دانلود تحقیق تولید فیبررشته

فصل اول :
فرآیند چرخشی – ذوب
1-1 مقدمه :
فرآیند چرخشی – ذوب از ساده ترین روش تولید فیبر(رشته) می‌باشد، به همین دلیل آن با مسائلی در رابطه با کاربرد حلال درگیر نمی‌باشد.

بنابراین آن متد مطلوبی است، تهیه نمودن پلیمر ، ارائه دهنده فرآیند پایدار ذوب می‌باشد.

زمانیکه ریزه‌ها یا خرده‌های پلیمر برای فرآیند چرخشی ذوب مواد اولیه شکل می‌گیرند، در ابتدا آنها خشک می‌شوند و سپس در بیرون ده، ذوب می‌شوند.

بواسطه کانال‌های باریک در سرمادادن سرب؛ ذوب همگن و فیلترشده؛ فوران می‌شود، در اینجا انجماد رشته گروه‌های مایع صورت می‌گیرد (نمودار4.1).

سرانجام چرخش به پایان می‌رسد قبل از اینکه رشته گروه‌های مایع برروی لوله استوانه‌ای شکل چرخانده شوند.

Fig .4-1 A typical melt – spinning line
در طرح‌های مدرن؛ پلی‌استر و نایلون در واحدهای پلیمریزاسیون متداومی تولید می‌شوند، در جائیکه ذوب مستقیماً از آخرین پلیمرکننده تا واحد چرخشی- ذوب، انتقال می‌یابد.

در مورد پلی پروپپلین ، پلیمریزاسیون باعث ایجاد فرآورده‌ جامد می‌شود، آن از فرآیند چرخشی مجزا می‌باشد.

عمده‌ترین پیشرفت در ناحیه چرخشی-ذوب در دهه 1970؛ تغییر چرخش متداول در سرعت‌های نهایی حدوداً 1-m min1000 تا بالاترین سرعت چرخشی به سرعت 1-m min3000 و بالاتر می‌باشد.

تا سال 1975، بیش از نیمی از الیاف بافته شده در دنیا بر پایه کاربرد این تکنولوژی در تولید الیاف بود.

اما تک رشته‌ای تداوم داشت تا نسبتاً در سرعت‌های کند چرخشی به دلیل مسئله انتقال گرما تولید شود.

تکنیک‌های رویدادنگاری برتولید فیبر(رشته) که بر پایه فرآیند چرخشی – ذوب می باشد به صورت زیر است :
1- فرآیندمتداول : چرخش در 1-m min1500-600.

پس الیاف تاب خورده (تابیده) در 1-m min1000-400 عموماً به نسبت کشش بین 3 و 5/4 کشیده می‌شود.

2- فرآیند مستقیم کشش – چرخشی : در این فرآیند بیان شده که چرخش و کشش در یک عملکرد متداوم به هم می‌پیوندند، نهایت سرعت ممکن است بالای 1-m min6000 باشد، اما بعید است که سرعت چرخشی متجاوز از 1-m min4000 باشد.

3- فرآیند چرخشی با سرعت بالا : چرخش در 1-m min4000-3000 تا اندازه‌ای الیاف جهت‌یاب (POY) را بوجود می‌آورد، کشش بیشتر از 2 می‌تواند در طی ترکیب کششی همزمان / متوالی مناسب باشد.

4- فرآیند چرخشی با سرعت بسیار بالا : چرخش در 4000 تا بیش از 1-m min6000 به جهت اینکه افروزه در 1-m min5500 به حالت تابیده در می‌آید، هنوز کشش ناچیز بیشتری باید داشته باشد.

اسامی جامع برای نهایت سرعت های تا 1-m min6000 ، سرعت بالای چرخشی می‌باشد و سرعت بسیار بالای چرخشی به سرعت‌های متجاوز از 1-m min6000 اشاره دارد.

جالب توجه است که تکنیک‌های (2) ، (3) و (4) همگی برپایه سرعت بالای چرخشی می‌باشند.

