Научные основы процесса упрочнения пэтф-нитей при ориентационном вытягивании и высокоскоростном формовании (стр. 7 )

Если сравнивать структурные параметры (табл.12), то видны весьма значительные различия с исходной POY. Прогретый образец POY по содержанию конформеров и значениям Δn приближается к вытянутым ПЭТФ-нитям (см. табл.2).

Таблица 12

Данные ИК-спектроскопии исходной POY и прогретой при 200О

Структурные параметры	Исходный образец POY	Прогретый при 200О образец POY
Т1,% Т2,% Т3,% G,% Δn х 103 cos2θ872 cos2θ876	12 34 14 40 100 0,54 0,33	13 46 16 25 160 0,76 0,33

Процесс самоупорядочения и рост продольных размеров переходных структур и кристаллитов, образующих фибриллы, становится термоди-намически более выгодным, чем конкурирующий релаксационный процесс, связанный с дезориентацией цепей. Такие представления согласуются со структурной моделью, рассмотренной нами выше: образование фибриллярных структур типа «армирующих стержней», распределенных в аморфной слабо ориентированной матрице. Наращивание длины кристаллитов при нагревании и удлинение фибриллярных структур приводит к эффекту самоудлинения. Сопоставление структурных данных по содержанию Т1, Т2, G и величины Δn (табл.11 и 12) показывает, что эффект самоупорядочения POY, сформованной при 3500 м/мин и прогретой при 200О, примерно соответствует повышению скорости до 5500 м/мин. Мы проводили прогрев в статических условиях. Дальнейшее развитие технологии с разработкой процесса прогрева в непрерывном совмещенном процессе ВСФ может оказаться перспективным.

Раздел 4. Технологические аспекты высокоскоростного формования, новые разработки, перспективные направления развития ПЭТФ-нитей

В данном разделе диссертации рассмотрены различные технологические аспекты получения ПЭТФ-нити по однопроцессной и раздельной схемам, а также некоторые перспективные направления развития технологии ВСФ.

Из рис.10 видно, что без зоны нагрева dV/dl составляет около180 с-1, а с использованием зоны нагрева образуется два пика dV/dl: перед термонагревателем (ТН)– около 100 с-1 и в ТН–около 80 с-1. При использовании зоны нагрева натяжение увеличивается в ТН за счет дополнительной эффективной деформации. Происходит перераспределение общей деформации, причем формирование конечной структуры ПЭТФ - нити происходит в ТН в условиях близких к изотермическим. В одном процессе обеспечивается ориентация макромолекул и кристаллизация с приобретением конечных деформационно-прочностных свойств нити (табл.13).

Рис.10. Однопроцессная схема с использованием термонагревателя и изменение продольного градиента скорости и натяжения в зоне растяжения при ВСФ:

а, б–изменения dV/dl и натяжения соответственно; l1и l2-зоны охлаждения и нагрева нити.

Таблица 13

Изменение ориентации и деформационно-прочностных свойств нитей

формования с использованием зоны нагрева

Показатели нити	Скорость формования, м/мин
3500	4000	4500	5000	5500
Δn	0,166	0,1745	0,1753	0,174	0,163
ρ, кг/м3	1388	1388	1389	1390	1385
текс	7,48	7,41	7,69	7,63	7,8
σр, сН/текс	39,0	40,65	43,2	43,1	39,8
L, %	43,3	38,6	35,4	33,8	35,7
M0, сН/текс	682	696	737	745	767
S, %	4,6	4,85	4,95	5,0	4,95

Таблица 14

Физико-механические показатели POY, FOY, HOY и вытянутой нити

Перечень показателей	POY 3500м/мин	FOY, м/мин 3	HOY 7000 м/мин	Вытянутая λ=1,717
σр, сН/текс ср, % L, % сL, % Мо, сН/текс S, %	24,7 4,9 116,0 6,7 250 31,4	39,0 40,7 43,3 2,83 3,8 2,83 43,3 38,6 35,4 7,07 9,83 7,28 4,6 4,85 4,95	35-37 - 40-50 - 652 2,5	52,6 6,6 19,6 10,0 1014 4,9

σр-прочность при разрыве; ср-коэф. вариации по прочности; L-удлинение при разрыве; сL-коэф. вариации по удлинению;Мо-начальный модуль упругости;S-усадка в кип. воде.

В табл.14 приведены данные по физико-механическим свойствам POY, FOY и данные по HOY в сравнении с вытянутой нитью. Образцы FOY превосходят по деформационно-прочностным и упругим показателям HOY, но уступают нити, полученной вытягиванием POY. Это связано с тем, что FOY включает элементы структуры, полученные при ВСФ и ориентационном вытягивании.

Разработанная схема с введением зоны изотермического деформирования при ВСФ может являться основой для развития данного процесса с целью упрочнения нити при сверхвысоких скоростях формования ПЭТФ.

По однопроцессной и раздельной схемам получения разработаны различные типы текстильных ПЭТФ-нитей, подробно описанные в диссертации.

ВЫВОДЫ

Выполнен комплекс научно-технологических исследований по формированию структурно-механических свойств ПЭТФ-нитей в процессах ориентационного упрочнения и ВСФ. Предложены научные подходы для направленного изменения деформационно-прочностных свойств нитей. Различными взаимодополняющими структурными методами обнаружены и изучены новые, не отмеченные ранее в литературе, явления и закономерности, представляющие интерес для современной технологической практики. Важным для современной технологии итогом являются выявленные различия структурно-механических свойств ПЭТФ-нитей, получаемых при ориентационном вытягивании и при повышенных скоростях ВСФ. Предложен ряд процессов получения готовых ПЭТФ-нитей средней прочности без значительного повышения скоростей ВСФ.

1.Проанализированы особенности динамики процессов формования мононитей и комплексных нитей в поле низких и высоких продольных градиентов скоростей. Показано, что при формовании мононитей возникают поперечные (между поверхностью и центром нити) градиенты температуры, которые могут влиять на равномерность деформации при вытягивании. Проведена оценка поперечной ориентационной гетерогенности при вытягивании мононити. Показано, что проведение ориентационного вытягивания в несколько последовательных стадий способствует уменьшению такой поперечной гетерогенности и повышению прочности нитей.

2. Методом ИК-спектроскопии показано, что сформованная аморфная ПЭТФ-нить содержит набор структурных элементов с различной степенью упорядоченности с преимущественным содержанием свернутых участков цепей с G-конформацией. При увеличении кратности вытягивания (λ) происходит переход свернутых участков цепей с G-конформацией в распрямленные с Т-конформацией. При вытягивании вблизи ТС с увеличением λ происходит постепенный переход G→T с образованием ориентированной аморфной текстуры. При вытягивании выше ТС характер структурообразования меняется: до λ<3 (λ=2-2,5) не происходит заметных конформационных изменений, а при λ≥3 отмечается резкий переход G→T с образованием ориентированных переходных и кристаллических структур. Установлено, что степень упрочнения нитей в процессе ориентационного вытягивания определяется полнотой перехода G→T и уровнем достигаемой структурной однородности.

3.Экспериментально доказано, что структура ПЭТФ-нити, образующаяся при предварительном вытягивании выше ТС с λ=2-2,5, является наиболее благоприятной для последующего ориентационного упрочнения. Наибольший эффект упрочнения достигается при вытягивании нити в несколько стадий с увеличением температуры на конечной стадии. Такая нить имеет более тонкую и равномерную фибриллярную структуру.

4.Показано, что релаксационные характеристики нитей, полученных при различных схемах вытягивания, значительно меняются. С этих позиций подтверждена целесообразность постадийного вытягивания, позволяющего вовлечь в ориентационный процесс большее количество структурных элементов, повысить равномерность структуры и прочность нити.

5.Рассмотрен механизм структурообразования при ВСФ. Показано, что в интервале скоростей формования (VL) м/мин изменения содержания различных конформеров не наблюдается, а рост степени ориентации (Δn) происходит за счет ориентации исходных структурных элементов как целого. С увеличением VL до 30м/мин исходные структуры начинают разрушаться и рост ориентации и упорядоченности происходит за счет увеличения Т-конформеров с образованием структуры переходного типа, состоящей из распрямленных участков цепей с некоторыми азимутальными нарушениями. На их основе при VL≥4500 м/мин происходит кристаллизация на вытянутых цепях с копланарным расположением терефталевых фрагментов макромолекул.

6.На основе сопоставления механизмов упрочнения ПЭТФ-нитей при сверхвысоких скоростях ВСФ ( м/мин) и при ориентационном вытягивании сделан вывод о невозможности получения в этих процессах нитей с равными деформационно-прочностными свойствами из-за различий в характере структурообразования: при ориентационном вытягивании создается плотная аморфно-кристаллическая фибриллярная структура с относительно хорошо ориентированными аморфными областями, а при ВСФ – распределенная в менее плотной аморфной матрице менее плотная фибриллярная структура из хорошо ориентированных кристаллитов и относительно слабо ориентированных аморфных прослоек.

7.Дано теоретическое обоснование возможности повышения ориентации в процессе ВСФ при VL =30м/мин путем введения в зону растяжения ТН для вторичного изотермического деформирования формуемой нити и повышения ее прочности. Технологические исследования позволили реализовать разработанный процесс с получением ПЭТФ-нити средней прочности.

