Способ получения ориентированного волокна из термопластичных полимеров

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 46 А 1(51)5 0 01 0 10/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР(71) Витебское отделение Институтафизики твердого тела и полупроводников АН БССР(56) Ро 1 ушет Кпя. Ясз., 1980, ч. 20,У 18, р.1229-1235. Изобретение относится к переработ- ке полимеров, а именно к производству высокоориентированного моноволокна и микропластика, и может быть использовано в производстве армированных пластиков в машиностроении и химической промышленности, а также в быту.Цель изобретения - повышение эксплуатационных свойств волокна за счет уменьшения фибрилляцин.Поставленная цель достигается тем, что.мононить после ориентационного волочения дополнительно подвергают волочению через калибрующую волоку, в которой возбуждают ультразвуковые колебания, и волочение осуществляют при амплитуде ультразвуковых колеба 2 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННОГО ВОЛОКНА ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ (57) Изобретение относится к переработке полимеров и позволяет повысить эксплуатационные свойства волокна за счет уменьшения фибрилляции. Согласно способу получения ориентированного волокна из термопластичньж полимеров включающему волочение мононити через волоку при температуре высокой эластичности, мононить после волочения дополнительно волочат через калибрующую волоку, в которой возбуждают ультразвуковые колебания, и волочение осуществляют при амплитуде ультразву- ае ковых колебаний 5,0-15,0 мкм со скоростью О, 2-0,5 м/с. 1 табл. ний 5,0-15,0 мкм со скоростью 0,20,5 м/с,Уменьшение и даже исключениефибрилляции являются следствием ультразвуковой обработки мононити в калибрующей волоке, При этом внешняячасть мононити проплавляется и частично разориентируется,В качестве термопластичных гибкоцепных полимеров используют полиолефины, полиамиды, поливиниловый спирт,полистирол, полимеры производных метакриловой и акриловой кислот, полиэфиры, например лавсан, сополимеры,обладающие термопластичностью, а также смеси и сплавы вышеперечисленныхполимеров и сополимеров.Кроме того, могут быть использованы полимеры, сополимеры и их смеси,содержащие целевые добавки (пигменты,пластификаторы, стабилизаторы, наполнители и т.п.).В качестве оборудования для реализации предлагаемого способа используют технологическое оборудование, используемое в волочильном производстве(волочильные станы, цепные станы ит.п.), в качестве волок - волоки,обеспечивающие кратность вытяжки отО, 1 до 25, а в качестве источникаультразвука - ультразвуковые генераторы, например, типа УЗГ,4, УЗДНТи т.п. В каждом конкретном случаевыбор технологического оборудованиядля реализации предлагаемого способазависит от вида или.типа ориентируемого полимера, от диаметра формуемоймононити и т,п.Сущность способа заключается вследующем,При возбуждении ультразвуковыхколебаний в волоке на границе контакта двух сред (в данном случае материал волоки - полимер) выделяется тепло, причем интенсивность выделениятепла прямо пропорциональна квадратамамплитуды и частоты ультразвуковыхколебаний. При этом происходит разогрев как волоки, так и полимера, итемпература на границе раздела средможет достигать высоких значений(например, может быть намного вышетемпературы плавления полимера).Температуру волоки в калибровочнойзоне (а значит, и степень разогреваполимера) можно регулировать изменением частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний, однако, поскольку УЗгенераторы работают на фиксированныхчастотах, предпочтительнее регулировать амплитуду.Поскольку материал волоки (спецстали, сверхтвердые материалы, синтетические.и природные алмазы) имеетбольшую теплопроводность, чем полимер, то тепловой поток, в основном,направлен от границы контакты двухсред в волоку, однако, развивающиесятемпературы могут превысить температуру перехода полимера в вязкотекучеесостояние. Лоток энергии, направленный отграницы контакта двух сред к центрумононитиспособен расплавить ориен тированный полимер, однако в процессеволочения мононить нагревается дотемпературы вязкотекучего состояния 5только по периферийному слою. и толщина (или глубина) этого слоя зависиттолько от амплитуды ультразвуковыхколебаний и скорости, с которой мононить проходит через калибрующую зону 10 . ВолокнеПри постоянной температуре на границе контакта двух сред поток тепла,выделяющийся в моноволокно:21 л Т15 о =1 п -Э 2 ЬК бб 8 ью Ж 1 ф) фПодставляя значения и сравнивая,получают0 = СРЧ ЬМ-М):ЬТ=0-2 ЬК После преобразования,.га 1 Т.з 50 ЧммСРЬТ. ЬВ.(В-ЬК) 1 пЭ 26 К 55Анализ полученного выражения показывает, что скорость волочения полимера для лроплавления его .на заданную глубину зависит от температуры,развивающейся в калибрующей зоне вогде- теплопроводность полимера;1 - длина калибрующей зоны;2 О КТ - разность температур на,границе контакта сред и на глубинепрогрева Ь Н, полимера до температуры плавления;Э - диаметр волокна.В то же время количество тепла,необходимое для нагрева полимера доплавления,ч пи Сч ш Тиьгде С - теплоемкость полимера;ш - масса полимера;КТ - разность температур полимерана входев волоку и расплав-,ленного полимера,Масса полимера ш= У 1 оьгде3 плотность;з - объем полимераоб 1" П фгде Ь - скорость волочения, умноженная на время .