Получение полиимидазольного волокна

По мокрому способу формуются растворы полиакрилонитрила в диметилформамиде, диметилсульфоксиде. В зависимости от растворителя несколько изменяются и условия проведения формования (температура и концентрация осадительной ванны, последовательность операций и т.д.).

В качестве осадительных ванн чаще всего используют водные осадительные ванны. Применение этих ванн позволяет упростить систему регенерации растворителя и осуществить полный противоток в прядильно-отделочном агрегате, начиная с промывки и кончая осадительной ванной.

Рассмотрим диметилформамидный способ формования – формование из растворов полимера в диметилформамиде; осадительная ванна – 50-70-ный водный раствор диметилформамида.

Прядильные растворы в диметилформамиде поступают по коллектору прядильной машины и насосиком 16 (см. рис. 2) продавливаются через фильеру 1 (рис. 3) в осадительную ванну 2.

               

1 – фильера; 2 – осадительная ванна; 3 и 4 – механизм соответственно для первой и второй вытяжки волокна; 5 – промывные корыта; 6 – ванна для авиважной отделки; 7 – барабанная сушилка; 8 – аппарат для термообработки; 9 – гофрировочная машина; 10- камера для нанесения антистатика; 11 - устройство для упаковки жгута; 12 – жгуторезка; 13 – упаковочный пресс.

 

Рисунок 3 – Схема прядильно-отделочного агрегата для получения полиимидазольного волокна

Осадительная ванна – 50-70-ный водный раствор диметилформамида. Формование горизонтальное, путь нити в ванне 500-800 мм, начальная скорость формования 4-8 м/мин.

После формования волокно, подвергают двухступенчатой вытяжке. На первой ступени кратность вытяжки достигает 1,5-2; на второй – 3-5. Волокно вытягивают в водно-диметилформамидных ваннах, содержащих 20-25 диметилформамида с температурой 50-95.

После вытяжки волокно направляют на промывку. Промывка осуществляется противотоком в четырех последовательно расположенных ваннах. После каждой ванны жгут отжимается. Промывные воды и избыток осадительной ванны смешивают и отправляют на регенерацию. После промывки жгут подвергают авиважной обработке 6 (для увеличения сцепляемости волокон), а затем направляют в барабанную сушилку 7. Сушилка имеет несколько температурных зон. На входе температура достигает 140, на выходе – 85-90. Сушка волокна проводится без натяжения. При сушке происходит усадка волокна на 15-25, достигаемая за счет уменьшения частоты вращения барабанов. Несмотря на то, что сушка волокна ведется в условиях свободной усадки, высушенное волокно при кипячении имеет усадку 8-10. Поэтому для получения безусадочного волокна его подвергают тепловой обработке 8 между металлическими плитами при 200.

Далее, для придания волокну извитости жгут подвергают гофрировке 9 при повышенных температурах. Волокна обработываются антистатическими препаратами 10, предотвращающими образование на волокне электрических зарядов, возникающих при трении во время текстильной переработки волокна или при носке изделий. Для антистатической обработки применяют текстильно-вспомогательные поверхностно- активные вещества, приготовленные на основе производных жирных кислот или спиртов.

Готовое волокно выпускают в виде жгута или в резаном виде. Жгут укладывается специальным жгутоукладчиком 11 в картонные коробки (при этом очень важно, чтобы жгут не перепутывался). Если необходимо получить волокно в резаном виде, то жгут направляется на резательные машины 12, а затем резаное волокно упаковывается на автоматических прессах 13 в кипы.

 

 

 

 

3. Свойства и область применения продукции

 

Полиимидазольные волокна  являются термостойкими. Это  синтетические волокна, предназначенные для длительной  эксплуатации при высоких ттемпературах. Важные преимущества термостойких волокон перед углеродными и неорганическими волокнами (асбестовым, стеклянным и др.)- высокая эластичность и небольшая плотность.

Модуль упругости, ГПа	Прочность, сН/ Текс	Сохранение прочности, %		Температура эксплуатации (предельная),
		При 300	После нагрева в течении 100ч при 300
10- 15	30- 50	60- 80	40- 45	300-350

 

Полиимидазольные волокна таже являются трудногорючими, их кислородный индекс 27-45% .

Полиимидазольные волокна используют для изготовления спецодежды пожарников, рабочих горячих производств и других  специальностей, защитных материалов, изделий интерьера в общественных помещениях и транспорте (занавеси, обивка мебели, ковры). Также возможно использование тканей и нетканых материалов для фильтрования технологических и отходящих газов при высоких температурах, РТИ, высокотемпературной электроизоляции в проводах и кабелях, волокнистой теплоизоляции.

 

4 Расчет фильерной вытяжки и гидродинамического сопротивления

4.1 Рассчитаем фильерную вытяжку при формовании полиимидазольного волокна линейной плотности 0,4 текс на прядильно-отделочном агрегате. Фильера 10000/0,07. Суммарная пластификационная вытяжка 650%. Усадка при сушке 25%. Выходная скорость 35 м/мин. Концентрация волокнообразующего полимера в растворе диметилформамида 10% (масс). Влажность готового волокна 7% (масс); содержание авиважных препаратов на волокне 1,1% (масс).

Вычислим плотность прядильного раствора:

= 13800,1+ 9500,9= 993

 

Вычисляем подачу раствора полимера:

 

 

 

 

 

Вычисляем «живое сечение» фильеры:

 

 

 

Находим скорость раствора, проходящего через данную фильеру:

 

 

 

Далее рассчитываем кратность вытяжки:

 

           Находим скорость формования:

 

Рассчитываем фильерную вытяжку :

а) в разах

 

б) в процентах

 

 

4.2 Вычислить силу гидродинамического сопротивления осадительной ванны в процессе нитеобразования по «мокрому» способу  полиимидазольного волокна. Скорость выхода волокна с осадительноц ванны 6,2 Диаметр филамента = 70 мкм. Длина пути нити в ванне L= 0,6 м. Вязкость и плотность осадительной ванны равны соответственно: 1,743 Па и 999,6 кг/м3.