Dannelsen af kemiske fibre er et kompleks af processer, der forekommer under dannelsen af elementære filamenter fra tynde strømme af en smelte- eller polymeropløsning, der strømmer fra hullerne i en spindedyse, og processerne med strukturdannelse i en hærdet fiber. Formning er et af de kritiske stadier af den teknologiske proces og har en afgørende indflydelse på strukturen og egenskaberne af den resulterende fiber.
Polymeren er fiberdannende, dvs. en fiber kan opnås fra den, hvis følgende betingelser samtidig er opfyldt:
Der er følgende måder at danne kemiske fibre på:
Polyolefin, polyester, polyamid og andre fibre opnås fra polymersmelten ved metoden til polymersmeltedannelse; acetat- og polyacrylonitrilfibre dannes af polymeropløsningen ved den tørre metode; viskose, polyacrylonitril, polyvinylchlorid osv. våd metode; polyestere.
Kun de polymerer er egnede til spinding af fibre ved smeltemetoden, hvor forskellen mellem nedbrydnings- og smeltetemperaturerne er mere end 20°C, da spindingen ellers ledsages af en mærkbar nedbrydning af polymeren, hvilket igen forværrer kvaliteten af den resulterende fiber. En anden uundværlig betingelse for at opnå fibre fra smelten er tilstrækkelig varmebestandighed og dimensionsstabilitet af polymeren, når den udsættes for temperaturer i størrelsesordenen 150°C (tekstiler skal være stabile, når de stryges). Disse faktorer begrænser antallet af polymerer, der er egnede til smeltespinding.
Ved smeltespinding dannes filamenter af kølestrømme af polymersmelten under dens smeltetemperatur. Varme fjernes fra filamentet, der dannes, ved at blæse det med køleluft. Støbehastigheden er 600-1200 m/min.
Smeltespinding bruges til at opnå følgende typer tråde og fibre:
Der er to hovedtyper af processer, der anvendes til smeltedannelse:
Smeltespindemaskiner har smeltetilførselsanordninger, støbeskafter, mekanismer til transport (nogle gange træk) og modtagelse af filamenter eller filamenter. Smelten doseres af en pumpe, filtreres yderligere og kommer ind i spindedysen. Smeltestrålerne afkøles i en lodret aksel, som består af to dele: blæser (køling) med konditioneret lufttilførsel og ledsagende uden lufttilførsel. De dannede tråde olieres, tages til emballering, og flagellerne kombineres til et fælles bundt og placeres i en beholder.
Strækningen og termodynamisk bearbejdning af trådene udføres individuelt på en snonings- og tegnemaskine. Tekstilgarn kan fremstilles uden termodynamisk behandling, hvis de er beregnet til at opnå teksturgarn eller varmebehandles ved færdiggørelse af færdige tekstilstoffer eller -produkter. Ved produktion af industrielt polyestergarn anvendes gruppebearbejdning af 100-200 garner på en gennemgående enhed, hvilket gør det muligt at opnå højere mekaniske egenskaber. Udstrækning og termodynamisk bearbejdning af bundterne udføres også på en kontinuerlig enhed, hvor de sidste faser er evakuering, korrugering og om nødvendigt skæring.
Brugen af den kombinerede proces "formning-strækning" giver dig mulighed for at øge hastigheden af modtagelse af fiber på pakker op til 3000-4000 m/min [1] . Denne proces er kun hensigtsmæssig, hvis der ikke kræves yderligere termodynamisk behandling, og den anvendes hovedsageligt til fremstilling af polyester- og polyamidgarn.
High Speed Spinning - fiberspinding med hastigheder på 4500-6000 m/min.
Essensen af højhastighedsstøbeprocessen er forekomsten af høje trækspændinger i den støbte smeltestrøm, under hvilken virkning spolen af makromolekyler rettes langs strømmen, hvilket sikrer deres høje orientering, hvilket igen inducerer processen med polymer krystallisation. Den orienteringsmæssige krystallisation af polymeren forløber adskillige størrelsesordener hurtigere end krystallisationen af polymeren ved konventionelle støbehastigheder.
Denne proces er hovedsageligt implementeret for tekstilpolyestergarn beregnet til efterfølgende teksturering eller brug i produktionen af strikvarer, hvilket forklares af den øgede forlængelse af de resulterende garner.
Smelteblæsestøbning er meget udbredt fra polyolefiner, polyamider og polyestere. Smeltestrålerne, der strømmer fra matricens huller, strækkes med en højhastighedsluftstråle og afkøles. De resulterende tråde lægges ud på en mesh-transportør i form af et ikke-vævet stof, som derefter udsættes for nålning og om nødvendigt termisk limning (kalandrering).
