Совмещенные процессы формования и ориентационного вытягивания применяются в основном при производстве гладких нитей. Данные процессы уступают раздельным в технологической гибкости, но производственные затраты при современных однопроцессных технологиях на 30−35 % ниже, чем расходы при двухпроцессных (раздельных).
В настоящее время в мировой практике используются различные варианты совмещенных процессов получения полиэфирных нитей с использованием ВСФ, основные из которых показаны на рис. 48. При получении нити по совмещенной схеме, как правило, не требуются дополнительные технологические операции (исключение составляют крученые нити).
Рис. 48. Варианты совмещенных процессов получения полиэфирных нитей с использованием ВСФ: а − схема получения НОY; б − схема с использованием вытяжных обогреваемых цилиндров; в − схема с использованием вытяжных необогреваемых цилиндров и обогреваемой паром камеры; г − схема с использованием трубчатых нагревателей; д − схема с использованием камер с обогревом встречным потоком воздуха (НСS); е – направления движения воздуха и нити по схеме д; 1 – фильера; 2 – замасливание; 3 − контроль обрыва; 4 – ПСУ; 5 – намотка; 6 − вытяжные обогреваемые цилиндры с разделительными роликами; 7 − вытяжные необогреваемые цилиндры; 8 − обогреваемое паром устройство; 9 − входное кольцо; 10 − трубчатые нагреватели; 11 − необогреваемые цилиндры; 12 – камера с обогревом нити встречным потоком воздуха
Первый вариант (рис. 48, а) состоит в получении ориентированной полиэфирной нити НОY при скоростях 7000−8000 м/мин. Наряду с низкой стоимостью этот процесс отличается негибкостью, поскольку в этом случае прочностные показатели можно варьировать только скоростью формования и числом элементарных нитей. Следует назвать и другие недостатки: замедление роста ориентации при скорости более 7000 м/мин из-за появления вследствие перепада температур по сечению филаментов поперечной гетерогенности (структуры «ядро оболочка»); возможного повышения обрывности из-за непостоянства силы трения о воздух. Этот процесс представляется более перспективным в случае использования компактных, укороченных по высоте машин формования.
Компактная высокоскоростная линия формования НОY/FОY (рис. 49) предназначена для производства комплексной нити со скоростью формования выше 6000 м/мин. Расстояние между фильерой и бобинодержателем сокращено до 3 м. В машине использована система обдува со встроенным устройством для нанесения замасливателя, система пневмосоединения и отсоса нити. Расположение фильерного комплекта в формовочной балке соосно расположению паковки на бобинодержателе, т.е. обеспечивается параллельный ход нитей.
Рис. 49. Ультракомпактная высокоскоростная линия формования с параллельным ходом нитей и приемными вальцами
Снижение высоты линии обусловливает низкое натяжение формуемой нити, что исключает использование цилиндров для регулирования натяжения, тем самым упрощается эксплуатация и обслуживание. Не требуется дополнительный расход тепловой энергии для функционирования зоны вытягивания или зоны релаксации. Снижается мощность системы кондиционирования воздуха из-за снижения длины обдувочной шахты. Данная машина представляет концепцию одностадийного вытягивания, где исключено образование паров замасливателя. Ввиду небольшой высоты машины зону формования и приемно-намоточную зону может обслуживать один оператор.
Такая ультракомпактная линия может использоваться также для формования POY-нити, в частности, микрофиламентной нити высокого качества.
На рис. 48, б показана схема совмещенного ВСФ и вытягивания на обогреваемых цилиндрах с механическим разделением зоны вытягивания и получением FDY-нити. Обогреваемые цилиндры обеспечивают возможность регулирования прочностных и усадочных свойств нити. При необходимости получения высокоусадочных, аморфизованных нитей возможно получение РОY с вытягиванием на холодных цилиндрах. Это придает установке гибкость и универсальность в технологическом плане.
Фирмой EMS INVENTA AG был разработан процесс Н4S, в отличие от предыдущего включающий ВСФ с вытягиванием на холодных дисках (рис. 48, в). Новым узлом является специальная камера, где потоком пара проводится термообработка ПЭФнити для кристаллизации и снижения усадки, а также ее компактирование, аналогичное пневмосоединению. Предложен 6-ниточный процесс со скоростью приема нити 5000−7000 м/мин и скоростью формования более 3000 м/мин. При использовании необогреваемых дисков на 11 % сокращаются расходы по сравнению с использованием обогреваемых дисков. По мнению разработчиков, данный процесс гарантирует высокую равномерность FDY-нити. Приводятся следующие показатели: разрывная нагрузка − 42 сН/текс, удлинение − 25−30 %, усадка в кипящей воде − 6−9 %.
