Список тематических статей

Формование Химических Волокон

Образование из раствора или расплава волокнообразующего полимера тонких струй с послед, их затвердеванием в виде волокон (нитей, жгутов), ориентация вытягиванием термической и другими обработками. Иногда вместо термина «формование» используют исторически сложившийся текстильный термин «прядение», хотя эти два процесса не имеют ничего общего.

Процесс формования включает следующие основные стадии:

1. Расплавление, растворение или пластификация полимера с целью перевода его в вязкотекучее (жидкое) состояние; подготовка полученной полимерной жидкости (расплава или раствора) к формованию, включающая фильтрование, дегазацию и введение добавок.

2. Собственно формование, включающее дозирование расплава или раствора, истечение струй из тонких отверстий металлической пластинки (фильеры) и перевод их в переохлажденное или пересыщенное состояние, в результате чего происходит образование твердой полимерной фазы в форме волокон, имеющих еще недостаточно упорядоченную и неравновесную структуру.

3. Ориентация вытягивание и термический обработка полученных волокон (вторая стадия формования) с целью придания им оптимальной структуры и свойств.

Существует несколько методов формования; основными являются следующие:

Формование из расплава или пластифицированного полимера с охлаждением струй ниже температуры затвердевания.

Сухое формование из раствора с испарением растворителя и повышением концентрации полимера до перехода струй в твердообразное состояние.

Мокрое формование из раствора в среде осадителя, приводящее к изменению состава системы и затвердеванию струй.

Формование с фазовым распадом из раствора при охлаждении струй до перехода их в затвердевшее состояние. Формование из растворов применяют в тех случаях, когда температура разложения полимера близка к температуре плавления или ниже ее.

Теоретические основы.

Волокнообразующие полимеры должны иметь определенные структурные характеристики и удовлетворять ряду технических требований:

1. Заданная молекулярная структура, в том числе наличие полярных функциональных групп, от чего зависит возможность плавления или растворения полимера, выбор метода формирования и многие свойства волокон.

2. Линейное или слаборазветвленное строение макромолекул, от чего зависит возможность получения высокоупорядоченной, ориентированной структуры волокон и их механические свойства.

3. Средняя молекулярная масса в пределах 15-150 тысяч (иногда до 300 тысяч) и по возможности узкое MMP. Нижний предел молекулярных масс лимитируется нестабильностью образования жидких струй и низкими механическими свойствами получаемых волокон, верхний – технологическими трудностями переработки высоковязких расплавов и растворов и возможностью образования в них гелеобразных частиц, приводящих к возникновению дефектов в волокнах.

4. Устойчивость к термический и(или) химическим воздействиям в процессах получения волокон.

5. Однородность состава, свойств и минимальное содержание посторонних примесей и загрязнений, от чего зависит стабильность технологического процесса и качество получаемых волокон.

При всем различии строения полимеров важнейшим показателем, определяющим процессы структурообразования при формовании, является гибкость макромолекул. По их собственной гибкости, характеризуемой, например, величиной статистический сегмента А, полимеры разделяют на гибкоцепные (А<3нм), полужесткоцепные (3нм<А<10нм) и жесткоцепные (А>10нм).

Для гибкоцепных полимеров термодинамически равновесной является изогнутая форма макромолекул и их ориентирование требует затраты внешней работы, что при получении волокон вызывает необходимость значительных кратностей вытяжки.

Жесткоцепные полимеры со стержнеобразными молекулами способны переходить в термодинамически равновесное жидкокристаллический состояние и при течении или наличии незначительной начальной ориентации в них проходят процессы самопроизвольного упорядочения и ориентирования.

При формовании протекает комплекс реологических, тепло- и(или) массообменных, аэро- и гидродинамический явлений, фазовых и структурных превращений, определяемых видом исходного волокнообразующего полимера, методами и условиями формования и последующих обработок.

Образование струй происходит при истечении дозированного количества расплава или раствора полимера из отверстий фильеры. При малых скоростях истечения вблизи поверхности фильеры возникает расширение струи, обусловленное действием поверхностных сил и релаксационными процессами. При больших скоростях истечения расширение струи сменяется ее утонением. Под влиянием сдвиговых напряжений в каналах фильеры возникает незначительная ориентация макромолекул. При малых временах релаксации (маловязкие растворы гибкоцепных полимеров) и малых скоростях формования эта ориентация почти полностью исчезает. В жесткоцепных полимерах времена релаксации велики и ориентация сохраняется.

