Переработка полимеров
сплавляют на нагретой решетке, превращая полимер в вязкую
подвижную жидкость. Иногда в процессе нагревания происходит образование
комков вследствие протекания процессов сшивания или термической деструкции.
Эти комки могут быть легко удалены из горячего полимерного расплава
пропусканием через систему блок-фильтров. Кроме того, для предотвращения
окислительной деструкции расплав следует защищать от кислорода воздуха. Это
достигается в основном созданием вокруг расплава полимера инертной
атмосферы азота, СОд и водяного пара. Дозирующий насос подает расплав
полимера с постоянной скоростью на многоканальный мундштук (фильеру).
Расплав полимера проходит через систему мелких отверстий мундштука и
выходит оттуда в виде непрерывных и очень тонких мононитей. При контакте с
холодным воздухом происходит мгновенное затвердевание волокон, выходящих из
фильер. Процессы охлаждения и отвердения могут быть в значительной мере
ускорены при обдувке холодным воздухом. Выходящие из фильер твердые
мононити наматываются на катушки.
Важная особенность, которую следует учитывать в процессе прядения из
расплава, заключается в том, что диаметр мононити в значительной степени
зависит от скорости, с которой расплавленный полимер проходит через
фильеру, и от скорости, с которой мононить вытягивают из фильеры и
сматывают на катушки.
[pic]
Рис.17. Схематическое изображение процессов сухого прядения (а) и прядения
из расплава (б)
1 — загрузочная воронка; 2 — полимерные чешуйки; 3 — нагретая решетка; 4 —
горячий полимер; 5 — дозирующий насос; б — расплав; 7— многоканальный
мундштук, 8 — свежеспряденное волокно; 9 — катушка; 10 — раствор полимера;
11 — фильтр;
12 — дозирующий насос; 13 — многоканальный мундштук; 14 — свежеспряденное
волокно; 15 — на катушку
СУХОЕ ПРЯДЕНИЕ. Большое количество таких традиционных полимеров, как
ПВХ или полиакрилонитрил, перерабатывают в волокна в крупных масштабах в
процессе сухого прядения. Суть этого процесса показана на рис.17. Полимер
растворяют в соответствующем растворителе с образованием
высококонцентрированного раствора. Вязкость раствора регулируют увеличением
температуры. Горячий вязкий раствор полимера продавливают через фильеры,
получая, таким образом, тонкие непрерывные струйки. Волокно из этих струек
образуется при простом испарении растворителя. Испарение растворителя может
быть ускорено путем обдувания встречным потоком сухого азота. Волокна,
образующиеся из раствора полимера, в конце концов наматывают на катушки.
Скорость прядения волокон может достигать 1000 м/мин. Промышленные
ацетатцеллюлозные волокна, полученные из 35%-ного раствора полимера в
ацетоне при 40 °С, служат типичным примером получения волокон методом
сухого прядения.
МОКРОЕ ПРЯДЕНИЕ. При мокром прядении, как и при сухом, используют
сильно концентрированные полимерные растворы, высокую вязкость которых
удается понизить повышением температуры прядения. Детально процесс мокрого
прядения показан на рис.18. В процессе мокрого прядения происходит
переработка вязкого раствора полимера в тонкие струнки при пропускании
через фильеры. Затем эти полимерные струйки попадают в коагуляционную ванну
с осадителем, где и происходит высаживание полимера из раствора в виде
тонких нитей, которые после промывки, сушки и пр. собирают на катушках.
Иногда в процессе мокрого прядения вместо непрерывных нитей образуются
комки, что происходит в результате обрыва вытекающей из фильеры струйки под
действием сил поверхностного натяжения.
[pic]
Рис.18. Схематическое изображение процесса мокрого прядения
1 — раствор полимера; 2 — фильтр; 3 — дозирующий насос; 4 — многоканальный
мундштук; 5 — осадитель; 6 — свежеспряденное волокно; 7 — ванна для
коагуляции и осаждения; 8 — ванна для промывки; 9 — сушка; 10 — на катушку
Этого удается избежать при увеличении вязкости полимерного раствора.
Коагуляция, которая является лимитирующей стадией мокрого прядения, процесс
довольно медленный, чем и объясняется низкая, по сравнению с другими,
скорость прядения раствора, равная 50 м/мин. В промышленности процесс
мокрого прядения используют для получения волокон из полиакрилонитрила,
целлюлозы, вискозного волокна и т.д.
ОДНООСНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ. В процессе прядения волокон из полимерного
расплава или раствора макромолекулы в волокне не ориентированы и,
следовательно, их степень кристалличности сравнительно низка, что
нежелательным образом отражается на физических свойствах волокна. Для
улучшения физических свойств волокна подвергают операции, называемой
одноосной вытяжкой, используя растягивающие аппараты определенного типа.
Основной особенностью аппарата является наличие системы двух роликов А
и В (рис.19), вращающихся с различными скоростями. Ролик В вращается в 4-5
раз быстрее ролика А. Спряденную нить последовательно пропускают через
ролик А, растягивающую шпильку 3 и ролик В. Поскольку ролик В вращается со
скоростью большей, чем ролик А, волокно вытягивается под нагрузкой,
задаваемой шпилькой 3. Вытяжка волокна осуществляется в зоне 2. После
прохождения через ролик В вытянутая полимерная нить наматывается на
металлическую бобину. Несмотря на то что в процессе вытяжки происходит
уменьшение диаметра нити, ее прочностные свойства в значительной степени
улучшаются вследствие ориентации макромолекул, параллельно оси волокна.
[pic]
Рис.19. Схематическое изображение аппарата для одноосного ориентирования
1— невытянутая нить; 2 — зона вытяжки; 3 — растягивающая шпилька; 4—
вытянутое волокно
ПОСЛЕДУЮЩАЯ ОБРАБОТКА ВОЛОКОН. Для улучшения полезных свойств волокон
их часто подвергают дополнительной специальной обработке: очистке, смазке,
проклейке, крашению и т.д.
Для очистки используют мыла и другие синтетические моющие средства.
Очистка есть не что иное, как удаление грязи и других примесей с
поверхности волокна. Смазка заключается в обработке волокон с целью защиты
их от трения с соседними волокнами и грубыми металлическими
поверхностями в процессе переработки. В качестве смазывающих агентов в
основном используют природные масла. Смазывание приводит также к уменьшению
статического электричества, накапливающегося на волокнах.
Проклейкой называют процесс защитного покрытия волокон. В качестве
проклеивающих материалов для большинства волокон используют поливиниловый
спирт или желатину. Проклейка позволяет удерживать волокна в пределах
компактного пучка и обеспечивает таким образом равномерное ткачество. Перед
крашением ткани проклейку следует удалять промыванием в воде.
Для окрашивания волокна помещают в раствор красителя, молекулы
которого проникают обычно лишь в аморфные области волокна.
Волокна на основе целлюлозы или белков быстро адсорбируют кислотные
красители, которые легко связываются с амино- или гидроксильными группами
полимеров. Процесс крашения синтетических волокон, таких, как полиэфиры,
полиамиды или акрилы, протекает намного медленнее. Скорость крашения в этом
случае удается увеличивать повышением температуры. Крашение волокон на
основе поливинилхлорида, полиэтилена и пр. практически невозможно без
введения в них активных абсорбционных центров при сополимеризации и
химическом окислении.
ЗАКЛЮЕНИЕ
Как ранее было отмечено, к полимерам относятся многочисленные
природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал,
каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают
синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного
происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических
превращений.
В начале 60-х г. полимеры считали лишь дешевыми заменителями
дефицитного природного сырья - хлопка, шелка, шерсти. Но вскоре пришло
понимание того, что полимеры, волокна и другие материалы на их основе
подчас лучше традиционно используемых природных материалов - они легче,
прочнее, более жаростойки, способны работать в агрессивных средах. Поэтому
все свои усилия химики и технологи направили на создание новых полимеров,
обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и методов их
переработки. И достигли в этом деле результатов, порой превосходящих
результаты аналогичной деятельности известных зарубежных фирм.
Полимеры широко применяются во многих областях человеческой
деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности,
сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом уместно отметить,
что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в
любой отрасли, и способы их получения. Полимерам стали доверять все более и
более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше
относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин
и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в
изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих
значительные нагрузки.
| |  скачать работу |
Переработка полимеров |