در این فصل، جنبه‌های گوناگون عملکرد فرآیند چرخش – ذوب در سرعت‌های متفاوت درنظر گرفته خواهدشد، و هم‌چنین فرآیند مستقیم کشش در چرخش بطور خلاصه شرح داده خواهدشد.

2-1 : خطوط چرخشی – ذوب :
1-2-1 : جنبه‌های متداول
از لحاظ کلی در نمودار 1-1، خطوط چرخشی- ذوب نشان داده شده است.

اصولاً، طرح اولیه خط نمادی از چرخش – ذوب در سرعت‌های نسبتاً پایین است که خرده‌های پلیمر مانند مواد اولیه به کار گرفته می‌شوند.

از این خط که نیازمند به توجه بیشتری می‌باشد، دو انحراف وجود دارد.

ابتدا، در فرآیند مستقیم چرخشی، ذوب همزمان و قابل چرخش ایجاد شده از طریق پلیمریزاسیون ممکن است مستقیماً به سمت ماشیت چرخشی در مرحله پمپ دستگاه؛ انتقال یابد.

دوم، زمانیکه سرعت‌های مارپیچی بالا است، ممکن است مستقیماً الیاف به سمت انتهای طرح نزول نماید، بدون اینکه godets مورد استفاده باشند.

واحد صنعتی چرخشی- ذوب فاثد godets در نمودار (a)2-1 نشان داده شده است، درصورتیکه نمودار (b)2-1 نشان‌دهنده بخش پایین‌تر واحد دارای godet می‌باشند.

متون بعدی؛ فشار الیاف را برروی دستگاه‌های مارپیچی جایز می‌داند تا کاربرد پوشش- S شکل پیرامون godet سرد کنترل شود.

زمانیکه خرده‌های پلیمری از مواد اولیه شکل می‌گیرند، خرده‌های بوجودآمده چندین راکتورهای اتمی پلیمریزاسیونی با حداقل دگرگونی گروه به گروه؛ مخلوط می‌گردد (ترکیب می‌گردد).

خرده‌ها خشک می‌شوند و سپس ذوب می‌گردند.

در فرآیندهای همزمان اصلی، ذوب به طور مداوم در ذوب‌کننده‌های مارپیچی؛ به انجام می‌رسد، چونکه اینها ذوب یکنواخت و همزمانی را صورت می‌دهند.

تحت فشار، عمل ذوب پلیمر به سمت بلاک‌های چرخشی انتقال می‌یابد، در جایی که پمپ سنجش‌گر دقیقی وجود دارد، مثلاً پمپ دستگاه ، حتی به شدت باقیمانده‌های ذوب را صادر می‌‌نماید.

پس فرآیند ذوب پلیمر از میان یک فیلتر مطلوب مهار می‌گردد.

پالایش پلیمر ذوب شده صورت می‌گیردقبل از اینکه آن وارد چرخان شود، ذوب همزمان صورت می‌گیرد و ناخالصی جامدات مانند ذرات آهنی؛ از بین می‌رود و نیمه جامد باعث تنزل ژلاتین پلیمر می‌گردد و همچنین حباب‌های گازدار حذف می‌شوند.

پالایش پربازده، درهرتولید هزارکیلوگرمی نسبت انکسار را تا انکسار زیر 6، موجب می‌گردد و همچنین نوسان تکه‌های کوچک یا بخش‌های کشیده شده در افروزه تابیده شده، کاهش می‌یابند.

بعد فرآیند پالایش، ذوب در یک ظرف در میان لوله کم قطری بنام چرخان صورت می‌گیرد و در این روش یک جریان مایع شکل می‌گیرد.

پلیمر ذوب شده، بواسطه حضور چرخان و بواسطه رهایی از انرژی الاستیک ذخیره شده در طی جریان برش، در میان کانالهای باریک، بیرون می‌زند.

