3 Нитеобразование из концентрированных растворов волокнообразующих полимеров
Если температура термической деструкции, Ттд, волокнообразующего полимера близка или ниже температуры его плавления, Тпл, то нитеобразование может быть проведено из прядильных растворов. Последующее выделение полимера в виде филаментов реализуется либо «высушиванием» струи концентрированного «прядильного» раствора полимера («сухой» метод нитеобразования), либо осаждением полимера в жидкости, полностью смешивающейся с растворителем, но не растворяющей полимер, т.е. в «осадительной» ванне («мокрый» метод нитеобразования).
3.1 Нитеобразование по «сухому» методу
Схема процесса нитеобразования по «сухому» методу приведена на рис. 4.
Прядильный раствор прядильным насосиком 1 через фильтр-буж 2 подается на фильерный комплект 4, 5, предварительно проходя через нагреватель 3. В прядильную шахту 6 прямотоком (или противотоком) подается воздух. При использовании органических растворителей необходимо учитывать взрывоопасность смеси их, в связи с чем концентрация паров растворителя в паро-газовой смеси (ПГС), находящейся в прядильной шахте, должна находиться вне критической области. Физико-химические характеристики некоторых растворителей, применяемых для получения нитей и волокон по «сухому» методу, приведены в табл. 8.
Таблица 8 Физико-химические характеристики некоторых растворителей
Раство-ритель |
Плотность при 20 0С, кг · м-3 |
Температура кипения, 0С при 0,1 МПа |
Теплоем-кость при 20 0С кДж (кг· град)-1 |
Теплота испаре-ния, кДж · кг-1 |
Пределы взрывоопасности: верхний/нижний |
|
% (объем) |
г/м3 |
|||||
Ацетон |
790,8 |
56,24 |
2,230 |
512,3 |
2,55/12,8 |
50/310 |
Метилен-хлорид |
1325,5 |
40,1 |
1,188 |
387,4 |
3,13/16,2 |
- |
Диметил-формамид |
944,5 |
153 |
2,312 |
618,5 |
3,12/11,5 |
50/200 |
Вода |
998,23 |
100 |
4,1841 |
2455,3 |
- |
- |
Д
11
1- прядильный насосик ; 7- «рубашка» шахты;
2- фильтр-буж; 8- замасливающее устройство;
3- нагреватель; 9-прядильные диски («галеты»);
4- «порт-фильера»; 10-крючек;
5-фильера; 11-приемное устройство.
Рисунок 4 – Схема процесса нитеобразования по «сухому» методу
Для предотвращения выброса паров растворителя в цех объемная скорость отбора ПГС из прядильной шахты несколько выше, нежели объемная скорость подачи нагретого инертного газа (или воздуха) в шахту. Струи прядильного раствора экструдируются в прядильную шахту и высыхают в условиях развития продольного градиента скорости сдвига (их растяжения) в потоке или противотоке ПГС. Потери тепла на испарение растворителя из струй прядильного раствора компенсируются дополнительным нагревом ПГС с помощью теплоносителя, подаваемого в «рубашку» 7 прядильной шахты.
Нитеобразование по «сухому» способу включает в себя следующие одновременно протекающие процессы:
- перенос тепла;
- перенос количества движения с формированием продольного градиента скорости, //;
- массообмен («высыхание») струи прядильного раствора;
- структурообразование.
«Сухим» методом нитеобразования получают волокна на основе первичных и вторичных ацетатов целлюлозы [триацетатные, (СТА) и ацетатные (СА) соответственно], полиакрилонитрильные (PAN) и модакриловые (МАС), поливинилспиртовые (PVAL), полиуритановые [спандекс, эластан (EL)], поливинилхлоридные (CLF) волокна, а также волокна из ацетонорастворимых сополимеров винилхлорида (виньон, виньон N) и др.
Изменение свойств филаментов в процессе нитеобразования иллюстрируется рис. 5.