3.Сравнение формования полиэфирных и полиамидных волокон.

3.Сравнение формования полиэфирных и полиамидных волокон.
Формование полиамидных нитей
Особенности производства технических нитей из полиэфира
Возможной особенностью является наличие на крутильно-вытяжных машинах дополнительного нагревательного элемента. Помимо утюга обогревается верхняя вытяжная пара. При прохождении только по термоэлементу нить не успевает равномерно прогреться и равномерное вытягивание можно достичь только при очень малой скорости  вытягивания. Далее нить поступает в зону термофиксации, которая представляет собой тройную вытяжную пару. Происходит усадка нити от 1 до 6%. Выходная паковка имеет массу до 6 кг в зависимости от конструкции машины. Обогрев происходит либо электрически, либо жидким теплоносителем. Такая техническая нить может быть использована в резинотехнической промышленности без дополнительной крутки. В этом случае их перематывают на металлические шпули. Машины ПКВ-2. При выпуске кордной нити, нить после ориентационного вытягивания направляется на крутильную одноэтажную машину типа К07. Такие же применяются на капроне. На них происходит кручение каждой нити в отдельности, так и последующее сложение двух нитей ( кордная крутка ).
Подавляющее  количество текстильной нити выпускается в объемном виде. Текстурированные нити получаются аналогично капроновым нитям. Выпускаются малорастяжимые текстильные нити. Оборудование для этих нитей зарубежное.
Технологическая схема. ПКА нити формуют из расплава полимера, используя гранулят поли­мера, или получают их путем прямого формования из расплава. Эти схемы формования отличаются начальными стадиями процесса. В первом случае процесс начинается с загрузки гранулята в бункер формовочной машины, а затем гранулят плавится в плавильном устройстве. По второй схеме эти ста­дии не предусмотрены. Расплав полимера после демономеризации подается сразу к насосному блоку формовочной машины.
Схема машины для формования нити из расплава с использованием гранулята полимера приведена на ри­сунке 6 Высушенные гранулы поли­мера пневмотранспортом загружаются в бункер 7, расположенный над не­сколькими рабочими местами формо­вочной машины. Из бункера гранулы самотеком по трубопроводу 2 посту­пают в плавильную головку 3, в кото­рой расплавляются на плавильном устройстве 4 Расплавленный полимер напорным насосом 5 по расплавопроводу 6 подается в формовочную го­ловку 8, в которой расположен дози­рующий насос 7 и фильерный ком­плект 9 Вытекающие из отверстий фильеры струйки расплава проходят последовательно обдувочную 10 и сопроводительную 11 шахты. Полу­ченный пучок элементарных нитей замасливается на замасливающих валиках 12, принимается последова­тельно на два диска 13 и наматывается в бобину 14 с помощью фрикционного цилиндра 15. Грузы-противовесы 16 отводят бобины по мере увеличения ее диаметра намотки.
В случае применения непрерывной схемы синтеза полимера и формования нити расплав подается непосредственно в формовочную головку, при этом конструкция машины упрощается, так как отпадает необходимость в установке бункеров и плавильных головок.
Равномерная толщина нити обеспечивается постоянным соотно­шением между количеством расплавленной массы, продавливаемой через отверстия фильеры в единицу времени, и скоростью наматыва­ния нити. Если за 1 мин через фильеру равномерно продавливается 20 г расплава и нить наматывается с постоянной скоростью 800 м/мин, то линейная плотность нити Т =20 1000/800 = 25 текс. Изменяя это соот­ношение, можно изменять линейную плотность нити.
Параметры формования полиамидных нитей
Основными параметрами формования поликапроамидных нитей являются температура расплава, скорость формования и условия охла­ждения и увлажнения формуемых нитей.
Температура расплава зависит от температуры плавления ПКА и степени его полимеризации. Максимально допустимая температура на плавильном устройстве должна составлять 280—290°С, так как выше этой температуры начинается термическая деструкция ПКА Опти­мальная температура формования поликапроамидных нитей 260— 270°С. При температуре расплава ниже оптимальной сформованная нить будет обладать пониженной способностью к вытягиванию и более низкими физико-механическими свойствами. В ряде случаев это может привести к значительным осложнениям самого процесса формования.
