مشخصات این فایل
عنوان: ریسندگی لیف
فرمت فایل : word( قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 199
این مقاله درمورد ریسندگی لیف می باشد.
خلاصه آنچه در مقاله ریسندگی لیف می خوانید :
فصل چهارم:
4- بررسی روشهای ریسندگی محلولی
ریسندگی محلول به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شود :
1-4- ریسندگی خشک (خشک ریسی)
2-4- ریسندگی تر (تر ریسی)
خشک ریسی شامل جامد شدن محلول پلیمری از طریق تبخیر حلال پلیمری می‌باشد. تر ریسی خود به سه دسته تقسیم می‌شود که بر مبنای سه اصل فیزیکی شیمیایی استوار است :
1- روش کریستال مایع
2- روش ژل
3- روش جداسازی فازی
در روش اول محلول کریستال مایع از یک پلیمر لیوتروپیک، درحین شکل‌گیری کریستال جامد در محلول، به شکل جامد در می‌آید.
در روش ژل محلول پلیمری ، در حین شکل‌گیری پیوندهای درون مولکولی داخل محلول، جامد می‌شود که به آن فرآیند تشکیل ژل می‌گویند.
در روش جداسازی فازی دو فاز مختلف در محلول ظاهر می‌شوند. اولی فاز ریچ- پلیمر (Rich ) و دیگری فاز لین- پلیمر (Lean ) می‌باشد.
3-4- ریسندگی الیاف آکریلیک :
در مرحله موازنه فاز و جداسازی آن از محلول پلیمری پیشرفتهای قابل توجهی صورت گرفته که درک تئوری تکنولوژی ریسندگی الیاف آکریلیک را بهتر نموده است. اگر دمای همسان محلول پلیمری در نقطه E به نقطه F کاهش یابد محلول از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدار شده که نتیجه آن نوسانات غلظتی است و محلول به شکل تودهای از ابر قابل مشاهده درآمده و بنابر این نقطه F بنام نقطه تودهای یا ابری نامیده می‌شود و منحنی آن نیز منحنی نقطه تودهای خوانده می‌شود.
کاهش بعدی دمای محلول فراتر از نقطه F منجر به جداسازی محلول به دو فاز لین(A) و ریچ(B) پلیمری می‌شود. این قضیه یعنی انجام مرحله جداسازی بر اساس این روش که بنام جداسازی فازهای میکرو خوانده می‌شود، به وسیله افرادی چون کامید و ماناب اثبات شد. در محلول فوق هسته‌های حساس تشکیل می‌شوند که علتش نوسان غلظت بوده که با کاهش دما به زیر نقطه تودهای روی می‌دهد. این هسته‌های حساس بزرگتر شده و به ذرات اولیه تبدیل می‌شوند.
در صورتی که غلظت پلیمری محلول ( ) از غلظت نقطه بحرانی محلول پایین‌تر باشد ( ) فاز ریچ پلیمری یک فاز پخش شده خواهد بود. از طرف دیگر اگر بزرگتر از باشد فاز لین یک فاز پخش شده خواهد بود.
پس از برخورد ذرات اولیه و مخلوط شدن آنها با یکدیگر و رشد آنها به ذرات بزرگتر که ذرات ثانویه خوانده می‌شود، عمل مخلوط شدگی بعدی وانتشار آنها برای بوجود آمدن ساختار اصلی الیاف محقق خواهد شد.
چنین پدیدهای میکرو فازی جداسازی فقط در محلول سه جزئی پلیمری ، حلال و غیر حلال دیده می‌شوند. اگر محلول اسیدی نیتریک آبی رقیق(کوآگولانت)E به محلول ریسندگی F اضافه شود، ترکیب مخلوط در حین خط اتصال F و E تغییر کرده و از منحنی نقطه تودهای در نقطه موزائیکی که توسطه دایره‌ای سفید نشان داده شده است عبور نموده متقاطع می‌شود.
ازآنجایی که غلظت پلیمری در این نقطه پایین‌تر از نقطه محلول بحرانی است آنرا بوسیله دایره سفید نقطه‌ای شکل یا منقطع مشخص می‌کنیم ، فاز پلیمری ریچ تشکیل دهنده یک فاز پخش شده خواهد بود.
از طرف دیگر اگر محلول اسیدنیتریک آبی رقیق‌تری D به محلول F اضافه شود غلظت مخلوط حاصله در طول خط اتصال F و Dتغییر می‌کند و بر این اساس از منحنی نقطه تودهای در جائیکه بوسیله یک مربع باز مشخص شده عبور می‌نماید. از آنجائیکه غلظت پلیمر در این نقطه نسبت به نقطه محلول بحرانی بیشتر است، فاز لین- پلیمر یک فازپخش شده را تشکیل داده و فاز ریچ- پلیمر نیز یک فاز پیوسته را ایجاد می‌کند. زمانی که F غلیظ‌تر شود با اولین کاهش drmax به تدریج افزایش سریعی را بعد از رسیدن به یک حداقل خواهیم داشت که این حداقل غلظت بنام غلظت بحرانی خوانده می‌شود.
معمولا روش ریسندگی با غلظت کوآگولانت یا منعقد کننده، زیر این نقطه به نام «ریسندگی کم غلظت» نامیده می‌شود که با افزایش غلظت کوآگولانت به بالای این نقطه نام آن «ریسندگی پر غلظت» یا ریسندگی با غلظت بالا خواهد بود. با رسیدن ریسندگی به منطقه غلظت پایین یک لایه پیوسته(پوستی) روی سطح نخ ایجاد می‌شود و سپس مواد غیر حلال در کوآگولانت در امتداد این پوسته انتشار یافته و عمل انعقاد را در داخل آن صورت داده و همچنین باعث تغییر حجم می‌شود.
