Технологическая схема получения нетканого материала марки по способу спанбонд включает:

- транспортировку гранулята из складов;

- дозирование и смешивание;

- экструзию;

- предварительную фильтрацию;

- прядение;

- охлаждение и вытяжку;

- укладку на транспортёр;

- предварительный нагрев;

-транспортировка к каландру;

- каландрирование;

-транспортировку к намоточному устройству;

- намотку;

- перемотку, резку и обрезку кромок. Дать общую схему машины

Гранулят полипропилена засыпается из мешков весом 25 кг в питающую ёмкость, откуда гранулят при помощи автозагрузчика подаётся на загрузку. Работа механизма основана на теории создания воздушного потока за счёт вакуума, при этом, когда создаётся пустота в засасывающем бункере за счёт нагнетательного вентилятора, материал втягивается в бункер через поток воздуха по всасывающей трубе. Заполнение и опорожнение загрузочного бункера производится по таймеру, на котором заранее выставлено время цикла загрузки и опорожнения. При заполнении бункера таймер прекратит действие нагнетательного вентилятора, низкий уровень во всасывающем бункере постепенно исчезнет и полимер переместится в промежуточный бункер. После этого циклы загрузки будут повторяться до тех пор, пока клапан перестанет закрываться под давлением материала после наполнения промежуточной ёмкости, при этом датчик контроля уровня подаёт сигнал, что промежуточный ёмкость заполнена. Таким образом, загрузочное устройство прекращает загрузку, после снижения уровня материала в промежуточной ёмкости, клапан вновь закрывается, и цикл загрузки повторяется. Из промежуточной ёмкости материал поступает в смеситель. В смеситель также подаются добавки из 2-х ёмкостей для хранения добавок в строго заданном количестве от массы основного материала. Смеситель рассчитан для смешивания максимально трёх дозирующих компонентов.

Максимальное количество импульсной подачи материала прядильным насосиком составляет 500 кг/час, максимальная подача добавок составляет не более 10% от веса основного материала. Изменение дозировки добавок производится изменением количества оборотов шнека дозаторов и регулируется изменением частоты привода дозатора. Бункер смесителя оборудован прибором для измерения уровня материала; когда бункер смешивания материалов заполняется до отказа, подача материалов прекращается. Когда уровень заполнения материалов падает, после небольшой задержки дозаторы автоматически запускаются, и вновь происходит подача основного и вспомогательных материалов.

Рис. 10. Схема одночервячного экструдера

Подготовленный в смесителе гранулят, самотёком непрерывно поступает в питающее отверстие экструдера. Экструдер (рис.10) состоит из гильзы и шнека диаметром 170мм., поверхность шнека покрыта нитридом 38CrMoAl. Соотношение L/D-30:1. Привод экструдера включает 45 скоростей с передачей крутящего момента 1:20. Максимальная скорость вращения шнека 60об/мин, максимальная производительность экструдера - 500 кг/час. Ведущий электромотор имеет генератор постоянного тока Z4-150-12 c мощностью 160квт. Привод экструдера и загрузочное отверстие охлаждается водой. Охлаждённая вода подаётся из башни охлаждения и имеет температуру 25-40⁰С. Экструдер разделён на семь электрически обогреваемых зон, мощностью 64 квт, с температурами от 175 до 245°С.В головке экструдера установлен датчик давления расплава. Температура по зонам распределяется следующим образом:

1 зона - 185-200°С

2 зона - 200-220°С

3 зона - 220-240°С

4 зона - 220-240°С

5 зона - 220-240°С

6 зона - 220-240°С

7 зона - 220-240°С

Данная температура может изменяться в соответствии с ПТР полимеров

С помощью шнека экструдера обеспечивается движение гранулята по экструдеру. По мере своего продвижения гранулят плавится, перемешивается, уплотняется и по расплавопроводу подаётся на фильтрацию.

Рис. 11 Фильтр расплава

Фильтр вертикальный (рис. 11), барабанного типа. Обычно в работе одно отделение фильтра, второе - в запасе. В каждом барабане фильтра имеется по 13 фильтрующих элементов. Площадь фильтра составляет 2,5 м², тонкость фильтрации - 60 мк. При забивании фильтрующих элементов производится смена барабана при помощи ручного колеса, при этом начинает использоваться другой барабан фильтра. Забитый барабан фильтра может быть вынут и фильтрующие элементы промыты. Максимальное разность давление расплава до и после фильтра не должно превышать 6 МПа, максимальная рабочая температура 310°С. Максимальное рабочее давление 15 МПа. Каждый барабан имеет отдельное выхлопное отверстие для теплоносителя наверху и спускное отверстие внизу для отстоя, чтобы облегчить процесс освобождения в момент переключения. При достижении разности давления расплава до и после фильтра 6 МПа, необходимо произвести переключение барабанов фильтра.

