用于纤维片纤维化的方法和设备的制作方法

专利名称:用于纤维片纤维化的方法和设备的制作方法
此发明是有关使纤维从纤维片分散成单纤维状态，然后生产吸附空气毡，详细地说，是一种使纤维片分解成单根纤维的改进方法和一种改进的纤维化机。
纤维化机也称锤磨机或破碎机，是用来生产吸附空气毡的。使用纤维化机使纤维片分解成单纤维状，并被转移到带有小孔的运输带上形成空气毡。纤维化机所用冲击元件，如锤子或安装在圆筒形转子圆周上的齿。为了破碎纤维片，把纤维片通过喂入槽导向下箍口并与转子圆周上的冲击元件相接触。冲击元件具有打击面以打击纤维片，直接的冲击使纤维片分离成单根纤维而纤维片得以纤维化。由直接冲击使纤维分离称为初级纤维化，这是与次级纤维化相对而言。从纤维片撕下的纤维簇在转子与漏底、或与罩壳、或与转子周围的罩壳突起物相摩擦时即发生次级纤维化，并分离成单纤维。
迄今，破碎机的转子圆周上的打击元件上排列花形已有许多建议。在塞库利次(Sakulich)等人申请的美国专利3，519，211，齿排列成前后排是错开的，二次齿顶连续打击间隔时间仅为约0.4毫秒。
按贝尔(Buell)美国专利3，824，652，的推荐是齿随机分布在转子圆周上，确切地说是由多列齿按螺旋角10°～35°螺旋形排列，齿间距是各向等同的。已公开的排列是第二个邻近齿组按螺旋形排列与第一部分的齿形类似映象，稍微有些偏移，为了避免由于一个或几个齿太靠近而引起纤维化程度的恶化，齿与齿间保持约5个齿宽的距离。
贝克(Bank)美国专利号3，637，146公开了其冲击元件具有一个锥形面。
此发明主要目的是提供在较高生产率同时使纤维损伤最少的情况下，提高纤维化程度的一种纤维化方法和设备。
为了达到此目的，按此发明的纤维化方法和设备是将纤维片喂入到箍板，箍板靠近一个圆周上排列着齿的纤维化转子，齿条带转子上沿轴向分布。在一条带内，齿是按一个重复的周期波花形排列，并对沿着箍口的横向冲击线，按简谐运动分布对纤维片进行冲击，齿对纤维片与齿条带相对应的部分进行冲击。
可看出，齿按此花形排列，纤维片邻近的区域不断地受到拉伸，纤维片的前端受冲击负荷，且负荷是周期性有规律的，它是由齿冲击引起并产生机向和横向的机械损坏，或由冲击点传来的应力波，这样造成喂入槽内的纤维跳动或振动，通过破坏部分纤维间结合力而对纤维片进行予处理。因箍口处纤维受打击，使纤维片的前端引起回弹且产生的内应力及予处理使纤维片“裂解”分解成单纤维。冲击不断传递能量给纤维片，并控制应力波使纤维片受到予处理并再次冲击而裂解成单纤维。
下面结合示意图进一步阐述图1是按本发明制造的纤维化机横截面图;
图2是图1纤维化机转子部分透视图以说明转子上齿的排列;
图3是专利3，824，652上贝尔已公开的先有技术中，带齿的转子部分圆周面示意图。
图4是专利3，519，211中，塞库利次更早提供的一个齿以花形排列转子的部分圆周示意图。
图5是按本发明的纤维化机转子的齿周期波纹花样的部分平面图，是图1纤维化机转子的进一步发展;
图6是齿的不同排列时纤维化百分比与产量示意图，图6上方为齿的排列示意图;
图7是按本发明的纤维化机转子圆周上齿的不同排列时，纤维化百分比和产量的关系图，说明不同打击频率，均匀或不均匀的齿排距将产生不同的效应。
图8是在以前的锤磨机上，受齿冲击0.7毫秒后纤维片节点示意图;
图9是按本发明的齿形排列，受转子上齿冲击0.7毫秒后纤维片节点的示意图，这表明对箍口冲击后，纤维片得以剧烈的松解。
图10是纤维化百分比与纤维片冲击长度的关系图;
图11是纤维化百分比与齿宽的关系图，它说明冲击时齿宽对纤维化程度的影响。
图12为纤维化百分比与纤维片受冲击面积的关系图，它说明锯齿冲击面积对纤维化的影响。
图13是纤维化百分比与齿顶和箍板之间隔距的关系图，它说明齿顶与箍板之间隔距对纤维化程度影响。
图14是表示纤维化百分比与转子齿排间隔的关系图。
在联系具体的机器来说明本发明时，并不是指本发明仅限于所述的具体机器而是根据附加的权利要求
中明确表示的为准。
CET纤维化机转子翻到附图，在图1、2中所示为用来破碎纤维片的纤维化机30，环绕圆柱形轴旋转的圆筒形转子40，罩壳42，罩壳对转子有一个入气口32和排出口34，多口的喂入槽44A，44B。这里所示二槽的夹角约为70°。喂入槽是用以接受纤维片45，46，或借助于滚轴把许多叠加的纤维片喂入，先进入邻近转子40圆周的箍口47A，47B。转子40周围的各个齿48都有一锥形面50，对着通过箍口47A，47B的浆粕和支撑板41、43，并按规定隔距安装，齿冲击通过喂入槽口45、46的纤维片，冲击是沿着邻近箍口的且扩展到纤维片整个横断方向冲击线进行的。当本发明的纤维化机作为初级纤维化机使用时，排出口34不必有筛网。如用作次级纤维化机时，此排出口34上应放筛网，为了得到较大的过滤表面积，和/或较多的纤维排放量，可加大排出口34面积。在此情况下，转子的设计应是中空的或齿排间成凹形以增加纤维化机的空气流量。
