ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Зона вытягивания и образования волокна из "Полиолефиновые волокна" Формование волокна из расплавов полимеров производится на фильерах с диаметром отверстий 0,25— 0,6 мм. После выхода из фильеры струя расплава дополнительно расширяется в 1,2—2 раза и ее диаметр увеличивается до 0,5—0,7 мм. [c.131] В процессе формования при переходе от расплавленной струи к волокну происходит уменьшение диаметра в среднем в 10—12 раз, а с учетом расширения в 14—17 раз. Вытягивание струи расплава в процессе формования волокна называется фильерной вытяж- кой. Вытягивание осуществляется ка третьей стадии формования после выравнивания профиля скоростей (рис. 52) до затвердевания расплава в форме волокна. Вытягивание является наиболее ответственной стадией формования волокна. Волокнообразующие свойства полимера при формовании волокна из расплава определяются главным. образо.м его способностью к вытягиванию. [c.131] Теория процесса формования волокна, особенно на стадии Бытягивания, может быть создана только в результате всестороннего изучения свойств расплавов полимеров в поле продольного градиента скоростей. Однако исследований в этом направлении проведено очень мало. Огромное число работ по реологии расплавов проводилось только в поле с поперечным градиентом скоростей (сдвиг) и найденные при этом закономерности течения лишь частично могут быть использованы для понимания процесса формования волокна. [c.132] О — продольный (осевой) градиент скорости, сек . [c.132] Для полимерных систем величины т] и Я не постоянны при увеличении градиента скорости т) уменьшается, а Я увеличивается. [c.132] Увеличение вязкости в поле продольного градиента скорости (трутоновская вязкость Я) и уменьшение эффективной вязкости (т]) в поле поперечного градиента скорости обусловлено не различием в направлении поля скоростей, а совершенно другими причинами. Расплавы полимеров представляют собой систему, состоящую из надмолекулярных образований (агрегаты, пачки) и макромолекул или отрезков макромолекул, не входящих в состав пачек. Свойства расплавов (растворов) определяются размерами, продолжительностью жизни и прочностью связей макромолекул в пачке, а также гибкостью цепных макромолекул. Изменение конформации макромолекул и размеров агрегатов под влиянием напряжений обусловливает двойственную природу расплава полимеров. В результате разрушения пачек проис.ходит уменьшение вязкости, а выпрямление макромолекул и обеднение конформационного набора вызывают увеличение вязкости системы. В зависимости от величины приложенного напряжения преимущественно может протекать тот или иной процесс, и, как следствие этого, вязкость расплавов может изменяться по-разному. [c.132] При малых внешних усилиях, возникающих в материале, напряжения не могут разрушить надмолекулярную структуру, но они вполне достаточны для того, чтобы вызвать распрямление макромолекул. Поэтому в указанных условиях процесс деформации сопровождается уменьшением конформационного набора, увеличением жесткости макромолекул и вязкости расплава. Такую картину в продольном градиенте скоростей наблюдали Нитчман и Шраде , а также В. А. Каргин и Т. И. Со-голова . [c.133] Факторы, влияющие на устойчивость процесса формования. [c.134] Самоупрочнение расплавленной струи во время вытягивания. Диаметр струи в зоне вытягивания непрерывно уменьшается и при постоянном усилии, создаваемом приемным механизмом, напряжение в струе возрастает. Предотвратить разрыв струи можно только путем ее непрерывного упрочнения. Эффект упрочнения достигается в результате увеличения трутоновской вязкости. [c.134] Течение расплавов в каналах фильеры в поле поперечного градиента скоростей происходит при больших напряжениях сдвига и высоких температурах. В этих условиях течение сопровождается или разрушением пачек и аномалией (снижением) вязкости, или вязкость остается неизменной (максимальная ньютоновская вязкость, если расплав выводится на режим ньютоновского течения). В зоне вытягивания (поле продольного градиента скоростей) реализуются небольшие напряжения, которые могут вызвать только изменение конформации макромолекул, поэтому на этой стадии процесс формования сопровождается увеличением вязкости