Реферат: Полинозное волокно
ВВЕДЕНИЕ
Появление первого полинозного волокнаотносится к началу 50-х годов. Его разработчиком был японский исследователь —С.Тачикава. Первоначально волокно выпускалось под названием торомомен. Послеприобретения лицензии на его производство французской фирмой АРСТ оно былоназвано подинозик, что означало «несинтетический полимер». Из всехвискозных волокон полинозное в наибольшей степени приближалось по свойствам кхлопку. Поэтому вслед за фирмой АРСТ производство этого волокна под названием поликот,зантрел, коплон, волокно Z54, айрон ПЛ появилось в ряде других стран. Нарядус первоначальным основным типом полинозного волокна появились новыеразновидности. Добавка альдегидов, особенно формальдегида, в осадительнуюванну позволила повысить прочность на 30—50% и разработать новыйтехнологический процесс. К числу полинозных волокон относят и волокно ВХ, котороеаналогично волокнам приведенных выше типов по надмолекулярной структуре, носущественно отличается по технологии получения. В нашей стране с цельюповышения экономичности разработан процесс получения волокна полинозного типа —вислен (вискозный лен), при формовании которого используютвысококонцентрированные вискозные растворы, с содержанием целлюлозы 11—12%.
Однако по ряду причин — неконкурентоспособностипо сравнению с хлопком, высокомодульными и синтетическими волокнами,относительной сложности технологии и недостаточно высокой ее рентабельности—производство полинозных волокон не получило широкого развития. Их выпуск вначале 80-х годов составил всего 80—100 тыс. тонн в год.
ФОРМОВАНИЕ ПОЛИНОЗНЫХВОЛОКОН
1. СВОЙСТВА ПОЛИНОЗНЫХВОЛОКОН
По основным показателям,особенно прочности, стабильности размеров, стойкости к растворам щелочей,полинозные волокна приближаются к хлопку. Полинозное волокно обычного типаимеет прочность 34—36сН/текс, что соответствует или даже на 5—10% выше прочности тонковолокнистого хлопка.Однако хлопок характеризуется лучшим коэффициентом использования прочности впряже, поэтому оба эти волокна по показателю прочности в готовых изделияхрассматриваются как равноценные. По прочности в мокром состоянии полинозноеволокно превосходит высокомодульное,однако существенно уступает хлопку, прочность которого в мокромсостоянии не снижается, а возрастает на 5—10%.
<img src="/cache/referats/21120/image002.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1027">По формоустойчивости изделия изполинозных волокон превосходят изделия из высокомодульных и равноценныхлопчатобумажным волокнам. Это объясняется более высоким значением модуляупругости в мокром состоянии у полинозных волокон по сравнению с высокомодульными.Полинозное волокно в меньшей степени подвержено растяжению во время отделки исушки и соответственно дает меньшую усадку. Полинозные волокна обладают болееравновесной, отрелаксированной структурой, что обусловлено протеканиемориентационной вытяжки преимущественно в режиме вязкого течения и даетнаименьшую усадку при многократных стирках.
На рис. 1 показана зависимость усадкитканей из обычного вискозного, высокомодульного, полинозного волокна и хлопка.Ткань из полинозного волокна после 50 стирок дает усадку 5,5%, т. е.равноценную хлопчатобумажной ткани. В этих же условиях ткань из обычноговискозного волокна усаживается свыше 12%. Наряду с низкой усадкой ткани из полинозноговолокна отличаются повышенной несминаемостью и по этому показателю превосходятхлопчатобумажные ткани. Так, например, коэффициент несминаемости тканей из полинозноговолокна равен 55, высокомодульного —50, а обычного вискозного волокна ихлопка 35—36%.
<img src="/cache/referats/21120/image004.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1028">Надмолекулярная структура полинозныхволокон характеризуется большей степенью кристалличности и ориентации. С этойособенностью структуры связана высокая прочность, модуль упругости, стойкость кщелочным и кислым средам. Вместе с тем, повышенная степень кристалличности ибольшие размеры кристаллических участков в фибриллах обусловливают понижениеэластичности полинозных волокон. Вследствие большей равновесности структуры вовремя эксплуатации потеря эластичности полинозными волокнами меньше, чемвысокомодульными. При многократных стирках число двойных изгибов у высокомодульныхволокон резко снижалось и после 50 стирок достигало 7,5 тыс. циклов, в то времякак у полинозного волокна устойчивость к двойным изгибам оставалась примернопостоянной (на уровне 6 тыс. циклов); следовательно, после 50 стирок показателяобоих волокон практически выравнивались.
