Файл: Прошков А.Ф. Машины для производства химических волокон. Конструкции, расчет и проектирование учеб. пособие.pdf

вязкостью диаметр отверстия можно брать равным 5—8 мм, а рас­ творов с высокой вязкостью— 10— 12 мм.

Минимальная длина развертки трубки в мм

z . = h + 2л:г2-|- (20 — 30).

Раньше трубки (червяки) изготовляли из стекла, в настоящее время — из полимерных материалов (твердого винипласта).

Толщину б стенки трубки рассчитывают по теории толстостен­ ных труб большой длины (см. расчет фильтр-пальца):

где г — внутренний радиус трубы.

Следовательно, наружный диаметр червяка d — d0 + 26.

§ 4. ПЛАВИЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ФОРМОВОЧНЫЕ ГОЛОВКИ

Плавильные устройства предназначены для превращения твердого гранулированного полимера в жидкое расплавленное состояние, а формовочные головки — для транспортирования и выдавливания расплава полимера через отверстия фильеры.

В настоящее время плавление гранулированного полимера про­ изводят на обогреваемой плавильной решетке, в обогреваемом или необогреваемом цилиндре шнекового устройства. В необогреваемом шнековом устройстве тепло, необходимое для плавления гра­ нулята, выделяется при трении гранул о поверхность цилиндра и шнека.

Для обогрева плавильных решеток и цилиндров шнековых устройств применяют пары высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ); жидкие теплоносители; электрический ток (омический нагрев); индукционный ток.

Высокотемпературные органические теплоносители обеспечи­ вают заданную температуру расплава с точностью до ±1К, но они токсичны и огнеопасны.

При электрическом обогреве плавильных устройств колеба­ ние температуры расплава составляет ±1,5—2,0 К.

Плавильные устройства должны обеспечить: равномерный на­ грев гранул; заданную производительность; одинаковую и по­ стоянную температуру всей массы расплава; свободный отвод расплава от плавильной решетки и из сборника.

На рис. 150— 154 приведены конструкции различных пла­ вильных устройств с формовочными головками. Конструкция фор­ мовочной головки с плавильным устройством машины ПП-600-И подробно описана выше. Рассмотрим лишь отличительные осо­ бенности некоторых других конструкций.

Штыревое плавильное .устройство (рис. 150), применяемое для плавления гранул полиэфира, состоит из плавильной чаши 1 и полых штырей 4. Плавление гранул происходит на штырях, обо-

213

греваемых парами ВОТ, которые поступают из полости а через трубки во внутреннее пространство штырей 4. По конусному дну чаши 1 расплав стекает к центру и через отверстие а поступает

кформовочной головке.

Вплавильном устройстве, обогреваемом жидким теплоноси­ телем (рис. 151) плавильная решетка 1 имеет 1Г-образную форму. Решетка-змеевик изготовлена из трубки, по которой течет тепло-

Рис. 152. Плавильно-формовочная головка с электрообогре­ вом плавильной решетки и формовочной головки:

1 — решетка плавильная; 2 — головка формовочная; 3— элемент электронагревательный; 4 — теплоизоляция; 5 — штепсель; 6 — гильза датчиков температуры

носитель.' Такие решетки применяют на машинах ПП-600-И, ПП-ЮОО-И и др.

На рис. 152 изображена плавильно-формовочная головка с электрообогревом плавильной решетки и формовочной головки. Для более равномерного обогрева насосного блока с фильерным комплектом рубашка корпуса заполняется сплавом алюминия.

Внутри трубки плавильной решетки расположена проволоч­ ная спираль. Из-за неодинакового омического сопротивления спи­ рали по длине поверхность нагревается неравномерно. Поэтому плавление полимера следует вести не на трубках, а на решетке, изготовленной из материала с высокой теплопроводностью (серебро, алюминиевый сплав).

На рис. 153 показана плавильно-формовочная головка со шне­ ковым плавильным устройством и индукционным нагревом (фирма Циммер, ФРГ). Гранулы полимера по трубе 1 поступают в конус­ ное пространство, откуда шнек подает их вниз в направлении формовочной головки. На валу шнека 5 укреплены лопатки 4 для перемешивания гранул полимера во избежание их зависания.

215

Глубина канавок шнека уменьшается по ходу движения поли­ мера, что увеличивает давление на полимер. Шнек вращается в цилиндре, на котором находится индукционная катушка 7.

Рис. 153. Плавильно-формовочная головка со шнековым плавильным устрой­ ством и индукционным нагревом:

Формование волокна с применением плавильной решетки впер­ вые применено Дюпоном в 1937 г. Решетку из коррозионностойкой стали в виде спирального змеевика обогревали паром или электри­ чеством. Внутри трубки змеевика циркулируют пары динила или жидкий динил, а при электрообогреве внутри трубки устанавли­ вают нагревательную спираль.

