1. Что такое прядение (образование волокон)?

Прядение, или формирование волокна, представляет собой процесс, при котором прядильная жидкость (паста или расплав) непрерывно, точно и равномерно выдавливается через прядильный насос (также называемый дозирующим насосом) с образованием жидких нитей, которые затем затвердевают в пряжу на воздухе, в воде или в коагуляционной ванне.

В зависимости от того, как готовится и затвердевает прядильная жидкость, образование химических волокон делится на четыре основные категории: прядение из расплава , , мокрое прядение, , сухое прядение и мокрое прядение с сухой струей (прядение с воздушным зазором) . Какой метод выбрать, зависит от того, можно ли расплавить полимер, можно ли его растворить, а также от целевых характеристик конечного волокна. Давайте посмотрим на каждый из них.

2. Четыре метода прядения в деталях

2.1 Прядение расплава

При формовании из расплава полимер нагревается до расплавленного состояния и экструдируется через отверстия фильеры; на воздухе расплавленная жидкость постепенно остывает и затвердевает в волокна. Используемый полимер должен плавиться до вязкотекучего состояния без значительного разложения. Волокна из полиэстера (ПЭТ), полиамида (ПА) и полипропилена (ПП) производятся методом прядения из расплава.

Прядение из расплава предлагает выдающиеся преимущества: скорость прядения достигает 1000–7000 м/мин ; нет необходимости в растворителях или осадителях, поэтому нет системы восстановления растворителя, оборудование проще, а технологический процесс намного короче — экономичный, простой в эксплуатации и высокоэффективный метод производства.

Технологическая схема: крошку волокнообразующего полимера после предварительной кристаллизации и сушки плавят, смешивают, дозируют и экструдируют в отдельно нагреваемых зонах шнекового экструдера. Расплав точно подается насосом-дозатором расплава в прядильный коллектор, экструдируется через фильеру в виде тонких потоков расплава и затвердевает при более низкой температуре под охлаждающим воздухом с образованием пряденных волокон. Затем волокна обрабатываются (нанесение масла, переплетение), наматываются на бобины и, наконец, превращаются в пригодные для использования волокна путем вытягивания и термофиксации.

Прямое прядение по сравнению с прядением стружки: при подготовке расплава прядение из расплава имеет два маршрута. При прямом формовании расплав полимера от полимеризации подается непосредственно в дозирующий насос — экономически эффективный и доминирующий вариант в промышленном производстве, но менее гибкий для дифференцированных волокон (в основном регулируемых по линейной плотности и поперечному сечению). При прядении стружки гранулы предварительно кристаллизуются и сушатся, а затем подвергаются формованию из расплава через шнековый экструдер, что упрощает смену продукта и идеально подходит для мелкосерийного производства дорогостоящих дифференцированных волокон , и именно здесь лучше всего подходит лабораторная машина для прядения из расплава.

2.2 Мокрое прядение

При мокром прядении полимер растворяется в растворителе с образованием прядильного раствора, который экструдируется через фильеру в коагуляционную ванну , где полимер осаждается в виде твердых нитей. Этот метод особенно подходит для волокнообразующих полимеров, температура разложения которых ниже точки плавления или которые обесцвечиваются при нагревании, но могут быть растворены в подходящем растворителе. Акриловые (ПАН), винилоновые (ПВА) и другие синтетические волокна, а также искусственные волокна, такие как вискоза и медно-аммиачное вискоза , производятся методом мокрого прядения.

Характеристики: мокрое прядение происходит относительно медленно, но в фильере гораздо больше отверстий, чем при прядении из расплава; процесс более сложный и стоимость выше. Из-за затвердевания в ванне поперечное сечение волокна обычно некруглое с отчетливой структурой оболочки . Чтобы компенсировать низкую скорость, при производстве штапельного волокна используются фильеры с несколькими отверстиями или сгруппированные.

