Akademia Techniczno-Humanistyczna

w Bielsku-Białej

Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku

Włókiennictwo

Rok II Semestr III

Ćwiczenie nr 5

Temat: Metoda stopowa wytwarzania włókien

Hiniuial

Metoda stopowa jest najważniejszą z pośród metod formowania włókien. Jest ona najkorzystniejsza pod względem ekonomicznym (największa wydajność - kilkuset do kilkunastu tysięcy metrów na minutę), jak i technologicznych. Pod względem techniczno-technologiczny ograniczy jest do od 3 do 1 operacji przygotowawczych. Nie występuje też utrata masy - sto procent stopu jest przekształcane we włókno. Jedynym procesem towarzyszącym jest wymiana ciepła.

Metoda stopowa może być realizowana w aparaturze składającej się z trzech modułów. Główny moduł stanowi część napędowa i wytłaczarka z głowicą formująca. Jest to najmniejsza część aparatury. Kolejnym elementem jest komora przędzalnicza, trzecim natomiast odbieralnica. Komorą przędzalniczą jest rura o dłógości 4 do 6 metrów w której zachodzi schładzanie włókien. Czasem wyposażona jest też w komorę bocznego nadmuchu. Problemem może być nieprawidłowa cyrkulacja powietrza w komorze przędzalniczej, co powoduje rozdmuchiwanie niezestalonych włókien po komorze.

Najważniejszym elementem głównego modułu linii przędzalniczej jest wytłaczarka - ekstruder. Najczęściej jest ona wytłaczarką jednoślimakową. Jest to cylinder, obudowany otuliną grzewczą. W utwardzonej wewnątrz powierzchniowo róże porusza się ślimak. Ślimak porusza się dzięki napędowi przenoszonemu przez sprzęgło zabierakowe z silnika elektrycznego. W przemyśle używa się silników bez możliwości regulowania obrotów.

Najistotniejszymi parametrami ślimaka jest średnica (zależna od wielkości urzadzenia) i parametr l/d (w maszynach przędzalniczych na ogół19/25). Skok lini śrubowej jest taki sam na całej długości ślimaka, jednak budowa ślimaka jest zróżnicowana na jego długości. W pierwszym odcinku mamy wysokość profilu jednakową i względnie dużą, następnie wysokość profilu stopniowo się zmniejsza, ostatecznie znów jest jednakowa i nie wielka. Stąd możemy podzielić ślimak na trzy strefy: zasilania ,sprężania i dozowania. Strefy ślimaka odpowiadają strefom wytłaczarki. Każda z tych stref pracuje jako oddzielny termostat. W praktyce przemysłowej ekstrudery ogrzewane są za pomocą tzw. czynnika grzewczego, najczęściej mieszaniną difenylu i etaru metylowego. W maszynie badawczej, dzięki ogrzewniu elektrycznemu, można zmieniać parametry ogrzewania. Każda ze stref jest oddzielnie ogrzewana.

W strefie zasilania tworzywo (w postaci granulatu lub łamańca) jest pobierane z leja zasypowego, wstępnie ogrzewane, zagęszczane i transportowane dalej w kierunku głowicy. Granulat może zawierać domieszki barwników. Lej wyposażony jest w elektromagnes który zapobiega niekontrolowanemu zsypu i zastojom surowca. Dodatki są zwykle dozowane w sposób kontrolowany komputerowo. Ważne jest by granulat nie uplastycznił się w tej strefie - musi być odpowiednio niska temperatura, jednak nie zbyt niska, by strefa sprężania zdążyła dogrzać polimer do temperatury topnienia. Strefę zasilania stanowi odcinek cylindra wytłaczarki liczony od zasypu do miejsca, w którym zaczynają się pojawiać uplastycznione cząstki tworzywa.

W strefie sprężania tworzywo przechodzi ze stanu stałego w uplastyczniony. Teoretycznie uplastycznienie tworzywa powinno być zakończone w tej strefie. Tworzywo opuszczając strefę sprężania powinno być odgazowane. Długości strefy sprężania mogą być różne w zależności od przerabianego surowca.

W strefie dozowania zachodzi ujednorodnienie mechaniczne i termiczne przetwarzanego tworzywa oraz podwyższenie ciśnienia do poziomu potrzebnego do pokonania oporów przepływu przez głowicę. W celu uzyskania możliwie dużego ciśnienia głębokość kanału ślimaka w tej strefie jest na ogół mała.

Stop po wyjściu z ekstrudera trafia do głowicy formującej. Najczęściej jest to głowica krzyżowa - stop trafia na głowice poziomo, a w postaci włókien opuszcza ją pionowo. Głowice proste są wykorzystywane do produkcji tasiemek. Głowica składa się z pąpy przędzalniczej (lub zespołu pomp) oraz zestawu filerowego.

Pompa przędzalnicza jest zamontowana w głowicy. Jest to pompa zębata. Składa się z dwóch jednakowych kół zębatych możliwie jak najciaśniej osadzonych w korpusie. Obracające się koła zębate (jedno z nich jest napędzane przez zewnętrzne źródło) zagarniają ciecz z komory ssawnej do przestrzeni międzyzębnych transportując ją do komory tłocznej. Pompa musi być zbudowana z materiałów odpornych na bardzo wysokie temperatury, by nie uległa uszkodzeniu w czasie przetłaczania stopu. W przypadku stosowania dwóch pomp, pierwsza z nich jest pompą sprężającą, druga natomiast pompą dozującą. Wówczas druga pompa pracuje przy niezmiennym ciśnieniu.

Sprężanie (zachodzące w pierwszej pompie w przypadku układu pomp) jest potrzebne do pokonania oporów hydraulicznych przepływu stopu przez zespół filier. Wydajność pomp nazywana była dewidem, wynosiła od 1 do 5 centymetrów sześciennych na obrót.

Z pompy przędzalniczej stopiony polimer trafia na zestaw filier. Zestaw filier może pracować około 70 godzin bezawaryjnie. Elementem formującym jest filiera, z dyszami wielkości rzędu 0.2 mm. Filery mogą mieć od jednej do kilkuset dysz - w przemyśle stosuje się zwykle kilkadziesiąt. Grubość płytki uwarunkowana jest działającym ciśnieniem, rozfalowania wykonuje się dla zmniejszenia oporów.

Zanim polimer trafi na filiere, jest rozprowadzany przez ruszt i trafia na sita mające oczyścić go z zanieczyszczeń. Często przechodzi jeszcze przez filtr żwirowy. Zestaw filerowy zamyka lejek rozprężający.

Włókna z filiery trafiają do komory przędzalniczej, gdzie włókna ulegają schłodzeniu. Boczny nadmuch powietrza ma służyć schłodzeniu włókna pochodzącego z filier umieszczonych bliżej środka. Włókno jednocześnie ulega rozciąganiu, jednak jego średnica jest bardzo niejednolita.

Włókno musi zostać poddane następnie procesowi rozciągania. Włókno nie powinno być rozciągane poniżej temperatury zeszklenia. Teoretycznie możliwe jest rozciąganie części włókien na zimno (ponieważ ich temperatura zeszklenia, jak przy poliamidzie i polipropylenie - jest stosunkowo niska) kiedy temperatura wytwarzająca się samoistnie w procesie rozciągania wystarcza do przekroczenia temperatury zeszklenia. Jednak w praktyce wszystkie rodzaje włókien rozciąga się w wyższych temperaturach, dla uzyskania lepszej jakości włókien.

---