با سفت‌تر شدن این پوسته تغییر آن ، بصورت مناسب با حالت انقباض یا تراکم داخل حجم که بوسیله ادغام ذرات پلیمری بوجود می‌آید، ممکن پذیر نمی‌باشد. این پدیده می‌تواند باعث شکل‌گیری فضاهای خالی- میکرو در لایه داخلی الیاف شود. با کاهش بیشتر غلظت کوآگولانت تعداد بیشتر و بزرگتری از این فضاهای خالی در داخل الیاف تشکیل می‌شوند. این فضاها اغلب باعث تاریک و مات شدن الیاف می‌شوند. اگر ازدیاد طول و خشک شدن الیاف بدرستی صورت گیرد الیاف شفاف بدون داشتن این فضاها را شاهد خواهیم بود.
از طرف دیگر اگر ریسندگی با غلظت بالا باشد الیاف کوآگولانت(منعقد شده) دیگر بصورت پوسته نبوده بلکه ساختاری غیر یکنواخت در اثر تراکم ذرات پلیمری را خواهند داشت. در این حالت با سرعت پایین‌تر نسبت به حالت ریسندگی غلظت پایین عمل شده و بواسطه عدم وجود پوسته هر دو حالت حلال و غیر حلال انتشار ملایمی بین داخل و خارج الیاف خواهند داشت که باعث یکنواختی ساختار آن می‌شود. با انجام فاز جداسازی در کوآگولانت در غلظت بالا بجای غلظت پایین ، ذرات پلیمری حاوی حجم بیشتری از حلال بوده و ازدیاد طول و ترکیبشان با یکدیگر تحت نیروهای خارجی در فرآیند ریسندگی ، نسبت به ریسندگی غلظت پایین به تنهایی ، براحتی بیشتری
امکان پذیر می‌باشد.
درعین حال، ریسندگی غلظت بالا معایبی نیز دارد. اولا الیاف تولیدی آن استحکام بسیار پایینی در حمام انعقاد داشته و پارگی سریعی را با نیروهای انبساطی تجربه خواهد نمود. ثانیا حجم زیادی از پلیمر را می‌بایست در این فرآیند ، نسبت به فرآیند ریسندگی غلظت پایین، مصرف نمود.
با مراجعه به تاریخچه تولید الیاف آکریلیک خواهیم دید که روشهای تولیدی برای الیاف کوتاه زودتر توسعه یافته‌اند و سپس الیاف یکسره یا نخهای فیلامنت براساس آن تکنولوژی ساخته شده‌اند. تکنولوژی الیاف کوتاه همانند تولید نخهای نواری است که دارای مجموع دنیر(نمره نخ) بالغ بر چندین ده هزار بوده و از اینرو ، سرعت ریسندگی آن اغلب کمتر از چند صدمتر در دقیقه است.
دو روش ریسندگی آکریلیک وجود دارد : اولی روش جت ـ غوطه‌وری الیاف است که با تزریق به رشته‌ساز و خروج الیاف در حمام انعقاد کوآگولانت صورت می‌گیرد. دیگری روش ریسندگی تر جت- خشک است که خروج الیاف در اتمسفر گازی از یک رشته‌ساز بوده که بالای حمام انعقاد تثبیت شده است. در روش غوطه‌وری، انعقاد رشته‌ها بلافاصله پس از رشته‌ساز بوده بنابر این کشیدگی فیلامنتها در سرعتهای بالا در حمام انعقاد دشوار خواهد بود، مخصوصا در حالت ریسندگی غلظت پایین.
در مقابل، کشش نخ به روش تزریق با سرعت بالا به هنگامی که بجای روش فاصله هوایی یا ایر‌گپپ روش هوایی را بکار بریم براحتی محقق خواهد شد. علاوه بر این، الیاف تولیدی این روش ، در مقایسه با روش غوطه‌وری، دارای سطحی نرم و درخشان می‌باشند. روش تولیدی نخ از الیاف آکریلیک براساس این دو تکنولوژی ریسندگی استوار است.
1-3-4- روش غوطه‌وری الیاف :
الیاف خروجی از جنس پلی‌آکری‌لونیتریل یا از کوپلیمر آکری‌لونیتریل در محلول اسید نیتریک 70% ca از رشته‌ساز به سمت حمام انعقاد حاوی 30% ca ، محلول اسید نیتریک آبی در دمای 3 ـ سانتیگراد فرستاده می‌شوند. برای رسیدن به خواص مکانیکی بهتر خشک کردن الیاف دو مرحله‌ای است. در خشک‌کن اول الیاف به میزان 10-5% چین خورده منقبض می‌شوند. در خشک‌کن دوم از 10-0% طویل می‌شوند. با کنترل چین خوردگی و ازدیاد طول مناسب‌ترین خواص مکانیکی ایجاد می‌شود. این خواص الیاف درخشندگی عالی و ابریشم گونه‌ای را ایجاد می‌کند که در اثر وجود حالت میکرواستریپ(نوارهای ظریف) روی سطح الیاف است. این الیاف دارای استحکام انبساطی بالا و ازدیاد طولی انبساطی پایین هستند.
2-3-4- روش ریسندگی فاصله هوایی(ایرگپ)
دستگاه ریسندگی به روش فوق توسط شرکت مونسانتو با سیستم محلول PAN 26% در N , N” دی‌میتل استانید(DMAc) از نازل ریسندگی به سمت هوا حرکت می‌کند. پس ازcm 3/1 حرکت در هوا به حمام انعقاد 50% محلول DMAc آبی وارد می‌شود. سپس در اینجا به وسیله کشش غلطکی افزایش طول داده شده و با سرعت m/min 3/9 خارج می‌شود. نتیجه این عمل 1/6 مرتبه ازدیاد طول در حمام حاوی آب گرم 100 سانتیگراد است. سپس الیاف بوسیله آب گرم 80-50 سانتیگراد از حلال پاک گشته و به مدت 40-30 دقیقه به دور غلطک می‌چرخند. بعدا الیاف ، پس از آنکه بوسیله روغن در حمام بعمل آمده ، روی غلطک خاصی خشک می‌شوند. سرعت حرکت آنها در اینجا m/min46 می‌باشد. خصیصه این سیستم ریسندگی، فاصله هوایی(ایرگپ) و خشک‌کن بدون کشش پس از جمع شدن الیاف طویل شده در آب گرم می‌باشد. در این فرآیند الیافی با سطح نرم درخشنده و زیردست خوب تولید می‌شود.
