TEORIJA FORMIRANJA VLAKANA

1.6. SVOJSTVA POLIMERA ZA VLAKNA1.6.1. Osnovna svojstva polimera za vlakna-Svojstva vlakana odredjena su hemijskim sastavom i strukturom polimera i uslovima rasta prirodnih vlakana.-Polimeri koji se koriste za proizvodnju hemijskih vlakana, polimeri za vlakna, treba da imaju sledeća svojstva:1.- što veću molekulsku masu (koja odgovara prosečnoj dužini molekula od 400-600 nm).2.- najužu moguću krivu raspodele molekulskih masa;3.- polarnu strukturu molekula;4.- najveći mogući stepen kristalnosti nastao od strukturne pravilnosti i odsustva grananja lanaca i njihovog umrežavanja;5.- da sadrže što je moguće manju količinu aditiva i stranih primesa;6.- da sporo krlstališu;7.- da im je jaka zavisnost kristalisanja od temperature kristalisanja;8.- mali stepen ubrzavanja kristalisanja pod naponom;9.- ravnotežnu temperaturu kristalisanja, mnogo nižu od temperature početka termičkog razlaganja;10.- visoku temperaturu topljenja i ostakljivanja;11.- veliku postojanost prema oksidisanju;12.- reproduktivnost svih navedenih svojstava izmedju raznih proizvodnih partija polimera, a u slučaju netopivih polimera, i13.- dobru rastvorljivost u dostupnim rastvaračima uz obrazovanje koncentrovanih i stabilnih rastvora poželjnih karakteristika.-Za pretvaranje polimera iz čvrstog stanja, u obliku praha ili granula, u vlaknasti oblik odredjenih karakteristika, neophodno je da su njihovi agregati i pojedinačni molekuli medjusobno pokretljivi. -Veliki uticaj ima i gipkost makromolekula koja zavisi od njegovog hemijskog sastava i povećava se sa povišenjem temperature ili pri prelazu polimera u rastvor.-Povećanje molekulske mase, gustine slaganja i orijentisanosti strukturnih elemenata otežavaju topljenje i rastvaranje polimera i daju vrlo viskozne rastvore i pri znatno manjoj koncentraciji. -To izaziva mnoge teškoće u proizvodnji hemijskih vlakana.-Temperatura topljenja polimera za obična ili konvencionalna vlakna treba da se kreće od 150-280 C. -Donja granica ovog intervala je odredjena uslovima upotrebe odeće i drugih proizvoda od vlakana, a gornja termopostojanošću polimera. -Većina polimera za obična ili konvenoionalna vlakna se znatnije termički razlaže na 310-320 C. -Viskoznost rastvora za vlakna se kreće od 3-50 Ns/m2 (30-50 Pz) a rastopa od 60-400 N.s/m2 (600-4000 Pz) mada se u nekim slučajevima vlakna dobijaju iz rastopa čija je viskoznost 1000 N.s/m^ i iznad toga.-Molekulska masa polimera za vlakna treba da se kreće u granicama koje odgovaraju dužini molekula 400-600 rm, što obezbedjuje dobijanje rastvora umerene viskoznosti. - Povećanje molekulske mase iznad gornje granice znatno povećava viskoznost rastvora i rastopa polimera što otežava proizvodnju vlakana.-Molekuli polimera za vlakna treba da su linearni ili slabo razgranati. -Umreženi molekuli se teže rastvaraju i tope.

1

-Razgranatost snižava medjumolekulsko sadejstvo i istovremeno otežava orijentisanje molekula pri formiranju vlakana i njihovom ojačavanju istezanjem. -Sadržaj manjih količina oligomera i monomera (niskomolekuiskih frakcija) u polimerima za vlakna je poželjan i olakšava orijentisanje makromolekula pri istezanju vlakana. -Zbog toga za svaki polimer za vlakna postoji optimalna vrednost polidisperznosti.-Gipkost makrimolekuia polimera treba da je optimalna zbog toga što ona odredjuje njihovu rastvorljivost, viskoznost dobijenih rastopa i rastvora, njihovu sposobnost za kristalisanje i dr.-Uslovi eksploatacije tekstila zahtevaju da temperatura omekšavanja polimera bude iznad temperature ključanja vode, a u mnogim slučajevima i iz nad 150-160°C.-Optimalna tekstilna svojstva hemijskih vlakana postižu se pri velikom sadrzaju kristalnih područja koja daju jačinu vlaknu, otpornost prema spoljašnjim uticajima. -Kruti polimeri, čiji makromolekuli sadrže aromatska jezgra, nisu pogodni za proizvodnju vlakana uobičajenim postupcima. -Oni se ne tope niti rastvaraju u dostupnim rastvaračima. -Polimeri sa vrlo gipkim makromolekulima takodje nisu pogodni za vlakna zbog toga što je njihova temperatura razlaganja niža od 100°C. -Iz istog razloga su za dobijanje vlakana nepogodni polietilen i polivinilhiorid. -Medjutim, razne metode umrežavanja makromolekula u svežem vaiaknu omogućavaju da se za proizvodnju viakana upotrebe polimeri i sa veoma gipkim molekulima.-Polimeri za viakna treba da imaju regularnu molekulsku strukturu. -To im daje mogućnost ostvarivanja optimalne nadmolekulske strukture vlakana. - Poželjno je da polimeri za vlakna sadrže polarne funkoionalne grupe (OH, COOH, i dr.) koje reaguju sa rastvaračima, povećavaju interakciju izmedju molekula polimera i rastvarača i utiču na fazna pretvaranja, i dr. -Prisustvo naročito OH grupe, izaziva i smanjenje jačine vlakana u mokrom stanju i doprinosi njihovom gužvanju, što zahteva naknadnu obradu vlakana protiv gužvanja. -Hidrofobna vlakna se jako naelektrišu elektrostatičkim putem, i koriste se kao elekiroizolacioni materijali.-Prisustvo nitrilnih grupa u molekulima polimera povećava postojanost vlakana prema sunčevoj radijaciji, a zbog snažnog medjumolekulskog sadejstva, poboljšava im se i sposobnost oblikovanja u vlakna. -Veliki uticaj na svojstva vlakana ima sadržaj jonogenih grupa (COOH, HSO3, NH2 i dr.). -Ove grupe olakšavaju bojenje vlakana i vezuju anjonske (kisele) i katjonske (bazne) boje, povećavaju postojanost boje prema pranju i drugim obradama.-Za dobijanje hemijski postojanih vlakana najpogodniji su polimerni ugljovodonici koji ne sadrže atome kiseonika u svom lancu i odlikuju se velikom hidrofobnošću. -Za dobijanje termopostojanih vlakana primenjuju se polimeri koji sadrže jako polarne grupe. -Termopostojana vlakna se dobijaju iz polimera čiji su molekuli kruti i hemijski stabilni.-Navedena osnovna svojstva i ekonomski razlozi su učinili da je relativno mali broj polimera našao industrijsku primenu u proizvodnji viakana. -To su od prirodnih polimera celuloza, acetilceluloza, a od sitetizovanlh polimera poliamidi, poliestri, poiipropilen i dr.-Za dobijanje vlakana sa otpimalnim kompleksom svojstava neophodna je sposobnost polimera za obrazovanje amorfno-kristalne strukture.

2

-Prisustvo amorfnih područja u polimeru odredjuje elastičnost vlakana, njihovu sposobnost za bojenje, sorpciju raznih supstanci i niz drugih svojstava.

1.6.2. Molekulska masa polimera, raspodela molekulskih masa-Linearni makromolekuli, kako sintetičkog tako i prirodnog porekla, nemaju istu dužinu, oni su polidisperzni ili polimolekularni. -Zbog toga je neophodno govoriti o srednjoj molekulskoj masi polimera koja uključuje molekulsku masu svih molekula izračunatu ili iz njihovog broja, ili iz mase pojedinačnih frakcija koje imaju manje ili više blisku molekulsku masu. -Od polimolekularnosti, koji se javlja kao jedan od osnovnih pojmova u hemiji i fizici polimera, zavise skoro sva svojstva polimera. -Naročito je veliki uticaj molekulske mase na mehanička svojstva polimera i vlakana. -Pri merenju molekulskih masa raznim metodama dobijaju se prosečne vrednosti koje ne daju dovoljno informacija o detaljima prisutne raspodele molekulskih masa. -Zbog toga je potrebno polimer okarakterisati i raspodelom molekuiskih masa u obliku histograma ili krive raspodele. -Poiimeri čija je širina raspodeie molekulskih masa uska a srednja molekulska masa relativno velika, karakterišu se dobrim mehaničkim svojstvima, pre svega jačinom, tvrdoćom i dobrom termopostojanošću. -Suprotno ovome, ponašaju se polimeri iste srednje molekulske mase ali vrlo široke krive raspodele molekuiskih masa.-Apsolutna vrednost srednje molekulske mase zavisi od metode merenja i načina izračunavanja.-Srednja brojčana molekulska masa se odredjuje na osnovu broja molekula u razblaženim rastvorima polimera merenjem sniženja tačke mržnjenja rastvora (krioskopija), povišenjem temperature ključanja rastvora (ebulioskopija), odredjivanjem sadržaja krajnih grupa u molekuiima, i merenjem osmotskog pritiska rastvora, kao i izotermijskom destilacijom. -Srednja masena molekulska masa se odredjuje iz merenja brzine sedimentacione ravnoteže u ana- litičkim centrifugama i merenjem brzine difuzije i rasipanja svetlosti u rastvorima polimera. -U slučaju kada se polimer sastoji iz jedne frakcije molekula bliskemolekulske mase naziva se monodisperzinim polimerom i karakteriše seravrnomernom raspodelom. - Za istu raspodelu srednja masena molekulska masa je uvek veća od srednje numeričke vrednosti. -Pod uticajem raznih agenasa, sa kojima polimeri i vlakna u toku njihove proizvodnje, prerade i upotrebe dolaze u kontakt, stepen polidisperznosti se najčešće povećava i menja karakter krive raspodele molekulskih masa. - Najbolji uvid u polidisperznost polimera dobija se na osnovu krivih raspodele koje se konstruišu iz histograma raspodele dobijenog frakcionisanjem polimera. - Do krive raspodele može se doći korišćenjem zakona verovatnoće a polazeći od mehanizma reakcije sinteze.- Empirijske krive raspodele, dobijene eksperimentalnim putem, kao i teorijeske krive raspodele, mogu da se iskažu kao jedna od tri oblika krivih:1. -integralne krive raspodele I (M) se dobijaju nanošenjem kumulativnih vrednosti masa frakcija pojedinih molekulskih masa;

3

2. -diferencijalne krive raspodele W (M) daju raspodelu mase pojedinih frakcija molekulske mase i mogu se dobiti grafičkom diferencijacijom integralne krive raspodele;3. brojčane ili numeričke krive raspodele N (M) daju raspodelu broja molova date frakcije u zavisnosti od njihove molekulske mase.- Krive raspodele molekulskih masa mogu se opisati analitlčkim funkcijama dva ili više parametara, anajviše su u upotrebi:

1. Schultzova funkcija raspodele,2. Hingova funkcija raspodele,

3. Log-normalna funkcija raspodele.- Osim navedenih karakteristika molekula polimera značajne su i njihove dimenzije, odnosno konformacione karakteristike. -One se na linearnim polimerima mogu odrediti merenjem graničnog viskozitetnog broja ili iz rezultata merenja rasipanja svetlosti, rasipanjem X-zraka pod malim uglom i drugim metodama.- Dimenzije molekula mogu se opisati preko srednjih statističkih karakteristika:1. - srednjeg kvadratnog rastojanja krajeva lineamih makromolekula, 2. - srednjeg kvadratnog poluprečnika inercije.- Linearni makromolekuli se mogu predstaviti kao niz krutih članaka koji su medjusobno povezani pod izvesnim uglom. - Dimenzije ispruženog makromolekula se mogu izračunati na osnovu dužine veza i njihovih uglova. - Dimenzije linearnih polimera u ispruženom stanju variraju sa molekulskom masom. - Dimenzije makromolekula u razblaženim rastvorima su odredjene:1. -interakcijom makromolekula bližeg reda,2. -interakcijom daljeg reda. - Dimenzije molekula se mogu opisati preko tzv. statističog segmenta, jer zbog sternih smetnji molekul ne može da se slobodno rotira već se neki njegovi delovi ponašaju kao kruti elementi - segmenti. - U zavisnosti od veličine statističkog segmenta polimeri se razvrstavaju na gipke ili savitljive polimere, srednje krute i krute polimere.

1.7. Uticaj strukture polimernog lanca na svojstva polimera- Raznovrsna struktura polimernog lanca utiče na sve strukturne karakteristike polimera i njihova svojstva. - Zato se može govoriti o uticaju strukture lanca samo u okviru homologih redova za koje je karakteristična izvesna sličnost strukture. - Posmatrajući uticaj strukture osnovnog lanca polimera na njegova svojstva, proizilazi da on može biti posledica:1. -promena medjuatomskog sadejstva u lancu zbog induktivnog efekta,2. -promene gipkosti lanca nastale uvodjenjem atoma drugačije valentnosti od one koja več postoji u lancu a naročito uvodjenjem cikličnih grupa,3. -promene intenziteta medjumolekulskog sadejstva (privlačenja),4. -promene konformacije lanca i kristalografske ćelije i takodje rastojanja izmedju makromolekula.- Mnogi od ovih uticaja mogu delovati pozitivno ili negativno na svojstva polimera. - Zamenom bočnih supstituenata, koji se medjusobno znatno razlikuju, dolazi do nagle promene u strukturnim karakteristikama polimera, odnosno njihovih svojstava. - Sve te promene se u osnovi sastoje:

4

1. -u preraspodeli elektronske gustine u molekulu i izmeni gustine, energije i polarnosti veze. 2. -u promeni gipkosti polimernog lanca usled medjusobnog dejstva valentno nevezanih atoma u grupi,3. -u promeni ravnotežne konformacije polimernog lanca,4. -u promeni kristalografske ćelije, efektivnom poprečnom preseku lanca i stepena kristalnosti, usled čega se menja gustina polimera, i5. - u promeni medjumolekulskog sadejstva.- Sve navedene strukturne promene dovode do toga da se naglo menjaju svojstva polimera: temperature faznih preobražaja, mehanička, električna i optička svojstva, karakter sadejstva sa okolinom i dr.- Srednja dužina molekuiskih lanaca i njihova polidisperznost imaju veliki uticaj na proces proizvodnje i svojstva gotovih vlakana. -Od nje zavisi viskoznost polimemih rastopa i rastvora i mogućnost njihove prerade, tok procesa oblikovanja polimera u vlakna, istezanje svežeg vlakna i njihova relaksaciona obrada.- Ukoliko je veća polidisperznost polimera utoliko je veći faktor neravnomernosti. U prisustvu niskomolekulskih frakcija u polimeru. tj. pri većim vrednostima faktora neravnomernosti, smanjuje se jačina i dinamičke prekidne karakteristike vlakana. - Povećanjem sadržaja frakcija veće molekulske mase naglo raste viskoznost polimernih tečnosti i dolazi do pojave gela u njima, što može znatno otežati ojačavanje vlakna.

1.8. Hemijske reakcije vlakana i mogućnost njihovog modifikovanja1.8.1. Hemijske reakcije polimera- Hemija polimera, pored njihove sinteze, obuhvata ;i proučavanje hemijskih reakcija polimernih molekula. - Razni prirodni polimeri se sintetizuju u biljnim i životinjskim ćelijama u prisustvu prirodnih katalizatora - fermenata. - Proućavanje hemijskih reakcija u polimerima ima u vidu dva važna ali različita cilja. - U prvom, ono otkriva pravce promene svojstava prirodnih ili sintetizovanih polimera radi dobijanja materijala potrebnih svojstava. - To su reakcije modifikovanja svojstava poznatih i dostupnih polimernih, prirodnih ili industrijskih materijala.- Drugi cilj proučavanja reakcija polimera usmeren je na iznalaženje načina održavanja i stabilizovanja svojstava polimera, koja bi se mogla promeniti u neželjenom smislu usled dejstva toplote, svetlosti, vazduha i raznih hemijskih supstanci u kontaktu sa kojim dolaze polimerni proizvodi. - Zadaci stabilizovanja i modifikovanja mogu se tesno preplitati, pa se modifikovanjem mogu dobiti znatno stabilniji polimeri. - Tako se modifikovanjem menjaju svojstva polimera sa ciljem da se dobije novi kvalitet ili da se odstrane nepoželjna svojstva nekog proizvoda.- Modifikovanje može biti fizičko i hemijsko. - Fizičko modifikovanje dovodi do promene svojstava putem promene u fizičkoj strukturi polimera (strukturno modifikovanje). - Hemijsko modifikovanje označava da je došlo do hemijskih reakcija sa raznim funkcionalnim grupama ili reaktivnim centrima u makromolekulima pa se menjaju modifikovanjem ne samo hemijska, već i fizička i mehanička svojstva polimera.- Hemijskim modifikovanjem se obično u molekul uvode manje količine nekog drugog jedinjenja, atoma ili atomskih grupa.

