Отверждение прядильного раствора в осадительной ванне

Технологическое оформление процесса нитеобразования по «мокрому» способу весьма разнообразно:

I II

I- прядильное корыто 1- прядильный раствор

2- осадительная ванна 2- гель-волокно

3- «порт-фильера» 3- «шуба»

4- фильера

5- нитепроводник

6- прием нити после осадительной ванны

0- плоскость фильеры; А - «точка» осаждения; В - нитепроводник.

Рисунок 7 - Схема нитеобразования по «мокрому» способу

- мелко- и глубокованное;

- с поточной и противоточной подачей осадительной ванны при обеспечении ламинарности движения филамента в ней.

Нитеобразование может проводиться в общем прядильном корыте, а также в горизонтальных или в вертикальных трубках.

Вертикальные прядильные трубки обеспечивают высокую концентрационную стабильность процесса. Если плотность прядильного раствора меньше плотности осадительной ванны, то движение нити и осадительной ванны осуществляется снизу вверх.

Если плотность прядильного раствора больше плотности осадительной ванны, то движение нити и осадительной ванны реализуется сверху вниз («вороночный» метод).

Отверждение струи прядильного раствора в результате ухудшения термодинамического качества растворителя и последующего фазового распада осуществляется как синхронно диффузии осадителя, так и с некоторым запаздыванием, но всегда завершается на участке ОА (рис. 7).

Скорость отверждения достигается вариированием состава осадительной ванны и ее температуры.

Если рост вязкости прядильного раствора по мере диффузии в него осадителя будет происходить очень быстро, то в поверхностных слоях отверждение струи начнется раньше, нежели завершится проникновение осадителя к оси филамента. Под влиянием гидродинамического сопротивления осадительной ванны движущейся нити наиболее существенные изменения в ее структуре будут происходить в поверхностных слоях, в то время как внутренние области филамента будут отличаться по структуре и свойствам от внешних. Образующееся волокно окажется состоящим из «оболочки» и «ядра».

Скорость отверждения струи прядильного раствора (протяженность участка ОА рис. 7) можно регулировать изменением состава и температуры осадительной ванны. Чем короче участок ОА, тем более «жесткие» условия нитеобразования, а чем он протяженней, тем «мягче». Как видно из данных, приведенных в табл. 9, коэффициенты диффузии растворителя из струи прядильного раствора в осадительную ванну в процессе нитеобразования отличаются от значений коэффициентов диффузии этих растворителей в осадительной ванне (например, в воде) всего лишь на один – полтора десятичных порядка, что свидетельствует о рыхлости структуры образующегося в процессе нитеобразования гель-волокна.

Таблица 9 - Кажущиеся коэффициенты диффузии растворителя в

гель-волокне и в осадительных ваннах, при 20⁰С

Полимер	Растворитель	Осадительная ванна	D×1010 м2с-1
Полиакрилонитрил	Диметилформамид	вода	1,2
- // -	- // -	55%(масс) ДМФ в воде	5,9
Полиакрилонитрил	51,5% водный раствор роданида натрия	вода 12%(масс) NaCNS в воде	1,8 6,5
- // -	- //-	25% (масс) NaCNS в воде	9,6
Полиакрилонитрил	Диметилсульфоксид	вода	2,1
- // -	- // -	50 ¸ 60% ДMСО вода	8,3
Полиакрилонитрил	Диметилацетамид	вода	3,7
- // -	- // -	60% ДMAA в вода	14,9
-	Диметилформамид	вода	20,8
-	Диметилсульфоксид	вода	21,4
-	Диметилацетамид	вода	20,3
Полиакрилонитрил	60% водный раствор хлорида цинка	вода	1,5
-	NaCNS ZnCl2	вода вода	25,7 24,3
Ксантогенат целлюлозы	6% (масс) NаОН в воде	10% водный раствор серной кислоты	1,4
Ксантогенат целлюлозы	6% (масс) NаОН в воде	15% водный раствор сульфа-та натрия	1,2
-	вода	сульфат натрия	22,8
Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ)	ацетон	вода	0,12
-	ацетон	вода	23,2

В табл. 10-12 приведены данные, характеризующие плотность упаковки структурных элементов в различных гель-волокнах. Наиболее «рыхлой» структурой обладают гель-волокна на основе полужесткоцепных полимеров (целлюлозы и ее производных, полиакрилонитрила). Увеличение гибкости макромолекул (а также значительное увеличение их жесткости обусловливает образование гель-волокон, характеризующихся плотной упаковкой структурных элементов, что влечет за собой резкое замедление диффузионных процессов (табл. 10, 12).

