ذوب ريسي  و مسايل مربوط به آن

فهرست مطالب

فصل اول : 7
1-2-1 : جنبه‌هاي متداول 10
2-2-1 : بيرون ده (روزن ران) : 14
3-2-1 : چرخش متعدد (چندجانبه ) : 18
4-2-1 : سلسله چرخش و چرخان : 18
6-2-1:كاربرد كامل چرخش: 26
1-3-1 : تغيير پذيري چرخشي – ذوب 27
1-4-1: فرآيند و فرآوري : 30
2-4-1 : چرخش در سرعت هاي بالا به طور ملايم : 33
3-4-1 :‌چرخش در سرعت هاي خيلي بالا :‌ 35
4-4-1 :‌چگونگي جريان سرعت چرخشي بالا :‌ 36
5-1 : نقش عمده برخي از پارامترها و تغييرپذيري شان در طول خط چرخش:‌ 37
1-5-1 :‌نيروي كششي :‌ 37
2-5-1 : تنوع عادي برخي از پارامترها در طول خط چرخش :‌ 39
(a):‌ تأثيرات تغييرپذيري ميزان ظرفيت 41
(b) : اهميت تبلور 44
3-5-1 :‌گشتاور متغير 47
4-5-1 : حد اقل تغييرپذيري محصول : 48
1-6-1 : پيشرفت ساختار در سرعت هاي پايين: 49
(b) : بلورين و ريخت شناسي : 51
2-6-1 : توسعه ساختار در سرعت هاي بالا : 53
(b) : الياف هاي نايلون 6 : 54
7-1 : فرآيند يكپارچه كشش – چرخشي : 55
8- 1 : تكنيك‌هاي ديگر به جهت توليد ساختارهاي اليافي : 59
1-2 : مقدمه 60
2-2 : زمينه تئوريك (نظري) 66
3-2 : جهت يابي خط چرخشي : 70
4-2 آناليز حساسيت : 74
جدول 1-2 : متغيرهاي روند براي PET در يك عمل تابيدن ذوبي نمونه 75
5-2 تأثيرات ثانويه روند 77
6-2 – ارتباط فشار جهت گيري براي PET 82
7-2 مطالعه موردي براي بهينه سازي روند : 84
8-2 – مطالعات موردي براي تغيير محصول : 90
1-8-2 الياف با لطافت كمتر 90
2-8-2 – الياف با پيلينگ پايين 95
كشش رشته هاي   چرخش – ذوب 100
1-3 مقدمه: 100
2-3 : واحد كشش 102
3-3 : عكس العمل كشش پليمر هاي ترمو پلاستيك: 104
1-3-3- : ماهيت عكس العمل انبساط- بار 104
كشش نازك شدن نايلون 111
4-3 تاثير كشش بر روي ساختار و خواص فيبر ها ( رشته ها) 114
1-4-3 تغييرات ساختاري ايجاد كشش 115
2-4- 3- مقاوم سازي جهت گيري و محدوديت نسبت كشيدگي 120
3- 4- 3 فشار كششي و انفصال مولكول : 122
5-3 گستردگي جهت يابي به جهت مقاومت زياد : 125
6-3 سرعت چرخشي بالا و فرآيند كشش – چرخشي 126
7-3 كشش دسته‌ها پيش از جهت گيري و كشش – تاب برداشته : 128
فصل چهارم 129
درهم آميزي نامنظم در ريسندگي مذاب خروج پايه فيبريلها 129
مقدمه 130
مدل محاسبه اي 133
نتايج محاسباتي 139
روشها 145

چكيده اي از پروژه :
 اين پروژه در مورد ذوب ريسي و مسايل مربوط به آن مي باشد . كه در چهار فصل مجزا تقسيم بندي شده است . در ابتداي هر فصل مقدمه و نيز معيار و هدف آن فصل تا حدي بيان شده است .
در فصل اول: درمورد فرآيند چرخشي ذوب بحث مي شود كه به نحوة كار اكسترودر وهمچنين نمودارهاي مربوط به فشار و تنشهايي كه در اين بخش برروي اليافي از قبيل       پلي اتيلن – نايلون و پلي استر صورت مي‌گيرد بحث مي شود .
