RU2171867C2 - Method and apparatus for collecting fibers drawn by gas flow from carbonaceous resin - Google Patents
Method and apparatus for collecting fibers drawn by gas flow from carbonaceous resin Download PDFInfo
- Publication number
- RU2171867C2 RU2171867C2 RU96121939/04A RU96121939A RU2171867C2 RU 2171867 C2 RU2171867 C2 RU 2171867C2 RU 96121939/04 A RU96121939/04 A RU 96121939/04A RU 96121939 A RU96121939 A RU 96121939A RU 2171867 C2 RU2171867 C2 RU 2171867C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- gas stream
- fibers
- venturi
- diffusion chamber
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 177
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims abstract description 26
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 37
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 94
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000009998 heat setting Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012453 solvate Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
Abstract
Description
В настоящем изобретении предлагается способ и устройство для собирания и укладки вытягиваемых потоком газа волокон, которые практически не имеют перегибов и перекручиваний. Кроме того, в настоящем изобретении предлагается способ и устройство для собирания волокон в практически неперепутанную или двумерную конфигурацию. The present invention provides a method and apparatus for collecting and stacking fibers pulled by a gas stream that are substantially free of kinks and kinks. In addition, the present invention provides a method and apparatus for collecting fibers in a substantially unmixed or two-dimensional configuration.
Способы и устройства для вытягивания волокон потоком газа хорошо известны. Как известно, материал, из которого получают волокна, нагревается до температуры, при которой он становится текучим. Затем этот материал пропускают, обычно под давлением, через формующую головку, которая имеет одно или несколько капиллярных отверстий. На выходе из капилляра из материала получается волокно. На вышедшее из капилляра волокно воздействуют средством для вытягивания, которое обычно представляет собой газ. Средство для вытягивания растягивает или натягивает волокно, увеличивая его длину и уменьшая диаметр. Methods and devices for drawing fibers by a gas stream are well known. As you know, the material from which the fibers are obtained is heated to a temperature at which it becomes fluid. This material is then passed, usually under pressure, through a forming head that has one or more capillary holes. At the exit of the capillary from the material, fiber is obtained. The fiber emerging from the capillary is exposed to a drawing means, which is usually a gas. The stretching agent stretches or pulls the fiber, increasing its length and decreasing the diameter.
Для изготовления вытягиваемых потоком газа волокон используются различные типы формующих головок. Обычно для этой цели используют угловые и щелевые головки. Угловые и щелевые головки отличаются по типу направления вытягивающего волокно газа на выходящее из головки волокно. Настоящее изобретение в этом отношении относится ко всем типам формующих головок с вытягиванием волокна потоком газа. Various types of forming heads are used to make fibers pulled by the gas stream. Typically, angle and slotted heads are used for this purpose. Angle and slotted heads differ in the type of direction of the fiber drawing gas to the fiber exiting the head. The present invention in this regard relates to all types of forming heads with fiber drawing by a gas stream.
В известных способах вытяжки вытянутые волокна после удлинения попадают на подложку. В зависимости от состава материала волокон последние при этом получаются в той или иной степени изогнутыми или скрученными и хаотически собираются друг с другом в один трехмерный пучок. Одной из главных причин, от которых это зависит, является возникновение турбулентности в потоке вытягивающего волокно газа. In known methods of drawing elongated fibers after elongation fall on the substrate. Depending on the composition of the material of the fibers, the latter are obtained to one degree or another curved or twisted and randomly assembled with each other into one three-dimensional bundle. One of the main reasons this depends on the occurrence of turbulence in the flow of fiber-drawing gas.
Таким образом, в настоящем изобретении предлагается способ и устройство для укладки и собирания по существу прямых вытягиваемых потоком газа волокон. Кроме того, предлагаемые в настоящем изобретении способ и устройство предусматривают относительно двумерное собирание волокон практически без их перепутывания друг с другом. Thus, the present invention provides a method and apparatus for stacking and collecting substantially straight fibers pulled by a gas stream. In addition, the method and apparatus of the present invention provide for relatively two-dimensional collection of fibers with little or no confusion with each other.
В настоящем изобретении предлагаются способ и устройство для укладки и собирания вытягиваемых потоком газа волокон. В соответствии с предлагаемым в настоящем изобретении способом вытягиваемый в волокно материал нагревают до температуры, достаточной для того, чтобы он стал текучим. После достижения требуемой температуры материал под давлением пропускают через формующую головку с вытягиванием волокон потоком газа. После прохождения материала под давлением через капиллярное отверстие головки из него получается волокно. Полученные волокна вытягиваются за счет воздействия на них средством для вытягивания. Обычно в качестве такого средства используется поток газа. The present invention provides a method and apparatus for stacking and collecting fibers pulled by a gas stream. In accordance with the method of the present invention, the material being pulled into the fiber is heated to a temperature sufficient to make it flowable. After reaching the required temperature, the material under pressure is passed through the forming head with the drawing of fibers by a gas stream. After passing the material under pressure through the capillary hole of the head, fiber is obtained from it. The resulting fibers are drawn by exposing them to a drawing agent. Typically, a gas stream is used as such a means.