Скорость формования зависит от линейной плотности получае­мой нити. Комплексные (технические) нити 29; 93,5 и 187 текс форму­ют со скоростью от 350 до 600 м/мин, комплексные (текстильные) нити 15,6; 6,7; 5; 3,3; 1,67 текс — со скоростью от 700 до 1500 м/мин.
Условия охлаждения нитей при формовании (особенно в зоне об­разования струи расплава полимера) оказывают большое влияние на их структуру и физико-механические свойства. Поликапроамидные нити охлаждаются потоком кондиционированного воздуха, который подает­ся в обдувочную шахту с температурой 20—22°С и относительной влажностью 46—52%. Количество воздуха и систему его подачи выби­рают с таким расчетом, чтобы исключить возможность образования турбулентных потоков, вызывающих сильные колебания нитей. Коле­бания могут привести к большой неравномерности нитей по линейной плотности.
Затвердевание поликапроамидных нитей в процессе формования происходит на расстоянии 1-1,8 м от фильеры, и положение точки за­твердевания зависит от многих факторов (температуры и скорости формования, линейной плотности нити, расхода воздуха на охлажде­ние нити и др.). На равномерность охлаждения нити влияет и конст­рукция фильеры Использование прямоугольной фильеры с располо­жением отверстий в пять параллельных рядов позволяет повысить рав­номерность нитей по линейной плотности в 1,2—1,4 раза.
Количество воздуха, подаваемого в шахту, зависит в основном от ассортимента формуемых нитей и скоростного режима.
С целью получения высокопрочной нити технического назначе­ния под фильерой устанавливают термокамеру высотой 0,25 - 0,5 м, в которой поддерживают температуру 290—300°С. Основное назначение термостатирования — снижение ориентации свежесформованной нити перед вытягиванием, что облегчает ее последующее вытягивание.
Увлажнение и замасливание для формуемой нити имеют чисто технологическое значение. Сформованная нить, выходящая из сопрово­дительной шахты, практически не содержит влаги, поэтому в после­дующем она будет поглощать влагу из воздуха и удлиняться. В резуль­тате намотка будет разрыхляться, и нить будет сползать с бобины. Вследствие этого нить еще до наматывания в бобину необходимо ув­лажнить. Увлажнение поликапроамидных нитей производится с помо­щью шайб, вращающихся в ванночке с препарирующим составом и со­прикасающихся с нитью, выходящей из шахты формовочной машины.
Для создания оптимальных условий увлажнения нити следует учитывать относительную влажность воздуха в помещении, где распо­ложена намоточная часть формовочной машины. Здесь создается опре­деленный микроклимат, который изменяется в зависимости от линей­ной плотности нити. Оптимальные условия для тонких нитей: темпера­тура воздуха 19±1°С и относительная влажность 45-50%. При формо­вании толстых нитей относительную влажность воздуха повышают до 50-55%. В этих условиях на нить наносится 4—5% влаги.
Одновременно с увлажнением свежесформованная нить замасли­вается; количество замасливателя должно составлять не более 1—1,5%. Содержание влаги и замасливателя на нити регулируют, изменяя час­тоту вращения замасливающих шайб.