喂入纤维化机的纤维片可能仅含天然的纤维素纤维，但本发明纤维化机也可用于破碎含有全部或部分别种纤维的纤维片，如商标为PULPEX以浆粕形式出售的原纤化聚烯烷纤维。由此看来，纤维片可含有天然纤维素的纤维和/或合成纤维。
按本发明齿48如图5所示圆周地排列并延伸成多条带状，而横向是按转子的轴向排列，并在每一条带内成周期波状，这样在沿邻近箍口的横向线上，每一纤维片的机器方向与转子上每一条带相对应的狭条受到的冲击的分布为简谐运动。
由于齿的周期的波形，当转子40按给定圆周速度传动时，纤维片前缘受齿冲击负荷的冲击，并使负荷自动地控制产生应力波，而使在喂入槽内恰好在箍口前的纤维片段引起摆动或振动。可以认为周期性的冲击负荷可使冲击点传来机向和横向应力波，随着纤维片的振动和拉伸，使在喂入箍口的纤维片段在受到直接冲击前得到予处理，这样损坏了对着箍口的纤维片端，这样的予处理，可使达到箍口前的纤维片中纤维间结粘合力部分遭到破坏。也可认为在纤维片内所产生的且有规律的内应力和予处理，促使从箍口出来纤维片回弹后“裂解”分裂，经再次冲击结果使纤维化程度高于通常纤维化机。
齿的安装用如图1、图2所示的方法，转子40圆周有楔形槽52，齿的根部48安装在54凹部，这样齿沿径向向外突出，齿48从转子圆周突出，并沿机器方向平面“P”排列，图5中每一“P”面齿数取决于所要求的花形。按本发明，理想的周期性花形是正弦形。可是由于实际结构上的原因，大家熟知为达到要求的花形，是按图5所示的三角形波形来安装齿。所有的周期性波形是不满意的。例如，一个方形波形是不满意的。可接受的周期波形应该在二个波峰间没有突变。更进一步讲花形在相邻带或转子各段没有重叠，如图5示。然而，重叠波可能产生满意结果。
如所指出的转子齿的理想全花形是正弦形这样沿与转子圆周的一个条带所对应的横向线段的冲击是以简谐运动分布的，然而在实际工作中，精确地在转子的圆周按正弦波花形安装齿是非常困难的，所以，选择了图5所示的三角形花形作为近似的理想花形。这样在下文中引用“简谐运动”，包括在权利要求
中也用到的，此术语是意指诸如冲击点分布形式的运动，例如图5所示按三角形花纹安装的齿的运动。
最好在圆周方向花形是周期性的重复，这样可使每一条带内围绕转子的圆周花形得以连续，且对转子整个轴向长度上的其它条带内重复同样完整的花形。齿和箍口重复冲击在纤维片内产生的应力波，可认为能产生谐波振动，以振动由于周期性地重复打击，自身的得以控制。
按本发明，提供的花形如图5所示，每一个机向P平面内含有X个齿或2X个齿，这样可使围绕转子圆周的相邻的周期性花形不会重叠，每一花形是指在转子的一个条带内的。当齿按所示图排列时，提供重复花形为每转每一平面4-8-4个打击点。虽然图5所示花形是对称的，变化此花形也可得到类似结果。同样需注意的，齿圆周地间隔排列是平行于转子轴的，齿排打击频率或打击点间隔时间取决于转子转速和相邻齿排间的周界距离，其值定在0.48毫秒～1.7毫秒(就是打击点间隔时间)。这样可使箍口纤维片端在对箍口冲击和拉向箍口后有必要的回弹时间，和在下次冲击前纤维片有必要的松弛时间而得以予处理。连续齿排间冲击的间隔大会使纤维化程度有所降低。用不同的转子速度和或不同的转子直径，可采用不同的重复花形，如每一转每一平面3-6-3次冲击，或每一转每一平面用5-10-5次冲击。
初级纤维化为了解释纤维片受冲击引起破碎的机理。参照图8，它表示了，通常的锤磨机的锤子离开箍口后瞬间纤维片的情况，可看到纤维片经直接冲击后，其端部被拉回并绕向箍口端面。纤维片的端部在下次受击前回弹到虚线所示位置。如图所示，冲击引起一束纤维分离而结节纤维受齿的冲击后稍微膨松。
现参考图9，按照本发明的方法，由于齿和箍板周期性地反复冲击而产生的应力波在纤维片和接近箍口的区段内产生高应力。这点可通过高速摄影图片中看到的。喂入槽内纤维片的跳动或颤动而得的证实。由于齿对握持口的冲击，结节回弹到径向位置，并且急剧膨松。如图9短划线所示的纤维片端部受冲击形成如图9虚线所示的纤维团。可以认为进入箍口的纤维片区段内，纤维片断口纤维间结合力内高应力的产生称为予处理区。在纤维片头端回弹后引起内应力降低而使纤维片松弛导致纤维结节的剧烈膨松，称之为“裂解”。在结节处产生的“裂解”或形成纤维团如图9虚线所示。当下一列齿打击纤维片头端时，受齿排中每个齿的冲击点的交叉方向内纤维片头端的纤维，由于受冲击，从纤维片分离出来。随着纤维团内纤维间结合力大部分遭到破坏，纤维从纤维片中分离出来。由于当纤维片受一排齿冲击纤维结合力受到更多的破坏，所以本发明的纤维化机的纤维化程度高于通常的锤磨机。图8图9是高度概括，它是基于观察在箍口处受转子齿冲击后效果的运动图片而绘制的。
当转子齿打击纤维片时，一部分结节被消除。结节如图示在纤维片端部的划线区域。被普通接受的是在纤维化时，大量纤维间结合力被破坏，由于打击元件和箍口板的直接冲击，单纤维被分离出来。此外，本发明是用“予处理”破坏纤维间结合力，予处理是在纤维片到达箍口前予冲击期间及后冲击期，作用在纤维片上传递波。为了产生“予处理”和“裂解”，要求齿的冲击有特定的时间和位置。