Полинозные волокна обладаютсравнительно низ-кой растворимостью в щелочи. На рис. 2 показана раствори-мостьобычного вис-козного, высокомо-дульного, полинозного волокна и хлопка врастворах NaOHразличной концентрации до отбелки и после отварки и отбелки по режимуобработки хлопчатобумажных тканей. Как в первом, так и во втором случае вовсем диапазоне концентраций щелочи по растворимости ближе всего к хлопку полинозноеволокно. Наибольшей растворимостью обладает обычное вискозное волокно.Пониженная растворимость полинозных волокон обусловлена не только более высокойстепенью полимеризации целлюлозы, но также их большей кристалличностью. Так,полинозные волокна типа вислен при более низкой степени полимеризации посравнению с высокомодульными волокнами имеют растворимость на 40—60% ниже.Стойкость к щелочам важна для смешанных тканей, подвергаемых мерсеризации, атакже отварке, когда концентрация щелочи может достигать 2,5-6,5%. По стойкостик щелочным обработкам полинозные волокна имеют бесспорное преимущество передвысокомодульными.
<img src="/cache/referats/21120/image006.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1029">Более высокая плотность упаковкинадмолекулярной структуры у полинозных волокон предопределяет также их болеевысокую стойкость к химическим воздействиям во время отбелки, гидролизу и окислительнойдеструкции во время эксплуатации.
На рис. 3 показано снижение степениполимеризации хлопка и вискозных волокон различного типа в зависимости от числастирок. Среди вискозных полинозное волокно обладает наибольшей устойчивостью.После 50 стирок СП у полинозного волокна сохраняется на уровне 330, тогда каку обычного вискозного и высокомодульного снижается соответственно до 205 и250.
Наряду с перечисленными преимуществами,обусловленными повышенной кристалличностью полинозного волокна, можноотметить сохранение высокой сорбционной способности к влаге по сравнению с хлопком (соответственно 10,5-12,0 и 7,5-8,5%) и, следовательно, хорошиесанитарно-гигиенические свойства, характерные для всех вискозных волокон.
2. ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯВИСКОЗЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНА
Для формования полинозного волокнаприменяют высоковязкие вискозы с повышенной степенью полимеризации и этерификации.Поэтому технология и в некоторой части аппаратурное оформление отличаются отобычного процесса.
Для мерсеризации целлюлозы применяютустановки непрерывного действия с осуществлением отжима щелочной целлюлозымежду вращающимися барабанами с прорезями. Поскольку в готовом волокне степеньполимеризации должна быть не ниже 450—500, для предотвращения сильнойдеструкции температуру мерсеризации снижают до 35— 40°С. Производительностьмерсеризационных установок вследствие большего набухания целлюлозы припониженных температурах уменьшается на 15—20%. Исключается такая технологическаяоперация, как предсозревание. Снижение степени полимеризации происходит вовремя мерсеризации и измельчения (с 830—850 до 780—800), транспортировки (до670—720) и ксантогенирования (до 520—570).
Для достижения повышеннойстепени этерификации при ксантогенировании применяют сероуглерод в количестве40—45% от целлюлозы; иногда его количество увеличивают до 50%. В некоторыхслучаях за счет аппаратурного оформления повышение степени этерификации достигаютза счет усиления степени отжима щелочной целлюлозы до содержания в ней 33—34%от α-целлюлозы или проведения процесса ксантогенирования при пониженнойтемпературе -15-20°С.
Вискозы после растворения имеютвязкость 25—35 Па*с. Растворение, транспортировку, фильтрацию и обезвоздушиваниевискоз с такой вязкостью производят при условиях, несколько отличных оттрадиционно принятых. Ксантогенирование и первая стадия растворения, котораязаключается в измельчении ксантогената, получении ксантогенатной пульпы(суспензии ксантогената в щелочи) мало зависят от СП целлюлозы. Поэтому для ихосуществления пригодны обычные ксантогенаторы и растиратели. Влияние вязкостиначинает сказываться на второй стадии растворения, когда основная частьксантогената переходит в раствор и масса становится гомогенной.