Для определения коэффициента диффузии растворителя из экструдируемой струи в осадительную ванну можно использовать уравнение Кренка:

m_t/m₀ = 1-(4/r_f)(D/p)^1/2×t^1/2. (33)

Здесь m₀ и m_t - содержание растворителя в струе начальное и на момент времени t, соответственно;

r_f – радиус филамента, м.

или m_t/m_¥= 4/r_f(D/p)^1/2×t^1/2, (33.1)

где m_¥- содержание остаточного растворителя в волокне, отбираемого из осадительной ванны;

D-коэффициент диффузии, м² · с^-1.

Таблица 10 - Удельная поверхность, S_уд, (по бензолу, 298 К) гель-волокон после промывки и криогенной сушки

Волокно	Индекс	Sуд, м2 × г-1
Полиакрилонитрильные:	PAN
Нитрон С Нитрон Д		77 ± 5 38 ± 4
Гидратцеллюлозные: Вискозная текстильная нить Вискозное шерстяного типа Сиблон Мелоза	CV CV CV CUP	80 ± 4 95 ± 7 80 ± 6 70 ± 6
Поливинилхлоридное: Хлорин Фторлон Оксалон (арселон) Фенилон Кевлар	CLF CLF	2,6 ± 0,5 2,3 ± 0,7 1,3 ± 0,4 1,0 ± 0,3 1,8 ± 0,3 0,8 ± 0,4

Таблица 11 - Суммарный объем пор, V_с, и удельная поверхность, S_уд, полиакрилонитрильных гель-волокон, (по метанолу, 298⁰ К)

Волокно, растворитель	Vс×10-3, см3×г-1	Sуд, м2×г-1
Гомо-ПАН(ДМФ)		58,1
Нитрон-С*(ДМСО)		50,4
Нитрон-С*(ДМФ)		54,3
Нитрон-С*(NаСNS)		72,7
Нитрон-Д*(ДМФ)		53,2
Вольпрюла-65(ДМФ)		50,5

Примечания:

1. Нитрон-С* терсополимер поли[акрилонитрил(92,7)-со-метилакрилат(6,0)-со-итаконовая кислота (1,3)]. = 48 × 10³.

Вольпрюла-65 - терсополимер поли [акрилонитрил (92,9)-со-метилакрилат(6,0)-со-аллилсульфонат Nа (1,1)]. = 46 × 10³.

Нитрон-Д* - сополимер того же состава. = 43 × 10³_.

2. (ДМФ) – «водно-диметилформамидный» способ формования.

(ДМСО) – «водно-диметилсульфоксидный» способ формования.

(NaCNS) – «водно-роданидный» способ формования.

Таблица 12 - Пористость и удельная поверхность волокон, полученных

из изо- и анизотропных растворов [12]

Полимер и состояние исходного раствора	Суммарный объем пор, 104 см3 × г-1	Удельная поверхность, м2 × г-1
поли(n-бензамид)
изотропный раствор	1,8	0,15
анизотропный раствор	1,1	0,11
поли(п-фенилентерефталамид)
изотропный раствор	1,8	0,20
анизотропный раствор	1,1	0,10

В т. А (рис. 7) m_t » m_¥. В процессе нитеобразования диаметр филамента изменяется от d_o (диаметр отверстия фильеры) до d_f, где d_f (диаметр филамента вблизи т.А). На протяжении дальнейшего пути в ванне (от А до В) происходит небольшое уменьшение диаметра филаментов в результате синерезиса (самопроизвольного и вынужденного). Коэффициенты диффузии растворителя из филамента в осадительную ванну и осадителя из осадительной ванны в филамент близки и различаются лишь в 1,5-2,0 раза.

Время, необходимое для достижения осадителем оси филамента, может быть оценено по формуле:

t = p×r_f² / 16D. (39)

Пример. Вычислить длину пути нити в осадительной ванне, необходимую для осаждения полиакрилонитрила при получении волокна нитрон, если скорость приема нити после осадительной ванны V_п = 5 м × мин^-1. Диаметр филамента d_f = 40 мкм. Прядильный раствор - 15%(масс) ПАН в диметилформамиде (ДМФ). Осадительная ванна - 55% (масс) водный раствор ДМФ.