струи (формующегося волокна). В процессе формования вязкость резко возрастает также вследствие снижения температуры. По мнению Забицко-го , решающее влияние на увеличение вязкости в этих условиях оказывает снижение температуры струи. Однако увеличение трутоновской вязкости в поле продольного градиента скоростей вследствие выпрямления макромолекул наблюдается также при деформации полимеров в изотермических условиях . [c.134] Вероятно, оба фактора оказывают влияние на изменение трутоновской вязкости, но раздельное изучение этих процессов применительно к формованию по методическим причинам осуществить чрезвычайно трудно. В связи с этим возникает настоятельная необходимость разработки методов определения температуры формующегося волокна. [c.134] Различие в поведении расплавов полимеров в поле поперечного и продольного градиентов скоростей проявляется не только в характере изменения вязкости, но в движении и ориентации макрочастиц, эластической деформации и временах релаксации, распределении и рассеянии энергии . [c.134] Причины влияния режима течения на прядомость расплавов полимеров пока неясны. Видимо, аномалия вязкости отрицательно сказывается на устойчивости формования в зоне расширения струи, вытекающей из фильеры. Наличие аномальной вязкости, согласно Баглея , связано с проявлением упруго-эластических свойств расплавов полимеров. Вероятно, существует критическое значение упруго-эластической составляющей деформации течения, выше которого формование волокна становится невозможным. [c.136] Переход режима течения расплава на ньютоновский может быть достигнут при повышении температуры или снижении молекулярного веса полимера. Пределы повышения температуры ограничиваются термостабильностью полимеров. Снижение молекулярного веса ниже определенного предела нежелательно, так как это отрицательно сказывается на свойствах готового волокна. Большой интерес представляет изучение процесса формования волокна при значительном увеличении перепада давления на фильерах различного диаметра и капиллярах разной ДЛИНЫ. [c.136] При этом возможны три рассматриваемых ниже случая. Отах по длине пути (I) остается постоянным. В этом случае создаются наиболее благоприятные условия для формования, и нить может быть вытянута до бесконечной длины. На практике этот вариант не наблюдается. [c.137] Напряжение быстро возрастает вдоль пути волокна и при достижении предела прочности волокно обрывается и формование становится невозможным. [c.137] Для сохранения постоянства а необходимо, чтобы увеличение скорости струи сопровождалось увеличением трутоновской вязкости, что наблюдается на практике. [c.138] Изменение профиля, скорости и вязкости струи расплава. При формовании происходит непрерывная деформация вязкой жидкости, ведущая к образованию волокна. Изменения скорости, вязкости и температуры в значительной мере влияют на процесс формования. В связи с этим необходимо знание реологических характеристик расплава в продольном градиенте скоростей в щироком диапазоне изменения О и Г. Таких данных в литературе нет. В условиях формования, протекающего с большой скоростью, трудно определить основные реологические параметры. Наиболее обстоятельные работы в этом направлении выполнены Забицким и сотр. - - Авторы систематически исследовали процесс формования полиамидного, полиэфирного и полистирольного волокон. [c.138] Найденные закономерности в равной мере отно-и к формованию полиолефиновых волокон. В качестве исходных данных при определении некоторых реологических характеристик служит изменение диаметра струи расплава (волокна). [c.138] Несколько неожиданные результаты были получены при различных температурах формования. Оказалось, что изменение температуры в пределах 255—285°С не влияет на профиль капроновой струи. Эти данные вызывают сомнение, так как температура расплава определяет температурный градиент по длине пути, а следовательно, текучесть и реологические параметры, которые влияют на прочность струи. Кривые =/(/) для различных полимеров (поликапроамид, полиэтилентерефталат, полистирол) имеют форму гиперболы. При повышении вязкостн расплава (полистирола) кривая =/(/) располагается ниже аналогичных кривых для других полимеров. [c.139] Вернуться к основной статье