Следует отметить, что при применениирастирателей, обеспечивающих измельчение ксантогената до частиц размером 0,5—1,0 мм, растворение высоковязких вискоз при частоте вращения мешалки 60—80об/мин протекает вполне удовлетворительно. Как уже отмечалось выше, растворениепротекает путем односторонней диффузии NaOHи Н2О в ксантогенатцеллюлозы, причем, поскольку степень полимеризации целлюлозы на скоростьдиффузии практически не влияет, растворение высоковязких вискоз происходитдаже при небольшой скорости мешалки без создания больших напряжений сдвига.
Транспортировка высоковязких вискозможет быть осуществлена при некотором увеличении диаметра трубопровода илиповышении давления до 1,0—1,2 МПа. Второй путь предпочтительнее, так как вэтом случае могут быть использованы применяемые в производстве насосы итрубопроводы.
Фильтрация высоковязких вискозосуществляется также на обычном оборудовании. Первая — на фильтрах с намывнымслоем, вторая — на фильтр-прессах. Скорость первой и второй фильтрациисоответственно составляет 60 и 20 л/(м2.ч), а съем вискозы с 1 м2за цикл работы фильтра—1200 и 10000 л/м2. В качестве намывногоматериала рекомендуется применять смесь мелконарезанного химически сшитогогидратцеллюлозного и поливинилхлоридного волокна с линейной плотностью, большейчем при фильтрации вискоз с обычной вязкостью. На некоторых производствахиспользуют поливинилхлоридный порошок с гранулами размером 75—210 мкм. Вкачестве зарядки для второй фильтрации применяют нетканый синтетический материал(капроновое и полипропиленовое волокно в соотношении 1: 1) с гуммированной окантовкойдля предотвращения подтекания вискозы или нетканый материал из смеси поливинилхлоридногои полинозного волокна. В последнем случае подтекание вискозы предотвращаетсяблагодаря набуханию полинозного волокна при смачивании его вискозой.
Обезвоздушивание вискоз проводят наустановках непрерывного действия. Высокая вязкость в данном случае является недостатком.Производительность установок непрерывного обезвоздушивания лимитируетсяпенообразованием, а при повышении вязкости образуются еще более стабильныепены. Для поддержания производительности установок на требуемом уровненеобходимо принимать меры для предотвращения попадания воздуха в вискозу вовремя растворения, смещения и фильтрации. Обезвоздушивание проводят приостаточном давлении 1,3—2,0 кПа. Вискозу перед обезвоздушиванием нагревают до24—26 °С. Перепад температуры, за счет испарения воды во времяобезвоздушивания, составляет 5—7 град., содержание воздуха в вискозе — 3—4мл/л. Для сохранения высокой степени этерификации общая продолжительностьсозревания вискозы не должна превышать 8—10 ч. Температуру вискозы во времясозревания выдерживают на уровне 16—20 °С.
Формование полинозного волокнапроводят в еще более мягких условиях, чем формование высоко модульноговолокна. Поэтому для поддержания стабильности процесса на необходимом уровнеособо высокие требования предъявляются к чистоте технологических растворов, вчастности вискозы.
Необходимо применение высококачественнойсульфатной облагороженной целлюлозы, ртутного, а также умягченной илиобессоленной воды. Оборудование, соприкасающееся с щелочными растворами, должнобыть выполнено из нержавеющей стали или иметь антикоррозионное защитноепокрытие.
3. ФОРМОВАНИЕ ПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНАОБЫЧНОГО ТИПА
Основной отличительной особенностьюспособа формования полинозного волокна является низкое содержание серной кислотыв осадительной ванне (не выше 17—25 г/л). Механизм осаждения зависит отразности концентраций серной кислоты в осадительной ванне и гидроксида натрия ввискозе. При формовании обычных штапельных волокон В момент соприкосновениявискозы и осадительной ванны на поверхности формующегося волокна создаетсякислая среда. Концентрация серной кислоты составляет (2,7—1,7)/2 = 0,5н или 49г/л. При такой достаточно высокой концентрации осаждение поверхностного слояпротекает быстро. Образуется оболочка, периметр которой примерно равенокружности вытекающей струн. При обезвоживании волокна происходит усадка и оболочкаприобретает изогнутую зазубренную форму. Образующееся волокно обладает четковыраженной неравномерностью структуры по поперечному сечению.