模拟一下，设想一个男孩用棒球的球棒敲打泥块。这里有许多因素影响分解后泥粒大小。如球棒的速度、打击角、和泥块的大小。假如不是用棒打击泥块，而是用对准砖墙扔泥块。假如有足够使土块结合力破坏的能量，那末土块将分碎成无数的小片。用高速摄影摄下此撞击事件，它将显示冲击后且在结合力破坏之前，有一瞬间，能量传入整个土块内部，然后土块开始分解。用纤维片取代土块，用运动着的锤子或齿冲击纤维。纤维片的结节受打击时，大部分结节不是“裂解”而是产生加速度。高加速度的纤维结节与由冲击元件冲击力相同方向运动。假如箍口位于加速度的路径上，这结节猛击箍口。打击元件也拉围绕箍口的纤维片端部，对纤维片产生拉力并拉伸纤维片。此刻，冲击载荷快速横向传递并通过结点和纤维片沿机向回传到喂入纤维片的滚轴中。如对箍口打击引起冲击载荷和拉力足够大，箍口前和在喂入槽内的纤维片段将立即发生予处理，包括纤维间结合力的破坏，然后纤维片松弛。结节弹回或回弹离开箍口返回径向位置准备接受下次冲击。其发生原因在于纤维片的弹性和结节一端被不受冲击纤维片和喂入罗拉所固定。假如一个箍口不是安装在纤维片运动端的通道上，加速的纤维片将继续沿转子回转方向运动，这样纤维片将被大块拉断。在纤维片受箍口板冲击时，使纤维结节产生裂解的有效能量值取决于许多因素，如受冲击而加速的结节的速度，冲击箍口的角度，纤维的结合强度和结合数，冲击到的箍口的纤维片数，及其它因素。
冲击载荷受到冲击突然加到纤维片端部负荷的作用不能瞬时传递到纤维结构的所有部分。这将发生如下后果(1)几乎瞬时(小于几分之一秒)增加的负荷产生高应力。
(2)应力突然上升后随即负荷速减。
(3)将负荷传至纤维片，使纤维片受到机械损坏，或以应力波形式传至纤维片，使纤维片产生振动。
这些作用仅发生在几分之一毫秒的时间内。随着前述冲击负荷的几个阶段，发生纤维化裂解。如图9虚线所示，结节与箍口猛撞(第一步)而图中划线所示为发生裂解(第二步)。整个过程仅约0.6毫秒。从图中不能看到纤维片的振动，但从胶卷中可清晰地看到。
另外，在冲击载荷作用下断裂的主要特点是载荷应产生一个理想的重复花形。不象静载荷下断裂纤维片，那时结合力的断裂是随机的，因而必须用统计处理。在冲击负荷下，纤维内部结合力断裂发生是可预测的且是一致的。
如图9所述，当冲击速度足够大时，由冲击负荷引起的反复变形和反复应力会传递到纤维片或使纤维片破坏或传给纤维片一定速度的波。随着波运动，使一些纤维内部结合力可能断裂。测得纤维片内的波速与织物中波速相近，即每秒几千英尺。
在纤维片中，当短期波传向纤维片时，游离纤维移动将影响波速和波的传播。纤维的排列和作用其上的冲击负荷的相对方向将影响波的传播形式。可看到不管纤维片上的纤维是按机器方向(MD)取向或按横向(CD)取向，通过纤维片传播的能量差异取决于纤维相对于静负荷或冲击负荷作用的方向(见图2)。众所周知，纤维片在横向的纤维化程度比撕裂方向高，原因在于纤维排成直线，在突然冲击力作用时，普通浆粕片沿机器方向的波速大约是横向的2倍。分析这样的纤维片可见，纤维主要按机器方向排列，这可通过测量纤维片机向与横向拉伸强度进行比较而加以证实，通常机器方向拉伸强度是横向的约2倍。所提供的转子齿的排列，在齿的间隙方向考虑到了上述现象，所以能理想地连续处理横向排列的纤维。
当结节对箍口上冲击时，由于直接冲击产生的冲击负荷导致波的传播，并通过纤维片，使纤维片遭到机械损坏。由于纤维相对地无弹性并相互纠缠结合，并在纤维交叉点另星地分布着有限数量的所谓“氢键”，因此纤维间容易发生滑移。
振动波为了说明齿冲击如何能在纤维片内传播波运动，把纤维片的一个狭小部分看作为一根条子，假如这根条子一端被固定，并在另一端周期地加速，将产生明显的波并向固定端传播。纤维化机上一个齿首先打击纤维片的自由端，然后将其猛撞箍板，而产生一个方向性力传向纤维片并扩散，当有一足够大的适时的反复冲击力使振动加强，将产生类似于上述带子的连续振动波。如这些振动波加剧纤维间结合力断裂，那末纤维片的纤维化将提高。当然这里所设想的带子对浆粕来讲，尤如一薄板而不是一根带子。展望波如何在横向的反应，设想将一拉长的橡皮条两端固定，并同时作用于二端，可看到波从二端移向中间并相互撞击在这点的振幅和应力均最大。同样在浆粕上，当一排齿打击时，相邻的各齿在打击时沿浆粕横向传递冲击波。
在实行此发明时，当纤维片处于最高作用阶段也就是当最初应力增至最高理想应力而不毁坏纤维时，这时沿纤维片横向每一点都受周期的冲击负荷。这样典型的振动波运动接近谐波。建议沿机向和横向波按正弦形式传播。如图5所示转子齿按条状排列并围绕转子轴伸展，每一条带中转子齿按近似正弦波在转子圆周上扩展，即沿转动方向延伸，从而沿邻近箍口的横向冲击线，提供简谐运动形的冲击波，因而相对应于条带的纤维片的各相邻条子之内的传递振动波的每一条子产生一振动的结节。根据本发明制造和工作的纤维化机采用这些排列花形，参阅图6和图7，在箍口处纤维化程度(按所述的标准方法测得)大大提高。当采用原有技术排列，如图6所示锤子按＃1～＃4排列，当每小时每英寸机器宽度，产量为150～200磅时。纤维化程度为70-80%。本发明的纤维化机如图7所示，在产量为200磅/英寸时，纤维化程度为90%以上。
