Подготовка полимеров к формованию химических волокон

Строительные и отделочные материалы — Химические волокна Гипс

Раздел: Строительные и отделочные материалы

От того насколько технологически правильно и качественно будет произведена подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон, во многом будет зависеть и качество полученной продукции. Возникает вопрос, каким образом получают ориентированные полимерные материалы — химические волокна? При этом следует иметь ввиду, что, помимо высокой прочности на разрыв, они должны обладать достаточным для практических целей удлинением, усталостной прочностью и другими показателями, необходимыми для при эксплуатации изделий. Все эти свойства волокна приобретают в процессе длительного ряда технологических операций.

В первую очередь нужно заметить, что линейные макромолекулы в полимерном материале, предназначенном для изготовления волокон, связаны между собой такой энергией, что их перемещение, неизбежное при образовании или формировании волокон, вызывает большие трудности. Поэтому подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон направлена к тому, чтобы снизить энергию сцепления макромолекул. Достигнуть этого можно несколькими методами. Следует учесть, что линейные полимерные материалы можно растворять соответствующими растворителями, в большинстве случаев они подвергаются размягчению при нагревании и при достаточной термостойкости могут переходить в жидкое состояние. Эти свойства линейных полимеров широко используют при подготовке их к формованию химических волокон.

Экономически более выгодны методы снижения энергии взаимодействия линейных макромолекул путём нагрева до перевода их в термопластичное, или ещё лучше, расплавленное состояние. Однако не все волокнообразующие линейные полимеры выдерживают действие температуры, при которой их можно перевести в расплавленное состояние. В таких случаях применяют метод термопластификации полимеров или пользуются растворителями.

Природные полимерные материалы, как например целлюлоза, и редко применяемые для изготовления волокон белковые вещества — подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон осуществляется путём растворения. Некоторые синтетические полимерные материалы перед формованием из них химических волокон лишь нагревают до размягчения, чтобы избежать термической деструкции материалов. Вискозные, ацетатные, медноаммиачные, белковые, полиакрилнитрильные (нитрон, орлон и др.), поливинилспиртовые (винол, винилон) и поливинилхлоридные (типа хлорин и ровиль) формуют из раствора полимеров. Полиамидные волокна типа капрон, анид, нейлон и другие формуют при нагревании в размягчённом состоянии.

В последнее время применяют формование волокон из полимеров в хемопластифицированном состоянии. Можно назвать сухой способ формования поливинилспиртовых волокон, например винола. В этом случае волокнообразующий полимер перед формованием из него химических волокон нагревают, добавляя в него небольшое количество растворителя. При получении сухим методом поливинилспиртовых волокон (винол) приготавливают раствор, содержащий более 40% полимера.

Естественно полагать, что чем концентрированнее прядильный раствор полимерного материала, тем это более выгодно экономически, как с точки зрения количества применяемого оборудования, так и сокращения технологических операций и расхода растворителей. Однако для получения высококачественных синтетических волокон, в особенности высокопрочных, требуется хорошо растворённый полимерный материал с возможно минимальным содержанием неполностью растворённых частиц, так называемых «геликов» именно поэтому подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон должна быть выполнена со строгим соблюдением технологии. Правда, часть «геликов» удаётся удалить из раствора путём фильтрации, но практика показывает, что полностью освободить от них прядильный чрезвычайно трудно и практически невозможно. Между тем присутствие в прядильном растворе не растворённых частиц мешает правильному образованию структурных элементов (пачек макромолекул), что ухудшает качество волокон.

Процесс растворения полимерных материалов обычно начинается с проникновения растворителя в промежутки между пачками макромолекул (мелкие капилляры и пустоты), что вызывает набухание полимера. При дальнейшем проникновении растворителя материал распадается на части, от него откалываются структурные элементы и их агрегаты. Молекулы растворителя, связываясь с активными группами макромолекул полимерного материала, разрушают междуцепные связи, а при продолжении этого процесса получается высоковязковый раствор полимерного материала. Следует кстати заметить, что вязкость растворов указывает на степень взаимодействия макромолекул и характеризует их подвижность в растворе.

Подготовка волокнообразующих полимеров к формованию химических волокон перед формованием прядильных растворов их необходимо по возможности полностью освободить от примесей — загрязнений твёрдого и газообразного характера. Первые удаляются из раствора в результате однократной или многократной фильтрации, а газообразные примеси — путём отсоса под вакуумом или выстаивании прядильных растворов в соответствующих условиях. Расплав волокнообразующих полимерных материалов при периодическом методе работы получают непосредственно перед формованием химических волокон, чтобы избежать существенных изменений или термического разложения материалов.