При производстве высокомодульноговолокна концентрация кислоты и щелочи по нормальности близки. При взаимодействиивискозных струек с осадительной ванной на их поверхности образуется среда,близкая к нейтральной. Осаждение в этом случае протекает более равномерно.Волокно имеет круглый поперечный срез с более гомогенной структурой — толстаяоболочка с постепенным переходом к структуре ядра.
Полинозные волокна формуют приобратном количественном соотношении кислоты и щелочи. Нормальность осадительнойванны по H2SO4обычно не превышает 0,35—0,51 н. (17— 25 г/л), тогдакак концентрация NaOHв вискозе соответствует 1,2—1,4 н. раствору NaOH(4,5—5,0%). В момент соприкосновенияосадительной ванны и вискозы на поверхности струек устанавливается щелочнаясреда — 0,43 н. NaOH(17,2 г/л). Струйки остаются в жидком состоянии нарасстоянии, равном 0,2—0,5 см от фильеры, пока из окружающей осадительной ванныне продиффундирует достаточное количество серной кислоты для нейтрализациивсей щелочи. Осаждение протекает медленно, и по всему поперечному сечениюобразуется равномерная структура. Из-за низкой скорости нуклеации (образованиязародышей новой фазы) образуются кристаллиты больших размеров, которыеобусловливают высокие прочность и модуль упругости, низкое удлинение иповышенную хрупкость волокна.
Влияние концентрации H2SO4в осадительной ванне на физико-механические свойстваполинозного волокна можно проследить по приведенным ниже данным табл. 1:
Концентрация H2SO4,г/л
Прочность при разрыве, сН/текс
Удлинение, %
Прочность в петле, сН/текс
18,8
36,9
14,0
7,9
19,8
36,9
16,2
7,0
21,2
41,0
14,0
7,1
24,0
37,7
14,4
5,8
Как видно из приведенных данных,наиболее высокие значения прочности достигаются при содержании серной кислоты21 — 24 г/л. Однако увеличение прочности сопровождается одновременнымснижением эластических свойств, о чем свидетельствует падение прочности в петледо 5,8 сН/текс.
<img src="/cache/referats/21120/image008.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1030">Среди других параметров осадительнойванны наиболее важными являются температура и содержание сульфата цинка.Оптимальные показатели волокна достигаются при 20—22°С. Повышение температуры ведет к образованию волокна с менее равномерной структурой, потереспособности к большой ориентационной вытяжке. Сильное структурообразующее влияние сульфата цинкапри формовании полинозного волокна проявляется при сравнительно низкихконцентрациях— 0,5—1,0 г/л (рис. 4). При увеличении содержания ZnSO4 до 0,7 г/л прочность возрастает с 35,2 до 40,7сН/текс. Одновременно повышаются удлинение и прочность в петле.
Параметры вискозы зависят отпараметров осадительной ванны и резко отличаются от параметров вискоз, применяемыхпри производстве обычных и высокомодульных волокон. Для обеспечениястабильности процесса формования требуемая прочность медленно коагулирующихэлементарных струек достигается за счет повышения вязкости вискозы, котораясоставляет при формовании 22—30 Па*с. Концентрацию щелочи выдерживают насравнительно низком уровне — 4,5—5,0%. Для обеспечения хорошей растворимостиксантогената целлюлозы и уменьшения структурирования раствора дляксантогенирования применяют сероуглерод в количестве 42—45% от массы целлюлозы.Степень этерификации перед формованием выдерживают на уровне 55—60. Индексзрелости по NaClдолжен быть не менее 12—14. Содержание целлюлозы выдерживают на низкомуровне — 5,0—6,5. Это один из факторов, позволяющих благодаря снижению эффектаперекрытия цепей повысить ориентационную вытяжку волокна. Высокая вязкость прядильногораствора достигается за счет сохранения степени полимеризации на высокомуровне — около 500—550.
При формовании полинозного волокнахарактерна совершенно иная закономерность для пути волокна в осадительной ванне,чем для обычного и высокомодульного волокна. При коротком пути в ваннеблагоприятнее условия для ориентационной вытяжки и выше прочностныехарактеристики полинозного волокна. Оптимальная величина пути составляет 20—30см. Отверждение волокна на поверхности (точка S) начинается на расстоянии 0,2—0,5см, коагуляция проходит до оси волокна (точка D) на расстоянии 7—10 см отповерхности фильеры.