3-3-4- ریسندگی با سرعت بالا
برای رسیدن به این روش و دستیابی به سرعت بالای ریسندگی در تولید فیلامنت آکریلیک ملزومات زیر را باید مد نظر قرار داد:
1- حمام انعقاد سریع. برای تولید الیاف آکریلیک باید الیاف چندین مرتبه(ده‌ها مرتبه) ازدیاد طول داده شود. پس از انعقاد خواص مکانیکی مورد نظر از طریق نظم‌دهی یا آرایش مولکولی و تراکم بدست می‌آید. سرعت حرکت الیاف درحمام انعقاد به تندی سیستم تولید سلولز نبوده و در صورتی که همان سرعت برداشت به کار رود ازدیاد طول معین پس از حمام انعقاد بدست نمی‌آید. اما سرعتهای بیشتری در مقایسه با روش ریسندگی متعارف آکریلیک مورد نیاز است.
موارد زیر برای رسیدن به بالاترین سرعت انعقاد مورد نیاز است :
(الف) در روش غوطه‌وری الیاف :
(1) سرعت بالای ریسندگی در تزریق از رشته‌ساز به هنگام پروسه ریسندگی با غلظت پایین
(2)سرعت بالای ریسندگی در تزریق و با نسبت کشش بالا به هنگام ریسندگی با غلظت بالا
(ب) در روش فاصله هوایی(ایرگپ) سرعت بالای ریسندگی در تزریق و نسبت بالای کشیدگی نخ مد نظر است. با توجه به این موارد، حداکثر سرعت الیاف در حمام انعقاد فقط چند(ده) متر در دقیقه است. در مورد ریسندگی با غلظت پایین که از روش غوطه‌وری استفاده می‌برد ، بواسطه افزایش فشار پشت رشته‌ساز ، افزایش کشش حمام انعقاد و مقدار اندک drmax را خواهیم داشت. متناوبا دو روش دیگر برای ریسندگی سرعت بالا بکار برده می‌شود.
2- جدا سازی سریع حلال. همانطور که گفتیم ازدیاد طول الیاف پس از انعقاد در ریسندگی آکریلیک ضروری است که در مقابل ریسندگی سلولز بازیافتی می‌باشد. این پدیده به ما اجازه می‌دهد سرعت پایین الیاف را در حمام انعقاد برای آکریلیک داشته باشیم. اما روش دشواری برای انتقال شبکه الیاف پس از جدا کردن حلال در پی خواهد بود.
نکات زیر برای جداسازی سریع حلال در ریسندگی سریع وجود دارد :
(الف) مقاومت پایین مایع شوینده با کارآیی بالا و شستشو در فرآیند تمیز کردن مثل هافمن(نوع مستقیم).
(ب) نگهداری کافی زمانی الیاف روی غلطکهای نلسون.
روش تولیدی قبلی مزایایی در مورد نگهداری مکان و هزینه ابزارآلات دارد. لیکن موازنه تاثیرات شستشو با مقاومت مایع آن دشوار است. روش بعدی برتری موازنه‌ای را دارا بوده ، لیکن نیاز به مقادیر بیشتر و گرانبهاتری از تجهیزات می‌باشد.
از این دیدگاه خواص مکانیکی مطلوب است تا برای خشک کردن الیاف از کشش کمتر استفاده شود.
سیستم ریسندگی سرعت بالا با غلظت بالا به کمک روش غوطه‌وری شرکت مونساتو اجرا می‌شود. مثال زیر در مورد شرایط ریسندگی آن صدق کرده که شامل 25% محلول PAN در DMAc تزریق شده به حمام انعقاد حاوی 83% محلول DMAc آبی در دمای ْ30 سانتیگراد است که خروج محصول آن بوسیله غلطکهای R-1 و R-2 در اتمسفر هوای عادی انجام می‌پذیرد. سپس حلال از الیاف بر روی غلطک R-2 و R-3 به کمک آب دیونیزه شده در ْ70 برداشت می‌شود. پس از آن الیاف با بخار ْ105 بین غلطکهای شستشو ازدیاد طول می‌پذیرد.
پس از این مرحله، الیاف طویل شده و به صورت الکتریکی تا ْ250 گرم شده تحت شرایط مواد تکمیل قرار گرفته و روی غلطکهای R-4 خشک شده و روی بوبین پیچیده می‌شود. در این فرآیند کشش الیاف متحرک در سطح معین کنترل و در زمان شستشو وخشک کردن در سطح پایین نگهداری می‌شوند. اگر الیاف طویل شده در لوله (8) باشند یک لیف با استحکام بالا و ازدیاد طول کم باقی می‌ماند ولی اگر در لوله چین بخورد الیافی با استحکام پایین و ازدیاد طول بالا و همچنین چین خوردگی پایین در آب جوش بدست می‌آید. در مجموع چین خوردگی در آب جوش در صورت قرارگیری الیاف روی بوبین با بخار کاهش می‌یابد. سرعت ریسندگی تا m/min1000 (متر در دقیقه) قابل افزایش است.