Хотя указанные выше операции хорошо известны в технике, тем не менее в настоящем изобретении предлагаются способ и устройство, позволяющие исключить изгиб, перекручивание и спутывание вытягиваемых потоком газа волокон. В соответствии с предлагаемым в настоящем изобретении способом волокна после первоначальной вытяжки попадают в зону термоотверждения и проходят через нее. Во избежание образования изгибов и перекручиваний волокно в этой зоне должно быть прямым. Although the above operations are well known in the art, the present invention nonetheless provides a method and apparatus for eliminating bending, twisting and tangling of fibers pulled by a gas stream. In accordance with the method of the invention, the fibers, after the initial drawing, enter the heat-setting zone and pass through it. To avoid bending and twisting, the fiber in this area should be straight.
По настоящему изобретению относительно прямолинейная форма волокна во время термоотверждения обеспечивается натяжением волокна, уменьшающим или полностью нейтрализующим влияние турбулентности. В предпочтительном варианте изобретения натяжение волокна создается за счет воздействия на него в процессе термоотверждения вторым потоком газа. Второй поток газа воздействует на волокно либо до, либо после, либо во время вхождения волокна из трубки Вентури. Поскольку скорость газа второго потока превышает скорость движения волокна, то волокно за счет этого остается относительно прямым вплоть до его окончательного термоотверждения. В зависимости от места подвода второго потока газа, скорости и свойств материала, из которого получают волокно, второй поток газа может в той или иной степени обеспечить дальнейшее удлинение волокна. На этой стадии процесса получаемое волокно по существу является полностью термоотвержденным и практически не имеет изгибов и перекручиваний. According to the present invention, the relatively rectilinear shape of the fiber during thermosetting is provided by the tension of the fiber, which reduces or completely neutralizes the effect of turbulence. In a preferred embodiment of the invention, the tension of the fiber is created by exposing it to a second gas stream during thermosetting. A second gas stream acts on the fiber either before, after, or during entry of the fiber from the venturi. Since the gas velocity of the second stream exceeds the velocity of the fiber, the fiber due to this remains relatively straight up to its final thermoset. Depending on the location of the second gas stream, the speed and properties of the material from which the fiber is obtained, the second gas stream can, to one degree or another, provide further elongation of the fiber. At this stage of the process, the resulting fiber is essentially completely thermoset and has virtually no bends or twists.
Второй поток газа может представлять собой поток газа, жидкости или даже пара. Кроме того, второй поток газа может представлять собой не один, а несколько отдельных потоков газа. В дальнейшем, однако, говоря о составе и количестве потоков, которые создают натяжение волокна, имеется в виду второй газовый поток или второй поток газа. The second gas stream may be a stream of gas, liquid, or even steam. In addition, the second gas stream may be not one but several separate gas streams. In the future, however, speaking of the composition and number of streams that create the tension of the fiber, we mean a second gas stream or a second gas stream.
В изобретении под зоной термоотверждения понимается участок, где происходит термоотверждение волокна. Зона термоотверждения расположена на участке, который непосредственно примыкает к выходу из капилляра и отходит на некоторое расстояние от него. Фактическая протяженность зоны термоотверждения зависит от режима вытягивания волокон, температуры второго потока газа и природы сырья. Зона термоотверждения может находиться в пределах трубки Вентури; однако обычно она не находится за ее пределами. In the invention, by the heat-curing zone is meant the area where the heat-curing of the fiber takes place. The thermosetting zone is located on a site that is directly adjacent to the exit of the capillary and moves away at a certain distance from it. The actual length of the curing zone depends on the fiber drawing mode, the temperature of the second gas stream, and the nature of the feed. The curing zone may be within the venturi; however, it is usually not outside of it.
После выхода из трубки Вентури волокна попадают в диффузионную камеру или участок. В диффузионной камере происходит диссипация потока вытягивающего волокна газа. За счет этого в соответствии с настоящим изобретением уменьшается перепутывание волокон при их собирании на расположенной под диффузионной камерой и предназначенной для укладки волокон подложке. After exiting the venturi, the fibers enter the diffusion chamber or section. In the diffusion chamber, the flow of the gas drawing fiber is dissipated. Due to this, in accordance with the present invention, the entanglement of the fibers is reduced when they are collected on a substrate located under the diffusion chamber and intended for laying the fibers.
По настоящему изобретению предлагается, кроме того, устройство для изготовления сравнительно прямых вытягиваемых потоком газа волокон. Это устройство также обеспечивает собирание волокон практически без всякого перепутывания их друг с другом. Устройство имеет трубку Вентури, диффузионную камеру или участок и подложку для укладки или собирания волокон. The present invention also provides a device for manufacturing relatively straight fibers pulled by a gas stream. This device also provides the collection of fibers with virtually no confusion with each other. The device has a venturi, diffusion chamber or section and a substrate for laying or collecting fibers.
Как известно, формующая головка с вытягиванием волокон потоком газа имеет по крайней мере одно формирующее волокно капиллярное отверстие. Обычно количество капилляров в головке ограничивается только экономическими соображениями. Кроме того, формующая головка с вытяжкой волокон потоком газа имеет устройство для направления потока газа на выходящие из капилляров волокна. As you know, the forming head with the extraction of fibers by a gas stream has at least one fiber forming capillary hole. Typically, the number of capillaries in a head is limited only by economic considerations. In addition, the forming head with fiber exhaust gas flow has a device for directing the gas flow to the fibers leaving the capillaries.
