Прядение — это производственный процесс создания полимерных волокон . Это специализированная форма экструзии , которая использует фильеру для формирования множества непрерывных нитей. [1]
Если полимер является термопластиком , то он может подвергаться формованию из расплава. Расплавленный полимер экструдируется через фильеру, состоящую из капилляров, где полученная нить затвердевает при охлаждении. Нейлон , олефин , полиэстер , саран и сера производятся с помощью этого процесса. [1]
Гранулы или пеллеты твердого полимера подаются в экструдер . Гранулы сжимаются, нагреваются и расплавляются экструзионным шнеком, затем подаются в прядильный насос и в фильеру.
Процесс прямого прядения позволяет избежать стадии твердых полимерных гранул. Расплав полимера производится из сырья, а затем из полимерного финишера напрямую перекачивается в прядильную фабрику. Прямое прядение в основном применяется при производстве полиэфирных волокон и нитей и предназначено для высокой производительности (>100 тонн/день).
Если температура плавления полимера выше температуры его разложения, полимер должен пройти методы прядения из раствора для формирования волокна. Сначала полимер растворяется в растворителе , образуя прядильный раствор (иногда называемый « прядиль »). Затем прядильный раствор проходит методы сухого, мокрого, сухоструйного мокрого, гелевого или электропрядения.
Прядильный раствор, состоящий из полимера и летучего растворителя, выдавливается через фильеру в испарительную камеру. Поток горячего воздуха сталкивается со струями прядильного раствора, выходящими из фильеры, испаряя растворитель и затвердевая нити. Прядильное выдувание раствора — это аналогичная технология, при которой полимерный раствор распыляется непосредственно на мишень для получения нетканого волокнистого мата. [2]
Мокрое прядение является старейшим из пяти процессов. Полимер растворяется в прядильном растворителе, где он выдавливается через фильеру, погруженную в коагуляционную ванну, состоящую из нерастворителей. Коагуляционная ванна заставляет полимер осаждать в форме волокна. Акрил , вискоза , арамид , модакрил и спандекс производятся с помощью этого процесса. [1]
Вариантом мокрого прядения является мокрое прядение с сухой струей, где прядильный раствор проходит через воздушный зазор перед погружением в коагуляционную ванну. Этот метод используется при прядении лиоцелла из растворенной целлюлозы и может привести к более высокой ориентации полимера из-за более высокой растяжимости прядильного раствора по сравнению с осажденным волокном.
Гель-прядение, также известное как полурасплавленное прядение, используется для получения высокой прочности или других особых свойств волокон. Вместо мокрого прядения, которое полагается на осаждение как на основной механизм затвердевания, гель-прядение полагается на вызванное температурой физическое гелеобразование как на основной метод затвердевания. Полученное гелеобразное волокно затем набухает с помощью прядильного растворителя (похожего на желатиновые десерты ), который удерживает полимерные цепи в некоторой степени связанными вместе, сопротивляясь релаксации, которая преобладает при мокром прядении. Высокое удержание растворителя позволяет производить сверхвысокую вытяжку, как в случае с полиэтиленом сверхвысокой молекулярной массы (UHMWPE) (например, Spectra ® ), для получения волокон с высокой степенью ориентации, что увеличивает прочность волокна. Волокна сначала охлаждаются либо на воздухе, либо в жидкой ванне, чтобы вызвать гелеобразование, затем растворитель удаляется посредством старения в нерастворителе или на этапе вытяжки. С помощью этого процесса производятся некоторые высокопрочные полиэтиленовые и полиакрилонитрильные волокна. [1]
Электропрядение использует электрический заряд для вытягивания очень тонких (обычно в микро- или наномасштабе) волокон из жидкости - либо полимерного раствора, либо полимерного расплава. Электропрядение имеет характеристики как электрораспыления , так и обычного сухого прядения в растворе [3] волокон. Процесс не требует использования коагуляционной химии или высоких температур для получения твердых нитей из раствора. Это делает процесс особенно подходящим для производства волокон с использованием больших и сложных молекул. Электропрядение из расплава также практикуется; этот метод гарантирует, что растворитель не будет перенесен в конечный продукт. [4] [5]
Наконец, волокна вытягиваются для повышения прочности и ориентации. Это можно сделать, пока полимер еще затвердевает или после того, как он полностью остынет. [1]