--PAGE_BREAK--2. Полиамидные волокна и нити, их виды, способы получения,
основные свойства, применение
К синтетическим относятся волокна из полимерных материалов, полученных синтезом простых веществ (этилена, бензола, фенола, пропилена) в результате реакции полимеризации или поликонденсации [3].
Полиамидные волокна (капрон, анид, энант) получены из капролактама, гексометилендиамина, адипиновой кислоты и полиэнантоамида. Технологический процесс производства полиамидных волокон различных видов существенных различий не имеет. Он включает три основных этапа: синтез полимера; формование волокна; вытягивание и последующая обработка волокна. В процессе формования свежесформованное синтетическое волокно сильно вытягивается (в 2—20 раз) с целью повышения его механических свойств. После предварительной вытяжки волокна подвергают холодному вытягиванию.
О полиамидных волокнах из ароматич. полиамидов, т. н. арамидных волокнах, обладающих высокой термо- и химической. стойкостью и в ряде случаев очень хорошими механическими свойствами [5].
Полиамидные волокна из алициклических полиамидов (или полиамидов, содержащих в цепи алициклические звенья) по механическим свойствам, прежде всего по модулю деформации растяжения, несколько превосходят найлон-6 и найлон-6,6. Однако из-за экономических факторов (стоимость сырья) производство их не получило широкого развития [например, выпускается волокно киана в США, формуемое из полимера, синтезируемого поликонденсацией бис-(n-аминоциклогексил)метана и додекан-дикарбоновой или азелаиновой кислоты] [5].
Получение.Технологический процесс получения полиамидных волокон включает следующие основные стадии: синтез полимера, формование и вытяжка, текстильная обработка волокна. Разделение это условно, т.к. современная технология, предполагает совмещение отдельных стадий вплоть до полностью непрерывного процесса. См. также Формование химических волокон.
Полимер синтезируют обычно на том же предприятии, на котором производят волокно. В получаемом поли-e-капроамиде содержится до 10% низкомолекулярное соединение (в основном мономер и его низшие олигомеры). Присутствие их в полимере затрудняет последующее формование волокна и отрицательно сказывается на его свойствах. Поэтому для удаления низкомолекулярного соединения полимер подвергают тн демономеризации — вакуумированию расплава или водной обработке полимерного гранулята, который затем (содержание воды 7-10%) сушат в токе нагретого азота, предварительно очищенного от кислорода (содержание O2 не должно превышать 0,0003%). Количество остаточной влаги зависит от условий формования волокна и молекулярной массы полимера. Содержание низкомолекулярного соединения в готовом полимере, как правило, не превышает 1-2%, влажность составляет 0,05-0,1%.
Полигексаметиленадипинамид нет необходимости подвергать демономеризации благодаря необратимому характеру поликонденсации при его синтезе. Расплав пригоден для непосредственной переработки в волокно, а полимерный гранулят предварительно сушится.
Для получения волокнообразующих полиамидов применяют высокоавтоматизированные непрерывные технологические процессы. При этом в производстве найлона-6 используют технологические схемы как с получением гранулята, так и непрерывные, включающие непосредственную передачу получаемого расплава полимера на формование волокна, в производстве найлона-6,6-чаще непрерывные схемы.
В производстве полиамидных волокон важное значение имеет качество исходного полимера: 1) линейность молекулярной структуры; 2) однородность его физико-химических свойств; 3) отсутствие механических включений и гель-частиц. Это достигается оптимизацией процессов тепло- и массообмена в реакторах, ликвидацией в них застойных зон и максимальным сокращением времени синтеза, фильтрацией расплава полимера перед формовочной машиной. Обычно для производства волокон используют линейные алифатические. полиамиды молекулярной массой. (18-35)· 103.
Алифатические полиамидные волокна обычно формуют из расплавов. В случае использования гранулята полимер расплавляют в экструдерах при 260-3000C в атмосфере инертного газа; расплав фильтруют и дозирующими насосами подают в фильерный комплект, где он еще раз фильтруется и продавливается через отверстия фильер. При формовании волокон непосредственно из расплава последний к дозирующим насосам подают с помощью шнековых или шестеренчатых насосов. Один прядильный блок может состоять из 1-16 фильер.
