【技術實現步驟摘要】
此專利技術是有關使纖維從纖維片分散成單纖維狀態，然后生產吸附空氣氈，詳細地說，是一種使纖維片分解成單根纖維的改進方法和一種改進的纖維化機。纖維化機也稱錘磨機或破碎機，是用來生產吸附空氣氈的。使用纖維化機使纖維片分解成單纖維狀，并被轉移到帶有小孔的運輸帶上形成空氣氈。纖維化機所用沖擊元件，如錘子或安裝在圓筒形轉子圓周上的齒。為了破碎纖維片，把纖維片通過喂入槽導向下箍口并與轉子圓周上的沖擊元件相接觸。沖擊元件具有打擊面以打擊纖維片，直接的沖擊使纖維片分離成單根纖維而纖維片得以纖維化。由直接沖擊使纖維分離稱為初級纖維化，這是與次級纖維化相對而言。從纖維片撕下的纖維簇在轉子與漏底、或與罩殼、或與轉子周圍的罩殼突起物相摩擦時即發生次級纖維化，并分離成單纖維。迄今，破碎機的轉子圓周上的打擊元件上排列花形已有許多建議。在塞庫利次(Sakulich)等人申請的美國專利3，519，211，齒排列成前后排是錯開的，二次齒頂連續打擊間隔時間僅為約0.4毫秒。按貝爾(Buell)美國專利3，824，652，的推薦是齒隨機分布在轉子圓周上，確切地說是由多列齒按螺旋角10°～35°螺旋形排列，齒間距是各向等同的。已公開的排列是第二個鄰近齒組按螺旋形排列與第一部分的齒形類似映象，稍微有些偏移，為了避免由于一個或幾個齒太靠近而引起纖維化程度的惡化，齒與齒間保持約5個齒寬的距離。貝克(Bank)美國專利號3，637，146公開了其沖擊元件具有一個錐形面。此專利技術主要目的是提供在較高生產率同時使纖維損傷最少的情況下，提高纖維化程度的一種纖維化方法和設備。為了達到此目的，按此專利技術的纖維化方...
【技術保護點】
用來粉碎纖維片的纖維化機包括如下，特征在于：一個圍繞其軸旋轉的圓筒形轉子。一個用于前述的轉子的殼體它有一個喂入槽用以使纖維片端首先喂入與前述的轉子圓周相鄰的箍口。前述轉子圓周上的鹵面與前述箍口有一個間隙。喂入纖維片通過喂入槽使纖 維片橫向到達鄰近箍口處的沖擊線，齒沿此線對纖維片進行沖擊。前述的齒按一花形在多條圓周帶上一一分布并布滿整個轉子，在每一帶子上花形能沿前述的橫向沖擊線提供簡諧運動的沖擊波，并傳遞能量給纖維片，以破壞纖維間結合力，使纖維片分離成單纖維。
【技術特征摘要】
US 1985-1-31 696,948中明確表示的為準。CET纖維化機轉子翻到附圖，在圖1、2中所示為用來破碎纖維片的纖維化機30，環繞圓柱形軸旋轉的圓筒形轉子40，罩殼42，罩殼對轉子有一個入氣口32和排出口34，多口的喂入槽44A，44B。這里所示二槽的夾角約為70°。喂入槽是用以接受纖維片45，46，或借助于滾軸把許多疊加的纖維片喂入，先進入鄰近轉子40圓周的箍口47A，47B。轉子40周圍的各個齒48都有一錐形面50，對著通過箍口47A，47B的漿粕和支撐板41、43，并按規定隔距安裝，齒沖擊通過喂入槽口45、46的纖維片，沖擊是沿著鄰近箍口的且擴展到纖維片整個橫斷方向沖擊線進行的。當本發明的纖維化機作為初級纖維化機使用時，排出口34不必有篩網。如用作次級纖維化機時，此排出口34上應放篩網，為了得到較大的過濾表面積，和/或較多的纖維排放量，可加大排出口34面積。在此情況下，轉子的設計應是中空的或齒排間成凹形以增加纖維化機的空氣流量。