Производство полиэфирных нитей

 

Введение

 

   Промышленность химических волокон возникла на рубеже 20-го  века, в связи с необходимостью в значительном расширении ассортимента текстильных материалов, так как натуральные волокна по количеству, и, что особенно важно по качеству не отвечали  возросшим требованиям.

 Производство химических волокон  началось с выпуска искусственных  волокон, в частности с производства  вискозных волокон и нитей, которые сохраняют свою актуальность  до настоящего времени. В 20-х годах появились ацетатные волокна, а 30-50-х годах появились синтетические волокна (полиамидные, полиэфирные полиакрилонитрильные, галогенсодержащие и полиолефиноавые). В середине 60-х годов промышленностью начали выпускаться малотоннажные волокна со специфическими свойствами (терможаростойкие, высокопрочные, высокомодульные). Развитие производства химических волокон обусловлено ограниченной возможностью расширения сырьевой базы натуральных волокон и высокой технико-экономической эффективностью производства и использования химических волокон. Они стали незаменимыми не только в качестве волокон широкого бытового назначения, но и как ценное техническое сырье. Во многих отраслях современной техники (ракетостроение, космонавтика, авиация и другие) технический прогесс тесно связан с применением химических волокон. В Белоруссии выпускаются

почти все известные химические волокна:

- вискозные (Могилев, Светлогорск)

- полиамидные (Гродно)

- полиэфирные (Могилев, Светлогорск)

- полиакрилонитрильные (Новополоцк)

- полипропиленовые (Могилев, Светлогорск)

Начиная с 1959 года промышленность синтетических волокон развивалась ускоренными темпами. Создание  производства  синтетических   волокон   знаменовало собой новый этап в развитии промышленности химических волокон, так как они обладают универсальными, а в ряде случаев, уникальными свойствами.

    Синтетические полиэфирные волокна, производятся из сложных полиэфиров  – высокомолекулярных веществ, отдельные  звенья макромолекул которых  связанны между собой сложноэфирными  группами – С – О –

                    О

Полиэфиры впервые были получены Гей-Люсаком в 19 веке, но они были непригодны для получения волокон. Волокнообразующие полиэфиры были получены в 30-х годах в США  Карозерсом, но они имели низкие физико-механические показатели. В 1941 году англичане Уинфильд и Диксон продолжая работы Карозерса, получили высококачественный эфир на основе терефталевой кислоты и этиленгликоля, и в 1943 году было впервые получено волокно. В СССР впервые полиэфирное волокно было получено на Курском ПО в 1960 году, а в 1968 году было пущено крупнейшее в Европе предприятие в городе Могилеве.   В настоящее время

промышленный   выпуск  полиэфирных волокон  базируется  на

переработке полиэтилентерефталата – продукта поликонденсации терефталевой кислоты или диметилового эфира с этиленгликолем. Полиэфирные нити и волокна являются наиболее универсальным и массовым сырьем для технических изделий и товаров народного потребления.

Выпускаются полиэфирные:

Текстильные нити, которые используются для тонких тканей, трикотажа, швейных и медицинских ниток.

   Технические  нити для изготовления транспортных лент, шлангов, канатов, приводных ремней, парусов, веревок.

   Объемные нити для тканей, трикотажа, носочно-чулочных изделий.

    А так же выпускается моноволокно, ковровый жгутик, но на 70% выпускается волокно как    жгутовое так и резаное. Выпускается оно матированное и нематированное, окрашенное  в массе или поверхностно и неокрашенное. Отличается по степени полимеризации, физической структуре, профилю поперечного среза, но  все они получаются из одного сырья, имеют один технологический процесс и подобные свойства.  

Наряду с производством полиэфирных волокон, комплексных нитей выпускаются и мононити – это одиночные нити большой длины, неделящиеся в продольном направлении без разрушения и пригодные для непосредственного изготовлении изделий.

Мононити чаще всего используются в виде лески, а так же для изготовления  рыболовных  сетей  и  мукомольных  сит.  Иногда

мононити применяются в различных измерительных приборах.        

 

  

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристика сырья, материалов и полупродуктов

 

 

    В производстве полиэфирных мононитей основным сырьем является:

1. Гранулят полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - продукт поликонденсации терефталевой кислоты или ее диметилового эфира с этиленгликолем. На основе полиэтилентерефталата получают полиэфирные волокна

.Технические условия фирмы «Уде» ФРГ

Внешний вид: от светло – серого до светло – желтого.