8.Изучен эффект самоупорядочения при статическом прогреве сформованных при VL= м/мин ПЭТФ-нитей. Эффект обусловлен наличием в нити упорядоченных переходных структур, на основе которых при нагревании возникают кристаллиты, к которым подстраиваются распрямленные участки цепей из аморфной матрицы, способствуя росту фибриллярных структур и за счет этого– самоудлинению образцов.

Список основных публикаций по теме диссертации

1.Геллер формование полиэфирных нитей: монография // Тверь: Книжно-журнальное издательство-20С.

2.Геллер аспекты ориентационного упрочнения полиэтилентерефталата //Химические волокна - 2001. -№5. - С.20-28.

3.Геллер и перспективы развития технологии производства полиэфирных волокон и нитей //Химические волокна - 2006.-№4. - С.28-39.

4.Геллер процессов ориентационной вытяжки моноволокна лавсан/, , //Механика полимеров -1965. -№6. - С.146-150.

5. Об упрочнении моноволокна лавсан при волочении/, , //Механика полимеров - 1967. -№1.- С.172-174.

6. О структурных изменениях моноволокна лавсан в процессе вытяжки/ , , //Химические волокна -1967. -№4. - С.60-64.

7.Геллер температуры охлаждающей ванны на структурные и механические свойства моноволокна лавсан/, , //Химические волокна -1968. -№1. С.13-15.

8. Геллер термообработки на структурно-механические свойства моноволокна лавсан / , , //Химические волокна -1968. -№1. -С.47-50.

9.Герасимова усадки с внутренними напряжениями/, , // Химические волокна -1969. -№3.-С.47-49.

10.Высоцкая структуры невытянутого полиэфирного волокна на структурообразование при вытягивании/, , // Химические волокна -1970. -№4. - С.40-43.

11. О физических аспектах формования и вытягивания полиэфирных нитей/ , // Доклад на 18-ой конференции по ВМС, Казань:1973, материалы конференции. М: изд-во Наука.-1973.-С.240.

12.Суров температурных полей моноволокон в процессе вытягивания/ , //Химические волокна - 1974. -№1. - С.17-19.

13. О некоторых физических особенностях формования полиэфирных мононитей в жидкости/, //Химические волокна - 1974. -№4. - С.11-13.

14.Суров полей температур и скоростей при вытягивании полиэфирной мононити/, //Химические волокна - 1974. -№3. - С.67-70.

15.Бродская оптической анизотропии по толщине полиэфирного моноволокна/, //Химические волокна - 1973. -№2. - С.48-50.

16.Баранова температуры вытягивания на формирование структуры волокна из полиэтилентерефталата/, , //Химические волокна - 1971. -№5. - С.17-19.

17. О высокотемпературном вытягивании волокна лавсан/, , //Химические волокна - 1971.- №2. - С.14-16.

18.Геллер ориентационного упрочнения полиэфирных волокон/ , //сборник Производство синтетических волокон. М.: изд-во Химия 1971. - С.95-97.

19.Геллер предварительного прогрева волокна лавсан на процесс его ориентационного вытягивания/, //Производство синтетических волокон - 1971. М.:изд-во Химия. - С.75.

20.Геллер приемы вытягивания полиэфирных волокон/ , , //Химические волокна-1973. -№1. - С.11-13.

21.Геллер приемы получения высокопрочного полиэфирного моноволокна //Химические волокна-1973.-№5.-С.76.

22.Геллер релаксационных свойств полиэфирных мононитей/ , //I Международный симпозиум по химическим волокнам. Калинин:1974. Препринты. т.2.-С.76-79.

23.Суров температурных полей в зоне вытяжки полиэфирных нитей/, , //I Международный симпозиум по химическим волокнам, Калинин:1974. Препринты, т.2.-С.188-190.

24.Геллер //Энциклопедия полимеров. М.:изд-во Советская энциклопедия -1974. т.2. - С.300

25.Геллер свойств мононити лавсан путем подбора технологических параметров /, ,

, // Химические волокна - 1975. -№4. - С.12-15.

26.Лавров особенности волокон из полиэтилентерефталата при многоступенчатом вытягивании/ , , //Химические волокна - 1975.- №4. - С.19-22.

27.Геллер аспекты ориентационного вытягивания полиэфирных нитей/, , //Химические волокна - 1976.- №5.-С.21-25.

28.Геллер свойства полиэфирных бикомпонентных и текстурированных нитей /, , М. Айзенштейн-//Химические волокна - 1977.- №2. -С.51-52.

29.Геллер устойчивость полиэфирной мононити в среде водяного пара/, , //Химические волокна-1977. -№5.-С.63-64.

30.Геллер формования сверхтонких полиэфирных нитей/ , , //Химические волокна-1977.- №4. - С.34-35.

31.Геллер скорости формования на структурообразование при вытягивании полиэфирной нити/, , // Химические волокна-1978. -№2. - С.21-24.

32.Геллер полиэфирных профилированных нитей в процессе текстурирования/ , , // Текстильная промышленность - 1978.- №10.-С.32-34.

33.Жмыхов получения полиэфирных профилированных нитей//, , //Химические волокна-1979.-№3.-С.6-10.

34.Сушков профиля сечения на структурные и механические свойства полиэфирных нитей/ , , // Известия АН БССР - 1980. -№5.-С.68-72.

35.Геллер высокоскоростного формования полиэфирных нитей/ , , -штейн//Химические волокна-1980. -№3.-С.10-12.

36.Баранова кристаллитов пакетной и складчатой морфологии в полиэтилентерефталате методом ИК-спектроско-пии/, , //. Высокомолекулярные соединения - 1980. А, т.22. -№3. - С.536-542.

37.Аверкиев самоудлинения при нагреве полиэфирных предориентированных нитей/, , //IIIМеждународный симпозиум по химическим волокнам. Калинин - 1981. Препринты т.2. - С.96.

38.Геллер формование полиэфирных нитей/ , , //Химические волокна - 1981. -№6. - С.6-11.

39.Баранова скорости формования на структурообразование волокон из полиэтилентерефталата/, , //Высокомолекулярные соединения - 1981. Б, т.23. -№2. - С.104-108.

40.Сушков полиэфирных нитей круглого и прямоугольного сечения/ , , //Известия АН БССР-1983.-№6.-С.109-113.

41. О молекулярной ориентации полиэтилентерефталата /, , П. М..Пахомов, , //Высокомолекулярные соединения-1983.А, т.25.-№2. - С.290-295.

42.Геллер формование полиэфирных нитей/, //Химические волокна – 1985. №5. с.27-28.

43.Баранова разрывной прочности полиэфирных волокон с конформационной и надмолекулярной структурой/, , //Acta polymerica – 1985. Bd36. -№7. - Р.385-389.

44.Геллер условий вытягивания на свойства полиэфирных текстильных нитей //Химические волокна - 1987.- №2. - С.37-39.

45.Геллер и технологические аспекты высокоскоростного формования полиэфирных нитей/, // Промышленность химических волокон, М: сборник НИИТЭХИМ – 19С.

46.Геллер при высокоскоростном формовании ПЭТФ/, //Химические волокна-1988. -№3. - С.16-19.

47.Геллер в производстве полиэфирных текстильных нитей //Химические волокна- 1988.- №5. - С.30-37.

48.Геллер виды полиэфирных текстильных нитей /, //Текстильная промышленность-1989.-№6.-С.14-36.

49.Геллер и технологические исследования процесса высокоскоростного формования полиэфирных нитей/, , //V Международный симпозиум по химическим волокнам. Калинин 1990. Препринты т.2.-С.24-31.

50.Геллер ориентированной полиэфирной нити в процессе высокоскоростного формования //Химические волокна-1993.-№6.-С.37-38.

51.Геллер В.Э. Technological a. Theoretical Studies on the Process of Polyester Yarn High-Speed Spinning/V. E.Geller, N. K.Zhiganov, S. A.Gribanov//Fibers a. Textiles in Eastern Europe - 1994.v.4. -№2 (5). -Р.36-37.

52.Геллер получения и перспективы развития полиэфирных микронитей //Химические волокна - 1995.- №3. - С.3-10.

53.Геллер условий формования полиэфирных нитей на продольный градиент скорости // Химические волокна - 1996.- №6.-С.30-33.

54.Геллер упрочнение полиэфирных нитей, полученных высокоскоростным формованием //Химические волокна-2000.-№1. - С.19-22.

55.Геллер деформирования полиэфирных нитей при высокоскоростном формовании и вытягивании //Международная конференция по химическим волокнам «Химволокна-2000».-С.324-332.

56.Геллер аспекты производства полиэфирных текстильных нитей //Химические волокна - 2009. - №2. - С.30-36.

57. О возможности получения нанокомпозитных текстильных нитей // /Химические волокна - 2013. -№2. - С.3-9.

Ответственный за выпуск

Подписано в печать 03.03.2014. Формат 60x84 1/16.

Усл. печ. л. 3.25. Тираж 100. Заказ № 94.

Тверской государственный университет

Редакционно-издательское управление

Адрес: 3.

Тел. РИУ (48