RU2002860C1

RU2002860C1 - Способ одновременной сушки и термообработки волокон мокрого пр дени под раст гивающей нагрузкой и устройства дл его осуществлени

Info

Publication number: RU2002860C1
Application number: SU904743524A
Authority: RU
Inventors: Сонг-Хсинг Черн Терри
Original assignee: Е.И.Дюпон де Немур энд Компани (US)
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1993-11-15
Also published as: DE69029756T2; EP0388878B1; KR900014645A; DE69029756D1; JP2967098B2; KR0136855B1; CN1046200A; JPH0319912A; AU5149190A; AU617638B2; EP0388878A2; US5009830A; CA2012190A1; EP0388878A3; CN1020931C; NZ232949A

Description

локна и термообрабатывающими средствами .

Насто щее изобретение относитс к устройству и способу дл обработки волокон, особенно поли(п-фенилентерефталамид- ных) волокон, которые обеспечивают значительное повышение производительности получени волокон с высоким модулем и высокой в зкостью.

Под термином поли(п-фенилентереф- таламид) подразумеваетс гомополимер полученный полимеризацией n-фенилен диамина и терефталоил хлорида в соотношении моль на моль, а также сополимеры, полученные в результате введени неболь- ших количеств других ароматических диаминов в n-фенилен диамин и небольших количеств других хлоридов дикислот в терефталоил хлорид. Как правило, другие аро- матическаие диамины и другие хлориды дикислот могут использоватьс в количествах до 10 мол.% от веса n-фенилен диамина или терефталоил хлорида, или несколько выше, при условии, что другие диамины и хлориды дикислот не оказывают отрица- тельного действи на физические свойства волокон, полученных из полимера.

Полимер может быть получен любым из известных способов полимеризации, например таких, что описаны в патентах США № 3063966,3869429 и 4308374.

Волокна насто щего изобретени могут быть подвергнуты пр дению с использованием условий, конкретно указанных в патенте США № 3869429. В зкую массу экструдируют через фильтры с отверсти ми диаметром 0,025-0,25 мм или несколько меньше. Число, размер, форма и конфигураци отверстий не имеют решающего значени . Экструдированна масса подаетс в коагул ционную ванну через некоагулированный слой жидкости. В слое жидкости Экструдированна масса удлин етс в 1-15 раз от первоначальной длины (фактор пр дильного удлинени ). В качестве жидкост- ного сло обычно используетс воздух, но можно примен ть другой инертный газ или даже жидкости, котора некоагулирует пасту . Обычно некоэгулирующий жидкостной слой имеет толщину 0.1-10 см.

Коагул ционна ванна содержит водную среду, природа которой может измен тьс от чистой воды или рассола до 17% серной кислоты Температура ванны может мен тьс в пределах от значени ниже точ- ки замерзани до 28°С и даже несколько выше. Предпочтительно поддерживать температуру коагул ционной ванны на значении ниже 10°С более предпочтительно,

ниже 5°С с тем, чтобы получить волокна с наивысшей начальной прочностью.

После прохождени экстр дированной пастой коагул ционной ванны, паста коагулируетс в разбухающее в воде волокно. В этот момент получени волокон они содержат 50-100% водной козгул ционной среды в расчете на сухое волокно и дл целей насто щего изобретени волокно следует тщательно промывать дл удалени соли и кислоты из внутренней части набухшего волокна . В качестве растворов дл промывки волокна может использоватьс вода или такие растворы могут быть слабо щелочными. Мокрое набухшее волокно после промывки и нейтрализации подаетс в устройство насто щего изобретени .

Описание насто щего изобретени относитс к использованию волокон сразу после пр дени , которые не высушивались до содержани влаги менее 20% перед проведением процесса. Предполагаетс , что предварительно высушенные волокна не могут быть успешно термообработаны таким способом, поскольку термообработка эффективна лишь в том случае, когда она осуществл етс на полимерных молекулах, в такое врем , когда структура подвергаетс сушке и упор дочиваетс в компактное волокно , и перед тем, как структура разрушаетс вследствие удалени воды.

