ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Отверждение нити в процессе формования из "Физико-химические основы производства искусственных и синтетических волокон" Отверждение (фиксация) жидкой нити, т. е. перевод ее в нетекучее состояние, является наиболее важным и сложным но механизму этапом процесса формования волокна. Сущность фиксации заключается в резком повышении эффективной вязкости раствора или расплава волокнообразующего полимера. [c.157] Рассмотрим схематически изменение реологических свойств раствора (расплава) в процессе отверждения. [c.158] По мере протекания процесса отверждения ншдкой нити при формовании волокна свойства полимерной системы резко изменяются. Вязкость начинает быстро нарастать, что приводит к уменьшению вязкой соста-вляюш[ей общей деформации, которая становится менее значимой по сравнению с обратимой деформацией. Если вязкость растворов, из которых формуют волокна по сухому методу, и расплавов полимеров составляет около 10 —10 пз, то вязкость сформованного волокна, находящегося ниже температуры стеклования, достигает 10 —10 пз и выше. На изменении вязкости в этих пределах и основан процесс отверждения жидкой нити. [c.158] Аналогично этому значение величин вязкого течения для застудневающих систем (при мокром методе формования) оказывается столь малым, что для реализации вязкой деформации в заметных масштабах необходимы очень большие сроки даже нри напряжениях, близких к критическим величинам прочности формующегося волокна. [c.158] Одновременно возрастает доля обратимой деформации, которая состоит из собственно упругой (гуковской или мгновенно упругой) деформации, характерной для всех твердых тел и не превышающей нескольких долей процента от исходной длины образца, и высокоэластической деформации, типичной для полимерных систем и составляющей от нескольких процентов (для аморфных полимеров, находящихся ниже Тс) до нескольких сотен процентов (для каучуков). В отличие от мгновенно упругой деформации высокоэластическая деформация развивается после приложения нагрузки и спадает после снятия ее во времени, причем для каждой конкретной системы характерен свой спектр времен релаксационных процессов. [c.158] От отвердевших расплавов или растворов, из которых удален растворитель в результате его испарения, студнеобразные полимерные системы отличаются тем, что характеризуются очень низкими модулями упругости и относительно большой степенью деформации (несколько десятков процентов). [c.158] Не касаясь подробностей различных теорий реологического поведения полимерных систем и разбора модельных представлений о соотношении между отдельными видами деформаций (все эти вопросы подробно изложены в литературе ), отметим лишь следующее реология систем, возникающих при формовании химических волокон, осложнена тем, что эти системы быстро изменяют свои свойства в ходе формования волокна, и поэтому для строгого описания деформационных процессов необходимо знать производные отдельных деформаций но времени. [c.158] Рассмотрим один из возможных вариантов описания изменений реологических свойств полимерных систем в процессе формования волокна. На рис. 8.1 приведена объемная диаграмма с одной координатой деформации и двумя координатами времени. Хотя такое построение диаграммы является условным и обычно не применяется, мы его приводим для облегчения рассмотрения процесса формования. [c.158] Из двух временных координат одна означает время, прошедшее от начала формования волокна I—II—III), а вторая ( о — — а) отвечает тем изменениям, которые система претерпевала бы во времени, если зафиксировать свойства системы в каждой точке процесса формования. [c.158] Эта необратимая деформация становится незначительной на. шключи-тельной стадии формования (стадия III). Изменяется и спектр времен релаксации, отвечающий высокоэластической части деформацирг. Суммарная деформация ei на этой стадии значительно меньше, чем на предыдущих стадиях. [c.159] Приведенная на рис. 8.1 диаграмма дает возможность представить изменение кар общей деформации волокна в ходе процесса формования (кривая Ъ Ъ — // ), так и необратимой части ее (кривая с — с — — с ). Соответственпо можно провести и кривую для истинно упругой деформации, но она ire имеет определяющего значения для рассмотрения особенностей формования волокна и поэтому на диаграмме не отмечена. [c.159] Строгого критерия для перехода из жидкого в твердое состояние в рассматриваемом случае нет, так как в аморфных системах изменение вязкости является непрерывной функцией температуры или концентрации. Практически критерием можег быть избрана такая величина эффективной вязкости, при которой в пределах прилагаемых нагрузок на нить величина вязкой деформации оказывается очень малой. Это отвечает обычно вязкостям порядка 10 —10 пз, что можно условно считать пределом текучести системы. Отметим, что вязкость в точке стеклования аморфного полимера условно принимается равной 10 п и Если натяжение нити на конечном участке формования достигает согласно экспериментальным данным 10 —10 дин/см , то для того чтобы деформация нити вследствие вязкого течения ее не превышала величины 1% за 1 сек, вязкость системы должна быть равной —10 па. [c.160] При последующем анализе отдельных способов формования мы обозначим в качестве условного критерия отверждения нити величину эффективной вязкости системы как т] р и будем считать момент достижения этой величины за точку завершения отверждения нити. При этом предполагается, что т)кр является не только условной величиной, но и усредненным значением вязких свойств нити. Из-за ограниченных скоростей диффузии реагентов при формовании по мокрому методу или из-за наличия радиального градиента температур при охлаждении нити из расплава, или из-за ограниченных скоростей диффузии растворителя из нити при формовании по сухому методу из растворов эффективная вязкость системы резко уменьшается от периферии к центру затвердевающей нити, причем выравнивание вязких свойств (окончательное отверждение) по всему сечению нити достигается, как правило, уже за пределами прядильной шахты или осадительной ванны. [c.160] В настоящей главе будут последовательно рассмотрены основные методы фиксации жидкой нити путем охлаждения расплавов, испарения растворителя и осаждения полимера из растворов, причем главное внимание обращено на физико-химические закономерности этих процессов. [c.160] Вернуться к основной статье