Важнейшим условием протекания процесса формования является стабильность образования струй, которая зависит от чистоты расплава или раствора и их вязкоэластический свойств: при малых вязкостях возможен капиллярный распад струй под влиянием поверхностных сил, при очень большой вязкости возможно нарушение сплошности истечения с появлением разрывов струи. Эти нарушения существенно усугубляются под влиянием примесей и гелеобразных частиц, которые кроме того уменьшают прочность волокна.

Динамика и кинематика формования определяются действующими на вытекающие из отверстий фильеры струи и формуемые волокна след, сил: поверхностного натяжения; реологический сопротивления деформациям; инерционных сил, необходимых для приращения скорости и кинетический энергии волокна; аэро- или гидродинамического сопротивления; тяжести. Все эти силы изменяются по длине пути формования и в конечном счете уравновешиваются усилием отвода волокна из зоны формования, которое существенно увеличивается с ростом скорости отвода.

Под влиянием этих сил происходит растяжение полимерных струй и волокна, вследствие чего структурообразование протекает в поле продольного градиента скорости, меняющегося по длине пути формования соответственно изменению реологический свойств и изменению сил по длине пути формования. Это приводит к S-образной форме кривой распределения скоростей с максимальным градиентом в ее средней части.

По изменению реологических свойств и кинематике движения формуемых волокон весь путь формования следует разделить на три основные зоны: истечения с образованием струй расплава или раствора; выделения твердой полимерной фазы и первичного структурообразования; вторичного структурообразования (частичной кристаллизации или синерезиса гель-волокна).

Процессы тепло- и(или) массообмена определяют переход струи расплава или раствора в состояние пересыщения, что необходимо для протекания фазовых переходов и структурообразования .

При формовании из расплава перенос тепла внутри волокна осуществляется по механизму теплопроводности, а его отдача в окружающую среду определяется вынужденной конвекцией. Температура по длине пути получаемого волокна непрерывно понижается, но если при формовании происходит кристаллизация, сопровождающаяся тепловыделением, то на небольшом участке пути она остается примерно постоянной.

При формовании по сухому методу из растворов происходит конвективный подвод тепла к волокну, диффузия в волокне, испарение растворителя и встречный процесс отвода его паров в окружающую среду.

Состав волокна по длине пути формования непрерывно меняется – увеличивается концентрация полимера. Температура на значит, длине пути меняется мало и соответствует температуре мокрого термометра и только после испарения основного количества растворителя постепенно повышается, приближаясь к температуре окружающей среды. Значительная по сравнению с теплотой кристаллизации теплота испарения и большое количество испаряемого растворителя требуют во много раз большего времени для теплообмена, чем при формовании из расплава; это существенно ограничивает скорость формования по сухому методу.

При формовании из растворов по мокрому методу происходит встречная диффузия осадителя внутрь волокна и растворителя из него. Вследствие этого состав волокна по длине пути формования непрерывно меняется. Выходя из осадительной ванны волокно содержит значительное количество жидкости, существенно обогащенной осадителем. Процессы диффузионного переноса происходят достаточно медленно, что ограничивает скорость формования по мокрому методу.

Во всех методах формования тепло- и(или) массообмен определяется последовательно протекающими процессами внутреннего (в волокне) и внешнего (в окружающей среде) переноса. В большинстве случаев основное сопротивление представляют процессы теплопроводности и(или) диффузии внутри волокна и окружающем его ламинарном пограничном слое, которые достаточно хорошо описываются дифференциальными уравнениями переноса, представленными в цилиндрический координатах.

При формовании пучка волокон, особенно с использованием фильер с большим числом отверстий, важное значение имеет однородность температурного и(или) концентрационного полей. Неодинаковость граничных условий вокруг отдельных волокон создает различия в тепло- и(или) массообмене, структурообразовании и вызывает неравномерность их физических и механический свойств. По этой причине ограничивается максимально допустимое число отверстий в фильерах, особенно при формовании из расплава и раствора по сухому методу.