در ریسندگی محلول PAN در DMAc بسمت پایین رشته‌ساز تزریق شده و یک تا 20-1 میلی‌متر در معرض هوا بوده به بعدا وارد حمام انعقاد حاوی محلول DMAc آبی می‌شود (برای مثال 70% در ْ40 سانتیگراد). پس از انعقاد، الیاف با آب گرم شسته شده و 405 تا 108 مرتبه در آب جوش ازدیاد طول داده و 12- 6 مرتبه با بخار kg/cm2 4- 2 ازدیاد طول می‌یابد. پس از آن الیاف بوسیله غلطک داغ ، صفحه داغ یا فشار بالای بخار خشک می‌شوند. اولین طول‌پذیری با آب جوش تاثیر عمده‌ای بر طول‌پذیری دوم با فشار بخار دارد. در صورتی که عمل طول‌پذیری در الیاف در حد مطلوب خود در مرحله اول صورت نگیرد، دیگر نمی‌توان این عمل را در مرحله دوم تحصیل نمود.
اگر الیاف 4-2 مرتبه در مرحله اول طویل شوند نسبت طول‌پذیری زیادی در مرحله دوم با سرعت ماکزیمم m/min 2160 می‌تواند وجود داشته باشد. به کمک روش فاصله هوایی(ایرگپ) سرعت ریسندگی قبل از انعقاد می‌تواند افزایش یابد اما باید نسبت به غلبه بر بیشترین مقاومت مایع انعقادی اقدام شود. اگر مقاومت خیلی بالا باشد الیاف در حمام انعقاد پاره می‌گردد. بنابر این، سرعت بالا را نمی‌توان تحصیل نمود. در این دستگاه مایع انعقاد در ورودی با جریان پایین به قیف ریسندگی میرسد. در این قیف جریان اضافی مایع انعقاد به سمت قیف خروجی هدایت شده و نهایتا به بیرون جریان می‌یابد، و بنابر این سطح مایع در میزان مورد نظر باقی می‌ماند.
سرعت مایع انعقاد در مسیر مستقیم قیف بوسیله تغییرات قطر ورودی قیف کنترل می‌شود. این جریان به سمت پایین سیال انعقادی، در مقایسه با حمام انعقادی ساکن ، مقاومت را نسبت به الیاف کاهش می‌دهد، از اینرو الیاف دارای طول‌پذیری شده و به نرمی منغقد می‌شوند. به کمک این قیف ریسندگی و شبکه توری شکل انتقال دهنده برای خشک‌کن ، می‌توان به سرعت ریسندگی m/min 2000- 1000 دست یافت.
جدول یک خواص مکانیکی فیلامنت آکریلیک معمولی تولید شده بوسیله فرآیند غوطه‌وری با غلظت پایین را نشان می‌دهد. همچنین فلامنت تولیدی به روش ریسندگی سرعت بالا فاصله هوایی(ایرگپ) تولید شده است. برای الیاف تولید شده با عملیات سرعت بالا ، ازدیاد طول انبساطی بالاتر ، استحکام گره‌ای و استحکام سایشی و چین‌خوردگی کمتر در آب جوش در مقایسه با روش متعارف تولید الیاف وجود دارد.
جدول 1-4 : خواص الیاف در روش متعارف تولید الیاف و روش ریسندگی سرعت بالا را نشان می‌دهد.
ریسندگی متعارف سرعت بالا
استحکام انبساطی 5.1 3.0 (g/d)
ازدیاد طول انبساطی 13.9 27.8 (%)
استحکام گره‌ای 2.6 10 (g/d)
ازدیاد طول گره‌ای 7.5 25.2 (%)
حداکثر تعداد تاب 1092 1928 (t/m)
چین خوردگی در آب جوش (%) 6.8 1.5
درجه تشکیل الیاف 5th 2nd
این مزیتهای الیاف در فرآیندهای سرعت بالا نتیجه استفاده از روش فاصله هوایی(ایرگپ) و خشک‌کن بدون کشش روی شبکه انتقال دهنده است. تصور می‌شود که تشکیل میکرو استریپها (نوارهای باریک) از طریق کاهش فضاهای توخالی الیاف ، که مخصوصا در الیاف تولید شده با غلظت کم شایع هستند ، آن هم به هنگامی که الیاف در حمام انعقاد طول می‌یابند، حاصل می‌گردد.
از طرف دیگر، الیاف تولیدی سرعت بالا به طور عمده در هوا پس از تزریق به رشته‌ساز طویل می‌گردند، ولی این میزان در حمام انعقاد اندک می‌باشد. تصور می‌شود که این امر دلیلی برای نرمی سطح الیاف می‌باشد.
نخهای آکریلیک معمولا بندرت در تولید پرسرعت استفاده می‌شوند. با این وجود، از آنجا که فرآیندهای پرسرعت دارای کیفیت و صرفه اقتصادی بالایی است، در آینده بطور گسترده‌ای در صنایع منسوجات معمولی و دیگر رشته‌های صنعتی، مانند تولید نخ فیلامنت سلولزی که بهره‌برداری از آن قبلا آغاز گشته است، بکار گرفته خواهند شد.
4-4- ریسندگی الیاف رایون بمبرگ
تکنولوژی تولید این الیاف از سال 1918 توسط جی‌پی بمبرگ در آلمان ارائه شد. پس از آن شرکتهای زیادی از این روش استفاده کردند. امروزه فقط تعداد کمی از قبیل صنایع شیمیایی آسایی ژاپن و بمبرگ SPA در ایتالیا به این کار اشتغال دارند. لذا رقابت این نخ برخلاف ویسکوز رایون بر سر استفاده از مواد گران قیمتی مثل مس و آمونیاک برای حل کردن سلولز افزایش یافته است. در تولید بمبرگ لینترهای پنبه بعنوان مواد اولیه مصرف می‌شود.
لینتر(الیاف کوتاه پنبه)که از دانه پنبه جدا شده‌اند پس از مرحله پاک کردن به دست می‌آید. لینتر تمیز شده توسط جوشاندن پنبه خام در محلول قلیایی و سپس سفیدگری آن به دست می‌آید. خصیصه لینتر تمیز شده توزیع اندک درجه پلیمریزاسیون ، خلوص شیمیایی و میزان کم گروه‌های اکسید شده می‌باشد.
