Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Предлагаемая вниманию читателей книга коллектива авторов из ГДР ^Производство искусственных кожм дает общее представление о современном производстве мягких искусственных кож. Распределение материала в книге довольно своеобразно: сначала рассматривается применяемое сырье, затем дается краткая характеристика основного технологического оборудования, вспомогательных машин и механизмов, далее излагаются технологические процессы производства различных видов мягких искусственных кож и пленок, а также вопросы транспортировки и хранения сырья и материалов. При такой последовательности изложения неизбежны повторения и алогизмы (например, в разделе полиуретановых покрытий рассматриваются водные дисперсии акрилатов, используемые для дублирования) .
При переводе книги некоторые повторы, неизбежные при таком построении книги, а также опечатки и неточности изложения по возможности были устранены；
К достоинствам книги следует отнести практические рекомендации по выполнению технологических операций и процессов с целью получения материалов высокого качества и создания ресурсосберегающих технологий.
Книга написана конспективно и предназначена для высококвалифицированных рабочих предприятий по производству иск усс тв енных кож и пленочных материалов.
Предлагаемый перевод книги позволяет ознакомиться с производством искусственных кож в ГДР с целью использования положительного опыта работы предприятий.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Многообразие использования искусственной кожи, разнообразие технологии и методов ее изготовления предопределяют повышенные требования к квалифицированным рабочим, занятым в этом производстве.
Для изготовления искусственной кожи в настоящее время наряду с поливинилхлоридом все больше используется полиуретан, применение которого сложнее, *,классические,? ткани заменяются синтетической основой. В связи с этим изменилось и промышленное оборудование.
Авторы книги не ставили задачи подробного описания всех процессов ^изготовления искусственной кожи или нанесения покрытия на текстильную основу. Они стремились показать взаимосвязь между основными сырьевыми материалами, технологией и оборудованием при изготовлении основных типов искусственной кожи. ‘ (
Использование новейших достижений науки и техники в производстве искусственной кожи позволяет создавать новые разнообразные материалы и изделия из них. Для удовлетворения возрастающих материальных и культурных запросов населения необходимо выпускать и предлагать покупателям такие товары, которые по своим потребительным свойствам и эстетическому оформлению отвечают их потребностям, что выявляется благодаря тесному сотрудничеству производства и торговли.
При производстве изделий из искусственной кожи важно не только количество выпускаемой продукции, но и их высокие потребительные свойства, постоянное их улучшение в соответствии с актуальными направлениями моды. Для этого необходимо тесное и долгосрочное сотрудаичество с химической и текстильной промышленностью, а также с предприятиями, занятыми дальнейшей переработкой, с научно-исследовательскими институтами, Домами моделей. Постоянное использование опыта международных ярмарок и участие в симпозиумах, обмен опытом как в пределах этой отрасли промышленности, так и вне ее на национальном и международном уровнях играют очень большую роль. Особенно большое значение имеет сотрудничество со странами — членами СЭВ.
Наряду с названными задачами работники промышленности искусственной кожи должны расширить экспорт искусственной кожи и изделий из нее не только в социалисти' ческие и развивающиеся государства, но и в капиталистические страны.
Решение этих задач требует от работников отрасли создания конкурентоспособных современных изделий, выпускаемых с небольшими технологическими затратами. Для этого необходима при одном и том же количестве занятых на производстве постоянная экономия основных материалов с одновременным улучшением свойств искусственной кожи, быстрейшее внедрение достижений науки и техники в производство, борьба за лучшее использование имеющегося оборудования.
Рабочие, инженеры и ученые этой отрасли промышленности несут большую ответственность за снабжение населения товарами широкого потребления.
Искусственные кожи нашли широкое применение в кожгалантерейной (для изготовления сумок, чемоданов, футляров и др.), автомобильной (для обивки салонов и сидений автомашин) ,мебельной (для обивки мебели), обувной и швейной (для изготовления обуви и одежды) промышленности, а также для оборудования жилых помещений (настилы для полов, столовая клеенка и др.), для изготовления детских колясок и т.д.