Таблица 2. зависимость физико-механических показателей волокна отсоотношения холодной и пластификационной вытяжек
Вытяжка, %
Прочность при разрыве, сН/текс
Удлинение
%
Прочность в петле, сН/текс
Модуль упругости в мокром состоянии, сН/текс
Холодная (на воздухе)
Пластифика-ционная
120
7
36,2
13,3
7,7
317
113
14
38,1
13,4
7,5
336
95
22
41,1
11,0
4,7
292
При осуществлении ориентационноговытягивания решающее значение имеет холодная вытяжка, осуществляемая навоздухе. В табл. 1 приведены физико-механические показатели полинозного волокна, полученного при разном соотношении холодной ипластификацнонной вытяжек.
<img src="/cache/referats/21120/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1032">Общая вытяжка оставалась постоянной иравной 127%. Оптимальные результаты получены при соотношении вытяжек 113 и14%. Увеличение пластификационной вытяжки до 22% приводит к некоторомуувеличению прочности в кондиционном состоянии, од-нако прочность в петле и мо-дульупругости в мокром сос-тоянии снижа-ются соответс-твенно до 4,7 и 292 сН/текс.
На рис. 5 представлены различные схе-мыформования и ориентационной вытяжки полинозного волокна.
Схема с общей пластификационнойвытяжкой жгута позволяет упростить конструкцию формовочной машины, осуществлятьпластнфикационную вытяжку в отдельном желобе, что дает возможность локализоватьвыделение сероуглерода, получить концентрированную ГВС и направить ее нарегенерацию. Кроме того, по этой схеме можно получать полинозное волокно, посвоим показателям равноценное волокну, сформованному по сложной схеме с индивидуальнойпластификационной вытяжкой, что видно из приведенных данных табл. 3:
По общей схеме
По ндивиду-
альной схеме
Прочность при разрыве, сН/текс
37,05
37,9
Удлинение, %
12,8
13,0
Прочность в петле, %
13,8
13,5
Потеря прочности в мокром состоянии, %
20,3
19,6
Модуль упругости в мокром состоянии, сН/текс
194
200
Коэффициент вариации по прочности, %
16,4
15,7
Растворимость в 6,5 %-ном растворе NaOH
1,87
1,94
Набухание в воде, %
62,6
63,1
Как видно из приведенных данных,прочность волокна в кондиционном состоянии, в петле и в мокром состояниинаходится приблизительно на одном уровне. Экспериментальная проверкафизико-механических показателей волокон, полученных с максимально удаленныхдруг от друга формовочных мест, также показала полную их идентичность. Это объясняетсямедленной скоростью кристаллизации вследствие низких температуры и содержаниясерной кислоты в волокне.
4. ФОРМОВАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОГОПОЛИНОЗНОГО ВОЛОКНА
<img src="/cache/referats/21120/image012.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033">Известен способ получения полинозноговолокна с прочностью 50—60 сН/текс. Принцип его основан на превращенииксантогената целлюлозы в метилольное производное с низкой температуройстеклования, способного к большим ориентационным вытяжкам. Для образованияпроизводного в вискозу или осадительную ванну добавляют формальдегид. Оптимальнаяконцентрация формальдегида в вискозе составляет 5—10, в осадительной ванне —20—25 г/л. Взаимодействие ксантогената целлюлозы с формальдегидом описываетсяуравнением
Метилольное производное ксантогенатаболее устойчиво к действию кислоты, содержащейся в осадительной ванне. Поэтомусвежесформованное волокно содержит больше неразложившихся ксантогенат-ныхгрупп. Зависимость γcs2в волокне, выходящем из осадительной ванны, от концентрацииформальдегида показана на рис. 6. При формовании без формальдегида для выбранныхпараметров γcs2= 2,5. Повышение концентрации формальдегида в осадительной ванне до 20 г/л сопровождается возрастанием степени этерификации до 28.Одновременно наблюдается некоторое замедление диффузии серной кислоты, обнаруживаемоепо увеличению продолжительности нейтрализации. Однако наиболее существенноезамедление диффузии наблюдается после достижения концентрации формальдегида 20г/л, тогда как самые высокие физико-механические показатели достигаются приконцентрации 20—25 г/л формальдегида. На основании этого факта можно сделатьвывод, что достижение высокой прочности в присутствии формальдегида в первуюочередь связано с образованием метилольного производного ксантогенатацеллюлозы, а не с изменением условий осаждения и надмолекулярной структурыгеля. В этом отношении механизм действия добавок формальдегида значительноотличается от механизма действия модификаторов, которые прежде всего замедляютдиффузию, изменяя условия осаждения и структуру свежесформованного волокна.