喂入纖維化機的纖維片可能僅含天然的纖維素纖維，但本發明纖維化機也可用于破碎含有全部或部分別種纖維的纖維片，如商標為PULPEX以漿粕形式出售的原纖化聚烯烷纖維。由此看來，纖維片可含有天然纖維素的纖維和/或合成纖維。按本發明齒48如圖5所示圓周地排列并延伸成多條帶狀，而橫向是按轉子的軸向排列，并在每一條帶內成周期波狀，這樣在沿鄰近箍口的橫向線上，每一纖維片的機器方向與轉子上每一條帶相對應的狹條受到的沖擊的分布為簡諧運動。由于齒的周期的波形，當轉子40按給定圓周速度傳動時，纖維片前緣受齒沖擊負荷的沖擊，并使負荷自動地控制產生應力波，而使在喂入槽內恰好在箍口前的纖維片段引起擺動或振動。可以認為周期性的沖擊負荷可使沖擊點傳來機向和橫向應力波，隨著纖維片的振動和拉伸，使在喂入箍口的纖維片段在受到直接沖擊前得到予處理，這樣損壞了對著箍口的纖維片端，這樣的予處理，可使達到箍口前的纖維片中纖維間結粘合力部分遭到破壞。也可認為在纖維片內所產生的且有規律的內應力和予處理，促使從箍口出來纖維片回彈后“裂解”分裂，經再次沖擊結果使纖維化程度高于通常纖維化機。齒的安裝用如圖1、圖2所示的方法，轉子40圓周有楔形槽52，齒的根部48安裝在54凹部，這樣齒沿徑向向外突出，齒48從轉子圓周突出，并沿機器方向平面“P”排列，圖5中每一“P”面齒數取決于所要求的花形。按本發明，理想的周期性花形是正弦形。可是由于實際結構上的原因，大家熟知為達到要求的花形，是按圖5所示的三角形波形來安裝齒。所有的周期性波形是不滿意的。例如，一個方形波形是不滿意的。可接受的周期波形應該在二個波峰間沒有突變。更進一步講花形在相鄰帶或轉子各段沒有重疊，如圖5示。然而，重疊波可能產生滿意結果。如所指出的轉子齒的理想全花形是正弦形這樣沿與轉子圓周的一個條帶所對應的橫向線段的沖擊是以簡諧運動分布的，然而在實際工作中，精確地在轉子的圓周按正弦波花形安裝齒是非常困難的，所以，選擇了圖5所示的三角形花形作為近似的理想花形。這樣在下文中引用“簡諧運動”，包括在權利要求中也用到的，此術語是意指諸如沖擊點分布形式的運動，例如圖5所示按三角形花紋安裝的齒的運動。最好在圓周方向花形是周期性的重復，這樣可使每一條帶內圍繞轉子的圓周花形得以連續，且對轉子整個軸向長度上的其它條帶內重復同樣完整的花形。齒和箍口重復沖擊在纖維片內產生的應力波，可認為能產生諧波振動，以振動由于周期性地重復打擊，自身的得以控制。按本發明，提供的花形如圖5所示，每一個機向P平面內含有X個齒或2X個齒，這樣可使圍繞轉子圓周的相鄰的周期性花形不會重疊，每一花形是指在轉子的一個條帶內的。當齒按所示圖排列時，提供重復花形為每轉每一平面4-8-4個打擊點。雖然圖5所示花形是對稱的，變化此花形也可得到類似結果。同樣需注意的，齒圓周地間隔排列是平行于轉子軸的，齒排打擊頻率或打擊點間隔時間取決于轉子轉速和相鄰齒排間的周界距離，其值定在0.48毫秒～1.7毫秒(就是打擊點間隔時間)。這樣可使箍口纖維片端在對箍口沖擊和拉向箍口后有必要的回彈時間，和在下次沖擊前纖維片有必要的松弛時間而得以予處理。連續齒排間沖擊的間隔大會使纖維化程度有所降低。用不同的轉子速度和或不同的轉子直徑，可采用不同的重復花形，如每一轉每一平面3-6-3次沖擊，或每一轉每一平面用5-10-5次沖擊。初級纖維化為了解釋纖維片受沖擊引起破碎的機理。