Формование полиэфирных нитей
Гранулят полимера поступает в загрузочные бункера прядил ной машины с помощью пневмотранспорта из смесительных апп ратов (барабанов) химического цеха или непосредственно из с шилок, установленных над бункерами 3 и 4 прядильных машш Далее гранулят по распределительным трубам подается на плавильно-формовочные устройства 5, где происходит плавление поли­мера и продавливание расплава с помощью специальных насоси-ков через фильеру (формование нитей). Основная задача плавиль­ного устройства — перевод полимера из твердого в вязкотекучее "состояние. При этом и способ и конструкция обогрева плавильного устройства должны обеспечивать равномерное и полное плавление гранулята, а также минимальную деструкцию ПЭТ, достигаемую при оптимальных температурах формования (280—320°С) и ми­нимальной продолжительности нахождения расплава при этих тем­пературах (от 1 до 5 мин). Для формования полиэфирных нитей из гранулята средней и высокой молекулярной массы (25000—35000) используют различные плавильно-формовочные устройства с при­нудительной системой подачи полимера и расплава. Широко рас­пространено плавление ПЭТ на спиральных и колковых решетках или на ребристых и плоских пластинах из алюминиевого сплава или серебра. Полимер к пластине или решетке, на которой проис­ходит расплавление, подается вертикально установленным шнек-поршнем (рис. 17.12.). Этот же поршень, создавая давление около 0,6 МПа, обеспечивает принудительное поступление расплава к дозирующему насосу. Подача гранулята в плавильно-формовочное устройство обеспечивается постоянным вращением шнека-питателя, частота вращения которого регулируется с помощью электромаг­нитной муфты. Необходимая температура на плавильной пластине достигается с помощью электронагревательных трубок сопротивле­ния; в формовочном устройстве (прядильном блоке), где располо­жен фильерный комплект / — с помощью электрообогрева или теплоносителя (динил, AMT-300 и т. п.), чаще всего разогреваемого 12* 365
трубками Баккера, установленными непосредственно в прядильном блоке. В прядильном блоке расплав приобретает заданную темпе­ратуру формования, которая должна равномерно поддерживаться в очень узких пределах — не выше ±2°С.
Обогрев прядильного блока высококипящим теплоносителем на­дежнее, чем электрический. Последний имеет ряд существенных недостатков, главные из которых — неравномерное выдерживание температуры по пути движения расплава полимера от плавильной пластины (или головки экструдера) до фильеры, наличие опасных зон перегрева продукта, необходимость регулирования температуры на каждом рабочем месте и др. Производительность одной пла­вильной пластины (решетки) по расплаву в зависимости от ее раз­мера и материала, из которого она изготовлена, колеблется от 200 до 1000 г/мин. В настоящее время большинство прядильных машин для формования полиэфирных нитей оснащается плавиль-но-формовочными устройствами экструдерного типа. Такие устрой­ства отличаются высокой производительностью по расплаву, не­большой продолжительностью пребывания расплава (от 20 до 60 с) при высоких температурах, возможностью переработки высокомо­лекулярного ПЭТ (что в первую очередь необходимо для получе­ния технических или кордных нитей с повышенными прочностными и усталостными характеристиками), простотой и надежностью в эксплуатации, возможностью передачи расплава от одного плавиль­ного устройства (экструдера) на несколько прядильных мест — фильерных комплектов. При формовании текстильной нити малой линейной плотности от одного экструдера расплав подается одно­временно на всю машину, имеющую до 96 рабочих мест. Экструзи-онные устройства (рис. 17.13) устанавливаются над прядильной машиной в горизонтальном или вертикальном исполнении. Плав­ление происходит в шнеке 2 (отношение длины шнека к диаметру обычно равно 20—30), вращающемся в цилиндре 3. Цилиндр обогревается с внешней стороны при помощи трубок Баккера или пластинчатых элементов и имеет несколько зон обогрева с различ­ной температурой. Зонный обогрев ци­линдра позволяет создать наилучшие ус­ловия для постепенного плавления гра­нулята и нагревания расплава ПЭТ при движении его по каналам шнека. Кроме того, такие устройства дают возмож­ность  регулировать продолжительность