На фиг. похожие или соответствующие части обозначены одинаковыми символами на всех видах, причем на фиг. 1 изображено предпочтительное устройство дл практической реализации насто щего изобретени .

Волокно мокрого пр дени (А) подаетс со стадий коагул ции, промывки и нейтрализации (на фиг. не показаны) на барабан подачи волокна 1, на который оно наматываетс и подаетс на барабан подачи волокна 2. Волокно А многократно обертываетс вокруг пары барабанов, подающих волокно, и затем направл етс с одного из барабанов на дополнительную обработку или упаковку (на фиг. не показано). Барабаны 1 и 2 враща- тельно закреплены на валах 3 и 4, соответственно , и по крайней мере один из барабанов приводитс в движение. Барабаны расположены таким образом, что обернутое вокруг них волокно А автоматически движетс вдоль барабанов с одного конца поверхности барабана к другому. Раст гивающа нагрузка на волокно величиной 0,2- 6 г/денье создаетс при введении волокна на барабаны и вывод его с барабанов осуществл етс при нагрузке не выше той, что имела место при введении волокна. Более высокие раст гивающие нагрузки создают опасность разрыва волокна, однако повы,шенные нагрузки привод т к получению волокнистого продукта с более высокими модул ми .

По крайней мере один из барабанов 1 и 2 св зан с нагревательными элементами. Обычно тепло подаетс в виде пара циркулирующего через проходы в барабане; и оно главным образом предназначено дл сушки волокон. Обычно, температура пара имеет значение ниже 380°С. В патенте США № 4644668.1987 г. раскрываетс нагреваемый паром барабан, который может использоватьс в качестве барабанов 1 или 2 насто щего изобретени .

Хот предпочтительно использовать пару барабанов, насто щее изобретение может осуществл тьс при использовании единственного барабана. При использовании одного барабана волокно А вводитс с одного конца движущегос барабана и несколько раз наматываетс на него перед выходом с другого конца барабана, Единственный барабан имеет внутренний обогрев мснабжен газовыми форсунками и струевой опорой, как это указано в описании. При использовании одного барабана форсунки должны располагатьс таким образом, чтобы охватывать барабан на 180°С, и могут быть расположены так. что будут полностью окружать барабан.

Форсуночные опоры 5 и 6 смонтированы вокруг и на рассто нии от барабанов 1 и 2, а газовые форсунки 7 и 8 смонтированы между барабанами 1-й 2 и форсуночными опорами 5 и 6 также на рассто нии от барабанов . Обычно газовые форсунки 7 и 8 имеют форму- щелей в стенке парового распределител , причем в данном случае в качестве такого распределител используютс форсуночные опоры 5 и 6. Щели могут быть круглыми или удлиненными и обычно их делают удлиненными с соотношением длины к ширине равным 100 и выше. Обычно длина располагаетс перпендикул рно к направлению движени волокна через устройство . В газовые форсунки 7 и 8 подаетс нагретый газ с целью термообработки в соответствии с изобретением. Обычно, нагретый газ представл ет собой перегретый пар, однако может использоватьс люба эквивалентна среда, например, така как нагретый азот, воздух или другой газ. Предпочтительно использовать перегретый пар поскольку он имеет относительно высокую удельную теплоемкость. Можно использовать и другие газы, например, азот или аргон, однако кислород следует исключить. Нагретый газ подаетс при температуре 200-660°С со скоростью, обеспечивающей турбулентность в районе контакта с пр жбй.

Обычно скорость струи составл ет 2,5-6 м/с, однако можно использовать более низкие или более высокие скорости при соответствующей регулировке скорости

движени пр жи обрабатываемого материала .