Существенное влияние на свойства волокон оказывает форма (профиль) отверстия фильеры. Если отверстие не круглое (звездочка с различным колличеством лучей, восьмиугольник), то получают профилированные волокна и нити, имеющие иные оптические и в ряде случаев механические свойства. Известны также бикомпонентные полиамидные волокна типа «бок о бок» или «ядро – оболочка», формуемые, например, из полиамида и полиэфира, а чаще из двух полиамидов, различающихся молекулярными массами или др. физико-химическими свойствами. В этом случае используют, фильеры с двумя отверстиями, в которые подаются два разных вида расплавов. Выходя из фильеры, струйки жидкого полимера охлаждаются холодным воздухом в специальных прядильных шахтах (формование по сухому способу). С целью регулирования вязкости струи и формирования необходимой структуры полимера в волокне в некоторых случаях в прядильную шахту непосредственно под фильеру подают перегретый водяной пар или нагретый инертный газ. При охлаждении струек расплава происходит начальная ориентация макромолекул и структурообразование. Вследствие разности скоростей вытекания расплава из отверстия фильеры и приемки нити на первый прядильный диск происходит фильерная вытяжка в 30-60 раз. После выхода из шахты на сформованную нить наносится заданное кол-во влаги и ПАВ для придания необходимых фрикционных свойств, компактности и предотвращения электризации .
Затем сформованная нить со скоростью 8-100 м/с поступает на намоточное устройство. С увеличением скорости намотки и, следовательно, с повышением напряжения в нити возрастает степень ее ориентац. вытягивания при формовании (Ориентированное состояние полимеров). В зависимости от принятой схемы технологического процесса и оборудования используют различные скорости намотки, которые определяют свойства получаемой нити и дальнейшую технологию ее текстильной обработки.
При скоростях намотки 8-33 м/с (классическая схема) получают неориентированную или слабоориентированную нить, которую для придания необходимых текстильных свойств подвергают ориентированному вытягиванию в 3-5 раз на крутильно — или намоточно-вытяжных машинах. T. обр. получают как текстильные, так и технические нити. При скоростях 33-85 м/с получают частично ориентированную, или предориентированную, нить, которую можно использовать как текстильный материал или подвергать дополнительному вытягиванию и дальнейшим текстильным обработкам. При скоростях 85-100м/с получают полностью ориентированную нить (готовый текстильный материал). Относительные удлинения нитей, полученных в трех указанных интервалах скоростей намотки, составляют 300-500%, 50-80% и 30-40% соответственно. Два последних способа относятся к высокоскоростному формованию, применяемому, для получения текстильных нитей.
Во всех случаях формуемая нить транспортируется с помощью двух прядильных дисков и наматывается на цилиндрический патрон. Намоточные устройства как по классической схеме, так и по способам высокоскоростного формования рассчитаны на одновременную приемку 2-16 нитей.
При получении технических нитей используется также способ совмещенного формования и вытягивания. Приемное устройство в этом случае включает кроме намоточного механизма еще 3-4 пары вытяжных дисков, за счет разницы скоростей вращения которых происходит вытягивание нити в 4-6 раз. Относительное удлинение получаемой нити 25-30%, скорость намотки 40-55 м/с.
Способы совмещенного и высокоскоростного формований по сравнению с классическим имеют лучшие технико-экономические показатели, обеспечивают более высокую равномерность свойств нити и пригодны для роботизации.
Неориентированные и слабоориентированные нити текстильного ассортимента (линейная плотность 1,5-29 текс) подвергают ориентац. вытягиванию, в одну стадию. Нити технического назначения, формуемые из более высоко — молекулярных полиамидов (линейная плотность 93-210 текс), вытягивают в 4,5-5,5 раза в две стадии: для снижения напряжения в нити и достижения высокой равномерности основную часть вытягивания (75%) проводят при нагревании нити до 150-190 оС (горячая вытяжка) [3].
