ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фиксация нити прн испарении растворителя из "Физико-химические основы переработки растворов полимеров" После преобразования раствора полимера в жидкую нить эта нить должна быть отверждена, чтобы путем дальнейших операций можно было полностью удалить остаток растворителей и других низкомолекулярных веществ, а также придать выделенному из раствора полимеру необходимую физическую структуру и соответственно те или иные особенности свойств. [c.248] Процесс отверждения сводится к тому, что раствор нолимера переводится в нетекучее состояние. Это может быть достигнуто в принципе тремя путями 1) понижением температуры раствора, 2) испарением летучего растворителя и 3) застудневанием раствора. Во всех трех методах фиксация формы обусловлена повышением эффективной вязкости системы до такого предела, который обеспечивает при заданной нагрузке на формующуюся нить низкую необратимую деформацию (течение). Например, если необратимая относительная деформация нити составляет несколько процентов в секунду, то можно считать, что при заданных нагрузках произошла фиксация нити. [c.248] Два других метода — испарение летучего растворителя и застудневание раствора — широко используются в производстве химических волокон. Первый называется методом сухого-формования, второй — методом мокрого формования. [c.249] Вопрос о переходе жидкая струя — волокно в условиях продольного течения теоретически и экспериментально рассмотрен Френкелем . Струя раствора полимера подвергается действию продольного (растягивающего) гидродинамического поля. При этом происходит ориентационное взаимодействие макромолекул, которое в ряде случаев (по-видимому, особенно для систем, находящихся вблизи области разделения на фазы) приводит к вытеснению растворителя и фазовому переходу в системе. В результате, жидкая нить превращается в волокно. [c.249] Этот вопрос аналогичен явлению вынужденного синерезиса , который описан для случая формования вискозных волокон . [c.249] Если на диаграмме состав — температура нанести кривую изовязкости, задав определенное значение вязкости (рис. 104), например то, которое отвечает указанному выше условию низкой необратимой деформации, то для температуры формования Г] этому значению вязкости будет соответствовать содержание полимера в растворе X . Чтобы достичь тако-го состава, отправляясь от исходной концентрации Хо, необходимо испарить из раствора (из формующейся нити) часть растворителя, которая определяется как разность его начального содержания(1—Хо) и содержания в точке потери раствором текучести (I—х ), равная х —Хо). [c.250] Если формование проводить при более высокой температуре, например, при Гг, то соответственно повышается и та концентрация полимера Х2, при которой достигается вязкость системы, обеспечивающая критическую величину необратимой деформации. [c.250] Поскольку здесь рассматриваются только физико-хи- мические аспекты переработки полимеров через растворы, в отношении технологии процессов сухого и мокрого формования волокна будут сделаны лишь некоторые общие замечания. Детали технологического и аппаратурного оформления с достаточной полнотой изложены в ряде монографий и учебных пособий - . [c.250] На рис. 105 приведена технологическая схема метода сухого формования. Раствор полимера с концентрацией, которая определяется величинами вязкости 800— 1500 пз н составляет обычно 20—25%, продавливают через фильеру с большим числом отверстий (размер отверстий 0,05—0,08 мм). Проходя через обогреваемую шахту высотой от 2 до 6 м (в зависимости от скорости формования нити и условий испарения растворителя), нить теряет большую часть растворителя и отверждается. Далее следует намотка и последующая обработка нити. [c.251] Преимуществом метода сухого формования является то, что он дает возможность выпрядать ить со скоростями до нескольких сотен m muh и не связан со сложной регенерацией больших объемов осадительных ванн, применяемых при мокром формовании (рекуперация летучих растворителей осуществляется значительно проще). [c.251] Во введенни отмечалось, что существует естественный параллелизм между температурой перехода в вязкотекучее состояние и растворимостью полимера. По мере повышенпя температуры