По настоящему изобретению под формующей головкой располагается трубка Вентури. Эта трубка имеет сквозное отверстие, в которое попадает вышедшее из капилляра волокно. Трубка Вентури может иметь устройство для создания вытягивающего волокно второго потока газа. Альтернативно этому для создания второго потока газа можно использовать внешнее устройство, которое направляет второй поток газа вдоль находящегося в трубке Вентури волокна. Второй поток газа удерживает термоотверждающееся волокно в относительно прямом состоянии. Кроме того, второй поток газа дополнительно вытягивает волокно. Источником второго потока газа может быть воздуходувка, вакуумный насос или другое создающее поток газа устройство. According to the present invention, a venturi is located under the forming head. This tube has a through hole in which the fiber emerging from the capillary enters. The venturi may have a device for creating a fiber-drawing second gas stream. Alternatively, an external device can be used to create a second gas stream, which directs the second gas stream along the fibers in the venturi. A second gas stream holds the thermoset fiber in a relatively straight state. In addition, the second gas stream further draws the fiber. The source of the second gas stream may be a blower, a vacuum pump, or other gas stream generating device.
Диффузионная камера или зона расположена под трубкой Вентури и/или рядом с ней. Диффузионная камера обеспечивает диссипацию потока газа без перепутывания волокон. При наличии диффузионной камеры волокна без перепутывания попадают и собираются на подложке. Получаемые и собираемые с помощью такого устройства волокна являются относительно прямыми и неперепутанными. Диффузионную камеру или участок можно выполнить как часть трубки Вентури или в виде отдельного устройства, расположенного рядом с трубкой Вентури. A diffusion chamber or zone is located under and / or adjacent to the venturi. The diffusion chamber provides gas flow dissipation without entangling the fibers. In the presence of a diffusion chamber, fibers without entanglement fall and collect on the substrate. The fibers obtained and collected by such a device are relatively straight and not mixed. The diffusion chamber or section can be performed as part of a venturi or as a separate device located next to the venturi.
Предлагаемое в настоящем изобретении устройство можно также снабдить вытяжным каналом. Вытяжной канал расположен рядом с диффузионной камерой и снабжен подложкой. Форма выполнения подложки может быть различной, в том числе в виде транспортерной ленты для осуществления непрерывного процесса производства волокон. Предпочтительно подложку выполнить пористой с возможностью прохождения газа через нее при нахождении на ней волокон. Proposed in the present invention, the device can also be equipped with an exhaust duct. The exhaust duct is located next to the diffusion chamber and is provided with a substrate. The form of the substrate can be different, including in the form of a conveyor belt for the continuous process of fiber production. Preferably, the substrate is porous with the possibility of gas passing through it while the fibers are on it.
В устройстве по настоящему изобретению также можно предусмотреть наличие вакуум-насоса, соединенного с вытяжным каналом. Создаваемое в вытяжном канале с помощью вакуум-насоса разряжение способствует собиранию волокон в двумерный формат. В одном из вариантов изобретения вакуум-насос обеспечивает прокачку через трубку Вентури такого количества воздуха или газа, которое достаточно для поддержания прямолинейной конфигурации волокон. И, наконец, соединив вакуум-насос с формующей головкой, можно использовать создаваемое им давление для образования всего или части используемого в процессе вытяжки волокна первого потока газа. The device of the present invention can also provide for the presence of a vacuum pump connected to the exhaust duct. The vacuum created in the exhaust duct by means of a vacuum pump facilitates the collection of fibers in a two-dimensional format. In one embodiment of the invention, the vacuum pump provides for pumping through the venturi such an amount of air or gas that is sufficient to maintain a rectilinear configuration of the fibers. And finally, by connecting the vacuum pump to the forming head, you can use the pressure it creates to form all or part of the first gas stream used in the fiber drawing process.
На фиг. 1 показан боковой разрез предлагаемого в изобретении устройства, включающего формующую головку, трубку Вентури, диффузионную камеру, вытяжной канал и подложку для укладки волокон. In FIG. 1 shows a side section of a device according to the invention, including a forming head, a venturi, a diffusion chamber, an exhaust duct and a fiber-laying substrate.
На фиг. 2 показан боковой разрез предпочтительного варианта трубки Вентури и диффузионной камеры. In FIG. 2 shows a side section of a preferred embodiment of a venturi and diffusion chamber.
