Устройство для исследованияпРОцЕССА фОРМОВАНия ХиМичЕСКиХВОлОКОН Советский патент 1981 года по МПК G01N11/00 

1

Изобретение относится к производству химических волоксж, аименно к исследованию процесса формования химических волсжон.

Известно, что на качество получаемых химических волокон большое влияние оказывают условия их формования. Реальный процесс формования волокон складывается из ряда совместно протекающих физикохимических и физико-механических явлений (деформирования, тепло- и массообмена, фазовых и структурных гфевращений химических реакций), каждое из которых может оказывать решающее влияние-на устойчивость формования и свойства готового волокна.

Известна установка растяжения Нитщмана-Шраде для определения растягивающего усилия струи, содержащая емкость для материала, капилляр, соединенный с силоизмерителем,; выполненным в в виде электрических весов, приемный диск с приводом и блок регистрации ij.

Недостатком этой установки является то, что она не позволяет фиксировать поперечные размеры струи и учитьшать Долю растягивающего усилия, возникающего за счет веса отрезка струи между срезом капилляра и точкой касания на поверхности гфиемного диска. Кроме того, указанная установка предназначена лищь для исследования растяжения жидких струй расплава в воздухе, хотя для практики получения растворных волокон более важным является исследование реального прсадесса формования, осложненного особенностями протекания массотеплообмена в осадительной ванне.

Известно также устройство, включающее емкость для испытуемого материала, соединенную через дозирующий шестеренчатый насос с консольно закрепленной угфугой трубкой, выходной канал которой выполнен в виде гориз1й1тальной установленного капилл$фа. У нижнего конца трубки смонтирован электронно-оптический датчик перемещения jсвязанный через усилитель с двухкоординатным самопишущим прибором, который связан с прием-ным диском через датчик числа оборотов, и привод. При определенном соотношении скоростей истечения раствора из капилляра и отвода струи приемным диском возникает растягивающая (реологическая) сила f-pgQ , киторая вызывает деформацию консольно закрепленной трубки. По величине деформации судят о величине растя/гивающего усилия , Однако любой реальный процесс включает в себя одновременное растяжение и сдвиговое течение, определяемое перепадом давления. Поэтому для объяснения многих явлений, протекающих при формовании, помимо реологической силы необходимо знать перепад давления на капилляре. Известно устройство, включающее бак с прядильным раствором, прядильный насос, узел фильтрации с Датчиком давления И червяк с капилляром, которые последовательно соединены между собой. В сере дину жесткого червяка вставлена упругая трубка. Нижняя часть червяка с фильерой закреплена на поворотном кронштейне с неподвижной осью вращения. Верхняя часть поворотного кронштейна соединена при помощи микрометрического винта с измерительной: головкой тензометра. Длинная консольная трубка укорочена за счет использования резиновой трубки, позволяющей сохранить упругость, максимально приблизить датчик давления к капилляру (фильере) и увеличить диаметр червяка, что дает возможность замерять перепад давления З. О нако параллельное расположение кронштейна и упругой трубки приводит к тому, что малейшее чзменение деформации трубки (в частности ее длины) под . воздействием давления прядильного раст вора создает крутящий момент относительно оси вращения. Поэтому насгройка нуля измерительной системы для определ ния реологической силы производится без отвода сформованной нити, т.е. при свободном истечении раствора из капилл$1ра, что применимо лишь при постоянстве давления прядильного расгвс эа перед капил ляром При исследовании процесса формования волокна с изменением скорости отвода струи раствора происходит изменение величины давления. .И это изменение давления может быть весьма значительно: от нескольких атмосфер при свободном истечении, до нуля при определенных скоростях, отвода. Вследст-Ьие этого изменяется деформация упругого элемента, что приводит к искажению Fpgg , Поэтому для повышения точности измеряемых величин необходимо иметь вспомогательные тарированные кривые влияния величины перепаяла давления на показания измерительной системы. Все это усложняет эксперимент и приводит к значительным погрешностям измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений растягивающего усилия и удобства в обслуживании, а также определение перепада давлений на капилляре. Указанная цель достигается тем, что упругий элемент (резиновая трубка) вьщесен на горизонтальный участок червяка соосно его оси вращения. При этом упругость червяка сохранена. Перемещение упругого элемента на горизонтальное плечо червяка и оси вращения на ось уервяка позволяет исключить влияние перепада давления, и, как следствие, - деформации резиновой трубки на. замер фактического значения растягивающего усилия. На фиг. 1 схематически изображено устройство, вид сбоку; на фиг. 2 - устройство, продольный разрез; на фиг. 3 графическая зависимость растягивающего усилия и перепада давления от скорости отвода нити. Устройство для исследования процесса фсрмования химических волокон содержит узел 1 фильтрации с мембранным разделителем 2 и манометром 3, Г-образный червяк 4 с осью 5 вращения, горизситальный патрубок которого соединен с узлом 1 фильтрации упругим элементом (резиновой трубкой) 6, а на нижнем конце вертикального патрубка закреплен фильерный комплекс с фильерой 7. Ось 5 червяка закреплена в легко подвижной втулке 8, установленной в неподвижной опоре 9. В верхней части червяк снабжен рычагом Ю, посредством которого усилия от червяка 4 передаются к измерительной головке тензометра fl. Соосное расположение горизонтального патрубка червяка 4, упругого элемента 6 и оси 5 вращения позволяет исключить поворот червяка 4 за счет разбухания упругого элемента 6. Б этом случае червяк 4 может только несколько переместиться вдоль оси 5 вместе со втулкой 8. Для осаждения струи раствора фильера помещаегся в корыто 12 с осадительным раствором. Устройство для исследования процесса формования химических волокон работает следующим образом. Прядильный раствор из бака посредством шестеренного насоса (не изображен) подают в узел 1 фильтрации. Из узла 1 фильтрации по резиновой трубке б к червяку 4 раствор подается к фильере (ка- ,

