Устройство для модифицирования химических волокон

(51)01 5/08, 10/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Борисевич Инна Витальевна Сыцко Валентина Ефимовна Храмцов Сергей Николаевич Гисак Владимир Викторович Ананьева Людмила Алексеевна Игнатовская Людмила Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для модифицирования химических волокон, содержащее прядильный узел и узел вытяжки волокон, снабженный системой трубопроводов, которые соединены со всасывающей камерой вентилятора, отличающееся тем, что на участке вытяжки до 9126 1 2007.04.30 линии отверждения потока волокон, истекающих вниз вдоль образующих конуса, установлены трубчатые питатели, которые снабжены щелями вдоль образующих трубок, сообщающими полость трубок с пространством вблизи волокон, с внутренней стороны пучка волокон установлены трубчатые приемники, в которых выполнены щели, расположенные напротив щелей трубчатых питателей, а вентилятор сообщен с источником порошкообразного модификатора волокон и соединен нагнетательными трубопроводами с полостью трубчатых питателей, а всасывающими трубопроводами - с полостью трубчатых приемников. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поток волокон, истекающих вниз вдоль образующих конуса, охвачен первым трубчатым тороидным питателем, который сопряжен с трубчатым приемником в виде воронки, установленной внутри образованного волокнами конуса, при этом второй трубчатый тороидный питатель расположен внутри потока волокон и сопряжен с трубчатым тороидным приемником, смонтированным снаружи потока волокон, а центробежный вентилятор, сообщенный с источником порошкообразного модификатора волокон, соединен нагнетательными трубопроводами с полостью трубчатых тороидных питателей, а всасывающими трубопроводами - с полостью трубчатых приемников. Изобретение относится к области производства химических волокон, формируемых путем выдавливания вязкотекучего полимерного материала через фильеру, ориентационной вытяжки и отверждения волокон, совмещенных с их физическим модифицированием целевыми добавками. Операцию придания волокнам дополнительных функциональных свойств часто осуществляют на стадии, предшествующей их отверждению, сразу после выдавливания волокон через фильеру. В этот период их обрабатывают модифицирующими веществами, которые могут находиться в любой фазе. Эту операцию выполняют с помощью разнообразных устройств, конструкция которых определяется видом волокон, технологией их получения и природой модификатора. Известно осадительное устройство для прядильной головки 1. Оно выполнено в виде системы трубок, через каждую из которых проходит группа струек прядильного раствора,выдавливаемых из отверстий фильеры. В трубки подается осадительное средство, под действием которого струйки превращаются в волокна. Устройство имеет узкое применение. Оно предназначено для работы с жидким модифицирующим агентом и с полимерными волокнами, формируемыми из прядильного раствора. Устройство для сухого прядения 2 состоит из камеры, в которой симметрично установлены трубки охлаждения. Через них проходят струйки полимерного раствора, выдавливаемые их отверстий фильеры. В центре камеры размещен канал для нагнетания инертного газа. Потоки газа охлаждают трубки и вытекают из камеры через фильтрующие вставки, вытягивая и переплетая волокна. Модифицирование волокон с помощью такого устройства может быть осуществлено только веществами, находящимися в газовой фазе. Прототипом изобретения является прядильная машина 3. Она содержит группу прядильных мест. Каждое из них снабжено вытяжным прибором, который установлен между прядильным устройством и емкостью для полученной прядением волокнистой ленты. К вытяжным приборам подведены всасывающие трубопроводы, соединенные каналами с источником разрежения. Эта система обеспечивает одинаковые аэродинамические условия работы вытяжных приборов. Недостатки прототипа устройство не содержит элементов конструкции, позволяющих осуществлять модифицирование волокон целевыми добавками 2 9126 1 2007.04.30 пневматическая система устройства состоит только из отсасывающих трубопроводов и не является замкнутой, что снижает ее КПД устройство не соответствует современной тенденции совмещения операций вытяжки и поверхностного модифицирования волокон. Задачи, на решение которых направлено