Далее расплав поступает к прядильным дозирующим насосам (рис. 12).

Задачей прядильных насосов является, как можно более точное объёмное дозирование расплава и подача его к щелевой головке. Для этой цели применяется точный шестеренчатый насос с регулированием скорости вращения в диапазоне 0-30 об/мин. Шестеренчатый дозирующий насос состоит из пары находящихся в зацеплении шестерен одинаковых размеров, окруженных со всех сторон корпусом с небольшим зазором. С обеих сторон зубчатого зацепления в корпусе имеется по отверстию для входа и выхода расплава. При вращении шестерен выходящие из зацепления впадины заполняются поступающим расплавом, который затем подается вдоль стенок корпуса на напорную сторону. Там расплав вытесняется вновь входящими в зацепление зубьями и выталкивается ими через выходное отверстие в напорный трубопровод. Подача дозирующего насоса составляет 180 см³/об. Вращение дозирующий насос получает от двигателя постоянного тока. На рис. 12 изображен однопоточный шестеренчатый дозирующий насос [12].

Поступающий от прядильных насосов расплав по напорному трубопроводу поступает в прядильную балку, состоящую из фильерного комплекта (Рис. 13) и системы равномерного распределения расплава по ширине фильеры.

Рис. 13 Фильерная балка

Фильерный комплект состоит из: распределительной плиты, изготовленной из жаростойкой стали SUS431 и имеющей размеры 3731 х 216 х 30??? количество отверстий 18987 диаметром 2 мм, комплекта фильтрующих сеток с размером ячеек сетки 60# b 180# и самой фильеры, изготовленной из жаростойкой стали SUS431, имеющей размеры 3731 х 216 х 30 и количество отверстий 18987 с диаметром 0,40 мм. Задачей фильерного комплекта является фильтрование распределённого до этого по всей ширине расплава, равномерное распределение расплава по глубине и равномерное формование его через отдельные капилляры.

Обогрев головки экструдера, фильтра расплава, прядильных насосиков и прядильной балки производится высокотемпературным теплоносителем, поступающим в контур обогрева из 1-ой масляной станции. Температура в масляном контуре 215-245⁰С и зависит от ПТР перерабатываемого полимера. Мощность нагревательных элементов 1-го контура обогрева - 96 кВт.

спанбонд нетканый ассортимент продукция

Рис. 14 Отсос мономеров

Во избежание загрязнения фильеры мономерами в прядильной балке установлено 24 отсоса мономеров, распределённых равномерно по всей ширине балки (Рис. 14). Отсос мономеров производится при помощи мощной воздуходувки с мотором 3,75 квт. На каждом отсосе установлена дополнительно рукоятка регулировки давления. Мономеры отсасываются в сборный бачок мономеров, охлаждаемый водой, где конденсируются и по мере накопления вручную удаляются машинистом экструдера. Отработанный воздух через фильтр выбрасывается в атмосферу. Общее давление отсоса мономеров контролируется на щите управления.

Свойства и закономерности течения расплавов оказывают большое влияние на условия переработки полимеров в готовые изделия. Вытекающие из отверстий фильеры струйки расплава полимера находятся в вязкоупругом состоянии, а, в последствие, они переходят к упругопластическому и упругому состоянию твердого тела, то есть превращаются в нити. Процесс образования элементарных нитей сопровождается изменением реологических свойств системы, вызываемым протеканием теплообменных процессов в зоне формования (охлаждение струек расплава). При отверждении струек резко возрастает эффективная вязкость, что в свою очередь приводит к уменьшению вязкой составляющей деформации и возрастанию доли обратимой деформации. Область формования от входа расплава в отверстие фильеры до отвода свежесформованных элементарных нитей из зоны формования может быть условно разделена на четыре участка (рис. 15):

- течение вязкой жидкости в канале фильеры;

- расширение струи на выходе из фильеры;

- деформация частично затвердевшей струи;

- полное затвердевание струи с образованием элементарных нитей.

