Кукин Г.Н. Текстильное материаловедение. Исходные текстильные материалы

Подождите немного. Документ загружается.

полиамидов и полиэфиров на заводах химических волокон полу-

чают готовые расплавы полимеров, из которых формуют нити.

В этом случае синтез полимера и формование составляют еди-

ный

непрерывный процесс.

Если полимер поступает в виде отдельных партий гранул,

после их смешивания для получения равномерного расплава по-

лимер 1 (рис. XII.1) загружают в плавильную головку. Ее про-

дувают инертным газом для удаления кислорода воздуха, кото-

рый вызывает деструкцию нагретого полимера. При соприкос-

новении с трубчатой решеткой 2, нагретой теплоносителем,

полимер плавится и стекает вниз, образуя расплав.

насосу, фильтрам

фильере

Рис. XII.1. Плавильная головка:

а — схема; б —

общий

вид

Поскольку расплав полимера имеет высокую температуру

(260—320 °С), его фильтруют через несколько слоев кварцевого

песка и металлические сетки непосредственно перед поступле-

нием на фильеру.

Введение добавок в прядильный раствор или расплав приме-

няют для уменьшения блеска, окрашивания в массе, придания

белизны, повышения термо- и светостойкости, снижения электри-

зуемости, сообщения волокнам и нитям бактерицидных и других

защитных свойств. Добавки вводят опудриванием полимера пе-

ред растворением или добавлением сухого вещества, пасты, кон-

центрированного раствора с последующим тщательным переме-

шиванием раствора с добавкой. При расплаве добавки чаще

вводят, опудривая гранулы, а иногда добавляя пасту в расплав

перед формованием или при синтезе полимера.

Формование нитей, жгута и волокон

Эта стадия технологического процесса заключает-

ся в равномерной дозированной подаче, фильтрации и продав-

ливании прядильного раствора или расплава через отверстия

фильеры, затвердевании вытекающих струек, вытягивании и

наматывании получающихся

нитей

на приемные приспособления

или соединении их в жгут, разрезаемый иногда на волокна (см.

схему на с. 155).

154'

Схема формования волокон и нитей

Прядильный раствор или расплав

Нагнетание для перемещения

Фильтрация

Вытекание непрерывных струек

Затвердевание струек в элементарные нити

Соединение всех нитей в

общий жгут

Резка жгута

Наматывание нитей на одну паковку

Скручивание

Волокно

Комплексная скрученная нить

Существует несколько способов формования: 1) из раствора

мокрым способом; 2) из раствора сухим способом; 3) из распла-

ва; 4) из размягченного полимера.

Мокрый и сухой способы формования нитей из раствора. Эти

способы являются наиболее распространенными. При формова-

нии мокрым способом (вискозных, медно-аммиачных, нитроно-

вых, поливинилспиртовых, хлориновых и других нитей) выте-

Рис. XII.2. Схема формования нитей из раствора мокрым способом:

а — с наматыванием на бобины; б— со скручиванием и наматыванием с помощью цент-

рифуги; в — с

дополнительной

вытяжкой

11* 155

твор осадительной ванны 3, где происходят физико-химические

процессы высаживания полимера (затвердевание струек и пре-

вращение их в нити), а иногда и химическое взаимодействие его

с компонентами ванны, приводящее к изменению состава поли-

мера. При однованном формовании высаживание полимера и

химическое взаимодействие происходят одновременно в одной

осадительной ванне, при двухванном формовании осаживание

происходит в

первой

ванне, а изменение химического состава по-

лимера — во второй.

Элементарные нити, выходящие из осадительной ванны с од-

ной фильеры, соединяются вместе, обычно вытягиваются и по-

ступают на приемное устройство в виде бобины 4 или на цент-

рифугу 5. В первом случае комплексная нить только наматы-

вается, а во втором — скручивается и наматывается.