На чертежах показано предлагаемое в настоящем изобретении устройство 10 для вытягивания и собирания относительно прямых волокон в относительно неперепутанный двумерный формат. Устройство 10 состоит из головки 20 для формирования вытягиваемых потоком газа волокон, трубки Вентури 40, диффузионной камеры 60 и подложки 65 для укладки волокон. Предлагаемое в настоящем изобретении устройство может иметь вытяжную камеру 80 и устройство для создания потока движущегося газа (не показано). В качестве такого устройства можно использовать вакуум-насос, воздуходувку или другое предназначенное для этой цели устройство. The drawings show a device 10 according to the present invention for drawing and collecting relatively straight fibers into a relatively non-mixed two-dimensional format. The device 10 consists of a head 20 for forming fibers pulled by a gas stream, a
Как известно, для вытягивания волокон материал, из которого они получаются, необходимо нагреть до температуры, достаточной для его прохождения через капиллярное отверстие. Устройство для нагревания вытягиваемого в волокно материала можно расположить либо вне формующей головки, либо внутри нее. Поскольку способы и устройства для вытягивания потоком газа хорошо известны, то они подробно не описаны. Такие способы и устройства подробно описаны в патентах США 3755527; 4526733; 4818463 и в статье "Superfine Thermoplastic Fibers", Van A. Wente, Industrial Engineering Chemistry, т. 48, стр. 1342 (1956), которые включены в настоящее описание в качестве ссылок. As is known, in order to draw the fibers, the material from which they are obtained must be heated to a temperature sufficient for it to pass through the capillary hole. A device for heating the material pulled into the fiber can be positioned either outside the forming head or inside it. Since methods and devices for drawing a gas stream are well known, they are not described in detail. Such methods and devices are described in detail in US patent 3755527; 4,526,733; 4818463 and in the article "Superfine Thermoplastic Fibers", Van A. Wente, Industrial Engineering Chemistry, T. 48, p. 1342 (1956), which are incorporated herein by reference.
Под формующей головкой 20 расположена трубка Вентури 40. Обычно трубка Вентури 40 имеет длину около четырнадцати дюймов или меньше. В зависимости от исходного сырья, из которого изготавливают волокно, трубку Вентури 40 и формующую головку 20 можно выполнить либо в виде одного блока, либо в виде двух отдельных состыкованных друг с другом устройств. Предпочтительно, однако, между головкой 20 и трубкой Вентури 40 оставить некоторое свободное пространство, образованное отверстием 27. Протяженность отверстия 27 зависит от таких факторов, как определяющие способность к термоотверждению свойства вытянутого волокна и степень его охлаждения вторым потоком газа. Обычно отверстие 27 имеет протяженность приблизительно от 0,25 до 100 дюймов. В том случае, например, когда волокна вытягиваются из сольватированной мезофазной смолы, протяженность отверстия составляет приблизительно от двух до четырех дюймов. Однако для других видов сырья протяженность отверстия может даже превышать 100 дюймов. Приготовление сольватированной мезофазной смолы описано в патенте США 5259947 и в заявке на патент США 08/135204, поданной 12 октября 1993 г. и озаглавленной "Усовершенствованный способ приготовления сольватированной мезофазной смолы", которые включены в настоящее описание в качестве ссылок. A
Для углеродистого волокна, вытягиваемого из сольватированной мезофазной смолы, участок между формующей головкой и трубкой Вентури является обычно зоной термоотверждения волокна. Однако для некоторых волокон их термоотверждение может происходить и внутри трубки Вентури. Как отмечено выше, зона термоотверждения представляет собой участок, где волокно становится термоотвержденным. For carbon fiber drawn from a solvated mesophase resin, the area between the forming head and the venturi is usually a heat-curing zone of the fiber. However, for some fibers, their curing can also occur inside the venturi. As noted above, the thermoset zone is the area where the fiber becomes thermoset.
Трубка Вентури 40 имеет канал 42, проходящий по всей ее длине. Канал 42 имеет первый открытый конец 41 и второй открытый конец 43. Канал 42 находится под капилляром 22 и в него поступают вытягиваемые волокна. Трубка Вентури 40 может иметь два или более сопла 44 и 45, через которые на проходящие через канал 42 вытягиваемые волокна направляется поток газа. Сопла 44 и 45 можно выполнить либо выступающими в канал 42, либо заподлицо с его стенками. Сопла 44 и 45 сообщаются с коллектором 46, расположенным внутри трубки Вентури 40. В коллектор 46 сжатый газ подается по каналу 47 от внешнего источника (не показан). The
В предпочтительном варианте и, в частности, когда волокна вытягиваются из сольватированной мезофазной смолы, устройство 10 расположено внутри герметичной камеры (не показана) с нейтральной атмосферой. При вытягивании волокон из сольватированной мезофазной смолы герметичную камеру целесообразно заполнить инертным газом, например, азотом. Кроме того, в предпочтительном варианте конструкции целесообразно подавать сжатый газообразный азот в трубку Вентури 40 через ее открытый конец 41. Газ вместе с вытягиваемым волокном попадает внутрь трубки и образует второй поток газа, который физически стабилизирует волокна до их окончательного термоотверждения. При этом второй поток газа, проходящий вместе с волокном через трубку Вентури 40, натягивает волокно и уменьшает или нейтрализует эффект влияния на волокно турбулентности, которая в той или иной степени является причиной возникновения в волокне перегибов и перекручиваний. Кроме того, в этом предпочтительном варианте, как показано на фиг. 2, отпадает необходимость в размещении внутри трубки Вентури сопел 44 и 45, коллектора 46 и канала 47. In a preferred embodiment, and in particular when the fibers are drawn from the solvated mesophase resin, the device 10 is located inside a sealed chamber (not shown) with a neutral atmosphere. When pulling the fibers from the solvated mesophase resin, it is advisable to fill the sealed chamber with an inert gas, for example, nitrogen. In addition, in a preferred embodiment, it is advisable to supply compressed gaseous nitrogen to the