Структурообразование при формовании определяется процессами затвердевания струй расплава или осаждения в них полимера с одновременным формированием надмолекулярной и микроструктуры волокна. При формовании из расплава или пластифицированного полимера процессы структурообразования начинаются при охлаждении ниже температуры плавления или потери текучести. При формовании из раствора возможны три пути выделения твердой полимерной фазы: испарением растворителя с повышением концентрации раствора, заменой растворителя на осадитель и охлаждением раствора. Применимость этих путей определяется свойствами системы полимер – растворитель или полимер – растворитель – осадитель, а также видом соответствующих диаграмм фазового равновесия и текучести в координатах состав – температура. Повышение концентрации полимерной фазы приводит к потере текучести и образованию студнеобразного гель-волокна, содержащего значительное количество жидкости, удаляемой затем вследствие испарения или синерезиса.

Обычно твердая полимерная фаза выделяется в аморфном состоянии, а в случае если полимер способен к быстрой кристаллизации (что характерно, например, для некоторых гибко-цепных полимеров), волокно может частично закристаллизоваться.

Кинетика фазовых переходов (кристаллизации) при формовании определяется двумя основными стадиями: образованием зародышей в переохлажденной или пересыщенной полимерной жидкости и их ростом в радиальном направлении.

Образование ориентированной надмолекулярной структуры в волокне происходит под влиянием продольного градиента скорости формуемого волокна, матричного эффекта на границе раздела с уже осажденным полимером, поперечной контракции (сжатия) гель-волокна и других. Ориентация тем выше, чем больше величина фильерной вытяжки. Возникновение ориентации может способствовать кристаллизации. Вследствие быстрого структурообразования надмолекулярная структура волокна неравновесна.

Особым случаем является формование из расплава с использованием ориентационной кристаллизации путем подбора соответствующих условий. В этом случае увеличение механических напряжения в зоне структурообразования путем увеличения аэродинамический сопротивления при увеличении скоростей формования или использования тормозных устройств существенно увеличивает степень ориентации, скорость кристаллизации и кристалличность получаемых волокон.

При формовании волокон из расплавов или растворов жесткоцепных полимеров, находящихся в жидкокристаллический состоянии или переходящих в это состояние во время формования, уже небольших значений фильерных вытяжек достаточно для получения значительной ориентационной упорядоченности.

Радиальная направленность тепло- и(или) массообмена в волокне приводит к неодновременному образованию и ориентации твердой полимерной фазы по его сечению и возникновению гетерогенной микроструктуры. Поверхностный слой образуется раньше, чем сердцевина, на него раньше начинают действовать силы растяжения, что приводит к появлению слоистой структуры, причем ориентация поверхностного слоя (оболочки) обычно выше, чем сердцевины. С увеличением скоростей формования и фильерных вытяжек гетерогенность структуры возрастает. Особенно заметна гетерогенность микроструктуры при мокром методе формования, чему способствует также периодичность процесса осаждения вследствие образования периодический зон пересыщения под влиянием встречной диффузии растворителя и осадителя. Чем больше скорость структурообразования, тем значительнее выражена слоистость структуры, поэтому она особенно характерна для вискозных волокон.

При формовании из расплава или раствора по сухому методу слоистость микроструктуры выражена существенно слабее. Из жидкокристаллический или переходящих в жидкокристаллический состояние растворов осаждение полимера происходит достаточно медленно и почти одновременно по всему сечению, что приводит к получению достаточно однородной по сечению микроструктуры.

Форма поперечного сечения волокна при формовании из расплава сохраняет профиль (обычно круглый) отверстия фильеры. При формовании из раствора форма поперечного сечения волокна может изменяться и зависит от различия в скоростях осаждения полимера по поперечному сечению и образования слоистой структуры, а также величины поперечной контракции волокна при удалении растворителя. При близком к одновременному осаждению полимера по сечению формуемого волокна поперечная контракция происходит равномерно, сохраняется круглая форма сечения. Неодновременное осаждение и образование достаточно жесткого наружного слоя препятствует поперечной контракции при удалении растворителя из сердцевинной части, что приводит к появлению некруглого сечения различной формы (гантелевидное, бобовидное, амебовидное и других), а в некоторых случаях и к возникновению пустот.