این عمل مانند تأثیر Dieswell شناخته شده می‌باشند و در فصل 3 مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

پس افروزه‌ها خاموش می‌باشد و در صورتیکه از انتها کشیده شود، در اتاق خاموش سخت می‌شوند.

قطر افروزه کاهش می‌یابد و سپس تعدادی از این افروزه‌ها بوجود می‌آیند تا به کمک دو هدایت‌گر درون بسته‌ای به هم ملحق شوند.

چرخش نهایی به کارگرفته می‌شود قبل از اینکه بسته‌های برروی غلتک استوانه‌ای شکل پیچیده شوند، که اغلب اوقات توسط یک غلتک اصطکاک – سخت صورت می‌گیرد.

2-2-1 : بیرون ده (روزن ران) : در گذشته؛ دانه‌های کوچک برروی شبکه‌های متشکل از مناطقی که دارای گرمای زیاد هستند درون فرم حلقه‌ها و دنده‌های گرم شده از بیرون، ذوب می‌شوند.

اما بدلیل ذوب‌کننده‌های مارپیچی یا بیرون‌ده‌ها عرضه کننده مزیت‌های بسیار بالاتری از میزان ذوب‌کنندگی، ظرفیت بالا، زمان کوتاه اقامت، ایجادفشار، همگونی بیشتر و توزیع کیفیت سنجش گرذوب، می‌باشد.

در نمودار 3-1 بخش‌های عملکردی بیرون ده خاص نشان داده شده است، درصورتیکه جزئیات مارپیچی خاص در نمودار 4-1 ارائه شده است.

اساساً بیرون ده مشتمل از استوانه‌ای می‌باشد که در میان یک یا چند مارپیچ تنگ (باریک) می‌چرخند.

مارپیچی به‌قطرmm300-45هستند،مثلاًبرای پلی‌پروپپلین با ظرفیت ذوب 1-kgh2000-50 مورد استفاده می‌باشند.

طول مارپیچی برای پلی پروپپلین نسبت به پلی‌استر و پلی‌آمید بیشتر است، درصورتیکه برای آنها بطور عادی میزان طول برابر 33-28 قطر می‌باشد.

استوانه در امتداد طولش از طریق روغن یا الکتریسیته گرم می‌شود.

خرده‌ها با یکی از مارپیچی‌های حلقه دور استوانه تغذیه، تغذیه می‌شود و سپس از میان استوانه از طریق چرخش مارپیچی به سمت جلو رانده می‌شود، چرخش در پایه ماشین (دستگاه) صورت می‌گیرد.

همانطور که پلیمر به سمت جلو حرکت می‌کند، آن تا اندازه‌ای از طریق رسانش گرمایی دیوارهای استوانه نرم می‌شوند و تا اندازه‌ای از طریق گرمای سایشی درنتیجه برش مکانیکی پلیمر از طریق عملکرد مارپیچی، گسترش می‌یابند.

زمانیکه آن به انتهای مارپیچی می‌رسد، ذوب همزمان و مذاب از میان فیلتر قابل تغییر هدایت می‌شود، فیلتر قابل تغییر درون پمپ دستگاه قرار می‌گیرد که ظرفیت (کارایی) مطلوب سنجش‌گر درون چرخان به واسطه فیلتر مشابه دیگر، قرار می‌گیرد.

چگونگی به وقوع پیوستن ترکیب و همگونی ذوب را مجسم نمایید، آن فاقد ارزش است که چنانچه پلیمر به مارپیچی متصل شوند و در سطح استوانه حرکت نماید، درآنجا به دلیل اینکه مواد با مارپیچی بدون اینکه به سمت جلو رانده شوند؛ می‌چرخد، تولید از بیرون ده صورت نخواهد گرفت.

به عبارت دیگر اگر پلیمر به دیوار بچسبد و در مارپیچ حرکت نماید، سرعت چرخشی مواد کمتر از حدمارپیچی خواهدبود ودرنتیجه مواد در امتداد بیرون ده از طریق لبه سربی پره داخل می‌شوند.

