A kémiai rostok képződése olyan folyamatok komplexuma, amelyek a fonócső furataiból kifolyó vékony olvadék- vagy polimeroldat-folyamokból elemi szálak képződése során, valamint a térhálósított szál szerkezetképzési folyamatai során lépnek fel. Az alakítás a technológiai folyamat egyik kritikus szakasza, és döntően befolyásolja a keletkező szál szerkezetét és tulajdonságait.
A polimer szálképző, azaz szál nyerhető belőle, ha a következő feltételek egyidejűleg teljesülnek:
A kémiai szálak előállításának a következő módjai vannak:
A polimer olvadékból polimer olvadékképzéssel nyerik ki a poliolefint, poliésztert, poliamidot és egyéb szálakat, a polimer oldatból száraz módszerrel acetát és poliakrilnitril szálakat, viszkózt, poliakrilnitrilt, polivinil-kloridot stb. nedves módszer; poliészterek.
Csak azok a polimerek alkalmasak szálak olvasztási módszerrel történő fonására, amelyeknél a bomlási és olvadási hőmérsékletek közötti különbség nagyobb, mint 20°C, mert ellenkező esetben a fonás a polimer észrevehető degradációjával jár együtt, ami viszont rontja az olvadáspontot. a kapott szál minősége. A szálak olvadékból való kinyerésének másik elengedhetetlen feltétele a polimer megfelelő hőállósága és méretstabilitása 150 °C-os nagyságrendű hőmérsékletnek kitéve (a textíliáknak stabilnak kell lenniük vasalva). Ezek a tényezők korlátozzák az olvadékfonásra alkalmas polimerek számát.
Az olvadékfonás során a szálak a polimer olvadék áramának olvadáspontja alá hűtésével jönnek létre. A keletkező izzószálból a hőt hűtőlevegővel fújva távolítják el. A formázási sebesség 600-1200 m/perc.
Az olvadékfonást a következő típusú szálak és szálak előállítására használják:
Az olvadékképzésben két fő eljárást alkalmaznak:
Az olvadékfonó gépek olvadékadagoló eszközökkel, formázótengelyekkel, szálak vagy szálak szállítására (néha húzására) és fogadására szolgáló mechanizmusokkal rendelkeznek. Az olvadékot egy szivattyú adagolja, tovább szűri és belép a fonófejbe. Az olvadéksugarak hűtése függőleges aknában történik, amely két részből áll: fúvás (hűtés) kondicionált levegőellátással és kísérő levegőellátás nélkül. A kialakított szálakat olajozzuk, csomagoljuk, majd a flagellákat egy közös kötegbe egyesítjük és egy tartályba helyezzük.
A szálak nyújtása és termodinamikai megmunkálása egyedileg, csavaró- és húzógépen történik. A textilfonalak termodinamikai kezelés nélkül is előállíthatók, ha texturált fonalak előállítására szolgálnak, vagy ha kész textilszövetek vagy termékek befejezésekor hőkezelik. Az ipari poliészter fonalak gyártása során 100-200 fonal csoportos megmunkálása történik átmenősoros egységen, ami lehetővé teszi magasabb mechanikai tulajdonságok elérését. A kötegek nyújtása és termodinamikai feldolgozása is folyamatos egységen történik, ahol az utolsó szakaszok a kiürítés, hullámosítás és szükség esetén vágás.
A kombinált „formázás-nyújtás” eljárás alkalmazása lehetővé teszi, hogy akár 3000-4000 m/perc-re növelje a szál fogadási sebességét a csomagokon [1] . Ez az eljárás csak akkor célszerű, ha nincs szükség további termodinamikai kezelésre, és főleg poliészter és poliamid fonalak gyártásánál alkalmazzák.
Nagy sebességű fonás - szálak fonása 4500-6000 m/perc sebességgel.
A nagy sebességű fröccsöntési eljárás lényege, hogy az öntött olvadékáramban nagy húzófeszültségek lépnek fel, amelyek hatására a makromolekulák tekercse az áramlás mentén kiegyenesedik, ami biztosítja azok magas orientációját, ami viszont indukálja az öntött olvadékáramban polimer kristályosítás. A polimer orientációs kristályosodása több nagyságrenddel gyorsabban megy végbe, mint a polimer kristályosodása hagyományos fröccsöntési sebességgel.
Ezt az eljárást főként textil-poliészter fonalak esetében alkalmazzák, amelyeket utólagos textúrálásra vagy kötöttáru-gyártásban való felhasználásra szántak, ami a keletkező fonalak megnövekedett megnyúlásával magyarázható.
Az olvadékfúvást széles körben alkalmazzák poliolefinekből, poliamidokból és poliészterekből. A szerszám furataiból kiáramló olvadéksugarat egy nagy sebességű légsugár megfeszíti és lehűti. A kapott szálakat nem szőtt szövet formájú hálós szállítószalagra fektetik, amelyet ezután tűnek és szükség esetén termikus ragasztásnak (kalanderezésnek) vetnek alá.