Процесс, используемый для производства многофиламентных текстильных нитей в широком интервале линейных плотностей (20−220 дтекс), обеспечивает нитям высокую равномерность окрашивания, позволяет применять прядильные препарации с низкими коэффициентами трения.
В основе совмещенных процессов без разделения зон формования и вытягивания лежит ориентационное упрочнение ПЭФ-нити при повышении натяжения за счет трения о воздух. На рис. 48, г приведена современная схема получения полиэфирных нитей с использованием трубчатых нагревателей (ТН). В основе процесса лежит растяжение формуемых нитей при нагревании, когда пучок вследствие трения о воздух уже приобрел необходимое натяжение. В трубчатом нагревателе в изотермических или близких к ним условиях происходит ориентационная кристаллизация. Получить ориентированную FOY-нить возможно при скорости 3500−4000 м/мин, но для повышения производительности и стабилизации свойств целесообразно увеличивать скорость до 4500−5500 м/мин.
В настоящее время выпускаются промышленные установки, реализующие указанный процесс. Длительная эксплуатация пилотной установки фирмы Oerlikon Ваrmag в условиях ОАО «Могилевхимволокно» подтвердила правомочность этой концепции.
Система формования включает экструдер, формовочную балку, систему обдува и намоточную машину. ТН, при прохождении которого фактически осуществляется вытягивание нити, устанавливается в нижней части зоны обдува (рис. 50).
При постепенном медленном прогреве воздухом филаменты нагреваются равномернее, чем непосредственно при соприкосновении с твердым горячим цилиндром. Поскольку замасливатель наносится на нить после процесса вытягивания, филаменты во время вытягивания не покрыты замасливающей эмульсией, что обеспечивает их равномерное вытягивание, равномерность последующего крашения нити. Дополнительное преимущество процесса – незначительное образование ворса за счет пониженного трения в процессе вытягивания. Такая схема достаточно универсальна, поскольку на одной установке при неизменной скорости формования только путем включения ТН можно перейти от выпуска РОY-нитей к выпуску FOY-нитей. Недостатком является невозможность варьирования прочностных показателей. Несомненным прогрессом в технологии однопроцессных схем является процесс экофлекс или НСS (см. рис. 48, д, е). В данной схеме обогрев формуемого пучка в трубчатой камере осуществляется встречным потоком горячего воздуха. Разработчики предлагают 6-ниточное формование с получением РОY при скоростях 5000−6500 м/мин, отмечая весьма низкую стоимость процесса. При условии удачного инженерного оформления и наличии технологической гибкости этот процесс весьма перспективен.
Рис. 50. Схема однопроцессной установки с трубчатыми нагревателями
По информации разработчиков, удалось достичь равномерного обогрева нитей и обеспечить стабильность формования, решив сложную инженерную задачу по исключению турбулентности воздушного потока при контакте с формуемым пучком нитей. Процесс «экофлекс» обеспечивает возможность достаточно широкого варьирования деформационно-прочностных свойств нити – разрывная нагрузка 36−46 сН/текс, разрывное удлинение 20−40 %.
Принципиальная особенность указанных совмещенных процессов в том, что при ориентации в процессе формования скорость может быть увеличена до 5000−6500 м/мин, а при разделении формования и вытягивания скорость формования стандартного ПЭТ не может превышать 3000−3500 м/мин во избежание начала кристаллизации. Несомненно, что приведенные схемы получения нитей основаны на высоком уровне технологии и оборудования.
На машинах формования FDY-нитей зона вытягивания может оснащаться либо цилиндром и направляющим роликом, либо сдвоенным цилиндром. Скорость намотки составляет от 4000 до 5300 м/мин (иногда 6000 м/мин). Выбор пары «цилиндр и направляющий ролик» оправдывает себя в плане себестоимости при намотке восьми нитей низких линейных плотностей на рабочем месте. Для наработки нити более высоких линейных плотностей чаще используется пара цилиндров.
При использовании в качестве вытяжных элементов пары цилиндров их располагают в зоне вытягивания, а не в зоне формования, помещая в шкаф для снижения теплопотерь, там же происходит отсос паров замасливателя. Выбор пары цилиндров всегда обеспечивает усадку на 1−2 % ниже, чем при использовании цилиндра и направляющего ролика.