در فصل دوم :كه مربوط به شبيه سازي كامپيوتري فرآيند ذوب مي باشد به گونه اي عمل شده كه بتوان با يك سري معادلات رياضي كه توسط افراد متخصص در اين رشته صورت گرفته فرآيند رابا كامپيوتر و نرم افزارهاي خاص شبيه سازي كرد .
در فصل سوم:  در مورد فرآيند كشش برروي الياف تهيه شده از طريق ذوب ريسي بحث مي شود نمودارهاي اين فصل بيانگر تنشها و كرنشهايي است كه برروي الياف پلي اتيلن – پلي استر – نايلون 6 – و نايلون 66 ايجاد مي شود . همچنين در اين فصل دستورالعملي درمورد ساخت الياف لطيف از روش ذوب ريسي نيز بيان شده است .
در فصل چهارم :در مورد ساخت يك مخلوط كننده جريان مداوم CFCM)) همراه با نمونه محاسبه اي در هم آميزي نامنظم در يك دستگاه توضيح داده مي شود . از اين روشي يك فيبر دو جزئي توليد مي شود . كه از ساختارهاي فيبريلي كمتر از ميكرون توسط درهم آميزي نامنظم استفاده مي شود .

فصل اول :
فرآيند چرخشي – ذوب
1-1 مقدمه :
فرآيند چرخشي – ذوب  از ساده ترين روش توليد فيبر(رشته) مي‌باشد، به همين دليل آن با مسائلي در رابطه با كاربرد حلال درگير نمي‌باشد.
بنابراين آن متد مطلوبي است، تهيه نمودن پليمر ، ارائه دهنده فرآيند پايدار ذوب مي‌باشد. زمانيكه ريزه‌ها يا خرده‌هاي پليمر براي فرآيند چرخشي ذوب مواد اوليه شكل مي‌گيرند، در ابتدا آنها خشك مي‌شوند و سپس در بيرون ده، ذوب مي‌شوند.
بواسطه كانال‌هاي باريك در سرمادادن سرب؛ ذوب همگن و فيلترشده؛ فوران مي‌شود، در اينجا انجماد رشته گروه‌هاي مايع صورت مي‌گيرد (نمودار4.1). سرانجام چرخش به پايان مي‌رسد قبل از اينكه رشته گروه‌هاي مايع برروي لوله استوانه‌اي شكل چرخانده شوند.
Fig .4-1 A typical melt – spinning line
در طرح‌هاي مدرن؛ پلي‌استر و نايلون در واحدهاي پليمريزاسيون متداومي توليد مي‌شوند، در جائيكه ذوب مستقيماً از آخرين پليمركننده تا واحد چرخشي- ذوب، انتقال مي‌يابد. در مورد پلي پروپپلين ، پليمريزاسيون باعث ايجاد فرآورده‌ جامد مي‌شود، آن از فرآيند چرخشي مجزا مي‌باشد.
عمده‌ترين پيشرفت در ناحيه چرخشي-ذوب در دهه 1970؛ تغيير چرخش متداول در سرعت‌هاي نهايي حدوداً 1-m min1000 تا بالاترين سرعت چرخشي به سرعت 1-m min3000 و بالاتر مي‌باشد.
تا سال 1975، بيش از نيمي از الياف بافته شده در دنيا بر پايه كاربرد اين تكنولوژي در توليد الياف بود. اما تك رشته‌اي تداوم داشت تا نسبتاً در سرعت‌هاي كند چرخشي به دليل مسئله انتقال گرما توليد شود. تكنيك‌هاي رويدادنگاري برتوليد فيبر(رشته) كه بر پايه فرآيند چرخشي – ذوب مي باشد به صورت زير است :
1- فرآيندمتداول : چرخش در 1-m min1500-600. پس الياف تاب خورده (تابيده) در 1-m min1000-400 عموماً به نسبت كشش بين 3 و 5/4 كشيده مي‌شود.
