Текстильная обработка капроновых нитей

 

Бобины с невытянутыми нитями, поступающие из прядильного цеха, выдерживают в буферной камере или в текстильном цехе в кондиционных условиях (температура 21− 23°С, относительная влажность 55− 65%) не менее 12ч. Это необходимо для усреднения свойств нити на бобине по слоям паковки и для равномерного распределения влаги и замасливателя. Характер текстильной обработки (степень вытяжки и крутки) капроновых нитей зависит от ее толщины и назначения.

Операций обработки капроновых нитей текстильного назначения:

а) вытяжка;

б) крутка с перемоткой на перфорированные бобины;

в) отделка (удаление низкомолекулярных соединений и фиксация крутки);

г) сушка;

д) кондиционирование;

е) перемотка на конические патроны;

ж) сортировка.

Капроновые нити, предназначенные для производства различных технических изделий, выпускают с завода на конических бобинах и подвергают тем же операциям последующей обработки. Технические (кордные) нити линейной плотности 93, 5 и 187текс почти полностью перерабатываются на заводе в кордную ткань. В этом случае в комплекс текстильных операций входят операции крутки кордных нитей и ткачества кордной ткани.

Раньше обработка капроновых нитей (как и других полиамидных нитей) начиналась с операции предварительной крутки. До вытяжки нити в зависимости от толщины сообщалась крутка от 50 до 100 витков/м. Предварительная крутка придает нити компактность, что облегчает процесс ее вытяжки, при этом уменьшается обрывность элементарных и комплексных нитей и повышается равномерность свойств вытянутых нитей. В последние годы операция предварительной крутки исключена на всех заводах капронового волокна в результате более строгого контроля параметров всех технологических процессов, использования исходного сырья более высокой степени чистоты и применения соответствующих замасливающих составов на машинах. При этом значительно сократились производственные площади и уменьшились затраты труда.

 

Вытяжка нитей

Эта операция осуществляется на крутильно-вытяжных машинах. Из всех операций технологического процесса получения капроновых нитей вытяжка нитей является одной из самых ответственных. Эта операция в значительной степени определяет качество и свойства нитей и как бы контролирует все предыдущие стадии процесса. Это связано с тем, что равномерность вытягивания а, следовательно, и равномерность свойств вытянутой нити зависят от многих факторов: молекулярной массы полимера, содержания низкомолекулярных соединений, условий формования (температура и скорость), влажности количества замасливателя, нанесенного на нить, и др.

Свойства нитей характеризуются не только абсолютными значениями физико-механических показателей, но в значительной степени и равномерностью этих показателей. Колебания температуры и скорости формования, влажности и температуры воздуха в цехе, изменение условий увлажнения и замасливания нити и других параметров технологического процесса приводят к получению нити, отдельные участки которой имеют неодинаковые свойства. Естественно, что при вытягивании такой нити отдельные ее участки будут по-разному вытягиваться, и вследствие этого готовая нить будет обладать неравномерными физико-механическими показателями. Поэтому так важно строгое соблюдение параметров технологического процесса.

Принципиальная схема крутильно-вытяжного механизма машины КВ-300-И показана на (рис.9). Применяется для вытягивания и кручения текстильных нитей линейной плотностью от 1, 67 до 15, 6текс на кратность вытяжки 2, 42 - 4, 90 и скорость выпуска вытянутой нити до 750 м/мин. Масса выходной паковки составляет до 400г.

 

Рисунок 9 - Схема механизма холодного и горячего вытягивания технической нити машины КВ-300-И: 1 - паковка с невытянутым волокном, 2 - натяжные нитепроводники; 3 - нитеводитель; 4 - питающее устройство; 5 - тормозная палочка; 6 - верхний вытяжной диск; 7-нагреватели; 8 - нижний вытяжной диск; 9 - нитепроводник; 10 - копе; 11 - кольцо с бегунком; 12 - веретено.

 

При вытягивании полиамидных нитей, как и многих других синтетических нитей, получаемых из кристаллизующихся полимеров, наблюдается характерный эффект образования шейки. Для фиксации места образования шейки и повышения равномерности вытягивания нити между питателем и галетой (в поле вытягивания) установлена круглая тормозная палочкаиз твердого материала (агат, корунд и др.), вокруг которой нить делает один оборот. В результате непрерывного трения нити палочка сильно разогревается (до 80°С). Таким образом, образование шейки на нити (при сходе с палочки) обусловлено притормаживанием и нагреванием ее палочкой. Тормозная палочка применяется, как правило, при получении технических нитей; тонкие нити можно вытягивать и без палочки. Описанный процесс называется холодным вытягиванием.

Капроновые нити технического назначения линейной плотностью 93, 5 и 187текс подвергаются комбинированному вытягиванию: холодному и горячему. При этом в зону вытягивания помещают приспособление для нагревания нитей до 150 - 180°С.

