Способ термообработки синтетического текстильного материала
Изобретение относится к термической обработке движущегося синтетического текстильного материала, преимущественно шинного корда, в камерах термообработки конвективного типа и обеспечивает повышение качества обработки текстильного синтетического материала надежности функционирования оборудования камеры термообработки. Теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре, проходя через подогреватель, и подается к поверхности нагреваемого материала при помощи нагнетательных сопел. Предусмотрено разделение операции термообработки на стадии нагрева и выдержки материала в прогретом состоянии, разделение теплоносителя на два потока, подающихся в нагнетательные сопла стадий нагрева и выдержки и управление соотношением расходов потоков теплоносителя при постоянном расходе теплоносителя через подогреватель. Это позволяет поддерживать на заданном уровне продолжительность нагрева материала за счет изменения интенсивности обдува материала на стадии нагрева. 1 ил.
Изобретение относится к области термической обработки движущегося синтетического текстильного материала, преимущественно шинного корда, в камерах термообработки конвективного типа.
Известен способ термообработки шинного корда, при котором осуществляется обдув движущегося в камере термообработки шинного корда, нагретым теплоносителем, подающимся к поверхности корда через нагнетательные сопла, отвод теплоносителя через всасывающие сопла, подогрев и подача нагретого теплоносителя при помощи циркуляционного вентилятора постоянной производительности через раздаточный воздуховод в нагнетательные сопла. В процессе термообработки осуществляется поддержание температуры нагретого теплоносителя на заданном постоянном уровне путем регулирования теплового потока, передающегося теплоносителю в подогревателе [В.И. Коновалов, А.М. Коваль. Пропиточно-сушильное и клеепромазочное оборудование. — М.: Химия, 1989, с. 144].
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет поддерживать на заданном уровне показатели качества обработки корда. Например, в результате изменения начальных условий термообработки, температуры или изменения его теплофизических свойств при смене типа корда должна меняться продолжительность прогрева корда до температуры теплоносителя и соответственно должна меняться продолжительность выдержки корда в прогретом состоянии, от которой во многом зависят физико-механические свойства корда по окончании обработки [Ю.В. Васильков, А.В. Романов. Термообработка текстильных изделий технического назначения. — М.: Легпромбытиздат, 1990, с. 196].
Наиболее близким к предлагаемому по достигаемой цели является способ термообработки синтетического текстильного материала, при котором осуществляется подача нагретого теплоносителя циркуляционным вентилятором через раздаточный воздуховод в нагнетательные сопла, подача нагретого теплоносителя к поверхности материала через нагнетательные сопла, отвод отработанного теплоносителя в подогреватель и подогрев теплоносителя в подогревателе, при этом операцию термообработки разделяют на стадии нагрева и выдержки материала при заданной температуре и осуществляют поддержание на заданном уровне продолжительности нагрева материала до температуры теплоносителя путем регулирования объемного расхода теплоносителя, которым определяется скорость истечения теплоносителя из нагнетательных сопел и интенсивность подвода тепла к корду [Заявка ФРГ N 3741876, кл. D 06 С 7/00, 22.06.89, 8 л.]. В процессе термообработки управляющее устройство обеспечивает такую частоту вращения рабочего колеса циркуляционного вентилятора, при которой скорость движения теплоносителя обеспечивает заданное время прогрева материала, необходимое для обеспечения заданного значения времени выдержки корда в прогретом состоянии. Таким образом, способ предусматривает управление продолжительностью выдержки корда в прогретом состоянии, что позволяет обеспечить стабильность физико-механических свойств обрабатываемого корда.
К недостаткам этого способа относится необходимость в специальном оборудовании, предназначенном для регулирования частоты вращения циркуляционного вентилятора, и отличающемся сложностью устройства и эксплуатации, в результате чего снижается надежность функционирования системы управления тепловыми режимами в целом. Кроме того, объемный расход теплоносителя является одним из факторов, от которых зависит температура теплоносителя на выходе из подогревателя, что обусловливает изменение температуры нагретого теплоносителя в процессе управления продолжительностью выдержки корда. Таким образом, возникает необходимость в одновременном регулировании двух взаимозависимых параметров теплового режима — температуры и расхода теплоносителя, за счет чего усложняется система управления тепловыми режимами, снижается ее эффективность, что сказывается на качестве обработки корда.