2- فرآيند مستقيم كشش – چرخشي : در اين فرآيند بيان شده كه چرخش و كشش در يك عملكرد متداوم به هم مي‌پيوندند، نهايت سرعت ممكن است بالاي 1-m min6000 باشد، اما بعيد است كه سرعت چرخشي متجاوز از 1-m min4000 باشد.
3- فرآيند چرخشي با سرعت بالا : چرخش در  1-m min4000-3000 تا اندازه‌اي الياف جهت‌ياب (POY) را بوجود مي‌آورد، كشش بيشتر از 2 مي‌تواند در طي تركيب كششي همزمان / متوالي مناسب باشد.
4- فرآيند چرخشي با سرعت بسيار بالا : چرخش  در 4000 تا بيش از 1-m min6000 به جهت اينكه افروزه در 1-m min5500 به حالت تابيده در مي‌آيد، هنوز كشش ناچيز بيشتري بايد داشته باشد.
اسامي جامع براي نهايت سرعت هاي تا 1-m min6000 ، سرعت بالاي چرخشي مي‌باشد و سرعت بسيار بالاي چرخشي به سرعت‌هاي متجاوز از 1-m min6000 اشاره دارد.
جالب توجه است كه تكنيك‌هاي (2) ، (3) و (4) همگي برپايه سرعت بالاي چرخشي مي‌باشند. در اين فصل، جنبه‌هاي گوناگون عملكرد فرآيند چرخش – ذوب در سرعت‌هاي متفاوت درنظر گرفته خواهدشد، و هم‌چنين فرآيند مستقيم كشش در چرخش بطور خلاصه شرح داده خواهدشد.
2-1 : خطوط چرخشي – ذوب :
1-2-1 : جنبه‌هاي متداول
از لحاظ كلي در نمودار 1-1، خطوط چرخشي- ذوب نشان داده شده است. اصولاً، طرح اوليه خط نمادي از چرخش – ذوب در سرعت‌هاي نسبتاً پايين است كه خرده‌هاي پليمر مانند مواد اوليه به كار گرفته مي‌شوند. از اين خط كه نيازمند به توجه بيشتري مي‌باشد، دو انحراف وجود دارد.
ابتدا، در فرآيند مستقيم چرخشي، ذوب همزمان و قابل چرخش ايجاد شده از طريق پليمريزاسيون ممكن است مستقيماً به سمت ماشيت چرخشي در مرحله پمپ دستگاه؛ انتقال يابد.
دوم، زمانيكه سرعت‌هاي مارپيچي بالا است، ممكن است مستقيماً الياف به سمت انتهاي طرح نزول نمايد، بدون اينكه godets مورد استفاده باشند. واحد صنعتي چرخشي- ذوب فاثد godets در نمودار (a)2-1 نشان داده شده است، درصورتيكه نمودار (b)2-1 نشان‌دهنده بخش پايين‌تر واحد داراي godet مي‌باشند. متون بعدي؛ فشار الياف را برروي دستگاه‌هاي مارپيچي جايز مي‌داند تا كاربرد پوشش- S شكل پيرامون godet سرد كنترل شود.
زمانيكه خرده‌هاي پليمري از مواد اوليه شكل مي‌گيرند، خرده‌هاي بوجودآمده چندين راكتورهاي اتمي پليمريزاسيوني با حداقل دگرگوني گروه به گروه؛ مخلوط مي‌گردد (تركيب مي‌گردد). خرده‌ها خشك مي‌شوند و سپس ذوب مي‌گردند.
در فرآيندهاي همزمان اصلي، ذوب به طور مداوم در ذوب‌كننده‌هاي مارپيچي؛ به انجام مي‌رسد، چونكه اينها ذوب يكنواخت و همزماني را صورت مي‌دهند.
تحت فشار، عمل ذوب پليمر به سمت بلاك‌هاي چرخشي انتقال مي‌يابد، در جايي كه پمپ سنجش‌گر دقيقي وجود دارد، مثلاً پمپ دستگاه ، حتي به شدت باقيمانده‌هاي ذوب را صادر مي‌‌نمايد.