Решение. - В соответствии с табл. 9 значение D = 5,9 × 10^-10 м² × с^-1;

- Время, необходимое для отверждения филамента:

t=p×d_f² /16 × 4 × 5,9 × 10^-10 = p × (40 × 10^-6)² / 16 × 4 × 5,9 × 10^-10 c = 0,12 с.

- Длина пути струи прядильного раствора до точки отверждения:

l_OA = V_п×t = 5/60 ×12 ×10^-2 = 1,0 × 10^-2 м = 1 см.

Ответ. Осаждение полимерного субстрата при нитеобразовании по «мокрому» способу при получении полиакрилонитрильного волокна нитрон Д происходит на расстоянии около 1 см от поверхности фильеры.

Для обеспечения равномерных условий структурообразования необходим одинаковый доступ осадительной ванны ко всем отверстиям фильеры.

Наиболее благоприятные условия нитеобразования при использовании двухкомпонентных осадительных ванн (водных растворов растворителей) достигаются тогда, когда молекулы воды оказываются связанными с молекулами растворителя в виде гидратов. «Гидратные» осадительные ванны оказываются «мягкими», т.е. такими, в которых скорость протекания диффузионных процессов соизмерима со скоростью распада прядильного раствора на фазы и формирования структурной сетки гель-волокна.

3.2.2 Баланс сил, действующих на нить в процессе нитеобразования по «мокрому» методу

Уравнение баланса сил, действующих на филамент в процессе нитеобразования имеет вид:

F_н = F_s,1 + F_i + F_h + F_rh + F_m1 + F_s,2 + F_c, (40)

где F_н - сила натяжения нити перед приемом ее на галету (рис. 7);

F_s,1 - сила поверхностного натяжения на границе раздела «прядильный раствор-осадительная ванна»;

При «мокром» способе нитеобразования F_s,1®0;

F_i - сила, необходимая для преодоления сил инерции;

F_h - сила гидродинамического сопротивления движению филамента (нити, жгута) в осадительной ванне;

F_rh –сила, необходимая для растяжения филамента в процессе нитеобразования («реологическая» сила);

F_m1 - сила трения формуемых филаментов о нитепроводящие детали;

F_s,2-сила поверхностного натяжения на границе раздела «осадительная ванна-воздух-нить»;

F_c- сила тяжести нити «с шубой», уносимой из осадительной ванны.

Сила гидродинамического сопротивления, F_h, при нитеобразовании по «мокрому» способу обусловлена тем, что осадительная ванна (жидкость) движется одновременно с пучком филаментов. Это происходит на некотором расстоянии от поверхности фильеры, когда ламинарные пограничные слои увеличиваются по толщине и сливаются друг с другом [13].

Толщина пограничного слоя «формуемый филамент-осадительная ванна» может быть приближенно рассчитана по формуле Блазиуса:

d=З (h_в × l₀ / V_в). (41)

Расстояние от плоскости фильеры до точки слияния «пограничных слоев», филаментами равно:

l_o = 1/36 × V_в × b²/h_в, (41.1)

где b - расстояние между филаментами;

V_в и η_в– скорость и вязкость осадительной ванны соответственно.

Важной гидродинамической характеристикой процесса нитеобразования является различие скоростей движения волокна (жгута, нити) относительно осадительной ванны. Если V_п/V_в> 1, то формующийся пучек филаментов испытывает дополнительные усилия, обусловленные увеличением количества иммобилизованной осадительной ванны. Это приводит к увеличению F_h в 3-5 раз по сравнению с той, которая вызывается собственно трением филамента о среду вдоль пути L.

Скорость вымывания растворителя из отверждаемой струи прядильного раствора значительно изменяется под воздействием F_h, особенно на участке ОА (см. рис. 7). Сила гидродинамического сопротивления направлена против движения нити, способствуя дополнительному растяжению нити. Таким образом величина F_h в процессе нитеобразования определяется затратами энергии на трение, а также на увеличение скорости увлекаемой волокнами осадительной ванной. В первом приближении

F_h = 1,328 × p × r_fh_в × r_в × L × V_в³)^1/2. (42)

Здесь L- длина пути нити в ванне.

