ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теоретические основы получения высокопрочных и высокомодульных штапельных волокон, А. Т. Серков, Г. А. Гличев из "Вискозные штапельные волокна" Широкое развитие производства вискозных штапельных волокон новых типов выдвигает ряд научно-инженерных проблем, рассмотрению которых посвящена данная работа. Несмотря на существенный прогресс в улучшении физико-механических свойств вискозных штапельных волокон, некоторые показатели, особенно прочность и модуль в мокром состоянии, прочность в петле, а также устойчивость к механическим воздействиям в мокром состоянии (при стирке), еще уступают показателям хлопка. [c.86] Свойства волокон определяются их надмолекулярной структурой. Поэтому целесообразно рассмотреть основные закономерноста образования этой структуры и способы ее регулирования. [c.87] Новые виды хлопкоподобных вискозных штапельных волокон формуются при сравнительно низких скоростях. Это ведет к снижению производительности прядильно-отделочных агрегатов. В этой связи интересно рассмотреть теоретические предпосылки интенсификации процессов формования и отделки. [c.87] Наконец, дальнейшее развитие производства вискозных штапельных волокон невозможно без коренного решения проблемы обезвреживания выбрасываемого вентиляционного воздуха и сточных вод. До последнего времени эту проблему пытались решать, не увязывая ее с процессом формования. Однако этот путь оказался недостаточно эффективным. Строительство мощных газо- и водоочистных сооружений в ряде случаев не достигало цели. Поэтому полезно проанализировать процессы, протекающие при формовании волокон, также с позиций оптимального решения проблемы обезвреживания вискозных производств. [c.87] Основные особенности надмолекулярной структуры волокна соответственно его физико-механические свойства закладываются в процессе осаждения (коагуляции) ксантогената целлюлозы, которое происходит при взаимодействии вискозы с осадительной ванной и подчиняется основным закономерностям фазовых равно-весий и кинетики фазовых переходов . [c.87] Рассмотрим фазовую диаграмму трехкомпонентной системы ксантогенат целлюлозы — растворитель (раствор щелочи) — осадительная ванна. Каждый компонент этой системы состоит в свою очередь из ряда компонентов. Для приближенной оценки будем рассматривать раствор щелочи и осадительную ванну как отдельные компоненты, обладающие некоторыми усредненными свойствами. Фазовая диаграмма рассматриваемой системы представлена на рис. 1. Концентрация компонента откладывается на высоте, опущенной из каждой вершины треугольника так, что в вершине его концентрация равна 100%, а у основания — нулю. Площадь, ограниченная кривой СОВЕ, представляет собой область распада раствора на две фазы. Из приведенной диаграммы следует, что ксантогенат целлюлозы смешивается с растворителем (раствор щелочи) во всех соотношениях (фактически это лимитируется только вязкостью растворов) и практически полностью нерастворим в оса-дителе (осадительная ванна). В то же время чистый полимер растворяет некоторое количество осадителя (около 15%, см. точку Р).. [c.87] Раствор полимера при этом распадается на две фазы низкомолекулярную — жидкую (точка О) и полимерную — твердую (точка Е). [c.88] Состав низкомолекулярной фазы определяется точкой О. Как видно из рис. 1, эта фаза почти полностью состоит из смеси растворителя и осадителя. Содержание ксантогената целлюлозы в ней не превышает 1,0%. [c.88] Состав полимерной фазы, представляющей собой гель, определяется точкой Т. [c.88] Повышение содержания полимера происходит за счет уменьшения объема до заданного термодинамическими параметрами состава. Выделение низкомолекулярной фазы из геля обычно называют синерезисом. [c.89] Твердая полимерная фаза (гель) представляет собой сольват, в котором 1 вес. ч. полимера сольватно связана с 2—3 вес. ч. смеси растворителя и осадителя. Подобно кристаллосольватам низкомолекулярных веществ (например, глауберова соль, квасцы и др.), сольват полимера, несмотря на большое содержание низкомолекулярной жидкости, обладает определенной упорядоченной структурой. Это доказывается появлением четких рефлексов на дифрактограммах при малоугловом рассеянии поляризованного света, проходящего через коагулирующий слой вискозы (рис. 2). [c.89] Большая степень пересыщения соответствует большему числу центров осаждения и меньшим размерам структурных элементов в геле. Приблизительная оценка возможных степеней пересыщения при формовании вискозных волокон по аналогии с другими растворами может быть сделана на основании следующих соображений. [c.90] Первичное структурообразование продолжается до тех пор, пока полностью не исчерпается жидкая фаза, т. е. пока растущие стержневидные фибриллы не столкнутся между собой и не заполнят весь объем геля. Вторичное структурообразование, по-видимому, включает в себя процессы совершенствования упорядоченных участков, их роста за счет аморфных, а также отщепления сольватно-связанной жидкости. Характер образуемой надмолекулярной структуры зависит от обеих стадий, однако преимущественное значение, вероятно, имеет первичный процесс. [c.92] Необходимо отметить, что волокно может подвергаться большим ориентационным вытяжкам только после завершения первичного структурообразования, т. е. после того как полностью исчерпается прядильный раствор и столкнутся растущие фибриллы. На рис. 5 показана зависимость максимальной вытяжки бтах (кривая /) от пути нити в ванне I. Нить способна к деформации на 40%, начиная с расстояния 10 см от фильеры. С увеличением пути нити в ванне до 40 см максимальная вытяжка возрастает до 79%, а при / = 80 см максимальная вытяжка между галетами достигает 112%. Как будет показано ниже, приращение максимальной вытяжки совпадает с резким возрастанием оптической плотности, что свидетельствует об одновременном протекании процесса первичного структурообразования. Характерно также, что напряжение при вытяжке с увеличением пути нити в ванне возрастает (кривая 3), что вызывается структурными превращениями в формующемся во--локне. [c.93] Ешах — максимальная вытяжка V — степень этерификации ксантогената о — напряжение I — путь нити в ванне i — продолжительность пребывания в ванне. [c.94] Однако имеется ряд факторов, свидетельствующих о значительных структурных изменениях в волокне при его вытяжке. Уменьшается накрашиваемость волокна и его набухание в воде, увеличивается показатель двойного лучепреломления , кольца на рентгенограммах стягиваются в дуги °, наблюдается изменение интенсивности некоторых полос поглощения в инфракрасной части спектра и другие изменения . [c.95] По-видимому, перечисленные факторы характеризуют в первую очередь возрастание степени ориентации, а также те структурные изменения, которые происходят при разрушении, по терминологии Каргина , сферолитного структурного уровня. Фибриллярный структурный уровень при этом практически остается неизменным. Таким образом, вытяжка волокна является своеобразным критерием структурных методов, позволяющим определить, какой структурный уровень характеризует тот или иной метод. [c.95] Вернуться к основной статье