5

- Fizičko ili strukturno modifikovanje je usmereno na promene fizičkih (pre svega mehaničkih) svojstava polimera koje nastaju usled promena u nadmolekulskoj strukturi pod uticajem fizičkih činioca. - Hemijski sastav molekula pri strukturnom modifikovanju se ne menja a pri hemijskom modifikovanju se menja. - Hemijske reakcije polimera obuhvataju dejstvo polimernog molekula sa nepolimernim jedinjeniima, uzajamno dejstvo izmedju funkcionalnih grupa unutar molekula, medjumolekulske reakcije i razgrad- nja molekula na manje delove.- Sposobnost reagovanja funkcionalnih grupa u makromolekulima može se promeniti ako je jedna od susednih grupa već proreagovala sa nekim drugim nepolimernim reagensom; a druga nije.- Različit prostorni raspored osnovnih motiva jednog te istog hemijskog sastava makromolekula takodje može da menja brzinu hemijskih reakcija. -Veliki uticaj na brzinu hemijskih reakcija u polimerima ima, ne samo oblik makromolekula, već i vrsta nadmolekulske strukture koja nastaje agregiranjem makromolekula. - Ako se reakcije odigravaju u rastvorima polimera, onda sklupčani ili ispruženi oblik makromolekula otežava ili olakšava verovatnoću sudara reagensa sa funkcionalnim grupama makromolekula.- Razlikuju se tri tipa hemijskog pretvaranja u polimerima:1. -Zamena nekih funkcionalnih grupa u molekulskim lancima polimera bez promene stepena polimerizovanja. - Takvi procesi nazivaju se polimeranalogim pretvaranjima.2. -Povećanje razmera i oblika makromolekula. - U ovaj tip pretvaranja polimera spadaju sinteza kalemljenih kopolimera, spojenih (blok) kopolimera i umrežavanje polimera.3. -Promene svojstva polimera nastale usled smanjenja stepena polimerizovanja. - Takvi procesi nazivaju se destrukcijom polimera.

1.8.2. Postupci modifikovanja vlakana- Osnovni oblici modifikovanja polimera i vlakana su: -modifikovanje strukture, -hemijsko modifikovanje, -sinteza novih polimera, -izrada vlakana i drugih polimernih proizvoda iz smeše polimera ili iz smeše polimera i nepolimemih supstanci, tzv. legura polimera .- Sagledavanjem principa modifikovanja strukture pojedinih vrsta vlakana, ukazano je da su istraživanja u području novih vrsta poliamida zasnovana na zadržavanju izvanrednih mehaničkih svojstava ovih polimera. - U području sinteze novih polimera istraživanja su usmerena na dobijanje vrlo elastičnih vlakana, na sintezu vlakana smanjene zapaljivosti i termostabilnih vlakana i vlakana velike jačine i velikog modula elastičnosti.- Hemijskih modifikacija, koje su predložene za prirodna i hemijska vlakna, a naročito za sintetizovana vlakna, ima bezbroj. - One se odnose na poboljšanje izgleda, sjaja, afiniteta prema odredjenoj klasi boja, opipa, otpornosti prema hemijskim i biološkim agensima, znojenju, zapaljivosti i dr.- Od svih navedenih postupaka hemijskog modifikovanja najrasprostranjeniji su postupci kopolimerizovanja, odnosno kopolikondenzovanja.- Modifikovanje polimeranalognim pretvaranjem bočnih funkcionalnih grupa i kalemljenjem kopolimera može se primeniti kako za promenu svojstva polaznog polimera koji se koristi za dobijanje

6

hemijskih vlakana tako i za modifikovanje sveže proizvedenih hemijskih vlakana i1i za obradu raznih materijala od prirodnih i hemijskih vlakana. - Kopolimerizovanje iz smeše monomera ili iz smeše polimera (polimernih legura) može se primeniti za modifikovanje polimera samo pre njegovog oblikovanja u vlakna, dok se modifikovanje vlakana putem medjumolekulskog premošćavanja, odnosno putem umrežavanja obavlja u procesu proizvodnje vlakana ili oplemenjivanja tekstila.

2. SIROVINE, POSTUPCI I POSTROKJENJA ZA PROIZVODNJU SINTETIZOVANIH VLAKANA 2.1. Osnovne sirovine za sintetizovana vlakna-Sva organska sintetizovana vlakna se pretežno sastoje iz ugljenika, pa se za njihovu proizvodnju mogu koristiti samo sirovine bogate ugljenikom. -To su ugalj, nafta, uljni škriljci, uljni pesak, zemni gas, drvo i razne biljke bogate skrobom kao i karbonatne stene. -Od svih navedenih sirovina za sintetizovana vlakna, najpovoljniji odnos ugljenika prema vodoniku ima nafta i on iznosi 1:1,8. -Stoga se nafta ne mora dopunski oplemenjivati, kao što je potrebno ugalj hidrirati, da bi se taj odnos poboljšao. -Osim toga, nafta se lako transportuje i preradjuje tehnikama koje značajnije ne zagadjuju okolinu, a u odnosu na druge sirovine lakše se prevodi u veliki broj hemijskih proizvoda, od kojih su najvažniji: olefini, parafini, nafteni i aromati.-Zemni gas je drugi osnovni izvor sirovina savremene industrije sintetizovanih vlakana.-Da bi se dobili primarni hemijski proizvodi nafta se mora destilisati. -U proizvodima destilacije nafte, osim malih količina kiseoničnih, sumpornih i azotnih jedinjenja nalaze se i razne vrste alifatičnih ugljovodnika, naftena i aromata.-Sirova nafta prosečno sadrži :20% lake frakcije temperature ključanja 90-180°C10% dizel (lož) ulja (prosečno C10 frakcija)40% kerozina (C9-C16), ulja za podmazivanje (C20-C 70) i ostatak.-Zavisno od porekla laka frakcija nafte (LFN) ili LDF (Light destilate fraction) sadrži: 6-22% aromata, 20-25% naftena, 40-75 alifata i 0,2-0,8% olefina. -Obzirom na navedeno, LDF nafte sadrži glavne sirovine za hemijsku industriju i industriju sintetizovanih viakana. -Iz ovih se dobijaju monomeri za vlakna i druge polimerne materijale, rastvarači, plastifikatori i dr.-Za industriju je od najvećeg značaja nafta koja ima veći sadržaj aromata i goriva za motore. - Evropska hemijska industrija se, sve do sredine ovog veka, zasnivala na uglju, karbohemiji, da bi se 60-tih godina ovog veka, zajedno sa hemijskom industrijom sveta, preorijentisala na petrohemiju, čiji udeo danas u ukupnoj potrošnji nafte iznosi oko 6,8-7%.-Početkom 1960. godine na svetskom tržištu je bilo viška nafte. -Početkom sedamdesetioh godina nastupila su ograničenja, koja su se od 1972. godine još i zaoštrila. -Razlozi za takvu promenu, na tržištu nafte su: -visoke stope porasta proizvodnje sintetizovanih polimera i vlakana, -sporija izgradnja rafinerija nafte (zbog oštrijih zahteva za zaštitu životne sredine), kao i povećano učešće teške frakcije nafte na račun manjeg prinosa benzina.

7

-Situacija na tržištu nafte se pogoršala, pored ostalog, i zbog prelaska američkih proizvodjača etilena sa zemnog gasa na naftu. -Da bi se ti problemi u buduhnosti prevazišli, deo potreba u mazutu bi morao da se pokrije ostalim izvorima energije i to neposredno ugljem ili gasom dobijenim gasifikacijom uglja, nuklearnom energijom ili drugim energentima.-Tada bi se mogao povećati stepen iskorišćenja sirove nafte za potrebe hemijske industrije. -Boljom konverzijom teških frakcija nafte može se povećati stepen iskorišćenja za 150 do 160%. -Pomoću različitih procesa krekovanja (termičkih i katalitičkih), lake frakcije nafte se prevode u sastojke niže tačke ključanja, a delimično, putem polimerizovanja u ugljovodonike veće molekulske mase. Krekovanjem lake frakcije nafte, koja čini 20% sirove nafte, dobijaju se sledeći proizvodi: -etilen, -propilen, - frakcija C4, - kreking benzin i vodonik.-Da bi se mogle oceniti potrebe za naftom u industriji sintetizovanih vlakana u budućnosti, treba, pre svega, utvrditi potrebe za naftom za najvažnije vrste, tj. za PES, PA, PAN i PP, vlaknima. –Koristeći podatke o očekivanom porastu stanovništva u svetu, porasta njihovog životnog standarda, kretanja potreba u vlaknima, trenda proizvodnje pre svega sintetizovanih vlakana i prosečnog normativa potrošnje nafte za pojedine vrste ovih vlakana, može se zaključiti da je prosečno po jedinici četiri osnovne vrste sintetizovanih vlakana, potrebno 2,2 jedinice lake frakcije nafte.-Sve navedeno ukazuje na mnogobrojne prednosti koje ima nafta koje je čine najvažnijom sirovinom za proizvodnju neorganskih i organskih hemikalija.

2.2. POSTUPCI PROIZVODNJE HEMIJSKIH VLAKANA2.2.1. Vrste i osobenosti pojedinih proizvodnih -Hemijska vlakna se proizvode po nekom od konvencionalnih ili mlazničnih postupaka.-Mogu se proizvoditi i nekonvenčionalnim postupci ma , ali se ovde tok tečnog polimera ne razdvaja u strujnice prolaskom kroz mlaznicu,već strujnica nastaje na neki drugi način, tj. nemlazničnim postupkom. -Većina nemlazničnih postupaka se razlikuje od mlazničnih postupaka proizvodnje vlakana samo u stadijumu formiranja vlakana, dok su ostali proizvodni stadijumi slični ili potpuno isti u obe vrste postupaka.-U grupi nekonvencionalnih postupaka proizvodnje hemijskih vlakana razlikuju se dve podgrupe: -u jednu od njih dobijaju se vlakna sa strogo definisanim, tj. kontrolisanim razmerama, dok se u drugu podgrupu svrstavaju varijante koje daju vlakna nekontrolisanih razmera.-U prvu spadaju sledeći postupci: -suvi postupak formiranja vlakana razdvajanjem faza rastvora; -mokri postupak formiranja vlakana kroz vazdušni medjusloj, suvomokri postupak; -postupci proizvodnje vlakana iz smeše polimera; -reaktivno predenje u kome se istovremeno odigravaju reakcije sinteze poli- kondenzovanjem ili poliadicijom na granici faza i formiranje vlakana.-U drugu podgrupu su sledeće vrste: -izvlačenje vlakana sa slobodne površine rastopa ili rastvora polimera; -formiranje vlakana u uslovima slobodnog razvlačenja strujnica polimera; -formiranje vlakana u elektrostatičkom polju; -dobijanje vlakana fibrilisanjem polimernih filmova; -formiranje vlaknastih polimernih veziva, tzv. fibrida. -Preko 90% svetske proizvodnje hemijskih vlakana zasniva se na njihovom formiranju, posle prolaska polimerne tečnosti ili omekšanog po.limera kroz mlaznice i očvršćavanja strujnica, hladjenjem vazduha, vodom, otparavanjem rastvarača ili dejstvom sredstava za koagulisanje.

8

- U zavisnosti od stanja polimerne tečnosti i načina njenog očvršćavanja i desolvatovanja polimera ra- zlikuju se sledeći mlaznični postupci proizvodnje vlakana:1. -postupak dobijanja vlakana iz rastopa ili omekšanih polimera - predenje rastopa;2. -suvi postupak dobijanja vlakana iz rastvora (desolvatovanje polimera isparavanjem rastvarača);3. -mokri postupak dobijanja vlakana iz rastvora desolvatovanjem polimera rastvorom koagulanta i dodataka,4. -suspenzioni postupak se zasniva na predenju suspenzije nekog polimera, koji se ne može oblikovati u vlakna nekim od ova tri postupka, već se koristi kao suspenziono sredstvo -polimer posrednik, koji se udaljava iz strujnica dejstvom pritiska i temperature.

-Iz rastopa, u vlakna se oblikuju: alifatični poliamidi, poliolefini, neorganska stakla, neki elastani, polistiren i drugi termoplastični polimeri koji su stabilni na teraperaturi topljenja i ispredanja.

-Po suvom postupku se proizvode, pored acetatnih vlakana, poliakrilna, polivinilhloridna,vlakna iz hlorovanog polivinilhlorida i drugih polimera.

-Po mokrom postupku se proizvode, osim viskoznih, akrilnih i neka polivinilna vlakna i većina termopostojanih vlakana.

-Iz supsenzija se formiraju politrifluoretilenska i neka druga fluorova vlakna.-Sve veče potrebe za vrlo jakim vlaknima i vlaknima velikog modula elastičnosti dovele su do razvoja novih postupaka predenja polimera iz gela ili tečnokristalnog stanja. - Gel-predenjem dobijaju se vrlo jaka polietilenska vlakna, dok se iz tečno-kristalnog stanja proizvode neka vrlo jaka termopostojana vlakna.-Primena bilo kog postupka u industrijskoj proizvodnji je složena zato što se svi sastoje iz više procesa i operacija, koji se mogu obavljati u toku jednog ili više stadijuma, i to: - Sinteze monomera i polimera za vlakna; - Dobijanja i pripreme tečnog ili omekšanog polimera; - Formiranja vlakana oblikovanjem tečnog polimera u fine strujnice i njihovog pretvaranja u vlakna očvršćavanjem - predenje polimera; -Ojačavanja sveže formiranih vlakana istezanjem - orijentisanje valakana; - Toplotne obrade istegnutog vlakna, glatkog, kovrdžavog ili teksturiranog; - Dorade i oplemenjivanja vlakana, i - Primarne tekstilne prerade.-Sinteza polimera za vlakna se zasniva na reakcijama polimerizovanja, polikondenzovanja i poliadicije. -Opšte karakteristike najnovijih tehnoloških rešenja u sintezi polimera za vlakna su: -sve oštriji zahtevi za čistoćom polaznih sirovina, -sve preciznije vodjenje procesa uvodjenjem savremene merno-regula- cione tehnike, -sve češći prelazak na kontinualne procese, uz -uvodjenje reaktora sve većeg jediničkog kapaciteta koji se najčeš će izražava u tonama na dan (t/d).-Nezavisno od kapaciteta reaktora,u toku sinteze i na polimeru se kontrolišu: karakteristike njegove strukture(regularnost), molekulska masa - (viskoznost tečnog polimera), raspodela molekulskih masa, ponašanje pri predenju i istezanju, sadržaj monomera i oligomera, kao i sadržaj krajnjih grupa.-Druga grupa procesa i operacija, u diskontinualnim postupcima proizvodnje hemijskih vlakana obuhvata pripremu polimerne tečnosti za obiikovanje u vlakna. -To se ostvaruje topljenjem, rastvaranjem, mešanjem i oslobadjanjem primesa, filtriranjem, a u slučaju rastvora i udaljavanjem mehurića gasova - degaziranje ili dearacija rastvora. -Navedeni procesi i operacije se obavljaju na način koji se koristi u hemijskoj industriji, pri radu sa nepolimernim supstancama. -Primarna tekstilna prerada obuhvata operacije kao što su: upredanje, premotavanje, končanje, snovanje filamenta na osnovine predvaljke radi prerade u tkanine i pletiva, i konvertovanje traka-snopa niti, sečenjem ili kidanjem u vlakna ogranične dužine.