按本发明，当纤维片喂入到转子圆周时，能量也传递到对纤维片予处理，冲击负荷常在结节裂解区发生，由于结节的高篷松度和纤维间结合力减弱，可得到较高的纤维化程度。由于纤维片不断喂入机内，为了实行有效的纤维化，必须使能量适时并在适当部位有规律且近乎连续地传递到纤维片，以使“裂解”连续发生。这就是“连续能量传递”的含义，或用CET表示，它是靠本发明制造的转子来实现的。
纤维片可看作以机器方向为主的定向纤维在接触地区纤维间带有“氢键”的纤维矩阵。本发明考虑用冲击产生周期性的应力波，也就是由冲击频率引起固定周期的高的内应力，并从受负荷点向外转移在波前方Z方向使纤维片趋于裂解。由于受负荷，当波前下部通过并分布应力波时，纤维间结合力破坏，没有断裂的纤维相互间产生滑移。
由于定期打击自身产生有规律的周期性应力波，当转子转动时，能量连续地传递到纤维片内。
由于纤维片不是一个刚性均匀结构，因此从打击点传出应力波衰减很快，但对直接受冲击的条子和相邻条子都产生明显效果。在相邻的条子中，齿冲击对纤维片脉冲加载，并从冲击点向外传递波。从邻近条子碰撞产生的波增加纤维片内的应力并促进，从冲击点碰撞区内发生预处理和后冲击纤维化程度。此外，邻近的齿条带一直是会影响邻近条子的。这样传播可保持纤维片处于高响应阶段。用按本发明制造和工作的纤维化机进行纤维分离，初级纤维化占主要地方是十分理想的，因次级纤维化经常会损伤纤维。
影响CET转子结构和操作的参数为了得到下文所述和图中所列数据，纤维片是用CR54卷状浆粕，它是普通非松解的南松木牛皮纸卷状浆粕，重量为400磅/3000平方英尺，含水为6%，密度为0.55克/分米3。必须注意下述图10-14数据是采用以前的技术所制转子并在纤维化机上仅用一个喂入箍口而取得的。
冲击速度冲击速度是指当纤维片受冲击时，打击元件传递的速度。在冲击速度11000～30000英尺/分的范围内进行了研究。冲击速度一般是指直接影响纤维化程度的齿顶速度，当冲击速度提高时，纤维化程度也增加。
当冲击速度在15000英尺/分时纤维化效果出现下降。速度低于15000英尺/分时，纤维化的机理主要是由于撕裂作用。当齿顶速度提高时，纤维片裂解为纤维化的机理。当速度接近15000英尺/分时，能产生足够动能击向纤维片，几乎能使纤维间结合力全部断裂。在速度高于15000英尺/分时随着附加能量，纤维化程度提高不多。由于齿顶速度和其他参数即齿数、冲击频率、产量之间有巨大的影响，所以速度采用20000～30000英尺/分的范围为好。
在速度很高时，如二次冲击间隔少于0.7毫秒，对于诸如CR54南松木牛皮纸浆粕之类的纤维，采用上限的速度进行冲击，将发生严重损伤。在权利要求
也提到的，二排齿冲击间隔时间或冲击频率为0.7毫秒约等于1429次冲击/秒。
纤维片冲击长度受齿冲击的纤维片表面积大小称纤维片冲击区，它取决于下述变量
(1)齿顶速度。
(2)齿的横向宽度。
(3)喂入纤维片的机器方向和平面内所安装的齿数。
(4)纤维片喂入速度。
采用调节纤维片喂入速度，可改变受齿冲击的纤维片纵向长度。这纵向长度称纤维片冲击长度。
参阅图10，它表明当纤维片冲击长度减少，纤维化程度提高。当纤维片冲击长度从0.1英寸减到0.01英寸，纤维化程度将增至90%以上。图10也表明对于图4所示原先技术的纤维化机，为了使纤维片达到95%以上的纤维化程度，纤维冲击长度不应超过0.025英寸。理想地说，在设计高纤维化锤磨机可把0.025英寸作为冲击长度的上限，但必须考虑纤维片喂入速度与其它(1)至(3)变量之间数学关系。
齿宽和纤维片冲击区正如前述，纤维片冲击区依赖于几个变量，其中包括齿的横向宽度(见图2)。当齿宽增加，而齿的冲击速度、齿数和纤维片喂入量保持常数不变时，结果总的冲击区是增加的。当冲击区增加时，纤维化程度降低。如图11所示，当齿宽从1/4英寸缩小到1/16英寸时，纤维化程度显著提高(用CR54卷状浆粕)。这样纤维化程度的提高，与纤维片冲击长度在0.025到0.1英寸范围时的情况相一致的。可发现齿宽增加纤维化程度降低。也可看到较窄的齿会降低加工中能量效率。可估算每增加1/32英寸齿宽时，每马力时的全部纤维化的纤维的根数约减少12%。还可看到为了高度纤维化，较长的北方软木质纤维比较短的纤维，诸如南方松木(CR54)或按树等的纤维，要求较宽的齿，所以合适的齿宽取决于所加工的纤维。还可看到，为得到合适的纤维化程度和使纤维损伤小，对较长的北方软木纤维宜使用较宽的齿。