A centrifugális öntés során a forgó rotorról letörő olvadékcseppek egyidejű léghűtéssel szálak formájában megnyúlnak.
Az elektrofonás során a fonófejből kiáramló oldatsugarak elektrosztatikus térben megfeszülnek . Az olvadékból történő elektrofonás során a képződött polimer viszkózus folyású állapotba történő átalakítása olvasztással történik. Ennek megfelelően az ömledéköntéshez a szerszám és a gyantakamra felmelegítése szükséges, amit a fűtőberendezésekkel ellátott olvadékformázó gép adagoló berendezése végez. Ahol az oldatos elektrofonás korlátokat jelent, ott lehetséges az olvadékfonás. Az olvadékos eljárásban használt polimerek hagyományosan három csoportba oszthatók. Az első csoportba a korlátozottan oldódó nagy tonnás műanyagok (polietilén, polipropilén, polietilén-tereftalát stb.) tartoznak, amelyek oldatból nehezen képezhetők. A második a gyógyászati célra használt biokompatibilis/biológiailag lebomló anyagok (polikaprolakton, polilaktid és kopolimerjei, stb.), melyeket célszerű olvadékfonású fonással végezni, mivel a végső szálban nincs oldószer maradék. A harmadik csoportba azok a polimerek keverékei tartoznak, amelyekhez nem szükséges a keverék minden komponenséhez megfelelő oldószert választani.
A polimer oldatból történő nedves fonásnál a szál az oldatáramok és a csapadékfürdő komponenseinek kölcsönhatása eredményeként jön létre. Ebben az esetben a csapadékfürdő komponensei az oldat áramába, az oldószer pedig a csapadékfürdőbe diffundál, ami az oldat koagulációjához és a polimer szálak formájában történő kiválásához vezet. Egyes esetekben az oldatos koaguláció folyamatát kémiai reakciók bonyolítják. A formázási sebesség 30-130 m/perc.
A nedves módszerrel végzett oldatos öntés kétféle folyamatot foglal magában: kémiai reakciók fellépése nélkül és azok előfordulásával. Az elsőt a következő szálak és szálak előállítására használják:
A nedves módszer emellett számos szupererős, szupernagy modulusú és hőálló aromás polimer szálat képez.
Általában folyamatos feldolgozó gépeket használnak, amelyek oldatot adagoló, lágyító, nyújtó, mosó, szárító és fogadó berendezésekkel rendelkeznek. Az oldatot pumpával adagoljuk, és egy szűrőn keresztül egy fonócsőbe tápláljuk. A formázás vízszintes vályúban, vízszintes vagy függőleges csövekben történik, ahová a fonófürdőt szállítják, amelybe a fonócső furataiból az oldatáramok áramlanak és rost keletkezik.
A kialakult szálakat és flagellákat (ez utóbbiakat egy közös kötegbe egyesítik) utólagos kezeléseknek vetik alá, beleértve a műveleteket: lágyítás, nyújtás, ellenáramú mosás és szárítás. A menetek olajozása a további feldolgozás során történik. A kötegeket emellett légi feldolgozásnak, hullámosításnak és szükség esetén vágásnak vetik alá. A termikus nyújtást és hőkezelést csak bizonyos típusú szálak és szálak műszaki célú beszerzésekor végezzük.
A kémiai reakciók lefolyásával végzett formázást hidratált cellulózszálak (viszkóz és réz-ammónia szálak) előállítására használják. A formázás és az azt követő feldolgozás folyamatai számos jelentős eltérést mutatnak. Így a viszkózszálakat kénsavat, nátriumot és cink-szulfátot főkomponensként tartalmazó fonófürdőben nagyobb sebességgel fonják, mint a nedves eljárással nyert más típusú szálakat. A kialakult filamenteket vagy flagellákat lágyító nyújtásnak, mosásnak, kéntelenítésnek (a formázás során képződött kén eltávolításának), légi úton történő feldolgozásnak, szárításnak és szükség esetén darabolásnak vetik alá.
Az oldatból történő fonás száraz módszerénél a filamentumok az oldatáramokból az oldószer elpárolgása következtében jönnek létre, ami a keletkező szál forró levegővel vagy gőz-levegő keverékkel történő átfúvatása következtében jön létre. A formázási sebesség 300-600 m/perc.