При вытягивании и термический обработке волокон происходят повышение степени ориентации, дальнейшая кристаллизация и релаксация внутренних напряжений. Эффективное проведение ориентации вытягивания и термический обработки возможно только при достаточной молекулярной подвижности полимера, то есть в высокоэластический состоянии, что достигается двумя путями:

1) нагревом в среде горячего теплоносителя (воздуха, инертной жидкости) или контактом с нагретой поверхностью до температур, лежащих между температурами стеклования и плавления полимера;

2) пластификацией низкомолекулярными жидкостями или парами с целью снижения температур стеклования и плавления, что позволяет существенно снизить температуру обработки.

Вытягивание и термообработку в присутствии пластификаторов проводят обычно при получении волокон по мокрому методу, причем второй процесс иногда совмещают со стадией сушки.

Ориентационное вытягивание может быть одно- и двухстадийным с общей кратностью вытяжки Kв, определяемой соотношением скоростей выхода v2 и входа v1 нитей в зоне вытягивания:

Kв = v2Iv1

Кратность вытяжки составляет от 1,3 до 12 и более, время процесса вытягивания, необходимое для структурных перестроек, составляет от сотых долей секунды до нескольких сек.

Ориентационное вытягивание приводит к повышению прочности и снижению деформативности (росту модуля деформации и уменьшению удлинения при разрыве). Однако одновременно увеличивается неравновесность структуры и возрастают внутреннего напряжения, что вызывает усадочность волокон, особенно заметную при малых временах вытягивания.

Степень ориентации и механические свойства волокон возрастают до определенного предела, ограничиваемого величиной механического напряжения, приводящего к обрывам волокон в местах имеющихся дефектов.

Процессы термический и термопластификационной обработки можно проводить в свободном состоянии или под натяжением. Для завершения кристаллизации и релаксации процессов требуется значительное время – от нескольких сек до десятков мин в зависимости от молекулярной подвижности в принятых условиях обработки. При обработке под натяжением время увеличивается или требуется более высокая температура.

Изменение структуры и свойств волокон при термический обработке зависит от гибкости макромолекул и ориентации после вытягивания. Для большинства волокон термический обработка в свободном состоянии сопровождается усадкой, что приводит к некоторому снижению степени ориентации и соотв. к уменьшению прочности и увеличению деформативности. При термический обработке без усадки (под натяжением) механические свойства меняются незначительно.

В процессах ориентационного вытягивания и термический обработки микроструктура волокон существенно не изменяется, хотя может несколько увеличиться поперечная гетерогенность.

Для получения высоких механических свойств волокон из гибкоцепных и некоторых полужесткоцепных полимеров необходимы максимальные, значения ориентационных вытяжек (3-12-кратные) и проведение термический обработки под значительным натяжением. Получение же сверхпрочных волокон на основе высокомолекулярного полиэтилена и поливинилового спирта ведется с вытяжками, достигающими 15-50-кратных, что позволяет получить высокоориентированную структуру.

Существенные особенности имеют структурные перестройки в волокнах на основе полужесткоцепных и особенно жесткоцепных полимеров, способных к переходу в жидко-кристаллический состояние. С увеличением жесткости макромолекул величина ориентационной вытяжки уменьшается или она полностью исключается. В то же время при термической обработке происходит самопроизвольное удлинение волокон, увеличение степени ориентации, снижение разнодлинности молекулярных цепей. Следствием этого является увеличение прочности, модуля деформации и снижение удлинения при разрыве.

При всем различии методов и технологических процессов формования высокопрочных волокон и нитей их можно разделить на две принципиально различных группы, отличающиеся способностью волокнообразующего полимера к образованию ориентированной структуры: из гибкоцепных и полужесткоцепных полимеров, ориентирование которых возможно только при больших величинах вытяжек; из жесткоцепных полимеров, упорядочение структуры которых требует небольших величин первоначальной ориентации, а далее происходит самопроизвольно или при небольших величинах последующих вытяжек.

Метод и условия формования оказывают существенное влияние на микроструктуру волокон: поперечную гетерогенность, форму поперечного сечения, пористость, характер поверхности. Чем более однородна и менее дефектна микроструктура волокон, тем выше их механические свойства.

Технология формования.

Технологические процессы и аппаратурное оформление процессов формования и последующих обработок химических волокон весьма разнообразны; они могут быть полунепрерывными и непрерывными в зависимости от необходимого ассортимента, мощности производства, технического уровня и других факторов. Важное значение имеют энерго- и материалоемкость процессов, регенерация химикалиев, обеспечение санитарно-гигиенический и экологический безопасности.