如图12示，减少纤维片冲击区将增加纤维化程度。对得到附图所述数据所用的商品化浆粕(CR54)，欲在高产(即200磅/英寸·时)条件下高纤维化，如用如图4的原有技术，纤维片冲击区不应超过1.62×10-3平方英寸(也就是锤宽为1/16英寸，纤维冲击长度等于或小于0.025英寸)。然而，如在图7中看到的，用本发明所得纤维化程度可高于95%，当齿宽1/16英寸，纤维片冲击长度为0.09英寸，产量为200磅/英寸时，纤维片占机向2/3面，有效冲击面积为5.62×10-3平方英寸，这数值比图6和10中的明显高得多。
齿与箍口隔距齿顶与箍板面的距离称齿/箍口隔距。如图13所示，隔距影响纤维化机的性能。以所试卷状浆粕而言，可看到随着隔距减小，纤维化程度提高。齿/箍口隔距在0.04～0.12英寸的范围内，可得到高的纤维化度。隔距偏大将引起纤维损伤，并使纤维化程度差。当隔距小于0.04英寸，将出现令人讨厌的“小球”并使纤维损伤。对喂入二片CR54来讲，最合适的隔距为0.06英寸。最合适的隔距取决于喂入的纤维片数，更为重要的是纤维种类，短纤维(如按树)要求较小的隔距，而长纤维(如北方软木)较宽的隔距可获得最好的效果。
箍口系统推荐的结构为喂入槽和箍口间的安装角度，能使纤维片基本上按转子齿的径向喂入。推荐用较狭的喂入口隔距，以既能控制纤维片又能提供足以使纤维片产生适当的振动的间隙。曾发现如喂入口隔距太小，纤维将会发生燃烧。假如隔距太大，纤维片会发生过度的移动，而使纤维化程度降低。当喂入浆粕总厚度为0.09英寸的二片浆粕时，理想的隔距为0.2～0.38英寸之间。纤维片的支撑板41和43(见图1)必须延伸至与箍口几乎平齐。
用2个或多个箍口同时喂入浆粕时，并相应降低各个口纤维片的喂入量，在保持总产量的情况下，由于纤维片冲击长度减少。纤维化程度有所提高。这样可使在不影响质量的情况下提高产量。
得出结论是(1)给定的产量情况下，采用2个或多个箍口同时喂入，比单箍口喂入的纤维化程度高。
(2)当同时使用2个或多个箍口时，围绕转子的箍口间的间距大，纤维化程度高，反之，则纤维化程度低。二箍口的距离愈远，纤维化程度愈高。
(3)当用2个或3个喂入箍口，纤维损伤则不成为问题。
加工的纤维片数对于非松解的连续纤维片象成卷状的CR54，可在一个箍口中喂入二片，以获得高产且不会有过度的纤维损伤。如喂入转子的纤维片增至3片特别是4片一起喂入时，中间的纤维片将出现过度的纤维损伤。对于松解的纤维片，可3片或更多片喂入进行纤维化，而不会发生纤维损伤。
冲击面角齿冲击角是指打击面倾斜角，也就是相对于转子圆周向内倾斜角。如贝克(Bank)在美国专利号3，637，146中提出的角度约为30°，但由于齿的摩损，最好在开始时用较小的角度，约4°左右。
同排的齿距参阅图2，同一轴向齿排中，齿间距影响纤维化程度。如图14所示，采用原先的技术如图3图4相似的齿排列，齿间距约0.375英寸为最佳，最佳齿距很可能受予处理的影响，在本发明中，最佳齿距取决于浆粕硬度和冲击波距离。用大齿距，大部分纤维片不必进行予处理。
齿的排列和打击频率本发明的纤维化机具有其特点转子圆周齿用重复的周期性花形，并对齿各种排列进行了探讨。参阅图6，这是一张纤维化度与产量的关系图，其转子所用齿宽为1/16英寸，其中有＃1～＃4所示四种不同的齿排列是不属于本发明。图6中＃5(CET)是指本发明齿排列。图6和图7中＃1～＃4转子和CET纤维化机的数据均系用单一箍口的纤维化机试验所得。
如图6所示，按＃1排列的转子有40排齿，轴向齿距为0.88英寸，横向齿距为0.235英寸。这些齿是按螺旋形排列，且与图3原先的技术的排列相似。当转子转速为6175转/分(齿顶速约18200英尺/分)时，齿列的冲击频率约为0.24毫秒。这样排列不能使CR54浆粕纤维化。二纤维片不能进入转子的回转圆弧，更甚在喂入罗拉和箍口间弯曲。几次变更箍口喂入系统以使能径向地喂入纤维片的企图，都未能得到满意结果。可以认为，纤维化机不“接受”纤维片原因是齿排间隙小，犹如“遇到”一个实心回转，“滚筒”而不是遇到一个带有齿或突起物的“滚筒”。因纤维片“遇到”一实心“滚筒”，纤维片被带入“滚筒”，因而未能相对于箍口产生加速或切割成单纤维，结果在喂入口引起堵塞。用图6中＃1排列，可采用能变速的转子，通过调整转子工作速度，以得到不同产量。
在＃2～＃4排列中，由于齿横向排列靠近和齿排数减少，因而冲击频率降低。当采用＃2＃3排列进行纤维化，纤维不会发生明显的燃烧，但用＃4排列，纤维会发生燃烧。图6中＃2和＃4所用齿形与图4所示原先的技术排列相似。纤维燃烧一般靠肉眼检查纤维片端部而发现。从图6的纤维化程度与产量关系曲线和其他纤维化程度研究中可发现如在同一排内，齿排列相互靠近，较低的冲击频率可产生较高的纤维化度。或另一种方法说明，即在同一排内，齿间距增大时，较高的冲击频率可产生较高的纤维化度(比较＃2＃3两种排列形成的曲线)。