هیدروکسید مس توسط آمونیاک آبی حل می‌شود و نمک کمپلکس(تترا آمونیوم هیدروکساید مس) را بوجود می‌آورد. سپس لینتر حاصله به محلول آمونیوم ومس افزوده شده که حاوی هیدروکسید مس بعنوان تسریع کننده واکنش است. سلولز، تشکیل دهنده یک کمپلکس با هیدروکسید مس تترا-آمونیوم است که در محلول حل می‌شود. فردی به نام میریو فرمول شیمیایی زیر برای تولید کمپلکس ارائه نمود.
تکنولوژی ریسندگی رایون بمبرگ براساس روش ارائه شده توسط فردی به نام تییل در سال 1901 در آلمان ارائه گشت. الیاف خروجی از رشته‌ساز با آب داغ منعقد کننده به سمت قیف رشته‌ساز که به شکل مخروطی است راه می‌یابند. در این قیف عمل منعقد شدن به آرامی صورت گرفته و ازدیاد طول چند صد مرتبه انجام پذیرفته و بدینوسیله الیاف تشکیل می‌شوند.
1-4-4- روش ریسندگی هانک(کلاف و قرقره)
روش فوق از قدیمی‌ترین سیستمهای ریسندگی بمبرگ است و حمامی است که از سیستم پیچش نخ استفاده نموده که به نام هانک آلمانی خوانده می‌شود. در این سیستم، الیاف به شکل حلقوی بوده و سپس بازیافت شده و خشک می‌شوند. سرعت ریسندگی m/min 80-40 می‌باشد. محلول کوپرآمونیوم سلولز پس از خروج از رشته‌ساز با قطر 0/1- 6/0 به آب داغ یا آب ریسندگی که داخل قیف ریسندگی است تزریق می‌شود. سپس محلول به سمت پایین و داخل قیف سرازیر شده ، منعقد گشته و در همان لحظه طویل می‌گردد.
معمولا درجه انعقاد وابسته به نسبت آمونیا و مس است که از الیاف برداشت شده و نسبت مقادیر اولیه آنها درون الیاف می‌باشد. در بخش فوقانی قیف، رشته الیاف از رشته ساز بواسطه نیروی جاذبه به سمت پایین سرازیر شده که بواسطه طول‌پذیری کم‌کم بتدریج نازک می‌شوند. در همین حین، آمونیاک بداخل آب گرم راه می‌یابد و روی سطح الیاف رسیده و بدین طریق عمل انعقاد از سطح آغاز می‌گردد.
ازدیاد طول در ین مرحله باعث ایجاد شکاف یا ترک‌خوردگی در سطح الیاف شده ، انتشار آمونیاک از سطح جدید صورت گرفته که خود اطمینان دهنده ادامه یافتن عمل انعقاد می‌باشد. با تکرار این عملیات ، فرآیندهای انعقادی و ازدیاد طول ادامه می‌یابند. وقتی حد خاصی از انعقاد حاصل شد، الیاف به یک کمپلکس نامحلول به نام نخ آبی تبدیل می‌شوند. سپس ویسکوزیته الیاف سریعا افزایش یافته و روان بودن خود را از دست می‌دهند.
در بخش میانی قیف، مولکولوهای سلولز، که هنوز کمپلکسی را با مس تشکیل داده‌اند، بصورت طولی بوسیله نیروی پیچش انتقالی از بخش پایین قیف آرایش می‌پذیرند. در بخش پایینی قیف الیاف فقط به آرامی توسط نیروی پیچش ازدیاد طول پیدا می‌کنند. پس از خروج الیاف از قیف ، توسط اسید دوباره تحصیل گشته و طی فرآیند بعدی بدون ازدیاد طول جانبی خشک می‌شوند.
ساختار پایه الیاف شامل نظم‌گیری مولکولها و درجه کریستالی شدن است که خواص الیاف را کنترل کرده و تعیین کننده مرحله شکل‌گیری نخ آبی است. بنابر این، با افزایش ازدیاد طول در بخش فوقانی قیف و اعمال کشش روی این نخ، شکل‌گیری و تاثیر قابل توجهی بر روی خواص الیاف پدیدار می‌شود.
افرادی چون بوزا و الساسر تحقیقات گسترده‌ای را در خصوص فرآیند ریسندگی انجام داده‌اند. بوزا افزایش دیفرانسیلی سرعت الیاف dvf را بیان داشته است ، البته با نوجه به معادله زیر و با استفاده از سرعت الیاف vf در فاصله x از رشته‌ساز ، کشش اعمال شده روی الیاف در نقطه ، مقطع عرضی الیاف q و ویسکوزیته .
(4-1)
الساسر نیز کشش و ویسکوزیته الیاف را در یکسری از فواصل خاص از رشته‌ساز ، با اعمال روش dx در این معادله، که از قطر الیاف در قیف بطور مستقم محاسبه و اندازه‌گیری شده است را بیان داشته است.
از این نتایج وی ایده بهینه‌سازی انعقاد الیاف را معرفی نموده و نتیجه‌گیری می‌نماید که کشش تحمیلی بر روی الیاف در حالت انعقاد تعیین کننده قدرت الیاف می‌باشد. طبق این محاسبه، الیاف در این مرحله دارای ویسکوزیته پوآز 56500 می‌باشند که تقریبا مساوی با آسفالت نرم می‌باشد.
بنابراین، این موضوع مورد توجه قرار گرفت که ساختار پایه الیاف در مرحله ساختاری اولیه انعقاد در این روش ریسندگی بوجود می‌آید.
