Узел плавления полимера и формования струек расплава состоит из бункера и прядильной головки. В конической части бункера крепится кран, соединяющий бункер через компенсатор и патрубок с прядильной головкой. К верхней части бункера подведены коммуникации для подачи азота и вакуумирования. После загрузки крошки и герметизации бункера из него удаляют воздух, для чего несколько раз попеременно создают разрежение и наполняют бункер азотом.
Прядильная (или плавильно - формовочная) головка состоит из обогревающей рубашки, плавильной решетки и насосного блока. Плавильная решетка представляет собой плоский, спиралевидный, трубчатый змеевик, обогреваемый изнутри парами. Насосный блок снабжен двумя шестеренчатыми насосами - напорным и дозирующим и фильерным комплектом, состоящим из фильтрующего приспособления (металлические сетки и кварцевый песок) и фильеры - массивной пластины с отверстиями диаметром 0,20-0,25 мм (для мононити до 0,5 мм). Плавильная решетка и насосный блок находятся в рубашке прядильной головки, обогреваемой парами или жидким ВОТ от общей котельной или при помощи местного электронагревателя.
Из бункера крошка самотеком через кран, компенсатор и патрубок поступает на плавильную решетку, где при 265--290С0 происходит плавление крошки. Расплавленная смола собирается в коническом пространстве под решеткой, откуда забирается нагнетательным насосом и передается к дозирующему насосу. Дозирующий насос нагнетает расплав под избыточным давлением до 8 МПа, продавливая его через фильтр и фильеру, откуда он выходит в виде тонких равномерных струек.
Зона отверждения струек расплава и образования элементарных и комплексной нити состоит из обдувочной и прядильной (сопроводительной) шахт. Выходящие из отверстий фильеры струйки расплава полимера застывают в виде элементарных нитей, где они соединяются в пучок, образуя комплексную нить, которая поступает к приемно-намоточной части машины.
Обдувочная шахта размещается непосредственно под фильерой и служит для создания равномерного потока воздуха в направлении, перпендикулярном движению элементарных нитей. Благодаря этому фиксируется движущийся пучок элементарных нитей (комплексная нить) в определенном положении и исключается возможность колебания их и образования утоненных и утолщенных участков. Для обдувки применяют кондиционированный воздух. Из обдувочной шахты комплексная нить попадает в прядильную шахту, которая служит для ограждения формующейся нити от влияния случайных воздушных потоков и для дополнительного охлаждения в случае формования технических нитей.
Выходящие из прядильной шахты нити касаются увлажняющих и замасливающих устройств (шайб) и, проходя через два прядильных диска, поступают на приемную бобину, которая приводится во вращение фрикционным валом.
Прядильные диски служат для удобства заправки нити и, кроме того, способствуют устойчивому режиму формования нити с постоянной скоростью, предотвращая колебания элементарных нитей в зоне отверждения, вызываемые возвратно-поступательным движением нитераскладчика.
Сформованная нить после нанесения замасливателя принимается на паковку. Вытягивание нити производится на крутильно-вытяжной машине (рисунок 3).
Невытянутая нить с паковки 1 через нитепроводники 2 и 3 и нитеводитель 4 подается питателем 5 состоящего из фрикционного вала и прижимного ролика, с заданной линейной скоростью на вытяжное устройство - ролик 7 и вытяжной диск (галету) 8. Последний приводится с постоянной линейной скоростью, а ролик 7 вращается нитью. Ролик устанавливают на машине таким образом, чтобы его ось находилась под некоторым углом к оси вращения галеты. Благодаря этому нить на ролике 7 и галете 8 располагается по винтовой линии при этом число витков должно быть таким, чтобы обеспечивалось движение нити без скольжения. Нить вытягивается в результате разности скоростей вращения питателей и галеты. Сходящая с галеты нить принимается на алюминиевый патрон 10, сидящий на веретене.
Рисунок 3. Схема крутильно-вытяжной машины: 1 - паковка с невытянутым волокном; 2, 3 - нитепроводники; 4 - нитеводитель; 5 - питатель; 6 - тормозная палочка; 7 - ролик для раскладки нити; 8 - галета; 9 - ограничитель нити; 10 - патрон.
3. Свойства и области применения готовой продукции
Применяют полиформальдегидные волокна для производства технически фильтровальных тканей, рыболовных и рыбоводных изделий (например, садки для мальков), канатов, швейных ниток. Ультратонкие полиформальдегидные волокна в виде нетканых фильтровальных материалов используют для тонкой очистки газов и жидкостей.
Прочность волокна в зависимости от степени его вытягивания составляет 50--100 гс/текс, удлинение -- 8--16%. Следовательно, полиформальдегидное волокно, полученное вытягиванием свежесформованного волокна на-800--1000%, является одним из наиболее прочных среди обычных типов синтетических волокон.
4. Расчет фильерной вытяжки, ч
Принимаем скорость формования нити, Vп = 900 м/мин; линейная плотность нити, Tt = 125 текс f 110; плотность расплава с = 1410 кг/м3[4]; диаметр отверстия d = 0,20 мм; кратность вытяжки 6,5; содержание замасливателя на нити 0,9% (масс); влажность нити 1,5% (масс)
Вычисляем подачу расплава полимера
5,07•10-4 м3/мин;
«Живое сечение» фильеры при диаметре отверстия 0,20 мм равно:
3,454•10-6 м2;
Скорость экструзии расплава, V0, с диаметром отверстия 0,20 мм
м/мин;
Фильерная вытяжка
6.1раз = 510%
5. Оценка стабильности процесса нитеобразования
Стабильность процесса нитеобразования предопределяет возможность получения комплексной нити заданной линейной плотности с одинаковыми характеристиками всех составляющих ее филаментов как по диаметру, форме поперечного среза и структуре, так и постоянство всего комплекса свойств в продольном направлении (по всей длине).