Пример. Вычислить силу гидродинамического сопротивления, F_h, осадительной ванны в процессе нитеобразования по «мокрому» способу волокна нитрон Д. Скорость выхода волокна из осадительной ванны - 5 м×мин^-1. Диаметр филамента, отбираемого из осадительной ванны, d_f = 60 мкм. Длина пути нити в ванне L=0,6 м. Вязкость, h_в, и плотность, r_в, осадительной ванны (55% водный раствор ДМФ при 20⁰С) равны соответственно: 1,743×10^-3 Па ∙ с и 999,6 кг×м^-3.

Решение. - Принимаем скорость установившегося потока осадительной ванны внутри пучка филаментов, отбираемых от одной фильеры, равной

V_в = 0,9 × V_п = 0,9×5 = 4,5 м × мин^-1 = 0,075 м × с^-1.

- Сила гидродинамического сопротивления (в расчете на филамент равна:

F_h = 1,328 × 3,14 × 30 × 10^-6[ 1,743 × 10^-3 × 999,6 × 0,075³]^1/2 = 0,8 × 10^-5 Н.

Ответ: Сила гидродинамического сопротивления в расчете на 1 филамент равна 0,8×10^-5 Н.

Подача осадительной ванны в расчете на 1 фильеру в час называется циркуляцией осадительной ванны, Q_в. При поточной подаче осадительной ванны скорость установившегося потока ее внутри пучка филаментов составляет 0,90-0,92 от скорости движения нити. Циркуляция осадительной ванны должна обеспечить стационарность тепло- и массообмена по отношению к каждому филаменту. Только в этом случае возможна реализация стабильности нитеобразования как поперек пучка филаментов, так и вдоль их пути в ванне, L.

Пример. Рассчитать циркуляцию осадительной ванны, Q_в, при получении нити хлорин (CLF) линейной плотности Т_t 40 текс f 150 [14].

Прядильный раствор: 28% (масс). ХПВХ (CPVC) в ацетоне.

Плотность прядильного раствора 980 кг×м^-3.

Скорость приема нити на бобине - 50 м×мин^-1.

Из осадительной ванны нитью уносится 12% ацетона от массы нити. Содержание ацетона в осадительной ванне 4% (масс).

Допустимый перепад концентрации ацетона в процессе нитеобразования 1% (масс). Плотность осадительной ванны

r_в = 995 кг×м^-3.

Содержание замасливателя на нити 0,75%(масс); влажность готовой нити 0,9%(масс).

Решение - Вычислим подачу прядильного раствора на одно рабочее место:

m₁ = 40 × 50 × (1 - 0,0075) × (1-0,009) ×100 / 1000 ×28 = 7,03 г × мин^-1.

Это количество прядильного раствора содержит ацетона:

m₂ = 7,032 × 0,72 = 5,06 г × мин^-1.

- Уносится ацетона со свежесформованной нитью:

m₃ = 40 × 50 × (1 - 0,0075) × (1 - 0,009) × 1000 × 0,12 = 0,84 г × мин^-1.

- В осадительной ванне остается

m₂ - m₃ = 5,06 - 0,236 = 4,824 г × мин^-1.

- Так как допустимый перепад концентрации осадительной ванны по ацетону составляет 1%, (и принимая плотность осадительной ванны 1000 кг ×м^-3) циркуляция осадительной ванны будет равна

Q_в = 4,824 × 60 / 10 @ 28,9 дм³ ×час^-1.

Ответ: Циркуляция осадительной ванны при получении нити хлорин линейной плотности 40 текс равна 28,9 дм³ × час^-1.

3.2.3 Промывка свежесформованного волокна

Структура гель-волокон, отбираемых с заданной скоростью из осадительной ванны, моделируется более или менее ориентированной «губкой», ячейки которой образованы частично десольватированными микрофибриллярными (аморфными или мезофазными) образованиями и заполнены смесью растворителя и осадителя. Для полного достижения термодинамического равновесия между составом осадительной ванны и жидкой фазы, инклюдированной в гель-волокне, требуется длительное время, что обусловливает необходимость значительного увеличения длины пути волокна, L, в осадительной ванне. Так как конструкционно-аппаратурные возможности прядильных машин лимитируют L, то из осадительной ванны всегда отбирается гель-волокно, характеризуемое неравновесной малоориентированной, весьма лабильной структурой.

Достижение необходимого комплекса физико-механических характеристик полученных по «мокрому» способу нитей (волокон) осуществляется ориентационным вытягиванием, реализуемым по механизму «пластификационной вытяжки».

