Курсовая работа: Физико-химические основы формования волокон из растворов полимеров

2. ФИКСАЦИЯ НИТИ В ПРОЦЕССЕ ФОРМОВАНИЯ

2.1 Общие сведения об отверждении нити

2.2 Фиксация нити при испарении растворителя

2.3 Диффузионные процессы при формовании волокон

2.4. Фиксация нити при застудневании раствора полимера

2.5 Структурные особенности искусственных волокон

3. Структурные особенности искусственных волокон

3.1 Ориентационное вытягивание волокон

3.2 Сушка волокон

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Переработка полимеров в изделия приобрела в настоящее время такое большое практическое значение, что теоретические основы ее превратились в самостоятельный, быстро развивающийся раздел науки о полимерах. Наибольший удельный вес при этом занимаютвопросы формования объемных изделий, т. е. изделий, размеры которых в трех взаимно перпендикулярных направлениях сопоставимы между собой. К таким изделиям относятся детали машин и приборов, заготовки для изготовления этих деталей, различные предметы техники и быта, емкости и т. п. Формование объемных изделий, особенно тех, которые должны сохранить после формования строгие и точные геометрические соотношения, возможно только при условии отсутствия в этом процессе диффузионного отделения компонентов исходной формовочной смеси. Дело не только в том, что диффузионное отделение вспомогательных компонентов (облегчающих формование, но отсутствующих в готовом изделии) резко замедляет технологический процесс. Главное заключается в том, что из-за наличия временных градиентов концентрации удаляемого компонента (например, растворителя) оказываются неравноценными условия протекания релаксационных процессов в отдельных — в частности во внешних и внутренних — областях формуемого изделия. В результате этого создаются локальные внутренние напряжения, искажающие размерные соотношения и форму готового изделия.

Условию формования без диффузионного отделения вспомогательных компонентов отвечают такие способы переработки термопластов, при которых переход в вязкотекучее (пластичное) состояние, необходимое для придания формы полимерному материалу, достигается путем его нагревания, а фиксация формы — охлаждением, причем летучие компоненты в этих переходах практически отсутствуют.

Из термопластичных полимеров вырабатывают не только объемные изделия, но и пленки, и волокна. Переработка в пленки и волокна также основана на процессе расплавления полимера, придания ему желаемой геометрической формы и фиксации этой формы путем охлаждения [1].

Моя курсовая работа посвящена изложению основных закономерностей формования волокон из растворов полимеров.

1. ФОРМОВАНИЕ ВОЛОКОН ИЗ РАСТВОРОВ ПОЛИМЕРОВ

1.1 Образование жидкой нити

Для получения волокнистого материала раствор полимера продавливается через тонкие отверстия. Вытекающая из отверстия струйка раствора подвергается отверждению путем испарения растворителя или путем застудневания.

Рассмотрение механизма образования непрерывной жидкой нити можно начать с изучения условий ее стабильности. Ограниченный объем жидкости, если на него не действует внешнее силовое поле (в том числе и гравитационное), принимает форму шара, поскольку на границе раздела жидкость — окружающая среда существует свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение), значение которой стремиться по законам термодинамики к минимуму. Тело любой другой формы при том же объеме жидкости будет иметь большую поверхность и соответственно большую поверхностную энергию.

Если одноосно деформировать шарообразную частицу жидкости, то согласно теоретическим расчетам она распадается на две капли при достижении длины, превышающей диаметр. Таким образом, в статическом состоянии невозможно существование изолированного объема жидкости в виде нити (под нитью подразумевается такая геометрическая форма тела, у которой один из размеров — длина — во много раз превосходит размеры в двух других направлениях или диаметр для тел круглого поперечного сечения).

Для изолированного объема жидкости равновесной формой при отсутствии внешних деформирующих усилий является шар, а для неизолированного объема, соприкасающегося с двумя разделенными плоскостями, такой формой с минимальной поверхностью оказывается цилиндр (рис. 1). Отступления от цилиндрической формы будут наблюдаться только непосредственно у контактных поверхностей за счет отклонения угла смачивания от 90°.

Поскольку интересен вопрос о формовании изделий из растворов полимеров, т. е. о придании полимерному материалу определенной геометрической формы, то имеет смысл более подробно остановиться на

условиях, обеспечивающих получение заданного размера изделия. Хотя основное внимание в данном разделе оделено формованию нитей искусственных волокон, следует сделать несколько замечаний и о формовании сферических полимерных частиц, тем более, что в некоторых специальных случаях это может представить практический интерес.

Если из тонкого капилляра медленно вытекает жидкость, то в силу существования поверхностного натяжения она собирается в каплю. Достигнув определенного размера и соответственно веса,, капля под действием силы тяжести преодолевает поверхностное натяжение и отрывается.

Оба обстоятельства — разрыв сплошной нити и малые скорости этого разрыва в случае вязких средиграют важную роль при анализе формованияискусственных волокон, и поэтому имеет смысл остановиться на них подробнее.

Как указывалось выше, стабильность той или иной геометрической формы заданного объема жидкости связана с поверхностным натяжением на границе раздела между этой жидкостью и окружающей средой. Переход от дискретной сферической формы (капли) к непрерывной цилиндрической нити связан с приданием системе дополнительной энергии (например, кинетической). Обратный переход от непрерывной нити к дискретным сферическим каплям требует преодоления энергетического барьера, величина которого определяется произведением вновь образованной поверхности на поверхностную энергию.

Чем ниже межфазное натяжение, тем меньше этот барьер, и, с этой точки зрения, легче должен происходить разрыв нити. Однако скорость перехода от цилиндра к сфере снижается, так как она зависит от величины межфазного натяжения. Когда межфазное натяжение приближается к нулю (в случае смешивающихся жидкостей), исследуемый объем жидкости принимает сферическую форму крайне медленно, и жидкость даже при небольших скоростях имеет вид вытянутых (нитевидных) образований, что проще всего наблюдать при слабом перемешивании хорошо растворяющихся интенсивно окрашенных веществ в воде.

Например, при растворении кристалликов перманганата калия в воде над ними возникают окрашенные струйки, которые из-за малого межфазного натяжения долго сохраняют нитевидную форму.

Если поверхностное натяжение не бесконечно мало, а имеет значительную величину, то обрыв под влиянием случайных внешних воздействий (возмущений) может произойти сравнительно легко.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--