Оценим стабильность процесса нитеобразования при формовании нити на основе данного полимера по принятым данным:
линейной плотности Тt125 текс f 110. Содержание замасливателя на нити 0,9 % (масс); влажность нити 1,5 %(масс). Фильера 110/0,20. Нить подвергается ориентационному вытягиванию лd = 6,5. Длина пути нити в шахте, L=3,5 м. Температура расплава Тm=290 0С. Температура «обдувочного» воздуха И1 = 16 0С. Скорость «обдувочного» воздуха 0,70 м/с. Скорость приема нити Vп=900 м/мин.
Подача расплава на одну фильеру:
Так как с = 1410 кг/м3, то
м3/мин.
Подача расплава на одно отверстие в фильере:
м3/мин
«Живое» сечение фильеры:
м2
Скорость экструзии расплава:
V
м/мин
«Фильерная» вытяжка:
раз.
Радиус филамента в точке «отверждения»:
Расстояние от поверхности фильеры до «точки отверждения»:
Ls = (1,99 • 103-5,55 • Vп0,5) • Qf
что составляет:
Ls = (1,99 • 103 - 5,55 • (900 • 100/60)0,5) • 6,4 • 1410/1000 = 345,4? 346 см
Температура нити в этой точке:
Тf = И1 + (Tm - И1) • exp(-x/x0)
Здесь: x = Ls • 10-2; х0 = Кs • Tt,f0,79 • d0-0,29 • Vп0,74 и Ks = 21,1 • 10-4 .
Tf = 20 + (290 - 16) • exp(-2 /21,1•10-4 • (125/110)0,79 • 0,20-0,29 • 9000,74) =
=293,25 0C.
Плотность полимера сf = 1410 кг/м3.
Тогда: м.
Значение среднего коэффициента конвективного теплообмена, бкто, от остывающей струи расплава к охлаждающему воздуху по эмпирической формуле:
бкто = 0,166 • 10-6 • (р • rf2)-0,833 • Vп0,333 [1 + 8• (Vа/Vп)2]0,167,
где Vа и Vп - скорость «охлаждающего» воздуха и приема нити, соответственно, м/с, а rf - радиус филамента, м.
бкто= 0,166 • 10-6• [3,14 • (1,6 • 10-6)2]-0,833 • 150,333 • [1+8• (0,7/15)2]0,167=
=605Вт/м2•0С
Величина критерия Стентона для заданных условий нитеобразования рассчитывается по формуле:
Значение удельной теплоемкости при 53 0С принимаем равным Ср =1,011 кДж/кг•К, а сf = 1410 кг/м3. Тогда:
Значение безразмерной характеристики стабильности процесса нитеобразования
о0=ко • St • exp(-St)
принимаем ко=3,0.
Тогда: о0 =3,0 • 0,06 • exp(-0,06) =0,19.
При о0 = 0,19 и ч = 6,1, процесс нитеобразования будет стабильным [8].
Заключение
В данной курсовой работе была предложена технологическая схема получения полиформальдегидных нитей. Были произведены расчеты температур стеклования, плавления, начала термодеструкции, был рассчитан параметр растворимости полимера, подобран растворитель, а также была рассмотрена область применения готовой продукции.
Список использованных источников
полимер формальдегид сырьевой производство
1. Щербина Л.А. Априорная оценка некоторых физико-химических свойств плёнко- и волокнообразующих полимеров: Сборник задач и упражнений/ Л.А. Щербина, Б.Э. Геллер, А.А. Геллер. ? Могилёв: УО МГУП, 2008. - 136 с.
2. Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов: СТП СМК 4.2.3-01-2011. - Введ. 2011-04-07. - Могилев: Могилевск. гос. ун-т продовольствия, 2011. - 43 с.
3. https://greenologia.ru/othody/sinteticheskie/formaldegid-ispolzovanii.html.
4. https://mplast.by/encyklopedia/poliformaldegid/.
5. http://www.kompamid.ru/materialy/poliformaldegid-poliacetal-pfl-pom.php.
6. Ениколопян Н.С., Вольфсон С.А. Химия и технология полиформальдегида. М., «Химия», 1967, 280 с. Кохно Ю.А. и др. Полиформ альдегид. Киев, «Техника», 1964, 192 с.
7. Лосев И.П., Тростяиская Е.Б. Химия синтетических полимеров. Изд. 3-е. М., «Химия», 1971, с. 478--483.
8. Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов: СТП СМК 4.2.3-01-2011. - Введ. 2011-04-07. - Могилев: Могилевск. гос. ун-т продовольствия, 2011. - 43 с.
9. Щербина Л.А. Априорная оценка некоторых физико-химических свойств плёнко- и волокнообразующих полимеров: Сборник задач и упражнений/ Л.А. Щербина, Б.Э. Геллер, А.А. Геллер. ? Могилёв: УО МГУП, 2008. - 136 с.