Удельная вязкость в ДХУ кислоте, ед:  825 3

Желтизна и яркость:  max 28   min 24

Массовая доля ТiO2:  0,36% 0,02

Массовая доля влаги:  max 0,1%

Массовая доля пыли:   max 0,06%

Массовая доля непрорезов:  max 0,1%

Массовая доля диэтиленгликоля:  max 0,8%

Содержание карбоксильных групп:  max 30мг/экв/кг

Желтизна по методу Эмрефа, ед. – 25 3

Белизна по методу Эмрефа, ед – 54 3

 Размер гранул мм:   4 3; 5 5,0

 Точка размягчения: 261   2ºС

 Массовая доля посторонних включений: 0,001%

2. Азот

Технические условия фирмы «Уде» ФРГ

Его используют для создания инертной среды и предотвращения термоокислительной деструкции расплава.

Избыточное давление МПа(бар) - 0,5-0,6 (5-6)

Массовая доля кислорода – не более 0,0005%

Точка росы – (- 40ºС)

3. Замасливатель (специальный)

Технические условия фирмы «Уде» ФРГ

Применяется при формовании нитей текстильного и технического назначения для снижения электризуемости, придания нитям мягкости, скольскозти,  уменьшения поверхностного трения, возникающего при прохождении нити через нитепроводящую гарнитуру, компактности.

Внешний вид – прозрачная , светложелтая жидкость

Плотность – 0,8613 г/см3

Температура плавления – 18ºС

Температура кипения -350-406ºС

  4. Динил

Технические условия фирмы «Уде» ФРГ

 Теплоноситель для создания повышенных температурных режимов

( до 280 – 300ºС). Высококипящий, органический теплоноситель для обогрева экструдера.

Внешний вид – прозрачная слегка желтоватая жидкость с запахом герани.

Температура кипения – 256-258ºС

Температура плавления – 12,3ºС

Плотность при 20ºС – 0,8613 кг/м3

Молекулярный вес – 166

Массовая доля влаги при 20ºС – 0,02%

Температура вспышки – 115ºС

Абсолютная диэлектрическая проницаемость при20ºС – 3,30 Ф/м 2

Электрическое сопротивление при 20ºС – 1,32 10 – 1 Ом/см2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

 

В настоящее время большинство прядильных машин для формования полиэфирных нитей осращаются плавильно-формовочными устройствами экструдерного типа.

  Плавильно-формовочные  устройства экструдерного типа отличаются высокой производительностью по расплаву, небольшой продолжительностью пребывания расплава (от 20 до 60с) при высоких температурах, возможностью переработки высокомолекулярного полиэтилентерефталата, простотой и надежностью в эксплуатации, возможностью передачи расплава от одного плавильного устройства (экструдера) на несколько прядильных мест – фильерных комплектов. При формовании текстильной нити малой линейной плотности от одного экструдера расплав подается одновременно на всю машину. Экструдийные устройства устанавливаются над прядильной машиной в горизонтальном положении.

Горизонтальный экструдер для переработки гранулята ПЭТФ.

Движение полимера по экструдеру происходит с помощью шнека, который вращается в обогревательном цилиндре. Цилиндр обогревается с внешней стороны при помощи трубок Беккера . Это создает условия для постоянного  плавления гранулята и нагревания расплава полимера во время его движения. На конце обогреваемого цилиндра находится фланец, к которому крепится

расплавопровод для распределения расплава по местам формования прядильной машины. Каждое формовочное место имеет дозирующий насосик. Загрузка крошки в экструдер производится через воронку. Чтобы предотвратить налипание гранул в загрузочном отверстии и образование “сводов”, препятствующих подаче гранул в экструдер, зона загрузки снабжена рубашкой охлаждения. В качестве охладителя используется вода.

В экструдере различают три рабочие зоны, расположенные по длине червяка: первая зона – зона загрузки, вторая зона – зона сжатия, третья  зона – зона дозирования.

В зоне загрузки полимер разогревается до температуры плавления. В этой зоне самый интенсивный подвод тепла как от теплоносителя, так и за счет трения в шнековом цилиндре при транспортировке гранул (Т = 250-252ºС).