Отдельные длинные макромолекулы полимера при растворе-

нии принимают свернутую форму. При формовании без вытяги-

вания такие макромолекулы и их агрегаты располагаются хаотич-

но, что резко снижает прочность получаемых

нитей

и сообщает

им большую растяжимость. Для вытягивания нити про-

пускают через два диска 6 и 7, имеющих соответственно окруж-

ную скорость vi и v

. Вследствие вытяжки E=v

/vi структурные

элементы распрямляются, ориентируются в осевом направлении,

а вытянутая нить вследствие усиления межмолекулярных свя-

зей сблизившихся молекул делается более прочной, хотя растя-

жимость нити снижается, так как макромолекулы становятся

более распрямленными. Вытягивание нити может происходить в

воздушной среде или в жидкости так называемой пластифика-

ционной

ванны.

Сухим способом формуют ацетатные, а иногда нитроновые

нити и волокна. При повышенной температуре воздуха у струек

2 (рис. XII.3), вытекающих из отверстий фильеры /, испаряет-

ся растворитель и происходит образование нитей, которые за-

масливаются для уменьшения электризуемости роликом 4 и

наматываются на бобину 5. Изменения химического состава поли-

мера при этом не происходит. Для полного улавливания и реге-

нерации испаряющегося растворителя нити формуют в шахте 3.

Способ сухого формования по сравнению с мокрым имеет

следующие преимущества: 1) отпадает необходимость в промыв-

ке нитей от раствора осадительной ванны и в сушке; 2) в 5—

10 раз более высокая скорость формования, что обусловлено от-

сутствием гидравлического сопротивления раствора осадитель-

ной ванны и применением концентрированных растворов.

Последнее определяет также снижение расхода растворителя и

количества аппаратов для приготовления прядильного раствора.

Формование нитей из расплава. Оно возможно только из по-

лимеров, плавящихся без разложения. Его применяют при про-

изводстве полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых нитей

и др. Формование из расплава имеет следующие преимущества

156'

по сравнению с формованием из растворов: 1) исключение из

технологического процесса растворения и обезвоздушивания

прядильного раствора; 2) исключение регенерации раствора

осадительной ванны или растворителя; 3) высокая скорость

формования (500—1200 м/мин), превышающая в 5—10 раз ско-

рость при мокром формовании и в 1,5—2 раза при сухом фор-

мовании,

из раствора сухим способом из расплава:

' а — общая схема; б — фильера и вытека-

ющие из нее струйки (нити)

Однако формование из расплава сложнее, так как происхо-

дит при высоких температурах (250—320 °С) с-точностью регу-

лировки ±

а во избежание окисления и деструкции полИ

мера его необходимо плавить в потоке инертного газа, очищен-

ного от кислорода.

На рис. XII.4 показана схема формования капроновой нити.

Полимер в гранулах из бункера 1 поступает на плавильную ре-

шетку 2, где плавится и стекает вниз. Далее расплав подается

нагнетающим насосом 3 и дозирующим насосом 12 через филь-

ерный комплект, где вначале фильтруется через слой кварцево-

157'

го песка и металлические сетки, а затем продавливается через

отверстия фильеры 4. Вытекающие струйки 5 расплава прохо-

дят обдувочную шахту 6 и шахту 7, где охлаждаются потоком

инертного газа или воздуха и затвердевают. Нити проходят дис-

ки 11 для замасливания, диски 8 и 9 для вытягивания и нама-

тываются на бобину 10.

шш»

Рис. XII.5. Схема прядильной го-

ловки экструдерного типа

При формовании нитей из размягченного полимера или

очень вязкого расплава используют прядильные головки экстру-

дерного типа. В них полимерное сырье поступает через загру-

зочную воронку 1 (рис. XII.5) в цилиндр 2 и червяком 3 под

давлением подается по расплавопроводу 4 к дозирующим на-

сосам 5 и далее к фильерным комплектам 6. Вытекающие

струйки затвердевают при охлаждении их воздухом, а иногда в

ванне с водой.

