ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перевод полимеров в расплав из "Физико-химические основы производства искусственных и синтетических волокон" Известно несколько способов формования волокон. [c.67] Основным способом является перевод блочного образца полимера в вязкотекучее состояние, получение из него жидкой нити и отверждении этой нити. Перевод полимера в вязкотекучее состояние может быть осуп ествлен как путем нагревания выше температуры текучее ги (для аморфных полимеров) или выше температуры плавления (для кристаллических полимеров), так и путем растворения в соответствующем растворителе или смеси растворителей. В полимеры, вязкость расплава которых очень высока, а ее снижение путем повышения температуры расплава ограничено быстро возрастающей термодеструкцией, можно вводить высококипящие растворители (пластификаторы), снижающие температуру текучести и вязкость расплава. [c.67] Растворение полимеров производится как при нормальной, так и при повышенной температурах. При повышении температуры ускоряются диффузионные процессы, увеличивается растворимость и снижается вязкость системы, что позволяет повысить концентрацию полимера в растворе. В некоторых случаях, о чем будет идти речь ниже, система растворителей подбирается так, чтобы полимер растворялся только при повышенной температуре, а при нормальной — выделялся из раствора. Полимер при переводе в раствор или расплав не претерпевает химических изменений, за исключением формования вискозных волокон, когда исходная целлюлоза переводится в эфир, а при формовании волокна эфир вновь омыляется до исходной целлюлозы. [c.67] Следующая стадия формования волокна (после перевода полимера в вязкотекучее состояние) — преобразование расплава или раствора в жидкую нить, подлежащую в дальнейшем отверждению. Из вязкой массы нить может быть получена путем растягивания капли этой массы, путем вытягивания струи с поверхности раствора полимера, обладающего вязкоупругими свойствами, или, что применяется чаще всего, путем продавливания вязкого расплава или раствора через фильеру. Диаметр отверстий фильеры зависит от того, подвергается ли полученная нить дальнейшему вытягиванию с целью уменьшения поперечного сечения. Как правило, диаметр отверстий для волокон, подвергающихся в дальнейшем небольшой вытяжке, составляет 0,04—0,10 мм, а для волокон, подлежащих вытяжке до нескольких сотен процентов, он равен 0,25—1 мм. [c.67] Возможен еще один способ фиксации нити из раствора — охлаждение его до температуры, при которой происходит застудневание и кристаллизация полимера. При этом исходный раствор предварительно нагревается до температуры, при которой наступает полная совместимость полимера и растворителя, а затем охлаждается до комнатной температуры в процессе образования жидкой нити . [c.68] Последующие процессы получения волокон сводятся к ориентационному вытягиванию нитей, причем в зависимости от метода отверждения жидкой нити и характера исходной системы ориентация полимера по времени полностью или частично совмещается со стадией отверждения. Формование химических волокон завершается релаксацией внутренних напряжений, возникших на предыдущих стадиях процесса, а в ряде случаев — дополнительной обработкой с целью придания волокнам особой макроструктуры и улучшения их способности к текстильной пер( -работке. [c.68] Кроме способов формования из расплава, по сухому и мокрому методам применяют также формование из полимера в размягченном состоянии. Примером может служить формование волокон типа саран и сови-ден (из сополимера винилхлорида и винилиденхлорида). В эхом случае нагревание материала до температур, при которых вязкость расплава оказывается пригодной для формования через отверстия фильеры, приводит к химическому разложению с выделением хлористого водорода и сшивкой полимера. Но если нагревать сополимер до более низких температур (130—170° С), то он переходит в термопластическое состояние, которое позволяет экструдировать его при высоком дав.