ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование струек в фильерах из "Физико-химические основы технологии химических волокон" Первой стадией формования волокон является выдавливание прядильного раствора или расплава из отверстий фильер в вид( тонких струек, которые в дальнейшем превращаются в волокна Пучок таких волокон образует нить (например, текстильная нить состоит из 10—100, кордная нить — из 200—1000 волокон, а жгут, из которого получают штапельное волокно, включает до 100000 волокон). [c.152] При продавливании высоковязких прядильных растворов или расплавов через тонкие калиброванные отверстия фильеры отчетливо проявляются их реологические особенности, выражающиеся в том, что их поведение при этом заметно отличается от поведения ньютоновских жидкостей (см. гл. 2). [c.152] Продольная вязкость К часто называется трутоновской в отличие от сдвиговой вязкости т]. Все факторы, влияющие на межмолеку-лярноё взаимодействие, например рост молекулярного веса, увеличение концентрации полимера в растворе, наличие сильных ди-польных взаимодействий между макромолекулами, снижение температуры, жесткость макромолекулярных цепей, — увеличивают Я, а с повышением температуры жидкости или снижением концентрации полимера вязкость уменьшается (см. гл. 2). [c.153] Полимер в расплавленном состойнии можно рассматривать как раствор, концентрация которого равна 100%. Поэтому отклонения от ньютоновского характера течения (т. е. параметры Т11Т10, Т1 и тг) при движении расплавленных полимеров особенно велики. Из-за этого переход расплава от режима ньютоновского течения с максимальной постоянной вязкостью 111 к такому же течению с минимальной постоянной вязкостью Т12 должен происходить при значительно более высоких Т1 и тг. На практике расплавы ведут себя обычно как ньютоновские жидкости вязкостью Т11. [c.153] В производстве чаще всего формуют волокна толщиной от 0,1 до 1 гекс. Отсюда легко подсчитать параметры Т1, ) и т] при формовании различных волокон. Например, при формовании вискозных штапельных волокон толщина отдельного волокна составляет 0,33 текс, р = 60 м/мин — 100 см1сек, Q = 0,25 см /мин = = 4 10 см 1сек. В этом случае применяются фильеры с диаметром отверстий 0,08 мм перепад давления при формовании равен около 2,5 ат. Отсюда г = = 4 10 см, Р = 2,5 10 дин/см . [c.153] Вязкость капронового расплава т]1, определенная при малых напряжениях сдвига и 260° С, равна 500—800 пз. Таким образом, в этом случае вязкость во время течения через капилляры фильеры снижается только на 10—30%. [c.154] Помимо указанных технологических особенностей формования прядильных растворов и расплавов большое влияние на процесс образования струек и на их форму оказывает геометрия фильеры и материал, из которого она изготовлена. [c.155] При свободном истечении расплава или раствора из отверстия фильеры диаметр струйки увеличивается и далее остается постоянным (рис. 6.1 и 6.2). [c.155] Расширение струйки прядильного раствора или расплава после выхода из канала отверстий фильеры объясняется особенностями высоковязких неньютоновских жидкостей. Эластические свойства этих жидкостей и релаксационные явления приводят к тому, что при выходе из отверстий (после снятия внешнего напряжения) макромолекулы стремятся к термодинамически более вероятному беспорядочному расположению. [c.155] Вследствие упругоэластических свойств струйка принимает форму цилиндра с расширением а = do/di. Однако в реальных условиях формования в дальнейшем струйки прядильного раствора ведут себя иначе, чем струйки расплава, так как в расплаве концентрация полимера равняется 100%, а в прядильных растворах при мокром способе формования она равняется 7—20%, а при сухом формовании 20—30%. Вследствие этого при формовании волокон из расплава всегда V2 Vi, тогда как при их формовании из раствора иг может быть и больше, и меньше . [c.155] Истинная величина Фь характеризующая деформацию струйки прядильного расплава, всегда больше 1, а Фг является величиной положительной, так как 2 1. При формовании волокон из растворов скорость движения струек в момент затвердевания как уже указывалось выше, может быть и больше, и меньше О], так как зависйт от уменьшения объема прядильного раствора при осаждении полимера и удалении растворителя. [c.156] Практически было подтверждено, что формование волокон происходит тем устойчивее, чем меньше фильерная вытяжка Ф и больше отношение а. Было также показано, что величина а возрастает с увеличением вязкости прядильной жидкости т), скорости ее движения в канале фильеры У1 и молекулярного веса полимера. Величина а зависит от отношения длины канала отверстия фильеры I к его диаметру 1 (т. е. от Ь = // 1). При малых величинах Ь (Ь 1) или больших величинах течение жидкости становится неустойчивым, форма струйки — неправильной (см. рис. 6.1, г) и нормальное формование нарушается. В то же время было экспериментально подтверждено, что с ростом илi I (до известного предела) величина а уменьшается. Так например, при формовании капроновых волокон из расплава при 1 = 0,25—0,50 мм а = 2,0, а при с 1 =—, Ъмм а =1,2. Величина /о (см. рис. 6.1) для растворов до 1 мм, а для расплавов значительно больше. [c.156] Характерной особенностью формования волокон из раствора является уменьшение объема жидкости в процессе формования При сухом способе формования объем струйки уменьшается в 3 раза (концентрация полимера увеличивается с 28—32% до 96— 1007о), а при мокром —в 5—10 раз (с 7—20% до 50—100%). [c.156] Устойчивость формования в значительной степени зависит.также от свойств прядильной жидкости, в первую очередь от ее пря-домостн. [c.157] Как видно из. приведенных формул, с ростом вязкости т жидкости и увеличением диаметра отверстия в фильере прядомость растет, а критическая скорость уменьшается. Поверхностное натяжение оказывает противоположное влияние. Однако при увеличении вязкости жидкости выше определенного критического предела (т]кр г 10 пз) наступает хрупкий разрыв струйки и формование волокна прекращается. [c.157] Формуемая струя может сохранить свою целостность только при условии возрастания I с увеличением продольного градиента скорости G. Таким образом, X = f x), где лс —длина пути струйки в шахте (расстояние от фильеры) до ее отвердевания. [c.158] По данным Зябицкого, во время формования волокна (в первую очередь из расплава полимера) молено различить четыре зоны (см. рис. 6.3) с разными продольными градиентами скоростей (рис. 6.4). Рассмотрим эти зоны. [c.158] Нуль-зона. Так называемая нуль-зона формования (внутри канала фильеры) характеризуется величиной В = Ю —10 секг (см. гл. 2). Из-за большой величины поперечного (сдвигового) градиента скорости В макромолекулы ориентируются в потоке, что является одной из причин расширения струи после выхода жидкости из отверстия. [c.158] Первая зона. Эта зона занимает расстояние от выхода струйки из отверстия фильеры до места ее максимального расшиг рения (см. рис. 6.1). Здесь продольный градиент скорости О принимает отрицательные значения. [c.158] особенно при мокром способе формования волокна (см. раз- Дел 6.3). Градиент скорости Q возрастает до точки А (см. рис. 6.4). Здесь, вероятно, наиболее интенсивно происходят структурные изменения затем G вновь уменьшается до О в точке полного затвердевания волокна (расстояние хо на рис. 6.3). Величина Омане увеличивается с ростом скорости приема нити t 2 и при формовании полиамидных волокон из расплава достигает максимальных значений на расстоянии около 30— 40 см от фильеры. [c.159] Вернуться к основной статье