A száraz fonást a következő típusú fonalak és szálak előállítására használják:
A szárazalakító gépek megoldást biztosító berendezéssel, fűtött tengelyekkel, menetek vagy flagellák szállítására és fogadására szolgáló mechanizmusokkal rendelkeznek. Az oldatot szivattyúval adagoljuk, felmelegítjük és egy szűrőn keresztül egy fonócsőbe vezetjük. A keletkező oldatsugarak egy függőleges aknába jutnak, ahová egy forró hűtőfolyadékot (általában levegőt) vezetnek be ellen- vagy egyenáramú áramlásban, és ahol az oldószer elpárolog, és szálak keletkeznek.
A levegőt olyan mennyiségben szállítják, hogy a gáz-gőz keverék koncentrációja a robbanási határokon kívül esik (általában ez alatt a tartományon), de elég magas az oldószerek későbbi visszanyeréséhez. A szálakat a csomagoláshoz veszik, vagy egy közös kötegbe egyesítik. Az így kapott szálakat vagy kócokat (az acetát és triacetát kivételével) termodinamikus nyújtásnak és termodinamikus kezelésnek vetik alá.
A módszert ultravékony szálak (mikroszálak) előállítására használják, amelyek akrilnitril és vinil-klorid kopolimerjein alapulnak erősen illékony oldószerekben (például acetonban). A kapillárisokból kiáramló oldatsugarak elektrosztatikus térben megfeszülnek, az oldószer elpárolog belőlük, és a keletkező vékony szálakat hálódobra vagy szállítószalagra fektetve vékony, nem szőtt szövetet (anyagot) képeznek.
Az elektromos tér nemcsak „a kialakult szálak szállításának és nyújtásának eszközeként” szolgál, hanem jelentősen megváltoztatja a polimer folyadékok reológiai és felületi tulajdonságait, ezáltal megváltoztatja a szálszerkezet kialakulásának mintázatait [2] .
Az öntési módszer iránti érdeklődés a levegő és a folyékony közegek finom tisztítására szolgáló ultraszűrő szűrőanyagok előállítására szolgáló optimalizáláshoz és gazdaságos technológiák létrehozásához kapcsolódik.
Oldatokból történő elektrofonásnál az öntött polimer viszkózus állapotba hozása megfelelő oldószerben való feloldással történik. Egyes esetekben, ahol az oldószerhasználat nem optimális, lehetséges az olvadékelektromos fonás.
Száraz-nedves fonás - a fonócső és a csapadékfürdő felülete közötti gáz-levegő rétegen keresztül történő fröccsöntéssel nagy viszkozitású (különösen keményláncú polimerek [3] alapú ) fonóoldatokból szálakat nyernek, amihez a felhasználás szükséges. a nagy lyukátmérőjű fonók, és ennek megfelelően a fonófej-kivonatok magas értékei.
A fröccsöntés felülről lefelé mély módszerrel vagy csövekben történik. A fonóoldat-sugarak 5-50 mm távolságot tesznek meg levegőben, ahol a spunbond-húzás fő része megtörténik, majd bejut a csapadékfürdőbe, ahol a szál keletkezik. Ezzel a módszerrel a hagyományos nedves eljáráshoz képest többszörösére növelhető a fonás sebessége, és nagyobb fokú szálorientáció érhető el. [négy]
A polimer diszperziós fonásmód akkor alkalmazható, ha a polimert nem lehet olvasztással vagy oldással viszkózus állapotba vinni, de jelentős szükség van ebből a polimerből egy szálra. Ilyen módon fluortartalmú szálak keletkeznek [5] [6] : polifén , teflon és mások.
Polimer diszperzióból történő fonáskor szálakat képeznek egy fonó készítményből, amely magában foglalja: szálképző polimer oldatát, mátrixot - a kívánt polimer finoman diszpergált részecskéit szuszpendált állapotban és felületaktív anyagokat. Az öntést a szálképző polimerre jellemző módon, de a gyors koagulációhoz szükséges szigorúbb ülepedési körülmények között végezzük.
A kívánt polimer érintkező részecskéivel megtöltött szálat alakítanak ki, amelyet magas hőmérsékletű kezelésnek vetnek alá (a szálképző polimer hőbontással történő eltávolítására). A kívánt polimer részecskéi közötti megnövekedett diffúziós adhézió eredményeként szinterezés következik be, szál képződésével.
A gélfonást [7] - hűtéskor fázisbomló oldatból történő fonást - a következő szálak előállítására használják:
A formázást aknában hűtéssel vagy hűtőfürdőben végezzük. A szálakat lágyító nyújtásnak vetik alá. Az oldószer eltávolítása kíméletes (pl. vákuum) szárítással vagy a polimer oldószerrel (sok esetben vízzel) elegyedő, szabadon folyó folyadékkal történő mosással, majd szárítással távolítható el. Ezt követően szükség esetén végezzen termodinamikus nyújtást és hőkezelést.
Az eljárás gyakorlati alkalmazásra talált ultra-nagy molekulatömegű polietilén alapú, nagy szilárdságú szálak kialakításában. [nyolc]