На фиг. 2 более подробно показано, что рассто ние между газовыми форсунками 7 и 8 и барабанами 1 и 2 посто нно и обычно

составл в величину, в 2-80 раз большую ширины отдельных щелей. Предпочтительное рассто ние составл ет 10-кратную ширину отдельных щелей. Разумеетс , что рассто ние регулируетс в каждом конкретном случае в зависимости от конкретной ситуации. Форсуночные опоры 5 и 6 служат средствами термообработки и арматурой дл газовых форсунок и их располагают таким образом, чтобы направить термообрабатывающий газ в направлении против движени обрабатываемых волокон.

Форсуночные опоры и газовые форсунки сконструированы таким образом, чтобы соответствовать диаметру барабанов, подающих волокно, и они расположены вокруг поверхности барабанов в той степени, котора адекватна дл реализации желаемой термообработки. В некоторых елуча х, в устройстве с двум барабанами термообработка может осуществл тьс газовыми форсунками вокруг только одного барабана, но, как правило, газовые форсунки расположены вокруг обоих барабанов и они охватывают каждый барабан на 45-180°.

Способ насто щего изобретени пре4 дусматривает эффективные средства дл сушки и термообработки несушенной пр жи , на транспорте, непосредственно после стадии пр дени волокна без замедлени

пр дени дл реализации сушки. Осуществление непрерывного способа устран ют неудобства и неэффективность периодического процесса обработки. Кроме того, такой непрерывный процесс приводит

к улучшению свойства волокна в результате устранени возможности нарушени волокна за счет ручных операций при периодической обработке.

Нова комбинаци барабанов с внутренним обогревом дл сушки и форсунок дл турбулентного потока газа дл термообработки приводит к получению термообра- ботанных волокон с физическими

свойствами, по крайней мере, такими же хорошими, а в некоторых случа х лучшими, чем у термообработанных волокон из известных способов.

Методики испытани . Истинна в зкость.

Истинную в зкость (IV) определ ли по уравнению

IV In (J/OTH Ус),

где С - концентраци (0,5 г полимера в 100 мл раствора) полимерного раствора, а т/отн - (относительна в зкость) - представл ет собой отношение времени истекани полимерного раствора и растворител , измеренных при 30°С в капилл рном вискозиметре . Указанные в описании значени истинной в зкости определ ли с использованием концентрированной серной кислоты (96% H2S04

Эластичные свойства. Пр жу испытываемую на эластичность вначале кондиционировали и затем закручивали до коэффициента кручени 1,1. Коэффициент кручени (ТМ) пр жи определ ли, как

., tp, Уденье tpc Vcltex

™ 73 303

где tpi число оборотов на дюйм, a tpc число оборотов на сантиметр.

Эластичность (эластичность на разрыв), удлинение (удлинение при разрыве) и модули определ ли в испытани х на разрыв на тестере Инстрон (Инстрон инджиниринг корп.. Кантон, Масс).

Эластичность и удлинение определ ли в соответствии с методикой ASTM Д 2101- 1985 с использованием образцов пр жи длиной в 25,4 см и при скорости 50% деформации/мин ,

Модули пр жи рассчитывали из наклона секущей между деформаци ми 0 и 1% на кривой в координатах напр жение - дефор- маци и значение модул численно равно частному от делени напр жени в граммах при 1% деформации (абсолютна ), помноженного на 100. на денье испытуемой пр жи ,

Денье. Денье пр жи определ ли взве- шивением пр жи известной длины. Денье определ етс , как вес в граммах 9000 метров пр жи.

На практике измеренное значение денье образца пр жи, услови испытани w обозначение образца ввод т в компьютер до начала испытани : компьютер записывает кривую нагрузку - удлинение пр жи, при удлинении последней до разрыва и затем рассчитывает свойства.

Влагосодержание пр жи. Количество влаги содержащеес в испытуемой пр же определ етс путем сушки взвешенного количества влажной пр жи при 160°С в течение 1 ч с последующим делением веса удаленной воды на вес сухой пр жи и умножением полученного результата на 100.

Равновесное влагосодержа н и е. Равновесное влагосодержание пр жи, предварительно кондиционированной в печи при 105°С в течение 4 ч, представл ет собой количество влаги абсорбированной в течение 24 ч при 77°F и относительной влажности 55%, выраженное в процентах от сухого веса волокна. Сухой вес волокна определ ют после его нагревани при 105- 110°С в течение по крайней мере двух часов и охлаждени в эксикаторе.