Получение и подготовка к формованию расплавов и растворов полимеров производятся периодический или непрерывными методами. Часто применяются прямые процессы их получения без промежуточного выделения полимера после синтеза, что более экономично.

При формованию из расплава используют два основных вида процессов. В полунепрерывном процессе заранее полученный гранулированный полимер обычно расплавляют и дегазируют в шнековом экструдере. В прямом процессе расплав полимера после синтеза непрерывно дегазируется в тонком слое, фильтруется и подается на формование.

Получение растворов полимеров и их подготовку к формованию производят периодический (при малых мощностях) и непрерывным методами. Применяемые растворители должны обеспечивать полное растворение полимера с образованием стабильного технологического раствора максимально возможной концентрации и заданной вязкости, обладать минимальной токсичностью, быть доступными и легко регенерироваться или утилизироваться.

Периодический растворение производят в реакторах с мешалками по заданному циклу. Для усреднения состава раствора обычно смешивают нескольких партий в промежуточных баках с мешалками. Непрерывное растворение обычно производят в аппаратах с вращающимися роторами, создающими сильное гидродина-мический поле, в которые непрерывно дозируются компоненты.

Прямые процессы синтеза и растворения полимера также могут производиться периодический и непрерывными методами.

Полученный раствор транспортируется шестеренными насосами. Его подвергают фильтрованию в аппаратах с намывным слоем или фильтр-прессах, дегазации в баках (в толстом слое), или непрерывно (в тонком слое), затем повторному фильтрованию (в фильтр-прессах или керамический пористых свечевых фильтрах) и направляют на формование. Существенные отличия имеет технология получения вискозных волокон.

Введение матирующих веществ, пигментов или других добавок производят на стадии расплавления или растворения полимера, но чаще готовится концентрированный расплав или раствор, который смешивают с основным потоком, направляемым на формование.

Формование из расплава применяют при получении следующих видов нитей и волокон: полиолефиновых (полиэтиленовых, полипропиленовых), полиамидных (из поликапроамида, полигексаметиленадипинамида и других алифатический полиамидов), полиэфирных (из полиэтилентерефталата, а также жидкокристаллических ароматических полиэфиров и сополиэфиров), плавких сополимеров тетрафторэтилена и других. Расплавы этих полимеров имеют рабочую температуру на 30-60^оС выше температуры плавления.

Машины для формования из расплава имеют устройства для подачи расплава, шахты для формования, механизмы транспортирования (иногда вытягивания) и приемки нитей или жгутиков. Расплав дозируется насосиком, дополнительно фильтруется и поступает в фильеру. Струи расплава охлаждаются в вертикальной шахте, которая состоит из двух частей: обдувочной (охладительной) с подачей кондиционированного воздуха и сопроводительной без подачи воздуха. Сформованные нити замасливаются, принимаются на паковки, а жгутики объединяются в общий жгут и укладываются в контейнер.

Вытягивание и термическую обработку нитей производят индивидуально на крутильно-вытяжной машине. Текстильные нити могут выпускаться без термический обработки, если они предназначены для получения текстурированных нитей или проходят термообработку при отделке готовых текстильных полотен или изделий. В производстве технических полиэфирных нитей применяют групповую обработку 100-200 нитей на проходном агрегате, что позволяет достигать более высоких механических свойств. Вытягивание и термическую обработку жгутов производят также на проходном агрегате, где заключительными стадиями являются авиважная обработка, гофрировка и, при необходимости, резка.

Основные методы формования волокон

а) Полиолефины, поликапроамид, полиэтилентерефталат. б) Сополимеры винилхлорида, винилиденхлорида. в) Ацетат и тривдетатцеллюлозы, полиакрилонитрил. г) Полиакрилонитрил, ПВХ, поливиниловый спирт. д) Вискоза. е) Текстильные нити. ж) Технические нити. з) Жгуты.

Использование совмещенного процесса «формование-вытягивание» позволяет повысить скорости приема на паковки до 3000-4000 м/мин. Однако этот процесс целесообразен только в случае, если не требуется дополнительная термическая обработка, и применяется в основном при получении полиамидных нитей.