عموماً بیرون‌ده‌های مارپیچی می‌توانند مانند عملکرد با مناطق مجزای زیر درنظرگرفته شوند، چنانچه یک حرکت در امتداد طول مارپیچی از قیف آغاز می‌گردد.

1- بخش تغذیه یا ناحیه انتقال جامدات: این بخش تنها در زیر قیف قرار داد.

2- منطقه ذوب و تراکم : ذرات جامد پلیمر، تراکم موجود در این منطقه را بدلیل کاهش حجم پره های مارپیچی، تحمل می‌نماید.

در نقطه‌ای ذوب ذرات آغاز می‌گردد که در آنجا اولین لایه مایع در دیوار استوانه شکل می‌گیرد، که گرم است ، و عمل ذوب‌شدگی می‌تواند در امتداد طول قابل ملاحظه‌ای در یک نقطه گسترش یابد در این نقطه همه پلیمرها در خط مقطع کانال، در فرم ذوب شدگی می‌باشند.

3- منطقه ذوب : در این منطقه فشار انباشته می‌شود و ذوب انتقال می‌یابد و متجانس می‌گردد.

سه پدیده جاری می‌تواند در این منطقه مجزا گردد: (a): جریان پیشرفته یا کاهنده (کاهشگر)، که جریان نامحدودی است که از طریق تأثیرات تماس بین مواد و استوانه و سطوح مارپیچی ایجاد می‌گردد.

(b): جریان فشار بواسطه فشاری است که در خارج از بیرون‌ده انباشته شده‌است که بواسطه هم کشی یا از بین‌رفتگی صورت می‌گیرد.

مسیر این جریان مخالف با حد جریان کاهنده(کاهشگر) است بنابراین از تولید همه جانبه کاسته می‌شود.

(c): جریان ترواش از میان شکاف بین استوانه و پره‌های مارپیچی صورت می‌گیرد.

این جریان برعکس بطور نرمال بسیار ناچیز است و ممکن است نادیده گرفته شود.

در نمونه بیرون ده، میزان جریان حجمی، به طور شاخص از طریق جریان کاهشگر(کاهنده) تحت تأثیر قرار می‌گیرد و جریان بخش‌های عقبی و جریان تراوشی بسیار ناچیز هستند.

4- منطقه مخلوط : در این مرحله feedstock کاملاً همگون نمی‌باشد و بخش مخلوط با مخلوط ویژه گسترده شده، درآمیخته می‌شود.

3-2-1 : چرخش متعدد (چندجانبه ) : شرایط گرمایی و طراحی چرخش متعدد، تأثیر عمده‌ای بر کیفیت افروزه دارد و بنابراین نیازمند به دقت زیاد می‌باشد.

در واحد چرخشی نمونه، مایع پلیمری ممکن است از آخرین مجرای چند تقطیری در حالت چرخش مستقیم، یا از بیرون ده در حالت جریان گروهی، با چرخش در جلو برعکس حلقه‌های دارای پوشش- دوگانه، انتقال یابد.

عموماً این حلقه‌ها از طریق جریان Dowtherm گرم می‌شود.

مایع پلیمر با تعدادی از چرخان‌ها، توزیع می‌شود هرکدام با پمپ چرخشی آماده می‌شوند.

دو شرایط عمده وجود دارد: ابتدا همه مسیرها ذوب قبل از رسیدن به دهانه چرخان باید از همان طول باشند تا دقیقاً تشابه فشار حاصل شود، که به ترتیب حتمی است که همان کیفیت مواد به هر دهانه می‌رسد، و دوم اینکه؛ جریان ذوب و چرخان باید دارای نماهای دمای برابر باشد.

همگونی ذوب و نمای دمای یکنواخت، مخلوط‌های ثابت در جلو پمپ های سنجش گر قرار می‌گیرند.