Особенности получения жгута и волокон. Формование и от-

делка жгута обычно происходят поточным способом на прядиль-

но-отделочном агрегате, который включает прядильную машину

1 (рис. XII.6), вытяжную машину 2, отделочную машину 3 для

жгута, сушильную машину 4 и жгутоукладчик 5.

158'

Для разрезания неотделанного жгута и получения волокна»

иногда называемого штапельным волокном, используют резаль-

ную машину 11. После отделки на машине 7 резаное волокно

поступает в сушильную машину 8, рыхлитель 9 и упаковочный

пресс 10. Иногда отделанный на машине 3 жгут поступает на

резальную машину 6, а затем в сушильную машину 8, рыхли-

тель 9 и упаковочный пресс 10.

При выработке комплексных нитей увеличение числа отвер-

стий в фильере ограничено, так как это увеличивает толщину

нитей. При формовании по мокрому способу жгута и резаного

волокна такого ограничения нет и поэтому число отверстий в

каждой фильере может достигать 12000—15000 вместо 10—100

при формовании комплексных нитей. Поэтому производитель-

ность машин, вырабатывающих жгут или волокно, во много раз

выше производительности машин, вырабатывающих комплекс-

ные нити, а себестоимость жгута или волокна ниже, чем нитей.

Вытягивание и термофиксация

После формования для упорядочения и ориентации

структурных элементов элементарных нитей их вытягивают в

в условиях, когда полимер находится в пластическом состоя-

нии. Для этого ослабляют межмолекулярные связи повышением

температуры и пластификацией полимерного вещества нитей.

Устойчивое упрочнение нитей не может быть достигнуто. за

счет сравнительно небольшой фильерной вытяжки вследствие

превышения окружной скорости наматывания нити на бобину 4

(см. рис. XII.2) или окружной скорости Vi диска 6 над скоростью

вытекания струек из фильеры. Необходимого упрочнения нити

при минимальном снижении ее растяжимости достигают при

значительной вытяжке нити на прядильной машине при формо-

вании мокрым способом или на крутильно-вытяжной машине

после формования сухим способом из раствора или расплава.

Машины для вытягивания жгута обычно входят в состав агре-

гата (см. рис. XII.6). Нити из

термопластических полимеров

(полиамидные, полиэфирные,

полиолефиновые/ вытягивают

при нормальной или повышен-

ной температуре, а нити из

жестких полимеров (вискоз-

ные, полиакрилонитрильные и

др.) — при повышенной темпе-

ратуре и пластификации.

Характер изменения свойств

химических нитей в зависи-

мости от вытяжки показан на

рис. XII.7. Однако при после-

дующей релаксации возможно

Вытяжка

Рис. XII.7. Зависимость свойств нитей

от вытяжки:

/—разрывная на$рузка; 2 — разрывное

удлинение; 3 — число двойных изгибов до

разрушения; 4 — интегральная теплота

смачивания; 5

—-

плотность

159'

изменение свойств вытянутой нити. Для снятия (релаксации)

возникших при вытягивании и скручивании напряжений и умень-

шения последующей усадки нитей их подвергают термофикса-

ции при температуре, которая должна быть выше.температуры

эксплуатации изделий. Для этого нити на перфорированных бо-

бинах обычно обрабатывают паром в автоклавах (котлах). Тер-

мофиксацию жгута осуществляют пропуском между нагретыми

поверхностями, а резаного волокна —

обработкой горячей

водой.

При термофиксации нитей без натяжения значительно повыша-

ется их удлинение и несколько снижается прочность. Если вытя-

нутую нить термофиксируют в напряженном состоянии, то ее

удлинение возрастает в меньшей степени и прочность не умень-

шается, а для нитей из кристаллизирующихся полимеров даже

несколько увеличивается, что объясняется дополнительной ори-

ентацией макромолекул в аморфных участках полимера.