نخ آبی که از پایین قیف خارج شده با تغییرات آب ریسندگی مسیر خود را تغییر داده و بوسیله یکسری از ابزارهای راهنمای نخ در زیر قیف قرار گرفته جدا گردیده و نهایتا پس از بعمل‌آوری با محلول اسیدسولفوریک آبی 6% بر روی فریم خاص پیچیده می‌شود. این محلول به منظور جدا کردن آمونیاک و مس بر روی الیاف ریخته می‌شود. نخ هانک تولیدی بدون تاب بوده و بافتن یا کشبافی آن بدون تاب یا پس از تاب می‌تواند باشد. یکی از خصیصه‌های منحصربفرد سیستم هانک روش ریتر نام دارد که امکان کار کردن با نخ هانک بدون تاب را در فرآیند ریسندگی و پس از آن فراهم می‌سازد. روش ریتر دستگاه کوچکی است که فقط قبل از سیستم عملیاتی اسید سولفوریک عمل می‌کند.
وقتی نخ آبی با محلول اسید سولفوریک تماس یافت استحصال سریع با فعالیت گروه‌های OH و حذف آب از نخ صورت می‌گیرد. در صورتی که، فیلامنتها درنخ در تماس نزدیک با یکدیگر باشند، ارتباطشان به وسیله پیوندهای شیمیایی براساس گروه‌های OH برقرار می‌شود. ریتر با انحنای مناسب و مسیر پایین مربوط بدان برای حرکت نخ در نقطه‌ای که استحصال نخ با حساسیت بیشتری مواجه بود توانست تا فیلامنتها در تمای نزدیک به هم قرار داده و آنها را بر اساس پیوندهای OH به هم متصل نماید. این پیوندهای OH بصورت عمدی فرم پذیرفته بگونه‌ای که اطمینان کار آسان و ساده با نخ را در فرآیند تولید ریسندگی، کشبافی و بافندگی تضمین نماید. در عینحال تضمین حرکت آسان فیلامنتها نیز بوجود آمده تا حالتی نرم و ظاهری مناسب و یکنواخت بدان داده شود. به همین علت این حالت پیوندی ریتر می‌بایست برگشت پذیر بوده باشد. میزان این حالت بوسیله تغییرات مکانی و پیچشی قابل کنترل می‌باشد.
نخ‌ها پیچیده شده به روش هانک به دستگاه استحصال مجدد منتقل شده تا برای چند ساعت تحت شستشو باشند. استفاده از روغن‌های تکمیلی و خشک کردن نیز در چند ساعت انجام می‌شود. در فرآیند هانک سرعت ریسندگی به دو فاکتور محدود می‌شود: اول استفاده از سیستم هانک برای پیچیدن نخ است. در صورت افزاش سرعت ریسندگی، کشش افزایش یافته‌ای پیچش نخ را محکم و سخت نموده و فیلامنتها هم داخل نخ داخل و هم خارج از آن بهم می‌چسبند. این امر موجب بروز استحصال و خشک شدن ناقص خواهد شد. سایر فاکتورهای محدود کننده شرایط ریسندگی درون قیف است.
5-4- روش ریسندگی پیوسته :
بصورت کلی دو نوع سیستم ریسندگی پیوسته موجود می‌باشد :
1- هافمن 2- دورتا.
اختلاف عمده بین این دو نوع فرآیندهای استحصال و خشک سازی است. در اینجا ما فقط به شرح فرآیند هافمن می‌پردازیم. در این روش الیاف خروجی از قیف مستقیما به مرحله بازیابی و خشک کن رسیده و به طور پیوسته روی وایندر (برداشت کننده محصول) پیچیده می‌شود. سرعت ریسندگی آن m/min 150- 100 است. یکی از روشهای ارتقا یافته در این خصوص که امکان افزایش سرعت را فراهم می‌کند به کارگیری قیف دوگانه ریسندگی است.
در روش قیف ریسندگی واحد از عملیات هانک یک افزایش سرعت با اصلاح ابعاد قیف و تغییر حجم مواد و دمای آب ریسندگی صورت می‌گیرد. در عین حال اگر این شرایط تغییر یابد تا امکان ازدیاد طول در سرعت بالا فراهم شود، خروج الیاف از قیف بدون انعقاد خواهد بود. این مشکل در قیف دوگانه با جداسازی غلتک آب ریسندگی به داخل سیستم انعقاد و ازدیاد طول حل می‌شود.
در این روش، دمای آب ریسندگی اولیه استفاده شده برای قیف بالایی، در سطح پایین‌تری از روش هانک قرار می‌گیرد، تا بدینوسیله ازدیاد طول تسهیل گردد. لیکن دمای ثانویه آب ریسندگی برای قیف پایینی بالاتر می‌باشد تا اطمینان از انعقاد کافی بوجود آید. در مجموع، در قیف پایین، جریان آشفته بوسیله مخلوط شدن آبهای اولیه و ثانویه تولید شده که باعث تسریع انعقاد می‌شود. درجه انعقاد در قسمت خروجی قیف بالایی بسیار پایین است، لیکن سریعا پس از رسیدن الیاف به آب ثانویه افزایش می‌یابد.
اگر دمای آب اولیه خیلی بالا باشد، فرآیند انعقاد بسیار دریرتر تحصیل خواهد شد و هیدورکسید مس الیاف به قسمت بیرونی قیف بالایی خواهد چسبید. این موضوع مشکلاتی چون تغییر سرعت آب و پارگی نخ را باعث می‌شود.
از طرف دیگر اگر دما خیلی پایین باشد انعقاد ناکافی مشکلاتی از قبیل پارگی و خرابی سایر خواص الیاف را سبب می‌شود. اصلاحات فنی دیگری نیز برای ریسندگی پیوسته سرعت بالا مورد نیاز است که می‌توان به شتاب دهی بازیابی اشاره نمود.
در روش ریسندگی هانک چندین ساعت برای بازیابی وخشک کردن الیاف که روی یک بسته پیچیده شده‌اند صرف می‌شود. از طرفی در فرآیند هافمن این کار در چندین ثانیه با اتمام میرسد، چرا که الیاف مستقیما به داخل حمام بازیابی هدایت می‌شوند. این امر به هیچ وجه نباید زیاد طول بکشد چون هزینه ماشین زیاد خواهد شد. به منظور تسریع در بازیابی ، جایگزینی آب اطراف الیاف مهم است. این کار همچنین برای نگهداری ساختار الیاف به طور ثابت برای انتشار آب و یونهایی از قبیل اسید سولفوریک و مس به کار می‌رود.
