжки 1 максимальна, на выходе волокон из контакта с зубом в жидкость 5 образуются крейзы, в которые проникает краситель, и этот участок волокон приобретает окраску. При вращении валка 7 возможна позиция, когда на его вертикальной оси внизу оказывается промежуток между зубьями (фиг. 3). Тогда усилие прижатия волокон к дну ванны 01 , соответственно степень вытяжки 20, крейзы не образуются и участок волокна, не прижатый зубом к дну ванны, не окрашивается. В результате такой обработки пучок волокон (фиг. 4) оказывается окрашенным на участках 11 длиной, чередующихся с неокрашенными участками 12 той же длины. На фиг. 5 приведен вариант конструкции устройства, когда с зубчатым валком 7 сопряжено контртело в виде гладкого валка 13. Для того чтобы пробить плотный пучок 2 волокон красящей поверхностно-активной жидкостью, используют сопло 14, нагнетающее струю 15 жидкости в зону контакта валков 7 и 13. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Предложенное устройство найдет применение на предприятиях, производящих компоненты и наполнители для ценных бумаг. Такое оборудование позволит автономно изготавливать добавляемые в бумажную массу синтетические волокна с применением выбранной системы защиты волокон. Источники информации 1. Постановление Правительства РФ от 11.11.2002 г.817. Об утверждении положения о лицензировании деятельности по изготовлению защищенной от подделок полиграфической продукции, в том числе бланков ценных бумаг. 2. СТБ 1153-99. Ценные бумаги и документы. Бумага для бланков ценных бумаг и документов. Общие технические требования. 3. РДРБ 02204.02-99. Средства защиты ценных бумаг и документов. Краски и волокна люминесцентные. Общие технические требования. 4 18364 1 2014.06.30 4. Патент 0112711, МПК 21 21/42, 2009. 5. Патент 2188268, МПК 21 21/42,42 15/00,41 3/14, 2002. 6. Патент 2190716, МПК 21 21/40,44 1/12, 2002. 7. Патент 2217543, МПК 21 21/40, 21/4242 15/00,44 1/12, 2003. 8. Патентная заявка 4952796/12, МПК 06 11/00, 1994. 9. Патентная заявка 95118569/12, МПК 06 3/12, 1997. 10. Пейсахович А.А., Павутницкий В.В. Парофазный способ крашения синтетических швейных ниток и пряжи // Текстильная промышленность. - 2010. -4. - С. 34-36. 11. Заявка 94031444, МПК 06 3/54, 1996 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5