На рис. 15 изображена схема истечения струи из канала фильеры [14].

Рис. 15 Основные участки зоны формирования химических волокон (1-4)

Рис. 16 Зависимость продольного градиента скорости от пути струйки в шахте 1, 2, 3, 4-зоны формования; ХА Хо - точки, соответствующие моментам максимального расширения струйки и затвердевания струйки; L - путь струйки в шахте; г-продолъный градиент скорости; - оптимальная область вытягивания волокна.

В процессе течения вязкой жидкости через отверстие фильеры (зона 1) происходит развитие профиля скоростей, которое сопровождается явлениями ориентации макромолекул и релаксации входовых напряжений. Профиль скоростей стремится к параболе, при этом степень ориентации повышается от оси к стенке капилляра, так как в этом направлении растет градиент скорости (рис. 16). Релаксационные процессы обусловлена эластическими свойствами вязких жидкостей, и скорость их протекания невелика. Поскольку отверстия фильеры представляют собой короткие капилляры (1/d составляет от 0,5 до 3), в процессе течения вязких жидкостей через отверстия фильеры не успевает полностью установиться стационарный профиль скоростей и релаксирует только часть входных напряжений, а это оказывает негативное влияние на устойчивость процесса формования. Следовательно, для повышения стабильности процесса формования при подборе фильер необходимо правильно выбрать угол входового конуса отверстия фильеры, диаметр отверстия и отношение 1/d.

На втором участке, на котором вязкая жидкость вытекает из отверстия капилляра, прекращается взаимодействие между стенкой капилляра и текущим расплавом, при этом вследствие релаксации упругих сил происходит дезориентация струй, а параболический профиль скоростей стремится выровняться и стать плоским. Кроме того, в выходной зоне на струю начинают действовать силы поверхностного натяжения, а также механическое усилие отвода формующейся нити. Соотношение перечисленных сил предопределяет процесс формирования струи. В этой зоне продольный градиент скорости принимает отрицательные значения.

На третьем участке струя начинает постепенно утончается практически до постоянной толщины. На этом участке не только изменяется профиль струи, но и происходит резкое изменение вязкости вплоть до образования твердой фазы. Градиент скорости на этом участке вначале возрастает от нуля до максимального значения, а затем постепенно снижается до нуля. В поле положительного продольного градиента скорости в начале участка происходит пластическое течение жидкости, а затем по мере отверждения струи, возможно, протекание ориентационных процессов. В конце третьей зоны возможно первичное структурирование.

В четвертой зоне вследствие высокой вязкости образовавшаяся элементарная нить практически не деформируется, однако продолжаются процессы структурообразования. Градиент скорости на этом участке приближается к нулю, следовательно, ориентационные процессы практически не протекают. Длина этого участка определяется заданной структурой свежесформованного волокна и зависит от скорости протекания процесса структурообразования.

Расплав, выдавливаясь через капилляры фильеры, превращается в филаменты (бесконечные волокна) в результате охлаждения их воздушным потоком в обдувочной кабине. Воздух к обдувочной шахте подаётся с двух сторон из воздушного кондиционера, представляющего собой конструкцию размером 4750х2100х2400 мм и состоящую из 4-х отделений для подготовки воздуха: 1 отделение - фильтрующая камера для всасываемого воздуха (фильтрующий элемент - иглопробивное полотно), 2 отделение - охлаждающая камера, состоящая из медной трубы и алюминиевого радиатора (охлаждающий элемент - охлаждённая вода), 3 отделение - дополнительное охлаждение воздуха (охлаждающий элемент - вода), 4-е отделение - дополнительная фильтрация выходящего воздуха (фильтрующий элемент - иглопробивное полотно). Воздух в кондиционер засасывается из производственного помещения при помощи воздушного вентилятора модели 9-26-10D мощностью 55 кВт со скоростью вращения электрического мотора/компрессора 1450 об/мин. Объём засасываемого воздуха - 21465 м³/час, давление воздуха - 5920 кПа.

Обдувочная кабина представляет собой две сеточные панели, состоящие из 4-х направителей воздушной струи и 2-х сеток с размером ячеек 304#, которые позволяют равномерно распределять воздушные потоки по всей ширине кабины. Боковые панели соединяются между собой герметично уплотнёнными дверцами, которые закрепляются специальными винтами. Важными параметрами процесса обдувки является температура охлаждающего воздуха, скорость подачи воздуха и его ламинарность.