4-2-1 : سلسله چرخش و چرخان : تحت فشار پلیمر ذوب شده به بالای چرخش انتقال می‌یابد جائیکه پمپ سنجش‌گر دقیقی وجود دارد، مثلاً پمپ دستگاه، حتی باقیمانده‌های ذوب نیز صادر می‌شوند.

همانطور که در شکل 5-4 نشان داده شده، رأس چرخش ]5[ یک شاخه به پلیمری دارد که از میان پلیمر ذوب شده وارد قالب پمپ می‌شود و میزان سنجش گر ذوب از میان آن بدون سلسله چرخش هدایت می‌شود.

پمپ دستگاه متشکل از سه ظروف استیلی سطح – مات می‌باشد ]6[: پایه، مرکز و درپوش بشقاب که بطور محکم به یکدیگر پیچ شده‌اند.

مرکز بشقاب دارای دو چرخ‌دنده می‌باشند، محورهای آن در پایه و درپوش بشقاب قرار دارند.

پمپ‌ها از مولیبدن و وانادیوم دارای استیل درجه بالا ساخته شده‌اند.

رسانش ذوب موارد زیر را تحت تأثیر قرار می‌دهد: دندانه درگیر با چرخ‌دنده زمانیکه چرخانده می‌شوند، باعث بازشدن شکاف‌های روبرو می‌شوند.

اینها مملو از ذوب شدن می‌باشند که از کانال تغذیه واردشده‌اند، که از طریق هردو چرخ‌دنده محکم گرفته‌شده‌اند.

زمانیکه دو چرخ‌ درهم قفل می‌شوند، دوباره ذوب خارج روزنه‌های درون چرخ دنده از طریق دندانه روبرویی تحت فشار قرار می‌گیرند و به چرخان می‌رسند برعکس طرح پالایش داخلی.

چرخش افروزه‌ها به طور نرمال در هرچرخش نیازمند به پمپ‌های چرخشی به ظرفیت cm34-1 و سرعت min-135-10 می‌باشند.

چرخش نامنظم افروزه‌ها یا فیبر اصلی ملزم پمپ‌هایی با ظرفیت بالاتر از حدوداً cm320 درهر چرخش و بیشتر می‌باشند.

پمپ‌های سنجش‌گر باید قادر به تغذیه در برابر فشارهای بالای عقبی از 200-20 بار بدون تغییر نسبت تغذیه و به همراه دقت 3%± باشند.

به جهت پالایش ، شن یا آلومینیم انباشته شده در مکانی از طریق غربال‌های آهنی نگهداری می‌شود، دیسک‌های ذوب متخلخل به کار گرفته می‌شوند.]7[ غربال‌ها و فیلترشنی در طرحی که از دستگاه صافی حمایت می‌نمایند، هستند .

هم‌چنین این با ظرف چرخان و ظرف براکت تطبیق و سازگاری دارد.

تصفیه (پالایش) مواد جامد بزرگ یا ذرات ژل را انتقال می‌دهند.

ذرات کوچکتر، مانند delustrants ، از طریق فیلتر(صافی) حفظ نمی‌شوند.

هم‌چنین فیلتر(صافی) از طریق عملکرد تهیه برشی، تحت تأثیر واکنش جریان شناختی قرار می‌گیرد.

چرخان‌ها از فولاد ضدزنگ به ضخامت mm30/3 ساخته شده‌اند و مشتمل از سوراخ‌هایی به قطر mµ500-100 است.

آرایش متفاوتی از سوراخ‌ها در دسترس است نظیر دایره‌های هم‌مرکز، الگوهای پراکنده و ردیف‌های موازی.

سوراخ‌ها در انتهای شاخابه و بصورت مخروط مانند باریک تا قطر پایانی‌شان؛ نسبتاً عریض و استوانه‌ای شکل هستند که به جهت طول یک تا پنج قطری حفظ می‌شوند.

تعداد سوراخ‌ها به جهت تک