нахождения расплава при высокой температуре и не требуют спе­циального темперирования расплава в «болоте» насосного блока. Вследствие того что транспортирование гранулята и расплава полимера в экструдере происходит принудительно (избыточ­ное давление на выходе достигает 10—15 МПа), на таких устрой­ствах можно перерабатывать ПЭТ практически любой молекуляр­ной массы, причем при сравнительно низких температурах (270—290 °С), обеспечивающих минимальную деструкцию полиме­ра при формовании нитей. Производительность одного экструдера ^составляет от 1 до 6 кг/мин по расплаву, в зависимости от диамет­ра и частоты вращения шнека, температуры и числа зон обогрева. Целесообразно применять небольшие по размерам экструзионные устройства с быстровращающимся (до 400 об/мин) «плавающим» шнеком и производительностью по расплаву до 300—500 г/мин (рис. 17.14). Этот экструдер работает в режиме адиабатического саморазогрева, когда тепло, выделяемое при механическом трении полимера о стенки шнека и цилиндра, расходуется на плавление полимера. Продолжительность пребывания расплава в таком эк­струдере не превышает 10 с. Для рассмотренных выше плавильно-формовочных устройств, характеризуемых принудительной подачей расплава к прядильным блокам, как правило, не требуется приме­нения напорных насосиков. В этом случае устанавливается только дозирующий насосик, отдельно или вместе с фильерным комплек­том. В зависимости от заданных производительности фильерного комплекса и типа сформованной нити чаще всего используют ше­стеренчатые насосики марок НШ-1,2; НШ-2,4; НШ-4,8 НШ-10; НШ-20 и HUI-3Q. В состав фильерного комплекта входят один или несколько слоев фильтрующего материала и собственно нитеобра-зователь — фильера. Фильтрующими материалами служат мелкий кварцевый песок (лучше строго определенной шарообразной или эллипсоидной формы), стеклянные или шлаковые шарики диамет-
ЗБ6

В последнее время все чаще применяется централизованная система фильтрования расплава ПЭТ. На линии движения рас­плава между плавильным устройством^ (экструдером) и прядиль­ными блоками устанавливается аппарат с двумя комплектами филь­трующих материалов (во время работы одного другой подверга­ется чистке, и отпадает необходимость останова машины во время засорения фильтра). Производительность таких фильтров, один из которых (конструкция фирмы «Флойд Динамике») изображен на рис. 17.15. сопряжена с производительностью одной секции или всей машины и достигает от 1 до 5 т/сут. В качестве фильтрующих материалов используются решетки из мелкозернистого металла, нетканый материал из тонкой металлической проволоки, десяти-пятнадцатислойные сетки и т. п. По данным японской фирмы «То-рэй», засоряемость фильерных комплектов с использованием цент­рализованной фильтрации расплава уменьшается в 2—3 раза. Это становится особенно важным в технологии высокоскоростного фор­мования полиэфирных нитей. Кроме указанных факторов прини­мают во внимание и объемную скорость течения расплава по кана­лу фильеры, от величины которой зависит продолжительность экс­плуатации без засорения отверстий фильеры. В частности, для ра­боты без засорения в течение более 10 сут необходимо обеспечить приведенные ниже условия зависимости вязкости расплава поли­эфира (rip, Па*с) от минимальной объемной подачи 0(мл/мин-мм2).
Q> (21,5 — 0,0004^)
Для формования полиэфирных волокон применяют фильеры круг­лого, прямоугольного и овального профилей (рис. 17.16). Число от­верстий в фильере в зависимости от линейной плотности нити (жгута) составляет: при формовании волокна—от 400 до 2000 (фирма «Тойобо» начала применять фильеры с числом отверстий от 3000 до 4000), технической нити —от 140 до 280, текстильной ни­ти— от 8 до 100. Диаметр отверстий в фильерах, применяемых в производстве полиэфирных волокон, подбирается таким образом, чтобы он был примерно в десять раз больше диаметра получаемой элементарной нити. Диаметр отверстий фильеры d может быть так­же рассчитан по формуле; d=(0,5 [г|] — 0,05) ± 0,02 мм, где [rj] — характеристическая вязкость ПЭТ в О-хлорфенОле, дл/г. Толщина фильеры обычно рассчитывается исходя из давления расплава в ■ фильерном комплекте (от 5 до 10 МПа), соотношения длины ка­пилляра отверстия/ к его диаметру d, размера и «живого» сечения нитеобразователя. Поэтому чем больше l/d, число и размер филье­ры, тем больше толщина последней. Например, при увеличении числа отверстий в фильере от 8 до 800 толщина фильеры соответ­ственно изменяется от 5 до 20 мм. Соотношение l/d в фильерах для формования полиэфирных нитей и жгута (при получении волокна) обычно колеблется от 3 до 10. Помимо фильер со «сплошным» рас­пределением отверстий по всей площади фильеры(см. рис.17.16,а—г), применяются фильеры с концентрическим расположением отвер­стий по желобу фильеры (рис. 17.16,г). Толщина таких фильер, изготовленных из специальных твердых сплавов, не превышает 1 мм, а отношение l/d менее 2. Вытекающая из капилляра фильеры струя расплава нередко испытывает колебания, расплав прилипает