лении (до 150 — 250 кгс/см ). Этот метод, хотя он принципиально не отличается от обычных методов формования из расплава, выделяют в самостоятельный. [c.69] В растворе другого волокнообразующего полимера. Таким полимером-посредником служит поливиниловый спирт или ксантогенат целлюлозы. После выжигания полимера-посреднш а происходит частичное спекание частиц политетрафторэтилена и образуется непрерывная нить, которая имеет сравнительно низкую прочность, не превышающую в оптимальных случаях 20 гс/текс. Пока производство полифена или тефлона (промышленные наименования политетрафторэтиленового волокна) является единственным примером получения волокон из дисперсий со спеканием полимера. Общая схема перевода дисперсии в волокно при формовании полифена изображена на рис. 4.4. Другие трудноплавкие (в частности, термостойкие) полимеры, которые было бы целесообразно переработать по этому методу, имеют температуру размягчения выше температуры быстрого термического распада и не могут быть получены этим способом. [c.70] В последние годы был описан метод получения жаростойких волокон путем отложения на тонкой вольфрамовой проволоке газообразного карбида кремния, который образуется 2 ззло ением четыреххлористого кремния в присутствии углеводородов. Пиролитический метод используется и для получения карбида бора или графита в виде тонких кристаллических образований — усов, длина которых достигает 2,5 см. Все эти волокна могут применяться для усиления пластических масс, эксплуатируемых при очень высоких температурах. [c.71] Хотя метод отложения карбида кремния на вольфрамовой проволоке и широко известный в настоящее время метод получения угольных волокон путем карбонизации по.ттиакрилонитрильных и целлюлозных волокон не могут рассматриваться как прямые методы формования волокон, тем не менее их следует упомянуть, так как в этом случае образуется волокно из материала, отличного от носите.пя или исходной нити, обладающее своеобразной структурой и свойствами. [c.71] Картина образования неоднородностей однооснорастягиваемого полимера приведена на рис, 4.7, где показана относительная скорость передвижения отдельных участков (участки а) и перепад скоростей Между этими участками (промежуточные слои б). В результате таких перепадов скоростей образуются неупорядоченные области, перемежающиеся с высокоориентированными областями полимера. [c.72] Аналогичным образом может быть объяснена и фибриллизации поверхносгаых слоев волокна, наблюдаемая при микроскопическом исследовании волокон, подвергшихся действию так называемых травя щих реагентов. [c.72] После краткого обзора принципов формования волокнистых материалов целесообразно перейти к более детальному рассмотрению основного метода — формования волокон через стадию вязкотекучего состояния полимера. [c.72] Все эти явления имеют большое значение при рассмотрении процессов термической обработки сформованных волокон из кристаллизующихся полимеров и будут соответственно разобраны при анализе указанных стадий технологического процесса. Однако для начальной стадии производства волокон —- получения расплава перед формованием волокна — не имеют большого значения состояние кристалличности полимера и яг -ления дополнительной кристаллизации при достижении Г,, во время нагревания материала. Нагревание полимера проводится на практике таким образом, что указанные процессы не влияют заметным образом на скорость оплавления материала. [c.74] Гораздо большее значение имеют продолжительность пребывания расплава в нагретом состоянии и реологические свойства расплава. [c.74] Лимитирующим параметром расплава, предназначенного для формования волокна, является его вязкость. Это подробнее будет рассмотрено при обсуждении реологических свойств расплавов и растворов. Здесь же следует отметить, что почти единственным путем снижения вязкости оказывается повышение температуры, в свою очередь ускоряющее процессы деструкции. Поэтому принимаются все меры для сокращения продолжительности пребывания полимера в расплавленном состоянии при повышенных температурах наряду с введением термостабилизаторов (например, типа антиоксидантов). [c.74] Следует кратко остановиться на влиянии способов получения полимера и его расплава на суммарную скорость криста.плизации при формовании волокна. Замечено, что часто возникновение сферолитов происходит в том же месте, где они существовали до плавления полимера. Это объясняется тем, что при кратковременном пребывании полимера в расплавленном состоянии не все кристаллиты успевают полностью разрушиться и остатки их при охлаждении расплава становятся зародышами кристаллизации. Кроме того, согласно некоторым воззрениям в растворе и расплаве полимера до определенной температуры существуют такие организованные надмолекулярные структуры, которые хотя и не являются образованиями с правильными кристаллическими решетками, но тем не менее способны ускорить возникновение истинных центров кристаллизации, сокращая тем самым индукционный период кристаллизации и уменьшая продолжительность кристаллизации. Однако конкретных данных о влиянии продолжительности и температуры выдержки расплава на процесс кристаллизации и свойства волокон еще нет. [c.74] Вернуться к основной статье