參照圖8，它表示了，通常的錘磨機的錘子離開箍口后瞬間纖維片的情況，可看到纖維片經直接沖擊后，其端部被拉回并繞向箍口端面。纖維片的端部在下次受擊前回彈到虛線所示位置。如圖所示，沖擊引起一束纖維分離而結節纖維受齒的沖擊后稍微膨松。現參考圖9，按照本發明的方法，由于齒和箍板周期性地反復沖擊而產生的應力波在纖維片和接近箍口的區段內產生高應力。這點可通過高速攝影圖片中看到的。喂入槽內纖維片的跳動或顫動而得的證實。由于齒對握持口的沖擊，結節回彈到徑向位置，并且急劇膨松。如圖9短劃線所示的纖維片端部受沖擊形成如圖9虛線所示的纖維團。可以認為進入箍口的纖維片區段內，纖維片斷口纖維間結合力內高應力的產生稱為予處理區。在纖維片頭端回彈后引起內應力降低而使纖維片松弛導致纖維結節的劇烈膨松，稱之為“裂解”。在結節處產生的“裂解”或形成纖維團如圖9虛線所示。當下一列齒打擊纖維片頭端時，受齒排中每個齒的沖擊點的交叉方向內纖維片頭端的纖維，由于受沖擊，從纖維片分離出來。隨著纖維團內纖維間結合力大部分遭到破壞，纖維從纖維片中分離出來。由于當纖維片受一排齒沖擊纖維結合力受到更多的破壞，所以本發明的纖維化機的纖維化程度高于通常的錘磨機。圖8圖9是高度概括，它是基于觀察在箍口處受轉子齒沖擊后效果的運動圖片而繪制的。當轉子齒打擊纖維片時，一部分結節被消除。結節如圖示在纖維片端部的劃線區域。被普通接受的是在纖維化時，大量纖維間結合力被破壞，由于打擊元件和箍口板的直接沖擊，單纖維被分離出來。此外，本發明是用“予處理”破壞纖維間結合力，予處理是在纖維片到達箍口前予沖擊期間及后沖擊期，作用在纖維片上傳遞波。為了產生“予處理”和“裂解”，要求齒的沖擊有特定的時間和位置。模擬一下，設想一個男孩用棒球的球棒敲打泥塊。這里有許多因素影響分解后泥粒大小。如球棒的速度、打擊角、和泥塊的大小。假如不是用棒打擊泥塊，而是用對準磚墻扔泥塊。假如有足夠使土塊結合力破壞的能量，那末土塊將分碎成無數的小片。用高速攝影攝下此撞擊事件，它將顯示沖擊后且在結合力破壞之前，有一瞬間，能量傳入整個土塊內部，然后土塊開始分解。用纖維片取代土塊，用運動著的錘子或齒沖擊纖維。纖維片的結節受打擊時，大部分結節不是“裂解”而是產生加速度。高加速度的纖維結節與由沖擊元件沖擊力相同方向運動。假如箍口位于加速度的路徑上，這結節猛擊箍口。打擊元件也拉圍繞箍口的纖維片端部，對纖維片產生拉力并拉伸纖維片。此刻，沖擊載荷快速橫向傳遞并通過結點和纖維片沿機向回傳到喂入纖維片的滾軸中。如對箍口打擊引起沖擊載荷和拉力足夠大，箍口前和在喂入槽內的纖維片段將立即發生予處理，包括纖維間結合力的破壞，然后纖維片松弛。結節彈回或回彈離開箍口返回徑向位置準備接受下次沖擊。其發生原因在于纖維片的彈性和結節一端被不受沖擊纖維片和喂入羅拉所固定。假如一個箍口不是安裝在纖維片運動端的通道上，加速的纖維片將繼續沿轉子回轉方向運動，這樣纖維片將被大塊拉斷。在纖維片受箍口板沖擊時，使纖維結節產生裂解的有效能量值取決于許多因素，如受沖擊而加速的結節的速度，沖擊箍口的角度，纖維的結合強度和結合數，沖擊到的箍口的纖維片數，及其它因素。沖擊載荷受到沖擊突然加到纖維片端部負荷的作用不能瞬時傳遞到纖維結構的所有部分。這將發生如下后果(1)幾乎瞬時(小于幾分之一秒)增加的負荷產生高應力。(2)應力突然上升后隨即負荷速減。