Устройство для обработки волокнистого материала в плазме

 

Использование: в текстильной промышленности. Сущность изобретения: устройство содержит реактор с системами вакуумирования и измерения остаточного давления в реакторе, источник тока, систему трубчатых электродов, между которыми размещены сопла, средства подачи плазмообразующего газа. На трубопроводе перед соплами смонтирована мембранная газоразделительная установка, включающая регулятор давления пермеата в ней и расходомер последнего, который функционально соединен с регулятором давления и системой измерения остаточного давления в реакторе. Устройство позволяет при любом газосодержании обрабатываемого субстрата поддерживать постоянство давления и состава атмосферы в реакторе. 1 ил.

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в устройствах для обработки тканей, пряжи, волокнистой ленты и субстратов плазмой тлеющего газового разряда при осуществлении плазмохимических процессов отделки или подготовки к прядению, или ткачеству.

Известно устройство для обработки движущегося субстрата плазмой тлеющего газового разряда, содержащее реактор и системы вакуумирования и измерения остаточного давления в реакторе, источник тока, систему трубчатых электродов и средство подачи плазмообразующего газа в виде трубопровода с вентилем, подсоединенного к нижней части полости реактора. В качестве источника плазмообразующего газа используется или газобаллонная установка, или атмосфера (в зависимости от требуемого технологического эффекта). Чаще всего используются кислород, азот, аргон, воздух. Наиболее предпочтителен кислород, обеспечивающий такие эффекты, как повышение гигроскопичности, плазменное травление, снижение усадки от свойлачиваний, повышение механической прочности волокон в пучке [1] Однако использование кислорода из баллона, несмотря на малый его расход (около 2 м³/ч в пересчете на атмосферное давление) требует сложного баллонного хозяйства, специальных мер техники безопасности, делает оборудование зависимым от поставок газа. Учитывая, что текстильные фабрики относятся к объектам повышенной пожароопасности и взрывоопасности из-за обилия пуха, кислородные баллоны там нежелательны. Поэтому идут на некоторое снижение скоростей обработки и пользуются вместо кислорода воздухом, который требует более значительного времени обработки.

Для повышения скорости обработки при небольшом выборе плазмообразующих газов интенсифицируют сам процесс обработки, его условия. Это осуществляется, например, путем интенсивного замещения продуктов распада плазмообразующим газом непосредственно у поверхности обрабатываемого субстрата.

Известно устройство для обработки движущегося субстрата электроразрядной плазмой, содержащее реактор с системами вакуумирования и измерения остаточного давления в реакторе, источник тока, систему трубчатых электродов и средство подачи плазмообразующего газа с соплами, установленными между электродами [2] Это устройство наиболее близко по технической сущности к заявляемому техническому решению.

Известное устройство в среднем в 1,5 раза ускоряет процесс обработки в сравнении с ранее описанным аналогом, но чисто "химический" дефект у него остается. Остается нереализованным эффект от замены воздуха на кислород, так как такую замену экономично и технично ни в аналоге, ни в прототипе произвести нельзя. Кроме того, следует иметь ввиду, что проблема иметь кислород в реакторе, не имея его на фабрике, до сих пор считалась неразрешимой.

Целью изобретения является повышение эффективности обработки за счет повышения экономичности устройства.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит реактор 1 с системами вакуумирования 2 и измерения остаточного давления 3 в реакторе 1, источник 4 тока, систему трубчатых электродов 5, электрически соединенных с источником 4, и средство подачи плазмообразующего газа 6 с соплами 7, которые установлены между электродами 5. Обрабатываемый субстрат (например, волокнистый материал) 8 заправляется по роликам 9 с рулона 10 на рулон 11. Средство 6 подачи плазмообразующего газа имеет мембранную газоразделительную установку 12, смонтированную на трубопроводе 13 перед соплами 7. Мембранная газораспределительная установка 12 содержит регулятор 14 давления пермеата в этой установке и его расходомер 15. Пермеат поток веществ, проходящий через полупроницаемую мембрану в процессе мембранного разделения (по терминологии Европейского мембранного общества). Установка 12 содержит полупроницаемую мембрану 16 (по терминологии ЕМО "разделяющая фаза, находящаяся между двумя другими фазами и действующая как активный или пассивный барьер в процессе переноса веществ между этими фазами"). Расходомер 15 функционально (на чертеже показан штриховой линией 17 со стрелками направления связей) соединен с регулятором 14 давления и системой 3 измерения остаточного давления в реакторе 1.

В качестве мембранной газоразделительной установки 12 взята установка типа серийно выпускаемой НПО "Криогенмаш" МВК-0,0125 М или Р по ТУ 26-04-624-82 (первая выпускается для окситерапии, вторая для оксигенерации воды при выращивании живых организмов). Работа установки основана на пропускании атмосферного воздуха через полупроницаемую мембрану, которая избирательно пропускает тот газ из газовой смеси, на которую настроена мембрана (кислород или азот, аргон и т.д.).