к поверхности фильеры, образуются капли, непре­рывность формования на­рушается из-за так назы­ваемого «завара» филье­ры. Для предотвращения этого нежелательного яв­ления зеркало фильеры обрабатывается силико­новыми составами. Выхо­дящие      из отверстий
фильеры струйки расплава быстро застывают на воздухе и превра­щаются в твердые нити на расстоянии примерно 5 см от поверх­ности (зеркала) фильеры. Для ускорения процесса затвердевания струек расплава "и охлаждения нити последнюю обдувают холод­ным воздухом в направлении перпендикулярном (боковом, ана­логично применяемому для полиамидных волокон) или радиаль­ном к оси волокна. Радиальная обдувка (рис. 17,17,6), осущест­вляемая  с  внешней  или  с внутренней  стороны  пучка нитей, способствует получению свежесформованной нити с высокой рав­номерностью структурно-механических свойств, особенно при фор­мовании волокна из фильер с количеством отверстий 500 и выше. При формовании технической  нити  и  волокна,  где применяют фильеры с большим числом отверстий, на каждую фильеру уста­навливают индивидуальную обдувочную шахту. Для производства текстильной нити применяют так называемый метод многониточно­го формования, когда в одну обдувочную шахту поступают пучки нитей из нескольких (чаще от 4 до 16) фильер (рис. 17.18). Рас­ход    холодного    кондиционированного    воздуха (температура 20—25°С, относительная влажность воздуха 60 ±5%) зависит от ассортимента получаемого волокна, производительности фильер­ного комплекта, числа филаментов в пучке нитей, температуры расплава и составляет для одного прядильного места от 30 до 200 м3/ч при скорости воздушного потока 0,3—0,5 м/с. Помимо об-дувочной шахты, расположенной непосредственно под фильерой, пучок сформованных нитей охлаждается в сопроводительной (пря­дильной) шахте (см. рис. 17.10, 7). Охлаждение проводится холод­ным воздухом, поднимающимся по шахте навстречу нити, или хо­лодной водой, циркулирующей в рубашке шахты.
С целью получения плотной компактной комплексной нити («склеивания» элементарных нитей) и снятия электростатических зарядов охлажденную полиэфирную нить обрабатывают замасли­вающими препаратами типа синтокс, стеарокс-920, лаурокс-6, теп-рем, БВ, ОС-20 и т. п., представляющими собой чаще всего водные эмульсии смесей сульфированных жирных кислот с продуктами оксиэтилирования силиконовых масел или спиртов. Препарации наносят на пучок элементарных нитей, распрямленный в ленту, с помощью одной или двух вращающихся шайб в количестве 1—2% от массы волокна (в расчете на «активную» жировую часть). При формовании технических нитей для повышения прочности их связи (адгезии) с резиной на тех же замасливающих шайбах нити обра­батывают препарацией Л А, представляющей собой 20—25%-ную водную дисперсию или эмульсию блокированного фенолом 2,4-толуилендиизоцианата и эпоксидной смолы с общей формулой R—О—СН2—СН—СН2 в компонентах прядильного замасливателя

тепрем или оксанол. Расход блокированного диизоцианата и эпок­сидной смолы при этом составляет около 1 кг на 1 т нити. Ско­рость формования на прядильной машине определяется условиями охлаждения, заданными линейной плотностью и уровнем пред-ориентации (коэффициент двойного лучепреломления у невытяну­той нити лавсан равен 3 • 10~3 — 10~2 и составляет: для техничес­кой нити 600—1000, для текстильной нити — 800—1500, для волок­на— 800—1800 м/мин. Производительность современных прядиль­ных машин для указанных ассортиментов составляет соответст­венно 8—12, 1—3 и 12—24 т/сут. В последние годы некоторыми зарубежными фирмами (например, фирмой «Бармаг», ФРГ) соз­даны   высокоскоростные   прядильно-намоточные   машины для
формования текстильной нити на скоро­сти от 3000 до 6000 м/мин, одна из кото­рых (типа SW4S4D) показана на рис. 17.19. Постоянство натяжения нити вдоль, оси раскладки обеспечивается за счет изменения глубины прорезей в гумиро-ванном барабанчике, плотно прилегаю­щем к плоскости намотки нити. На одно рабочее место можно принимать от од-, ной до восьми паковок общей массой до 60 кг. Нити, сформованные при указан­ных выше скоростях, имеют очень высо­кую предориентацию, что позволяет их в дальнейшем перерабатывать на маши­нах совмещенного процесса вытяжки с текстурированием.