216.

При обогреве динилом возможны большие потери тепла динилопроводами и котлами. Наблюдается утечка токсичных паров динила в окружающую среду. Регулирование температуры в отдель­ ной плавильной головке невозможно.

Токсичность и высокая стоимость динила при значительном его расходе требуют изыскания новых средств обогрева.

Рис. 154. Плавильно-фор­ мовочная головка с обо­ гревом парами ВОТ:

1 — рубашка обогреватель­ ная; 2 — решетка плавиль­ ная; 3 — головка формо­ вочная; 4 — насос напор­ ный; 5 — насос дозирую­ щий; 6 — головка фильер­ ная; 7 — термопара; 8 — патрубок; 9— штуцер; 10— корпус теплоизоляции

Электрообогрев значительно улучшает условия труда, позво­ ляет регулировать температуру обогрева не только отдельной головки, но и различных точек решетки. Поэтому способ электро­ обогрева наиболее перспективный.

Для предотвращения попадания кислорода воздуха в плавиль­ ную головку и окисления полиамидных гранул в зону плавления подают перегретый водяной пар или азот.

Качество расплава в основном зависит от: конструкции и материала плавильной решетки; состояния температурного поля в зоне плавления;

продолжительности пребывания расплава в зоне плавления; герметичности плавильной головки; качества гранул;

формы надрешеточного и подрешеточного пространства; расположения нагревателей; состояния теплоизоляции.

217

В связи с этим к плавильным головкам предъявляются сле­ дующие требования:

герметичность; создание и поддержание в плавильной головке таких условий,

при которых влияние кислорода, попавшего в головку, на расплав было бы минимальным; это возможно при быстром плавлении гра­ нул и отводе расплава;

получение гомогенного по вязкости расплава; пребывание полимера в зоне высоких температур не более 900 с;

поддержание одинаковых температурных условий плавления гранул и выдача в единицу времени одинаковых объемов рас­ плава;

быстрый отвод расплава из зоны плавления, во избежание обра­ зования зон застоя;

материал всех деталей, соприкасающихся с гранулами и рас­ плавом, должен быть коррозионностойким и жаропрочным;

экономичность конструкции, простота в изготовлении и удоб­ ство эксплуатации;

минимальное и одинаковое для всех масс, время пребывания расплава в головке.

Процесс плавления следует вести в течение такого времени, при котором возможен перевод гранул в жидкое состояние при минимальном изменении свойств полимера. Чем больше время пребывания полимера в расплавленном состоянии, тем ниже ка­ чество полимера, выше содержание в нем низкомолекулярных соединений, которые впоследствии должны быть удалены из во­ локна методами специальной обработки (промывка).

Наиболее ответственным узлом плавильной головки является решетка. Конструкция плавильной решетки существенно влияет на производительность головки и качество нити.

Создание решеток ^-образной формы (см. рис. 151) объясняется стремлением к увеличению площади поверхности обогрева, а сле­ довательно и производительности плавильной головки. Однако тщательное экспериментальное исследование [10] показало, что плавление гранул полимера происходит главным образом на че­ тырех верхних витках внешнего конуса плавильной решетки, а остальная часть поверхности в плавлении не участвует. Время пребывания расплава в различных точках головки неодинаково: в одних точках расплав находится в течение 30 мин, в других — более 4 ч. Температурные условия в различных точках головки неодинаковы. Разность температур в различных зонах плавления достигает 40—50 К- Максимальное время пребывания расплава наблюдается в зонах, расположенных под конусом и в межконус­ ном пространстве, а также в местах сопряжений конусной и ци­ линдрической частей головки.

В плоской плавильной решетке (рис. 154) витки спирали на­ ходятся в горизонтальной плоскости. На таких решетках плавле­ ние гранул происходит более равномерно.

218

Впоследнее время на опытных установках применяют плоские решетки в виде диска с отверстиями. Для увеличения площади обогрева диски выполняют с ребрами различной формы. Расплав занимает пространство между ребрами и отводится через отвер­ стия по специальным радиальным каналам (рис. 155).

Вработе Э. Р. Эккерта и Р. М. Дрейка [33 ] приведена формула эффективности оребрения плоских плавильных решеток

где к — коэффициент тепло­ проводности мате­ риала ребра; для ребер из алюминие­ вого сплава к =

=155,8 Вт/(м- К);

а— коэффициент тепло­

отдачи от ребра

кполимеру; (для

сивно и равномерно, если гранулы подаются в плавильную го­ ловку принудительно под определенным и постоянным давле­ нием. В качестве дозатора гранулированного полимера исполь­ зуют различные шнековые механизмы с электромагнитной муфтой в приводе к шнеку.

витками (I — толщина витка; для двухзаходного шнека I равно удвоенной толщине витка);

р — насыпная плотность полимера; ■

219