9

-Sve ove operacije se mogu obavljati i u pogonima proizvodjača vlakana kao i u pogonima tekstilne industrije. -Specifičnost pribora i opreme za primarnu tekstilnu preradu zavisi od toga da li se preradjuje glatki ili teksturirani filament, kao i da li je to filament za tekstiine svrhe - teksilni filament, za tehničke svrhe - tehnički filament ili je u pitanju grublji filament za izradu tepiha(BCF-predivo).-U procesu predenja polimerna tečnost (rastop, rastvor polimera) se preko razvodne grede raspodeljuje na pojedina radna mesta mašine za formiranje vlakana. -Svako radno mesto se sastoji iz dozirne pumpe, sistema za filtriranje i mlaznice, dela postrojenja za koagulisanje polimera. -Posle očvršćavanja, a u slučaju mokrog postupka predenja i neutralisanja i ispiranja, snop sveže formiranih niti se kao tzv. neistegnuta nit namotava na kalem - bobinu - ili se gravitacionim putem slaže u predioničke lonce. -Usled razlike u brzini isticanja polimera iz mlaznice, i brzine pribora koji prihvataju sveže formirane niti, u strujnici i sveže formiranim vlaknima se makromolekuli i drugi strukturni elementi orijentišu u podužnom pravcu, odnosno u pravcu ose vlakna. -Tako nastalo orijentisanje poznato pod imenom predorientisanje ne daje mehanička svojstva vlaknima, neophodna za dalju preradu i upotrebu. -Zbog toga se ona ojačavaju naknadnim orijentisanjem – istezanjem, prevodjenjem preko hladnih ili zagrejanih vaijaka tzv. galeta. -Odnos brzine izlazne galete, prema brzini uvodnog para valjaka u sistem za istezanje naziva se stepenom istezanja. -On se odabira u zavisnosti od vrste polimera, namene vlakana , stepena predorijentisanja i temperature istezanja. -U konvencionalnom ili uobičajenom postupku formiranja vlakana iz rastopa brzina njegovog ispredanja je jednaka brzini namotavanja koja se kreće od 600-1800 ra/mln. -Formirani filament se zatim isteže brzinom 400-1000 m/min pri stepenu istezanja izmedju 3 i 4,5. -Na ovaj način se doblja slaboorijentisani filament, koji se odlikuje relativno malim stepenom orijentisanosti makromolekula i strukturnih elemenata, ima mali stepen kristalnosti. -U slučaju izrade glatkog filament u daljoj preradi se isteže i upreda, a teksturira kada se proizvodi teksturirani filament. -Istezanje i teksturiranje se obavlja na mašinama za teksturiranje opremljenim galetama za istezanje. -Ako se istovremeno sa istezanjem obavlja teksturiranje radi se o simultanom postupku a ako se ta dva stadijuma obavljaju jedan iza drugog o sekventnom postupku teksturiranja. -Objedinjeno ispredanje i istezanje poznato je pod imenom istezno predenje. -Difuzioni mehanizam formiranja vlakana iz rastvora, po mokrom postupku, znatno ograničava mogućnost povećanja radnih brzina van uobičajenih (50-150 m/mln). -Naročito je mala brzina udaljavanja komponenti rastvora za koagulsanje iz sveže formiranog vlakna ispiranjem. -Ubrzavanje ovih procesa, uz mnogo napora, ostvaruje se povišenjem temperature i stvaranjem visokih gradijenata koncentracije izmedju vlakana i tečnosti za ispiranje.

2.2.2. Razvoj postupaka proizvodnje vlakana iz rastopa-Intenzivno se radi na usavršavanju procesa i postupaka proizvodnje hemijskih vlakana i iznalaženja novih puteva za dobijanje vlakana.

10

-Naročito velike mogućnosti za usavršavanje tehnologije proizvodnje hemijskih vlakana pruža istraživanje i razvoj puteva prelaska na kontinualne i integrisanije procese i operacije i njihovo automatizovanje. -U tom smislu najviše mogućnosti je pružao postupak proizvodnje vlakana iz rastopa i to kako u oblasti sinteze polimera tako i u njegovog oblikovanju u vlakna.-Osnovni pravac razvoja proizvodnje vlakana iz rastopa započet sedamdesetih godina ovoga veka bio je povećanje brzine predenja polimerne tečnosti (sa dotadašnjih do 1500 m/min na do iznad 6000 m/min). -Pod takvim uslovima stvara se visok gradijent podužne brzine pa se vlakno u duvnoj jami dobro orijentiše zahvaljujući i velikom aerodinamičkom otporu. -Sve to olakšava izvodjenje naknadnog istezanja vlakana radi povećanja jačine i smanjuje stepen preostalog istezanja, poboljšava stabilnost vlakana pri dužem skladištenju i transportu, povećava jedinični i ukupni proizvodni kapacitet uz zahtev za boljim kvalitetom sirovina i proizvodnih parametara. -To se pre svega odnosi na srednju molekulsku masu i viskoznost i homogenost, odsustvo prašine, dobro sušenje i optimalno topljenje u ekstruderu. -Da bi se dobio savršeno homogen rastop polimera, postavljaju se statički mešači (rešetkaste mešalice) izmedju ekstrudera i merne pumpe. -Sa porastom brzine formiranja vlakana raste napon namotavanja, ali je otežana njegova kontrola. - Namotavanje filamenta pri formiranju vlakana velikom brzinom, izvodi se skoro isključivo bez galeta. - U odsustvu galeta sam napon namotavanja preuzima ulogu izvlakača strujnica iz otvora mlaznica. -Pri velikim brzinama predenja, koje su jednake brzinama namotavanja, strujnice polimera koje očvršćavaju su izložene velikom gradijentu deformacije i napona, a takodje i velikom gradijentu temperature. - U području većih brzina predenja najvažniju ulogu ima aerodinamički otpor. -Intenzivan porast brzine predenja kombinovan sa povećanjem aerodinamičkog otpora rashladnog vazduha u duvnoj jami, može da izazove prekid ili plastično defomaisanje filamenta u blizini tačke namotavanja. -Relativno visok napon, nastao od aerodinamičkog otpora maže se smanjiti skraćivanjem putanje formiranja vlakana. -Izvestan doprinos smanjenju aerodinamičkog otpora daje smanjenje razlike brzina kretanja niti i fluida u dijvnoj jami i odvodnoj cevi. - Važnu ulogu ima i vrsta polimera (njegov hemijski sastav linearnost, molekulska masa).- Može se zakljlučiti da nema univerzalne vrednosti za kritičnu brzinu predenja polimernih tečnosti već ona zavisi od više činioca polimera i uslova formiranja vlakana.-Pri predenju filamenta velikim brzinama, pored kontrole napona u vlaknu, mora se kontrolisati i stabiinost rada mašine za namotavanje, obzirom da se istovremeno na jedno vreteno namotava više kra- jeva i obrazuje se više namotaka znatno veće mase. -Povećanjem brzine ispredanja rastopa iznad 1800 do 28000 m/min orijentisanost filamenta se nešto povećava i takav filament je poznat kao srednje orijentisano predivo - MOY.- Rastopi ispredeni brzinama 2800-4000 m/min daju delimično (parcijalno) orijentisano predivo - POY. -Poliester (PET), POY za istezno teksturiranje proizvodi se pri brzinama od 3000 do 35000 m/min.

11

-Za poliamidno - POY korišćene su brzine od 2500 do 4500 m/min, ali su uobičajene radne brzine od 4200 do 5000 m/min.-Za naknadnu preradu glatkog, P0Y, koriste se razni postupci: -istezno upredanje, kao i -istezno snovanje osnove. -Zbog stabilnosti pri skladištenju i transportu i zbog odličnih svojstava,POY postupak je, za razliku od MOY postupka, našao široku primenu. -Filament proizveden pri brzinama od 4000-6000 m/min naziva se vrlo (visoko) orijentisanim predivom, HOY. -Ovaj vid filamenta, nije potpuno orijentisan i njegovo prekidno izduženje se kreće izmedju 40 i 60%. -Da bi se dobilo potpuno orijentisano predivo ili tzv. FOY. -U toku jednog proizvodnog stadijuma trebalo bi vrednost prekidnog izduženja svesti na nivo od 20-30%, a za to je potrebno proizvoditi vlakna pri brzinama znatno iznad 6000 m/min. -To za sada nije izvodljivo, ni ekonomski ni tehnološki, pa se potpuno orijentisani filament dobija naknadnim istezanjem.

2.2.3. Uticaj brzine predenja rastopa polimera na strukturu i svojstva filamenta-Rezultati ispitivanja nekih strukturnih i fiziko-mehaničkih karakteristika filamenta proizvedenog sa relativno manjim i umerenim brzinama su pokazali da se, sa porastom brzine namotavanja filamenta, poboljšavaju: stepen orijentisanosti makromolekula, kristalnost polimera, prekidna jačina i modul elastičnosti. -Sa daljim porastom brzine predenja rastopa, trebalo je doći do poboljšanja strukturnih i fiziko-mehaničkih karakteristika filamenta, ali se to nije uvek dogadjalo.- Kao pokazatelji kristalnosti filamenta koriste se gustina i faktor orijentisanosti kristalnih područja odredjeni iz gradijentne kolone, dok se orijentisanost izražava preko dvojnog prelamanja. -Gustina i drugi pokazatleji se naglo menjaju pri brzinama iznad 4000 m/min, a da se maksimum dostiže na oko 7000 m/min i nakon toga se smanjuju. -Pri tome dolazi do bržih promena faktora orijentisanosti kristalnih područja, pri istoj promeni brzine, nego što je promena kristalnosti filamenta. -Ovo je posledica činjenice da kristalnost nije ravnotežno svojstvo materijala već rezultat uticaja brzine hladjenja koje teži da očvrsli polimer zadrži u amorfnom stanju, staklastom obliku, usled čega ovaj kristališe u relativno uskoj temperaturnoj oblasti. -Mehanička svojstva orijentisanih vlakana su odredjena, osim vrstom polimera, kristalnošću i orijentisanošću molekula, dok je neznatan uticaj orijentisanosti kristala. -Zbog toga su mehanička svojstva vlakana, proizvedenih po brzim postupcima, slabija od onih proizvedenih po konvencionalnom postupku. -Ispitivanjem uticaja brzine predenja PET rastopa na skupljanje filamenta u ključaloj void, došlo se do saznanja da se amorfniji filament, dobijen pri manjim brzinama, skuplja više sa porastom brzine predenja, da skupljanje dostiže maksimum pri daljem povećanju brzine iznad neke granice i da potom naglo opada, zbog naponom izazvanog kristalisanja i usled toga manje stabilne structure.Osim navedenih strukturnih i fiziko-mehaničkih osobenosti filamenta dobijenog brzim postupcima predenja, on se odlikuje radijalnom nehomogenošću strukture u kojoj je vrlo izražena dobro orijentisana "kora" i slabo orijentisano i slabo kristalno "jezgro". -To je, uglavnom, posledica naglog hladjenja površinskih slojeva vlakna i velike koncentracije zate- znog napona u njima.

12

- Nehomogena struktura i pojava defekta su uzrok smanjenja prekidne jačine i modula elastičnosti vlakana formiranih pri velikim brzinama predenja rastopa. -Osim toga, nehomogenost strukture i prisustvo kore, smanjuje sposobnost bojenja i druga difuziona i sorpciona svojstva filamenta, a pored toga mogu se pojaviti prsline i pukotine u vlaknu.- Može se zaključiti da maksimalna brzina predenja rastopa zavisi od reoloških svojstava polimera (molekuiske mase i širine MMR), parametara predenja (pre svega uslova hladjenja) i same brzine predenja koja ima svoj maksimum, a iznosi za PET oko 5000-7000 m/min. -Za PA filament vrednosti graničnih brzina su nešto iznad navedenog opsega a za PP filament nešto ispod njega.-Filament proizveden velikom brzinom, ima nižu izdržljivost, veće prekidno izduženje i manje sku- pljanje. -Takve razlike u svojstvima posledica su razlike u nadmolekulskoj strukturi ove dve vrste filamenta. -Filament dobijen velikom brzinom ima veći stepen kristalnosti i bolju orijentisanost kristala ali mnogo manje dvojno prelamanje, što ukazuje na slabiju orijentisanost njegovih amorfnih područja. -Pri velikim brzinama formiranja vlakana veliki je gradijent brzine. -Takodje je vrlo kratko vreme prolaska strujnica, kroz oblast dužine, na kojoj se odigrava kristalisanje polimera. -Medjutim, vremena relaksacije za molekule amorfne faze su vrlo mala, zbog čega se oni uvrću. -Filament iz jednostadijumskog postupka može da se koristi takav kakav je ili da mu se svojstva modifikuju naknadnim istezanjem. -Proverom obe ove mogućnosti došlo se do saznanja da se pri velikim brzinama može proizvoditi znatno finiji filament dobre kovrdžavosti primenom asimetričnog hladjenja. -Medjutim, takav filament je pogodan samo za neke tekstilne primene kao npr. za izradu osnovo-prepletaćeg pletiva. -Za industrijsku primenu, medutim, zahtevi su za potpuno orijentisanim predivom. -Ostvaren je takav razvoj koji stavlja težište na istezanje filamenta za tekstilne svrhe pomoću spe- cijalnih galeta ili u cevi postrojenja za formiranje vlakana uz primenu vrelog vazduha ili pare.

2.2.4. Integrisani proces formiranja i istezanja vlakana-Ovaj proces poznat kao SD proces (Spin draw process) je dobio posebno veliki značaj u proizvodnji korda za automobilske gume.Medjutim, njegov razvoj u komeroijalnom obimu zavisi od raspoloživosti mašina za brzo namotavanje, koje rade sa brzinama do oko 5000 m/min. -Da bi se filament učinio kompaktnijim, koristi se aerodinamički postupak preplitanja pojedinačnih niti.-Interesanstna primena objedinjene tehnike predenja rastopa i istezanja filamenta je i proizvodnja voluminoznog (teksturiranog) tzv. BCF (bulked con- tinous filament) za tepihe . -Posle predenja rastopa i istezanja filamenta, istegnute niti se provode kroz komoru za teksturiranje vrelim vazduhom ili parom.-Uobičajena metoda isteznog predenja za proizvodnju upredenog filamenta se sada zanenjuje poboljšanom tehnologijom. -Dok je primena POY prediva univerzalno prihvaćena za proizvodnju teksturlranog filamenta, proces isteznog predenja je prihvaćen za proizvodnju prediva za automobilske gume i druge industrijske svrhe.

13

-Jačina i prekidno izduženje takvog filamenta obično odgovaraju za većinu primena u tehničke svrhe. -Problem zaostalog sakupljanja kod SD prediva je pod kotrolom i ono je dimenzionalno stabilnije pri dejstvu povišene teraperature. -Toplota koja se stvara u filamentu iz kontinualnog procesa, daje mu prednost u izradu korda za automobilsku gumu. -Do sada je ostvarena, za tehnički poliamidni filament, krajnja brzina oko 3000 m/min, a za tehnički PET filament oko 4000 m/irin.

2.3. OPREMA I PRIBOR ZA PROIZVOONJU SINTETIZOVANIH VLAKANA2.3.1. Komponente proizvodnje opreme-Hemijska viakna se proizvode na postrojenjima - skupu mašina, pribora, uredjaja i mehanizama, opremljenih merno-regulacionom tehnikom za kontrolu procesa i proizvoda. -Nezavisno od primenjenog postupka, proizvodna oprema za proizvodnju hemijskih vlakana se sastoji iz više postrojenja i podsistema, i to:1. -postrojenja za sintezu polimera, 2. -postrojenja za pripremu polimera za oblikovanje u vlakna,3. -uredjaja i pribora za razvod, dovod i doziranje polimerne tečnosti,4. -pribora za ispredanje polimerne tečnosti,5. -podsistema za fazno pretvaranje tečnog polimera, 6. -pribora za nanošenje preparacije na sveže formirana vlakna,7. -podsistema za istezanje i doradu sveže formiranih vlakana ,8. -podsistema za doradu vlakna, kovrdžaljka - komore za kovrdžanje , a pri proizvodnji vlakana iz ras- tvora to su agregati za neutralisanje, ispiranje i sušenje vlakana, mašina za sečenje, pneumatski transport isečenih vlakana do prese za pakovanje,9. -podsistema za prihvatanje sveže formiranih niti ili snopa niti,10. -mašina ili uredjaj za primarnu tekstilnu preradu snovanjem osnove na predvaljke.- Specifičnost postupka i kapacitet proizvodnje utiče na sastav proizvodne opreme, rasporeda pojedinih podsistema mašina i uredjaja i njihov jedinični kapacitet.-Rastvaranje polimera se obavlja u sudovima snabdevenim mešalicama, zagrevnim ili rashladnim košuljicama i priborom za odvod komponenata rastvora i kontrolu parametara rastvaranja. -U sastav proizvodne opreme ulaze filter prese i drugi uredjaji za kontinualno filtriranje, kao i pod- sistem za regenerisanje rastvarača i dr.

2 3 2. Uredjaji i pribor za predenje rastopa polimera- Za topljenje polimernog granulata, u zavisnosti od svojstava njegovog rastopa, koriste se dva tipa topionika: -sa topionom rešetkom i - ekstruderi. - Ako viskoznost rastopa polimera naglo opada sa porastom temeprature, onda se za njihovo topljenje mogu koristiti obe vrste topionika. - Nasuprot tome, ako se polimer topi u širokom temperaturnom interval, a viskoznost rastopa postepeno opada sa porastom temperature, mora se obavezno topiti u ekstruderima /UJ/.- Zbog slabe toplotne provodljivosti granule polimera ne treba da su veće u prečniku od 2-4 mm, a u dužinu 2,5-5 mm. - Topionici sa rešetkom za topljenje su upotrebljavani u proizvodnji PA vlakana od samog njenog početka, ali danas se mogu sresti samo u starijim pogonima.

