СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ НИТЕЙ
METHOD OF PRODUCING SYNTHETIC FIBRES

Введение
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению синтетических нитей с высокой стойкостью к действию агрессивных сред в широком интервале температур, низким коэффициентом трения, высокой гидрофобностью, предназначенных для изготовления тканей, работающих в жестких технологических условиях, таких, например, как фильтрация горячих газов и сильно агрессивных жидкостей, а также для кислотоупорной набивки сальников центробежных насосов.
Уровень техники
Известен способ получения комплексных полипропиленовых нитей на основе формования их из расплава смеси полипропилена с порошком политетрафторэтилена (Патент RU №24113120, опубл. 2011 г.), обеспечивающий повышение прочности и гидрофобности полипропиленовых нитей. Однако этот способ не приводит к существенному повышению хемостойкости полипропиленовых нитей и не обеспечивает снижения их коэффициента трения до очень низкого уровня, присущего фторопласту и необходимого для набивки сальников центробежных насосов.
Известен способ получения фильтровального материала методом пропитки ткани смесью дисперсии фторопласта, кремнийорганической эмульсии и анионактивного ПАВ, который обеспечивает получение ткани с высокой фильтрующей способностью (Патент RU №2079341. опубл. 1997 г.). В результате такой обработки на нити остается покрытие, состоящее из смеси фтор- и кремнийсодержащих полимеров. Однако такая ткань не обладает достаточно высокими показателями хемостойкости и низкими коэффициентами трения.
Известен способ получения синтетических нитей из фторопласта - полифена (Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.787-790) путем формования волокон по мокрому способу из вспомогательного полимера, выполняющего функцию загустителя, наполненного частицами фторопласта. В качестве загустителей применяют или вискозу и формование проводят с использованием кислотно-солевой осадительной ванны, или поливиниловый спирт и формование проводят с использованием в качестве осадительной ванны концентрированных водных растворов сульфатов аммония, алюминия и натрия. Сформованные волокна подвергаются отделке. В случае использования в качестве загустителя вискозы проводят промывку холодной и горячей водой и щелочную обработку. Волокна, сформованные с использованием поливинилового спирта, обрабатывают в ацетилирующей ванне и промывают последовательно холодной и горячей водой. После отделки волокна подвергают термической обработке (спеканию), которую проводят при температуре 360-400°C при перемещении нити по поверхности обогреваемого металлического ролика или пластины. В результате такой термообработки вспомогательный полимер разрушается и удаляется в виде газообразных продуктов, а частицы фторопласта спекаются, превращаясь в нить. После спекания нить подвергают ориентационному упрочнению - вытягиванию при температуре 330-400°C с кратностью 3-10 раз. Однако такой способ крайне сложен и дорог.
Известен также способ получения волокна из ацетонорастворимого фторопласта - фторлона (Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.790). Фторлон формуют по мокрому способу из 14-16%-ного раствора сополимера в ацетоне в водную ванну, содержащую 4-6% ацетона. Свежесформованное волокно, содержащее растворитель, вытягивают между дисками прядильной машины в 1,5-2 раза при комнатной температуре. Высушенную нить дополнительно вытягивают (в сумме в 16-20 раз) в среде глицерина при ~140°C, после чего вновь сушат с одновременной терморелаксацией при 140-150°C в течение 1 часа в условиях свободной усадки.
Однако способ крайне сложен в реализации, имеет высокую взрывоопасность из-за использования высоколетучего растворителя, характеризуется ограниченной сырьевой базой, а себестоимость нитей крайне высока.
Известен способ получения синтетических нитей, являющийся по техническому существу наиболее близким к изобретению (Энциклопедия полимеров, т.2. М.: Советская энциклопедия, 1974, с.723-726; Энциклопедия полимеров, т.3. М.: Советская энциклопедия, 1977, с.11-13, 116-119). Этот способ включает следующие стадии:
- Получение расплава. Гранулят из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам. В случае формования полиамидных волокон процесс осуществляется в среде инертного газа.
- Формование. Расплав продавливают через фильеры.
- Охлаждение. Струйки расплава, выходящие из фильер, охлаждаются в воздушной шахте или в ванне с водой.
- Нанесение авиважа. На свежесформованные нити наносят авиважный препарат и наматывают их на бобину.
- Ориентационное вытягивание и термофиксация. Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию в интервале температур 100-180°C в среде воздуха, водяного пара или на горячей поверхности при кратности вытягивания от 2,5 до 5,5. Вытянутые нити термофиксируют при 100-160°C, получая готовые нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.