Полинозное волокно, сформованное в присутствииформальдегида, способно к очень большим ориентационным вытяжкам (до 200—300%),не характерным для вискозных волокон. Это объясняется высокой сольватациейметилольного производного ксантогената, слабым межмолекулярным взаимодействиеми высокой вязкой составляющей в продольной деформации.
Таблица 4. Влияние ориентационной вытяжки насвойства полинозного волокна, сформованного с добавкой формальдегида осадительной ванне.
Ориентационная вытяжка, %
Прочность, сН/текс
Удлинение при разрыве, %
Прочность а петле, %
Модуль упругости, сН/текс
Растворимость в 6,5 %-ном
р-ре NaOH
75
29.7(18.9)
13.6(18.1)
12.6
108
7.0
125
36.9(23.4)
12.7(15.1)
12.6
108
6.3
170
42.3(32.4)
13.2(14.2)
12.6
162
5.6
200
51.3(37.8)
10.4(10.9)
9.0
234
4.2
220
54.0(45.0)
10.2(11.1)
8.1
252
3.9
240
55.8(42.3)
10.7(11.8)
8.1
270
3.7
260
61.2(41.4)
9.5(10.3)
8.1
342
3.5
В табл. 4 представлена зависимостьнекоторых показателей волокна от величины ориентационной вытяжки.
Прочность волокна в кондиционных условияхвозрастает с 29,7 сН/текс при вытяжке 75% до 54,0 – 61,2 сН/текс при вытяжке240 -260%. Одновременно снижаются удлинение (с 13,6 до 9,5-10,7%), прочность впетле (с 12,6 до 8,1сН/текс), существенно возрастают прочность и модульупругости в мокром состоянии — соответственно с 18,9 до 42,3 и со 108 до 342сН/текс. Растворимость в щелочи также уменьшается с 7,0 до 3,5%
Одной из важных особенностей способаполучения полинозного волокна в присутствии формальдегида является применениесравнительно высоких скоростей формования (40-50 вместо 12 – 18 м/мин припроизводстве полинозного волокна обычноготипа).
Промышленная реализация методаполучения высокопрочного полинозного волокна пока невозможна главным образомиз-за дополнительной высокой вредности производства при использованииформальдегида. Кроме того, в осадительной ванне при взаимодействииформальдегида с сернистыми продуктами образуются дисперсные примеси,затрудняющие осуществление технологического процесса в производственноммасштабе.
5. ФОРМОВАНИЕ ПОЛИНОЗНОГОВОЛОКНА
ЭКОНОМИЧНОГО ТИПА
Одной из основных особенностейформования полинозного волокна, как уже отмечалось выше, является применение«мягких» осадительных ванн с низким содержанием серной кислоты. Формуемоеволокно на достаточно большом расстоянии от фильеры находится в жидкомсостоянии и чувствительно к воздействию случайных турбулентных потоковосадительной ванны. Для повышения устойчивости процесса снижают скоростьформования и повышают вязкость вискозы до 22—30 Па*с. Увеличение вязкостидостигается за счет снижения деструкции, т.е. использованием высокополимерныхвискоз.
Получение высоковязких вискоз,обеспечивающих необходимую стабильность жидких струек при мягких условияхформования, можно достичь также повышением концентрации целлюлозы в вискозедо 11 — 12%, сохранив содержание гидроксида натрия на оптимальном уровне, т. е.равным 5,5 — 6,5%. Вискозы такого состава являются экономичными как поотношению щелочи к целлюлозе, так и по количеству воды, вносимой в осадительнуюванну. Снижение способности к упрочнению волокна сформованного изконцентрированных вискоз, можно компенсировать подбором подходящих условийосаждения. Учитывая, что осаждение ксантогената целлюлозы и образованиенадмолекулярной структуры является фазовым процессом, аналогичнымкристаллизации, имеются широкие возможности для регулированияструктурообразования за счет введения в осадительную ванну различного родадобавок, т. е. применения многокомпонентных ванн. Активными структурообразующимисвойствами помимо сульфатов цинка и натрия обладают такие вещества, какфосфорная кислота, аммонийные соли, соли четвертичных аммониевых оснований идр. Особый интерес представляют Н3РО4 и (NH4)2SO4. При их введении в осадительную ванну быстрее протекаетнейтрализация без разложения ксантогената, что создает предпосылки дляосуществления формования на осадительной ванне с низкой концентрацией сернойкислоты без снижения стабильности процесса.