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый субстрат 8 (текстильный материал), перематываясь с рулона 10 на рулон 11, проходит петлями по роликам 8 в реакторе 1, где системой 2 вакуумирования создается требуемое остаточное давление, измеряемое системой 3. Источник 4 тока создает на электродах 5 потенциал, разрушающий молекулярную структуру газов в реакторе в районе поверхности обрабатываемого субстрата 8.

Образуется плазма греющего газового разряда, в котором и обрабатывается субстрат с той или иной технологической целью. По трубопроводу 13 в сопла 7 между одноименно заряженными электродами 5 подается плазмообразующий газ, качество которого определяется двумя факторами: газоразделительной установкой 12 и собственным газосодержанием исходного субстрата 8. Продукты распада реакции благодаря сопловой подаче плазмообразующего газа своевременно удаляются и практически не влияют на состав плазмообразующего газа. И газ, прошедший через мембрану (пермеат) 16, и газы самого субстрата 8, который в вакууме "газит", создают "материал" для плазмы и затем вместе с продуктами распада удаляются системой 2 вакуумирования. Остаточное давление в реакторе 1 при этом должно быть постоянным, хотя собственное газосодержание различных субстратов и даже в пределах одной партии меняется. Для этого система 3 измерения остаточного давления воздействует на регулятор 14 давления пермеата. При возрастании давления в реакторе 1 вследствие повышенных газовыделений с исходного субстрата дается команда регулятору 15 давления пермеата, который увеличивает давление перед собой. Расход газа через мембрану 16 падает, возрастает селективность мембраны и несмотря на снижение количества пермеата, повышается содержание в нем кислорода.

От этого давление в реакторе 1 снижается (поскольку пермеата через регулятор 14 в реактор 1 поступает меньше), а уменьшение содержания кислорода компенсируется.

Противоположное происходит при снижении давления в реакторе при обработке мало "газящих" субстратов, например тканей из синтетических волокон филаментарной формы. При этом от системы 3 передается регулятору 14 команда понизить давление пермеата. Расход через мембрану 16 возрастает, ее селективность падает, и содержание кислорода в пермеате и в реакторе падает до нормы. Таким образом при любом газосодержании обрабатываемого субстрата поддерживается постоянство давления и состава атмосферы в реакторе при повышении содержания активного газа в ней без применения баллонного газового хозяйства и полной пожаробезопасности, так как кислород нигде не находится под давлением выше атмосферного и не может вырваться наружу, при выключенной же машине концентрация его не превышает концентрации О₂ в атмосфере.

Расходомер 15 пермеата постоянно контролирует расход плазмообразующего газа на случай выхода процесса за пределы технологического регламента, что может произойти в случае появления течи в одном из механических уплотнений реактора, неплотности металла или при неисправности иного рода. В этом случае давление в реакторе 1 возрастает, системы 3-14 реагируют как было описано выше, но это приводит как к выравниванию давления, так и к значительному закрытию прохода через регулятор 14, т.е. недопустимому сокращению расхода через мембрану 16, т.е. к работе на плазмообразующем газе, бедном активной составляющей. В этом случае расходомер 15, зарегистрировав расход пермеата ниже заданной нормы, дает обратную связь в систему (показана двусторонней стрелкой), что приводит к отключению машины и сигнализации неисправности на пульте управления.

Функциональная связь 17 может быть как автоматической, так и интерактивной, т. е. осуществляемой через оператора, который воспринимает информацию систем и принимает решение разрешить или не разрешить системе автоматики продолжить работу так, как она запрограммирована.

Устройство экономичнее прототипа, поскольку по занимаемой площади и стоимости мембранная установка с дополнительными устройствами эквивалентна баллонной установке, но выгоднее ее из-за ненужности складирования баллонов, их перевозки и мер безопасности. Поддержание постоянства параметров при баллонном питании очень сложно в осуществлении, в то время как при мембранном это делается просто (используются свойства мембран).

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА В ПЛАЗМЕ, содержащее реактор с системами вакуумирования и измерения остаточного давления в реакторе, соединенную с источником тока систему трубчатых электродов, установленных в реакторе, и средство подачи плазмообразующего газа с соплами, установленными между электродами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности обработки за счет повышения экономичности устройства, средство подачи плазмообразующего газа снабжено мембранной газоразделительной установкой с регулятором давления пермеата и расходомером последнего, при этом мембранная газоразделительная установка смонтирована на трубопроводе перед соплами, а расходомер пермеата в установке 4 система измерения остаточного давления в реакторе соединены с регулятором давления пермеата.

РИСУНКИ

Рисунок 1