При фильерной вытяжке волокна из расплава площадь поперечного сечения волокна на участке от выхода из фильеры до приемных роликов гиперболически уменьшается. Типичное изменение площади поперечного сечения и радиуса полимерного волокна показано на графике 2. Участок, на котором происходит вытяжка волокна, имеет протяженность примерно 200см. Способа обнаружения момента начала затвердевания волокна пока не существует.

По характеру зависимостей A ( z) и R ( z), представленных на графике 2, можно видеть, что поле скоростей на участке вытяжки волокна описывается функциями вида: . Следовательно, чтобы описать течение, нужно совместно решить r - и z-компоненты уравнения движения, уравнение энергетического баланса и уравнения состояния при соответствующих граничных условиях. Это довольно сложная задача, особенно при необходимости использования нелинейного уравнения реологического состояния.

График 2 - Кривые изменения площади поперечного сечения и радиуса волокна на участке вытяжки расплава ( z - расстояние от выхода из фильеры). Материал, температура и скорость отбора волокна соответственно 1 - капрон; 265°С; 300 м/мин; 2 - полипропилен; 262°С; 350 м/мин.

 

В настоящее время еще не разработан математический аппарат, позволяющий точно предсказать закон уменьшения радиуса волокна или распределение скорости течения на участке интенсивного уменьшения радиуса волокна. Правда, несколько попыток оценить скорость, радиус волокна и температуру в зависимости от расстояния от фильеры уже предпринято. Первыми, кто исследовал неизотермическое формование волокна, были Кейс и Матсуо. В работе Хана обобщены результаты, полученные упомянутыми авторами, и предложены два уравнения, описывающие распределение единственной компоненты скорости  и

Т = Т ( z) для установившегося режима:

 

где ε - коэффициент лучеиспускания,  - массовый расход,  - теплоемкость при постоянном объеме, F_D - сила сопротивления воздуха (приходящиеся на единицу площади), равная

 

 

где К - поправочный коэффициент; индекс а указывает, что соответствующие характеристики относятся к окружающему воздуху.

Хан дополнил эти два уравнения переноса степенным законом течения при растяжении, учитывающим температурную зависимость вязкости:

 

 

где ,  - вязкость при нулевой скорости сдвига, e - ширина,  - энергия активации вязкого течения.

Решение этой системы уравнений можно получить только численным методом. Полученные результаты имеют физический смысл на участке оси z до момента начала кристаллизации, когда тепловыделение за счет экзотермического эффекта кристаллизации снижает скорость охлаждения расплава (график 3). Здесь приведены результаты измерения температуры поверхности волокна в процессе вытяжки из расплава в зависимости от расстояния z.

В результате кристаллизации внутренних слоев по мере увеличения расстояния от фильеры температура поверхности волокна может даже повышаться.

График 3 - Зависимость температуры поверхности волокна от расстояния от фильеры z. Скорость отбора волокна: 1 - 50 м/мин; 1, 93 г/мин; 2 - 100; 1, 93; 3 - 200; 1, 93; 4 - 200; 0, 7.

 

Сейчас наибольшее внимание привлекают к себе две проблемы, связанные со стабильностью процесса вытяжки волокна из расплава, а именно: резонанс при вытяжке и волокноформуемость. При наличии резонанса при вытяжке наблюдается регулярная и постоянная периодичность изменения диаметра вытягиваемого волокна. Волокноформуемость означает способность полимерного расплава растягиваться без разрыва из-за образования " шейки" или когезионного разрушения.

 

Рисунок 10 − Кристаллизация линейного волокна при формовании волокна. Морфология структуры, развивающейся в процессе вытяжки волокна (1 - сферолитная структура; 2 - зародыши кристалла, складчатая ламель; 3 - зародыш кристалла, выпрямленная ламель). Заштрихованные участки заняты расплавом. Скорость отбора волокна: а - очень маленькая; б - маленькая; в - средняя; г - высокая.

 

Физически явление резонанса при вытяжке можно представить себе следующим образом. На участке между выходом из фильеры и тянущими роликами общая масса экструдируемого материала может меняться во времени, поскольку, несмотря на постоянство скорости поступления материала на этот участок, скорость отвода массы не контролируется (регулируется только скорость отбора волокна, но не его диаметр). Поэтому когда вблизи приемных роликов нить утончается, то рядом с этим местом диаметр нити увеличивается, что приводит к чередованию толстых и тонких участков нити. Вскоре утолщенный участок нити попадает на приемные ролики. Скорость отвода массы увеличивается, вследствие чего нить снова утончается, и возникает периодическое изменение диаметра. Резонанс при вытяжке наступает при критическом значении кратности вытяжки (т.е. отношения скорости нити на тянущих роликах к скорости нити на выходе из фильеры). С уменьшением кратности вытяжки и протяженности участка вытяжки уменьшается отношение максимального значения диаметра волокна к его минимальному значению. Критическое значение кратности вытяжки составляет примерно 20, 2. Для аномально-вязких жидкостей критическая кратность вытяжки оказывается несколько меньше 20, 2 в случае псевдопластичных жидкостей и больше 20, 2.

