Высокоскоростное формование волокон из расплавов полимеров
Высокоскоростное формование (ВСФ) из расплава при скоростях 4500…6000м/мин это принципиально новый прогрессивный одностадийный процесс, который обеспечивает получение высокоориентированных прочных химических нитей и в полной степени удовлетворяет требованиям экономии энергии, снижению трудозатрат и простоты технологического процесса. Согласно данным научно-технической литературы, затраты в условных единицах составляют около 48% от затрат обычного процесса.
Высокие технико-экономические показатели процесса ВСФ обусловлены:
одностадийностью процесса, благодаря чему отпадает необходимость в проведении дополнительных операций – ориентационного вытягивания и термофиксации и соответственно в дополнительном технологическом оборудовании, что снижает капиталовложения;
сокращением потери времени на выдерживание нитей от формования до ориентационного вытягивания с 2…48 ч до нуля;
работой оборудования при высоких скоростях 5000…6000 м/мин вместо 1000…3000 м/мин на формовании и 400…1000 м/мин при вытягивании.
В результате этого производительность предприятия повышается в 6…15 раз по сравнению с обычным процессом. В то же время, исходя из свойств получаемых нитей, высокоскоростное формование следует рассматривать как особый процесс получения новых видов синтетических нитей.
Существенное отличие высокоскоростного формования от обычных способов получения волокон из расплава состоит в высоком растягивающем напряжении, действующем на расплав полимера, подвергнутый быстрому деформированию и охлаждению. Механическое продольное напряжение зависит от скорости формования, реологических характеристик полимера, скорости охлаждения и толщины нитей.
При переходе от низких к высоким скоростям в сочетании с высокой скоростью охлаждения растягивающее напряжение увеличивается от 10 до 300…400 МПа. Такое большое напряжение вынуждает свернутые полимерные цепи разворачиваться и ориентироваться вдоль потока расплава. Это влияет на термодинамические свойства полимера, кинетику и термодинамику кристаллизации и др. особенности структурообразования.
При высокоскоростном формовании полиэфирных нитей при температуре 2950С и Vф 6000 м/мин выделяют три зоны (рис.1.2).
Первая зона – область течения находится на расстоянии от фильеры 0…70 см. Здесь имеет место наибольшее изменение диаметра, но анизотропия полимера незначительна и при высокой температуре быстро наступает разориентация макромолекул.
Вторая зона – область молекулярной ориентации и ориентационной кристаллизации расположена на расстоянии от фильеры 80…130 см . Характерной особенностью молекулярной ориентации при ВСФ является экстремальная зависимость фактора ориентации от скорости формования с максимумом при Vф 6000…7000 м/мин.
|
Гранулят 1
2
3
4 5
6
7
9 8
10 11
Принципиальная технологическая схема |
Схема формования волокна по зонам |
|
0 40 80 Х, см Изменения показателей полимера: двулучепрепреломления (х103;1), диаметра (х393,2 см;2) и температуры (х10-1 0С; 3) по длине пути формования ПЭТФ нити |
Рисунок1.2 - Схема процесса высокоскоростного формования из расплава
полиэтилентерефталата
1-экструдер, 2-касетные фильтры, 3-распределительная балка, 4- дозирующий насос, 5 – фильерный комплект, 6 –обдувочная шахта, 7- сопроводительная шахта, 8- капиллярное засливающее устройство, 9- диск, 10- приемная бобина, 11- фрикционный механизм