Отделка

В большинстве случаев химические нити и волокна

не могут быть использованы непосредственно после формования

для изготовления тканей, трикотажа и других изделий и обычно

Рис. XII.8. Схемы отделки нитей:

а — на парных цилиндрах; б — в куличах; в -

• на бобинах

подвергаются дополнительным обработкам — отделке. Ее целью

является удаление примесей, оставшихся после формования, и

придание нитям и волокнам некоторых свойств: белизны, мягко-

сти,

меньшей

электризуемости и др. Отделка положительно влия-

ет на последующие процессы переработки нитей и волокон.

Две схемы отделки жгута и резаного волокна показаны на

рис. XII.6. На машинах непрерывного процесса нить орошается

160'

отделочными растворами на парных цилиндрах. При отделке

нитей на паковке жидкость нагнетается или просасывается че-

рез паковки (рис. XII.8).

Примеси и загрязнения, имеющиеся на элементарных нитях

(вискозных и др.) при мокром формовании, удаляются промыв-

кой в воде и различных растворах. Как правило, нити, формуе-

мые сухим способом, не имеют примесей и их не промывают.

Отбеливание нитей применяют перед их окрашиванием в

светлые или яркие цвета. При окрашивании прядильного рас-

твора или расплава необходимость в отбелке отпадает.

Поверхностная обработка заключается в нанесении на нити

веществ в виде замасливателей, авиважнЫх средств (эмульсий),

шлихты (клея), антистатических препаратов и других для улуч-

шения процесса текстильной переработки и придания специфи-

ческих свойств (мягкости, гидрофобности, электропроводности

и т.д.).

Сушка нитей необходима после обработки водой и разными

растворами. При непрерывном процессе нить сушится на роли-

ках или цилиндрах, обогреваемых изнутри паром или горячей

водой. Нити в паковках, резаное волокно или жгуты сушат в

сушильных машинах. Предварительно из волокна и жгута от-

жимают избыточную влагу.

Текстильная переработка [4]

Для

нитей

этот

последний

этап производства может

состоять из следующих процессов: скручивания, вытягивания,

фиксации крутки, усаживания и перемотки. Для некоторых ви-

дов нитей отдельные процессы могут быть исключены. Напри-

мер, текстильная переработка вискозных нитей проходит без

вытягивания, которое осуществляется при формовании. Иногда

нити из термопластичных полимеров (полиамидные, полиэфир-

ные, полипропиленовые и др.) дополнительно подвергают тек-

стурированию для придания им извитости, растяжимости, объ-

емности (рыхлости) и других свойств. К текстильной перера-

ботке жгута относят его гофрирование и резку.

Скручивание необходимо для соединения элементарных ни-

тей в одну бол«е толстую и прочную комплексную Нить и изме-

нения ее свойств в соответствии с предъявляемыми требования-

ми. Поскольку с увеличением крутки снижается производитель-

ность машин, на химических заводах иногда выпускают нити с

пониженной круткой (/(=10...40 1/м), а обычно с круткой К=

= 50...250 1/м (см. гл. VI). Для некоторых тканей, например

креповых, необходимы нити с высокой круткой /С= 1500..,

...2500 1/м. Такие нить вырабатывают на крутильных фабриках.

При выработке синтетических термопластичных нитей их

подвергают многократному (обычно двукратному) последова-

тельному скручиванию, причем одно из них

сочетают с вытяги-

ванием нити. Многократное скручивание нити в разных направ-

161'

лениях придает ей равновесность, т. е. минимальное напряже-

ние в скрученном состоянии.

Нити скручивают на прядильных (формовочных) или на кру-

тильных машинах. На кольцевой крутильной машине некрученая

нить с бобины 1 (рис. XII.9) проходит натяжной пруток 2, ните-

проводник 3, выпускные цилиндры 4, нитепроводник 5, бегунок

6, вращающийся по кольцу 7, и наматывается на шпулю 8, плот-

но насаженную на веретено 9. Крутка нити прямо пропорцио-

нальна постоянному числу оборотов веретена (n=const) и об-

ратно пропорциональна скорости выпускных цилиндров 4, а

следовательно, и производительности машины. Наматывание

нити на шпулю происходит вследствие меньшей угловой скоро-

сти трущегося о кольцо бегунка по сравнению со скоростью ве-

ретена.