В зоне дозирования расплав перемещается при постоянной температуре. Эта часть экструдера работает как винтовой насос. Температура в зоне поддерживается до 300-310ºС

В зоне сжатия происходит плавление полимера, то есть полимер переходит из твердого состояния в жидкое (Т= 280ºС)

Шнеки для переработки полиэфира имеют довльно длинные зоны загрузки и сжатия. Давление на выходе из экеструдера в среднем составляет 392266- 1176798 Па.

Для получения мононитей используют агрегат на котором последовательно проводятся операции: плавление, формование, вытягивание, термообработка, калибровка и намотка.

Плавление  гранулята   ПЭТ  осуществляется  в  экструдере   с

диаметром шнека 50мм и производительностью соответственно70кг/час. Фильера имеет 15 отверстий, а диаметр их зависит от линейной плотности формуемой мононити и у меня равен 0,25мм. С тем чтобы избежать овальную форму в поперечном сечении мононити лавсан, особенно больших диаметров (более 0,8мм), соотношение длины к диаметру капилляра отверстия фильеры должно быть 10. Выходящие   из  фильеры со   скоростью

30 м/мин  струйки расплава охлаждаются  в закалочной ванне, где поддерживается  температура воды 60ºС. Далее мононити  вытягиваются в две стадии  при общей кратности 5 при температуре  160ºС. При необходимости получения мононитей с отклонением по диаметру не выше ± 0,01мм одновременно с процессом ориентационной вытяжки осущестрвляют колибровку (волочение) мононити. Термообработка в зависимости от заданной усадки и уровня структурно-механических свойств мононитей проводится под натяжением или в свободном состоянии. Скорость приема готовых мононитей на двухфланцевые катушки – 120м/мин (масса паковки – 1,5-2,0кг)

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА

 

   По своему строению ПЭТФ типичный волокнообразующий полимер без разветвлений и сшивок. При нагревании выше 80ºС ПЭТФ кристаллизуется, теряет прозрачность, превращается в вещество с плотностью – 1,38- 1,40г/ см3.

   Производство полиэфирных  мононитей  осуществляется  по технологической схеме в которой совмещены в одной непрерывной линии операции формования, ориентационной вытяжки, термообработки и намотки.  Для плавление гранулята ПЭТФ использую плавильные устройства с принудительной подачей гранулята. Экструдер установлен над прядильной машиной в горизонтальном исполнении. При формовании мононитей от одного экструдера расплав  подается одновременно на всю прядильную машину.

Машина изолирована стеклянной ватой и заключена в теплоизоляционный кожух.

 В данном экструдере  шнек приводится во вращение от электродвигателя через электромагнитную муфту скольжения и планетарный редуктор. Гранулы полиэфира поступают в загрузочный бункер с помощью пневмотранспорта из сушилки, установленной  над бункером. Далее гранулят по распределительному патрубку поступает в плавильное устройство. Основная   задача плавильного устройства – перевод полимера

из твердого в вязкотекучее состояние. Плавление происходит в шнеке на плавильной решетке. Цилиндр обогревается при помощи трубок Беккера, установленных в блоке и имеет несколько зон обогрева с различной температурой.  Зонный обогрев цилиндра позволяет создать наилучшие условия для постепенного,  равномерного и полного плавления гранулята,  и нагревания  расплава ПЭТ при движении его по каналам, а так же минимальную деструкцию ПЭТ, достигаемую при температуре формования 290ºС и минимальной продолжительности нахождения расплава при этой температуре  шнека. Полученный расплав  из экструдера поступает внутрь стояка через запорное устройство пробкового типа к дозирующему насосику,  нагнетающему расплав через канал   к нитеобразователю – фильере. Для формования полиэфирных нитей применяют фильеры круглого профиля с количеством отверстий 15. Диаметр отверстий фильеры равен 0,25мм  На линии движения расплава между плавильным устройством (экструдером) и прядильным блоком  устанавливается аппарат с двумя комплектами фильтрующих материалов( во время работы одного другой подвергается  чистке и отпадает необходимость останова машины  во время засорения фильтра). В качестве фильтрующих материалов используются сетки из мелкозернистого металла, нетканый материал из тонкой металлической проволоки.

Общая продолжительность пребывания полимера в расплавленном состоянии составляет в целом 4 минуты, поскольку полиэтилентерефталат    недостаточно     термостабилен     при