Under centrifugalstøbning strækkes smeltedråber, der brækker af fra en roterende rotor, i form af fibre med samtidig luftkøling.
Under elektrospinning strækkes de opløsningsstråler, der strømmer fra spindedysen, i et elektrostatisk felt. Under elektrospinning fra smelter udføres omdannelsen af den dannede polymer til en viskøs strømningstilstand ved smeltning. Følgelig kræver smeltestøbning opvarmning af matricen og harpikskammeret, hvilket udføres af fødeudstyret i smeltestøbemaskinen med varmelegemer. Hvor opløsningselektrospinding har begrænsninger, er smeltespinding mulig. De polymerer, der anvendes i smeltemetoden, kan konventionelt opdeles i tre grupper. Den første gruppe består af begrænset opløselig stortonnage plast (polyethylen, polypropylen, polyethylenterephthalat osv.), som er svære at danne ud fra en opløsning. Det andet er biokompatible/bionedbrydelige materialer (polycaprolacton, polylactid og dets copolymerer osv.), der anvendes til medicinske formål, og som er hensigtsmæssige at blive smeltespint på grund af fraværet af resterende opløsningsmiddel i den endelige fiber. Den tredje gruppe omfatter blandinger af polymerer, for hvilke der ikke er behov for at vælge et opløsningsmiddel, der er egnet til alle komponenter i blandingen.
I vådspinningsmetoden fra en polymeropløsning dannes fiberen som et resultat af vekselvirkningen af opløsningens strømme med komponenterne i udfældningsbadet. I dette tilfælde diffunderer komponenterne i udfældningsbadet ind i opløsningens strøm, og opløsningsmidlet diffunderer fra strømmen ind i udfældningsbadet, hvilket fører til koagulering af opløsningen og udfældning af polymeren i form af filamenter. I nogle tilfælde er processen med opløsningskoagulering kompliceret af kemiske reaktioner. Støbehastigheden er 30-130 m/min.
Opløsningsstøbning ved den våde metode omfatter to typer processer: uden forekomsten af kemiske reaktioner og med deres forekomst. Den første af dem bruges til at opnå følgende fibre og tråde:
Den våde metode danner også mange superstærke, superhøj modul og varmebestandige fibre baseret på aromatiske polymerer.
Normalt anvendes kontinuerlige procesmaskiner med anordninger til at levere opløsning, plastificering, strækning, vask, tørring og modtagelse. Opløsningen doseres med en pumpe og føres gennem et filter til en spindedyse. Støbningen foregår i et vandret trug, vandrette eller lodrette rør, hvor spindebadet tilføres, hvori opløsningsstrømmene strømmer fra hullerne i spindedysen og fiberen dannes.
De dannede tråde og flageller (sidstnævnte er kombineret til et fælles bundt) udsættes for efterfølgende behandlinger, herunder operationer: plastificering, strækning, modstrømsvask og tørring. Operationen med oliering af trådene udføres under yderligere forarbejdning. Bundterne udsættes desuden for flybearbejdning, korrugering og om nødvendigt skæring. Termisk strækning og varmebehandling udføres kun ved opnåelse af visse typer tråde og fibre til tekniske formål.
Støbning med strømmen af kemiske reaktioner bruges til fremstilling af hydratiserede cellulosefibre (viskose og kobber-ammoniakfibre). Processerne med deres støbning og efterfølgende forarbejdning har en række væsentlige forskelle. Således spindes viskosefibre i et spindebad indeholdende svovlsyre, natrium- og zinksulfater som hovedkomponenterne, ved højere hastigheder end andre typer fibre opnået ved vådmetoden. De dannede filamenter eller flageller udsættes for blødgørende strækning, vask, afsvovling (fjernelse af svovl dannet under støbning), flybearbejdning, tørring og om nødvendigt skæring.
I den tørre metode med at spinde fra en opløsning dannes filamenterne som et resultat af fordampningen af opløsningsmidlet fra opløsningens strømme, hvilket skyldes, at det dannede filament blæses med varm luft eller en damp-luftblanding. Støbehastigheden er 300-600 m/min.
