Нитеобразования

Гидродинамические аспекты нитеобразования обусловлены переходом поперечного градиента скоростей, _┴, характерного для течения прядильных растворов и расплавов в капиллярных каналах фильер, через которые экструдируется прядильная жидкость, к продольному градиенту профиля скоростей, ₁₁, характерному для растяжения стабильной жидкой струи. Основная задача этой стадии формования заключается в получении одинаковых по диаметру и форме струй, а также обеспечения идентичных условий их отверждения при охлаждении (в процессе «расплавного» нитеобразования), высыхания (при «сухом» способе нитеобразования), или осаждения (при «мокром» способе нитеобразования) при воздействии на них растягивающих усилий. Это является необходимой предпосылкой для получения одинаковых по структуре и морфологии филаментов.

Если V_п – линейная скорость приема нити, а V₀ – линейная скорость истечения прядильной жидкости из отверстий фильеры, то отношение V_п/V₀ = χ характеризует степень растяжения отверждающейся струи в процессе нитеобразования и называется «фильерной вытяжкой» [«jet drawing» (англ.)]. Величина χ может быть выражена в кратностях V_п/V₀ или в процентах: .

Учитывая, что скорость экструзии, V₀, определяется подачей Q, а также от диаметром, d₀, и числом отверстий, n, в фильере (т.е. от «живого» сечения фильеры, S), величина фильерной вытяжки, χ, зависит от следующих факторов:

1. При V_п = const; d₀ = const; n = сonst «фильерная вытяжка», χ₁, определяется подачей прядильной жидкости, Q, т.е. χ₁ = f(Q). Увеличение подачи прядильной жидкости Q приводит к повышению линейной плотности как комплексной нити, Т_{t, 0,} так и каждого элементарного волокна (филамента), Т_t,f.

. (9)

Очевидно, что изменение Q обусловливает изменение χ, но при этом изменяется как Т_{t, 0}, так и Т_t,f.

2. При Q = const; d₀ = const; n = const; «фильерна вытяжка», χ₂, определяется скоростью приема нити, V_п, т.е. χ₂ = f(V_п). Увеличение скорости приема нити, V_п, приводит к уменьшению как Т_{t, 0}, так и Т_t,f. Таким образом, изменение V_п, вызывает изменение χ и соответствующие изменения Т_{t, 0} и Т_t,f.

3. При Q = const и V_п = const линейная плотность комплексной нити, Т_t,0, остается постоянной. Пусть d₀ = const, но изменяется число отверстий в фильере, n. Тогда . Увеличение числа отверстий в фильере n обусловливает увеличение «живого сечения» фильеры и, следовательно, понижение скорости экструзии, V₀. Однако при этом Т_{t, 0} = const (т.к. Q = const и V_п = const), но уменьшается Т_t,f. Следовательно, при изменении n изменяется скорость экструзии, V₀, обусловливая соответствующие изменения «фильерной вытяжки», χ₃. При увеличении n возрастает χ₃, но снижается T _t,f.

4. При Q = const;V_п = const; n = const изменение диаметра отверстия фильеры, d₀, приводит к изменению «живого сечения» фильеры и, следовательно, к изменению фильерной вытяжки, χ₄. Однако при этом остаются неизменными Т_{t, 0} и Т_t,f. Уменьшение d₀ обусловливает уменьшение χ₄.

Пример. Вычислить фильерную вытяжку, χ, при формовании поли(пропиленовой) (РР) нити, если в технологическом варианте HOY -скорость приема нити, V_п = 5800 м · мин^-1, линейная плотность нити Т_t = 100 текс f 200, но при этом фильера 200/0,30 заменяется на 200/0,25. Плотность расплава при 250 ⁰С ρ = 830 кг · м^-3. Содержание замасливателя на нити 1,2% (масс), а влажность ее 0,7% (масс).

Решение: Вычисляем подачу расплава полимера. Подача расплава поли(пропилена) равна:

«Живое сечение» фильеры при диаметре отверстия 0,30 мм равно:

,

а при диаметре отверстия 0,25 мм.

.

Скорость экструзии расплава, V₀, через фильеру с диаметром отверстий 0,30 мм:

а через фильеру с диаметром отверстий 0,25 мм.

.

Фильерная вытяжка при использовании фильеры 200/0,30

,

при использовании фильеры 200/0,25

.

Ответ: При использовании фильеры 200/0,30 «фильерная вытяжка» равна 11860%, а 200/0,25 она снижается до 8200%.

Однако линейные плотности нити, Т_{t, 0} и филамента, Т_t,f, при этом не изменяются.