Электрокапиллярный метод получения волокнистых материалов.

Производительность и качество получаемых волокон (волокнистого слоя) в значительной степени определяются конструкцией капилляра и осадительного электрода.

В настоящее время существует и применяется большое количество разновидностей дозирующих капилляров:

• • коаксиальные капилляры, позволяющие получать двухслойные и полые волокна;
• • капилляры с газовым обдувом, обеспечивающие предельное расщепление волокон с гладкой поверхностью;
• • двух-трехкомпонентные капилляры, дающие возможность получать волокна из разных материалов;
• • многокапиллярные системы, с помощью которых можно смешивать волокна из разных материалов в желаемой пропорции;
• • пористые дозирующие устройства, обладающие высокой производительностью и др.

На рис. 6.11 [54, с. 29] представлена конструкция одноструйного (единичного) капилляра для промышленного получения волокнистых материалов электрокапиллярным методом. Главным элементом этой установки является сменная конусная головка 1 с капилляром 2, кольцевым выступом и двумя отверстиями. Конусная головка вставляется в полиэтиленовую трубку 3, соединенную с помощью трубки 5 с коллектором прядильного раствора 4. Верхний конец трубки 3 соединен с коллектором паровоздушной смеси 6. При параллельном подключении множества таких одноструйных капилляров (до 1000 и более штук) к коллекторам прядильного раствора и паро-воздушной смеси образуется общий капиллярный коллектор. Производительность единичного капилляра электрокапиллярного метода составляет от 0,03 до 1 см³/мин.

Осадительные электроды предназначены для формирования волокнистого слоя, т.е. они играют роль приемного механизма. Осадительные электроды должны обеспечивать возможность безопасного съема готовой продукции без остановки процесса электроформования и возможность непрерывной и равномерной укладки волокнистого слоя на поверхность. В настоящее время существует большое количество принципиальных схем осадительных электродов:

• • вращающийся барабан-коллектор, позволяющий получать ориентированные образцы большой площади;
• • вращающийся стержневой барабан, обеспечивающий получение высокоориентированных волокон;
• • транспортер-коллектор;

• • вращающийся трубчатый коллектор с ножевыми электродами, расположенными под ним;
• • параллельные электроды с легким съемом образцов волокон и т.д.

Рис. 6.11. Одноструйный капилляр со сменной конусной головкой:

1 — конусная головка: 2— капилляр: 3 — полиэтиленовая трубка для подачи паровоздушной смеси; 4 — коллектор прядильного раствора; 5— полиэтиленовая трубка для подачи раствора; 6 — коллектор паровоздушной смеси

Осадительные электроды могут совершать только вращательное движение или одновременно вращательное и возвратно-поступательное. Принципиальное устройство барабанных осадительных электродов, которые совершают одновременно вращательные и возвратнопоступательные движения, представлено на рис. 6.12 [54, с. 29].

Осадительные электроды представляют собой горизонтально расположенные полые металлические заземленные цилиндры 2, закрепленные на приводном валу 1. На поверхность цилиндров укладывается волокнистый слой. Опоры приводного вала цилиндров установлены на тележки, колеса которых 3 перемещаются по направляющим 4 с помощью цепного транспортера 5. Вращательное движение колес тележки через редуктор 6и цепные передачи /передается цилиндрам. Вся цепочка электродов непрерывно вращается и перемещается в формовочной камере вдоль двух неподвижных параллельных рядов одноструйных капилляров, объединенных в коллекторы 8. Направляющие 4 и транспортер 5 замыкаются в кольцо за пределами формовочной камеры, обеспечивая безопасность съема с электродов готовой волокнистой продукции. Возможна также подвеска электродов с индивидуальными приводами вращения.

Рис. В.12. Схема барабанных осадительных электродов, совершающих вращательное и возврато-поступательное движение относительно неподвижных капилляров:

• 1 — приводной вал осадительных электродов; 2 — осадительный электрод;
• 3 —колесо тележки; 4 — направляющие; 5 — цепной транспортер; 6 — редуктор;
• 7 — цепная передача; 8 — капиллярные коллекторы

Несмотря на относительную сложность конструкции и сравнительно большой вес, барабанный осадительный электрод обладает существенным преимуществом: получаемый на нем волокнистый слой имеет отклонения толщины и заданных функциональных и эксплуатационных свойств волокнистого слоя от средних значений обычно не более 2—3%.

Общий вид прядильной камеры с барабанными осадительными электродами представлен на рис. 6.13 [54, с. 30].

Другим вариантом технологического оформления электрокапил- лярного метода является использование движущегося горизонтального или вертикального транспортера с проводящей заземленной лентой, с одновременным качательным движением капилляров, что обеспечивает большую равномерность материала по толщине.

Рис. 6.13. Общий вид прядильной камеры с барабанными осадительными электродами

Устройство такого типа для изготовления нетканого материала представлено на рис. 6.14 [130, с. 121]. Установка содержит вентилируемую камеру, горизонтальный осадительный электрод-транспортер 1 с приводом 2, блоки волокнообразующих электродов 3, расположенные в камере над электродом-транспортером. Каждый блок электродов 3 закреплен на нижнем конце соответствующей диэлектрической штанги, верхний конец которой установлен в шарнирных опорах 4. Каждый блок электродов 3 имеет привод 7, сообщающий ему кача- тельное движение в направлении, перпендикулярном направлению перемещения электрода-транспортера 1. Устройство содержит также узел намотки готового материала 8. Блоки волокнообразующих электродов и электрод-транспортер 1 расположены в изолированной от земли вентилируемой камере (не показана), при этом электроды 3 соединены кабелем с расположенными вне камеры источником высокого напряжения. К емкости с раствором полимера (не показана) электроды присоединены с помощью эластичных трубопроводов.

Устройство работает следующим образом. Раствор полимера из емкости подается к капиллярам волокнообразующих электродов 3. Под действием гидростатического давления расплав вытекает с постоянной скоростью из капилляров. За счет действия электрического поля, создаваемого источником высокого напряжения между волокнообразующими электродами 3 и заземленным осадительным электродом-транспортером 1, расплав вытягивается в тонкие струйки. Эти струйки при движении высыхают, образуя полимерные волокна, которые осаждаются на осадительном электроде 1, образуя на нем волокнистый слой. Формирование волокнистого слоя осуществляется путем создания непрерывного качательного движения электродов 3 и движения транспортера 1. Сформированный материал наматывается на бобину приемно-намоточного механизма 8.

Рис. 6.14. Установка для изготовления нетканого материала:

1 — осадительный электрод-транспортер; 2— привод транспортера; 3 — волокнообразующий электрод; 4 — шарнирные опоры диэлектрической штанги; 5 — качающиеся штанги; 6 — эксцентрик; 7 — привод электродов; 8 — приемно-намоточное устройство

Волокнообразующие электроды могут быть сгруппированы в ряды, например, с шагом 10—30 мм и расстоянием между рядами 30—60 мм. Блоки электродов 3 могут быть установлены под углами 0—90° к направлению движения транспортера 1. Электроды 3 могут изменять направление своего перемещения. В настоящее время по электрока- пиллярному методу работают промышленные производства в России, Эстонии, Турции.

На рис. 6.15 [130, с. 125] представлен общий вид прядильной камеры с горизонтальным осадительным электродом.