Фиксация крутки применяется для выравнивания и снижения

напряжений нити в различных слоях паковки и устранения тем

самым самораскручивания, образования петель и сукрутин в по-

следующих операциях переработки. Для фиксации крутки ис-

пользуют увлажнение крученой нити при нормальной темпера-

туре, но высокой влажности (98—99 %) воздуха; запаривание

нити; нагревание нити токами

высокой

частоты.

Перемотка нитей вызвана тем, что длина и масса их на па-

ковках с крутильных машин обычно невелика (160^220 г) при

массе пустой шпули около 100 г. Транспортировка таких пако-

вок нерациональна и поэтому их перематывают на более круп-

ные паковки конические (до 1200 г) или на секционные ка-

Рис. XII.10. Жгуторезка

Рис. XII.9. Схема кольцевой крутиль-

/ ной машины

162'

тушки или на навои, приспособленные для использования на

машинах ткацкого или трикотажного производства.

Хекстурированне нитей используют для увеличения рыхло-

сти (объемности), растяжимости и эластичности гладких и плот-

ных комплексных нитей за счет придания составляющим их

элементарным нитям стабильной извитости. На термопластич-

ных нитях этого достигают: 1) путем раздельного скручивания,

термофиксации и раскручивания; 2) методом ложного кручения;

3) протягиванием нити под определенным углом и натяжением

по ребру острого лезвия; 4) пропусканием комплексной нити че-

рез сопло в струе сжатого воздуха; 5) плотной набивкой нити в

термокамеру и др. [4, 5].

Извитость термопластичным волокнам придают путем гоф-

рирования жгута, для чего его подогревают и пропускают между

зубчатыми колесами. Широкое применение получил метод за-

прессовки жгута в термокамеру, где он как бы собирается в

гармошку и фиксируется.

Резка жгута осуществляется на жгуторезке, где вертикально

движущийся жгут 1 (рис. XII. 10) периодически зажимается

между делительными колесами 2. В горизонтальной плоскости

вращается диск 3, ножи 4 которого проходят через совпадаю-

щие прорези колес 2 и режут зажатый жгут на волокна задан-

ной длины. Имеются резальные машины и других конструкций.

Сортировка волокон и нитей по внешним признакам и наи-

более значимым свойствам выполняется в соответствии с требо-

ваниями стандартов или технических условий. В зависимости от

качества волокна и нити подразделяют на сорта, а затем раз-

дельно посортно упаковывают.

ЛИТЕРАТУРА К ГЛ. XII

1. Роговин 3. А. Основы химии и технологии химических волокон. Т. I,

М„ 1974.

2. Зазулина 3. А., Конкин А. А. Основы технологии химических волокон.

М., 1969.

3. Папков С. П. Физико-химические основы производства искусственных

и синтетических волокон. М., 1972.

4. Свойства и особенности переработки химических волокон/Пакшвер А. Б.,

Мельников Б. Н., Усенко В. А., Соловьев А. Н., Кукин Г. Н. М., 1975.

5. Садыкова Ф. X. Текстурированные нити, основные их свойства и мето-

ды определения. М., 1974.

ГЛАВА XIII. ИСКУССТВЕННЫЕ НИТИ

И ВОЛОКНА

1. ПОЛУЧЕНИЕ ВИСКОЗНЫХ

(ГИДРАТЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ) НИТЕЙ, ЖГУТА

И ВОЛОКОН [1, 2]

Технологический процесс производства вискозных

нитей и жгута включает четыре основных э^апа: 1) предвари-

тельную обработку сырья и приготовление прядильного раство-

11*

163