Под трубкой Вентури 40 расположена примыкающая к ней диффузионная камера или участок 60. В диффузионной камере 60, в которую из канала 42 поступает термоотвержденное волокно, происходит диссипация потока газа. Как показано на чертеже, диффузионная камера 60 имеет внутренний канал 62, площадь поперечного сечения которого постепенно увеличивается от первого открытого конца 63, примыкающего к каналу 42, ко второму открытому концу 64. Такое постепенное увеличение площади поперечного сечения канала вокруг проходящего через диффузионную камеру 60 волокна обеспечивает диссипацию скорости и кинетической энергии потока газа. Такая постепенная диссипация энергии второго потока газа минимизирует и практически исключает возникновение турбулентности вокруг волокна. A diffusion chamber or
Очевидно, что такой же эффект может быть достигнут и другими конструктивными решениями, в частности путем выполнения диффузионной камеры с постоянным поперечным сечением и постепенно по мере своей протяженности сообщающейся с атмосферой. Примерами таких камер могут служить сетчатые или перфорированные камеры. Кроме того, настоящее изобретение предусматривает выполнение трубки Вентури и диффузионной камеры в виде одного общего блока. Помимо этого в ряде случаев может возникнуть необходимость обеспечить нагрев стенок диффузионной камеры 60 во избежание конденсации на них мономера и/или используемого для вытягивания волокон или сольватирования смолы растворителя. Obviously, the same effect can be achieved by other constructive solutions, in particular, by making a diffusion chamber with a constant cross section and gradually communicating with the atmosphere as it extends. Examples of such chambers are mesh or perforated chambers. In addition, the present invention provides a venturi and a diffusion chamber as one common unit. In addition, in some cases it may be necessary to heat the walls of the
Под диффузионной камерой 60 расположена подложка 65. Подложка 65 предпочтительно выполняется таким образом, что поток газа может свободно проходить через нее. Подложку можно выполнить в виде сетки, пластины или ленты. Наиболее целесообразным является выполнение подложки 65 в виде транспортерной ленты, которая, перемещая волокна от устройства 10, позволяет осуществить непрерывный процесс производства волокон. Устройство 10 можно выполнить с вытяжным каналом 80. При наличии вытяжного канала 80 подложку 65 располагают внутри или, как показано на чертеже, она проходит через канал 80. Вытяжной канал 80 имеет отверстие 83, которое охватывает конец 64 диффузионной камеры 60. Под концом 64 расположена подложка 65. Отверстие 83 позволяет волокнам проходить через диффузионную камеру 60 и попадать на подложку 65. Вытяжной канал 80 имеет также отверстие 86, через которое осуществляется вентиляция газов в атмосферу. Эти газы могут вновь поступать к источнику газа, в котором их давление вновь повышается, после чего сжатый газ подается либо в формующую головку 20, либо в трубку Вентури 40. В том случае, когда подложка 65 выполнена в виде транспортерной ленты, вытяжной канал 80 снабжается выполненными в виде элементов качения уплотнениями 82 или другими соответствующими устройствами, позволяющими при вытяжке через этот канал газа пропускать через него транспортерную ленту вместе с собирающимися на ней волокнами, при этом не нарушается прохождение потока газа по каналу 80. A substrate 65 is located under the
В устройстве 10 может быть предусмотрено наличие системы, обеспечивающей прохождение через него газа (не показана). Эта система должна иметь отверстие пониженного давления и отверстие избыточного давления. Обычно для создания потока газа используется вакуум-насос или воздуходувка, сторона пониженного давления которого через вытяжное отверстие 86 сообщается с вытяжным каналом 80. В такой конструкции вакуум-насос помимо всего прочего обеспечивает прохождение газа через собирающиеся на подложке 65 волокна. Прохождение газа через волокна способствует собиранию волокон в двумерный формат. Отверстие избыточного давления можно соединить с источником газа, подаваемого в формовочную головку, осуществляя рециркуляцию газа, используемого в процессе вытяжки волокон. The device 10 may be provided with a system that allows gas to pass through it (not shown). This system must have a reduced pressure port and an overpressure port. Typically, a vacuum pump or blower is used to create a gas stream, the reduced pressure side of which through the exhaust port 86 communicates with the exhaust channel 80. In this design, the vacuum pump, among other things, allows gas to pass through the fibers collected on the substrate 65. The passage of gas through the fibers facilitates the collection of fibers in a two-dimensional format. The overpressure hole can be connected to a source of gas supplied to the molding head, by recirculating the gas used in the fiber drawing process.
Ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи рассмотрен предлагаемый в настоящем изобретении способ укладки и собирания на подложке относительно прямых неперепутанных вытягиваемых потоком газа волокон. Согласно настоящему изобретению в частности предусматривается изготовление углеродистых волокон из сольватированной смолы, в том числе и из сольватированной мезофазной смолы. В дальнейшем в описании подробно рассматривается вопрос собирания волокон, вытянутых из сольватированной мезофазной смолы, однако, для любого специалиста в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может найти применение и в других областях, относящихся к вытяжке волокон потоком газа. Below, with reference to the accompanying drawings, a method for laying and assembling on a substrate relatively straight untangled fibers pulled by a gas stream according to the present invention is described. According to the present invention, it is in particular provided for the manufacture of carbon fibers from solvated resin, including solvated mesophase resin. Further in the description, the issue of collecting fibers drawn from solvated mesophase resin is discussed in detail, however, it will be obvious to any person skilled in the art that the present invention may find application in other fields related to fiber drawing by gas flow.
Предлагаемый в настоящем изобретении процесс начинается с нагревания вытягиваемого в волокна материала, в частности сольватированной мезофазной смолы, до температуры, достаточной для того, чтобы его можно было пропустить через капилляры в формовочной головке, предназначенной для вытягивания волокна потоком газа. Методы нагревания и пропускания вытягиваемого в волокно материала через капилляр хорошо известны в данной области технике и в данном случае подробно не описаны. Кроме того, хорошо известно, что на выходе из капилляра головки вытягиваемое потоком газа волокно подвергается воздействию потока газа. В обычной щелевой головке газ направляется на волокно по крайней мере из двух каналов. В кольцевых головках газ проходит через один канал, который расположен вокруг капилляра. В любом случае поток газа вытягивает выходящее из капилляра волокно. После вытягивания волокно становится более тонким и более длинным. The process of the present invention begins by heating the material extruded into the fibers, in particular the solvated mesophase resin, to a temperature sufficient to allow it to pass through the capillaries in the forming head for drawing the fiber by a gas stream. Methods of heating and passing the material pulled into the fiber through the capillary are well known in the art and are not described in detail in this case. In addition, it is well known that at the outlet of the head capillary, the fiber drawn by the gas stream is exposed to the gas stream. In a conventional slit head, gas is directed to the fiber from at least two channels. In annular heads, gas passes through one channel, which is located around the capillary. In either case, the gas stream draws the fiber exiting the capillary. After stretching, the fiber becomes thinner and longer.
При вытяжке потоком газа волокон из углеродистой смолы известными до настоящего времени способами обычно получали изогнутые и перекрученные углеродистые волокна. Причиной таких перегибов и перекручиваний волокон является турбулентность, создаваемая потоком воздействующего на волокно газа. Поскольку образование перегибов и перекручиваний происходило до и во время термоотверждения волокна, то и готовые волокна также получались изогнутыми и перекрученными. Такие волокна с большим трудом поддаются собиранию и обычно из них образуется имеющая низкую плотность трехмерная масса, состоящая из перепутанных волокон. When a gas stream extends fibers from a carbon resin, hitherto known methods generally produce curved and twisted carbon fibers. The reason for such kinks and twists of the fibers is the turbulence created by the flow of gas acting on the fiber. Since the formation of kinks and twists occurred before and during the thermosetting of the fiber, the finished fibers also turned out to be curved and twisted. Such fibers are very difficult to collect and usually a low-density three-dimensional mass consisting of entangled fibers is formed from them.
Предлагаемый в настоящем изобретении способ позволяет осуществить собирание относительно прямых волокон в практически неперепутанный двумерный формат. В соответствии с этим способом вытягиваемые потоком газа волокна, вышедшие из формовочной головки, проходят через зону термоотверждения, как это описано выше, и попадают в трубку Вентури. Перемещение волокон внутри трубки Вентури происходит под действием второго потока газа. Поскольку скорость второго потока газа превышает скорость движения волокон, то процесс термоотверждения происходит в волокнах, в которых за счет этой разницы скоростей создается натяжение. Иначе говоря, второй поток газа удерживает термоотверждающиеся волокна в относительно прямолинейном состоянии. Proposed in the present invention, the method allows for the collection of relatively straight fibers in a virtually untangled two-dimensional format. In accordance with this method, the fibers drawn out by the gas stream coming out of the molding head pass through the heat-curing zone, as described above, and enter the venturi. The movement of fibers inside the venturi takes place under the action of a second gas stream. Since the speed of the second gas stream exceeds the speed of movement of the fibers, the process of thermosetting takes place in fibers in which tension is created due to this difference in speeds. In other words, the second gas stream keeps the thermoset fibers in a relatively straightforward state.
При определенном составе волокон процесс термоотверждения происходит обычно до их попадания в трубку Вентури. Однако независимо оттого, в какой зоне происходит термоотверждение волокон, они благодаря натяжению, создаваемому вторым потоком газа, остаются сравнительно прямыми и не имеют перегибов и перекручиваний. Связано это с тем, что в процессе термоотверждения под действием второго потока газа волокна находятся в натянутом состоянии. В предпочтительном варианте газ не изменяет химический состав волокон, однако под действием потока газа из волокон удаляется некоторое количество растворителя. Таким образом, волокна полностью термоотверждаются и остаются при этом прямыми и не имеют заметных перегибов и перекручиваний. With a specific composition of the fibers, the thermosetting process usually takes place before they enter the venturi. However, regardless of the zone in which the curing of the fibers occurs, they, due to the tension created by the second gas stream, remain relatively straight and do not have kinks or twists. This is due to the fact that in the process of thermosetting under the action of the second gas stream, the fibers are in a tense state. In a preferred embodiment, the gas does not change the chemical composition of the fibers, however, a certain amount of solvent is removed from the fibers by the gas flow. Thus, the fibers are completely thermoset and remain straight while not having noticeable kinks and twists.