Свежесформованные технические и текстильные. нити, как правило, прини­маются на фрикционно вращающиеся цилиндрические патроны (бобины) с массой нити (паковок) на одной бобине соответственно 8—24 и 5—13 кг. При многониточном формовании текстильной нити на одном приемном цилиндре может быть получено несколько (от двух до четырех) индивидуальных паковок нити (рис. 17.20). При производстве волокна лавсан свежесформованные нити в виде жгута (поджгутика) развесом 5—20 г/м, собранного с 10—24 пря­дильных мест, укладываются в металлические контейнеры (тазы) высотой 1200—1500 мм и диаметром 900—1300 мм. Масса жгута в контейнере в зависимости от размера последнего и плотности укладки в нем жгута колеблется от 200 до 1000 кг. Раскладка поджгутика в контейнере (тазе) производится либо электронным устройством, применение которого ограничено скоростью формо­вания до 1000—1200 м/мин, либо с помощью пары шестеренчатых колес (рис. 17.21), которыми оборудованы практически все новые высокопроизводительные прядильные машины для полиэфирного жгута. Основными показателями свежесформованного невытяну­того полиэфирного жгута, требующими контроля, являются: отклонение толщины, содержание замасливателя и величина предориентации. Величина предориентации свежесформованные нитей в жгуте, оцениваемая по коэффициенту двойного лучепре­ломления или по усадке в кипящей воде, и характеризует способ­ность нити к последующей технологической операции — ориента-ционному вытягиванию. После формования нити или жгуты рекомендуется хранить на бобинах или в контейнерах при комнатной температуре и относи-тельной влажности воздуха 70—80% не более двух-трех суток. За­тем их подвергают ориентационному вытягиванию.
Ориентационное вытягивание полиэфирных волокон — основ­ная стадия формирования его механических свойств (линейной плотности, прочности, удлинения и т. д.). Несмотря на значитель-
ние этого процесса при повышен­ных температурах (100—150 °С), на 20—70 °С выше температуры стеклования (Тс) ПЭТ; 3) применение двух- и трехстадийного на­грева; 4) диапазон кратности вытяжки—1 : (3,5—5,5). Операции формования и вытягивания полиэфирных волокон в большинстве случаев разделены и проводятся ца отдельных машинах (агрега­тах)— прядильной и вытяжной. Однако в последние годы разра­ботаны процессы совмещенного формования и вытяжки на одной машине, преимущественно для производства комплексных нитей. Скорость приема готовой вытянутой нити на таких машинах дости­гает 3000—5000 м/мин. Существуют различные схемы заправки ни­тей на машинах совмещенного процесса формования и вытяжки. По одной из них (рис. 17.22) свежесформованная нить прини­мается на первую пару вращающихся цилиндров, затем непрерыв­но вытягивается между второй и третьей парой цилиндров, нагре­ваемых соответственно до температур 100—120 и 130—180°С. По другой схеме — нагревательным элементом служит плоская пла­стина (утюг), а зоны формования и вытягивания волокна распо­ложены последовательно. Вытянутую нить принимают на цилин­дрический патрон (масса паковки 6—12 кг), вращение которого осуществляется с помощью индивидуального привода или фрикци­онного валика. Несмотря на очевидное преимущество этого спосо­ба (совмещение двух основных технологических операций на одной машине) широкое применение его ограничено из-за низкой скоро­сти формования на первой паре цилиндров (особенно при получе­нии текстильных нитей малой линейной плотности).