(3)將負荷傳至纖維片，使纖維片受到機械損壞，或以應力波形式傳至纖維片，使纖維片產生振動。這些作用僅發生在幾分之一毫秒的時間內。隨著前述沖擊負荷的幾個階段，發生纖維化裂解。如圖9虛線所示，結節與箍口猛撞(第一步)而圖中劃線所示為發生裂解(第二步)。整個過程僅約0.6毫秒。從圖中不能看到纖維片的振動，但從膠卷中可清晰地看到。另外，在沖擊載荷作用下斷裂的主要特點是載荷應產生一個理想的重復花形。不象靜載荷下斷裂纖維片，那時結合力的斷裂是隨機的，因而必須用統計處理。在沖擊負荷下，纖維內部結合力斷裂發生是可預測的且是一致的。如圖9所述，當沖擊速度足夠大時，由沖擊負荷引起的反復變形和反復應力會傳遞到纖維片或使纖維片破壞或傳給纖維片一定速度的波。隨著波運動，使一些纖維內部結合力可能斷裂。測得纖維片內的波速與織物中波速相近，即每秒幾千英尺。在纖維片中，當短期波傳向纖維片時，游離纖維移動將影響波速和波的傳播。纖維的排列和作用其上的沖擊負荷的相對方向將影響波的傳播形式。可看到不管纖維片上的纖維是按機器方向(MD)取向或按橫向(CD)取向，通過纖維片傳播的能量差異取決于纖維相對于靜負荷或沖擊負荷作用的方向(見圖2)。眾所周知，纖維片在橫向的纖維化程度比撕裂方向高，原因在于纖維排成直線，在突然沖擊力作用時，普通漿粕片沿機器方向的波速大約是橫向的2倍。分析這樣的纖維片可見，纖維主要按機器方向排列，這可通過測量纖維片機向與橫向拉伸強度進行比較而加以證實，通常機器方向拉伸強度是橫向的約2倍。所提供的轉子齒的排列，在齒的間隙方向考慮到了上述現象，所以能理想地連續處理橫向排列的纖維。當結節對箍口上沖擊時，由于直接沖擊產生的沖擊負荷導致波的傳播，并通過纖維片，使纖維片遭到機械損壞。由于纖維相對地無彈性并相互糾纏結合，并在纖維交叉點另星地分布著有限數量的所謂“氫鍵”，因此纖維間容易發生滑移。振動波為了說明齒沖擊如何能在纖維片內傳播波運動，把纖維片的一個狹小部分看作為一根條子，假如這根條子一端被固定，并在另一端周期地加速，將產生明顯的波并向固定端傳播。纖維化機上一個齒首先打擊纖維片的自由端，然后將其猛撞箍板，而產生一個方向性力傳向纖維片并擴散，當有一足夠大的適時的反復沖擊力使振動加強，將產生類似于上述帶子的連續振動波。如這些振動波加劇纖維間結合力斷裂，那末纖維片的纖維化將提高。當然這里所設想的帶子對漿粕來講，尤如一薄板而不是一根帶子。展望波如何在橫向的反應，設想將一拉長的橡皮條兩端固定，并同時作用于二端，可看到波從二端移向中間并相互撞擊在這點的振幅和應力均最大。同樣在漿粕上，當一排齒打擊時，相鄰的各齒在打擊時沿漿粕橫向傳遞沖擊波。在實行此發明時，當纖維片處于最高作用階段也就是當最初應力增至最高理想應力而不毀壞纖維時，這時沿纖維片橫向每一點都受周期的沖擊負荷。這樣典型的振動波運動接近諧波。建議沿機向和橫向波按正弦形式傳播。如圖5所示轉子齒按條狀排列并圍繞轉子軸伸展，每一條帶中轉子齒按近似正弦波在轉子圓周上擴展，即沿轉動方向延伸，從而沿鄰近箍口的橫向沖擊線，提供簡諧運動形的沖擊波，因而相對應于條帶的纖維片的各相鄰條子之內的傳遞振動波的每一條子產生一振動的結節。根據本發明制造和工作的纖維化機采用這些排列花形，參閱圖6和圖7，在箍口處纖維化程度(按所述的標準方法測得)大大提高。