В этой связи искусственные кожи можно систематизировать по их назначению, т.е. по областям их примшения. Но следует отметить, что области применения искусственной кожи непрерывно расширяются и одновременно возрастает значение отдельных видов изделий. Это объясняется постоянным развитием химической и текстильной промышленности, а также машиностроения.
В этой книге рассматриваются наиболее важные области применения искусственной кожи.
Различают методы получения монолитной и вспененной поливинилхлоридных искусственных кож, методы получения монолитной и вспененной полиуретановых искусственных кож, а также коагуляционный метод получения пористой полиуретановой искусственной кожи.
Широкое применение находит также поливинилхлоридная пленка. Она отличается от искусственной кожи тем, что не имеет текстильной основы. Различают обивочную пленку, пленку для светотехнических изделий, упаковочную пленку, пленку для швейной и полиграфической промышленности. Изготовление мягкой поливинилхлоридной пленки имеет ряд особенностей, касающихся использования машин и оборудования.
Изготовление настилов для полов представляет собой относительно узкую область технологии, но его следует отнести к методам производства искусственной кожи.
Изготовление пористой полиуретановой искусственной кожи коагуляционным методом является специфической технологией, цель которой — получение обувной искусственной кожи с улучшенными гигиеническими свойствами благодаря образованию пористой структуры покрытия. Эти искусственные кожи (их называют пор омер и кам и) также состоят из основы и покрывной массы, хотя известны полиуретановые искусственные кожи, у которых невозможно различить на глаз основу и покрытие.
Технология производства пористой полиуретановой искусственной кожи постоянно совершенствуется благодаря разработке специальных полиуретанов и новых способов производства. Таким образом, появляется возможность предложить обувной и швейной промышлённости искусственные кожи, превосходящие по своим свойствам существовавшие до сих пор материалы. Дальнейшее улучшение типов искусственных кож направлено на получение материалов с кожеподобными свойствами, что приведет к значительному расширению ее использ ования.
Несмотря на то что отдельные виды полиуретанов позволяют получать высококачественные покрытия искусственных кож, наибольшее распространение в качестве пленкообра- зователя получил ПВХ.
СЫРЬЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ кож
В производстве искусственных кож применяется большое количество различных материалов: разные виды пленкообразующих и текстильных материалов, высококачественные пигменты, растворители, пластификаторы и другие вспомогательные вещества. 「
Для получения того или иного вида искусственной кожи необходимо разное количество сырья. Так, например, на производство 1000 м2 галантерейной искусственной кожи расходуется до 550 кг пол ив инилхл ор и да (ПВХ).
Величина материальных затрат зависит от назначения искусственной кожи и требуемых свойств, а также от технологии изготовления.
Благодаря применению современной технологии удается с меньшими материальными затратами получать искусственную кожу с улучшенными свойствами.
Но не только количество сырья и технология определяют свойства получаемой искусственной кожи. Выбирая специальное сырье, можно получать особые виды искусственной кожи с высокими потребительными свойствами. Определяющим для использования того или иного вада сырья является возможность его технологической обработки, его стоимость и требования, предъявляемые к искусственной коже.
U. Волокнистые основы
Основой искусственной кожи служит текстильное полотно, которое является несущим каркасом. Волокнистая основа может быть изготовлена многими способами и из различных волокон. В зависимости от требований, предъявляемых к искусственной коже, выбираются те или иные виды волокнистых основ. Ниже приведена классификация волокон.
Натуральные волокна： 1. Волокна растительного происхождения (цел л юл озные): волокна из семян (хлопок); волокна лубяные (лен, пенька, рами, джут-стеблевые волокна, сизаль, манильская пенька — листьевые волокна, кокос — плодовые волокна).
Волокна животного происхождения (белковые):
шерсть (овечья, козья, верблюжья);
конский волос;
натуральный шелк (из шелковичных коконов).