Для фиксации достигаемого при этом ориентационного эффекта необходимо «подавлять» возможность протекания релаксационных процессов, что достигается удалением из филаментов (нити) остаточного растворителя промывкой.

Инклюдация гель-волокна жидкостью (смесью растворителя и осадителя, а также водой) предопределяет возможность деформирования его как высокоэластичного тела. Поэтому, подвергая гель-волокно периодическим сжатиям, можно существенно интенсифицировать массообмен и ускорить процесс промывки. Промывка гель-волокна обеспечивает:

- возможность предотвращения значительных потерь растворителя в результате уноса его волокном и регенерации его;

- фиксацию структуры гель-волокна после пластификационной вытяжки;

Промывка гель-волокна проводится в производственных условиях на различных аппаратах «проходного» типа.

Очевидно, что промывка волокна от растворителя должна проводиться таким образом, чтобы в готовом волокне оставалось бы минимальное его количество, а «промывные воды» имели бы достаточно высокую концентрацию, что бы обеспечить технико-экономическую эффективность процесса регенерации растворителя.

Таким образом, промывка гель-волокна является необходимой важной стадией процесса формования, обеспечивающей фиксацию ориентационных эффектов, достигаемых при пластификационной вытяжке.

Агрегаты для промывки волокна представляют собой многосекционные противоточные аппараты, причем транспортировка волокна в них может осуществляться как в виде жгута, так и резанного волокна.

Технологические расчеты такого агрегата включают:

- вычисление числа ступеней промывки;

- оценку размеров ступеней;

- определение минимально необходимого количества воды для промывки.

Согласно [17] количество секций в агрегате для промывки волокна может быть оценено по формуле:

n = lgC_o - lgC_k + lg(1-C₁^¢) / [lg(C_o -C_k/ C₁^¢ - C_o + W_о)-lgW_о]. (43)

Здесь: С_о - содержание растворителя в прядильном растворе, кг/кг;

C₁^¢ - содержание растворителя в осадительной ванне, кг/кг;

С_k - содержание остаточного растворителя в готовом волокне, кг/кг;

W - кратность отжима.

Количество воды, требуемой для промывки жгута, вычисляется по формуле:

Q_w = W_о + C_o (1 - C₁^¢)/ C₁^¢. (44)

Рассмотрим два варианта расчета количества ступеней промывки.

Пример. Вычислить количество стадий промывки и расход воды на прядильно-отделочном агрегате при производстве полиакрилонитрильного (PAN) волокна нитрон С. Формование волокна включает следующие стадии: нитеобразование,при котором 12% (масс) прядильный раствор поли (акрилонитрил-со-метилакрилат-со-2-акриламид-2-метилпропансульфоновой кислоты) в 51,5%(масс) водном растворе роданида натрия (ВРРН) экструдируется в осадительную ванну, представляющую собой 10% (масс) водный раствор роданида натрия, пластификационную вытяжку, промывку, авиважную обработку, сушку, гофрирование.

Жгутовое волокно, отбираемое триовальцами из осадительной ванны имеет следующий состав: ПАН - 45%(масс), NaCNS - 15%(масс); вода - 40%(масс). Содержание NaCNS в готовом волокне не должно превышать 0,02% (масс). Вся «промывная» вода поступает в осадительную ванну. Поэтому осадительная ванна может рассматриваться как первая промывная ванна. После каждой стадии промывки жгут подвергается отжиму.

Решение: - Так как состав прядильного раствора: ПАН - 12,0% (масс); NaCNS - 45,3% (масс); вода - 42,7% (масс), то количество NaCNS в прядильном растворе, приходящееся на 1 кг волокнообразующего полимера: С_о = 45,3/12,0 = 3,775 кг (пренебрегая содержанием в готовом волокне замасливателя и влаги).

- В осадительной ванне содержится C₁^¢ = 10/90 = 0,111 кг NaCNS на кг воды.

- Принимаем, что после каждой промывочной ванны (стадии промывки) жгут формуемого волокна отжимается до кратности 3,5. Поэтому содержание жидкости в жгуте равно W_о=2,5 кг на 1 кг волокна.

- Содержание остаточного роданида натрия в готовом волокне 0,02%(масс), т.е. С_k = 2×10^-4 кг на 1 кг волокна.

