ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Неоднородность струи, вытекающей из отверстия при экструзии расплавов из "Физико-химические основы производства искусственных и синтетических волокон" В этом разделе целесообразно рассмотреть способность жидкости образовывать непрерывную нить (т. е. прядомость полимерных систем), эффект расширения струи на выходе из фильеры и неоднородность струи. [c.144] Способность растворов полимеров образовыватгэ жидкую нить давно являлась предметом исследования. Известно, что в свободном статическом состоянии капля жидкости может быть деформирована на длину, не превышающую л/а диаметра сферы. При бол1 шей деформации капля распадается на отдельные сферические части. [c.145] Если кинетическая энергия вытекающей из капилляра жидкости становится достаточно высокой, то общий баланс потенциальной, поверхностной и кинетической анергий жидкости приводит к изменению геометрической форм[ г вытекающей массы жидкости и изолированные капли превращаются в непрерывную цилиндрическую струю. Цилиндрическая струя устойчива в определенных пределах, и для распада на сферические части ей необходимо пройти через другие геометрические объемные фих уры, поверхность которых больше, чем поверхность цилиндра. [c.145] Для струи раствора ацетата целлюлозы в ацетоне (сг 25 дин/см) диаметром 0,01 сж эта энергия составит 4-10 эрг. Эта энергия очень мала, но она является конечной вeJ ичинoй, обусловливающей стабильность цилиндрической нити чтобы порвать такую нить, необходимо приложить внешнюю силу. [c.145] Другая кривая этого графика показывает зависимость величины ди-сторсии (амплитуды капиллярной волны б) от расстояния от поверхности фильеры. При пересечении кривых Л (ж) и б х) радиус струи К и величина амплитуды б оказываются равными. Расстояние а , на котором достигаются величины N и б , характеризует прядомость раствора. [c.146] Следовательно, при малых скоростях истечения жидкости из капиллярного отверстия фильеры и при относительно низких вязкостях полимера должно наблюдаться каплеобразование, которое при более высоких скоростях истечения и более высоких вязкостях переходит в стабильное струйное истечение, стабильность которого обеспечивается потенциальным энергетическим барьером перехода от цилиндра к сфере. [c.146] Для растворов полимеров умеренной вязкости капельное истечение приобретает своеобразный характер капли становятся вытянутыми, причем в некоторых случаях сплошность потока не нарушается, а струя имеет периодические утолщения. Это явление описано для случая истечения вискозы через тонкий капилляр в водную среду . Вытекающая струя пересекала пучок света, улавливаемый фотоэлементом. Периодические утолщения сгруи вызывали уменьшение светового потока благодаря рассеянию света струей вискозы, и на диаграмме регистрировались периодические минимумы силы тока, поступающего от фотоумножителя. Пример такой записи приведен на рис. 7.6. [c.146] Следовательно, при анализе истечения полимерных систем из отверстий фильеры необходимо учитывать влияние сил поверхносгного натяжения, особенно для прядильных растворов полимеров с относительно невысокой вязкостью. Очевидно, при вязкостях, характерных для расплавов (выше 1000 т), роль поверхностного натяжения в определении стабильности непрерывной струи очень мала, хотя такие явления, как скругление профиля волокна, выпрядаемого из отверстий некруглого сечения, или образование полых волокон, выдавливаемых из щелевых отверстий с незамкнутым профилем, свидетельствует об определенном влиянии поверхностного натяжения на процессы формования (рис. 7.7). [c.147] На рис. 7.8 схематически показана зависимость размеров сечения готового волокна от размеров отверстия фильеры. Из этого рисунка ясно, что при частичном засорении отверстия фильеры с длиной щели, незначительно превышающей критическую величину, всегда будут образовываться не плоские, а обычные, круглые волокна. [c.148] При скорости формования V за время i от начала сужения цилиндра до разрыва нити он успевает пройти расстояние I, равное VI. [c.148] Очевидно, величина I и характеризует прядомость, которая определяется обычно как длина, на которую может быть вытянут объем жидкости без обрыва. Экспериментально определение прядомости проводится следующим образом. Стеклянную палочку опускают на определенную глубину в жидкость и вертикально поднимают с заданной скоростью, отмечая путь палочки до обрыва нити. [c.148] Растворы полимеров и особенно расплавы их показывают критические скорости формования нитей иа несколько порядков ниже реальных скоростей формования. При формовании из расплавов и растворов в летучих растворителях скорости составляют несколько сотен метров в минуту. [c.149] При всей условности этого ориентировочного подсчета полученная величина вязкости близка к реальным значениям. Действительно, разбавленные вискозы с содержанием целлюлоз1 1 2 о и вязкостью около 1 пз еще способны образовывать непрерывную нить. [c.149] Такой же расчет интересно сделать для формования волокон из раствора ацетата целлюлозы в ацетоне. Если время, необходимое для первичной фиксации оболочки, принять равным 0,1 сек, то при скорости формования 600 м/мин и поверхностном натяжении раствора, равном 25 дин/см, минимальная вязкость раствора, из которого можно получить непрерывную нить, составит около 170 пз. Практически по этому методу перерабатываются растворы с вязкостью вы1пе 200 пз. Если вязкость снижается до 200 пз, прядение становится нестабильным. [c.150] В реальных условиях формования химических волокон устойчивость формования определяется, естественно, не только возможностью образования жидкой нити, но и рядом других факторов, связанных с воздействием внешних условий формования, и в частности конвекционных потоков ванны или потоков воздуха в прядильной шахте в районе выхода струи из фильеры, гидродинамическим сопротивлением ванны, а также в значительной степени искажением цилиндрической формы струи из-за присутствия в прядильном растворе пузырьков воздуха, нерастворившихся примесей (гель-частиц) и засорения отверстий фильеры. [c.150] Поэтому использование такого критерия, как прядомость, оценка которой производится по длине вытягиваемой из прядильной системы жидкой нити, не имеет большого практического значения, особенно если иметь в виду, что, как показано выше, вязкость, определяющая возможность формования такой жидкой нити, во всех реальных случаях оказывается на десятичный порядок выше, чем ее критическая величина. Предельным является не низшее, а высшее значение вязкости, что связано с транспортировкой растворов и максимальными давлениями, необходимыми для продавливания массы через отверстия фильеры. [c.150] До сих пор рассматривались случаи образования жидкой нити, в которых жидкость обладала упруговязкими свойствами, но скорость релаксации напряжений была достаточно высока, и поэтому при умеренных скоростях деформации не достигался предел когезионной прочности жидкости. Если эластические свойства жидкости оказываются очень резко выраженными и скорость релаксации напряжений, задаваемых при одноосной деформации жидкой нити, достаточно мала, то накапливаемая нитью энергия эластической деформации может привести к разрушению нити как твердого тела. Уменьшение нри растяжении площади поперечного сечения нити приводит к резкому возрастанию напряжений, и разрыв ускоряется. [c.150] Вернуться к основной статье