14

-Jedno postrojenje za topljenje se obično sastoji iz 24 ili 28 topionih rešetki, odnosno predionih mesta. -Ranije su korišćeni grejači sa spiralno savijenim cevima, a kasnije su razvijeni i drugi oblici pa i topio- ne rešekte sa žljebovima.-Ekstruderi. Pre oko 50 godina uvedene su prese sa potiskivačem u obliku pužnice poznate pod nazivom ekstruderi.-Prednost ekstrudera nad topionicima sa rešetkama je: -ravnomerno topljenje svake čestice, -dobro homogenizovanje rastopa i njegovo kratko zadržavanje, -veliki kapacitet topljenja, i -što ima ulogu potisne pumpe pošto se u njemu može stvoriti pritisak do 150 bara. -Danas se proizvode tzv. predionički ekstruderi prečnika D, koji se kreće obično od 30-150, pa i do 300 mm., dužine L = od 20 -24 do 30D kapaciteta preko 500 kg/h.-U proizvodnji sintetizovanih vlakana koriste se tri tipa presa sa pužnicom: - Pužnica adijabatskog ekstrudera koja radi autogeno, tj. bez zagrevanja i hladjenja, - Ekstruder sa politropnim radom ima grejnu i zonu hladjenja i oblik pužnice, -Konduktivno-konventivni tip ekstrudera troši manje termičko-mehaničke energije, pužnica ima blag uspon i manju dubinu koraka. - Za preradu vlažnog poiamidnog granulata proizvode se ekstruderi sa zonom za degaziranje koji vlagu iz rastopa izvlače pod sniženim pritiskom.-Aditivi, granulisani koncentrati boja, antistatici i stabilizatori se mogu pomoću bočno postavljenog ekstrudera malog kapaciteta kontinualno uvoditi u osnovni ekstruder ili se to obavlja kroz poseban sistem za doziranje direktno u zonu hranjenja.-Ako se polimer u obliku rastopa direktno, sa postrojenja za polikondenzovanje, dovodi na postrojenje za predenje onda se u napojni vod postavlja snažna zupčasta pumpa za precizno doziranje rastopa.- Da bi se iz rastopa što bolje udaljile nečistoće i ovaj homogenizovao, na glavu ekstrudera se postavljaju dve velike filtarske jedinice.- Razvodni sistem rastopa ili predioničarska greda se koristi uvek kada ekstruder napaja više mlaznica preko više pumpi koje se nalaze u jednom kućištu i imaju zajednički pogon pored individualnog pogona za svaku pumpu. -Konstrukcija predioničke grede je takva da obezbedjuje podjednako vreme zadržavanja rastopa na putu od ulaza do dovoda na mlaznice. -Da bi se eliminisala nehomogenost toka rastopa izazvanog uporednom raspodelom brzina i izdvajanjem monomer, u predioničke grede se ugradjuju statički mešači. - Kao dodatni uredjaji u gredu se ugradjuju i elementi za naknadno zagrevanje rastopa neposredno ispod mlaznice kako bi se poboljšalo kristalisanje polimera u strujnici. -U proizvodi finih tekstiinih filamenata i tehničkih filamenata velikim brzinama, ravnomerna temperature i viskoznost rastopa na svakoj mlaznici postiže se specijalnom konstrukcijom tzv. predionih glava. - Dobra ravnomernost temperature u predionoj glavi postiže se zahvaljuljujući konstrukciji u kojoj grejni fluid, sa svih strana, dolazi u neposredni kontakt svakog predioničkog sloga. -To je naročito važno za ispredanje predorijentisanog filament. -Veoma važan element za predenje polimernih tečnosti su pumpe poznate pod imenom predioničke pumpe. -To su merno-dozirne pumpe koje se razlikuju prema materijalu iz koga se izradjuju i po konstrukciji u zavisnosti od vrste polimera i postupka predenja. -U postrojenjima za predenje rastopa pumpe treba da rade na temperaturama do oko 3000 C i pritisku do oko 120 bara.

15

-U slučaju rada sa topionim rešetkama, pumpni slog (blok) se sastoji iz dve pumpe, i to jedne koja stvara pritisak i druge merne ili dozirne pumpe. - Broj obrtaja prve je veći od broja obrtaja merne pumpe za 10-50%. - Pumpe se izradjuju od visokolegiranog čelika, a sastoje se iz tri čelične ploče u čijoj se unutrašnjosti nalaze zupčanici. - Ovi iz rastopa, koji iz ekstrudera dolazi pod pritiskom, uzimaju odredjenu količinu i potiskuju je na mlaznicu. - Broj obrtaja pumpe, koji dobija pogon spolja, ne sme biti manji od 10 niti veći od 30 o/min. -Prema potrebi predenja rastopa proizvodi se slog od dve, četiri ili osam pumpi koje rade sa relativno niskim ili visokim pritiskom (cio 800 bara).- Osnovni predionički elementi se postavljaju u jedno kućište i obrazuju tzv. predionički slog. - Ovaj se sastoji iz metalne ploče sa otvorima koja ravnomerno raspodeljuje rastop, - razdeobna ploča, dvoslojnih metalnih sita – gornjeg zaštitnog sita i donjeg za filtriranje, peščanog filtra ili filtra od sinterovanih zrnastih materijala i mlaznice. -Izmedju pojedinih elemenata se nalaze zaptivači a svi zajedno se učvršćuju u kućište.- Mlaznice imaju oblik metalne cilindrične ili četvrtaste kape, sa izbušenim dnom. -One se izradjuju od legiranih čelika otpornih na visoke temperature a kod proizvodnje iz rastvora otpornih i na hemijske agense. -U zavisnosti od vrste polimera, postupka prizvodnje, tipa vlakna koje se proizvodi i kapaciteta koriste se mlaznice različitog rasporeda otvora. - Otvori, kanali ili kapilari mlaznice se razlikuju po konusu ulaznog dela, po prećniku i dužini samog kapilara i po profilu preseka. -Kada se proizvode obična vlakna presek kanala je kružan. - Očvršćavanje strujnica rastopa nastaje hladjenjem kondicioniranim vazduhom odredjene temperature i vlažnosti, koji zavise od vrste polimera i postupka proizvodnje. -Prema načinu dovodjenja rashladnog vazduha na strujnice razlikuju se:-poprečno strujanje, -radijalni spoljašnji dovod vazduha i radijalni unutrašnji dovod vazduha.- Poprečno dovodjenje vazduha je univerzalni sistem koji se koristi i za fina i za grublja vlakna, kao i za rad sa okruglim i četvrtastim mlaznicama. -Potrošnja vazduha zavisi od asortimana filamenta, proizvodnosti mlaznica, temperature rastopa, broja elementarnih niti po mlaznici, od ukupnog broja niti po radnom mestu i njihovom medjusobnom rasporedu, kao i od konstrukcije same duvne jame. - Noviji razvoj duvnih jama sa poprečnim strujanjem je usmeren na rad pod malim pritiskom. -Raspored filtarskog sloga za vazduh omogućava ravnomerno strujanje i hladjenje svake niti. - Kod radijalnog spoljašnjeg dovoda vazduh posle prolaska kroz poroznu cev, struji radijalno ka centru komore i brzo i ravnomerno obduvava svaku nit i čitav snop niti koji ima kružni raspored. -Dužina puta očvršćavanja iznosi oko 60 cm. - Ukupna potrošnja vazduha je manja nego kod poprečnog uduvavanja.- U pogledu kvaliteta rada novih sistema za hiadjenje, može se reći da je veća neravnomernost filamenta pri manjem protoku vazduha,-Hladjenje POY fiiamenta sa radijalnim spoljašnjim dovodom vazduha je brže, pa je prekidno izduženje veće nego u slučaju hladjenja poprečnom strujom vazduha.

16

- Sistem za hladjenje strujnica rastopa polimera je važna radna operacija koja utiče na svojstva vlakana uopšte a posebno filamenta, i to pre svega na sposobnost istezanja, ravnomernost finoće filamenta, jačinu i izduženje, ravnomernost obojenja i dr. - Na današnjem nivou razvoja tehnike za hladjenje mono i multi-filamenta, najpovoljniji je rad sa laminarnim poprečnim strujanjem vazduha, i to relativno manjom brzinom. - Prolaskom kroz duvnu jamu, na putuod mlaznice do vretena mašine za namotavanje ili predioničkih lonaca, sveže formirane niti upiju izvesnu količinu vlage iz vazduha. -Usled toga one bubre, izdužuju se, a da bi se smanjilo trenje niti pri istezanju na njih se nanosi sredstvo za podmazivanje tzv. preparacija.- Frikcija, habanje, statizam i kohezija su pojave koje se ispoljavaju pri proizvodnji i preradi vlakana i na koje se može znatno uticati nanošenjem preparacije. - To je emulzija ulja u vodi koja uz to sadrži agense ili sredstva za povećanje glatkoće niti, antistatička sredstva, sredstva za kvašenje i sredstva za sprečavanje razmnožavanja mikroorganizama. - Preparacija se nanosi na vlakna odmah, po očvršćavanju, pre bilo kakvog njihovog kontakta sa vodjicom ili drugim radnim organima mašina za namotavanje ili pribora za istezanje. -To se izvodi pomoću valjaka, delimično uronjenih u emulziju, koji se obrću brzinom 8-11 o/min. - Količina nanosa preparacije na tekstilni filament iznosi oko 0,9-1,4% a na tehnički filament oko 0,8-0,9%. - Preparacija treba ravnomerno i brzo da prodire u snop niti i da kvasi svaku nit pojedinačno.- Kao sredstva za kvašenje i emulgatori koriste se anjonaktivne supstance kao sapuni i sulfonovani produkti ili nejonogena sredstva, najčešće kondenzati etilenoksida. - Kao sredstva koja poboljšavaju medjusobnu koheziju vlakana koriste se razni vinilni polimeri. - Usporavanje razmnožavanja bakterija i gljivica se može postići temperaturom, promenom pH, ozračivanjem UV zracima, sterilisanjem dejonizovane vode za pripremu preparacije i pomoću teških metala i biocida. -Najviše su u upotrebi sledeći postupci: rad sa što sterilnijim sirovinama, korišćenjem vodonikperoksida i kombinovanjem H202 sa organskim biocidima.

2.3.3. Uredjaji i mehanizmi za transport, istezanje i prihvatanje filamenta- Očvrsle niti se iz uredjaja za formiranje do uredjaja za prihvatanje niti transportuju pomoću valjaka i vodjica. - Da bi se sprečilo proklizavanje ili spadanje niti sa valjka njihove ose su slabo neparalelne. -"Višestruko omotani valjak" predstavlja veoma pogodan način transporta, naročito kada su niti vrlo zategnute. -Ako se istovremeno transportuje relativno veliki broj niti (iznad 200), onda višestruko omotavanje zahteva mnogo duže valjke i može da izazove pojavu neravnomernosti prečnika niti. - Da bi se to izbeglo, u transportu filament i trake koristi se tzv. "S-omotni sistem" u kome jedan par valjaka može da da maksimaini omotni ugao oko 4200.- Drugu grupu mehanizama za transport niti predstavljaju vodjice za promenu pravca niti i vodjice koje služe za rasprostiranje snopa niti u traku. - Ove poslednje su oblika burastih valjaka prečnika 20-50 mm. -One omogućavaju rasprostiranje više niti bez njihovog preklapanja. - Da bi se izbeglo dodatno, nepotrebno, naprezanje kroz vodjice treba izbegavati nerotirajuće vodjice tipa "svinjski repovi ili keramički prstenovi".

17

- Uloga uredjaja za prihvatanje je da niti namotaju na bobinu ili kops ili da kabl slože u sudove, tzv. predioničke lonce. - Kao prihvatni mehanizmi za niti se koriste elektrocentrifuge, bobine i vretena prstenaste mašine za upredanje. - Elektrocentrifuga služi pre svega za prinvatanje i namotavanje vlskoznih niti koje obrazuju meki namotaj, pogaču.- Bobina je cilindar relativno tankih zidova na čiju se spoljašnju površinu namotava nit. -Njene dimenzije, oblik, prisustvo ili odsustvo perforacije zavise od oblika namotaja i načina dorade formirane niti. -U proizvodnji viskoznih niti koriste se krute i elastične perforirane bobine koje omogućavaju mokre operacije dorade. -Za namotavanje poliamidnog i poliestarskog filamenta koriste se bobine od presovanog kartona ili sličnog materijala, pokrivene lakom.-Konstantna brzina za formiranje vlakana zahteva da se sa porastom prečnika bobina obrće konstantnom obimnom brzinom. -To se postiže pomoću frikcionog pogona ili pomoću varijatora. -Kod uobičajenih mašina za namotavanje filamenta promena bobina je najčešće automatska. -Razvojem brzog predenja rastopa brzina se povećala na 6000 m/min uz promenu i drugih radnih karakteristika. -Vrhunsko komercijalno dostignuće na mašinama za namotavanje krajem 1987. godine je bila glava za namotavanje sa vretenom dužine 920 mn, brzine namotavanja 6000 m/min, frikcionim pogonom uz istovremeno namotavanje 8 namotaka, i dr.-Pri proizvodnji vlaska iz rastopa, snop niti se transportuje odvodnim valjcima preko pokretne glave do predioničkih lonaca koji se nalaze na obrtnom nosaču. -Istezanje filamenta i osnovne jednačine procesa orijentisanja -Da bi vlakna dobila potrebna eksploataciona svojstva podvrgavaju se ojačavanju istezanjem. -Kao pribor za istezanje koriste se diskovi, valjci, cilindri, konusi, štapići, pri čemu sistem sadrži najmanje dva tipa navedenih radnih elemenata.-Pri istezanju vlakana formiranih mokrim putem, na nekim postrojenjima postavlja se rastvor za plastifikovanje vlakana zagrejanih do odredjene temperature. -Filament formiran iz rastopa polimera se isteže po postupku tzv. isteznog upredanja u kome se nit najpre isteže pa se istegnuta nit zatim upreda ili po postupku isteznog namotavanja, u kome se isteg- nuta nit namotava a potom se podvrgava upredanju ili mestimičnom preplitanju elementarnim nitima. -Relativno niža temperatura ostakljivanja PA6 i PA66 u odnosu na PET omogućava istezanje poliamidnih niti za tekstilne svrhe na hladno. -Kada su u pitanju grublje niti, a naročito tehnički filament, bolje fiksiranje početka istezanja se postiže postavijanjem izmedju uvodne i odvodne galete keramičke vodjice oko koje se filament obmotava, i time poboljšava raspodela toplote trenja. -Relativno visoka temperatura ostakljivanja PET filamenta (70-800 C) zahteva istezanje isključivo na toplo. -Da bi se smanjilo toplotno skupijanje filament se prevodi preko tople galete i preko ploče zagrejane na 170-1800 C. -Sa povećanjem stepena istezanja povećava se prekidna jačina(Pp) i smanjuje prekidno izduženje (---).

18

-Maksimaina prekidna jačina se može ostvariti pri višestadijumskom toplom istezanju kada se prekidno izduženje može svesti na oko 10%.

2.3.4. Istezanje i dorada trake i filament -U zavisnosti od vrste polimera i vlaska, samo istezanje se obavlja na hladno i toplo, i to kroz jedno, dva ili više isteznih polja. -U prvom isteznom polju se obično ostvaruje najveći stepen istezanja. -Napon rastezanja zavisi od debljine trake. -Kao istezni sistemi služe najčešće sedmovaljci, a kao sistem za vodjenje služe trovaljci ili petovaljci. -Agregat za istezanje i doradu može se postaviti u jedan sistem postrojenja sa spoljašnjim opsluživanjem ili u dve linije sa unutrašnjim opsluživanjem. -U njemu proces započinje od vodjenja sa rednika više krajeva trake iz više lonaca preko vodjice.- Zatim se traka void preko uredjaja za podešavanje zatezanja i uredjaja za udaljavanje vode.- U cilju boljeg zagrevanja traka se provodi kroz komoru, gde se traka konačno isteže.- Zagrevanje komore se vrši na tri načina: grejnim telom, parom i toplim vazduhom.- Po izlasku iz komore zagrejana i navlažena traka se upravlja vodjicom i spiralno slaže u sledeću komoru, koja se sastoji od bočnih stranica i gornje i donje ploče.- Pri punjenju komore trake se sabijaju i pritiskom kovrdžaju.- Kovrdžava vlakna se preko odvodnog sistema dovode na transporter za toplotnu obradu.- Toplim vazduhom vrši se stabilizovanje trake do potrebnog stepena skupljanja, i odvodi do slagača.-Traka niti se posle topiotne obrade vodi na mašinu za sečenje. -Sečenje trake niti na vlasak odredjene dužine obavlja se pri njenom kretanju brzinom i do 300 m/min. -Pored ostalog i konstrukcija mašine i vreme kretanja noža imaju važnu ulogu u ravnomernosti sečenja i kvaliteta reza.-Mašine za sečenje se razlikuju prema tipu noža koji može biti: nepokretan, pokretan (rotirajući) ili sistem noževa koji se nalaze na rotirajućoj kružnoj ploči.-Vlakna sa sečenja padaju u levak odakle se transportuju do prese za pakovanje u bale.

2.3.5. Toplotna obrada filamenata i trake-Istegnute niti i traka imaju dobru jačinu i elastičnost ali nisu u termodinamičkoj ravnoteži, pa zato nisu upotrebljive za većinu tekstilnih i tehničkih primena. -Upredeni i končani filament je sklon uvrtanju a tekstilni materijali od takvog filamenta i vlaska se pri upotrebi gužvaju. - Radi toga se moraju termički stabilizovati sa ili bez sredstava za bubrenje pod mehaničkim naponom ili u slobodnom stanju.- Toplotna obrada vlakana za odeću započinje kod proizvodjača hemijskih vlakana a završava u industriji odeće. - Parametri ovog procesa su i: -temperatura obrade, -brzina zagrevanja, -vrsta medijuma fiksiranja, -vreme trajanja termičke obrade, i -brzina hladjenja. -Pri termičkoj obradi poboljšava se kristalnost, povećava stepen kristalnosti i menjaju mnoga svojstva. - Filament se fiksira kontinualno u istom radnom stadijumu.-Tako se PET filament pri istezanju na mašini za istezanje i upredanje termički obradjuje preko tople ploče.