پس فرآيند ذوب پليمر از ميان يك فيلتر مطلوب مهار مي‌گردد. پالايش پليمر ذوب شده صورت مي‌گيردقبل از اينكه آن وارد چرخان شود، ذوب همزمان صورت مي‌گيرد و ناخالصي جامدات مانند ذرات آهني؛ از بين مي‌رود و نيمه جامد باعث تنزل ژلاتين پليمر مي‌گردد و همچنين حباب‌هاي گازدار حذف مي‌شوند.
پالايش پربازده، درهرتوليد هزاركيلوگرمي نسبت انكسار را تا انكسار زير 6، موجب مي‌گردد و همچنين نوسان تكه‌هاي كوچك يا بخش‌هاي كشيده شده در افروزه تابيده شده، كاهش مي‌يابند.
بعد فرآيند پالايش، ذوب در يك ظرف در ميان لوله كم قطري بنام چرخان صورت مي‌گيرد و در اين روش يك جريان مايع شكل مي‌گيرد. پليمر ذوب شده، بواسطه حضور چرخان و بواسطه رهايي از انرژي الاستيك ذخيره شده در طي جريان برش، در ميان كانالهاي باريك، بيرون مي‌زند.
اين عمل مانند تأثير Dieswell شناخته شده مي‌باشند و در فصل 3 مورد بحث و بررسي قرار گرفته است.
پس افروزه‌ها خاموش مي‌باشد و در صورتيكه از انتها كشيده شود، در اتاق خاموش سخت مي‌شوند.
قطر افروزه كاهش مي‌يابد و سپس تعدادي از اين افروزه‌ها بوجود مي‌آيند تا به كمك دو هدايت‌گر درون بسته‌اي به هم ملحق شوند. چرخش نهايي به كارگرفته مي‌شود قبل از اينكه بسته‌هاي برروي غلتك استوانه‌اي شكل پيچيده شوند، كه اغلب اوقات توسط يك غلتك اصطكاك – سخت صورت مي‌گيرد.
2-2-1 : بيرون ده (روزن ران) :
در گذشته؛ دانه‌هاي كوچك برروي شبكه‌هاي متشكل از مناطقي كه داراي گرماي زياد هستند درون فرم حلقه‌ها و دنده‌هاي گرم شده از بيرون، ذوب مي‌شوند. اما بدليل ذوب‌كننده‌هاي مارپيچي يا بيرون‌ده‌ها عرضه كننده مزيت‌هاي بسيار بالاتري از ميزان ذوب‌كنندگي، ظرفيت بالا، زمان كوتاه اقامت، ايجادفشار، همگوني بيشتر و توزيع كيفيت سنجش گرذوب، مي‌باشد.
در نمودار 3-1 بخش‌هاي عملكردي بيرون ده خاص نشان داده شده است، درصورتيكه جزئيات مارپيچي خاص در نمودار 4-1 ارائه شده است. اساساً بيرون ده مشتمل از استوانه‌اي مي‌باشد كه در ميان يك يا چند مارپيچ تنگ (باريك) مي‌چرخند.

مارپيچي به‌قطرmm300-45هستند،مثلاًبراي پلي‌پروپپلين با ظرفيت ذوب 1-kgh2000-50 مورد استفاده مي‌باشند. طول مارپيچي براي پلي پروپپلين نسبت به پلي‌استر و پلي‌آميد بيشتر است، درصورتيكه براي آنها بطور عادي ميزان طول برابر 33-28 قطر مي‌باشد.
استوانه در امتداد طولش از طريق روغن يا الكتريسيته گرم مي‌شود. خرده‌ها با يكي از مارپيچي‌هاي حلقه دور استوانه تغذيه، تغذيه مي‌شود و سپس از ميان استوانه از طريق چرخش مارپيچي به سمت جلو رانده مي‌شود، چرخش در پايه ماشين (دستگاه) صورت مي‌گيرد. همانطور كه پليمر به سمت جلو حركت مي‌كند، آن تا اندازه‌اي از طريق رسانش گرمايي ديوارهاي استوانه نرم مي‌شوند و تا اندازه‌اي از طريق گرماي سايشي درنتيجه برش مكانيكي پليمر از طريق عملكرد مارپيچي، گسترش مي‌يابند.