После ориентации вытягивания в зависимости от назначения технические нити сразу перематывают на товарную паковку (бобина, шпуля) или подвергают предварительно кручению, а нити для шинного корда — кручению и трощению (соединению нескольких нитей в одну). Текстильные нити перематывают на товарную паковку, подвергают кручению (200-1200 кручений на 1 м), трощению, текстурированию, термофиксации и (или) шлихтованию (обработке эмульсиями или растворами различных веществ с целью слабого склеивания элементарных нитей). Термофиксацию с целью снижения в 3-4 раза тепловой усадки нитей осуществляют чаще всего горячим воздухом или водяным паром и в редких случаях горячей водой (900C). Вместо экономически невыгодной операции кручения можно использовать пневмосоединение (воздействие на нити сжатого воздуха с образованием местного перепутывания отдельных элементарных нитей). Частично ориентированные текстильные нити подвергают ориентац. вытягиванию, как правило, только при текстури-ровании.
Крашение полиамидных волокон обычно осуществляют в массе(краситель вводят в расплав полимера перед формованием волокна), или в готовых изделиях дисперсными красителями и их водорастворимыми производными, кислотными красителями и органическими пигментами.
Виды выпускаемых полиамидных волокон мононити, комплексные нити с числом элементарных нитей 3-400, для текстильной переработки и техн. целей, текстурированые. нити, нити для ковров и мебельных тканей (текстурированые. комплексные нити, линейная плотность 80-400 текс), штапельное волокно, нетканые материалы.
Свойства. Физико — химические свойства полиамидных волокон зависят от химической природы и молекулярной массы исходного полиамида, структурных особенностей волокна. С повышением молекулярной массы полиамида улучшаются прочность, модуль деформации при растяжении, уста-лостные характеристики, физоко — механические показатели волокон.
Полиамидные волокна характеризуются высокой прочностью при растяжении, устойчивостью к знакопеременным деформациям, высоким сопротивлением к ударным нагрузкам и истиранию. Недостатки полиамидных волокон из алифатических. полиамидов — сравнительно низкая гигроскопичность, что является причиной их высокой электризуемости, относительно низкий модуль деформации при растяжении и низкие тепло -, термо — и светостойкость. Для повышения устойчивости полиамидных волокон к окислению при термических и фотохимических воздействиях в исходный полимер можно вводить различные антиоксиданты (ароматические амины и фенолы, бензимидазолы, органические и неорганические соли переходных металлов, комплексные соединения, содержащие Cu). Область рабочих температур для волокон из алифатических полиамидов составляет 80-1500C.
Полиамидные волокна растворяются в феноле, крезолах, ксилоле, трихлорэтане, хлороформе, бензиловом спирте, нитробензоле, ДМСО, ди-метилацетамиде, ДМФА (особенно в сочетании с LiCl), в некоторых фторпроизводных спиртов и карбоновых кислот. Не растворяются в алифатических спиртах, ацетоне, CCl4, три-хлорэтилене, углеводородах, простых и сложных эфирах. полиамидные волокна неустойчивы в концентрированных кислотах, особенно минеральных. Щелочи умеренных концентраций не оказывают заметного воздействия на полиамидные волокна, однако с повышением температуры и концентрации деструктирующее воздействие щелочей возрастает. Концентрация раствора NaOH, вызывающего существ, деструкцию волокна, составляет 10-12%. Прочность волокон мало снижается после пребывания в 10-20%-ных растворах Na2CO3 и в растворах аммиака любой концентрации при комнатной температуре [3].