Гигроскопическое влагосо держание. Гигроскопическое влагосодержание пр жи определ етс путем кондиционировани мотка пр жи весом 5 г при 55% относительной влажности и 77°F в течение 16 ч: взвешивание пр жи (W0): сушки пр жи в течение 4 ч при 105°С повторного взвешивани (Wi); и расчета процентного количества потери влаги как гигроскопического влагосодержани {%)

% - /(W0 - Wi)/Wi / 100 Привод тс средние значени , по крайней мере, двух испытаний.

Сохранение прочности при тепловом старении (HASR). Сохранение прочности при тепловом старении пр жи представл ет собой процент первоначальной прочности на разрыв, который сохран етс в пр же после ее регулируемой термообработки. Часть испытуемой пр жи кондиционировали при относительной влажности 55% при 77°F в течение 16ч и определ ли прочность на разрыв такой пр жи (Во). Часть такой пр хи нагревали при 240°С в течение 3 ч и затем кондиционировали при относительной влажности 55% и температуре 77°F в течение 14 ч перед определением прочности на разрыв нагретой пр жи (Вч). Сохранение прочности при тепловом старении рассчитывали по формуле

HASR /Bi/B0/ -100 Привод тс средние значени по крайней мере двух испытаний.

Описание предпочтительно re воплощени . В этом примере демонстрируетс использование устройства дл двухбарзбанной сушки и термообработки насто щего -изобретени с целью получени пр жи с высоким модулем и низким равновесным влагосодержзнием.

Нитевую пасту получали из полк(п-фе- нилентерефталамида) и 100,1% H2S04 с образованием анизтропной пасты, содержащей 19,4% вес. полимера. Такую пасту деаэрировали и затем подвергали пр дению через воздушный зазор при 80°С через фильеры содержание 667-1000 отверстий с диаметром 0,0635 мм. Воздушный зазор составл л 6,4 мм, а коагул ционна ванна содержала воду, в которой находилось 4 мас.% серной кислоты при температуре 5°С. Использовали коагул ционную ванну с охлаждающим устройством, которое описано в патенте США № 4340559. и с жидкостным струевым устройством согласно насто щей за вки. Пр жу выводили из охлаждающей ванны со скоростью 300 рдов в минуту и 650 рдов в минуту после чего промывали и нейтрализовали на двух сери х барабанов, причем на первых барабанах проводили опрыскивание водой, а на вторых - опрыскивание разбавленным раствором каустической соды. В примерах 1-10 табл. 1 использовали мелкие фильеры, а в примерах 11-14 - большие фильеры. Раст гивающа нагрузка на пр жу составл ла 0,9 г/денье на промывных барабанах и 0.8 г/денье на нейтрализующих барабанах.

С нейтрализующих барабанов пр жу пропускали через обезвоживающие цевки и подавали в устройство, изображенное на фиг. 1 и 2. Оба барабана приводились в движение и оба были снабжены внутренним нагревом с помощью насыщенного пара, имеющего температуру 175°С.

В газовые форсунки подавали перегретый пар, как указано ниже в табл. 1. Газовые форсунки представл ли собой прорези с продольной осью в 20 дюймов и короткой

осью в 0,5 дюйма, расположенные таким образом, чтобы длинна ось была перпендикул рна движению пр жи. Газовые форсунки располагались на рассто нии 0,7 дюйма (1,78 см) друг от друга. Газовые форсунки

охватывали угол в 180° на каждом из барабанов и они были расположены на рассто нии 0,5 дюйма от поверхности барабанов.

Как указано ниже в табл. 1, напр жение на пр жу вначале устройства дл сушки и

термообработки составл ло 1.3 г/денье (дро1); а на выходе из устройства нагрузка на пр жу составл ла 0,2-0,5 flpd.