В соответствии с формулой (43) количество стадий промывки (включая осадительную ванну) на прядильно-отделочном агрегате должно быть:

lg 3,775 – lg(2 × 10^-4) + lg(1- 0,111) / lg(3,775 – 2 × 10^-4 /(0,111)^-1 × 3,775 + 2,5)-lg2,5 = 3,6» 4.

Количество воды, требуемой для промывки жгута, может быть вычислено по формуле:

Q_w = W_о + C_o (1-C₁^¢) / C₁^¢ = 2,5 + 3,775 × (1- 0,111) / 0,111 = 32,73»
33 кг/кг.

Ответ. Если в осадительную ванну направить все количество промывных вод, то в состав прядильно-отделочного агрегата необходимо включить кроме прядильного корыта еще три промывных ванны. Удельный расход воды составит при этом около 33 дм³ на кг готового волокна.

Пример. Вычислить количество стадий промывки и расход воды на прядильно-отделочном агрегате при производстве полиакрилонитрильного (PAN) волокна нитрон С. Все исходные данные аналогичны приведенным в предыдущем примере. Однако в осадительную ванну поступает не весь объем промывных вод, а лишь некоторая его часть. Примем, что на регенерацию поступает осадительная ванна, содержащая 12,5%(масс) NaCNS. Остальная часть промывных вод до осадительной ванны направляется на регенерацию.

Решение. В этом случае в осадительной ванне содержится

C₁^¢ = 12,5 / 87,5 = 0,143 кг NaCNS на 1 кг воды.

Следовательно, необходимо иметь количество стадий промывки (включая осадительную ванну):

n = lg 3,775 - lg 2 × 10^-4 + lg(1 - 0,143) / lg(3,775 – 2 × 10^-4 / 0,143 -3,775 + 2,5) - lg 2,5 = 4,2» 5.

Для этого варианта технологической схемы получения волокна нитрон С потребуется промывной воды.

Qw = 2,5+3,775 (1-0,143) / 0,143 = 25,12» 26 кг/кг.

Ответ. Если часть промывных вод отводить на регенерацию, то расход промывных вод можно уменьшить с 33 до 26 дм³ на кг готового волокна. Однако это потребует включения в промывную часть прядильно- отдельного агрегата еще одной промывной ванны.

3.2.4 Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитать циркуляцию осадительной ванны при производстве волокна хлорин (CLF) линейной плотности 0,333 текс [16]. Фильера 10000/0,07. Прядильный раствор: 28% (масс) ХПВХ (CPVC) в ацетоне. Плотность прядильного раствора 980 кг × м^-3. Скорость отвода жгута от прядильной машины 15 м/мин. Концентрация осадительной ванны на выходе 6 г/дм³ ацетона. Перепад концентрации ацетона в осадительной ванне 2 г/дм³. Суммарная кратность ориентационной вытяжки l_d = 2,8. Свежесформованный жгут уносит 15% ацетона от массы волокна. Готовое волокно содержит 1,0% (масс) замасливателя, а влажность - 0,7% (масс). Плотность осадительной ванны 993 кг × м^-3.

2. Рассчитать циркуляцию осадительной ванны при производстве поливинилхлоридного (CLF) волокна линейной плотности 0,220. Фильера 5500/0,08. Прядильный раствор: 20% (масс) ПВХ (PVC) в диметилформамиде (ДМФ). Плотность прядильного раствора ρ = 1000 кг × м^-3. Концентрация осадительной ванны на выходе 80% (масс) ДМФ. Допустимый перепад концентрации ДМФ в осадительной ванне - 5 г/дм³. Скорость отвода жгута от прядильной машины 10 м × мин^-1. Жгут уносит 70% (масс) ДМФ. Плотность осадительной ванны 954 кг × м^-3 при 20⁰С. Готовое волокно содержит 0,75% (масс) замасливателя, а влажность волокна 0,8% (масс). Суммарная ориентационная вытяжка ПВХ-волокна на прядильно-отделочном агрегате l_d = 6,5.

3. Рассчитать циркуляцию осадительной ванны при производстве волокна фторлон [на основе поли(винилфторид(60)-со-винилиденфторида(40)] линейной плотности Т_t 400 дтекс f 80. Концентрация прядильного раствора этого волокнообразующего полимера 12% (масс) в ацетоне. Осадительная ванна - 7% (масс) водный раствор ацетона. Допустимый перепад концентрации ацетона в осадительной ванне 3 г/дм³. Суммарная кратность ориентационной вытяжки l_d = 7,5. В готовом волокне содержится 0,9% (масс) остаточного ДМФ. Скорость приема готовой нити 70 м×мин^-1. Содержание ацетона на нити, отбираемой из осадительной ванны, 25% (масс). Содержание замасливателя и влаги на готовой нити 0,75% (масс) и 0,90% (масс) соответственно.