Изобретением решаются задачи повышения качества обработки текстильного синтетического материала и повышения надежности функционирования оборудования, обеспечивающего заданный тепловой режим термообработки текстильного материала.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в способе, включающем подачу нагретого теплоносителя, циркуляционным вентилятором через раздаточный воздуховод в нагнетательные сопла, подачу нагретого теплоносителя — к поверхности движущегося в камере термообработки материала через нагнетательные сопла, разделение операции термообработки на стадии нагрева и выдержки материала при заданной температуре и поддержание на заданном уровне продолжительности нагрева материала до температуры теплоносителя, согласно изобретению осуществляют отвод теплоносителя от поверхности материала через всасывающие сопла в подогреватель и подогрев теплоносителя в подогревателе, при этом нагретый теплоноситель разделяют на два потока, один из которых подают в нагнетательные сопла, расположенные на стадии нагрева, а другой — в нагнетательные сопла, расположенные на стадии выдержки через индивидуальные раздаточные воздуховоды, а поддержание на заданном уровне продолжительности нагрева материала до температуры теплоносителя осуществляют путем регулирования соотношения расходов теплоносителя в индивидуальных раздаточных воздуховодах стадий нагрева и выдержки при постоянном расходе теплоносителя через подогреватель, что обеспечивает постоянный расход теплоносителя через подогреватель и хорошее качество обработки материала.
Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором изображена схема установки для термообработки материала и схема движения теплоносителя. На чертеже показаны камера термообработки 1, нагреваемый материал 2, нагнетательные сопла 3, зона нагрева материала 4, зона выдержки материала при заданной температуре 5, циркуляционный вентилятор 6, всасывающие сопла 7, всасывающий воздуховод 8, подогреватель 9, главный раздаточный воздуховод 10, раздаточные воздуховоды 11 и 12 зон нагрева и выдержки, устройство 13, регулирующее соотношение расходов теплоносителя в раздаточных воздуховодах зон нагрева и выдержки материала при заданной температуре.
Способ осуществляется следующим образом. Материал 2 поступает в камеру термообработки 1, где происходит обдув материала нагретым теплоносителем из нагнетательных сопел 3, расположенных вдоль зоны термообработки и разделенных на две группы, соответствующие зоне 4 нагрева материала и зоне 5 выдержки материала при заданной температуре, равной температуре нагретого теплоносителя. При помощи циркуляционного вентилятора 6 охлажденный теплоноситель из зоны термообработки поступает во всасывающие сопла 7, далее во всасывающий воздуховод 8, подогреватель 9, главный раздаточный воздуховод 10, раздаточные воздуховоды 11 и 12 зон нагрева и выдержки и через нагнетательные сопла 3 подается к поверхности материала. Управление тепловыми режимами осуществляется при помощи устройства 13, установленного в месте соединения раздаточных воздуховодов 11 и 12 с главным раздаточным воздуховодом 10 и регулирующего соотношение расходов теплоносителя в раздаточных воздуховодах 11, 12 зон нагрева и выдержки. При этом изменяется скорость истечения теплоносителя из нагнетательных сопел зон нагрева и выдержки и интенсивность подвода тепла к материалу в этих зонах, за счет чего осуществляется регулирование продолжительности нагрева материала до температуры теплоносителя.
Например, если по причине изменения начальной температуры материала, его теплофизических свойств или по какой-либо иной причине, увеличивается продолжительность нагрева материала, то устройство 13 срабатывает таким образом, чтобы увеличить расход в раздаточном воздуховоде 11 зоны нагрева, при этом повышается скорость истечения теплоносителя из нагнетательных сопел зоны нагрева 4 и интенсивность подвода тепла к материалу на этом участке, за счет чего время нагрева материала сокращается и вновь становится равным заданному значению. Происходящее при этом уменьшение скоростей истечения теплоносителя из нагнетательных сопел зоны выдержки 5 не сказывается на температуре материала в этой зоне, поскольку температуры материала и теплоносителя в этой зоне равны и теплообмен материала и теплоносителя отсутствует.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет: — повысить качество обработки текстильного материала за счет того, что в процессе управления продолжительностью нагрева материала до заданной температуры объемный расход теплоносителя через подогреватель остается постоянным, вследствие чего исключается необходимость в одновременном регулировании температуры и расхода теплоносителя, что дает возможность более эффективно управлять параметрами теплового режима; — повысить надежность функционирования оборудования, обеспечивающего заданный тепловой режим термообработки текстильного материала, за счет исключения необходимости в специальном оборудовании, предназначенном для управления расходом теплоносителя путем изменения производительности циркуляционного вентилятора.
Способ термообработки синтетического текстильного материала, включающий подачу нагретого теплоносителя циркуляционным вентилятором через раздаточный воздуховод в нагнетательные сопла, подачу нагретого теплоносителя к поверхности движущегося в камере термообработки материала через нагнетательные сопла, отвод теплоносителя от поверхности материала в подогреватель, подогрев теплоносителя в подогревателе и поддержание на заданном уровне продолжительности нагрева материала до температуры теплоносителя, причем операцию термообработки разделяют на стадии нагрева и выдержки материала при заданной температуре, отличающийся тем, что нагретый теплоноситель разделяют на два потока, один из которых подают в нагнетательные сопла, расположенные на стадии нагрева, а другой — в нагнетательные сопла, расположенные на стадии выдержки через индивидуальные раздаточные воздуховоды, а поддержание на заданном уровне продолжительности нагрева материала до температуры теплоносителя осуществляют путем регулирования соотношения расходов теплоносителя в индивидуальных раздаточных воздуховодах стадий нагрева и выдержки при постоянном расходе теплоносителя через подогреватель.