Технологическая схема: подготовка прядильного раствора → фильтрация и экструзия через фильеру в виде тонких струй → коагуляция в ванне с образованием прядённых волокон → наматывание или непосредственная последующая обработка для получения конечного продукта.

2.3 Сухое прядение

Сухое формование подходит для полимеров, для которых можно найти низкокипящий, хорошо растворяющийся растворитель : прядильный раствор выдавливается через мелкие отверстия в поток нагретого газа; по мере испарения растворителя полимерные нити затвердевают. После вытяжки, закрепления, промывки и сушки получают готовое волокно. Акриловые, спандексные, ПВХ (хлорфибра) и винилоновые волокна производятся методом сухого прядения.

Характеристики: сухое прядение отличается непрерывным производством, высокой скоростью прядения, большой производительностью и низким уровнем загрязнения. Волокна превосходят волокна мокрого прядения по качеству, химической стойкости и красимости. Однако волокна, полученные методом сухого прядения, хуже устойчивы к хлору, технология более сложна, требуется восстановление растворителя, поэтому производственные затраты относительно высоки.

• По сравнению с мокрым прядением прядильный раствор более концентрированный (до 18–45% ) и более вязкий, что обеспечивает гораздо большее растяжение фильеры (обычно до 27 раз ), что облегчает получение более тонких нитей;
• Механическое сопротивление нити намного ниже, чем при мокром прядении, поэтому скорость прядения выше, но все же ниже прядения из расплава из-за скорости испарения растворителя;
• Затвердевание происходит медленнее, и нити имеют тенденцию слипаться до затвердевания, поэтому фильера имеет относительно мало отверстий (обычно около 1200) по сравнению с десятками тысяч для штапельного волокна, полученного методом мокрого прядения. Таким образом, производительность на прядильную позицию намного ниже, чем при мокром прядении, что делает сухое прядение более подходящим для комплексной пряжи. .

2.4 Сухое мокрое прядение (прядение с воздушным зазором)

Влажное прядение с сухой струей, также называемое прядением с сухим и мокрым способом или прядением с воздушным зазором, представляет собой уникальный метод прядения на растворе, который сочетает в себе преимущества мокрого и сухого прядения. Он особенно подходит для обработки жидкокристаллических полимеров и поэтому также известен как жидкокристаллическое прядение.

Прядильный раствор экструдируется через мелкие отверстия и сначала проходит через воздушный зазор , где сопротивление низкое, и молекулы жидкокристаллического полимера становятся высокоориентированными при высоких степенях вытяжки. Затем нить попадает в низкотемпературную коагуляционную ванну для затвердевания и замерзания в высокоупорядоченной жидкокристаллической структуре. Полученные волокна обладают высокой прочностью и высоким модулем упругости . В настоящее время этот метод широко используется для производства волокон ПАН, волокон полимолочной кислоты (ПЛА), хитозановых волокон и т. д.

Характеристики: подходит для прядильных растворов высокой вязкости, с легкой регенерацией растворителя и низким удельным расходом; быстрое формирование, однородная структура волокна и почти круглое поперечное сечение, что обеспечивает значительно улучшенную прочность и эластичность, а также отличную окрашиваемость и блеск. Недостатки: после обрыва нити прядка имеет тенденцию переливаться вдоль поверхности фильеры, а при прядении с несколькими отверстиями одна сломанная нить может привести к разрыву соседних нитей, нарушая непрерывность прядения.

2.5 Краткий обзор сравнения

3. Какое оборудование для вашей лаборатории? Две флагманские модели от Anytester

Промышленная линия имеет длину десятки метров и требует серьезных инвестиций. Для разработки новых продуктов, исследования процессов и пробного производства дифференцированных волокон незаменимо Anytester (Hefei) Co., Ltd. предлагает специализированные настольные решения для двух наиболее типичных маршрутов: лабораторное прядильное оборудование .