當采用原有技術排列，如圖6所示錘子按＃1～＃4排列，當每小時每英寸機器寬度，產量為150～200磅時。纖維化程度為70-80%。本發明的纖維化機如圖7所示，在產量為200磅/英寸時，纖維化程度為90%以上。按本發明，當纖維片喂入到轉子圓周時，能量也傳遞到對纖維片予處理，沖擊負荷常在結節裂解區發生，由于結節的高篷松度和纖維間結合力減弱，可得到較高的纖維化程度。由于纖維片不斷喂入機內，為了實行有效的纖維化，必須使能量適時并在適當部位有規律且近乎連續地傳遞到纖維片，以使“裂解”連續發生。這就是“連續能量傳遞”的含義，或用CET表示，它是靠本發明制造的轉子來實現的。纖維片可看作以機器方向為主的定向纖維在接觸地區纖維間帶有“氫鍵”的纖維矩陣。本發明考慮用沖擊產生周期性的應力波，也就是由沖擊頻率引起固定周期的高的內應力，并從受負荷點向外轉移在波前方Z方向使纖維片趨于裂解。由于受負荷，當波前下部通過并分布應力波時，纖維間結合力破壞，沒有斷裂的纖維相互間產生滑移。由于定期打擊自身產生有規律的周期性應力波，當轉子轉動時，能量連續地傳遞到纖維片內。由于纖維片不是一個剛性均勻結構，因此從打擊點傳出應力波衰減很快，但對直接受沖擊的條子和相鄰條子都產生明顯效果。在相鄰的條子中，齒沖擊對纖維片脈沖加載，并從沖擊點向外傳遞波。從鄰近條子碰撞產生的波增加纖維片內的應力并促進，從沖擊點碰撞區內發生預處理和后沖擊纖維化程度。此外，鄰近的齒條帶一直是會影響鄰近條子的。這樣傳播可保持纖維片處于高響應階段。用按本發明制造和工作的纖維化機進行纖維分離，初級纖維化占主要地方是十分理想的，因次級纖維化經常會損傷纖維。影響CET轉子結構和操作的參數為了得到下文所述和圖中所列數據，纖維片是用CR54卷狀漿粕，它是普通非松解的南松木牛皮紙卷狀漿粕，重量為400磅/3000平方英尺，含水為6%，密度為0.55克/分米3。必須注意下述圖10-14數據是采用以前的技術所制轉子并在纖維化機上僅用一個喂入箍口而取得的。沖擊速度沖擊速度是指當纖維片受沖擊時，打擊元件傳遞的速度。在沖擊速度11000～30000英尺/分的范圍內進行了研究。沖擊速度一般是指直接影響纖維化程度的齒頂速度，當沖擊速度提高時，纖維化程度也增加。當沖擊速度在15000英尺/分時纖維化效果出現下降。速度低于15000英尺/分時，纖維化的機理主要是由于撕裂作用。當齒頂速度提高時，纖維片裂解為纖維化的機理。當速度接近15000英尺/分時，能產生足夠動能擊向纖維片，幾乎能使纖維間結合力全部斷裂。在速度高于15000英尺/分時隨著附加能量，纖維化程度提高不多。由于齒頂速度和其他參數即齒數、沖擊頻率、產量之間有巨大的影響，所以速度采用20000～30000英尺/分的范圍為好。在速度很高時，如二次沖擊間隔少于0.7毫秒，對于諸如CR54南松木牛皮紙漿粕之類的纖維，采用上限的速度進行沖擊，將發生嚴重損傷。在權利要求也提到的，二排齒沖擊間隔時間或沖擊頻率為0.7毫秒約等于1429次沖擊/秒。纖維片沖擊長度受齒沖擊的纖維片表面積大小稱纖維片沖擊區，它取決于下述變量(1)齒頂速度。(2)齒的橫向寬度。(3)喂入纖維片的機器方向和平面內所安裝的齒數。(4)纖維片喂入速度。采用調節纖維片喂入速度，可改變受齒沖擊的纖維片縱向長度。這縱向長度稱纖維片沖擊長度。參閱圖10，它表明當纖維片沖擊長度減少，纖維化程度提高。