Используется также высокоскоростное формование из расплава при скоростях 6000-8000 м/мин. В этом случае крайне быстро протекает структурообразование (ориентационная кристаллизация) в механическом поле с большим градиентом скорости, что позволяет получать нити с ориентированной равновесной структурой без дополнительного вытягивания и термообработки. Этот процесс в основном реализован для текстильных полиэфирных нитей, предназначенных для последующего текстурирования или применения в производстве трикотажа, что объясняется повышенным удлинением получаемых нитей.

Формование из расплава имеет существенные преимущества перед другими методами: высокая скорость, санитарно-гигиенический и экологический безвредность. Недостаток: невозможность использования фильер с числом отверстий более 2000 из-за затруднений с обеспечением равномерности охлаждения формуемых волокон.

При получении мононитей большой толщины формование может производиться как с охлаждением в шахте, так и в водной охладительной ванне. В этом случае скорости формования, последующее вытягивания и термообработки существенно ниже.

Применяют также формование из расплава волокон с неконтролируемыми размерами: центробежное, аэродинамическое. При центробежном формовании капли расплава, срываясь с вращающегося ротора, растягиваются в виде волокон с одновременным охлаждением воздухом.

Широко используется аэродинамическое формование из расплавов полиолефинов, полиамидов и полиэфиров. Струи расплава, вытекающие из отверстий фильеры, растягиваются высокоскоростной струей воздуха, охлаждаются и образовавшиеся нити раскладываются на сетчатом транспортере в виде нетканого полотна, которое затем подвергается иглопрокалыванию и, при необходимости, термоскреплению (каландрованию).

Получение фибриллированных нитей производится из расплавов полиолефинов (полиэтилена, полипропилена), полиамидов и полиэфиров на основе пленок, формуемых на проходном агрегате по непрерывной схеме.

Формование из растворов по сухому методу применяют при получении следующих видов нитей и (реже) волокон: ацетатных (растворитель – ацетон с добавкой воды), триацетатных (метилен-хлорид с добавкой этанола), полиакрилонитрильных (ДМФА, ДМСО, этиленкарбонат), поливинилхлоридных (смесь ацетона и сероуглерода или бензола), поливинилспиртовых (вода) и других.
Машины для формования имеют устройство для подачи раствора, обогреваемые шахты для формования, механизмы транспортирования и приемки нитей или жгутиков. Раствор дозируют насосиком, подогревают и подают через фильтр в фильеру. Образующиеся струи раствора поступают в вертикальную шахту, куда подается горячий теплоноситель (обычно воздух) противотоком или прямотоком и где происходит испарение растворителя и образование волокна. Воздух подается в таком количестве, чтобы паро-газовая смесь имела концентрацию вне пределов взрывоопасности (обычно ниже этого интервала), но достаточно высокую для последующей рекуперации растворителей. Нити принимаются на паковку или объединяются в общий жгут. Полученные нити или жгуты (за исключением ацетатных и триацетатных) подвергают термический вытягиванию и термический обработке примерно теми же методами, что и формуемые из расплава.

Схожий метод используют для формования нитей на основе полимеров, пластифицированными летучими растворителями (концентрация 30-60%), ПВХ, поливинилового спирта. В этом случае скорости формования существенно ниже, волокна имеют более высокую линейную плотность.

Отсасываемую из шахт для формования парогазовую смесь подвергают регенерации с применением методов низкотемпературной конденсации и сорбции с последующей ректификацией и возвратом растворителей в процесс.

Формование по сухому методу позволяет получать волокна из неплавких полимеров, разлагающихся ниже температуры плавления, достигать достаточно высоких скоростей формования. Возможность получать высокие концентрации растворителей в парогазовой смеси и отсутствие сточных вод позволяет эффективно их регенерировать и до минимума свести выбросы в окружающую среду. Однако процесс испарения растворителя лимитирует возможность использовать фильеры с числом отверстий более 500 и повышать скорости формования, что ограничивает производительность процесса и делает применение сухого метода менее эффективным при получении волокон в резаном виде или жгутов.

Предложены методы сухого формования волокон с неконтролируемыми размерами: центробежное, аэродинамическое, электростатическое. Практическое значение имеет последний метод для получения ультратонких волокон (микроволокон) на основе сополимеров акрилонитрила, винилхлорида в легколетучих растворителях (например, ацетон). Струи раствора, вытекающие из капилляров, растягиваются в электростатическом поле, из них испаряется растворитель и образовавшиеся тонкие волокна раскладываются на сетчатом барабане или транспортере с образованием тонкого нетканого полотна (материала).