زمانيكه آن به انتهاي مارپيچي مي‌رسد، ذوب همزمان و مذاب از ميان فيلتر قابل تغيير هدايت مي‌شود، فيلتر قابل تغيير درون پمپ دستگاه قرار مي‌گيرد كه ظرفيت (كارايي) مطلوب سنجش‌گر درون چرخان به واسطه فيلتر مشابه ديگر، قرار مي‌گيرد.
چگونگي به وقوع پيوستن تركيب و همگوني ذوب را مجسم نماييد، آن فاقد ارزش است كه چنانچه پليمر به مارپيچي متصل شوند و در سطح استوانه حركت نمايد، درآنجا به دليل اينكه مواد با مارپيچي بدون اينكه به سمت جلو رانده شوند؛ مي‌چرخد، توليد از بيرون ده صورت نخواهد گرفت.
به عبارت ديگر اگر پليمر به ديوار بچسبد و در مارپيچ حركت نمايد، سرعت چرخشي مواد كمتر از حدمارپيچي خواهدبود ودرنتيجه مواد در امتداد بيرون ده از طريق لبه سربي پره داخل مي‌شوند.
عموماً بيرون‌ده‌هاي مارپيچي مي‌توانند مانند عملكرد با مناطق مجزاي زير درنظرگرفته شوند، چنانچه يك حركت در امتداد طول مارپيچي از قيف آغاز مي‌گردد.
1- بخش تغذيه يا ناحيه انتقال جامدات: اين بخش تنها در زير قيف قرار داد.
2- منطقه ذوب و تراكم : ذرات جامد پليمر، تراكم موجود در اين منطقه را بدليل كاهش حجم پره هاي مارپيچي، تحمل مي‌نمايد. در نقطه‌اي ذوب ذرات آغاز مي‌گردد كه در آنجا اولين لايه مايع در ديوار استوانه شكل مي‌گيرد، كه گرم است ، و عمل ذوب‌شدگي مي‌تواند در امتداد طول قابل ملاحظه‌اي در يك نقطه گسترش يابد در اين نقطه همه پليمرها در خط مقطع كانال، در فرم ذوب شدگي مي‌باشند.
3- منطقه ذوب : در اين منطقه فشار انباشته مي‌شود و ذوب انتقال مي‌يابد و متجانس مي‌گردد. سه پديده جاري مي‌تواند در اين منطقه مجزا گردد:
(a): جريان پيشرفته يا كاهنده (كاهشگر)، كه جريان نامحدودي است كه از طريق تأثيرات تماس بين مواد و استوانه و سطوح مارپيچي ايجاد مي‌گردد.
(b): جريان فشار بواسطه فشاري است كه در خارج از بيرون‌ده انباشته شده‌است كه بواسطه هم كشي يا از بين‌رفتگي صورت مي‌گيرد. مسير اين جريان مخالف با حد جريان كاهنده(كاهشگر) است بنابراين از توليد همه جانبه كاسته مي‌شود.
(c): جريان ترواش از ميان شكاف بين استوانه و پره‌هاي مارپيچي صورت مي‌گيرد. اين جريان برعكس بطور نرمال بسيار ناچيز است و ممكن است ناديده گرفته شود.
در نمونه بيرون ده، ميزان جريان حجمي، به طور شاخص از طريق جريان كاهشگر(كاهنده) تحت تأثير قرار مي‌گيرد و جريان بخش‌هاي عقبي و جريان تراوشي بسيار ناچيز هستند.
4- منطقه مخلوط : در اين مرحله feedstock  كاملاً همگون نمي‌باشد و بخش مخلوط با مخلوط ويژه گسترده شده، درآميخته مي‌شود.