當纖維片沖擊長度從0.1英寸減到0.01英寸，纖維化程度將增至90%以上。圖10也表明對于圖4所示原先技術的纖維化機，為了使纖維片達到95%以上的纖維化程度，纖維沖擊長度不應超過0.025英寸。理想地說，在設計高纖維化錘磨機可把0.025英寸作為沖擊長度的上限，但必須考慮纖維片喂入速度與其它(1)至(3)變量之間數學關系。齒寬和纖維片沖擊區正如前述，纖維片沖擊區依賴于幾個變量，其中包括齒的橫向寬度(見圖2)。當齒寬增加，而齒的沖擊速度、齒數和纖維片喂入量保持常數不變時，結果總的沖擊區是增加的。當沖擊區增加時，纖維化程度降低。如圖11所示，當齒寬從1/4英寸縮小到1/16英寸時，纖維化程度顯著提高(用CR54卷狀漿粕)。這樣纖維化程度的提高，與纖維片沖擊長度在0.025到0.1英寸范圍時的情況相一致的。可發現齒寬增加纖維化程度降低。也可看到較窄的齒會降低加工中能量效率。可估算每增加1/32英寸齒寬時，每馬力時的全部纖維化的纖維的根數約減少12%。還可看到為了高度纖維化，較長的北方軟木質纖維比較短的纖維，諸如南方松木(CR54)或按樹等的纖維，要求較寬的齒，所以合適的齒寬取決于所加工的纖維。還可看到，為得到合適的纖維化程度和使纖維損傷小，對較長的北方軟木纖維宜使用較寬的齒。如圖12示，減少纖維片沖擊區將增加纖維化程度。對得到附圖所述數據所用的商品化漿粕(CR54)，欲在高產(即200磅/英寸·時)條件下高纖維化，如用如圖4的原有技術，纖維片沖擊區不應超過1.62×10-3平方英寸(也就是錘寬為1/16英寸，纖維沖擊長度等于或小于0.025英寸)。然而，如在圖7中看到的，用本發明所得纖維化程度可高于95%，當齒寬1/16英寸，纖維片沖擊長度為0.09英寸，產量為200磅/英寸時，纖維片占機向2/3面，有效沖擊面積為5.62×10-3平方英寸，這數值比圖6和10中的明顯高得多。齒與箍口隔距齒頂與箍板面的距離稱齒/箍口隔距。如圖13所示，隔距影響纖維化機的性能。以所試卷狀漿粕而言，可看到隨著隔距減小，纖維化程度提高。齒/箍口隔距在0.04～0.12英寸的范圍內，可得到高的纖維化度。隔距偏大將引起纖維損傷，并使纖維化程度差。當隔距小于0.04英寸，將出現令人討厭的“小球”并使纖維損傷。對喂入二片CR54來講，最合適的隔距為0.06英寸。最合適的隔距取決于喂入的纖維片數，更為重要的是纖維種類，短纖維(如按樹)要求較小的隔距，而長纖維(如北方軟木)較寬的隔距可獲得最好的效果。箍口系統推薦的結構為喂入槽和箍口間的安裝角度，能使纖維片基本上按轉子齒的徑向喂入。推薦用較狹的喂入口隔距，以既能控制纖維片又能提供足以使纖維片產生適當的振動的間隙。曾發現如喂入口隔距太小，纖維將會發生燃燒。假如隔距太大，纖維片會發生過度的移動，而使纖維化程度降低。當喂入漿粕總厚度為0.09英寸的二片漿粕時，理想的隔距為0.2～0.38英寸之間...
【專利技術屬性】
技術研發人員：弗雷德羅伯特拉德溫斯基，伊麗莎白安沃爾夫森，詹姆斯利奧波斯特，
申請(專利權)人：金伯利克拉克公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]
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