Однако полученные по этому способу нити имеют невысокие показатели по устойчивости к действию агрессивных сред и гидрофобности, а также высокий коэффициент трения, затрудняющий последующую переработку нитей.
Сущность изобретения
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа получения синтетических нитей, обладающих повышенной устойчивостью к действию агрессивных сред и гидрофобностью, а также пониженным коэффициентом трения.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе получения синтетических нитей формованием нитей из расплава полимера, нанесением авиважного препарата, ориентационным вытягиванием и термофиксацией авиважный препарат наносят на горячую поверхность свежесформованных нитей одновременно с водной суспензией политетрафторэтилена концентрации 3-60 г/л, а ориентационное вытягивание проводят с кратностью 3-15.
Изобретение позволяет придать нитям очень высокую устойчивость к действию агрессивных сред, на 24-94% повысить гидрофобность, на 11-35% повысить прочность сформованных нитей и на 78-87% снизить коэффициент трения.
Способ может быть реализован для получения синтетических нитей из различных полимеров, например из полипропилена, полиэтилентерефталата, поликапроамида.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) можно использовать, например, в виде суспензий Ф4Д (СТО 05807960-007-2010), Ф-4ДВ (ТУ 6-05-1246), Ф-4МД-А, Ф-4МД-Б (ТУ 6-05-2012) или их аналогов Teflon 30, Fluon AD, Hostaflon TF5000, Polyflon D. Толщину покрытия регулируют изменением концентрации ПТФЭ в суспензии.
Для обеспечения возможности дальнейшей переработки нитей можно использовать традиционно применяемые авиважные препараты, обладающие поверхностной активностью, например алкамон ОС-2 на основе (алкилдиоксиэтилен)диметилдиэтиламмоний бензилсульфоната (ГОСТ 10106-75), алкамон ДС на основе алкоксидиметилдиэтилдиэтиламмоний метилсульфата (ТУ 6-14-1059-83), триамон на основе трис(2-гидроксиэтил)метиламмоний метилсульфата (ТУ 6-14-1059-83).
Пример получения нитей из полипропилена.
Гранулят полипропилена из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам и продавливают через них.
На горячую поверхность свежесформованных полипропиленовых текстильных нитей окунанием наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.
Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (100-140°C) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (100-110°C), получая готовые полипропиленовые нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.
Пример получения нитей из полиэтилентерефталата.
Гранулят полиэтилентерефталата из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется и продавливается через фильеры. На горячую поверхность свежесформованных полиэфирных текстильных нитей наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.
Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (120-160°С) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (110-140°С), получая готовые полиэтилентерефталатные нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.
Пример получения нитей из поликапроамида.
Гранулят поликапроамида из бункера подают в цилиндр экструдера, где он транспортируется шнеком к выходу. При этом за счет внешнего обогрева гранулы плавятся, и расплав гомогенизируется. Расплав подают шнеком к фильерам. Формование осуществляют в атмосфере инертного газа.
Расплав продавливают через фильеры. На горячую поверхность свежесформованных полиамидных нитей наносят смесь равных количеств водной суспензии ПТФЭ концентрации 3-60 г/л и алкамона и наматывают их на бобину.
Свежесформованные нити подвергают ориентационному вытягиванию при традиционно используемых температурах (140-180°С) при кратности вытягивания 3-15. Вытянутые нити термофиксируют при традиционно используемых температурах (120-150°С), получая готовые поликапроамидные нити. На готовые нити наносят замасливатель и наматывают их на бобину.
Свойства синтетических нитей, полученных по способу-прототипу и заявленному способу, контролируют одинаково:
- Кратность ориентационного вытягивания определяют соотношением диаметров элементарных нитей, которые измеряют с помощью прибора «Ланатестер-2» до и после вытягивания;
2
4
3
- Устойчивость нитей к действию агрессивных сред оценивают по уменьшению разрывной нагрузки нитей (%) после 24-часового воздействия 40%-ного раствора NaOH, 98%-ной HSO и 40%-ной HNO. По уменьшению разрывной нагрузки нитей величину их устойчивости к действию агрессивных сред подразделяют на следующие категории: 0% - высокая стойкость; 20% - удовлетворительная стойкость; 40% - устойчивы не во всех случаях; 60% - недостаточно стойки; 80% - нестойки. При высокой химической нестойкости возможно даже полное растворение нити.
- Коэффициент трения нитей определяют с помощью прибора В.В.Талепаровской.
- Гидрофобность оценивают по краевому углу смачивания полимерного материала водой (град.), который определяют методом проецирования капли на экран.