Источник
Шелковые текстильные волокна и ткани
Процесс специальной тепловой обработки тканей из синтетических волокон, получивший название термофиксации (или термостабилизации), является важнейшим процессом в технологии отделки этих тканей. Он основан на использовании термопластичных свойств синтетических волокон.
Под термопластичностью твердых тел понимается свойство этих тел в условиях повышенной температуры и воздействия внешних или внутренних сил давать необратимые остаточные деформации. Внутренними силами, вызывающими необратимые деформации в синтетическом волокне, являются внутренние напряжения, возникающие в местах растянутых поперечных связей между макромолекулами в процессе волокнообразования. Естественно поэтому, что все синтетические термопластичные волокна, получаемые по известным способам на заводах искусственного волокна, и изделия из них обладают способностью давать необратимые деформации при переработке в условиях влажно-тепловой среды.
Сказанное легко можно проследить на примере получения полиамидных волокон. Известно, что этот процесс протекает в две стадии: формование нити продавливанием расплава полиамидной смолы через фильеры прядильной машины и сильное вытягивание сформованной нити.
На первой стадии процесса — при формовании нити — макромолекулы в волокне занимают различное взаимное положение, а само волокно характеризуется неупорядоченной структурой. Расстояние между группами NH и СО в макромолекулах значительно
превышает 2,8 А (при таком расстоянии возможно возникновение поперечных водородных связей). Прочность волокна незначительная.
На второй стадии процесса, когда нити подвергаются сильному вытягиванию, структура волокна становится значительно более упорядоченной. Макромолекулы ориентируются вдоль оси волокна, между их функциональными группами легко образуются водородные связи, волокно приобретает высокую прочность.
Однако большое вытягивание волокна одновременно с приданием ему высокой прочности приводит к растягиванию образовавшихся водородных связей и появлению между макромолекулами внутренних напряжений. Волокно приобретает способность к образованию необратимых деформаций при последующих влажно-тепловых обработках.
При наличии скрытых внутренних напряжений ткани и изделия из синтетических волокон в процессе влажно-тепловой обработки получают повышенную и неравномерную усадку; на их поверхности фиксируются все следы складок в форме заломов, не устраняемых последующей отделкой. Ткани и изделия приобретают, кроме того, значительную жесткость.
Если же устранить или максимально уменьшить внутренние напряжения в волокне, то можно не только предупредить образование нежелательных деформаций, но и придать тканям и изделиям из синтетических волокон новые ценные свойства. Этого и достигают при термофиксации тканей из синтетических термопластичных волокон.
Таким образом, термофиксация тканей из синтетических волокон есть процесс специальной тепловой обработки их, проведенный в оптимальных условиях, для придания этим тканям мягкости, практической безусадочности и устойчивости к сминаемости и образованию заломов и складок на их поверхности.
Процесс термофиксации тканей из синтетических волокон состоит из двух важнейших и последовательно проводимых стадий:
1. Тепловая обработка тканей при оптимальных температуре и длительности.
2. Быстрое и эффективное охлаждение тканей.
Температура и продолжительность тепловой обработки зависят от природы синтетического волокна ткани и выбранного способа термофиксации. В настоящее время в результате проведенных многочисленных исследований процесса термофиксации тканей оптимальные показатели температуры и продолжительность обработки с достаточной точностью определены для каждого вида синтетических волокон и каждого способа термофиксации.
Современная теория процесса термофиксации тканей, рассматриваемая нами на примере термофиксации тканей из полиамидных волокон, представляется в следующем виде.
Расположение макромолекул в элементарном волокне полимера и их внутреннее взаимное соединение с помощью поперечных водородных связей между соседними группами NH и СО для капроновых и анидных волокон см. на стр. 107.
Эти две схемы дают представление о внутренней структуре полиамидных волокон, а также о характере поперечных водородных связей между компактно расположенными макромолекулами вдоль оси волокна.
В процессе термофиксации тепловая энергия, сообщаемая волокну теплоносителем, переходит в кинетическую энергию колебаний молекул в волокне. Когда под влиянием высокой температуры возрастающая энергия тепловых колебаний молекул превысит энергию водородных связей, происходит сильное ослабление этих связей и макромолекулы волокна получают относительную подвижность и возможность для более компактного взаимного расположения в элементарном волокне.