Альтернативно этому, как было указано выше, второй воздействующий на волокна поток газа можно создать внутри трубки Вентури. Действие второго потока газа аналогично описанному выше и заключается в создании в волокнах натяжения и удерживании их в относительно прямом положении до полного термоотверждения. Кроме того, при определенном составе вытягиваемого в волокна материала второй поток газа может обеспечить в трубке Вентури дальнейшее удлинение или вытягивание волокна. Alternatively, as indicated above, a second fiber-acting gas stream can be created inside the venturi. The action of the second gas stream is similar to that described above and consists in creating tension in the fibers and holding them in a relatively straight position until complete thermosetting. In addition, with a certain composition of the material being pulled into the fibers, a second gas stream can provide further elongation or stretching of the fiber in the venturi.
С целью снижения стоимости получаемого волокна необходимо в процессе его изготовления исключить возможность перепутывания волокна при его накапливании на подложке. Для уменьшения или предпочтительно полного исключения перепутывания термоотвержденного волокна в соответствии с настоящим изобретением волокно пропускается через диффузионную камеру или участок. Как уже было отмечено выше, в диффузионной камере происходит диссипация кинетической энергии второго потока газа. В результате этого волокна попадают на подложку неперепутанными и собираются на ней в сравнительно плоский двумерный формат. Предпочтительно подложку выполнить пористой, чтобы газ мог проходить через собирающиеся на ней волокна. In order to reduce the cost of the resulting fiber, it is necessary in the process of its manufacture to exclude the possibility of entanglement of the fiber during its accumulation on the substrate. To reduce or preferably completely eliminate the entanglement of the thermoset fiber in accordance with the present invention, the fiber is passed through a diffusion chamber or section. As noted above, the kinetic energy of the second gas stream dissipates in the diffusion chamber. As a result of this, the fibers fall onto the substrate non-mixed and are collected on it in a relatively flat two-dimensional format. Preferably, the substrate is porous so that the gas can pass through the fibers collected on it.
В альтернативном варианте предлагаемый в настоящем изобретении способ предусматривает использование вытяжного канала, сообщающегося с вакуум-насосом или воздуходувкой. В соответствии с этим вариантом волокна, прошедшие через диффузионную камеру, собираются на пористой подложке, расположенной внутри вытяжного канала. В предпочтительном варианте подложка выполняется в виде транспортерной ленты, которая перемещает волокна из вытяжного канала через выполненное в виде элемента качения уплотнение или находящийся под вакуумом кожух. Alternatively, the method of the invention provides for the use of an exhaust duct in communication with a vacuum pump or blower. In accordance with this embodiment, the fibers passing through the diffusion chamber are collected on a porous substrate located inside the exhaust duct. In a preferred embodiment, the substrate is in the form of a conveyor belt that moves the fibers from the exhaust channel through a seal made in the form of a rolling element or a casing under vacuum.
Вакуум-насос обычно соединяется с вытяжным каналом таким образом, чтобы внутри вытяжного канала можно было создать вакуум. В этом случае вакуум-насос прокачивает дополнительное количество газа через собирающиеся на подложке волокна. Тем самым вакуум-насос способствует собиранию волокон на подложке в двумерный формат. The vacuum pump is usually connected to the exhaust duct so that a vacuum can be created inside the exhaust duct. In this case, the vacuum pump pumps additional gas through the fibers collected on the substrate. Thus, the vacuum pump facilitates the collection of fibers on the substrate in a two-dimensional format.
Кроме того, вакуум-насос вместе с трубкой Вентури препятствует образованию турбулентности вокруг волокна и исключает необходимость создания внутри трубки Вентури второго потока газа. В этом варианте изобретения вакуум-насос прокачивает достаточное количество газа или воздуха через отверстие, расположенное между формующей головкой и трубкой Вентури, препятствуя образованию турбулентности вокруг волокна, обтекаемого вторым потоком газа, который создается в этом случае за счет пониженного, а не повышенного давления. Второй поток газа проходит внутри трубки Вентури вдоль волокна и удерживает его в прямолинейном состоянии до полного термоотверждения. Наконец, использование вакуум-насоса позволяет осуществить рециркуляцию газа в любую точку системы. In addition, the vacuum pump together with the venturi prevents the formation of turbulence around the fiber and eliminates the need to create a second gas stream inside the venturi. In this embodiment of the invention, the vacuum pump pumps a sufficient amount of gas or air through an opening located between the forming head and the venturi, preventing the formation of turbulence around the fiber flowing around the second gas stream, which is created in this case by means of reduced rather than increased pressure. A second gas stream flows inside the venturi along the fiber and holds it in a straightforward state until complete cure. Finally, the use of a vacuum pump allows gas recirculation to anywhere in the system.