从图6中＃2和＃4排列，可看出二种排列都可描绘三角形波纹，在两个三角形波纹中齿的布置是按三角形波不是正弦波或谐和波。齿按这样排列沿邻近箍口的横向冲击线的冲击波不是简谐运动。因此，即使在＃2＃4两种排列中可以说在每平行带中的齿可以认为是沿三角形波排列的，但上述两种情况下每一带内的花形与按本发明的花形是明显不同的，因为上述两种排列不可能在冲击方向的横向提供正弦冲击波，即简谐运动。
理想转子齿的排列已制成纤维化样机并通过实验证明本发明特点。参阅图5这是按本发明制造的纤维化机上转子圆周上理想的齿排列的展示图。但本发明齿的排列不局限此一种。图5表示在每一机器方向冲击面内安有4或8个齿，转子上齿的间隔为2个齿的宽度。在机器方向P面内齿按4/8/4周期排列，转子直径约为18英寸，如图5所示，围绕圆周有16排齿。如图7所示标为CET＃5的转子，按圆周速度19200英尺/分，转子处齿排的打击频率为0.87毫秒，其结果如图6中曲线5所示，对于产量为200磅/英寸·小时，其纤维化程度可保持在95%以上。
参照图6，其中包括了这一最理想纤维化机CET5＃所得曲线，因此可与非按本发明的＃1＃4排列的转子所得曲线比较，本发明用CET＃5转子作为例子，提供了既高产又高纤维化的实例，尤其产量可超过100磅/英寸时，并证明其他＃2-＃4三种排列纤维化程度急剧下降。
齿排冲击频率临界特性也可用图7所示曲线说明。用不同直径的CET转子，在18000-20500英尺/分圆周速度下，试验了不同的冲击频率。采用如图7中标有CET＃1转子，结果得到打击频率0.6毫秒，纤维化程度如曲线＃1，当产量提高时，纤维化程度激剧下降。虽然CET＃1转子包括本发明的周期性齿的花形，可看出由于其冲击频率短，也许是由于下排齿冲击前，纤维片没有得到足够松弛，而不能有效地发生后冲击“裂解”。
标有CET＃2的转子齿的组合成不均匀排，齿的冲击频率分别为0.48毫秒和0.72毫秒，它的性能比CET＃1转子好。
试验了CET＃3转子齿的排列使冲击不均匀，其频率为0.79/0.52毫秒。转子工作性能比CRT＃1和CET＃2优越，当产量为136磅/英寸·时，纤维化程度超过90%，由于机构原因不能在更高的产量条件下进行测试。可以推断，在产量到200磅/英寸·时，也可实现高纤维化，也就是说产量为200磅/英寸·时，纤维化程度可超过95%。这些结果是令人满意的，但用CET＃3在空气毡中纤维有些损伤。为此用CET＃4按0.88/0.59毫秒不均匀频率，和CET＃5带有0.87毫秒均匀频率齿排进行试验虽然CET＃4和CET＃5的纤维化的程度是大致相同的，但CET＃4稍微有些纤维损伤而CET＃5则没有。从这些结果，可看出一个迹象即均匀的排列的冲击齿排间间隔时间较长是较好的。试验了均匀的0.95毫秒冲击频率并发现纤维化比CET＃5差，如图7所示的CET＃6。
因此，从以上的结果转子直径为18英寸时，最合适的齿排间距为3 1/2 英寸，转子以22000英尺/分回转，0.8毫秒均匀的冲击频率，可生产纤维无燃烧现象的高质量的空气毡，产量可达200磅/英寸·时。
要注意本发明一个重要特点是转子齿形按正弦波花纹，在纤维化过程中，调节冲击频率、齿宽和纤维片的冲击面积，在齿的排列具有正弦花样时，可使纤维化机具有最佳的性能。正弦形的优点可从以下情况得到证明，如转子直径为18英寸，齿排间距为7英寸，冲击频率为1.7毫秒(0.8毫秒为最好)当产量为200磅/英寸·时，纤维化程度仍高达87%。当采用0.8毫秒时，当产量为200磅/英寸·时，纤维化程度约95%。如图6采用原先技术性能最佳的纤维化机，产量为200磅/英寸·时，纤维化程度仅为80%。
还要指出的，按本发明，纤维化机能量传递效率比一般设备高。产高纤维化(用筛网)被认为高的商品化的锤磨机，目前使浆粕转化制造空气毡的产量约10-11磅/马力·时。用连续能量转换纤维化，目前的结果表明使卷状浆粕的纤维片转化为高纤维化的空气毡，产量可达30-45磅/马力·小时。采用连续能量转换纤维化机，每台机器的成本显著降低，同时在高产时也可显著改善纤维性能。实验室试验表明，用CET纤维化机生产的空气毡，具有很强的吸附能力，原因在于与通常高产锤磨机相比纤维损伤小，并且捻度小，弯曲变形小。图5中在转子圆周上重复的周期花形是按转子的轴向分布，实际上不一定需要相同花形，而异相花形对降低噪音等可能更好。
齿形能提供沿横向冲击线呈简谐运动重复的冲击分布为好，为此目的，必须在波的每一个90°范围内含有相等的且是多个齿数。图5所示花形在每90°的圆周角内有三个等距的齿排。图7的CTT＃4转子的花形，在每90°圆周角内有三个不等距的齿排，也可采用其他花形，如3-6-3齿形，这样每90°的圆周内将有2列齿。
齿排的间隔可采用均匀的也可采用不均与的，但以均匀的为好，均匀齿间(齿排间距离相等)一般取0.7毫秒～0.95毫秒之间较适宜。不均匀齿间(齿排间距离不等)见图7，较短的齿距所得的冲击频率大于0.48毫秒，较长的齿距其冲击频率应为0.7毫秒～0.95毫秒，以能在较高产量下，得到高纤维化，短的冲击频率适合于某些材料，如桉树和PULPEXTM。