4. Вычислить длину пути нити в осадительной ванне, необходимую для осаждения полимера при получении полиакрилонитрильной технической нити линейной плотности Т_t 30 f 100, если скорость приема нити после осадительной ванны 10 м×мин^-1. Фильера 100/0,08. Прядильный раствор - 15% (масс) ПАН в диметилформамиде (ДМФ). Осадительная ванная - 55% (масс) водный раствор ДМФ. Фильерная вытяжка 20%. Суммарная ориентационная вытяжка ПАН-нити на прядильно-отделочной машине в l_d = 8 раз.

5. Вычислить длину пути нити хлорин (CLF) в осадительной ванне, необходимую для осаждения полимера при получении нити линейной плотности Т_t 200 дтекс f 50. Скорость приема нити на бобину 55 м × мин^-1; Ориентационная вытяжка на прядильной машине между галетами l_d = 2,5. Фильера 50/0,08. Осадительная ванна – 1 %; (масс) водный раствор ацетона. Фильерная вытяжка 10%.

6. Вычислить длину пути в осадительной ванне, необходимую для осаждения полимера при получении волокна нитрон С линейной плотности 0,212 текс, если скорость первых триовальцев, отбирающих жгут из осадительной ванны, 5 м × мин^-1. Прядильный раствор - 12% (масс) поли (акрилонитрил-со-метилакрилат-со-2-акриламидо-2-метилпропансульфоно-вая кислота) в 51,5% водном растворе роданида натрия. Осадительная ванна - 12% водный раствор роданида натрия. Фильерная вытяжка (-25%). Суммарная ориентационная вытяжка l_d= 7.5.

7. Вычислить длину пути в осадительной ванне, необходимую для осаждения полимера при получении волокна нитрон Д линейной плотности 0,333 текс. Суммарная ориентационная вытяжка жгута на прядильно-отделочном агрегате l_d = 7,0 [15]. Выходная скорость жгута на агрегате 45 м × мин^-1. Прядильный раствор - 15% ПАН в ДМФ. Осадительная ванна - 55%(масс) ДМФ в воде. Фильерная вытяжка (-10%).

8. Рассчитать циркуляцию осадительной ванны при производстве волокна нитрон С (ПАН, PAN) линейной плотности 0,150. Фильера 50000/0,08. Прядильный раствор 12%(масс) ПАН в 51,5% (масс) водном растворе роданида натрия (ВРРН). Осадительная ванна, отбираемая с прядильной машины, представляет собой 11% (масс) водный раствор роданида натрия. Допустимый перепад содержания NaCNS в осадительной ванне 3 г × дм^-3. Свежесформованный жгут ПАН, отбираемый триовальцами из осадительной ванны имеет состав: ПАН - 45% (масс); NaCNS-15%; 40% - вода. Скорость отбора жгута на выходе с прядильно-отделочного агрегата - 50 м × мин^-1. Общая кратность ориентационной вытяжки l_d = 7,2. Содержание замасливателя на готовом волокне - 0,9% (масс). Влажность - 0,8% (масс).

9. Рассчитать циркуляцию осадительной ванны при производстве модакрилового (МАС) волокна нитрон М на основе поли [акрилонитрил(39)-со-винилхлорид (59)-со-n-стиролсульфокислота (2,0)] линейной плотности 0,350 текс. Фильера-блочная-[10000/0,08] х 6. Прядильный раствор 15% (масс) МАС в ацетоне. Осадительная ванна (на выходе) - 6% (масс) ацетона в воде. Допустимый перепад содержания ацетона в осадительной ванне 10 г × дм^-3. Свежесформованный жгут, отводимый из осадительной ванны, содержит 10% (от массы полимера) ацетона. Скорость жгута на выходе с прядильно-отделочного агрегата 60 м × мин^-1. Общая ориентационная вытяжка l_d = 5,4. Содержание замасливателя на волокне 0,8%(масс); влажность 1,1 (масс).