На основании приведенного выше описания и при практической реализации настоящего изобретения для специалиста в данной области очевидны и другие варианты предлагаемого устройства и способа. При этом следует иметь в виду, что в описании были рассмотрены только примеры возможного выполнения изобретения, основная идея и сущность которого изложены в приведенной формуле изобретения. Based on the above description and in the practical implementation of the present invention, for a person skilled in the art, other variants of the proposed device and method are obvious. It should be borne in mind that in the description were considered only examples of the possible implementation of the invention, the main idea and essence of which are set forth in the claims.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96121939/04A RU2171867C2 (en) | 1996-11-04 | 1996-11-04 | Method and apparatus for collecting fibers drawn by gas flow from carbonaceous resin |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96121939/04A RU2171867C2 (en) | 1996-11-04 | 1996-11-04 | Method and apparatus for collecting fibers drawn by gas flow from carbonaceous resin |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96121939A RU96121939A (en) | 1999-01-20 |
| RU2171867C2 true RU2171867C2 (en) | 2001-08-10 |
Family
ID=36608192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96121939/04A RU2171867C2 (en) | 1996-11-04 | 1996-11-04 | Method and apparatus for collecting fibers drawn by gas flow from carbonaceous resin |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2171867C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2250941C2 (en) * | 2000-05-12 | 2005-04-27 | Циммер Акциенгезельшафт | Method and a device for transportation without stretching of continuously molded bodies |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3452130A (en) * | 1967-02-02 | 1969-06-24 | Du Pont | Jet initiated drawing process |
| US3755527A (en) * | 1969-10-09 | 1973-08-28 | Exxon Research Engineering Co | Process for producing melt blown nonwoven synthetic polymer mat having high tear resistance |
| US4818463A (en) * | 1986-04-26 | 1989-04-04 | Buehning Peter G | Process for preparing non-woven webs |
| RU2052548C1 (en) * | 1986-04-30 | 1996-01-20 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани | Method for production of polymer amorphous threads |
-
1996
- 1996-11-04 RU RU96121939/04A patent/RU2171867C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3452130A (en) * | 1967-02-02 | 1969-06-24 | Du Pont | Jet initiated drawing process |
| US3755527A (en) * | 1969-10-09 | 1973-08-28 | Exxon Research Engineering Co | Process for producing melt blown nonwoven synthetic polymer mat having high tear resistance |
| US4818463A (en) * | 1986-04-26 | 1989-04-04 | Buehning Peter G | Process for preparing non-woven webs |
| RU2052548C1 (en) * | 1986-04-30 | 1996-01-20 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани | Method for production of polymer amorphous threads |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2250941C2 (en) * | 2000-05-12 | 2005-04-27 | Циммер Акциенгезельшафт | Method and a device for transportation without stretching of continuously molded bodies |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0840812B1 (en) | Process of and apparatus for collecting fibers | |
| US6800226B1 (en) | Method and device for the production of an essentially continous fine thread | |
| JP4357119B2 (en) | Spinning apparatus and method for spinning synthetic yarn | |
| RU2111294C1 (en) | Method of production of cellulose bodies by forming and device for its embodiment | |
| US6572798B2 (en) | Apparatus and method for spinning a multifilament yarn | |
| KR100568882B1 (en) | Method and apparatus for radiating multisum irradiation | |
| UA46838C2 (en) | METHOD OF MANUFACTURE OF NONWOVEN MATERIAL JOINED IN THE FORMING PROCESS, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| US6364647B1 (en) | Thermostatic melt blowing apparatus | |
| JP3849805B2 (en) | Spinning cell and method for spandex dry spinning | |
| JPH0835158A (en) | Apparatus for producing spun nonwoven fabric operated by pause pressure principle | |
| US5863565A (en) | Apparatus for forming a single layer batt from multiple curtains of fibers | |
| US20050048152A1 (en) | Device for spinning materials forming threads | |
| US6562282B1 (en) | Method of melt blowing polymer filaments through alternating slots | |
| EP1629141B1 (en) | Apparatus and method for controlling airflow in a fiber extrusion system | |
| RU2171867C2 (en) | Method and apparatus for collecting fibers drawn by gas flow from carbonaceous resin | |
| TW561206B (en) | Method and apparatus for extruding continuously molded bodies | |
| KR910021509A (en) | Nonwoven fabric manufacturing method and apparatus for manufacturing same | |
| JP4334342B2 (en) | Filament drawing jet apparatus and method | |
| RU2318930C2 (en) | Spinning method | |
| US20060273483A1 (en) | Process and apparatus for collection of continuous fibers as a uniform batt | |
| CN109082776B (en) | Filament dividing and net forming device using filament bundle cake as raw material and implementation method | |
| CN111809257A (en) | Be applied to special shower nozzle structure of nanofiber melt-blown preparation | |
| CN218059316U (en) | Apparatus for the manufacture of cellulose threads from solutions of cellulose in tertiary amine oxides | |
| AU752419B2 (en) | Process and apparatus for collecting continuous blow spun fibers | |
| KR100429700B1 (en) | Method and apparatus for focusing blown spun fibers in sonicated intermediate pitch |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041105 |