На основе изложенных предпосылок былразработан технологический процесс получения полинозного волокна экономичноготипа. По своим показателям оно занимает промежуточное положение междувысокомодульным и обычным полинозным волокном. Его прочность в кондиционныхусловиях составляет 32—34 сН/текс, потеря прочности в мокром состоянии – 30 —35%. Модуль упругости в мокром состоянии в 1,5 раза выше, чем увысокомодульного, но на 60—70% ниже, чем у полинозного.
Волокно формуют при концентрациифосфорной кислоты в осадительной ванне 5—15 г/л, что позволяет снизить содержаниесерной кислоты до 15—20 г/л, повысить содержание ксантогенатных групп вволокне, поступающем на вытяжку, и получить волокно из концентрированныхвискоз с достаточно высокими физико-механическими характеристиками. Чтокасается других параметров формования, то они близки к параметрам полученияполинозного волокна обычного типа.
В табл. 5 показана зависимостьпрочностных показателей и модуля упругости в мокром состоянии от пути волокна восадительной ванне. В данном случае в противоположность технологическомупроцессу получения высокомодульного волокна наблюдается обратная зависимость.При увеличении пути волокна в ванне с 22 до 34—48 см прочность снижается на12%, а модуль упругости в мокром состоянии — на 27%. Такая закономерность,по-видимому, объясняется тем, что для ориентационной вытяжки полинозноговолокна основное значение имеет высокая степень пластификации волокна, т. е.его агрегатное состояние, тогда как для высокомодульного волокна определяющую рольиграет его надмолекулярная структура.
Полинозное волокно, формуемое изконцентрированных вискоз, обладает лучшей стабильностью размеров по сравнениюс высокомодульным волокном. К его недостаткам можно отнести недостаточнуюпрочность в петле, что необходимо учитывать при выборе областей примененияэтого волокна.
Таблица 5. влияние пути волокна восадительной ванне на его физико-механические свойства *.
Путь волокна, см
Прочность, сН/текс
Удлинение, %
Прочность в петле, сН/текс
Модуль упругости, сН/текс
22
35,3 (24,1)
14,5 (15,9)
4,5
112
27
34,7 (22,0)
14,7 (16,8)
4,3
114
34
33,6 (22,4)
13,5 (16,6)
3,7
104
48
31,6 (17,8)
16,2
-
88
* цифрыбез скобок – для волокна в кондиционном состоянии, в скобках – в мокромсостоянии.
6. ФОРМОВАНИЕ ВОЛОКНАТИПА ВХ
Волокно типа ВХ по особенностямтехнологии получения не относится к полинозным волокнам. Однако по своимсвойствам оно аналогично полинозным волокнам, особенно высокопрочного типа.Волокно ВХ обладает максимально высоким модулем упругости в мокром состоянии —400 — 450 сН/текс. По прочности оно превосходит лучшие сорта тонковолокнистогохлопка, имеет низкую линейную плотность 0,05 — 0,10 текс. Используется восновном для производства особо тонких тканей — батиста и маркизета. Дляпереработки в пряжу волокна с такой низкой плотностью используют машины,применяемые для переработки жгутового волокна по сокращенной схеме.
Основной особенностью технологииполучения волокна ВХ является применение в качестве осадительной ванныконцентрированной серной кислоты. Первоначально формование вискозных волоконв осадительной ванне, содержащей 55% H2SO4, предложено Лилиенфельдом, и сам способ формованияполучил его имя. По способу Лилиенфельда выпускались волокна седура,дюрафиль, мериль. Технология получения волокна ВХ характеризуетсяприменением вискоз с повышенной степенью полимеризации (500—600) иосадительной ванны с более высокой концентрацией кислоты (62—66%). Осаждениексантогената целлюлозы в ванне такого состава происходит в основном за счетдесольватации.
Для получения вискозы рекомендуютприменять облагороженную целлюлозу с низким содержанием гемицеллюлоз и равномернымфракционным составом. Однако соблюдение этой рекомендации важно при полученииособо высокопрочных волокон