Расплавление полимерных материалов и подготовка волокнообразующих полимеров к формованию волокон, проводят у каждого места или для группы мест; перед фильерами поддерживают небольшой запас расплава в зависимости от свойств волокнообразующего материала. В этом случае примеси из расплава удаляют фильтрацией в самом фильерном комплекте, а газы, если правильно ведётся процесс расплавления, не захватываются жидкой массой. Следовательно, для получения химических волокон хорошего качества операции подготовки волокнообразующего полимера к формованию должны выполнятся тщательно, а энергию сцепления макромолекул необходимо снижать до возможности их лёгкого перемещения относительно друг друга.

Из чего делают полиэфирное волокно

Полиэфирный утеплитель, подложка и наполнитель матраса — это полиэтилентерефталат, он же ПЭТФ: та же смола, что идёт на бутылку. На фабрику она приходит первичной гранулой или вторичным хлопьем из промытой тары. Вторичное волокно темнее, жёстче и с большей долей коротких волокон: в тонком утеплительном пакете оно слеживается быстрее. Как получают сырьё — в статье про сырьё для производства химических волокон.

Подготовка начинается с сушки: полиэфир вытягивает влагу из воздуха, вода при плавлении разрывает макромолекулы, нить рвётся на фильере. Гранулу сушат 6–10 часов при 150–170 градусах Цельсия до остаточной влаги 0,05%.

Сушка и формование: почему важна плотность

Нетканое полотно — свалянные или склеенные волокна без ткацкого переплетения. Нить выдавливают через фильеру, вытягивают и скрепляют: три способа — три товара. Иглопробивной холст — упругая подложка 200–400 граммов на квадратный метр. Термоклеевой, пропечённый при 190–220 градусах, держит форму: это наполнитель матраса и разделительный слой. Тонкий спанбонд — ветрозащита утеплителя. Эковата к полимерам не относится: её мелют из макулатуры с антисептиком и антипиреном, она набирает воду и садится, как целлюлоза.

Плотность предсказывает поведение полотна: 10–15 килограммов на кубический метр — мат в перекрытие, 20–30 — стеновой слой, 35–60 — кровля и пол под стяжку. Лёгкий мат между стойками каркаса сползает за сезон, верх стены остаётся холодным; плотный режут враспор, с напуском 10–15 миллиметров.

Термостабилизация простыми словами

Вытянутое волокно помнит прежнюю длину: макромолекулы натянуты, как резина, и при нагреве нить сжимается — мат даёт щели в стене. Прогрев и фиксация нити в заданном размере оставляют лишь малую часть усадки — остаточную. У стабилизированного полотна это 2–5%: толщина держится десятилетиями; у нестабилизированного 20–40%, такой мат уйдёт в гармошку даже на тёплом балконе. Как стабилизируют волокно — в материале про термостабилизацию химических волокон.

Что происходит с волокном при нагреве

Отсюда правило про вентзазор. Полиэфир размягчается при 70–80 градусах Цельсия, усаживается при 120–150, плавится и горит ближе к 250–300. Стеклянное и базальтовое волокно плавится выше 700 градусов, но при 180–200 выгорает его связующее, и плита теряет форму. Тонкий лист кладут там, где он не греется, и с вентзазором: он уносит тепло стенки и пар, не доводя слой до температуры усадки. В щель у дымохода, вокруг трубы отопления, в нишу у щитка холст не запихивают: он оплавится и поддержит горение, а группы горючести Г3–Г4 — не формальность.

Что волокно делает с паром в стене

Полиэфир набирает не больше 0,4% влаги: вода остаётся на поверхности волокон и уходит при проветривании. Целлюлоза и вискоза — 8–13%, мокрый холст тяжелеет в десятки раз и перестаёт утеплять. Минвата воду не впитывает, но держит её между волокнами и сохнет месяцами — подробности в справке про свойства минеральной ваты. Сухой холст пропускает пар почти как воздух: его задача — отдать влагу наружу, а не держать. Две частые ошибки: закрыть утеплитель с тёплой стороны плотной краской или фольгой и оставить разрывы в паробарьере у розеток: оттуда тёплый воздух идёт в полость, конденсат ложится на стену, и за обшивкой появляется плесень.

Где это видно в ремонте квартиры

При утеплении стен в квартире полиэфирный мат 20–30 кг/м³ выигрывает у лёгкой плиты: не сползает и не набирает влагу от зимней стены. Пенопласт — тоже полимер, но с закрытыми порами, и пар он не пропускает вовсе; подробности в тексте про утепление стен пенопластом. На утеплении балкона тонкий холст работает только с фольгированным слоем и зазором: летом стена за обшивкой прогревается, и нестабилизированное полотно теряет толщину за сезон. Специалиста зовут, когда слой проходит через капитальную наружную стену, через противопожарную преграду или примыкает к дымоходу.

На главную