محلول اسید سولفوریک در حمام بازیافت بر خلاف جریان الیاف وارد می‌شود. لایه‌های آبی که نخ را پوشش داده‌اند بوسیله پشتیبانی موانع خاصی از نخ جدا می‌شود. مهمترین نکته عدم نگهداری فیلامنتها در ارتباط با نخ می‌باشد، اما می‌بایست آنها را جدای از یکدیگر در درون حمام نگه‌داشت. لایه آبی می‌تواند به نرمی برداشته شده و با آب تازه که غلظت آمونیاک و مس کمتری دارد جایگزین شود. این شرایط می‌تواند بوسیله اطمینان از سطح انعقاد و کافی بودن آن قبل از حمام بازیابی به دست آید.
علاوه بر این فاکتورها، نگهداری ساختار الیاف مهم است، مخصوصا سطح و تا اندازه‌ای منافذ آن به منظور افزایش سرعت انتشار یونها در حمام بازیافت. با افزایش غلظت اسید غلظت مس الیاف فقط پس از اولین حمام اسیدی کاهش می‌یابد، لیکن در محصول نهایی افزایش خواهد یافت.
این بدان معنی است که غلظت اسید اولین حمام اسیدی باید پایین نگه داشته شود. برای مثال کمتر از 5/0%، به منظور دستیابی به سطح پایین غلظت مس در محصول نهایی. روش هافمن نسبت به هانک برتری دارد زیرا پیوسته بوده و سرعت بالاتر را دارا می‌باشد. در عین حال، باز اشکالاتی بشرح ذیل وجود دارد :
1- سرعت پایین ریسندگی : تقریبا سرعت آن دو برابر بیشتر از روش هانک است اما خیلی پایین تر از روش الیاف مصنوعی است. سرعت بالاتر باعث تخریب خواص الیاف و پارگی آنها می‌شود.
2- تماس مکرر الیاف با بخشهای دستگاه باعث پارگی آنها خواهد شد(ایجاد پرز و حتی پارگی نخ).
3- مشکلات مس رسوبی: حتی محسوس‌ترین تغییرات در شرایط ریسندگی ممکن است باعث افزایش مس رسوبی گردد که تاثیر زیادی بر رنگپذیری الیاف خواهد داشت.
4- بواسطه عملیات بازیابی و خشک سازی تحت کشش زیاد، ازدیاد طول انبساطی کم بوده و چین خوردگی در دمای جوش زیاد است. این خواص در برخی از مواقع مناسب بوده، لیکن استفاده از الیاف را محدود می‌کند.
.....
بخشی از فهرست مطالب مقاله ریسندگی لیف
فصل اول: ۱
۱- اصول کلی جریان یک سیال در طول ریسندگی لیف ۱
۱-۱- مقدمه ۱
۲-۱- جریان برش (Shear flow) ۷
۱-۲-۱- جریان ویسکوز (چسبنده) و مایعات نیوتنی ۷
۲-۲-۱- جریان موئینه (مویرگی) ۱۰
۳-۲-۱- جریانهای غیر نیوتنی ۱۳
a) مایعات مستقل از زمان ۱۴
b) جریان های وابسته به زمان ۲۰
۴-۲-۱ جریان های Viscoelastic ۲۰
۵-۲-۱- ویسکوزیته حقیقی ۲۱
۶-۲-۱ ویسکوزیته محلول ۲۴
۷-۲-۱- عواملی که بر ویسکوزیته برش تأثیر می گذارند ۲۵
c) تأثیر نسبت برش و تاریخ برش ۳۱
d) تأثیر ساختار مولکولی ۳۱
e) تأثیر فشار ۳۲
۸-۲-۱ اندازه گیری ویسکوزیته برش: ۳۲
۳-۱- جریان کشیدگی ۳۴
۳-۳-۱- طبیعت جریان کشیدگی ۳۴
۲-۳-۱- عواملی که بر سرعت کشیدگی اثر می گذارند. ۳۶
۳-۳-۱- اندازه گیری ویسکوزیته کشیدگی: ۴۱
۴-۱- تئوریهای مولکولی جریان سیال: ۴۳
۱-۴-۱- نمونه eyring: ۴۴
۲-۴-۱- نمونه هایی Rouse و Bueche : ۴۶
۳-۴-۱- فرضیه های yamamoto و lodge : ۴۸
۴-۴-۱- نمونه های de Genes و Doi و Edwards: ۴۹
۵-۴-۱- نمونه Gertiss و Bird: ۵۰
۶-۴-۱- مقایسه فرضیه های مولکولی متعدد: ۵۰
۵-۱- قابلیت ریسندگی و ناپایداری جریان ۵۲
۱-۵-۱- قابلیت ریسندگی سیال ها ۵۲
۲-۵-۱- ناپایداریهای جریان: ۵۵
a) تورم روزنه ای وشکستگی مذاب: ۵۵
b) طرح تشدید (طنین): ۵۹
۶-۱- عملکردهای محلول ریسندگی ۶۱
۱-۶-۱- مقدمه: ۶۱
۲-۶-۱- متغیرهای عملکرد برای محلول ریسندگی ۶۵