速度太高或二次冲击间隔时间太短使齿的冲击频率太高，会引起纤维燃烧或纤维化程度差。
二次冲击间隔时间太长结果频率低，在高产200磅/英寸·时，可达高纤维化(超过90%)。图6排列＃3的性能曲线表示冲击频率太低，在产量100磅/英寸·时，纤维化降到90%以下。图6中排列＃4的性能曲线表示冲击频率太高，它在产量140磅/英寸·时，曲线下降到90%以下。参阅图7，借转子＃1和＃2在较高产量时，纤维化程度如何下降可看出齿排间隔的临界特征。用＃3转子不均匀齿排距(0.52毫秒和0.79毫秒)可保持90%纤维化。而＃2转子采用齿排齿距为0.48毫秒和0.72毫秒，曲线产生急骤下降。并发现0.6毫秒的均匀齿排(＃1转子)结果不佳。0.95毫秒均匀齿排间距结果不理想。另外还知道最佳齿排间距随加工的纤维种类而异。
按本发明商品化的纤维化机转子直径为22英寸。转子沿轴向约22英寸宽，有117条齿带，有20排齿。每一条带由三根环绕的齿排组成。在同一环绕的齿排中相邻齿的间距为离每一齿带的端排为14英寸，离中间排为7英寸。工作速度约为3200～4500分/转，每条齿带二次冲击的间隔为0.7毫秒～0.95毫秒。用1或2个喂入口，每一喂入口喂入二片纤维片，生产能量约是4300磅/时浆粕。浆粕喂入速率可达150英尺/分，对南松CR54浆粕采用齿端与箍口间隙约为0.06～0.09英寸，被粉碎的纤维的纤维化程度高于90%。并采用齿宽1/16英寸，同一轴排齿轴向距离为1/8英寸。
测试纤维化百分比方法设备试验仪器是一个带盖罐，用12×12目的筛网把罐分成二部分，一部分是用盖封闭的真空室，另一部分联结真空泵。筛网金属丝的直径为0.028英寸，敞通的面积为43.6%，孔隙宽度为0.055英寸。该仪器带有计时器。
程序1、清洁筛网和真空室内部。
2、称10.0+0.1克被试绒毛(空气毡)。
3、把绒毛撕成约1平方英寸并把绒毛篷松地放入真空室。盖上盖。
4、把计时器定在4 1/2 分，揿启动按钮。看真空表应在8英寸高的水位，如没到，即调节到8英寸。
5、试验器运行4 1/2 分钟后，把真空泵关掉，并拿出真空室内余下的绒毛，称重精确至0.1克。
6、把余下绒毛重量乘以10，求出其与100差值，这就是纤维化百分率。
所设计的筛网能允许分离的纤维通过，并将没有充分分离的纤维保留下来。理论上讲，100%纤维化则所有纤维都能通过筛网。如真空室内剩余纤维量为0.1克，试验报告的纤维化程度为99%。
的说明图6齿宽＝1/16英寸齿/箍口隔距＝0.060英寸齿顶速＃1-＃4排列≌18200英尺/分CET≌19200英尺/分8次冲击/平面/转(＃1-＃4排列)2片CR54浆粕图7齿/箍口隔距＝0.060英寸齿顶速≌18000-20500英尺/分齿宽＝1/16英寸2片CR54浆粕图10齿宽＝1/16英寸齿顶速≌21140英尺/分齿/箍口隔距＝0.060英寸2片CR54浆粕图11齿/箍口隔距＝0.060英寸齿顶速≌21140英尺/分纤维片冲击长度＝0.025英寸2片CR54浆粕图12齿/箍口隔距＝0.060英寸齿顶速≌21140英尺/分纤维片冲击长度＝0.25～1英寸齿宽＝1/16-1/4英寸2片CR54浆粕图13齿宽＝1/16英寸齿顶速度≌21140英尺/分纤维片冲击长度＝0.025英寸2片CR54浆粕图14齿顶速≌20000英尺/分纤维片冲击长度＝0.05英寸齿宽≌3/32英寸2片CR54浆粕勘误表
权利要求
1.用来粉碎纤维片的纤维化机包括如下，特征在于一个围绕其轴旋转的圆筒形转子。一个用于前述的转子的壳体它有一个喂入槽用以使纤维片端首先喂入与前述的转子圆周相邻的箍口。前述转子圆周上的卤面与前述箍口有一个间隙。喂入纤维片通过喂入槽使纤维片横向到达邻近箍口处的冲击线，齿沿此线对纤维片进行冲击。前述的齿按一花形在多条圆周带上一一分布并布满整个转子，在每一带子上花形能沿前述的横向冲击线提供简谐运动的冲击波，并传递能量给纤维片，以破坏纤维间结合力，使纤维片分离成单纤维。
2.按权利要求
1的纤维化机，机中每一前述的条带至少有三个齿宽，齿宽约在1/16英寸～3/16英寸之间。
3.按权利要求
1的纤维化机，其中每一前述的条带至少有三个齿宽，齿宽约为1/16英寸。
4.按权利要求
1的纤维化机，其中前述的齿排列围绕转子圆周间隔排列齿列横向成直线且平行于转子轴。
5.按权利要求
1的纤维化机，其中前述的多条带中齿排列在圆周成为间隔的排，并成直线且平行于转子轴。前述齿排的间隔可提供冲击频率约在0.48毫秒～1.7毫秒之间。
6.按权利要求
1的纤维化机，其中前述的齿多条带中齿的排列在圆周成为间隔排并成直线且平行于转子轴，前述齿排的间隔可提供约0.8毫秒冲击频率。
7.按权利要求
5的纤维化机，其中前述的齿排为均匀地间隔排列并提供齿排冲击频率在0.6毫秒～1.7毫秒。
8.按权利要求
5的纤维化机，其中前述的齿排为不均匀间隔排列并提供不均匀齿冲击频率，短间隔产生冲击频率小于0.6毫秒，较大的间隔产生大于0.7毫秒冲击频率。