Tørspinding bruges til at opnå følgende typer garn og fibre:
Tørformningsmaskiner har en anordning til at levere en opløsning, opvarmede aksler, mekanismer til transport og modtagelse af tråde eller flageller. Opløsningen doseres med en pumpe, opvarmes og føres gennem et filter ind i en spindedyse. De resulterende stråler af opløsning kommer ind i en lodret aksel, hvor et varmt kølemiddel (normalt luft) tilføres i en modstrøm eller medstrøm, og hvor opløsningsmidlet fordamper, og fiberen dannes.
Luft tilføres i en sådan mængde, at gas-dampblandingen har en koncentration uden for eksplosionsgrænserne (normalt under dette interval), men høj nok til den efterfølgende genvinding af opløsningsmidler. Trådene tages til pakning eller kombineres til et fælles bundt. De resulterende tråde eller træk (med undtagelse af acetat og triacetat) udsættes for termodynamisk strækning og termodynamisk behandling.
Metoden bruges til at opnå ultratynde fibre (mikrofibre) baseret på copolymerer af acrylonitril og vinylchlorid i meget flygtige opløsningsmidler (f.eks. acetone). Opløsningsstrålerne, der strømmer fra kapillærerne, strækkes i et elektrostatisk felt, opløsningsmidlet fordamper fra dem, og de resulterende tynde fibre lægges ud på en nettromle eller -transportør for at danne et tyndt ikke-vævet stof (materiale).
Det elektriske felt tjener ikke kun som et "transportmiddel og strækning af de dannede fibre", men ændrer også markant de reologiske og overfladeegenskaber af polymere væsker og ændrer derved dannelsesmønstrene af fiberstrukturen [2] .
Interessen for denne metode til støbning er forbundet med optimering og skabelse af økonomiske teknologier til produktion af ultrafiltreringsfiltermaterialer til finrensning af luft og flydende medier.
Ved elektrospinning fra opløsninger udføres overførslen af den støbte polymer til en viskøs tilstand ved opløsning i et passende opløsningsmiddel. I nogle tilfælde, hvor brugen af opløsningsmidler ikke er optimal, er smelteelektrospinding mulig.
Tør-våd spinding - støbning gennem et gas-luft lag mellem spindedysen og overfladen af udfældningsbadet bruges til at opnå tråde fra højviskositets spindeopløsninger (især baseret på hårdkædede polymerer [3] ), hvilket kræver brugen af spindedyser med en stor huldiameter og følgelig høje værdier af spindedyseekstrakter.
Støbning udføres fra top til bund ved en dyb metode eller i rør. Spindeopløsningsstrålerne rejser en afstand på 5-50 mm i luft, hvor hovedparten af spunbond-trækningen finder sted, hvorefter de kommer ind i fældningsbadet, hvor fiberen dannes. Denne metode gør det muligt at øge spindehastigheden flere gange sammenlignet med den konventionelle våde proces og at opnå en højere grad af fiberorientering. [fire]
Polymerdispersionsspindemetoden kan anvendes, når det ikke er muligt at overføre polymeren til en viskøs tilstand ved smeltning eller opløsning, men der er et betydeligt behov for en fiber fra denne polymer. På denne måde dannes fluorholdige fibre [5] [6] : polyfen , teflon og andre.
Ved spinding fra en polymerdispersion dannes filamenter af en spindesammensætning, som omfatter: en opløsning af en fiberdannende polymer, en matrix - fint dispergerede partikler af den ønskede polymer i en suspenderet tilstand og overfladeaktive stoffer. Støbningen udføres på en måde, der er karakteristisk for en fiberdannende polymer, men under mere strenge bundfældningsbetingelser, der er nødvendige for hurtig koagulering.
Der dannes en fiber fyldt med kontaktpartikler af den ønskede polymer, som udsættes for højtemperaturbehandling (for at fjerne den fiberdannende polymer gennem termisk nedbrydning). Som et resultat af øget diffusionsadhæsion mellem partiklerne af den ønskede polymer forekommer sintring med dannelsen af en fiber.
Gel-spinning [7] - spinding fra en opløsning med fasenedbrydning ved afkøling - bruges til at opnå følgende fibre:
Formning udføres i et skakt med køling eller i et kølebad. Fibrene udsættes for plastificeringsstrækning. Opløsningsmidlet fjernes ved skånsom (f.eks. vakuum) tørring eller vask med fritflydende væsker, der er blandbare med polymeropløsningsmidlet (i mange tilfælde vand) efterfulgt af tørring. Efter det, om nødvendigt, udføre termodynamisk strækning og varmebehandling.
Metoden har fundet praktisk anvendelse ved dannelse af højstyrketråde baseret på polyethylen med ultrahøj molekylvægt. [otte]