۷-۱- تکنولوژی شکل‌گیری الیاف سلولزی و الیاف مصنوعی ۶۶
۱-۷-۱- دستگاه رشته‌ساز ۶۷
۲-۷-۱- تر ریسی ۶۸
۳-۷-۱- خشک ریسی ۶۹
۴-۷-۱- ژل ریسی ۷۰
۵-۷-۱- عملیات استرچ کردن و افزایش قابلیت‌های استحکامی ، کشسانی و نظم دهی پلیمرها ۷۱
فصل دوم: ۷۲
۲- خشک ریسی ۷۲
۱-۲- مقدمه ۷۲
۲-۲- آماده سازی Dope (محلول ریسندگی) ۷۷
۳-۲- عملکرد ریسندگی ۷۸
۱-۳-۲- سیال شناسی محلول ریسندگی ۷۸
۴-۲- سلول ریسندگی ۷۹
۵-۲- شکل گیری لیف متقاطع: ۸۳
۶-۲- کشش ـ ریسندگی در طول خشک ریسی: ۸۴
۷-۲- تکمیل کاربرد و نخ پیچی: ۸۶
۸-۲- عملکردهای post – spinning : ۸۷
۹-۲- نکاتی در مورد تولید اکریلیک به روش خشک ریسی: ۸۷
۱۰-۲- مزایای خشک ریسی از قرار زیر است: ۸۹
۱۱-۲- معایب روش خشک ریسی عبارتست از: ۸۹
۱۲-۲- مدلسازی دو بعدی خشک ریسی لیف های پلیمر ۹۰
۱-۱۲-۲- مقدمه : ۹۰
۱۳-۲- بسط مدل ۹۱
۱-۱۳-۲- سنیماتیک جریان ۹۲
۱۴-۲ معادلات انتقال ماکروسکوپی ۹۴
۱-۱۴-۲ معادله پیوستگی ۹۴
۲-۱۴-۲- معادله مومنتم میانگین مقطع عرضی ۹۵
۳-۱۴-۲- معادله دو بعدی انتقال توده ۹۶
۴-۱۴-۲ معادله دو بعدی انتقال انرژی ۹۷
۱۵-۲ مدل اصلی / میکروساختاری ۹۸
۱۶-۲- شرایط مرزی ۱۰۴
۱۷-۲- ویژگی های ماده و پارامترهای ورودی ۱۰۵
۱-۱۷-۲- ویژگی های ماده ۱۰۵
۲-۱۷-۲ هدایت گرمایی و انتشار ۱۰۶
۳-۱۷-۲دمای تبدیل شیشه ای ۱۰۷
۴-۱۷-۲ ضرایب انتقال توده و حرارت ۱۰۹
۱۸-۲- پارامترهای ورودی ۱۰۹
۱۹-۲- روش های عددی ۱۱۰
۱-۱۹-۲- تبدیل مختصات و غیر ابعادی کردن ۱۱۰
۲۰-۲طرح عددی ۱۱۳
۲۱-۲- پیش بینی های مدل ۱۱۵
۱-۲۱-۲- نمودارهای دما و تعیین دمای تبدیل شیشه ای ۱۱۵
۲-۲۱-۲ رفتار محوری و انجماد لیف ۱۱۸
۳-۲۱-۲ رفتار شعاعی و تأثیر پوسته ۱۲۱
۴-۲۱-۲تنسور ساختمان و جهت مولکولی ۱۲۳
۲۲-۲- تأثیر پارامتر مدول B ۱۲۷
۲۳-۲- نتیجه گیری ها ۱۲۷
فصل سوم: ۱۳۱
ترریسی (Wet Spinning) ۱۳۱
۱-۱-۳-عناصر کلیدی فرآیند ترریسی عبارتند از: ۱۳۷
۲-۳- روشهای بعمل آوری الیاف و موارد مختلف آن ۱۳۷
۳-۳- آماده سازی و انتقال محلول: ۱۴۰
۴-۳- انعقاد: ۱۴۲
۱-۴-۳- عملکرد انعقاد ۱۴۲
۲-۴-۳- کشش الیاف در طول ریسندگی: ۱۴۳
۳-۴-۳- شکلهای برش عرضی لیف: ۱۴۴
۴-۴-۳- عملکردهای بعدی تولید: ۱۴۴
۵-۳- توسعه ساختار و مورفولوژی در طول محلول – ریسندگی: ۱۴۵
۶-۳- نکاتی در مورد تولید آکرلیک به روش ترریسی: ۱۴۸
۷-۳- مزایای ترریسی از قرار زیر بیان شده است: ۱۵۱
۸-۳- معایب ترریسی از قرار زیر بیان شده است: ۱۵۲
۹-۳- ماشین تر ریسی ۱۵۳
۲-۹-۳- بخشهای ترکیبی: ۱۵۷
۳-۹-۳- مای جانبی بخش ترکیبی (ماجول) ۱۵۹
۴-۳-۹- نرخ تولید محصول و سرعت دستگاه(ماجول) ۱۶۰
۵-۹-۳- خط وایندر(دستگاه برداشت نخ) ۱۶۲
۶-۹-۳- فهم روشهای کنترل فرآیند : ۱۶۳
۷-۹-۳- اطلاعات الکتروتکنیک : ۱۶۴
فصل چهارم: ۱۶۵
۴- بررسی روشهای ریسندگی محلولی ۱۶۵
۳-۴- ریسندگی الیاف آکریلیک : ۱۶۶
۱-۳-۴- روش غوطه‌وری الیاف : ۱۷۰
۲-۳-۴- روش ریسندگی فاصله هوایی(ایرگپ) ۱۷۱
۳-۳-۴- ریسندگی با سرعت بالا ۱۷۲
۴-۴- ریسندگی الیاف رایون بمبرگ ۱۷۸
۱-۴-۴- روش ریسندگی هانک(کلاف و قرقره) ۱۷۹
۵-۴- روش ریسندگی پیوسته : ۱۸۳
۶-۴- روش ریسندگی نوع NP : ۱۸۷
۷-۴- روش تولیدی نخ UNP ۱۹۱
۸-۴- ریسندگی الیاف اسپاندکس : ۱۹۳
۹-۴- روش خشک ریسی ۱۹۵
۱۰-۴- ریسندگی با سرعت بالا : ۱۹۷
دانلود مقاله ریسندگی لیف