изобретение 1) придать волокнам дополнительные функциональные свойства (фунгицидность, инсектицидность и др.) с помощью твердых дисперсных модификаторов 2) повысить интенсивность охлаждения волокон, формируемых методами экструзии 3) снизить технологические потери порошковых модификаторов с помощью замкнутых систем циркуляции газо-порошковых потоков. Поставленные задачи решаются тем, что известное устройство для прядения химических волокон, содержащее прядильный узел и узел вытяжки волокон, снабженный системой трубопроводов, которые соединены со всасывающей камерой вентилятора, содержит новые элементы конструкции, объединенные новыми схемами взаимодействия. На участке вытяжки до линии отверждения потока волокон, истекающих вниз вдоль образующих конуса, установлены трубчатые питатели. В них выполнены щели, сообщающие полость трубки с пространством вблизи волокон. Каждый питатель сопряжен с трубчатым приемником, который установлен с противоположной стороны пучка волокон и тоже имеет щель, расположенную напротив щели питателя. Пары питатель-приемник соединены трубопроводами с вентилятором, который в свою очередь сообщается с источником порошкообразного модификатора волокон. Нагнетательные трубопроводы вентилятора соединены с питателями, а всасывающие - с приемником. Вариант изобретения состоит в том, что поток волокон, истекающих вниз вдоль образующих конуса, охвачен первым тороидным питателем, который сопряжен с трубчатым приемником в виде воронки, установленной внутри конуса, образованного волокнами. Второй трубчатый тороидный питатель тоже расположен внутри потока волокон и сопряжен с трубчатым тороидным приемником, смонтированным снаружи потока волокон. Центробежный вентилятор сообщен с источником порошкообразного модификатора волокон и соединен нагнетательными трубопроводами с полостью трубчатых тороидных питателей, а всасывающими - с полостью трубчатых приемников. Сущность изобретения состоит в том, что полимерные волокна, находящиеся в вязкотекучем состоянии, подвергаются аэродинамическому воздействию газопорошкового потока, несущего твердые частицы модификатора. Последние соударяются с волокнами,внедряются в них и при отверждении волокон закрепляются адгезионно-механически. Это позволяет модифицировать именно поверхность волокон, а не наполнять полимерный материал волокон частицами модификатора. В результате прочность волокон остается такой же, как до модифицирования, но они приобретают новые свойства, присущие модификатору. Приведем примеры предложенной конструкции. На фиг. 1 показана схема устройства с двумя питателями, установленными снаружи и внутри конусообразного потока волокон. На фиг. 2 и 3 изображен вид сверху на пары питатель-приемник, приведенные на схеме фиг. 1 фиг. 2 - верхняя пара питатель-воронка, фиг. 3 - нижняя пара торообразных питателя и приемника. На фиг. 1 видно, что полимерные волокна 1 выдавливаются из фильерных отверстий 2 в экструзионной головке 3. Поток волокон движется вниз вдоль образующих конической поверхности. Ее охватывает полый тороидный питатель 4, снабженный сквозным кольцевым разрезом 5 с внутренней стороны тора. Внутри конической поверхности, образованной волокнами, установлена воронка 6. Ее полость расположена напротив и ниже разреза 5. Выходное отверстие 7 воронки сообщается посредством всасывающего трубопровода 8 с вакуумным патрубком центробежного вентилятора 9. Нагнетательный трубопровод 10 последнего соединен с торообразным полым питателем 4. Центробежный вентилятор 9 сообщен с источником 11 порошкообразного модификатора волокон. 3 9126 1 2007.04.30 Ниже первой пары питатель-воронка, но выше линии А-А кристаллизации волокон расположена вторая пара тороидных питателя и приемника. Тороидный трубчатый питатель 12 размещен внутри конуса, образованного волокнами 1. В наружной стенке питателя имеется кольцевая щель 13. Он сопряжен с тороидным полым приемником 14, который установлен снаружи конической поверхности, образованной волокнами. На внутренней стенке приемника выполнена кольцевая щель 75. Центробежный вентилятор 9, сообщенный с источником 11 модификатора, соединен нагнетательным трубопроводом 10 с питателем 12, а всасывающим трубопроводом 8 - с приемником 14. На фиг. 2 показана схема сопряжения нагнетательного трубопровода 10 с верхним питателем 