9.按权利要求
4的纤维化机，其中前述的齿排为不均匀间隔并提供不均匀齿冲击频率，短间隔小于0.6毫秒，较大的间隔大于0.7毫秒。
10.按权利要求
1纤维化机，其中前述的壳体有多个喂入槽围绕转子圆周间隔安装。
11.按权利要求
1的纤维化机，其中前述的喂入槽横截尺寸大于二片纤维片厚度，允许二片可同时喂入转子，槽的间隙可允许纤维片受到齿冲击接受能量后可产生振动。
12.按权利要求
5的纤维化机，其中前述的齿宽约为1/16英寸～3/16英寸，转子轴向中前述的齿排的间隔约为前述齿宽的2～3倍。
13.按权利要求
5的纤维化机，其中前述的齿的宽度为1/16～3/16英寸。
14.权利要求
1的纤维化机，其中前述的转子直径为22英寸，前述的带子宽度为3个齿宽，前述的齿宽约为1/16英寸，每一前述条带中部齿排的齿数相当于外层齿排齿数的2倍，每一齿排内内齿距大致相等，齿的轴向间距约为1/8英寸。
15.按权利要求
1的纤维化机，其中每一条带上前述齿的花形是重复的三角形波。
16.按权利要求
1纤维化机，其中每一条带宽度在3/16～3/8英寸之间。
17.按权利要求
15的纤维化机，每一齿宽在1/16～3/16英寸之间。
18.将纤维片粉碎成单纤维的纤维化机包括一个可围绕其轴回转的圆筒形转子，一个用于前述转子的壳体有用于接收纤维片并将纤维片头端喂入到邻近前述转子圆周箍口处的喂入槽。固定在前述转子圆周上的齿，齿面的位置是适于打击沿邻近箍口冲击线的纤维片，齿在横向扩展并与喂入口内的纤维片相对应。齿排列在多条的平行条带上，并围绕转子圆周扩展并沿转子轴横向分布。齿按平行转子轴并围绕转子圆周间隔排列，其间隔可使齿排的冲击频率约为0.48～1.7毫秒。在一条带内，齿全部按正弦波形重复，花形围绕转子圆周扩散。每一条带的宽度约3/8英寸，每一齿宽约1/16英寸。每个齿的冲击点沿前述横向冲击线的简谐运动分布于每一机器方向对应于每一条带的纤维片的条子上。
19.按权利要求
18的纤维化机，在每一连续的齿排沿前述横向冲击线打击纤维片时，纤维片的喂入速度可使箍口伸长的纤维片得到的冲击长度约为0.01～0.09英寸。
20.用带有箍口和转子、转子圆周上有齿，齿的定位是使其端面能冲击沿邻近箍口的打击线的箍口处的纤维片前端，且齿分布在相对于喂入箍口纤维片横向，纤维化机对纤维片进行纤维化的方法，包括如下步骤连续将纤维片前端喂入箍口;转动的转子以其排在条带上的齿冲击纤维前端条带的排列并能对每一机器方向平行且邻近的纤维片条沿前述横向冲击线，提供按简谐运动的冲击。
21.按权利要求
20的方法，其中齿宽在1/16～3/16英寸之间，每一连续冲击的纤维片冲击长度在0.01～0.09英寸之间。
22.按权利要求
20的方法，其中齿条带宽度范围为3/16～3/8英寸。
23.按权利要求
21的方法，其中冲击面积约为6.28×10-4～5.62×10-3平方英寸之间。
24.按权利要求
20的方法，其中连续齿冲击间隔时间为0.48～1.7毫秒之间。
25.按权利要求
22的方法，其中连续齿冲击间隔时间为0.48～1.7毫秒之间。
26.连续的浆粕卷纤维化的方法包括下列步骤首先把前述的浆粕卷的头端的纤维片连续地喂入箍口;用间隔排列齿排冲击纤维片头端，并将其对着箍口碰撞;用连续间隔的齿排重复冲击，以产生冲击频率，齿按周期性的花样排列，所以邻近箍口的沿邻近横向线的片段可得到简谐运动分布的冲击波，以连续地给纤维片递送能量而分解纤维间结合力，使纤维片分离成单纤维。
27.按权利要求
26的方法，冲击使纤维片产生机械破坏，使纤维片到达箍口前受到预处理，在每次冲击后箍口处引起纤维裂解。
28.按权利要求
26的方法，其中当纤维片喂入箍口时，按时间和位置间隔对纤维片进行冲击引起简谐振动使纤维片产生机械损坏同时连续地将补充能量输送到纤维片，使简谐振动得以自动调节。
29.按权利要求
26的方法，其中当纤维片连续喂入箍口时，在通道内，纤维片受由与其相对的裂面间的间隙所支撑，间隙可允许纤维片在通道内产生振动，使当纤维片到箍口时引起纤维间结合力破坏而得到预处理。
专利摘要
本发明公开了一个用来粉碎纤维片的纤维化机和用圆周上齿排列条带的转子(齿条带围绕转子轴横向扩展)对纤维片进行纤维化的方法。每一条带中齿的花形是圆周状延伸，其形状接近正弦波按转向在转子的周围延伸。然后对喂入箍口的纤维片提供一正弦分布的冲击波，使邻近箍口沿横向冲击线的冲击形成一简谐运动。因此纤维片相邻条段内的横向冲击是与齿条带相对应的。
文档编号B02C13/06GK86101241SQ86101241
公开日1986年12月24日 申请日期1986年1月31日
发明者弗雷德·罗伯特·拉德温斯基, 伊丽莎白·安·沃尔夫森, 詹姆斯·利奥·波斯特 申请人:金伯利-克拉克公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan