Нановолокнистые материаллы

 

 

 

Табл.4

Характеристика  СПА

Полімер	Хімічна будова	Стандарт	Виробник
СПА	[-NHRCO-NHR’CO-]n	ОСТ 6-05-438-88 марка ПА-6/66-3	Уральське ВО «Пластик»

 

Табл.5

Реологічні  властивості  розплаву  СПА 

Полімер	Тпл.,	В’язкість, Пас, при Па	Розбухання екструдату	Режим течії    «n»
СПА	166	720	1,5	1,2

 

*   – напруга зсуву

 

2.4                              Характеристика мікроволокон

 

Відмінними  властивостями ультратонких синтетичних  волокон, що сформовані переробкою розплавів  сумішей полімерів, є їх виключна м’якість, приємний гриф, вовно- та бавовноподібність без спеціальних прийомів текстурування та надання звитості. Особливості властивостей завжди витікають із особливостей структури [2,4]. За допомогою електронної мікроскопії була підтверджена унікальна структура поверхні ультратонкого волокна: кожне волокно покрите по всій поверхні супертонкими фібрилами, що відходять від основного волокна [4,5]. Таким чином, створюється досить розвинена поверхня. Волокна не гладенькі, як звичайні синтетичні волокна, а об’ємні, мають добре зчеплення між собою, високі сорбційні, тепло- та звукоізолюючі властивості. Властивості мікроволокон наведені в табл.6,7.

 

Табл.6

Фізико-механічні  властивості мікроволокон

Склад суміші для формування нитки, %,мас.	Кратність витяжки, λ	Лінійна густина нитки, текс	Міцність, гс/текс	Розривне подовження,   %
Комплексні нитки із ПП мікроволокон :ПП/СПА 30/70	-	2.0	30	21
Композиційні нитки: ПП/СПА 30/70	5.6	5.3	36	20

 

 

Табл.7

Значення усадки ниток

Т усадки , 0С        Нитка	% усадки
	120	130
Композиційні нитки ПП/СПА 30/70	19	19
Комплексні нитки ПП/СПА 30/70	33	59

 

3. ОПИС І ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ

                                       ОДЕРЖАННЯ МІКРОВОЛОКОН

В даному розділі описані  властивості  і області застосування мікроволокон та фільтруювальних матеріалів на їх основі.

 Розроблена технологія відрізняється  простотою процесів, високою продуктивністю, низькою енергоємністю, відсутністю  шкідливих викидів в атмосферу,  грунт, водоймища і реалізується на екструзійному обладнанні, яке серійно випускається . Технологічна схема виробництва мікроволокон представлена на рис.1.  Основні стадії технологічного процесу наступні:

• змішування полімерів;
• одержання композиційної нитки;
• витяжка;
• екстракція матричного полімеру;
• сушіння, складання, герметизація торців та бокового шва і контроль якості фільтрувального елементу;
• маркіровка і упаковка готової продукції.

Рис. 1. Принципова технологічна схема одержання комплексних ниток із ультратонких синтетичних волокон:

1 –  змішувач типу «хмільна бочка»; 2,9 – проміжний бункер;

3,9 – вакуум-барабанна сушарка; 4 – бункер для охолодження гранул,

5 –   дозатор Ag/SiO₂; 6 – ЛГП – 25; 7 – ванна для охолодження; 8- рубильний станок; 11 – УФТП-2; 12 – агрегат для витягування нитки; 13 – екстрактор;

 

14  – сушарка тунельного типу; 15 – машина «Полікон»;

16 – сортувально-пакувальний вузол.

Гранули волокноутворюючого і матричного компонентів  в певному співідношенні (нап. 30/70 ) змішуюються в змішувачі типу «хмільна бочка». Суміш полімерів пневмотранспортером направляється в бункер (2), потім  висушуються в барабанній вакуумній сушарці (3) до одержання летких  0,05 % (масс.). Барабанна вакуумна сушарка являє собою горизонтальний циліндричний барабан з паровою рубашкою і зйомними сферичними днищами, також має електродвигун, який приводить її в обертання. Барабанні вакуумні сушарки працюють,  як правило, періодично і їх застосовують для сушки теплочутливих матеріалів від води і органічних розчинників, а також для сушки токсичних матеріалів. В середині барабану знаходиться калорифер, який слугує одночасно і для перемішування гранул.