Волокна, полученные в этом примере, имели высокие модули и низкогигроскопическое влагосодержание. Результаты испытаний представлены ниже в табл. 2.

В приведенных ниже таблицах примеры 1, 3, 9 и 11 вл ютс контрольными в том смысле, что эти опыты проводили без термообработки с использованием газовых форсунок .

(56) Патент США № 3526024. кл. 28-62, 1968.

Услови сушки и термообработки

N/A означает, что дл термообработки пар не примен ли

30

Таблица 1

Claims

1.Способ одновременной сушки и термообработки волокон мокрого пр дени под раст гивающей нагрузкой, характеризующийс непрерывной подачей волокон в зону нагрева посредством двух барабанов и отвода из нее. отличающийс тем, что, с целью повышени эффективности, в зону нагрева подают волокна с содержанием 20% воды в пересчете на массу сухого волокна путем многократного наматывани на барабан под раст гивающей нагрузкой 0.022 - 0,667 г/текс, при этом нагрев волокон осуществл ют направленным против их движени турбулентным потоком газа с температурой 200 - 660 С до содержани влаги 0,5 - 10% в расчете на массу сухого волокна, причем отвод обработанных нитей из зоны нагрева осуществл ют непрерывно .

2.Способ по п.1, отличающийс тем, что нагрев волокон осуществл ют дополнительно посредством нагретой среды внутри по крайней мере одного из двух барабанов .

3.Способ по п.1, отличающийс тем, что раст гивающа нагрузка волокон на выходе из зоны нагрева не превышает расТаблица 2

Свойства пр жи

т гивающую нагрузку на входе в зону на5 грева.

4. Способ по п.1, отличающийс тем, что сушат и термообрабзтывают арамид- ные волокна.

Ю 5. Способ по п.4, отличающийс тем, что арзмидные волокна представл ют собой волокна из поли-п-фенилентерефтала- мида.

6. Устройство дл сушки и термообрэ15 ботки волокон мокрого пр дени под раст гивающей нагрузкой, содержащее по меньшей мере один приводной обогреваемый барабан дл подачи волокна в зону нагрева, средство дл подачи нагретого га20 за навстречу обрабатываемому материалу, отличающеес тем, что, с целью повышени эффективности, средство дл подачи нагретого газа имеет -газовые форсунки и форсуночную опору, при этом форсунки ус- тановлены над барабаном на посто нном от него рассто нии и концентрично его поверхности в секторе 15 - 360, а форсуночна опора расположена над газовыми

зд форсунками, причем последние выполнены в виде щелей, расположенных вдоль оси барабана на рассто нии одна от другой 2 - 80 ширин щели при отношении длины ще 1520

ли к ширине, превышающем 100.

7. Устройство дл сушки и термообработки волокон мокрого пр дени под раст гивающей нагрузкой, содержащее два барабана дл подачи волокна в зону нагрева , по меньшей мере один из которых выполнен приводным и обогреваемым изнутри, и средство дл подачи нагретого газа навстречу обрабатываемому материа

сунки и форсуночные опоры, при этом форсунки установлены по меньшей мере над одним из барабанов, на посто нном от него рассто нии и концентрично его поверх- 5 ности в секторе 45 - 180, а форсуночные опоры расположены над газовыми форсунками , причем последние выполнены в виде щелей, расположенных вдоль оси барабана на рассто нии одна от другой 2-80 шилу , отличающеес тем, что, .с целью повы-10 рин щелей при отношении длины щели к шени эффективности, средство дл ширине, превышающем 100. подачи нагретого газа имеет газовые форФи-г /

16

сунки и форсуночные опоры, при этом форсунки установлены по меньшей мере над одним из барабанов, на посто нном от него рассто нии и концентрично его поверх- ности в секторе 45 - 180, а форсуночные опоры расположены над газовыми форсунками , причем последние выполнены в виде щелей, расположенных вдоль оси барабана на рассто нии одна от другой 2-80 ширин щелей при отношении длины щели к ширине, превышающем 100.

А

Фиг. 2