По сравнению с волокнами из поли-e-капроамида и поли-гексаметиленадипинамида волокна из поли-w-ундеканамида (найлон-11) и полидодеканамида (найлон-12), вследствие наличия в их макромолекулах длинных углеводородных участков между амидными группами, менее гидрофильны, обладают меньшей адгезией к резине и более высокой хим. стойкостью. Эти волокна имеют приятный гриф (мягкие на ощупь). Волокно из поли-a-пирролидонамида (найлон-4) отличается повышенным сродством к красителям и более высокой гигроскопичностью. Полиамидные волокна из поли-b-пропиоамида (найлон-3) вследствие большого числа амидных связей характеризуются высокой гигроскопичностью, меньшим относит. удлинением, более высокими температурой плавления и теплостойкостью, устойчивостью к термоокислительной и фотодеструкции. Эти волокна близки по свойствам к натуральному шелку. Волокно из полигексаметиленсебацинамида (найлон-6,10) эластичнее, чем из полигексаметиленадипинамида, и приближается по этому показателю к шерсти. Напротив, волокно из политетраметиленадипинамида (най-лон-4,6) характеризуется большим (на 25%) модулем деформации растяжения, чем найлон-6,6, и высокой устойчивостью к истиранию. В ряду волокон от найлона-3 до найлона-12 снижаются модуль деформации растяжения и гидрофильность (приблизительно с 10 до 1%), повышаются химическая стойкость и эластичность.
При введении в макромолекулы алифатических полиамидов ароматических или алициклических фрагментов в случаях изоморфного замещения повышаются модуль деформации растяжения и термостойкость волокон.
Полиамидные волокна имеют высокую прочность и самую большую из текстильных волокон устойчивость к истиранию по сгибам, обладают малой сминаемостью и усадкой, устойчивостью к действию микроорганизмов.
Применение. Полиамидные волокна широко применяют для производства товаров народного потребления, в чулочно-носочных изделий, трикотажа, тканей для верх, одежды. В технике полиамидные волокна используют для изготовления шинного корда, РТИ, рыболовных сетей, тралов, канатов, веревок, фильтровальных материалов для пищевой промышленности, щетины (для моечных и хлопкоуборочных машин). Окрашенные в массе текстурированные нити (линейная плотность 60-330 текс) используют для изготовления ковровых изделий.
продолжение
--PAGE_BREAK--3. Общее устройство автоматического ткацкого станка (одного из видов: одночелночного, многочелночного или бесчелночного), основные механизмы, их назначение, общее устройство.
Ткачество — процесс образования ткани из нитей и пряжи. При ткачестве нити основы (продольные) и утка (поперечные) переплетаются между собой в определенном порядке. Процесс ткачества включает подготовительные операции и собственно ткачество, выполняемое на ткацком станке [3, с.102].
Бесчелночные ткацкие станки с малогабаритными прокладчиками утка типа СТБ предназначены для выработки хлопчатобумажных, шерстяных, шелковых и льняных тканей. В зависимости от конструкции отдельных механизмов и по другим признакам они подразделяются на следующие группы:
— узкие —с рабочей шириной 175 (180) см и 216 (220) см и широкие —с рабочей шириной 250, 330 и 360 см;
— с одноцветным и многоцветным уточным прибором; число цветов или видов уточных нитей, которое одновременно можно перерабатывать на станках СТБ, равно 4—6;
— эксцентриковые, кареточные и жаккардовые. На эксцентриковых станках этого вида можно вырабатывать ткани главных и многих видов мелкоузорчатых переплетений, имеющих раппорт по утку не более 8 нитей, с числом ремизок до 10. Установка кареточных зевообразовательных механизмов позволяет вырабатывать ткани с раппортом по утку до 300 и количеством ремизок до 18;
-одно-, двух- и трехполотенные. На станках с шириной заправки по берду 175 (180) см вырабатывают ткани в одно полотно. На станках, имеющих рабочую ширину 216 (220) см и 250 см, возможна выработка одного и двух полотен ткани. Выпущена партия станков СТБ-220, предназначенных для выработки трех полотен для вафельных полотенец. Станки СТБ с шириной заправки по берду 330 см во всех отраслях текстильной промышленности используют как двух-и трехполотенные. На всех станках СТБ, >, кроме станка СТБ-175 (180) работают с двух навоев, а на данном станке — с одного. Один навой применяют иногда и на станках шириной 216 (220) и 250 см;
— с углом начала боя 140 и 105°(положение главного вала в момент вылета прокладчика из уточной боевой коробки). Станки с шириной заправки по берду 175 (180) к 216 (220) см имеют угол боя, равный 140°, станки с шириной 250 и 330 см— 105°. На станках с одним углом начала боя все одноименные механизмы работают по общим цикловым диаграммам. Станки СТБ, серийно выпускаемые в настоящее время, предназначены в основном для выработки тканей средних по напряженности заправки [3, с.104].