текучести (или плавления) полимера сокращается количество растворителей, которые способны переводить его в раствор. Поэтому метод сухого формования охватывает только очень узкую группу полимеров. В промышленном масштабе таким путем перерабатываются эфиры целлюлозы (преимущественно ацетаты целлюлозы) и частично полиакрилонитрил. [c.252] Что касается ацетатов целлюлозы, то для ацетата с замещением от 2,3 до 2,5 гидроксильной группы на глю-козидное звено целлюлозной цепи, который в технологии условно называется диацетатом целлюлозы, температура текучести лежит в области 220—230 °С, а для триацетата целлюлозы — в области 290—300 °С. В обоих случаях эти температуры находятся очень близко к пределу, при котором происходит быстрый термический и окислительный распад макромолекул. Поэтому переработка ацетатов целлюлозы через расплав в промышленных масштабах не производится. [c.252] Зато круг летучих растворителей для диацетата целлюлозы достаточно широк, и это дало возможность выбрать в качестве оптимального в техническом и экономическом отношениях растворителя ацетон. Сложнее обстоит дело с триацетатом целлюлозы, для которого круг растворителей более ограничен, но и для него найден оптимальный растворитель — смесь метиленхло-рида с низшими алифатическими спиртами (метиловым и этиловым). [c.252] Полиакрилонитрил, точнее, его сополимеры с небольшим содержанием в цепи других звеньев кроме нитрила акриловой кислоты, растворим в высококипящих растворителях (диметилформамид, диметилацетамид). Формование его по сухому методу требует высокотемпературного обогрева шахты (температура кипения диметил-формамида равна 151 С). Поэтому большая часть полиакрилонитрильных волокон формуется по мокрому методу. [c.253] Принципиально возможно формование по сухому методу и таких волокон, как поливинилхлоридные, включая хлорированный поливинилхлорид, из которого получают волокна хлорин и ПЦ. Но поскольку эти волокна, как и большая часть полиакрилонитрильных, перерабатывается в виде штапельного волокна (подобно шерсти и хлопку) и обычно формуется через фильеры с очень большим числом отверстий (до нескольких тысяч), то условия формования, в частности, испарения растворителя, а также отделки и резки волокна усложняются. Поэтому по сухому методу волокна из указанных полимеров вырабатываются только в виде непрерывной нити, идущей в дальнейшем на шелкоткачество или трикотажную переработку. [c.253] Все эти обстоятельства определяют относительно узкое промышленное использование метода сухого формования полпмеров, кроме ацетата целлюлозы. [c.253] Рассмотрим некоторые особенности процессов, протекающих в прядильной шахте при сухом формовании. Основным, как отмечалось, является фиксация жидкой нити, т. е. перевод ее в нетекучее, твердое состояние. Фиксация идет параллельно с деформационными процессами, в результате которых происходит калибровка толщины нити. Путем соответствующего подбора скорости истечения раствора из отверстий фильеры и скорости намотки нити на приемное устройство устанавливается конечная толщина нити (или, как принято обозначать в текстильной промышленности, номер чити). [c.253] На стадии калибровки нить еще находится в пластическом состоянии. [c.254] Ориентация полимера в нити становится устойчивой только после достижения определенного значения вязкости. Ниже этого значения преобладает тепловая разориен-тация. Однако когда в нити достигается концентрация полимера, при которой пластическая деформация оказывается очень низкой, процесс ориентации полимера не может продолжаться из-за малых градиентов скорости в волокне. Пределы вязкости показаны на рис. 106, где по оси абсцисс отложена концентрация полимера в формующейся нити, а по оси ординат — эффективная вязкость. [c.254] Пребывание нити в шахте после концентрации Хотв не является необходимым с точки зрения формования нити но из-за того, что в этой точке в ней содержится еще значительное количество растворителя (причем последние порции его удаляются значительно медленнее, чем начальные) длину шахты выбирают так, чтобы свести к разумному минимуму количество растворителя в волокне, покидающем шахту. Например, ацетатное волокно содержит после шахты несколько процентов ацетона. [c.255] Вернуться к основной статье