(длина моноволокна, проходящая через точ"ку за единицу времени), т.е.60646 6е и экструдируют, После выхода полимераиэ сопла (показатель заполнения сопла,полимером) экструзию прекращают иизвлекают заготовку, Далее оттянутый5конец заготовки заправляют в волоку,волоку помещают в контейнер с обогреовом, нагревают систему до 104 С итермостатируют при этой температуре.Свободный конец полимера захватываютзажимом и волочат полимер. Диаметрволоки составляет 101 ми. Скоростьволочения - О, 1 м/с. Полученную мононить далее заправляют в калибрующуюволоку, соединенную с источником ультразвука, и затем волочат. Одновременно в волоке возбуждают ультразвуковые колебания. Температура в калиборовочной зоне составляет 150 С. Диа метр калибрующей волоки 1,000 мм,скорость волочения 0,5 м/с. Амплитудаультразвуковых колебаний составляет10 мкм при частоте колебаний 22 кГц.Прочность мононити ПЗВП до волочения25 через калибровочную волоку 630 ИПа(63 кг/мм 2), после волочения черезкалибровочную волоку с ультразвуком -610 ИПа (61 кг/мм ). Глубина проплавления моноволокна составляет 20 мкм,.После десятикратного изгибания мононити на угол 180 Фибрилляции не наблюдается. Иононить после первой во;.,локи фибриллизуется после двухкратноого изгиба на 180 , Жесткость волокнаопределяли по ГОСТ 6611. 3-69 (крут" 35 ка)П р и м е р ы 2-31. Иононить получают и обрабатывают как в примере1 за исключением того, что изменяютпараметры процесса и вид используемого термопласта.Параметры процесса и Физико.-механические характеристики полученныхмононитей приведены в таблице. 45 50 5поки, и температуры полимера на входв волоку.Ориентированная структура моноволокна в процессе проплавления разориентируется на заданную глубину, врезультате чего мононить имеет центральный стержень из высокоориентированного полимера, "одетый".в чехолиз разориентированного эластичногополимера. Такая структура существенноповьппает поперечную и изгибную.прочность моноволокна. При изгибе моноволокно не расщепляется. (Фибрилляция).Способ осуществляют следующим образом.Заготовку из полимера, напримерполиэтилена высокой плотности (ПЗВП),заправляют в волоку и волочат притемпературе высокоэластичного состоя-.ния, например при 110 С. Степеньориентации (сой 9) мононити зависитот степени вытяжки и может достигатьзначений 0,92-0, 95. На выходе нз во-локи мононить охлаждают до комнатнойтемпературы и заправляют в калибрующую волоку. Далее возбуждают в калирующей волоке ультразвуковые колебания и, непрерывно контролируя температуру волоки в калибрующей зоне,волочат мононить. Температуру калибрующей зоны. поддерживают постоянной,регулируя амплитуду ультразвуковыхколебаний.Температурные условия осуществления процесса поддерживают в определенном интервале, поскольку известно,что ниже температуры плавления процесс оплавления неосуществим, а сдругой стороны температуру. калибрующей зоны волоки нельзя повышать вьпперазумного предела, например поддерживать температуру выше или равнойтемпературе деструкции полимера. Тоже самое можно отнести и к амплитудеультразвуковых колебаний,На выходе из калибрующей волокимононить охлаждают. Дополнительнонить после оплавления может быть подвергнута отжигу в инертной атмосФередля стабилизации надмолекулярнойструктуры полимера,П р и м е р 1. Цилиндрическую заготовку из ПЭВП диаметром 4,0 мм идлиной 150 мм помещают в контейнердля экструзии с коническим соплом(диаметр на выходе 1,00 мм, длинаосопла. 100 мм) и нагревают до 110 С,термостатируют при этой температуре Предлагаемый способ позволяет по. лучать практически не Фибриллиэующуюся мононить .с меньшей жесткостью.При выходе за пределы параметров (скорость волочения и амплитуда) процесса повьппается жесткость или существенно снижается прочность мононитн. Формула изобретения Способ получения ориентированноговолокна из термопластичных полимеров,включающий волочение мононити черезволоку при температуре высокой элас1560646 через калибрующую волоку, в которойвозбуждают ультразвуковые колебания,и волочение осуществляют при амплитуде ультразвуковых колебаний 5,0 -15,0 мкм со скоростью 0,2 - 0,5 м/с. тичности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных свойств волокна за счет уменьшения фибрилляции, мононить пос 5 ле волочения дополнительно волочат ЖестСкоростьволочения, м/с Проч- ность Примечание Диаметр волоки Полимер кость,-2.Редактор А.Лежнина Техред А,Кравчук Корректор Л.Бескид. Заказ 956 Тираж 379 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 еПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 101 1 ПЭВП23,м678910111213141516171819202122232425.262728293031 1 02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 0,51 0,51 0,51 0,76 О, 6 0,76 О,6 0,76 0,76 041 0,410,41 0,41 0,41 0,41 0,41 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 0,50 О 50 0,50 0,74 074 0,74 0,74 0,74 0,74 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 1)01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,4 0,5 О, 15 О,б 0,5 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,5 0,2 0,4 0,4 61,0 62,1 61,4 61,0 60,4 53,2 62,5 61,0 59,3 58,0 58,3 58,.1 57,2 57,0 52,3 62,0 82,3 80,1 82,2 70,3 80,0 79,3 84,7 87,2 84,0 83,2 77,1 79,389,1 78,5 89,8