Волокнообразующих полимеров

Формование химических волокон и пленок начинается с подготовки прядильных растворов и расплавов волокнообразующих полимеров, заключающейся в удалении всех включений, которые могли бы нарушить стабильность нитеобразования: механических загрязнений и гелеобразных частиц, а также газовых пузырьков. Эти проблемы были рассмотрены во II разделе “Сборника задач”. После тщательной гомогенизации прядильная жидкость под постоянным давлением подается к прядильным (дозирующим) насосикам. На последующих стадиях формования осуществляется нитеобразование, ориентационное вытягивание, текстильная обработка и текстурирование, фиксация структуры волокна (нити). Нитеобразование включает: дозирование прядильной жидкости, экструзию ее через фильеру, отверждение экструдируемой струи с одновременным ее растяжением, нанесение на нить замасливающего препарата, прием нити на паковку при постоянном натяжении с постоянной линейной скоростью.

Равномерная и постоянная во времени подача прядильного раствора (или расплава) волокнообразующего полимера на фильеру является обязательным условием стабильного получения нити заданной толщины (линейной плотности). Дозирование прядильной жидкости осуществляется двух- и трехшестеренчатыми насосами с внутренним зацеплением. Нарушение постоянства дозирования прядильной жидкости на фильеру может быть вызвано:

– изменением частоты вращения вала прядильного насоса вследствие механических и электротехнических причин;

– износом шестерен и внутренней камеры прядильного насоса, обусловливающим снижение максимального давления нагнетания;

– наличием в прядильной жидкости гелеобразных частиц.

Технологический процесс получения нитей может быть реализован в различных вариантах:

1. Раздельными стадиями нитеобразования, ориентационного вытягивания, текстурирования, фиксации структуры;

2. Совмещенным нитеобразованием и ориентационным вытягиванием с последующим текстурированием и фиксацией структуры нити;

3. Стадиями нитеобразования, но совмещенного ориентационного вытягивания и текстурирования нитей.

Формование штапельных волокон реализуется:

1) по «мокрому» способу: на «проходных» агрегатах, на которых осуществляются все технологические переходы, включая сушку;

2) по «сухому» способу:

– нитеобразованием и совмещенным ориентационным вытягиванием и текстурированием;

– совмещенным нитеобразованием и ориентационным вытягиванием с последующей совмещенной с этими стадиями промывкой, сушкой, текстурированием и фиксацией структуры;

3) по «расплавному» способу: раздельным нитеобразованием и ориентационным вытягиванием, а также нитеобразованием, совмещенным с ориентационным вытягиванием, текстурированием и фиксаций структуры.

При минимизации дисперсии каждого параметра всех стадий технологического процесса основным требованием к готовой продукции является одинаковая (с минимальной дисперсией, «неровнотой») заданная толщина как одиночного волокна (филамента), так и комплексной нити, что достигается строго постоянной подачей прядильных растворов (или расплавов) волокнообразующих полимеров.

Пример. При получении полиэфирной технической нити [1], [2], [3], [4] линейной плотности Т_t 111 текс f 150 скорость приема нити на прядильной машине V_П=1200 м/мин. Кратность ориентационного вытягивания на крутильно-вытяжной машине l=5,0. Содержание замасливателя на нити «з» = 0,8% (масс); Влажность «w»=1,1 %(масс).

Вычислить подачу расплава и число оборотов вала прядильного насосика НШ-12Л.

Решение: Вычисляем линейную плотность невытянутой нити, Т_{t, н}.

Т_t,н = Т_t×l= 111×5 = 555 текс

Вычисляем подачу расплава, Q г ·мин^-1.

Q = Т_t,н × V_п× (100-з) (100-w) (1000 · 100)^-1 =

= 555 × 1200 × 0,992 × 0,989/1000 = 653,4 г/мин.

Вычисляем объемную скорость подаваемого расплава, Q^о, принимая плотность расплава PET r =1275 кг/м³.

Q⁰= Q/r = 653,4×10^-3/1275= 0,5124×10^-3 м³/мин = 512,4 см³/мин.

Вычисляем число оборотов вала прядильного насосика:

n = Q⁰/12 = 512,4/12 = 42,7 » 43 мин^-1.

Ответ: Для получения полиэфирной технической нити линейной плотности 111 текс при скорости формования 1200 м/мин необходима подача расплава полимера в количестве 653,4 г/мин. Число оборотов вала прядильного насосика марки НШ–12 Л равно 43 мин^-1.