19

-Posle toga se skupljanje u ključaloj vodi smanjuje ili potpuno eliminiše. -Traka niti za vlasak se najčešće kontinualno termički obradjuje a izuzetno i diskontinualno. -Diskontinualno fiksiranje trake se obavlja tako da se ova posle kovrdžanja položi u lonce a zatim u autoklav sa zasićenom vodenom parom. - Kontinualno fiksiranje trake se obavlja njenim polaganjem na pokretnu transportnu traku kanalske komore za fiksiranje u kojoj struji topli vazduh.-Pored toplotne obrade trake u komori kanalskog tipa i fiksiranja trake prevodjenjem preko toplih valjaka, veoma efikasan je sistem sa sitastim bubnjevima. -Prednost ovog postupka toplotne obrade, nad prvim sistemom, je manja potrošnja energije i manji radni prostor. -Zagrevni fluid, topli vazduh ili zasićena vodena para, struji kroz površinu sitastih bubnjeva i ravnomerno zagreva traku i vlakna. Vlasak velikog stepena skupljanja. Toplotnom obradom se reguliše skupljanje vlakana, u toku njihove prerade i oplemenjivanja i eksploatacije proizvoda. -U proizvodnji predje za pletene proizvode poželjna je što bolja voluminoznost, a u proizvodnji filca za neke namene što veća gustina. -To se može postići primenom vlakana velikog stepena skupljanja.-Pri naknadnoj toplotnoj obradi, vlakana sa velikim stepenom skupljanja pri skupljanju vrše pritisak na vlakna malog stepena skupljanja koja se izvijaju i time povećavaju volumen predje tj. gustinu filca. -Potrebu za voluminoznim tkaninama ima industrija odeće i tržište podnih zastirača i prekrivača.-U proizvodnji akrilnih vlakana, izrada tipova velikog stepena skupljanja je relativno jednostavna, jer u njima nije tako jasno ispoljena dvofazna struktura kao u ostalim sintetizovanim vlaknima. -Stoga se kod takvih delimično kristalnih, sintetizovanih vlakana, veliki stepen skupljanja obezbedjuje pomoću posebnih tehnologija ispredanja rastopa i istezanja sveže formiranih vlakana. -Toplotnom obradom filamenta i trake za vlasak ostvaruju se dva zadatka. -Prvim se obezbedjuje stabilnost oblika proizvoda pri ekspioataciji na temperaturama nižim od temperature toplotne obrade, poboljšava im se opip i stabilizuje struktura. -Drugi zadatak topotne obrade, kao završne operacije proizvodnje vlakana i vlaknastih materijala, nije samo da omogući relaksaciona već i fazna pretvaranja putem dopunskog kristalisanja. -U nekim slučajevima to može izazvati i pad jačine a jedan od uzroka toga je pojava rekristalisanja pri naknadnom zagrevanju.-Istovremeno toplotna obrada povećava stepen kristalnosti, što se odražava na povišenje modula elastičnosti. 2.3.6. Istezno teksturiranje i istezno snovanje-Prednost teksturiranog nad glatkim filamentom u mnogim područjima primene i razvoj postupaka proizvodnje vlakana iz rastopa odražavaju se i na razvoj tehnike teksturiranja.-U području vrlo elastičnog i voluminoznog teksturiranog filamenta za tekstilne proizvode prevladava postupak prividnog (lažnog) upredanja i teksturiranja frikcionim sistemom. -Nasuprot tome, u proizvodnji filamenta manjeg izduženja, po izgledu sličnog predji, odnosno izradi voluminoznog filamenta, sve veći značaj ima aerodinamički postupak teksturiranja.-Integrisani proces ispredanja rastopa, istezanja filamenta i njegovog teksturiranja, koji se uspešno primenjuje u proizvodnji grubljeg filamenta, nepogodan je za proizvodnju tekstilnog filamenta kako sa stanovišta kvaliteta, tako i sa stanovišta ekonomičnosti.

20

-U području teksturiranja finog filamenta dominantan je poseban tehnološki stadijum isteznog teksturiranja torzionim putem.-Smanjenje napona u filamentu u toku teksturiranja ostvaruje se pomoću vertikalne zone teksturiranja u obliku slova V na grejnoj ploči. - Sve nepokretne vodjice u zoni upredanja treba da iraaju što gladju površinu, izuzev frikcionog diska, čija površina treba da je sitnozrna i sa finom rapavošču. -U poslednje vreme istražuje se primena poliuretanskih, umesto keramičkih, frikcionih diskova za teksturiranje finog filamenta.-Izmedju raznih varijanti mašina za teksturiranje evropskih proizvodjača zanimljivo je rešenje mašine za teksturiranje sa tzv. "nip sistemom", koji daje kvalitetno vlakno u pogledu ravnomernosti bojenja i voluminoznosti prediva, uz minimalno mehaničko oštećenje. -Kod teksturiranog postupka proizvodnje tekstilnog PP i PA filament, polimerne granule, same ili zajedno sa koncentratom boja, dovode u jedan ili više ekstrudera.- Topljenje granula polimera i oblikovanje u filament obavlja se na uz automatsku kontrolu doziranja granula, polimera i boje, topljenja i formiranja niti.-Rastop se preko tri pumpe sa po dva izlaza po svakoj poziciji ispredanja dozira na mlaznice.-Jednobojne, dvobojne ili trobojne niti se posle očvršćavanja mogu kombinovati u dve višebojne niti, koje se mogu voditi na istezanje odvojeno ili zajedno. -Posle nekoliko omotavanja oko hladne vodjice niti se provode kroz komoru za preplitanje a zatim se preko sistema toplih galeta istežu i istovremeno stabilizuju, i uvode u komoru za teksturiranje. -U toku rada u komori se održava sniženje pritiska. -Hladan vazduh koji se dovodi na izlazu komore meša se sa toplim vazduhom, hladi ga i postepeno očvršćava nit.-Ovo se završava slaganjem teksturirane niti na perforirani rashladni bubanj, a zatim se pod kontrolisanim zatezanjem namotava na vreteno. -U proizvodnji voluminoznog tekstilnog filamenta manjeg izduženja sve više se koristi predorijentisani filament kome se voluminoznost povećava teksturiranjem aerodinamičkim putem.- Postrojenje se sastoji iz više uredjaja i pribora koji se nalaze izmedju rednika i glave mašine za namo- tavanje. -Proces istezanja i teksturiranja se ostvaruje i tri zone.-U prvoj zoni, gde se nalazi jedna ili dve jedinice za istezanje filament se isteže do odredjenog stepena, dok se relaksacija istegnutog filamenta može obaviti i izvan ove zone.-U drugoj zoni se obavlja teksturiranje aerodinamičkim putem u komorama sa mlaznicom. -U trećoj zoni nalazi se jedinica za stabilizovanje teksturiranog filamenta prevodjenjem preko toplih valjaka ili ploče.-Osnovni princip aerodinamičkog teksturiranja finog tekstilnog filamenta, tzv. AT postupkom, sastoji se u obrazovanju zamki od pojedinačnih ili više eliminatornih niti, multifilamenta, uz smanjenje njegove dužine. -Voluminoznost se podešava stepenom požurivanja filamenta, brzinom prolaza i toplotom. -Kod mehanizma obrazovanja zamki koriste tri varijante: -teksturiranje samo jedne niti tzv. singl AT predivo, -paralelno uvodjenje dve ili više niti na istezanje i teksturiranje, tzv. paralelno teksturirano predivo AT postupka, i -postupak u korae se, u komoru za teksturiranje uvodi više niti,različitom brzinom tako da se stvara tzv. jezgro efekat.-Brzina teksturiranja u AT postupku zavisi od finoće filamenta.

21

-Za procenu kvaliteta i stabilnosti AT filamenta koristi se voluminoznost, dužina, oblik i učestanost zamki i njihova postojanost na dejstvo mehaničkih sila i temperature.-Pored teksturiranja aerodinamičkim putem i toplotne obrade filamenta teksturiranog postupkom lažnog upredanja, za izradu filamenta sličnog predji koristi se i postupak koteksturiranja i koispredanja. -Koteksturiranje se obavlja na postrojenjima za torzioni postupak uvodjenjem istovreraeno dve niti različitim brzinama koja omogućava da se filament sa nižim izduženjem rasporedjuje na spoljašnjoj strani teksturiranog prediva.-Postupak koispredanja filamenta sličnog predji se zasniva na tome što se rastopi dva polimera posle prolaska kroz mlaznicu i očvršćavanja medjusobno spajaju provodjenjem kroz komoru za aerodinamičko preplitanje. -Tkanine proizvedene od prediva uradjenih ovim postupcima po izgledu i udobnosti se nalaze izmedju tkanina izradjenih od predje i filamenta, a po karakteristikama su sličnije karakteristikama tkanina od filamenta.-Objedinjavanjem istezanja predorijentisanog filamenta svih vrsta (L0Y, MOY, P0Y i H0Y) sa snovanjem istog na osnovino vratilo ili na predvaljke, razvijen je postupak poznat pod imenom istezno snovanje. -Podsistem za istezanje i toplotnu obradu istegnutog filamenta, na postrojenjima za takav postuak, postavlja se izmedju rednika i mašine za snovanje - snovaljke. -Postupak isteznog snovanja se sastoji u tome što se sa rednika paralelno vode niti preko agregata od četiri ili tri valjka i grejne ploče radi istezanja ili se u sistem uključuju i četri galete i druga grejna ploča radi toplotne obrade istegnute osnove. - Ravnomernost obojenja i izgled tkanina od osnova nasnovanih postupkom isteznog snovanja zavisi od više parametara: -temperature, -stepena istezanja i vremena zadržavanja osnove u isteznom polju, -relativne brzine kretanja osnove u odnosu na grejne elemente. -Ovo se odražva na promenu dužine filament (sakupljanje) i gustinu.-Velika potrošnja neupredenog glatkog filamenta za osnovu tkanina ili osnovo-prepletaćeg pletiva, je jedan od osnovnih motiva za intenziviranje istraživačkih i razvojnih radova na isteznom snovanju koje bi dalo još bolje rezultate i po kvalitetu i po ceni.

2. PRINCIPI PROIZVODNJE HEMIJSKIH VLAKANA I STRUKTURNA PRETVARANJA2.1. Principi formiranja vlakana-Svojstva i primena vlakana, osim od hemijskog sastava i strukture polimera iz koga su izgradjena, zavise i od vrste i parametara postupaka formiranja vlakana i njihove naknadne obrade.-Struktura pamuka i drugih celuloznih vlakana i vune formira se u procesu biosinteze polimera i rasta ćelija pa vlakna stiču niz svojstava specifičnih za datu biološku vrstu.-Proces formiranja takvih prirodnih vlakana kao što su prirodna svila, u principu je sličan mokrom postupku proizvodnje hemijskih vlakana. -Većina vlakana koja se proizvode industrijskim putem nastaje očvršćavanjem finih strujnica, rastopa ili omekšanih polimera, tečno-kristalnih ili običnih viskoznih rastvora polimera.-Strujnice nastaju potiskivanjem polimernih tećnosti kroz otvore mlaznica ili izvlačenjem sa površine polimerne tečnosti.-Tečne strujnice polimera očvršćavaju usled hladjenja rastopa ili usled koagulisanja polimera iz rastvora.

22

-Ako se koagulisanje polimera iz rastvora vrši pod dejstvom rastvora koagulanta, govori se o mokrom postupku proizvodnje vlakana, a ako se proces očvršćavanja polimera odigrava isparavanjem rastvarača u pitanju je suvi postupak dobijanje hemijskih vlakana iz rastvora.

-Pri očvršćavanju polimera iz rastvora i rastopa, zbog dejstva zatezne sile mehanizma za prihvatanje očvrslih vlakana, delovi pojedinih molekula se približavaju i medjusobno slažu i obrazuju sredjenije oblasti na bliskom rastojanju - bliži poredak, a na većoj udaljenosti, koja se prostiru na razmacima od nekoliko desetina medjumolekulskih rastojanja - daljni poredak. -Kod polimera koji dobro kristališu pojavljuje se i bočna sredjenost tako da nastaju sitni kristali, kristalići ili kristaliti.-Ovi kristalići su izgradjeni iz kraćih paralelnih, ispruženih, naboranih ili savijenih delova makromolekula.-Sveže formirana vlakna su dimenziono nestabilna i nemaju potrebna fiziko-mehanička svojstva pa se podvrgavaju orijentisanju istezanjem diskontinualno ili kontinualno sa procesom formiranja. -Pri tome se pojedinačni molekuli i njihovi agregati orijentišu u pravcu zatezne sile, odnosno ose vlakna i nastaje fibrilna struktura.-Dobijanja vlakana iz rastopa po kojima se ona ispredaju brzinama do 2000 m/min u postupcima predenja rastopa iznad ove brzine dolazi do bolje orijentisanosti i makromolekula i njihovih agregata. - Uz znatno više brzine ispredanja poboljšava se i bočna sredjenost i kristalisanje vlakana iz polimera koji brzo kristališu, a vlakna iz tečno-kristalnih polimera, i pri malim brzinama ispredanja rastvora kristališu direktno ispod mlaznice.-U postupcima ispredanja rastopa velikom brzinom dobijaju se niti beskonačne dužine - filamenti sa delimično orijentisanim strukturnim elementima - poznate kao POY-filament ili potpuno orijentisani filament F0Y.-Bez obzira na postupak proizvodnje, hemijska vlakna se moraju podvrći termičkoj obradi ili fiksiranju radi eliminisanja unutrašnjih napona i sticanja dimenzione stabilnosti. -To takodje dovodi do promene orijentisanosti i sredjenosti strukturnih elemenata u vlaknu a i do promene kristalnosti vlakana.-Hemijska vlakna dobijena iz rastvora polimera se takodje izlažu orijentisanju istezanjem, pranju radi udaljavanja ostataka rastvarača.

2.2. Postupci proizvodnje vlakana-Tekstilna i tehnička vlakna se proizvode po sledećim postupcima:1 - Ekstruzijom tečnog polimera kroz otvore mlaznica - mlaznični postupak. - Prema stanju polimerne tečnosti za vlakna razlikuju se:a - postupak dobijanja vlakana iz rastopa ili omekšanog polimera -predenje rastopa;b - postupak dobijanja vlakana iz rastvora polimera u isparljivim rastvaračitna -suvi postupak predenja rastvora;c - postupak dobijanja vlakana iz rastvora koagulisanjem polimera iz rastvora - mokri postupak predenja rastvora; id - postupak dobijanja vlakana iz suspenzije polimera - suspenziono predenje ;2 - Fibrilisanjem tankih filmova ili njihovim isecanjem u uzane tračice kad se dobijaju pljosnate niti;3 - Izvlačenjem strujnica sa slobodne površine ili tečnosti;

23

4 - Formiranjem vlakana termičkim taloženjem produkata razlaganja organskih,neorganskih ili element-organskih jedinjenja iz gasnog stanja;5 - Formiranjem vlakana posle polikondezovanja na granici faza;6 - Razvlačenjem kapi polimernih tečnosti u strujnicu i njihovim očvršnjavanjem; i7 - Ostalim, nekonvencionalnim postupcima.- Preko 90% svetske proizvodnje hemijskih vlakana zasniva se na formiranju vlakana po mlazničnom postupku koji predstavlja osnovni postupak njihove proizvodnje. -Od četiri varijante mlazničnih postupaka proizvodnje hemijskih vlakana najrasprostranjenija i istovremeno najekonomičnija je proizvodnja vlakana iz rastopa termoplastičnih polimera. - Pri formiranju vlakana iz rastvora po suvom postupku, ili iz plastifikovanih polimera isparljivim rastvaračima, isparavanje rastvarača dovodi do desolvatovanja polimera i naglog sniženja tečljivosti sistema i do njegovog pretvaranja u čvrsto stanje.-Suvim postupkom iz rastvora polimera u isparljivom rastvaraču dobijaju se vlakna iz acetilceluloze, poliakrilonitrila, polivinilhlorida, hlorovanog polivinilhlorida i druga. -Iz plastifikovanih polimera isparljivim rastvaračima izvode se polivinilhloridna i polivinilalkoholna vlakna - monofilament.-Po mokrom postupku se proizvode celulozna hemijska vlakna (viskozna i bakrova), akrilna i polivinilhloridna, kao i veoma termopostojana vlakana.-Po suspenzionom postupku se proizvode vlakna na bazi fluorovanih polimera.

2.3. Osobenosti konvencionalnih postupaka proizvodnje vlakana 2.3.1. Proizvodni stadijumi-Sa industrijskom proizvodnjom hemijskih vlakana po konvencionalnim postupcima počelo se krajem prošlog veka. -Od tada, dosta dugo, ona se razvijala na empirijskim istraživanjima koja su manje pažnje posvećivala fenomenima proizvodnje i mehanizmu formiranja vlakana. -Stari koncept razvoja proizvodnje došao je u protivurečnost sa sve izraženijim zahtevom za većom produktivnošću, boljom ekonomičnošću proizvodnje uz očuvanje visokog nivoa kvaliteta vlakana. -Zbog toga se sredinom šezdesetih godina našeg veka pristupilo sistematičnijem istraživanju pojava i procesa koji se odigravaju u toku proizvodnje hemijskih vlakana i proučavanju veze izmedju parame- tara procesa istrukture i svojstava vlakana.-Proizvodnja hemijskih vlakana se je razvila u posebnu industrijsku granu, koja proizvodi orijentisane polimerne materijale - vlakna i filmove.-Proizvodnja hemijskih vlakana je složena i sastoji se iz više pojedinačnih procesa i operacija i to: 1.Sinteze monomera i polimera za vlakna; 2.Dobijanja i pripreme tečnog ili omkešanog polimera; 3.Formiranja vlakana oblikovanjem tečnog polimera u fine strujnice i njihovog pretvaranja u vlakna očvršćavanjem; 4.Ojačavanja sveže formiranih vlakana istezanjem; 5.Toplotne obrade istegnutog vlakna, glatkog, kovrdžavog ili teksturiranog; 6.Dorade i oplemenjivanja vlakana; i, 7.Primarne tekstilne prerade.-Monomeri za vlakna se vrlo retko proizvode u okviru pogona proizvodjača hemijskih vlakana čija proizvodnja otpočinje sintezom polimera.-Sinteza polimera za vlakna se zasniva na reakcijama polimerizovanja ili polikondenzovanja.

24

-Druga grupa procesa i operacija obuhvata topljenje, plastifikovanje, rastvaranje polimera i homogenizovanje pri tome nastale polimerne tečnosti, mešanjem, njeno filtriranje radi udaljavanja primesa i degaziranje (udaljavanje gasova). - Primarna tekstilna prerada obuhvata takve operacije kao što su upredanje, končanje, premotavanje i snovanje osnove na predvaljke za potrebe tkačnica ili pletionica. -Proizvodnja hemijskih vlakana se obavlja na postorjenjima, skupu mašina, uredjaja, pribora i mehanizama opremljenih merno-regulacionom tehnikom i opremom za automatsko upravljanje procesom i kontrolom kvaliteta gotovih proizvoda. -Postrojenja se medjusobno razlikuju po konstruktivnim karakteristikama i geometriji rasporeda sastavnih podsistema i elemenata i obično se sastoje iz: -podsistema za sintezu polimera, ako on ulazi u sastav proizvodnog procesa; -podsistema za dovod i doziranje polimerne tečnosti; -pribora za ispredanje polimerne tečnosti koji obuhvata elemente za ravnomernu raspodelu tečnosti, filtre, zaptivače i mlaznice ko- ji su smešteni u metalno kućište; -podsistema za fazno pretvaranje strujnice rastopa ili rastvora u vlakno; -podsistema za doradu sveže formiranih vlakana, a u proizvodnji vlaska to su pranje, istezanje, sušenje, kovrdžanje, toplotna obrada, sečenje, i dr., i -podsistema za prihvatanje gotovog vlakna.-Pri proizvodnji filamenta on se, u zavisnosti od postupka proizvodnje namotava kao neistegnuti, predorijentisani, istegnuti, neupredeni ili upredeni filament.-U proizvodnji vlaska snop niti posle očvršćavanja se slaže u lonce. -Spajanjem snopova niti iz više lonaca dobija se kabl neistegnutih vlakana odredjene podužne mase koji se podvrgava istezanju i doradi na posebnom postrojenju. -Istezanje se obavlja na podsistemu za istezanje koji se obično sastoji iz dva ili tri sloga od sedam valjaka izmedju kojih se nalazi peć za predgrevanje. -Posle istezanja kabl se kovrdža, izlaže termičkoj obradi, sečenju na odredjenu dužinu i pneumatski prenosi do prese za presovanje u bale odredjene gustine. -Umesto sečenja često se kabl (traka) posle kovrdžanja slaže u kartonske kutije i transportuje u pogone za izradu predje. -U ovim se traka pretvara u vlasak odredjene dužine sečenjem ili kidanjem neposredno pre nego se pristupi njenom profinjavanju do odredjene debljine u zavisnosti od projektovane finoće predenja homogenog sastava ili se istovremeno mešaju sa trakama raznih vrste vlakana pri izradi predje iz mešavine vlakana.

2.3.2. Formiranje vlakana-U postupku proizvodnje vlakana iz rastopa polimer se u vidu granulata pod dejstvom sopstvene mase ili pomoću puža dovodi u uredjaj za topljenje. -To je, po pravilu, ekstruder iz kog se rastop preko razvodne grede dovodi a pomoću dozirnih zupčastih pumpi potiskuje kroz mlaznice.-Nastale strujnice prolaze kroz vertikalnu komoru (duvnu jamu) u kojoj radijalno cirkuliše kondicioni- rani vazduh. -Pri proizvodnji filamenta očvrsle strujnice se namotavaju na kalemove a u slučaju proizvodnje vlakana nastali skup niti – kabl, se slaže u lonce ili se kontinualno odvodi na sledeći proizvodni stadijum. -Brzina namotavanja je znatno veća od brzine isticanja rastopa pa u vlaknu dolazi do orijentisanja strukturnih elemenata (predorijentisanje) .

25

-Za proizvodnju nekih vlakana iz rastopa (poliamidnih i poliestarskih) razradjen je direktan postupak predenja rastopa neposredno sa postrojenjima za polimerizovanje ili polikondezovanje. -U kontinualnim postupcima su isključeni stadijumi prevodjenja rastopa polimera u granule (granulisanje) kao i stadijum topljenja granula na postrojenjima za proizvodnju vlakana.-Pored predorijentisanja ili tzv. mlazničkog istezanja, sveže formirane niti se podvrgavaju naknadnom ojačavanju (orijentisanju) istezanjem. -To se može izvoditi diskontinualno kada se predorijentisani (neistegnuti) filament namotava na bobine ili se traka slaže u lonce, ili se izmedju mašine za namotavanje i prihvatnog valjka ubacuje podsistem galeta za istezanje. -U slučaju diskontinualnog postupka neistegnute niti sa bobina ili kabl iz lonaca se podvragavaju istezanju, najčešće na toplo, na mašinama za istezanje i istovremeno upredanje. -Postupak proizvodnje vlakana iz rastopa ima niz prednosti nad ostalim postupcima, kao što su velike radne brzine, relativno su bezopasni po okolinu i daju vlaknu dobra fiziko-mehanička svojstva. -Ukoliko se ne koriste profilisane mlaznice, poporečni presek vlakana je okrugao ili ovalan. -Nedostatak ovog postupka je što uslovi hladjenja vazduhom ne omogućavaju primenu mlaznica sa velikim brojem otvora.-Kod industrijske proizvodnje hemijskih vlakana uvek se nastojalo da se dobiju vlakna što ravnomernijih svojstava naročito po finoći (titru), izduženju i sposobnosti obojavanja. -Osnovni uzroci variranja podužne mase (finoće) filamenta su odstupanja u kvalitetu polimera i nje- govoj pripremi za formiranje vlakana. -Pri konstantnom kvalitetu polimerne tečnosti osnovni uzroci variranja finoće u procesu formiranja filamenta su neravnomernost dovodjenja predive tečnosti dozirnim pumpama, variranja u karakteristikama vazduha u tački očvršćavanja niti u duvnoj jami, nestabilnosti rada sastavnih delova mašine za formiranje (prihvatnih diskova), vodiča niti i mašine za namotavanje.

2.3.3. Namotavanje, končanje i teksturiranje filamenta-Iz istraživanja variranja podužne gustine PA filamenta izazvane radom prihvatnih uredjaja mašine za istezno namotavanje tih rezultata je proizašlo da se na putu niti, od valjka za nanošenje preparacije do namotaja u obliku cilindrične cevke, po variranju napona u niti mogu izdvojiti tri zone.-Analiza dobijenih rezultata je ukazala da se u prvoj zoni na putu niti, odmah iza valjaka za nanošenje preparacije pojavljuje oscilovanje napona u niti sa malom amplitudom ali bez pojave periodičnosti. - U drugoj zoni izmedju isteznih galeta povećava se napon usled razlike brzine prve i druge galete pri čemu variranje napona ima neperiodični karakter.-Najveći interval variranja napona pojavljuje se u trećoj zoni izmedju galeta i bobine gde je i dobijeno najveće periodično variranje napona niti koja mogu izazvati nepovratne deformacije filamenta i razliku u njegovim svojstvima po dužini niti. -Na napon u ovoj zoni utiče i karakteristika kretanja bobine izazvan obrtanjem vretena i frikcionog cilindra i podešenošću opruge.-Da bi se smanjilo variranje osnovnih svojstava sveže formiranog filamenta, velika pažnja se posve- ćuje konstrukciji mašine za namotavanja sa ciljem da se poveća masa namotanog filamenta na kalemove sa unakrsnim narnotavanjem. -Istovremeno se neposredno na mašinu za namotavanje ugradjuje komora za preplitanje pojedinačnih niti čime se povećava njihova medjusobna kohezija i čini nepotrebnim naknadno upredanje filamenta.

26

-Povećanjem mase namotanog filamenta na bobine postiže se više efekata: -produžava se efikasno vreme rada mašina i smanjuje broj promena kalemova pri preradi filamenta; -smanjuje se broj čvorova na tkanini; -povećavaju mogućnosti rada sa većim brzinama; -poboljšava ravnomernost obojenja.-U proizvodnji viskoznog filamenta po centrifugalnom postupku dobijaju se tzv. predione "pogače". -"Pogače" se posle dorade i sušenja premotavaju na konuse, cilindrične namotaje ili, radi smanjenja transportnih troškova i olakšavanja prerade, filament se premotava kao osnova na predvaljke ili snovaće valjke. -Filament koji treba bojiti premotava se na perforirane ili elastične cevke.-Na mašinama za istezno upredanje (končanje) može nastati još veće variranje finoće i drugih karakteristika filamenta. -Da bi se to sprečilo odabira ju se mašine sa specijalnim uredjajima za namotavanje na kojima se obezbedju ju specifična putanja vodiča niti duž kopsa.-Razvojem tehnike i usavršavanjem mašina za upredanje i pribora za namotavanje javljaju se istovremeni zahtevi za povećanjem mase kopsa, brzine namotavanja i kvalitetom filamenta. -Oblik namotane cevke sa mašina za istezno upredanje ili samo sa mašina za upredanje poznata je pod imenom kops.-Oblik kopsa i način njegovog dobijanja bira se u zavisnosti od svojstava i namene filamenta. -On treba da obezbedi stabilnost namotaja pri skladištenju i transportu kako ne bi došlo do njegovog osipanja ili vitoperenja i loma cevki, da omogući dobre uslove odmotavanja filamenta pri preradi i da održi stabilnost njegovih svojstava. -Oblik kopsa zavisi od raznih činioca, kao od zakona kretanja vodiča niti duž cevke. -Pri tome mogu biti promenljivi: visina namotavanja, dužina puta vodiča, koordinate srednje tačke vodiča i njegova brzina. -Sniženje troškova povećanja kohezije pojedinačnih niti u filamentu upredanjem, poslednjih godina se postiže aeromehaničkim preplitanjem pojedinačnih niti pomoću specijalnih uredjaja. -U slučaju proizvodnje teksturiranog filamenta po kontinualnim postupcima ispred vodjica niti za odvod na namotavanje nalazi se uredaj za teksturiranje. -Na njemu se filament kovrdža termomehaničkim putem (torzijom - lažnim upredanjem, frikcijom, sabijanjem filamenta u posebno oblikovanu to- plu komoru, provodjenjem preko toplih metalnih ivica ili zupčanika) ili pletenjem u čarape i njihovim rasplitanjem. -Toplotnom obradom, ili aerodinamičkim postupcima, povećava se voluminoznost glatkog filamenta razduvavanjem i mestimičnim oblikovanjem pojedinih niti iz filamenta u zamke ili petlje. -Posle teksturiranja, filament ili predivo, se namotava na kalemove.-Najrasprostranjeniji postupci teksturiranja filamenta su torzioni postupak lažnim upredanjem, frikcioni postupak, zatim postupak sabijanja u zagrejanu komoru i aerodinamički postupak. -Razvoj konvencionalnih postupaka proizvodnje hemijskih vlakana usmerava se na povećanje jediničnih kapaciteta postrojenja i povećanje mase namotaja filamenta na praćenje većeg broja proizvoda pomoću procesora. -Najveći stepen automatizcije i integracije postignut je u postupcima proizvodnje vlakana iz rastopa a naročito pri proizvodnji glatkog i teksturiranog filamenta.-U zvisnosti od stepena integrisanosti elementarnih stadijuma u kontinualnoj proizvodnji razlikuju se:1. -istezno predenje ili tzv. SS-postupak, koji se dugo koristi u proizvodnji filamenta iz regenerisane celuloze a danas je masovno primenjen u proizvodnji PA i PES grubljih niti i čekinja. 2. -istezno upredanje (končanje) je naziv za postupak u kome je integrisano istezanje i upredanje;

27

3. -istezno teksturiranje je postupak u kome su integrisani oblikovanje rastopa, istezanje i teksturiranje koje može biti sekventno gde ovom teksturiranju prethodi predistezanje i simultano bez prethodnog istezanja koje se izvodi istovremeno sa teksturiranjem.-U zavisnosti od stepena integrisanosti i od brzine predenja rastopa razlikuju se proizvodnje teksturiranog filamenta: konteks, sekventeks i sinteks i brzi sinteks postupak.

- Razvoj objedinjavanja više stadijuma proizvodnje hemijskih vlakana u jedan kontinualni proces može biti usmeren na proizvodnju trake predorijentisanih vlakana. -Interesantan je razvoj u kome se kontinualnost procesa od sinteze polimera ili granula polimera završava na filamentno složenoj plastici, koja je namenjena za izradu odeće, pa sve do tekstila za gradjevinarstvo ili druge oblasti tehnike.-U svim navedenim operacijama može doći do promena u strukturi i svojstvima vlakana a naročito u proizvodnji vlakana iz termoplastičnih polimera.

2.3.4. Formiranje vlakana iz rastvora-Pri obrazovanju vlakana iz rastvora po mokrom postupku pripremljeni rastvor polimera se dozirnim pumpama odvodi na mlaznice koje se nalaze u rastvoru za koagulisanje. -Na daljem putu niti očvršćavaju usled zamene rastvarača rastvorom za taloženje. -Dužina puta niti u rastvoru za taloženje je odredjena taložnom sposobnošću kupke, brzinom formiranja vlakna, temperaturom i drugim činiocima. -Brzina formiranja vlakana iz rastvora kreće se od 50 do 200 m/min na novijim postrojenjima. -U zavisnosti od pravca kretanja niti razlikuje se horizontalno i vertikalno predenje ili formiranje vlakana iz rastvora. -Prvo obezbedjuje bolju stabilnost procesa i daje ravnomernije vlakno. -Radi snižavanja hidrodinamičkih otpora i mogućavanja većeg predorijentisanja, vlakna se formiraju u protočnom rastvoru za taloženje po tzv. cevnom predenju i predenju rastvora u levku. -Prvi postupak se koristi u proizvodnji vlakana iz viskoze a drugi uglavnom za dobijanje bakrovih vlakana. -Broj otvora na mlaznicama za mokri postupak je mnogo veći nego pri proizvodnji vlakana iz rastopa.-Očvrsle strujnice rastvora po izlasku iz taložne kupke prihvataju i prenose diskovi (galete) do kupke za ispiranje, neutralisanje i odvode na dalje stadijume obrade.-Za rastvaranje polimera u suvom postupku proizvodnje vlakana koriste se isparljivi rastvarači sa niskom temperaturom isparavanja.- Po ovom postupku se mogu proizvesti vlakna iz netopivih polirnera. -Brzine predenja rastvora su veće nego kod mokrog postupka. - Radi boljeg isparavanja rastvarača rastvor se u suvom postupku, pre potiskivanja kroz mlaznice zagreva do temperature biliske temperaturama ključanja rastvarača. -Broj otvora na mlaznicama je različit, a strujnice iz mlaznice ističu odozgo na dole i kreću se kroz komoru kroz koju cirkuliše topao vazduh. -Izdvojene pare rastvarača se odvode na regenerisanje. -Po izlasku iz komore nit se preko obrtnog diska namotava na kalem. -Na sveže očvrsla vlakna nanose se površinski aktivna i druga pomoćna sredstva. -Pri tome treba praviti razliku izmedju preparacije, emulzije ulja i drugih sredstava koja se nanose pre istezanja vlakana radi olakšavanja ove operacije i smanjenja trenja i avivaže.