Формование из растворов по мокрому методу включает два типа процессов: без протекания химических реакций и с их протеканием. Первый из них применяют при получении следующих волокон и нитей: полиакрилонитрильных (растворители – водный раствор роданида натрия, ДМФА, диметилацетамид; осадитель – водный раствор этих соединений); поливинилхлоридных (растворитель – ДМФА; осадитель – его водный раствор); поливинилспиртовых (растворитель – вода; осадитель – водный раствор Na₂SO₄); триацетатных (растворитель – ацетилирующая смесь; осадитель – ее водный раствор). По мокрому методу формуются также многие сверхпрочные, сверхвысокомодульные и термостойкие волокна на основе ароматический полимеров.

Обычно применяют машины непрерывного процесса, имеющие устройства для подачи раствора, пластификации, вытягивания, промывки, сушки и приемки. Раствор дозируется насосиком и подается через фильтр в фильеру. Формование происходит в горизонтальном желобе, горизонтальных или вертикальных трубках, куда подается осадительная ванна, в которую вытекают струйки раствора из отверстий фильеры и происходит образование волокна. Сформованные нити и жгутики (последние объединяются в общий жгут) подвергают последующим обработкам, включающим операции: пластификации, вытягивание, противоточную промывку и сушку. Операцию замасливания нитей проводят при дальнейшей переработке. Жгуты дополнительно подвергают авиважной обработке, гофрированию и, при необходимости, резке. Термическое вытягивание и термообработку проводят только при получении некоторых видов нитей и волокон технического назначения.

Разновидность мокрого метода – формование через воздушную прослойку (сухо-мокрое формование), применяемое в основном при получении нитей из высоковязких формовочных растворов (особенно на основе жесткоцепных полимеров), что требует использования фильер с большим диаметром отверстий и соответственно высоких значений фильерных вытяжек. Формование ведется сверху вниз глубокованным методом или в трубках. Струи формовочного раствора проходят путь 5-50 мм на воздухе, где происходит основная доля фильерной вытяжки, после чего поступают в осадительную ванну, где происходит образование волокна. Этот метод позволяет в несколько раз увеличить скорость формования по сравнению с обычным процессом и достигнуть более высокой степени ориентации волокон.

По мокрому методу получают также волокнисто-пленочные материалы (фибриды) путем осаждения полимера из раствора смешением его с осадительной ванной в гидродинамический поле с большими градиентами скоростей. После промывки и сушки они имеют вид волокнистых частиц неправильной формы.

При получении волокон по мокрому методу образуется избыток технологических растворов (осадительных, пластификационных ванн и промывных вод), а в отсасываемом от оборудования воздухе содержатся летучие вещества, используемые в процессе. Производится их регенерация с возвратом в технологический цикл и очистка разбавленных сточных вод и газов, что имеет важное экологический и экономический значение.

Формование с протеканием химических реакций применяют при получении гидратцеллюлозных волокон (вискозных волокон и медноаммиачных волокон). Процессы их формования и последующих обработок имеют ряд существенных отличий. Так, вискозные волокна формуются в осадительной ванне, содержащей в качестве основных компонентов серную кислоту, сульфаты натрия и цинка, при более высоких скоростях, чем других виды волокон, получаемых по мокрому методу. Сформованные нити или жгутики подвергают пластификационному вытягиванию, промывке, десульфурации (удалению образовавшейся при формовании серы), авиважной обработке, сушке и, при необходимости, резке. При получении вискозных и медноаммиачных волокон особо важное значение имеют процессы регенерации химикатов и очистки выбросов.

Формование по мокрому методу является сложным многостадийным процессом, в котором образуется большое количество отходов, а достижение их эффективной регенерации часто затруднено. Малые скорости формования делают процесс малоэкономичным при получении нитей, он применяется только тогда, когда невозможно использование сухого метода (например, при употреблении в качестве растворителей водно-солевых растворов, при высокой температуре кипения органических растворителей или их терморазложении).

Процесс мокрого формования эффективен при получении жгутов и штапельных волокон в случае применения фильер с большим числом отверстий, что позволяет достигать высокой производительности оборудования, локализовать места газовых и жидких.

Гладкова Наталья