После охлаждения волокна поступают в зону вытяжки.

Процесс получения волокнистых материалов аэродинамическим способом принципиально отличается от обычных механических способов формования нити. В этом процессе усилие для вытягивания струи расплава в нить создается потоком воздуха за счет его трения о струю расплава в момент прохождения дутьевого устройства.

Усилие растяжения струи зависит от двух величин - коэффициента трения воздуха о нить и скорости подачи воздуха. С увеличением скорости движения воздуха коэффициент трения снижается, и особенно интенсивно при повышенных скоростях - 350 м/секунду и более. В это время начинается проскальзывание воздуха относительно струи расплава, и ориентационная вытяжка сильно замедляется. Применение сверхзвуковых скоростей движения воздуха обеспечивает медленное увеличение этого усилия [6].

Основными силами, которые приходится преодолевать, являются инерционные силы и сила реологического сопротивления. С увеличением расстояния от фильеры до дутьевого устройства (от 0,2 до 0,7 м) наиболее существенно увеличивается сила реологического сопротивления, которая в основном и обеспечивает увеличение усилия, действующего на струю расплава, и повышение степени ориентации нитей.

Вытяжное устройство состоит из двух коротких вытяжных листов, которые формируют регулируемую вытяжную щель по принципу трубы Вентури, и соединённых между собой герметически закрытыми дверцами (рис. 17). Проходя вытяжную щель, волокна достигают максимального натяжения, а скорость потока максимума, затем поток становится диффузным и скорость уменьшается, натяжение волокон уменьшается, что создаёт благоприятные предпосылки для укладки волокон на сетчатом транспортёре. Скорость потока воздуха в зоне вытяжки можно регулировать, раздвигая или соединяя боковые пластины регулировочными винтами, расположенными с обеих сторон шахты. Также можно регулировать скорость воздуха по отдельным точкам вдоль нитяного завеса, изменяя положение резиновых воздушных прокладок, расположенных на боковой пластине вытяжного канала, регулировочными винтами, в результате чего изменяется направление движения волокон внутри камеры, скорость воздуха и в конечном результате регулируется равномерность по поверхностной плотности нетканого полотна на сетчатом транспортёре.

Рис. 17. Система вытяжки нити

Выходящий из фильеры пучок нитей обдувается с двух сторон равномерным, направленным в одну сторону потоком воздуха. Обдувочный воздух всасывается вентилятором из помещения или атмосферы, фильтруется в фильтровальной камере, охлаждается или нагревается (в зависимости от температуры атмосферного воздуха) в камере охлаждения и через обдувочные шахты вводится в вытяжное устройство.

Между обдувочными шахтами филаменты, находящиеся еще в пластичном состоянии, с обеих сторон обдуваются охлаждающим воздухом. Конструкция обдувочных шахт позволяет производить равномерную обдувку нитей по всей ширине хода полотна.

Расположенные внутри шахты направляющие устройства обеспечивают равномерность профиля потока. На выходе из шахт выпрямляющие соты обеспечивают прямоточный профиль потока. Обдувочная шахта разделена на две расположенные одна под другой части. В верхнюю часть шахты вдувается кондиционный воздух, в нижнюю часть - воздух, возвращаемый из процесса. С постоянной температурой и скоростью воздух проходит через выпрямители в верхнюю часть обдувочных шахт. Для получения достаточного количества воздуха для вытяжки и укладки филаментов дополнительный воздух через расположенные в нижней части обдувочных шахт выпрямители с обеих сторон направляются на нитевой занавес.

Обдувочные шахты заканчиваются начальным элементом, в котором нити раскладочного блока подводятся к каналу вытяжки. Для этого промежуточный канал выполнен в виде длинной сходящей прямоугольной фильеры. Нитевой занавес проводится через промежуточный канал до щели вытяжного устройства, при этом поступление рабочего воздуха усиливается. Таким образом, вытяжка филаментов до конечного диаметра нити достигается еще в пластичном состоянии.