Пример. Формование РА–66 текстильной нити осуществляется на машине совмещенного процесса, при котором нить после замасливания подвергается ориентационному вытягиванию между двумя парами вытяжных дисков, а затем принимается на паковку. Линейная плотность нити, Т_t=8,6 текс. Дозирование расплава одним прядильным насосиком осуществляется на 4 фильеры. Содержание замасливателя на нити «з» = 0,92% (масс); влажность нити «w»=1,4% (масс). Скорость формования, V_n=4500 м/мин. Вычислить подачу расплава и число оборотов вала прядильного насосика марки НШ-2К.

Решение. Вычисляем подачу расплава, Q, г/мин в расчете на одну фильеру.

Q = Т_t×V_n× (100 -з)(100 -w) / (1000 × 100) = 8,6 × 4500 × 0,9908 × 0,986 / 1000 = 37,8 г/мин.

Вычисляем подачу расплава прядильным насосиком на одно рабочее место:

Q₁=37,8 × 4 = 151,2 г/мин.

Вычисляем объемную скорость подаваемого расплава, принимая плотность расплава поли(гексаметиленадипамида) при 280 ⁰С r = 980 кг/м³

Q⁰₁ = 151,2 × 10^-3/980 = 0,154×10^-3 м³/мин = 154 см³/мин.

Вычисляем число оборотов вала прядильного насосика. Так как подача прядильного насосика НШ-2К за 1 оборот равна 2 см³ расплава, то число оборотов вала прядильного насосика равно:

n = 154/2 = 77 мин^-1.

Ответ: Для получения полиамидной текстильной нити РА-66 линейной плотности 8,6 текс при четырехниточном формовании необходима подача расплава на одно рабочее место 151,2 г/мин, что обеспечивается числом оборотов вала прядильного насосика НШ-2К, равном 77 мин^-1.

Пример. Получение полиакрилонитрильного волокна типа нитрон С линейной плотности 0,212 текс осуществляется на прядильно-отделочном агрегате марки ШАН-13И. Волокно нитрон С содержит 0,75% (масс) авиважных препаратов и имеет влажность 1,5% (масс). На агрегате ШАН-13 имеется 12 фильер (4 рабочих места).

Каждая фильера обеспечивается прядильным расвором с помощью прядильного насоса НШ-150Н. Применяются фильеры 60000/0,08. Прядильный раствор концентрации волокнообразующего терсополимера акрилонитрила 12% (масс).Прядильный раствор PAN в 51,5% водном растворе роданида натрия имеет плотность, равную ρ = 1285 кг/м³. Выходная скорость на агрегате V_п = 35 м/мин [5].

Вычислить подачу прядильного раствора на одну фильеру и число оборотов вала прядильного насоса НШ-150Н.

Решение. Нитеобразование волокна нитрон С происходит при осаждении прядильного раствора в осадительной ванне, представляющей собой 10% (масс) водный раствор роданида натрия. Свежесформованное волокно подвергается ориентационному вытягиванию последовательно в 1,5 и 7,0 раз, после чего промывается, обрабатывается в авиважной ванне, сушится с 25%-ой усадкой и гофрируется.

Марка агрегата ШАН-13 подразумевает производительность 13 т в сутки волокна линейной плотности 0,33 текс.

Вычислим подачу прядильного раствора на одну фильеру:

Q = T_t×(100 – з)(100 –w) × 100 × m ×V_n / 1000 ×100 × 100 × c × r,

где с – концентрация прядильного раствора, % (масс);

r – плотность прядильного раствора, кг/м³;

m – число отверстий в фильере;

V_n ­– выпускная скорость агрегата, м/мин.

Q = 0,212 × 0,9925 × 0,985 × 10² × 6 × 10⁴ × 35/1000 × 12 × 1285 × 1000 = 0,002823 м³/мин = 2823 см³/мин.

Вычислим число оборотов вала прядильного насоса:

n = Q/q, где q – подача прядильного раствора за 1 оборот вала прядильного насоса.

n = 2823/150 = 18,8 мин^-1»19 мин^-1

Ответ: Подача прядильного раствора на одну фильеру для получения PAN волокна нитрон С линейной плотности 0,212 текс составляет 2,823 дм³×мин^-1, что обеспечивается частотой вращения вала прядильного насоса НШ-150Н n = 19 мин^-1.