10. Вычислить силу гидродинамического сопротивления осадительной ванны в процессе нитеобразования по «мокрому» способу волокна нитрон С. Скорость отбора волокна из осадительной ванны 6 м × мин^-1. Диаметр свежесформованного одиночного волокна d_f = 50 мкм. Длина пути нити в ванне L = 0,5 м. Вязкость, h_в и плотность, r_в, осадительной ванны [11% (масс) водный раствор роданида натрия) равны соотвенно: 1,17×10^-3 Па · с и 1030 кг×м^-3].

11. Вычислить силу гидродинамического сопротивления осадительной ванны в процессе нитеобразования по «мокрому» способу нити хлорин (CLF) линейной плотности Т_t 250 дтекс f 60. Скорость приема свежесформованной нити на первую галету V_п = 20 м × мин^-1. Длина пути нити в вертикальной прядильной трубке L = 1,0 м. Плотность свежесформованной невытянутой нити, r_f = 1320 кг × м^-3. Вязкость, h_в, и плотность r_в, осадительной ванны [4%(масс) водный раствор ацетона] равны соответственно: 0,97 × 10^-3 Па ∙ с и 994 кг × м^-3.

12. Вычислить силу гидродинамического сопротивления осадительной ванны (в расчете на филамент) в процессе нитеобразования по «мокрому» способу модакрилового (МАС) волокна нитрон М. Скорость отбора свежесформованного жгута из осадительной ванны V_п = 10 м × мин^-1. Длина пути жгута в осадительной ванне L = 0,6 м. Диаметр свежесформованного филамента 50 мкм. Вязкость, h_в, и плотность r_в, осадительной ванны [6%(масс) водный раствор ацетона] равны соответственно: 0,96 × 10^-3 Па ∙ с и 993 кг × м^-3. Отношение скоростей движения волокна и осадительной ванны V_п/V_в = 1,1.

13. Вычислить количество промывных ванн (стадий) в прядильно-отделочном агрегате и удельный расход промывной воды при производстве полиакрилонитрильного (PAN) волокна нитрон Д, если часть промывной воды поступает на разбавление осадительной ванны, а часть - на регенерацию. Прядильный раствор: 15% (масс) ПАН в диметилформамиде. Осадительная ванна: 55% (масс) водный раствор диметилформамида. Степень отжима жгута на каждом переходе на прядильно-отделочном агрегате W=2,3. Максимально допустимое содержание остаточного растворителя в готовом волокне 5 × 10^-2 % (масс).

14. Вычислить количество стадий промывки на прядильно-отделочном агрегате и удельный расход промывной воды при производстве модакрилового (МАС) волокна нитрон М на основе поли(акрилонитрил-со-винилхлорид-со-n-стиролсульфокислоты), если вся промывная вода направляется на разбавление осадительной ванны, которая затем поступает на регенерацию. Прядильный раствор: 20% (масс) МАС в ацетоне. Осадительная ванна: 10% (масс) водный раствор ацетона. Степень отжима жгута на каждом переходе прядильно-отделочного агрегата W = 2,6. Максимально-допустимое содержание остаточного растворителя (ацетона) в готовом волокне 0,01% (масс).

15. Вычислить количество стадий промывки на прядильно-отделочном агрегате и удельный расход промывной воды при производстве волокна хлорин (CLF), если вся промывная вода направляется на разбавление осадительной ванны, которая затем поступает на регенерацию. Прядильный раствор: 28% (масс) ХПВХ (CPVC) в ацетоне. Осадительная ванна: 6% (масс) водный раствор ацетона. Степень отжима жгута на каждом переходе прядильно-отделочного агрегата W_о = 2,3. Максимально-допустимое содержание остаточного растворителя в готовом волокне 0,01% (масс).

16. Вычислить количество стадий промывки на прядильно-отделочном агрегате и удельный расход промывной воды при производстве полиакрилонитрильного (PAN) волокна, если вся промывная вода направляется на разбавление осадительной ванны, которая затем поступает на регенерацию. Прядильный раствор: 10%(масс) ПАН в 90% (масс) водном растворе этиленкарбоната, (СН₂)₂СО₃. Осадительная ванна: 15% (масс) водный раствор этиленкарбоната. Степень отжима жгута на каждом переходе прядильно-отделочного агрегата W_о = 2,0. Максимально допустимое содержание остаточного растворителя в готовом волокне 0,01% (масс).