3-2-1 : چرخش متعدد (چندجانبه ) :
شرايط گرمايي و طراحي چرخش متعدد، تأثير عمده‌اي بر كيفيت افروزه دارد و بنابراين نيازمند به دقت زياد مي‌باشد. در واحد چرخشي نمونه، مايع پليمري ممكن است از آخرين مجراي چند تقطيري در حالت چرخش مستقيم، يا از بيرون ده در حالت جريان گروهي، با چرخش در جلو برعكس حلقه‌هاي داراي پوشش- دوگانه، انتقال يابد. عموماً اين حلقه‌ها از طريق جريان Dowtherm گرم مي‌شود. مايع پليمر با تعدادي از چرخان‌ها، توزيع مي‌شود هركدام با پمپ چرخشي آماده مي‌شوند. دو شرايط عمده وجود دارد:
ابتدا همه مسيرها ذوب قبل از رسيدن به دهانه چرخان بايد از  همان طول باشند تا دقيقاً تشابه فشار حاصل شود، كه به ترتيب حتمي است كه همان كيفيت مواد به هر دهانه مي‌رسد، و دوم اينكه؛ جريان ذوب و چرخان بايد داراي نماهاي دماي برابر باشد. همگوني ذوب و نماي دماي يكنواخت، مخلوط‌هاي ثابت در جلو پمپ هاي سنجش گر قرار مي‌گيرند.
4-2-1 : سلسله چرخش و چرخان :
تحت فشار پليمر ذوب شده به بالاي چرخش انتقال مي‌يابد جائيكه پمپ سنجش‌گر دقيقي وجود دارد، مثلاً پمپ دستگاه، حتي باقيمانده‌هاي ذوب نيز صادر مي‌شوند. همانطور كه در شكل 5-4 نشان داده شده، رأس چرخش ]5[ يك شاخه به پليمري دارد كه از ميان پليمر ذوب شده وارد قالب پمپ مي‌شود و ميزان سنجش گر ذوب از ميان آن بدون سلسله چرخش هدايت مي‌شود. پمپ دستگاه متشكل از سه ظروف استيلي سطح – مات مي‌باشد ]6[: پايه، مركز و درپوش بشقاب كه بطور محكم به يكديگر پيچ شده‌اند. مركز بشقاب داراي دو چرخ‌دنده مي‌باشند، محورهاي آن در پايه و درپوش بشقاب قرار دارند.
پمپ‌ها از موليبدن و واناديوم داراي استيل درجه بالا ساخته شده‌اند. رسانش ذوب موارد زير را تحت تأثير قرار مي‌دهد: دندانه درگير با چرخ‌دنده زمانيكه چرخانده مي‌شوند، باعث بازشدن شكاف‌هاي روبرو مي‌شوند.
اينها مملو از ذوب شدن مي‌باشند كه از كانال تغذيه واردشده‌اند، كه از طريق هردو چرخ‌دنده محكم گرفته‌شده‌اند. زمانيكه دو چرخ‌ درهم قفل مي‌شوند، دوباره ذوب خارج روزنه‌هاي درون چرخ دنده از طريق دندانه روبرويي تحت فشار قرار مي‌گيرند و به چرخان مي‌رسند برعكس طرح پالايش داخلي.
چرخش افروزه‌ها به طور نرمال در هرچرخش نيازمند به پمپ‌هاي چرخشي به ظرفيت cm34-1 و سرعت min-135-10 مي‌باشند.
چرخش نامنظم افروزه‌ها يا فيبر اصلي ملزم پمپ‌هايي با ظرفيت بالاتر از حدوداً cm320 درهر چرخش و بيشتر مي‌باشند.
پمپ‌هاي سنجش‌گر بايد قادر به تغذيه در برابر فشارهاي بالاي عقبي از 200-20 بار بدون تغيير نسبت تغذيه و به همراه دقت 3%± باشند.
به جهت پالايش ، شن يا آلومينيم انباشته شده در مكاني از طريق غربال‌هاي آهني نگهداري مي‌شود، ديسك‌هاي ذوب متخلخل به كار گرفته مي‌شوند.