На внутрішній поверхні барабану по гвинтовій лінії   розміщені ребра, завдяки яким при загрузці сушарки гранули  направляються до розгрузочного люку. По закінченню сушіння в сушильний барабан подається для попередження окислення азот, потім гранули пневмотранспортером в потоці азоту направляють в бункер для охолодження (4), додають нанодобавку Ag/SiO_2, а з бункера виводять на лінію грануляції ЛГП – 25. Основною частиною представленої лінії є дисковий екструдер,  в зазорі якого між нерухомим і рухомим дисками відбувається змішування в розплаві двох полімерів. За допомогою дискового екструдера 6 досягається потрібна степінь диспергування полімеру дисперсної фази матриці. Витікаючі струмені розплаву суміші охолоджуються в водяній ванні (7), тверднуть і подрібнюються за допомогою рубильного пристрою  (8). Гранули суміші полімерів сушаться в вакуум–барабанній сушарці (10) , до остаточного вмісту летких  0,05 % (масс.) і пневмотранспортером подаються в загрузочний бункер екструзійної формовочної  машини для формування

типу УФТП – 2  (11).

Машина має  шнековий розплавник з електообігрівом  і зонним регулюванням температури  для забезпечення найбільш сприятливих умов плавлення гранул. Розплав суміші полімерів шнеком транспортується до дозуючого насосу, фільтрується через набір металічних сіток і подається в формовочну головку машини, де встановлена фільєра

Розплави  сумішей полімерів характеризуються високою еластичністю, що виражається  в сильному розбуханні струменю екструдату після виходу з фільєри, що може призвести  до порушення прядомості розплаву. Застосування фільєр з більшим, чим в випадку переробки індивідуальних полімерів діаметром отвору, дає можливість зменшити негативний вплив розбухання струменя на процес формування.

Струмінь  розплаву суміші полімерів після  фільєри охолоджується в формовочній шахті повітрям, що подається через двошарову металічну сітку, в результаті вона перетворюється в композиційну мононитку, в якій мікроволокна полімеру дисперсної фази знаходяться в матричному полімері. Бобіни з монониткою поступають на витяжний агрегат (12), де проводиться орієнтаційне (чи термоорієнтаційне) витягування з метою досягнення необхідних фізико-механічних показників нитки. Стадія витягування завершує процес одержання композиційної нитки. У випадку, коли кінцевою метою є виробництво ультратонких волокон чи комплексних ниток із микроволокон, мононитка повинна бути перемотана на перфоровані бобіни і направлена в екстракційний апарат (13). В екстракторі відбувається розчинення матричного полімеру, і на бобінах залишається комплексна нитка із десятків і сотень тисяч мікроволокон, яка сушиться в сушарці тунельного типу (14), перемотується на текстолітові бобіни на перемоточних машинах, наприклад, типу “Полікон” (15), сортується, упаковується і направляється споживачеві.

 

 

         Табл. 8

       Параметри процесу

Сушка механічної суміші гранул : температура, тривалість, год. залишковий тиск в апараті, Па	85 ± 2                         22-24                        533-800
Змішування полімерів на ЛГП – 25 : Температура по зонам екструдера, I II III продуктивність, кг/год фільєрна витяжка, %	110                           210                           200                           18-20                           200-400
Сушка грануляту суміші полімерів: температура, тривалість, год. залишковий тиск в апараті, Па	85 ± 2                         22-24                        533-800 Параметри формування на УФТП - 2
Термоорієнтаційне витягування композиційної нитки : температура,      -    кратність      - швидкість м/хв	140-150                          4-8                          50-60
Екстракція матричного полімеру: розчинник температура екстракції, тривалість, год.	Етанол                             70-76                              2-6
Сушка нитки: температура, тривалість, год.	30-35                               1.5-2
Перемотка на машині «Полікон»: швидкість перемотки, м/хв. маса  вихідної паковки	100                             0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. РОЗРАХУНОК ВИТРАТ    МАТЕРІАЛІВ

У виробництві  мікроволокон мають місце втрати і відходи сировини.