- Прочность нитей оценивают по разрывной нагрузке нитей (сН/текс), которую определяют на разрывной машине РМ-3-1.
Свойства полипропиленовых, полиэфирных и полиамидных нитей, полученных по способу-прототипу, а также по заявленному способу при различных параметрах процесса, приведены в таблицах соответственно 1, 2, 3.
Таблица 1
Свойства полипропиленовых нитей с покрытием из политетрафторэтилена
№ п/п
Концентрация суспензии ПТФЭ, г/л
Кратность ориентационного вытягивания, разы
Толщина покрытия, мкм
Уменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, %
Коэффициент трения
Краевой угол смачивания, град
Разрывная нагрузка, сН/текс
Модуль упругости, Н/мм<sup>2</sup>
40%-ного NaOH
98%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
40%-ной HNO<sub>3</sub>
1
3
8
0,5
0
0
0
0,04
129
53,2
738
2
30
8
3,0
0
0
0
0,04
132
61,8
771
3
60
8
6,0
0
0
0
0,04
127
53,7
758
4
30
3
4,0
0
0
0
0,04
128
54,9
748
5
30
15
2,5
0
0
0
0,04
129
58,6
742
6* (сравнительный пример)
30
4
60
25
40
0,41
88
34,3
451
7** (сравнительный пример)
30
4
60
25
40
0,18
88
48,1
673
8 (прототип)
4
60
25
40
0,30
88
47,5
665
*) смесь авиважного препарата и суспензии политетрафторэтилена наносят на холодную нить;
*) авиважный препарат и суспензию политетрафторэтилена наносят на горячую свежесформованную нить, но последовательно начала авиважный препарат, потом политетрафторэтилен
Таблица 2
Свойства полиэфирных нитей с покрытием из политетрафторэтилена
№ п/п
Концентрация суспензии ПТФЭ, г/л
Кратность ориентационного вытягивания, разы
Толщина покрытия, мкм
Хемостойкость (уменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, %)
Коэффициент трения
Краевой угол смачивания, град
Разрывная нагрузка, сН/текс
Модуль упругости,Н/мм<sup>2</sup>
40%-ного NaOH
98%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
40%-ной HNO<sub>3</sub>
1
3
8
0,5
0
0
0
0,04
116
68,3
617
2
30
8
3,0
0
0
0
0,04
128
80,5
633
3
60
8
6,0
0
0
0
0,04
117
72,6
628
4
30
3
4,0
0
0
0
0,04
118
69,0
619
5
30
15
2,5
0
0
0
0,04
129
80,2
635
6* (сравнительный пример)
30
4
18
Полное растворение
80
0,37
72
49,3
486
7** (сравнительный пример)
30
4
18
Полное растворение
80
0,21
72
54,1
502
8 (прототип)
4
18
Полное растворение
80
0,25
72
61.0
556
*) смесь авиважного препарата и суспензии политетрафторэтилена наносят на холодную нить;
**) авиважный препарат и суспензию политетрафторэтилена наносят на горячую свежесформованную нить, но последовательно: сначала авиважный препарат, потом политетрафторэтилен
Таблица 3
Свойства полиамидных нитей с покрытием из политетрафторэтилена
№ п/п
Концентрация суспензии ПТФЭ, г/л
Кратность ориентационного вытягивания, разы
Толщина покрытия, мкм
Хемостойкость (уменьшение разрывной нагрузки после 24-часового воздействия, %)
Коэффициент трения
Краевой угол смачивания, град
Разрывная на грузка, сН/текс
Модуль упругости,Н/мм<sup>2</sup>
40%-ного NaOH
98%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
40%-ной HNO<sub>3</sub>
1
3
3
0,5
0
0
0
0,04
114
81,4
1113
2
30
8
3,0
0
0
0
0,04
130
97,2
1162
3
60
15
6,0
0
0
0
0,04
119
88,6
1142
4
30
3
4,0
0
0
0
0,04
118
80,6
1096
5
30
15
2,5
0
0
0
0,04
132
101,3
1171
6* (сравнительный пример)
30
4
12
Полное растворение
Полное растворение
0,26
67
49,8
613
7** (сравнительный пример)
30
4
12
Полное растворение
Полное растворение
0,11
67
61,3
802
8 (прототип)
4
12
Полное растворение
Полное растворение
0,18
67
72,0
985
*) смесь авиважного препарата и суспензии политетрафторэтилена наносят на холодную нить;
**) авиважный препарат и суспензию политетрафторэтилена наносят на горячую свежесформованную нить, но последовательно: сначала авиважный препарат, потом политетрафторэтилен