 

Крутка нитей

В результате вытягивания и кручения нитей на крутильно-вытяжных машинах получают нить с величиной крутки от 50 до 110 витков/м в зависимости от скорости вытягивания и частоты вращения веретен.

Капроновые нити текстильного ассортимента в зависимости от назначения выпускаются с пологой (до 200 витков/м) и с повышенной круткой (более 200витков/м). Нормы повышенной крутки для различных нитей текстильного ассортимента неодинаковы − скорость кручения увеличивается с понижением линейной плотности нити:

Линейная плотность, текс 29 15, 6 6, 7 5 3, 3

Величина крутки, витки/м 200 200 600 800 1000

Докручивание вытянутого капронового волокна до заданной крутки, т.е. окончательное кручение капроновой нити. Нити докручиваются и одновременно перегоняются на перфорированные бобины с образованием паковки, соответствующей по характеру раскладки нити, плотности и форме намотки требованиям отделки нити на бобине.

Скорость движения нити на этажной крутильной машине при пологих крутках составляет 60 − 90 м/мин, частота вращения веретена 900 − 12000 об/мин. Для получения нити с повышенной круткой могут применяться крутильные машины с веретенами двойного кручения и соответственно более низкими скоростями движения нити.

Для кручения технических капроновых нитей линейной плотности 93, 5 и 187 текс, предназначенных для изготовления корда, используются различные схемы кручения и применяются разные крутильные машины. Двухпроцессное кручение кордных нитей осуществляется на двух кольцекрутильных машинах первой и второй крутки. По двухпроцессному способу изготавливают кордную нить в два и большее число сложений. Для этих же целей применяются кольцекрутильные машины с веретенами двойного кручения.

 

Отделка нитей

Отделка капроновых нитей проводится для удаления из них низкомолекулярных соединений путем обработки горячей водой, нанесения на нити замасливающего препарата и фиксации величины крутки. Капроновая вытянутая нить, не подвергнутая термической обработке, обладает способностью в свободном состоянии усаживаться в горячей воде на 8-15% (в зависимости от температуры воды и продолжительности воздействия). Вследствие усадки нити увеличивается ее толщина, снижается прочность и повышается удлинение нити. Обработка нити горячей водой под натяжением на жесткой паковке способствует снятию напряжений в нити, фиксации свойств и получению нити с резко пониженной способностью к усадке. При последующих обработках такой нити в горячей воде в свободном состоянии усадка ее не превышает 3 - 3, 5%.

Для отделки капроновых нитей на бобинах применяют коллекторные аппараты, моечные ящики и отделочные агрегаты ОИК-2. Перечисленные аппараты аналогичны по принципу действия; отличаются они по конструкции и по степени механизации процесса.

Коллекторный аппарат (рис.11) состоит из ванны 1, на дне которой проложен коллектор 2 с 60 - 80 патрубками. К каждому патрубку на фланцах крепится перфорированная труба (свеча) 3, заканчивающаяся стержнем с крупной резьбой.

На каждую свечу, одна над другой, устанавливают 4 - 6 бобин с нитью, разделенные резиновыми уплотняющими прокладками. Верхняя бобина закрывается крышкой, и все бобины прижимаются плотно друг к другу зажимающей головкой 4, навертываемой на стержень свечи. Отделочный аппарат вместе с барками для промывных жидкостей, теплообменниками и насосами составляет отделочный агрегат.

Рисунок 11 - Коллекторный аппарат для отделки капроновой нити: 1 - ванна; 2 - коллектор; 3 - свеча; 4 - зажимная головка; 5 - прокладки; 6 - бобина с волокном.

 

Отделочная жидкость под давлением до 0, 3 МПа по коллектору поступает в свечи и, пройдя сквозь толщину намотки нити, поднимается в ванне, откуда самотеком переливается в барку. Достаточно полное вымывание низкомолекулярных соединений из нити достигается при скорости циркуляции промывной воды (при 80 - 90°С) не менее 2, 5л/мин на одну бобину и продолжительности отделки 1 - 2 ч.

После промывки горячей водой и обработки отделочной жидкостью нить кратковременно промывают холодной водой для устранения возможного выделения капролактама на поверхности намотки и образования пятен на ней. Регенерация капролактама из промывных вод затруднена из-за присутствия в воде замасливающих веществ, нанесенных на нити при формовании и вымытых при отделке, и поэтому не проводится. Отработанные промывные воды спускаются в канализацию.

После отделки нить на бобинах отжимается в отделочном аппарате путем продувки пара (или воздуха) или на специальных центрифугах. При этом влажность волокна снижается с 30 до 10%.

При отделке капроновой нити повышенной крутки, описанный режим фиксации крутки не применяется. Для фиксации крутки такие нити подвергаются термической обработке острым паром при 125 - 130°С. свечей, на которые устанавливаются бобины. В каждый ящик помещаются одновременно три пакета.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: