124376 (Системы технологий), страница 10

Химические волокна представляют собой тонкие, гибкие нити, получаемые при продавливании (формовании) через фильеры расплавов полимеров или их вязких концентрированных растворов. В зависимости от способа получения химические волокна делятся на искусственные, изготавливаемые химической переработкой природных материалов (целлюлозы, белка) и синтетические, производимые полимеризацией, поликонденсацией мономеров.

Одним из видов искусственного волокна является вискозное волокно. Технологический процесс его производства включает ряд стадий. На первой стадии получают щелочную целлюлозу путем обработки целлюлозы 20% раствором гидроксида натрия (реакция мерсеризации). Затем ведут отжим, измельчение, предсозревание щелочной целлюлозы (окислительная деструкция). Стадия ксанто-генирования щелочной целлюлозы включает этерификацию сероуглеродом. Водный раствор ксантогената целлюлозы (дитиоуголь-ный эфир) или продукт его растворения в разбавленном растворе гидроксида натрия называют вискозой. Состав вискозы характеризуют содержанием в ней а-целлюлозы, гидроксида натрия. После смешения с растворителями ведут формование и отделку вискозного волокна. При формовании отдельные струйки вискозы поступают в осадительную ванну. Отделка состоит в удалении примесей из вискозной нити путем промывки водой, растворами сульфита натрия, гидроксида натрия. Далее проводят сушку волокна до содержания воды не более 12% (масс).

Ацетатные волокна производят двух видов: из триацетата целлюлозы и частично омыленного ацетата целлюлозы, содержащего около 5% ацетильных групп.

Из ацетатов целлюлозы в основном изготавливают нити низкой линейной плотности текстильного назначения. Нити технического назначения практически не выпускают.

Процесс производства ацетатных волокон включает растворение исходного сырья в ацетоне или метиленхлориде, содержащих добавки этиленгликоля, полиакрилатов, фталатов, красителей, диоксида титана, отбеливателей. Полученный раствор, включающий 24 - 28% ацетата целлюлозы, фильтруется, обезвоздушивается отстаиванием. Далее формуют текстильную нить сухим способом. Для этого пропускают раствор через фильтры в воздушное пространство, нагретое до требуемой температуры. Вышедшие нити наматывают на приемное устройство со скоростью 500 - 700 об/мин. После обработки полученных нитей композицией, содержащей минеральное масло, поверхностно-активные вещества, антистатик, проводят крутку, перемотку.

Из полиамидных волокон освоены технологические процессы производства капрона из капролактама и анида из соли АГ (соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина). Эти волокна получают из расплавленного полиамидного полимера. Так производят текстильные нити малой линейной плотности и кордные нити с высокой линейной плотностью.

Технологический процесс производства полиамидных волокон включает следующие стадии.

Сначала исходный мономер - капролактам или соль АГ - расплавляют либо- растворяют при нагревании в воде и фильтруют. Далее ведут полимеризацию мономеров в среде инертного газа. Образовавшийся полимер направляют на формование путем выдавливания в воду. Полученные жилки или ленты полимеров измельчают в крошку определенного размера. Крошку промывают горячей водой для удаления мономеров и сушат. Затем осуществляют формование волокна путем продавливания расплавленной крошки полимера через слой кварцевого песка в фильеры. Застывшие тонкие нити наматывают на бабины, шпули. На крутильно-вытяжных машинах производят вытягивание текстильной нити - при комнатной температуре, а кордной нити - при повышенной температуре. После обработки горячей водой полиамидные нити подвергают тепловой обработке (термофиксации) для придания нужных физико-механических свойств.

Полиэфирные волокна, используемые для изготовления штапельных волокон, кордной нити, производят из полиэтиленгли-кольтерефталата или из его сополимеров с изофталевой и другими дикарбоновыми кислотами.

Основные стадии процесса получения полиэфирных волокон следующие: синтез полимера, формование волокна, обработка готового волокна.

Синтез полимера включает предварительно растворенные в этиленгликоле, переэтерифицирование диметилтерефталата, поликонденсацию полученного диэтиленгликольтерефталата в полиэфирный полимер определенной вязкости. Готовый полимер вытягивают в ленты, жилки, затем режут, сушат. Формование волокна (лавсан) из полиэтиленгликольтерефталата и его обработка ведутся так же, как и полиамидных волокон.

Производство полиакрилонитрильных волокон включает технологические процессы получения волокон из полиакрилонитрила (нитрон, из сополимеров акрилонитрила формованием сухим и мокрым способом). Сухой метод формования такой же, как и при получении ацетатного волокна. При мокром способе производства волокна нитрон используют два метода получения прядильного раствора: растворение полимера в растворителе и полимеризация мономеров, сополимеров до полимера в растворителе (диметил-формамиде, диметилсульфоксиде). После обезвоздушивания прядильные растворы, содержащие 15 - 20% полимера, направляют на формование волокна. После формования волокна на прядильных машинах его подвергают вытягиванию в пластическом состоянии в ванне при температуре 97°С. Это необходимо для придания прочности волокнам. Далее ведут отделку промывной водой, сушку и усадку с целью получения безусадочных волокон. После кручения и перемотки осуществляют термообработку ранее описанным методом и получают высокого качества полиакрилонитрильные волокна.

Для получения поливинилепиртовых волокон используют поливиниловый спирт. Состав прядильного раствора зависит от метода формования волокна. При сухом способе раствор содержит 40 - 45% поливинилового спирта, 40 - 45% воды, 10 - 15% этанола. В мокром методе используют 12 - 18%-ный раствор поливинилового спирта в воде и формование осуществляют однованным методом. Осадителями служат ацетон, этанол, водные растворы минеральных солей (сульфит натрия, аммония). Скорость формования 10 - 12 м/мин. Отформованное волокно промывают водой, сушат, а для придания нерастворимости подвергают вытягиванию, термофиксации. Термообработку ведуг при 200 - 210°С в течение 2-5 мин. Волокна из поливинилового спирта в основном идут на текстильные нити, реже на производство шин, транспортерных лент.

Технологические расчеты производства химических волокон условно делят на общие расчеты и расчеты применительно к получению разных видов волокон. К расчетам общего характера относятся: определение линейной плотности нитей, прочности и усилий при вытягивании волокна, площади поперечного сечения волокна, условного диаметра волокон и другие параметры.

Линейная плотность (толщина) выражается в тексах (Гж) и характеризуется массой волокна (в г) длиной 1000 м:

5.2 Примеры выполнения заданий

Пример 1. Определить площадь поперечного сечения и условный диаметр вискозного волокна, если линейная плотность волокна 0,160 текс, а площадь поперечного сечения вискозного во

работы машины в сутки 22 ч; число крутильных мест в машине 200; линейная плотность нити равна 10 текс.

Решение:

Пример 5. Определить количество вискозы, необходимое для получения 1 кг вискозной текстильной нити. Для расчета принять следующие данные: состав вискозы (82% «-целлюлозы, 6,6% гидро-ксида натрия: серосодержащие соединения - 24%, вода - 82,8%); плотность вискозы 1120 кг/м3; потери при формовании составляют 1,2% а-целлюлозы; потери при сушке, отделке, перемотке - 1,5% целлюлозы; состав готового волокна (87,3% а-целлюлозы, 12% воды, 0,7% замасливателя).

Решение. Рассчитывают расход целлюлозы для получения 1 кг готовой нити:

Учитывая содержание в вискозе 8,2% а-целлюлозы, находят количество вискозы:

Пример 6. Рассчитать число аппаратов непрерывного поХиами-дирования для производства 50 т/сут капронового волокна. Для расчета использовать данные: масса капролактама, идущего на полиа-мидирование, составляет 69 т/сут, объем одного аппарата ЛПН-10 -10 м3, длительность полиамидирования 25 ч, плотность расплава 1120 кг/м3.

Решение. Определяют производительность одного аппарата АПН-10:

Аппараты в ремонте простаивают 18 дней в году, тогда коэффи циент полезного времени аппарата составит:

Требуемое число аппаратов будет равно:

пример 7. определить расход катализатора - оксида сурьмы /VI/, стабилизатора - ортофосфорной кислоты - при производстве полиэфирной нити - полиэтиленгликольтерефталата (лавсана) из этиленгликоля и терефталевой кислоты. Принять следующие исходные данные: масса терефталевой кислоты, идущей на этерифика-цию, составляет 75 т/сут; расход катализатора 0,09%; расход стабилизатора 0,025% от массы терефталевой кислоты.

Решение. На основе экспериментальных данных принимают потери катализатора равными 0,1%; стабилизатора - 0,2%. Тогда расход катализатора составит:

Пример 8. В производстве волокна из поливинилового спирта применяется серная кислота на стадии ацеталирования для нейтрализации образующегося ацетата натрия в прядильном растворе. Определить расход серной кислоты на 1 кг волокна, если концентрация серной кислоты в ацеталирующей ванне составляет 10%; унос волокном ацеталирующей ванны 25,0%; потери серной кислоты на другие процессы 0,5%.

Решение. Количество серной кислоты, которое уносится волокном, равно: 2,5x0,1 = 0,25 кг.

Общий расход серной кислоты составляет:

5.3 Контрольные задания к. практическим занятиям

1. Определить площадь поперечного сечения и условный диаметр вискозного волокна, если линейная плотность волокна 0,170 текс.

2. Чему равна линейная плотность волокна из вискозы, если площадь поперечного сечения нити равна 100 мкм2.

1. Определить прочность одиночной нити из волокна лавсан, если разрывное усилие нити 0,11 Н; площадь поперечного сечения 245 мкм2; плотность волокна 1380 кг/м3.

2. Какова прочность нити волокна лавсан, если разрывное усилие одиночной нити 9 гс, а линейная плотность волокна 0,31 текс.

3. Определить скорость выхода пленки из сушильной части целлофановой машины. При расчете использовать следующие данные: производительность машины 3000 кг/ сут; масса 1м2 целлофана 30 г, длина щели фильеры 2,0 м; коэффициент
   поперечной усадки пленки 0,48; коэффициент, учитывающий
   содержание глицерина в готовой пленке составляет 0,85.

6.Рассчитать производительность крутильной машины, если КПД использования машины 0,9; скорость питания машины 52 м/мин; длительность работы машины в сутки 20 ч; число крутильных мест в машине 200; линейная плотность нити IIтекс.

1. Сколько потребуется вискозы для получения 1,5 кг вискозной текстильной нити, если состав вискозы следующий: 8,2% а-целлюлозы: гидроксида натрия - 6,6%; серосодержащие вещества - 2,2%; вода - 83%. Потери при формировании нити составляют 1,0% «-целлюлозы. Готовое волокно имеет состав: 87% а-целлюлозы; воды - 12,2%, замасливателя - 0,'8%.

2. На полиамидирование в аппараты АПН-10 поступает 65 т/сут капролактама. Длительность процесса 25 ч, плотность расплава 1120 кг/м3. Сколько потребуется аппаратов для производства 55 т/сут волокна.

3. Определить расход катализатора и стабилизатора в производстве лавсана, если их потери равны соответственно 0,1 и 0,2%. Количество терефталевой кислоты, идущей на этерификацию 70 г/сутки; расход стабилизатора 0,025%; катализатора 0,09% от массы терефталевой кислоты.

4. Определить расход серной кислоты на производство 1 кг волокна из поливинилового спирта, если концентрация серной кислоты в ацеталирующей ванне составляет 12% масс, унос волокном ацеталируюшей смеси 23% масс, потери серной кислоты 1%, расход серной кислоты на другие процессы 0,4%.

6. МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ

6.1 Свойства, методы обработки, испытание металлов, сплавов