28

-Avivaža sadrži i sredstvo za poboljšanje opipa i mekoće vlakana. -U slučaju da se filament podvrgava teksturiranju pomoćna sredstva treba da su otporna na povišene temperature.

2.4. FIZIKOHEMIJSKA OSNOVA STRUKTURNIH PROMENA PRI OBLIKOVANJU POLIMERA U VLAKNA2.4.1. Strukturna pretvaranja pri formiranju vlakana-Obrazovanje čvrste polimerne faze u strujnici rastopa ili rastvora polimera nastaje usled pomeranja fazne ravnoteže izazvane procesima prenošenja toplote ili mase izmedju strujnice i okoline u zoni formiranja vlakana. -Formiranje hemijskih vlakana je veoma složen proces u kome se ispoljavaju fizikohemijske, hidrodinamičke, mehaničke i druge pojave.-Pri proizvodnji vlakana iz rastopa ili omekšanog polimera toplota se odvodi sa niti koja se formira hladjenjem i to najčešće radijalnom strujom vazduha. -Pri formiranju vlakana iz rastvora to se ostvaruje pri prolasku strujnice polimera kroz neku tečnost (obično vodu ili vodene rastvore).-Formiranje vlakana iz rastopa u vertikalnoj komori za hladjenje ima svojih ograničenja u pogledu podužne gustine dobijenih vlakana i broja elementarnih niti u kompleksnoj niti.-Povećanjem dužine komora za hladjenje i intenziteta hladjenja mogu se dostići brzine koje od- govaraju tzv. brzom postupku predenja. -Ukoliko je potrebno proizvoditi deblje vlakno, utoliko mora biti manja brzina predenja polimerne tečnosti.-Pri formiranju finijih vlakana raste nestabilnost procesa formiranja i naglo opada proizvodnost postrojenja. -Pri isticanju polimernih tečnosti iz mlaznice, kod polimerne strujnice dolazi do njenog proširenja. - Pri proizvodnji vlakana, u zoni. formiranja, kako u tečnom delu strujnice, tako i u zoni formiranja strukture, dolazi do stanjivanja prečnika strujnice. -Tada dolazi do rasta orijentisanosti koja zavisi od veličine deformacije i mehaničkog napona. - U vlaknima uglavnom nastaju kristalne oblasti nestabilne strukture koje uključuju, kako vezivne delove makromolekula bez savijutaka, tako i savijene delove čiji odnos zavisi od gipkosti makromolekula, medjumolekulske interakcije i uslova kristalisanja. -Ispitivanja poprečne strukturne heterogenosti vlakana dobijenih iz rastopa, su pokazala da se tu mogu razlikovati tri sloja. -Prvi je tanak površinski sloj sa velikim stepenom orijentisanosti ispod koga se nalazi deblji prstenasti sloj - kora čija je orijantisanost nešto drugačija i, najzad, sledi treći centralni sloj (jezgro) u kome je orijentisanost nešto manja i ima jednorodniju makrostrukturu.-U procesu kristalisanja iz rastopa, pri slabom mehaničkom polju, nastaje sferolitna struktura. -Pri većem prehladjenju strujnice zapaža se obrazovanje nukleusa na njihovoj površini i sferoliti rastu radijalno prema centru vlakna. -Poprečni presek vlakana proizvedenih iz rastopa na mlaznicama sa okruglim otvorom uglavnom je okrugao. -Ovo zbog toga što su u ovom slučaju veoma slabo izražene pojave skupljanja po poprečnom preseku jer su gustine rastopa i očvrslog vlakna veoma bliske.

29

-To su razlozi što su vlakna dobijena iz rastopa manje rapava, neporozna i što ne sadrže naprsline i druge slične defekte.-Razlika izmedju postupka formiranja vlakana iz rastopa i suvog postupka je što se poslednji proces ne odigrava samo usled prenosa toplote, već i prenosa mase, pa je brzina faznog pretvaranja znatno manja. -Pri tome, rastvarač isparava najpre sa površine i površinskih slojeva niti pa je razlika u koncentraciji izmedju tih i unutrašnjih slojeva veća nego što je pad temperature u strujnici rastopa. -To dovodi do obrazovanja orijentisanog površinskog sloja i njegovog zgušnjavanja. -Pri procesu isparavanja rastvarača sistem prelazi u staklasto stanje pa je proces očvršćavanja u tom slučaju posledica promene agregatnog a ne faznog stanja jer je na celom putu sistem jednofazni. -U suvom postupku proizvodnje vlakana, zbog kratkog vremena prebivanja sistema u viskoznom stanju, procesi orijentisanja ne uspevaju da se obave. -Otuda vlakna dobijena po suvom postupku imaju homogenu mikrostrukturu. -Oblik poprečnog preseka vlakana proizvedenih suvim postupkom u znatnoj meri zavisi, kako od polazne koncentracije polimera u rastvoru tako i od koncentracije pri kojoj nastaje očvršćavanje polimera. -Pri formiranju mokrim postupkom polimerni rastvor se dozira pumpom do mlaznice koja najčešće leži u rastvoru za koagulisanje. -Izmedju strujnica i rastvora za taloženje obavlja se razmena mase difuzijom koagulanta unutar, a rastvarača iz strujnice. -Promena sastava nepolimernih komponenata sistema dovodi do taloženja polimera u obliku gela sa velikim sadržajem imobilisanog rastvarača. -U nekim procesima formiranja vlakana mokrim postupkom dolazi do promene hemijskog sastava polimera. -Formirana nit, ili se odvodi na prihvatni uredjaj ili na plastifikaciono istezanje, pranje i sušenje. - U mnogim slučajevima, pri mokrom predenju polimernih tečnosti, komponente koje difunduju medjusobno hemijski reaguju.-Po ovom postupku se proizvode vlakna iz krutih polimera koji se potpuno rastvaraju samo u nekim rastvaračima visoke temperature ključanja ili višekomponentnim rastvaračima koji sadrže neisparljive dodatke.-Pojave koje se odigravaju u mnogokomponentnom sistemu polimer-rastvarač-koagulant su veoma složene. -Očvrsli strukturni oblici u takvom procesu ne nastaju na račun promene temperature sistema ili koncentracije polimera, već na račun procesa formiranja gela uvodjenjem koagulanta. -Do očvršćavanja sistema dolazi usled njegovog raspada na dve faze: jedne, koja je skoro čist rastvarač i druge - vrlo koncentrovani gel. -Fazne transformacije mogu da se odigravaju po dva mehanizma: 1. -po mehanizmu stvaranja nukleusa i rasta nove faze, i 2. -po mehanizmu spinodalnog raspada neravnotežnog polimernog rastvora na faze.-Po prvom mehanizmu, u svakom vremenskom trenutku, sistem je dvofazni i sastavi odgovarajućih faza se ne menjaju. -Pri spinodalnom raspadanju sastavi faza se postepeno menjaju u oba pravca od polaznog sastava.-U ranim stadijumima raspada prisutne su sve koncentracije od maksimalne do minimalne ali se sa vremenom povećava razlika izmedju ekstremnih sastava faza. -Zbog toga je nastajanje strukture u procesu faznog pretvaranja odredjeno brzinom difuznih procesa i brzinom taloženja polimera.

30

-Izborom sastava kupke za taloženje, od sporodejstvujuće do vrlo brzodejstvujuće, brzina taloženja može varirati u širokim granicama. -To nije moguće pri očvršćavanju rastopa ili rastvora po suvom postupku proizvodnje vlakana. -Na brzinu taloženja se može uticati dodatkom elektrolita i organskih tečnosti. -Jedna od ozbiljnijih teškoća pri proučavanju difuzionih procesa za vreme formiranja vlakana je velika zavisnost koeficijenta difuzije od uslova procesa. -Veliki uticaj na prenošenje mase imaju mnogi faktori koji se menjaju u toku vremena formiranja vlakana, kao što su: -promena sastava faza, strukturna nejednornodnost formiranog vlakna, -sorpcione, jonoizmenjivačke i osmotske pojave, -prisustvo mehaničkog polja i drugi.-To sve dovodi do promene koeficijenta difuzije i po preseku i po dužini vlakna. -Proces difuzije se obično prati eksperimentalnim putem bilo odredjivanjem ukupne količine prodifundovanih komponenti ili praćenjem difuzionog procesa. -Za ovu svrhu se koriste supstance koje menjaju boju sa promenom pH. -Proces taloženja pri mokrom postupku proizvodnje vlakana sastoji se iz dva osnovna stadijuma: -formiranja nukleusa strukture i njenog daljeg rasta i, - sredjivanja nastalih strukturnih elemenata. -U obrazovanju nove faze posebno značajnu ulogu ima mogućnost stvaranja anizotropnih strukturnih tvorevina.-Vlakna nastala iz anizotropnih rastvora imaju sredjeniju i ravnomerniju strukturu nego vlakna koja se dobijaju iz izotropnih rastvora. -Ova poslednja za vreme trajanja metastabilnih stanja najpre postaju anizotropna pa se tek zatim reorganizuju i sredjuju.-Svojstva polimernog sistema u procesu formiranja vlakana i odigravanje procesa nastajanja i promene u strukturnim elementima imaju veliki uticaj na makrostrukturu i oblik poprečnog preseka. - Osim toga, veoma važnu ulogu imaju i hemijske reakcije sistema. - Unutrašnja naprezanja koja nastaju u središnim slojevima vlakana dovode do obrazovanja porozne strukture različitog karaktera. -U viskoznim vlaknima pore i naprsline se prostiru duž vlakana ,u poliakrilnim vlaknima su radijalne - zračne, a u polivinilalkoholnim vlaknima često su pore okruglog oblika.-U rastvorima i rastopima polimera se nalaze razni aditivi - sredstva za matiranje, optička sredstva za beljenje, sredstva protiv starenja, i dr.. -Za bojenje vlakana u masi ko- riste se razni koncentrati boja.

2.4.2. Promene strukture i svojstava vlakana pri ojačavanju istezanjem-Osnovna uloga istezanja je ojačavanje vlakana i smanjenje njihove deformabilnosti. -Pored ovog, menja se čitav kompleks ostalih svojstava: povećava se krutost, toplopostojanost, postojanost prema agresivnim agensima i dr..-Osobenost istezanja većine termoplastičnih polimera je pojava velikog gradijenta brzine i napona. - Kod krutih plimera, čija je temperatura ostakljivanja viša, povećanjem brzine i napona istezanja nije dovoljno da omogući orijentisanje strukturnih elemenata, pa se istezanje izvodi na toplo prevodjenjem vlakana preko zagrejanih valjaka. -Za istezanje vrlo krutih polimera potrebno je istovremeno povećati i temperaturu istezanja i upotrebiti sredstvo za plastifikovanje.

31

-U procesu orijentisanja istezanjem vlakana dolazi do strukturnih promena koje se manifestuju,kako u povećanju stepena njihove orijentisanosti, tako i u promeni nadmolekulske orijentacije, porasta stepena sredjenosti (kristalnosti) i promene razmera sredjenih oblasti. -Pri tome, rastu kristali i smanjuje se učešće strukturnih oblika sa savijenim molekulima.-Od sopstvene gipkosti i regularnosti makromolekula, njihove strukture i prisustva glomaznih bočnih supstituenata, zavisi mogući stepen istezanja, nastali stepen orijentisanosti, nadmolekuiska struktura i mehanička svojstva vlakana. -Ovde treba imati u vidu osobenost strukturnih promena koje nastaju pri orijentisanju vlakana iz amorfno-kristalnih polimera. -Sa povećanjem stepena istezanja amorfna i kristaina područja se različito ponašaju. -U oblasti stepena istezanja orijentisanost kristalnih područja se završava dok se orijentisanost amorfnih područja nastavlja. -Orijentisanje vlakana se, uglavnom obavlja u amorfnim područjima i tesno je povezano sa promenom makrotaktnosti makromolekula i njihove konformacije. -U kristalnim polimerima brzo se orijentišu kristali dok se postepeno obavlja prestrojavanje nadmolekulskih tvorevina.-Pri istezanju, pod dejstvom temperature i mehaničkog napona, dolazi do pretvaranja lamelnih kristala sa savijenim molekulima u kristale u kojima preovladavaju ispruženi oblici molekula.-Stepen predorijentisanosti, stepen kristalnosti, heterogenost strukture i neravnomernost svojstava svih formi svežih vlakana ima veliki uticaj na orijentisanje istezanjem.-Bitan uticaj na ojačavanje vlakana i na njihova fiziko-mehanička svojstva ima vreme zadržavanja sveže formiranog vlakna iz polimera koji kristališe za vreme istezanja. -Pojave starenja pri čuvanju zapaže- ne su kod većine vlakana (PP, POM, PA, PES i dr.), koja brzo kristališu i kod kojih se za vreme čuvanja neistegnutih vlakana brzo odigravaju relaksacioni procesi i sekundarna struktura pretvaranja.-Pogoršanje fiziko-mehaničkih svojstava sa vremenom zadržavanja neistegnutih vlakana, zapaženo je i kod vlakana sa nižom temperaturom ostakljivanja i kod onih sa višom Tg. -Pojave koje nastaju pri starenju sveže formiranog filamenta mogu izazvati deformisanje namaotaja i cevki.-Na ojačavanje vlakana istezanjem veliki uticaj ima srednja molekulska masa i kriva raspodele molekulskih raasa. Sa porastom molekulske ma- se smanjuje se granični stepen istezanja i povećava se napon istezanja.-Da bi se pri istezanju neke vrste vlakana postigao maksimalni stepen istezanja i maksimalna jačina potrebno je pravilno odabrati temperaturno-vremenske uslove i napon istezanja. -Temperaturna zavisnost maksimalno dostignutog stepena istezanja i jačina istegnutog vlakna, iz gipkih polimera, obično ima jedan maksimum, a vlakna iz krutih polimera, dva maksimuma. -Prvi maksimum, je posledica istezanja u režimu prinudne viskoelastičnosti, a drugi, leži u oblasti u kojoj nastaje kristalisanje i intenzivno premeštanje amorfno-kristalnih strukturnih tvorevina.-Važan pokazatelj dostignute strukturne ravnotežnosti pri istezanju je skupljanje vlakna i vrednosti dostignutih unutrašnjih napona. -Obe ove veličine se mogu odrediti zagrevanjem vlakana na vazduhu ili u nekoj tečnosti. -Ukoliko su temperatura i vreme istezanja veći utoliko su potpuniji relaksa- cioni procesi i bolja strukturna ravnotežnost.

32

-Na istezanje veliki uticaj ima istovremeno prisustvo više polimorfnih kristalnih modifikacija, što je naročito izraženo kod PP i PA 6 vlakana ili parakristalnih struktura kakve se sreću u PES vlaknu. -Istezanje prate i neke nepoželjne pojave. -Pri istezanju dolazi do porasta makrodefekata u vlaknima, porasta razmera srednjih područja a tako- dje i pojave novih mikro i makro prskotina. -Istovremeno, usled prenaprezanja, neki delovi molekula se kidaju uz obrazovanje slobodnih radikala. - Pri istezanju vlakana sa strukturom u kojoj postoji relativno velika razlika u gustini pojedinih slojeva po poprečnom preseku, pojedini slojevi se istežu različitim brzinama, tako da se u nekim slojevima dostiže maksimum istezanja, dok u drugom ne.-To su razlozi što se u zavisnosti od uslova ojačavanja, u vlaknima i filmovima homogenije strukture postižu ravnomernija svojstva.-Neravnomernost strukture i svojstava istegnutih vlakana zavisi od vrste polimera, uslova njihovog istezanja i toplotne obrade. - U slučajevima kada se želi dobiti što orijentisanije, odnosno što jače vlakno, ono se podvrgava tzv. plastifikacionom istezanju na vazduhu ili u nekoj tečnosti koja izaziva ograničeno bubrenje. -Na ovaj način se olakšava pokretljivost strukturnih elemenata za vreme istezanja.

2.4.3. Uticaj termičke obrade na strukturu i svojstva vlakana-Posle istezanja hemijska vlakna dobijaju potrebnu jačinu, ali je postojanost njihovog oblika pri zagrevanju ili bubrenju slaba i imaju grub i neprijatan opip. -Zbog toga se ona, u zavisnosti od toga kakva im svojstva treba dati, podvrgavaju, relaksaciji ili termofiksiranju. -Svi postupci toplotne obrade se izvode na temperaturama znatno višim od temperature ostakljivanja, što obezbeijuje dovoljnu pokretljivost makromolekula. -Obično se temperatura toplotne obrade nalazi iznad temperature maksimalne brzine kristalisanja i temperature nešto niže od temperature topljenja vlakana pri zadatom mehaničkom naprezanju.-Termofiksiranje vlakana se obavlja kroz tri stadijuma. -U prvom se snižava medjumolekulska interakcija E1 do energije veza (Eo), u drugom se uspostavljaju nove medjumolekulske veze, a u trećem se ove veze znatno povećavaju do nivoa ili iznad prethodne vrednosti E1" putem hladjenja ili plastifikovanja.-Proces relaksacije se odigrava relativno brzo. -Istovremeno sa njim se odigrava i kristalisanje koje je tipičan termoaktivacioni proces. -Otuda je vreme trajanja toplotne obrade odredjeno kinetikom tih procesa i naglo zavisi od temperature T i spoljašnjeg mehaničkog polja.-Strukturne promene nastale pri toplotnoj obradi i njihovo približavanje ravnotežnoj strukturi mogu se oceniti po sniženju skupljanja. -One zavise od nastalog skupljanja pri obradi, temperature i dužine obrade. -Prisustvo mehaničkog napona u zategnutom uzorku ograničava toplotno kretanje segmenata molekula.- Za svaku vrstu vlakana postoji optimalna radna temperaturna oblast toplotne obrade koja zavisi od veličine napona kojoj su vlakna izložena u toku obrade. -Gornja granica te oblasti je odredjena temperaturom na kojoj se niti razlažu, a donja temperaturom ispod koje toplotna obrada postaje neefikasna.-Ukoliko je veći stepen strukturnog pretvaranja pri istezanju utoliko je manja promena strukture vlakana pri njihovoj toplotnoj obradi.