Процесс образования ткани на ткацких станках СТБ происходит аналогично образованию ее на челночных ткацких станках, изменен лишь способ введения уточной нити в зев.
Рис. 1. Принципиальная схема образования ткани на ткацком станке: 1 — навой; 2 — нити основы; 3 — скало; 4 — ламели; 5 — вершник; 6 — бёрдо; 7 — челнок; 8 — грудница; 9 — направляющий валик; 10 — вальян; 11 — товарный валик; 12 — подбатанный вал; 13 — лопасть батана; 14 — ремизка; 15 — глазок галева; 16 — батан.
Основные рабочие органы станка — ремизка,челнок(прокладчик утка) и бёрдо. Нити основы, сматываемые с навоя, огибают направляющий валик (скало) и принимают горизонтальное или наклонное положение. Далее они проходят через отверстия ламелей и через глазки галев ремизок, перемещающих нити основы в вертикальном направлении для образования зева. В зев челноком или прокладчиком утка др. типа вводится уточная нить, которая продвигается (прибивается) к опушке ткани бёрдом, совершающим возвратно-поступательное движение вместе с батаном. У опушки ткани нити основы, переплетаясь с нитью утка, образуют ткань, которая огибает грудницу, вальян, направляющий валик и навивается на товарный валик. Порядок чередования перемещений ремизок обеспечивает изготовление тканей различного переплетения нитей. Число зубьев, приходящихся на единицу длины бёрда, и число нитей, проходящих через просветы между зубьями, обусловливают плотность ткани по основе, а перемещение (отвод) ткани, приходящееся на одну уточную нить, определяет плотность ткани по утку.
При выработке тяжелых тканей схему заправки основы изменяют, для чего устанавливают дополнительное неподвижное скало. В этих станках прокладывание уточной нити в зев осуществляется малогабаритными прокладчиками (количество прокладчиков, участвующих в этом процессе, зависит от заправочной ширины станка), которые принципиально отличаются от обычных челноков, так как не несут в себе уточных паковок.
Станки СТБ имеют следующие основные механизмы, обеспечивающие технологический процесс ткачества.
Обетов состоит из двух чугунных рам, соединенных между собой коробчатой полой связью. Дополнительная связь, выполненная из двутаврового проката, жестко соединена с рамами станка и служит опорой для крепления пухосборочного желоба и среднего кронштейна навоев. Подскальная труба хомутами и кронштейнами прочно соединена с рамами и придает жесткость остову.
Привод передает движение от индивидуального электродвигателя главному валу станка и обеспечивает надежный останов станка. Передача движения осуществляется четырьмя клиновидными ремнями на два шкива. Привод состоит из механизма включения, механизма сцепления, тормоза и роликовой блокировки. Пуск и останов станка осуществляют пусковыми ручками со стороны грудницы и навоев. Останов можно производить кнопкой и от контрольного устройства.
Механизм отпуска и натяжения основы предназначен для регулирования натяжения основных нитей и подачи в зависимости от величины натяжения. На станке установлен регулятор натяжения негативного типа. Подача основы осуществляется автоматически. Регулирование натяжения производится подвижным скалом. В конструкцию регулятора включено дифференциальное устройство, автоматически выравнивающее натяжение основы на двух навоях.