Табл.9

                                        Відходи і втрати сировини

Технологічна    стадія	Відходи,що реалізуються , % мас.		Втрати ,% мас.	Сума відходів і втрат , %
1.  Сушка СПА	-		5.3	5.3
2. Змішування полімерів на черв’ячно-дисковому  екструдері	0.4		0.1	0.5
3. Сушка гранул суміші	-		0.3	0.3
4.  Формування композиційної нитки	0.5		0.5	1
5.  Витягування композиційної нитки	0.3		0.1	0.4
6.  Перемотка композиційної нитки	0.1		-	0.1
7.Екстракція матричного полімеру (втрати СПА)	6		2	8
8.Сушка бобін		-	-		-
9.  Перемотка		0.5	0.1		0.6
10. Сортування і упаковка		-	0.3		0.3

 

 

Розрахунок  питомих норм витрат основної сировини

• склад 30/70 – ПП/СПА;
• потужність 50 кг  на добу (волокна );
• кількість добавки Ag/SiO₂ – 1 %  від ПП;

 

Розрахунок  ведемо починаючи з останньої стадії. (див. табл.9)

1. Кількість  полімеру, що йде на сортування і упаковку:

50 кг – 99,7% ;

х – 100%;    х = 50,15 кг.

Втрати : 50,15 х  0,3 / 100 = 0,1504 кг.

 

2) Кількість   полімеру, що йде на перемотку :

50,15 – 99,4% ;

х– 100%,    х = 50,45 кг.

Втрати : 50,45 х 0,1 / 100 = 0,0504 кг ;

Відходи : 50,45 х 0,5 / 100 = 0,2523 кг.

 

3)  Кількість суміші полімерів, що йде на екстракцію матричного полімеру:

50,45 – 30 %;

х– 100%,              х  = 168,17 кг - ПП .

 

4)  Кількість суміші , що йде на перемотку композиційної нитки :

168,17 -99,9% ;

х– 100%,    х = 168,34 кг;

Відходи : 168,34 х 0,1 / 100 = 0,1683 кг.

 

 

5) Кількість суміші , що йде на витягування композиційної нитки :

168,34 - 99,6 % ;

х– 100%,    х =169,02 кг.

Відходи : 169,02 х 0,3 / 100  = 0,5071 кг;

Втрати : 169,02 х 0,1 / 100 = 0,1690 кг.

 

6) Формування композиційної нитки :

169,02 – 99%

х– 100%,    х = 170,73 кг;

Відходи при формуванні:  170,73 х 0,5 / 100  = 0,8537 кг;

Втрати  при формуванні: 170,73 х 0,5 / 100  = 0,8537 кг.

 

7) Сушка гранул  суміші :

     170,73 – 99,7 %;

  х– 100%,    х = 171,24 кг;

Втрати при сушці : 171.24 х 0,3 / 100 = 0,5137 кг.

 

8) Кількість суміші, що йде на змішування полімерів на

черв’ячно-дисковому  екструдері:

171,24 – 99,5 % ;

х– 100%,    х = 172,10 кг;

Відходи : 172,10 х 0,4 / 100 = 0,6884 кг;

Втрати : 172,10 х 0,1 / 100 = 0,1721 кг.

 

9) Сушка СПА :

172,10 – 100% ;

  х– 70%,   х = 120,47 кг;

Втрати  при сушці : 120,47х 5.3 / 100 = 6,3849 кг.

Питома  норма витрати :

Сума  відходів підприємства :

 

∑ = 0,2523+0,0721+0,2173+0,3658+0,2950   = 1,2025 кг.

  _{Відходів}

 

Маса суміші, яку цех повинен  виготовити за рік :

М = 0.150 x 50000 = 7500 кг = 7,5 т.

 

 Питома норма витрат відходів :

51,63   / 7,5 = 6,884  т/т

З урахуванням відходів :

(51,63   - 1,2025) / 7,5 = 51,47   т/т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КНУТД 9.011.000 ПЗ