33

-Ove promene zavise od gipkosti polimernog molekula i temperaturno-vremenskih uslova toplotne obrade. -Nivo promene orijentisanosti u vlaknima za vreme toplotne obrade može biti različit i zavisi od parametara procesa i to uglavnom od temperature i stepena njihovog zatezanja. -Prema ovome razlikuje se toplotna obrada u slobodnom i slabo zategnutom stanju.-Pri toplotnoj obradi u slobodnom stanju dolazi do dezorijentisanja amorfnih i kristalnih područja. -Pri toplotnoj obradi većine vlakana povećava se stepen kristalnosti i razmere nadmolekulske struk- ture. - Promena nadmolekulske strukture i povišenje gustine toplotno obradjenih vlakana dovodi do sniženja njihovih sorpcionih svojstava. -Za razliku od toplotne i termopiastifikacione obrade hemijskih vlakana, čija je uloga davanje vlaknima novih svojstava i relaksacija unutrašnjih naprezanja, termofiksiranjem treba da se pojačaju medjumolekulske interakcije u obradjenim vlaknima, čime se povećava postojanost vlakana. -Istovremeno sa strukturnim promenama toplotno obradjenih hemijskih vlakana za vreme termofiksiranja se znatno menjaju mehanička i fizička svojstva vlakana i njihova elastičnost, sorpciona i difuziona svojstva i poboljšava se postojanost oblika vlakana i proizvoda od vlakana. -Zbog toga je potrebno za vreme termofiksiranja pratiti promene svih navedenih svojstava i odrediti dostignuti stepen termofiksiranja . -To se izvodi praćenjem: -promene mehaničkih svojstava vlakana, -promene skupljanja, -promene kristalnosti i dostupnosti strukture vlakana, -brzine interakcije vlakana sa sredinom, i -postojanosti oblika vlakana pri toplotnoj, mehaničkoj ili plastifikacionoj obradi.-Sušenju se podvrgavaju hemijska vlakna proizvedena mokrim postupcima iz predivih rastvora. -To je prva takva termoplastifikaciona obrada hemijskih vlakana posle njihovog formiranja, istezanja i pranja.-Sveže formirana vlakna, po mokrom postupku su ustvari geli sa nedovoljno gusto složenim strukturnim elementima velike poroznosti koji sadrže imobilisane tečnosti. -Udaljavanje vlage iz takvih sistema praćeno je njihovom kontrakcijom i razvijanjem unutrašnjih napona koji se postepeno relaksiraju u procesu sušenja i pri naknadnim obradama. -Stepen skupljanja je utoliko veći ukoliko su vlakna bila izložena većem plastifikacionom istezanju.-Mehanička svojstva i struktura osušenih vlakana jako zavisi od njihovog skupljanja pri sušenju. -Sa njihovim porastom jačina vlakana neznatno opada, ali se značajnije povećava njihovo prekidno izduženje. -Neravnomerno sušenje izaziva neravnomernost fiziko-mehaničkih svojstava a naročito neravnomernost obojenja.-Struktura i svojstva vlakana dostignuti u pogonima industrije hemijskih vlakana ili u toku biosinteze i rasta prirodnih vlakana nisu stabilni već se menjaju u daljim mehaničkim postupcima prerade: predenja, tkanja a naročito u toku bojenja i dorade tekstilnih proizvoda. -Pri tome se u vlaknima menja i orijentisanost i kristalnost a njihova svojstva se poboljšavaju ili pogoršavaju.

2.5. MODIFIKOVANI KONVENCIONALNI I NEKONVENCIONALNI POSTUPCI PROIZVODNJE VLAKANA-Pored konvencionalnih postupaka, hemijska vlakna se proizvode i modifikovanim mlazničnim postupcima, kao i postupcima u kojima se strujnica obrazuje po tvz. nemlazničnim postupcima.

34

-Većina nekonvencionalnih postupaka se razlikuje od konvencionalnih postupaka u stadijumu formiranja vlakana. -U grupi nekonvencionalnih postupaka proizvodnje hemijskih vlakana razlikuju se dve podgrupe: -u jednoj od njih dobijaju se vlakna sa strogo definisanim, odnosno kontrolisanim razmerama, -dok se u drugoj podgrupi postupaka formirana vlakna medjusobno razlikuju po razmerama - vlakna ne- kontrolisanih razmera.-U modifikovane nekonvencionalne, ili nove postupke formiranja vlakana kontrolisanih razmera, spadaju sledeći postupci: -suvi postupak formiranja vlakana razdvajanjem faza rastvora; -mokri postupak formiranja vlakana kroz vazdušni medjusloj, suvo-mokri postupak; -postupci proizvodnje vlakana iz smeše polimera; -proizvodnja dvokomponentnih vezivnih i kovrdžavih vlakana; -reaktivno predenje u kome se istovremeno odigravaju reakcije sinteze polikondenzovanjem ili poliadicijom na granici faza i formiranja vlakana.-Proučavanja faznih ravnoteža u rastvorima polimera, pokazala su da se raspadanje faza koje nastaje naglim hladjenjem strujnica predivog rastvora do temperatura ispod gornje kritične temperaturne tačke rastvorljivosti polimera, može iskoristiti za formiranje hemijskih vlakana.-Modifikovanim suvim postupkom dobijena su akrilna vlakna iz rastvora smeše dimetilsulfona i dimetilformamida, ili dimetilformamida i karbamida. -Suvo-mokri postupak se naziva postupak formiranja vlakana u vazdušnom medjusloju . -Ovo iz razloga što se taloženjem u kupki i pomeranjem zone istezanja izvan rastvora poveća ne samo stepen istezanja već i brzina proizvodnje vlakana u odnosu na brzinu konvencionainog mokrog postupka. -Važan parametar ovog postupka je rastojanje izmedju mlaznice i taložne kupke koje mora biti veće od 20-30nm. -Smeše polimera iz komponenata bliske hemijske prirode mogu obrazovati termodinamički mešljive rastope ili rastvore u istom rastvaraču. -Iz takvih smeša se mogu proizvesti vlakna konvencionalnim postupcima na postrojenjima za dobijanje vlakana iz rastopa ili rastvora. -Najsloženiji slučaj dobijanja vlakana je kada se komponente smeše polimera uopšte ne mešaju ni u rastopu niti u rastvoru, već samo obrazuju disperziju. -Prerada takvih polimera u vlakna može se obaviti tako što se polimer, od koga se želi izraditi vlakno, disperguje u drugom, tzv. polimer posredniku koji se posle brizganja, na konvencionalnim postrojenjima, udaljava iz strujnica istiskivanjem, a čestice osnovnog polimera medjusobno povezuju u vlakna termičkim putem.-Posebnu vrstu vlakana iz dva polimera predstavljaju tzv. dvokomponentna vlakna koja se proizvode radi davanja postojane kovrdžavosti ili kao vlaknasta veziva. -Bilateralna kovrđžavost dvokoraponentnih vlakana se razvija naknadnom toplotnom obradom i nastaje usled različitcg toplotnog skupljanja pojedinačnih polimernih komponenti.-Dvokomponentna vlakna se proizvode iz rastopa ili rastvora dva ili tri polimera koji se u podsistem postrojenja za fomiranje vlakana dodaju posebnim dozirnim pumpama. -Sva vlakna sa potencijalnom kovrdžavošću treba da imaju asimetričnu raspodelu komponenata. -Reaktivno formiranje vlakana označava postupak u kome se istovremeno odigrava sinteza polimera i njegovo oblikovanja u vlakna. -Taj postupak je moguče primeniti samo na reakcije sinteze koje se odigravaju veoma brzo.

35

- Na sintezi polimera polikondenzovanjem na granici faza zasniva se postupak u kome se polimer obrazuje u momentu formiranja vlakana. -On se sastoji u tome što rastvor jednog reaktanta ističe iz otvora mlaznice u kupku koja sadrži drugi reactant, tako da se vlakno formira zahvaljujući velikoj brzini reakcije polikondenzovanja u polju podužnog gradijenta brzine. -Formiranje vlakana u procesu polikondenzovanja na granici faza je praćeno mnogim ograničenjima i teškoćama kao što su: -relativno visoka cena reaktanata, -mali prinos polimera, -velika disperznost sintetizovanog polimera, -teškoće oko sinhronizovanja brzine polikondenzovanja sa brzinom formiranja vlakana, -složenost procesa regenerisanja polaznih reaktanata i rastvarača, -nesavršenost strukture i, -relativno mala jačina vlakana.- Razvoj reaktivnog postupka formiranja vlakana je usmeren na dopunsko kondezovanje oligomera, nastalih u zoni formiranja vlakana, u komori za hladjenje ili taložnoj kupki.-Varijanta ovog postupka reaktivnog formiranja vlakana se koristi za dobijanje elastanskih vlakana.- Formiranje vlakana slobodnim razvlačenjem polimerne strujnice iz rastopa polimera je već razvijeno kao industrijski postupak dobijanja netkanog filamentnog materijala. -Kod ovog postupka formiranje vlakana se izvodi sa velikim predorijentisanjem u snažnoj struji vazduha koja služi za njihovo istezanje i odvodjenje istegnutog snopa niti na mrežasti ili perforrirani doboš ili transporter.-Površina ovog radnog elementa je pod sniženim pritiskom koji je neophodan za formiranje sloja vlakana, odnosno plastice. -Vlakna se formiraju iz pregrejanog rastopa u turbulentnoj (uzburkanoj), struji vazduha. -Jačina vlakana dobijenih na ovaj način zavisi od orijentisanosti njihovih strukturnih elemenata. -Pod pojmom filamentni netkani tekstil podrazumeva se proizvod nastao direktnim oblikovanjem rastopa ili rastvora u filament i njegovim slaganjem u plasticu odredjene gustine i debljine uz medjusobno povezi- vanje pojedinačnih niti.-Ovaj postupak i proizvod se razlikuje od proizvoda nastalog slaganjem i preplitanjem vlaska iglanjem, termo postupkom ili nanošenjem tečnog veziva. -Kao veziva se koriste akrilati ili kopolimeri PVC, PVAC, PVA, PVB ili poliuretan, i dr. -Flisevi iz filamenta su po nekim svojstvima slični sintetizovanoj hartiji i filmovima, pa su pogodni kao podloga za razne vrste štampanja. -To su pretežno izotropni materijali sa mehaničkim karakteristikama koje znatno zavise od načina učvršćivanja pojedinačnih niti i gustine slaganja i debljine sloja.-Filamentni tekstil se uglavnom dobija iz rastopa, i to manje po suvom postupku proizvodnje filament. -Postrojenje za proizvodnju slično je onom za proizvodnju filamenta do duvnih jama u kojima turbulentnom strujom vazduha dolazi do istezanja koja istovremeno hladi strujnice i isteže ih. -Da bi se ostvarila velika brzina predenja, osim primarnog vazduha, koristi se i"sekundarni vazduh" i eventualno, tercijarna struja vazduha i one se obično kombinuju sa istezanjem na galetama. -Sistem za hladjenje bitno utiče na svojstva proizvoda i na njegovu proizvodnost.-Pored ovog, vazdušna struja se usmerava na snop niti na kojima se stvaraju spiralne kovrdže i potom filament polaže na perforirani transporter.-Varijante proizvodnih postupaka mogu biti i u načinu učvršćivanja i medjusobnog povezivanja pojedinačnih niti u plastici koje se ostvaruje,mehaničkim preplitanjem ili lepljenjem sa nekim vezivom. 2.6. POSTUPCI DOBIJANJA VLAKANA NEKONTROLISANIH RAZMERA

36

-Za razliku od postupka formiranja strujnica i vlakana, potiskivanjem tečnog polimera kroz otvore mlaznica, koji omogućavaju izradu vlakana kontrolisanih razmera, u mnogim postupcima to nije slučaj. -Primer ove vrste su: -izvlačenje vlakana sa slobodne površine rastopa ili rastvora polimera; -formiranje vlakana u uslovima slobodnog razvlačenja strujnica polimera; -formiranje vlakana u elektrostatičkom polju; -dobijanje vlakana fibrilisanjem polimernih filmova; -formiranje vlaknastih polimernih veziva, u hidrodinamičkom polju sa poprečnim gradijentom brzine, tzv. fibrida.-Posebnu kategoriju čine postupci koji se koriste u proizvodnji igličastih monokristala polimera namenjenih, pre svega, za tehničke svrhe.-Izvlačenje vlakana sa slobodne, nezaštićene, površine rastopa je nestabilno pa se stoga njen veći deo zaštićuje termostatirajućom dijafragmom. -Time se štiti, ne samo rastop od hladjenja, već se omogućava i dobijanje strujnica stabilizovanih razmera. - I po ovom, nemlazničnom postupku formiranja vlakana, sa porastom brzine izvlačenja, raste jačina vlakana i njihova orijentisanost.-Postupak formiranja vlakana iz rastopa ili rastvora u isparljivim rastvaračima u elektrostatičkom polju se zasniva na tome da se polimerna tečnost koja ističe iz kapilara u obliku kapi izlaže dejstvu ele- ktrostatičkog polja u kome se niti razvlače ili pretvaraju u sitne kapi. -Na ovaj način su dobijena vlakna koja se skupljaju u vidu trake ili tankog materijala sličnog hartiji. -Usled velike specifične površine vlaknastog sloja, rastvarač, pri formiranju vlakana, brzo isparava i bez zagrevanja. -Pozitivni rezultati u primeni ovog postupka dobijeni su pri preradi kopolimera akrilonitrila. -Kao delimično modifikovan konvencionalni postupak koji ne uključuje bitno nove stadijume procesa je postupak dobijanja vlakana iz tankih filmova njihovim sečenjem, kidanjem, ili fibrilacijom. -Ovaj proces se zasniva na proizvodnji duvanog ili livenog filma, na uobičajeni način, pri čemu u toku istezanja nastaju defektna mesta sa velikom koncentracijom napona na kojima se pri prekoračenju nekog napona filmovi kidaju uz obrazovanje delimično povezanih vlakana u mrežu. -Postrojenje za dobijanje fibrilisanih i sečenih niti se sastoji iz ekstrudera, pljosnate mlaznice i uredjaja za izradu duvanog ili livenog filma i njegovo sečenje, uredjaja za toplo istezanje, fibrilaciju, uredjaja za namotavanje i eventualno upredanje fibrilisanih niti.-Fibrilacija filmova nastaje samo pri dovoljno velikim stepenima istezanja i dobrim delom zavisi od nehomogenosti i anizotropije strukture. -Osnovni strukturni elementi su fibrili različitih razmera izmedju kojih se nalaze medjufibrilni slojevi manje gustine. -To su, ustvari, slaba mesta na kojima počinje cepanje filma i njegovo oblikovanje u nit. -Izgled niti zavisi od toga da li je struktura filma fibrilna ili ne. -U nekim slučajevima se, za olakšavanje fibrilacije dodaju specijalni punioci u rastop polimera ili supstance koje se slabo mešaju sa polimerom. - Fibrilacija se koristi kao industrijski postupak u proizvodnji grubljih niti iz PP, PA i PES filmova koji se primenjuju za izradu raznih veziva geotekstila i sličnih proizvoda.-Vlaknasta polimerna veziva ili fibridi se koriste za proizvodnju hartije. -Fibridi se mogu proizvesti iz fino dispergovanih kapljica polimernih rastvora njihovim razvlačenjem u hidrodinamičkom polju. -Oblik i razmere fibrida odredjene su reološkim svojstvima predive tečnosti i parametrima procesa razdvajanja faza u sistemu polimer-rastvarač- koagulant.

37

-U zavisnosti od uslova taloženja polimera nastaju fibridi , fibrilne strukture i dr. -Dobijanje tečnih strujnica moguće je ostvariti ne samo pomoću mlaznica već i putem izvlačenja sa slobodne površine rastvora i rastopa polimera ili neorganskih supstanci. -Ovaj postupak je bio poznat od davnina i danas se koristi za proizvodnju staklenih vlakana.

38