Товарный регулятор предназначен для обеспечения в суровой ткани заданной плотности по утку и навивания ткани на товарный валик. Необходимая плотность по утку устанавливается подбором сменных шестерен определенного сочетания. Движение ткани создается вращением вальяна, поверхность которого может быть покрыта теркой, наждачной крошкой или резиной. Наработанную ткань снимают на ходу станка. Регулятор — позитивного типа.
Механизм зевообразования служит для образования зева и обеспечения выработки тканей различных переплетений. На станках можно устанавливать эксцентриковые (кулачковые) или кареточные зевообразовательные механизмы и жаккардовые машины. Кулачковые механизмы предназначены для выработки тканей главных и мелкоузорчатых переплетений с раппортом по утку до 8 и числом ремизок до 10. В данных механизмах ремизные рамы получают движение от эксцентриков определенного профиля, помещенных в масляную ванну. При использовании зевообразовательных кареток на станках могут вырабатываться ткани мелкоузорчатых переплетений с раппортом по утку до 300 нитей и числом ремизок до 14—18. Жаккардовые машины устанавливают при выработке тканей крупноузорчатых переплетений.
Механизм отыскивания (розыска) раза предназначен для отключения от станка зевообразовательного механизма и установления ремизок в положение раза, т. е. в положение, когда в открытом зеве будет расположена последняя уточная нить.
Отключение механизма зевообразования может быть ручным или механизированным.
Батанный механизм служит для прибоя уточных нитей к опушке ткани и направляющей для пролета прокладчиков утка через зев. Брус батана прямоугольного сечения имеет продольный лаз, в котором крепят берда. К брусу батана прикреплена стальная гребенка, служащая направляющей для пролета прокладчиков утка. Брус батана короткими лопастями связан с батанным валом, кулачки которого помещены в масляную ванну. Боевая (левая) коробка служит для размещения следующих механизмов, участвующих в прокладывании уточной нити через зев: боевого, масляного тормоза (буфера), подъемника прокладчиков утка, раскрывателя пружины прокладчика утка, возвратчика утка, тормоза и компенсатора уточной нити, механизма контроля утка, левых уточных ножниц, центрирующего устройства.
Приемная (правая) коробка предназначена для размещения механизмов, осуществляющих торможение прокладчиков утка после пролета через зев, освобождение их от уточной нити и укладку прокладчиков на конвейер. Кроме того, в ней расположены контролер прилета прокладчиков в приемную коробку и правый уточный контролер [3, с.105].
Конвейер предназначен для подачи прокладчиков утка из правой (приемной) коробки в подъемник левой (боевой) коробки. Он представляет собой замкнутую роликовую цепь, за оси отдельных звеньев которой закреплены пластины, перемещающие прокладчики.
Основонаблюдатель (электрического действия) служит для останова станка при обрыве основных нитей. В механизме используют электрические ламели открытого и закрытого типов (ЛОЭ и ЛЭ).
Шпарутки предназначены для поддержания ширины ткани у опушки, приблизительно равной ширине заправки основы по берду. На станках СТБ используют дифференциальные шпарутки.
Кромкообразующий механизм служит для образования кромок по краям ткани. Механизм устанавливают у боевой и приемной коробок, а при работе в два и три полотна дополнительно устанавливают средние кромкообразо-ватели. Уточная нить, прокинутая по всей ширине заправки, захватывается у каждой кромки нитеуловителем, разрезается, подводится бердом к опушке ткани и прибивается. При образовании следующего зева концы обрезанной уточной нити заводятся в зев иглой кромкообразователя и с очередной нитью прибиваются к опушке. В результате образуется кромка с уд- военной по сравнению с фоном плотностью по утку — кромка закладного типа. Механизм смены цвета утка предназначен для передали прокладчику уточной нити от различных бобин (с нитями разного цвета или линейной плотности). В зависимости от количества цветов или видов уточных нитей могут быть двух- и четырехцветные механизмы. Привод механизма смены цвета может осуществляться от цепи картона или ремизоподъемной каретки.
продолжение
--PAGE_BREAK--