Выходящие из вытяжного устройства волокна прижимаются потоком воздуха к сетчатому транспортёру, через ПЭТ сетку которого происходит отсасывание вытяжным вентилятором воздуха из обдувочной и вытяжной камеры. При этом происходит превращение отдельных волокон в полотно, для контроля кромки полотна имеется система слежения. Вентилятор модели 9-26-11.2D мощностью 90 квт, скоростью вращения 1450 об/мин. Объём отсасываемого воздуха 30157 м³/час, давление 7464 кПа. Дополнительный односекционный мотор/компрессор модели 9-26-4.5А мощностью 4 кВт скоростью вращения 2900об/мин. Максимальный поток воздуха 2062 м³/час, давление 4447 кПа. Максимальная скорость сетки - 140м/мин. Данная скорость рассчитывается следующим образом:

где:

K - подача прядильных насосов, гр/об (величина постоянная - 280,8 гр/об);

G - плотность материала, гр/м²;

N - скорость вращения прядильного насоса, об/мин;

B - ширина полотна, м

V - скорость сетчатого транспортёра, м/мин

После запуска линии необходимо проверить поверхностную плотность и при необходимости ввести корректировки скорости вращения сетчатого транспортёра.

При помощи трёх вентиляторов воздух распределяется должным образом и обеспечивает необходимое охлаждение, вытяжку и укладку полотна на транспортёре. Отработанный воздух подаётся снова в кондиционер для очистки и охлаждению или выбрасывается в атмосферу (в случае необходимости).

При выходе из шахты с помощью вала предварительного нагрева неуплотнённый нетканый материал подвергается предварительному уплотнению для уменьшения объёмности материала. Обогрев вала предварительного нагрева осуществляется электрическими нагревателями. Температура вала предварительного нагрева не должна быть выше 140⁰С.

Сетчатый транспортёр транспортирует волокнистый мат, подвергнутый предварительному уплотнению, к каландру.

В каландре нетканый материал по всей ширине подвергается термическому точечному скреплению за счёт равномерного прижима гравированного и гладкого валов друг к другу и воздействия высокой температуры на материал по выступам гравированного вала. Точечное скрепление приводит к расплавлению волокон в точках, волокна между точечными соединениями остаются свободными, в результате чего сохраняется дышащая способность и высокая паропроницаемость нетканого материала. Площадь скрепления составляет 18-20% от площади гравированного вала. Для обогрева гравировочного и гладкого валов существуют два контура обогрева. В каждом контуре обогрева имеется бойлер для высокотемпературного теплоносителя, который нагревается электроэлементами, насоса для циркуляции теплоносителя, трубопроводов. Температура валов должна быть не более 170°С. Мощность нагревающих масло элементов составляет по 75 кВт для каждого контура. Диаметр вала тиснения и гладкого валов 480 мм. После термического скрепления нагретый нетканый материал охлаждается на гладких валах, охлаждающая вода на которые подаётся из башни охлаждения воды, и через систему направляющих валов подаётся на намоточное устройство.

Наматывающее устройство сконструировано для максимальной рабочей ширины, равной 3600 мм. Максимальный диаметр намотки - 800 мм. Смена рулонов производится автоматически. По сигналу с пульта управления включается в работу обрезное устройство, при этом свободный край нетканого полотна автоматически начинает наматываться на заранее подготовленный металлический валик, а полный рулон отводится из зоны намотки при помощи кран-балки на перемоточную машину. Максимальная скорость намотки - 150 м/мин, максимальный диаметр - 1200 мм. Намоточное устройство оборудовано обрезкой, системой смены рулонов и счётчиком метража.

На перемоточной машине край рулон заправляется через систему направляющих валов на бумажную гильзу, включается обрезное устройство и привод. Минимальная ширина резки 100мм, максимальный диаметр рулона при резке 500 мм. Используются ножи размером 0,5-0,7 мм х 25 мм х 125 мм. Привод мощностью 11 квт. Имеются автоматические счётчики.

Для переработки обрезных краёв полотна имеется экструдер обратной загрузки, что уменьшает количество отходов и издержки производства. Задачей экструдера обратной загрузки является приёмка, уплотнение, расплав, гомогенизация краевых полос и через электрически обогреваемый присоединительный элемент, подача расплава в главный экструдер. Диаметр шнека обратного экструдера 105мм,L:D=1:25, гильза экструдера имеет 5 зон обогрева, обогрев электрический с тепловой мощностью 33 квт. Шнек приводится во вращение моторов с постоянным током 3,75 кВт Максимальная производительность экструдера 50 кг/час. Блок управления осуществляет управление скоростью вращения шнека и температурами в зонах обогрева.

Охлаждение воздушного потока воздуха осуществляется водой в 4-х камерной холодильной машине модели 30НК 115 до температуры 12-15°С.

2.6 Очистка фильер