4. Видно, что трубопровод 10 соединен с патрубками 16, расположенными по касательной к наружной поверхности тора. На фиг. 3 изображена схема подсоединения нижней пары питатель-приемник к центробежному вентилятору 9. Нагнетательный трубопровод 10 сообщается с патрубками 17,которые закреплены на нижней поверхности питателя по касательным к внутренней поверхности тора и под одинаковыми углами к его плоскости. Патрубки 18, смонтированные по касательным к наружной поверхности тороидного приемника 14, соединены со всасывающим трубопроводом 8. Устройство работает следующим образом. Запускают прядильный узел, и из фильерных отверстий 2 в экструзионной головке 3 выдавливаются волокна 1, поток которых движется вниз вдоль образующих конической поверхности. Включают центробежные насосы 9 и источники 11 порошкообразного модификатора волокон. Газо-порошковые потоки модификатора транспортируются по нагнетательным трубопроводам 10 и через патрубки 16 и 17 поступают в полости тороидных питателей 4 и 12. Под действием центробежных сил газопорошковая смесь выбрасывается через кольцевые щели 5 и 13 в стенках питателей в виде плоских круговых потоков 19 и 20. Твердые частицы модификатора динамически контактируют с волокнами 1, находящимися выше линии кристаллизации А-А в вязкотекучем состоянии, внедряются в них и после кристаллизации полимера адгезионно закрепляются в волокнах. Потоки 19 и 20, направленные навстречу друг другу, обеспечивают закрепление частиц практически на всей поверхности волокон. Частицы модификатора, унесенные газовыми потоками 19 и 20 через промежутки между волокнами, поступают в воронку 6, а через кольцевую щель 15 - в полость тороидного приемника 14. Попавшие в воронку частицы под действием силы тяжести ссыпаются по стенкам в отверстие 7 и поступают во всасывающий трубопровод 8, по которому под действием разрежения транспортируются в вакуумную камеру центробежного вентилятора 9. Частицы, внесенные в полость тороидального приемника 14, вовлекаются в круговое движение газовыми потоками, истекающими через патрубки 18. По всасывающему трубопроводу 8 они также поступают в вентилятор 9. Таким образом, в устройстве действуют два замкнутых цикла циркуляции модификатора 1) центробежный вентилятор 9 - нагнетательный трубопровод 10 - питатель 4 - воронка 6 - всасывающий трубопровод 8 - вентилятор 9 2) вентилятор 9 - трубопровод 10 - питатель 12 - приемник 14 - трубопровод 8 вентилятор 9. Замкнутые циклы обусловливают минимальные технологические потери порошкового модификатора. Устройство может быть реализовано во множестве конструкций, отличающихся количеством пар питатель-приемник, их формой, расположением патрубков 16-18 и другими вторичными признаками. С помощью предложенного устройства можно значительно расширить номенклатуру веществ, используемых в качестве модификаторов волокон. Так, наполнение полимерных волокон некоторыми неорганическими бактерицидами, в частности оксидами и солями металлов, не всегда приводит к успеху из-за химического взаимодействия металлических соединений и полимерных расплавов. Химически связанные с макромолекулами ионы ме 4 9126 1 2007.04.30 таллов теряют свои бактерицидные свойства. Кроме того, наполнение модификаторами,как правило, обусловливает снижение прочности волокон. Поверхность волокон можно модифицировать твердыми частицами любой природы без утраты последними бактерицидных свойств, а волокнами - присущей им прочности. Качество волокон, формируемых из расплавов полимеров, в значительной мере определяется процессом охлаждения волокон. Теплообмен между волокнами, находящимися в вязкотекучем состоянии и соударяющимися с ними, твердыми частицами модификаторов происходит более интенсивно, чем при традиционном обдувании волокон потоками газа. Предложенное устройство расширяет возможности регулирования режимов затвердевания волокон. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Предложенное устройство найдет применение в промышленности химических волокон, современной тенденцией производства которых является придание волокнам бактерицидности и других дополнительных функциональных свойств. Источники информации 1. Патент 10060876, МПК 01 5/06, 2002. 2. Патент 3268477, МПК 01 5/04, 2002. 3. Патент 10041363, МПК 01 Н 1/02, 2002 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5