Вариант 1: Лабораторная прядильная машина AT225 — для прядения из расплава

ПЭТ ПА ПП Термопластичные полимеры

AT225 — ключевая машина для исследования синтетических волокон. Он использует высокотемпературные медные кольцевые блоки для нагрева и плавления образца полимера и выдавливает расплав в виде струйки жидкости из фильеры под давлением инертного газа (N₂) для получения зарождающегося волокна. Машина состоит из плавильной системы, прядильной системы и системы намотки — идеально подходит для оценки прядилимости, проверки стружки и изучения параметров процесса.

Ключевые особенности:

• Три зоны нагрева с медными кольцевыми блоками; каждая зона настраивается и контролируется независимо; макс. температура 350℃;
• Цветной сенсорный экран с отображением в режиме реального времени температуры баллона и давления воздуха; точность температуры ±0,5℃;
• Система стабильного давления инертного газа: макс. 2 МПа (с возможностью расширения до 3,6 МПа), точность ±0,01 МПа (источник газа подготовлен пользователем);
• Загрузочный цилиндр из нержавеющей стали емкостью 500 мл с устройством распределения замачивания; изоляционная пластина под цилиндром блокирует отверстие фильеры для быстрого нагрева;
• Пластина фильеры: диаметр отверстия. 0,15–0,5 мм, Д:Д 2:1–3:1, 1–20 отверстий (уточняйте при заказе);
• Съемный намоточный вал с электроприводом, регулировка 0–1400 об/мин; маховик для регулировки положения ролика;
• Охлаждающий вентилятор с регулируемой скоростью; окно из органического стекла и система освещения для удобства наблюдения; кнопки аварийной остановки и включения/выключения обогрева;
• Металлический защитный колпак с воздушной ножкой для безопасного и удобного доступа.

Техническая спецификация:

Стандартная комплектация: основная машина, фильерная пластина (на машине), намоточный ролик (на машине), распределительная пластина (на машине), 10 фильтрующих пластин, впускная труба для газа, специальный гаечный ключ, датчик температуры (1 запасной), упаковочный лист, сертификат качества, руководство пользователя. Дополнительно: фильерная пластина, намоточный ролик, фильтрующая пластина, датчик температуры.

Вариант 2: Настольная машина для мокрого прядения AT235 — для мокрого прядения

ПАН Винилон Вискоза Новые волокна

AT235 специально разработан для исследования новых материалов в области текстиля, макромолекул и т. д. Он может имитировать весь процесс мокрого прядения : линия состоит из бака для прядильного раствора, дозирующего насоса, гибкой шейки, фильеры, коагулирующей ванны, волочильных валков, нагревательного паза, установочных пазов и намоточного валика — все они соединены быстроразъемными соединениями для облегчения сборки.

Ключевые особенности:

• Подъемная платформа с ручным управлением перемещает бак раствора, дозирующий насос, гибкую шейку и фильеру вместе вверх или вниз;
• гибкая шейка из нержавеющей стали 316L и коагулирующая ванна (1000×160×160 мм) с двумя прижимными роликами нити; дополнительная система отопления для ванны;
• Слот для бесконтактного нагрева воздуха (400 мм, 750 Вт) и слоты с двойной регулировкой (400×2 мм, 750 Вт×2), комнатная температура до 250℃, датчики PT100;
• Нейлоновые вытяжные ролики (Ø50×80 мм) с регулируемой скоростью 3–40 м/мин; намотчик 3–40 м/мин с траверсой 60 мм;
• Танталовая фильерная гайка со 100 отверстиями диаметром 0,07 мм. — идеально подходит для формирования тонких нитей;
• Вся линия длиной всего 5 метров: мини-размер, компактность, удобство в лаборатории.

Техническая спецификация:

Стандартная конфигурация: основная машина, фильерная пластина, упаковочный лист, сертификат качества, руководство пользователя. Опционально: система нагрева коагуляционной ванны.

4. Кто использует эти машины?