Во второй стадии процесса термофиксации в результате быстрого и интенсивного охлаждения ткани происходит фиксация макромолекул в их новом компактном взаимном расположении, образуются новые водородные связи и полностью или почти полностью устраняются скрытые внутренние напряжения. Волокно приобретает новое устойчивое положение и новые свойства.
Правильно считается, что собственно термофиксация волокна происходит не в процессе его тепловой обработки, а при охлаждении волокна после тепловой обработки. Чем быстрее охлаждается волокно, чем ниже температура охлаждаемого воздуха, тем выше эффект термофиксации. Оптимальная температура охлаждения волокна при термофиксации должна быть не выше так называемой аккомодационной точки, которая для разных синтетических волокон различна. Так, для капронового волокна аккомодационная точка лежит в области 65—70° С, для анида имеем соответственно 80—82° С, для полиэфирных волокон 85—90° С.
В процессе термофиксации в результате компактного взаиморасположения макромолекул в волокне происходит неизбежная его усадка. Эта усадка может быть очень значительной, если волокно термофиксируется в свободном состоянии.
Ослаблению межмолекулярных водородных связей в полимере при термофиксации значительно способствует сольватизирующее действие воды и некоторых химических веществ, вызывающих набухание волокна. Применение сольватизирующих веществ во время тепловой обработки позволяет заметно снизить температуру обработки. Данное обстоятельство находит практическое применение в процессе термофиксации тканей в среде насыщенного водяного пара, а также при термофиксации в водных растворах веществ, вызывающих набухание волокна.
Термические свойства капрона и анида
Ниже указаны важнейшие термические свойства и оптимальные значения температур (°С) различных тепловых обработок капрона и анида:
Оптимальная температура фиксации горячим воздухом
Оптимальная температура фиксации паром
Рассматривая расположение макромолекулярных цепей в элементарном волокне капрона и анида, можно видеть, что если в капроне значительное количество функциональных групп не участвует в образовании кристаллической решетки волокна и между собой не связано водородными связями, то в аниде все функциональные группы участвуют в образовании кристаллической решетки волокна и связаны между собой водородными связями. Повышенным количеством водородных связей и более частым их расположением в аниде в известной степени объясняется повышенная температура плавления и повышенная оптимальная температура термофиксации этого волокна (по сравнению с капроновым волокном).
Первым важнейшим параметром процесса термофиксации тканей из синтетических волокон является температура термофиксации. Оптимальная температура термофиксации при использовании в качестве теплоносителя горячего воздуха равна для капронового волокна 190°С и для анида (найлона 66)—225°С. При термофиксации тканей из этих волокон в атмосфере насыщенного водяного пара оптимальная температура обработки значительно снижается и составляет для капрона 127 и анида 130° С.
Оптимальная температура термофиксации горячим воздухом тканей из полиэфирных волокон (лавсана, терилена) находится в пределах 200—235° С, а тканей из полиакрилонитрильных волокон (нитрона, орлона)—в пределах 180—200° С. При термофиксации этих тканей в паровой среде оптимальная температура снижается соответственно до 125—126 для лавсана и до 120—134° С для нитрона. Более широкий диапазон оптимальных значений температуры термофиксации полиэфирных и полиакрилонитрильных волокон объясняется, по-видимому, возможными отклонениями в технологии их производства.
Особого внимания требует процесс термофиксации тканей из капроновых волокон. Оптимальная температура термофиксации этих волокон горячим воздухом заметно превышает температуру их размягчения (170°С), в то время как для других синтетических волокон оптимальная температура термофиксации значительно ниже температуры их размягчения. Таким образом, при термофиксации тканей из капрона мы имеем дело, с волокном, находящимся в размягченном состоянии, с прочностью в момент термофиксации всего 10—35% первоначальной прочности. Естественна поэтому необходимость обеспечить тщательный контроль за температурой теплоносителя и натяжением ткани при ее термофиксации. Очень внимательно надо следить, чтобы температура теплоносителя не достигала 193° С — температуры текучести волокна, при которой прочность капрона становится нулевой.
Хорошие результаты термофиксации капроновых тканей могут быть получены и при тепловой обработке, проводимой при температуре несколько ниже оптимальной, но не ниже 185° С.
При термофиксации капроновых тканей величина отклонений температуры теплоносителя от заданной температуры не должна превышать ±2°. Тепловая обработка, проведенная с отклонениями температуры теплоносителя более чем ±2° ведет к неравномерной фиксации ткани. Ткань имеет повышенную и неравномерную усадку, неровно окрашивается при крашении.
Менее строгого температурного контроля требует процесс термофиксации тканей из анидных волокон. Здесь, с одной стороны, осуществляется тепловая обработка волокна, находящегося не в размягченном состоянии, сохраняющего сравнительно высокую прочность; с другой стороны, анидные волокна допускают более широкий диапазон отклонений температуры теплоносителя от заданной температуры (до ±8°С) без ухудшения качества термофиксированной ткани.
Источник