пилляру) 7, откуда в виде струй поступает в осадительный раствор и в виде отдельных нитей принимается на приемный диск (не изображен). При определенном соотношении скоро стей истечения раствора из фильеры и .л нитей на диск в струе-нити возникает растягиваюшая (реологическая) сила Fpgo которая вызывает поворот червяка 4 с рычагом 10 относительно оси 5, в результате чего усилие от рыч га 10 передается к измерительной голов ке тензометра 11, откуда передается на показывающий или самопишущий прибор (не изображен). Растяжение струи-нити способствует течению прядильного раствора через фильеру. Это вызывает снижение давлен раствора перед фильерой, что фиксируетс манометром 3 через мембранный разделитель 2. На устройстве получают зависимости растягивающего усилия и перепада давления от скорости отвода нити при посто янной скорости истечения ( фиг. 3) Как известно, все неньютоновские жидкости (к ним относятся и растворы ополимеров) при свободном истечении из капилл5фа проявляют эффект разбухания, т.е. диаметр струи раствора ( в ) на выходе из капилляра больше диаметра капилляра ( сЯ; ), и чем больше скорост истечения, тем больше отношение -дрКоличественная сторона разбухания определяется отрезком 0. В связи с этим растяжение струи начинается с определенной скорости отвода W , при которой реологическая сила равна О, а перепад давдения на капилляре равен перепаду давления на капилляре при свобод

ном истечении раствора.

С увеличением скорости отвода до значения ЧУ , равной скорости истечения, наблюдается постепенное увеличение растягивающего усилия и соответственное уменьшение перемшда давления на капилляре. При CKopoci.i отгюда W наблюдается перегиб запи(;и 1ог;ти Ррео )

восстановление структуры расгвора произойти не успевает, и растяжению подвергается система с частично разрушенной в результате сдвигового течения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Nitschwoiri H.,SoViraOe S..v. Cham. Aota,1948, Xfc 31,S 297.

2.Авторское свидетельство СССР № 299780, кл. G 01 N Ц/ОО, 1971.

3.Виноградов Ю. А. Канд. дис. М., 1975, с. 41 (прототип). Этот перегиб объясняется тем, что при скоростях отвода, меньших или равных скорости истечения раствора из капилляра , напряжения, появляющиеся при деформации струи раствора в капилляре, успевают отрелаксировать (упасть до нуля), т.е. растяжению подвергается струя с та-. кой Же структурой и вязкостью, как и перед входом в капилляр. Когда же скорость отвода больше скорости истечения. сеткой связей. Естественно, что деформирование происходит легче. Если до скорости .отвода W-j можно объяснить график растягивающего усилия без использования графика перепада давления, то на участке Wjo - W скачок растягивающего усилия можно объяснить только при наличии графика перепада давления. Резкое увеличение Fpgo наблюдается только при резком уменьшении перепада давления ( Л р ) на капилляре , а резкое уменьшение перепада давления происходит при отрыве струи раствора от стенок капилляра, т.е. струеобразование происходит перед капилляром, к со ско- рости . начинается бесфильерное формование. , Таким образом, зависимость, представленная на фиг. Э показывает тесную взаил освязь растягивающего усилия и перепада давления и необходимость объективного и полного исследования процесса формования. Формула изобретения Устройство для исследования процеса формования химических волокон, соержащее бак, насос, узел фильтрации, ластичную трубку, червяк, капилляр, атчики Давления и растяжения, отлиающееся тем, чго, с целью повыения точности замера растягивающих. . усилий и i определения перепада давлеий на капилляре, эластичная трубка ус- ановлена на горизонтальном участке ервяка соосно его оси вращения.

10

P,f

рео

Л

w, Wv

pea

w

(put. 3