Минеральные волокна (асбест).
Искусственные волокна: 1. Волокна из производных целлюлозы (вискозные, медно-аммиачные, ацетатные).
2. Неорганические волокна (стекловолокно, металлическое волокно).
Синтетические волокна: 1. Перхлорвиниловые. 2. Полиамидные. 3. Полиэфирные. 4. Полиакрилонитрильные. 5. Полиуретановые. 6. Угдеродные.
До 1967 г. в качестве основы для нанесения покрытия использовалась почти исключительно ткань и в меньшей степени бумага (целлюлозное волокно). Сейчас же все шире находят применение в качестве основы трикотаж и различные нетканые материалы, изготовляемые высокопроизводительными методами. В ближайшем будущем такие новейшие материалы, как фильерный нетканый материал, будут вытеснять широко используемые сейчас основы в виде ткани и нитепрошивного нетканого материала. Их доля в общем производстве основ значительно возрастет. Эти новые основы позволят улучшить потребительные свойства искусственной кожи и открыть новые области ее использования.
Большая часть потребительных свойств искусственной кожи рпределяется структурой основы, видом и качеством сырья и материалов.
Наиболее важные свойства искусственной кожи определяются следующими показателями свойств основы:
разрывная нагрузка (продольная и поперечная) в ньютонах;
удлинение (продольное и поперечное) в процентах;
прочность при прокалывании в ньютонах;
сопротивление раздиранию (продольное и поперечное) в ньютонах на 1 см2;
сопротивление пр о дав л иван ию в ньютонах на 1 см2; паропроницаемость в миллиграммах на 1 м2 в секунду; износостойкость в циклах.
Кроме того, при оценке искусственной кожи все больше внимания уделяется жесткости и способности восстановления формы. Эти свойства приобретают особое значение в связи с применением новых видов основ.
Так как названные выше параметры имеют решающее значение для определения качества искусственной кожи, необходимо использовать основу, соответствующую требованиям, предъявляемым к потребительным свойствам того или иного вида искусственной кожи.
Ткани
Ткани представляют собой текстильные полотна, важнейшей характеристикой которых является переплетение нитей. Переплетением называется определенный порядок чередования перекрытий нитей одной системы с нитями другой системы. Нити, идущие продольно, называются основными, а идущие поперечно — уточными.
Плотная ткань, имеющая много точек перекрытий нитей, обладает большой прочностью и стабильностью. При одинако- вом номере (толщине) нитей различные переплетения обуслов- ю
ливают в пересчете на одинаковую площадь поверхности различную поглощающую способность материала. Отсюда следуют и разные области его применения.
В промышленности искусственной кожи используются ткани следующих основных видов переплетения: полотняного, атласного (сатинового), саржевого и производных от этих видов.
Виды переплетений можно изобразить наглядно (рис. 1.1). На этих рисунках изображаются только места, где
ииHlHl1^1 田女ШR1^1 田女ШR
и
и
Hl
Hl
1^1 田女ШR
1^1 田女ШR
Рис. 1.1. Виды переплетении:
о — полотняное; б — саржевое 1/2; в — саржевое 3/1; г — сатиновое; 0 — рогожка (Окончание рис. 1-1. см. на стр. 12)
7I~
Окончание рис. 1.1
京冬.》£《^含
士
продольные (основные) нити лежат над поперечными (уточными) .Каждый закрашенный квадрат означает, что основная нить расположена над уточной. Незакрашенные квадраты указывают на то, что осндвная нить лежит под уточной. Через определенные промежутки переплетение нитей регулярно повторяется. Это повторение называется раппортом переплетения. Причем надо различать основный и уточный раппорты (число основных нитей и число уточных нитей).
Рисунок переплетения нитей называется патроном рисунка. Далее следует остановиться на переплетениях, которые используются для получения основы искусственной кожи.
Многочисленные виды переплетений являются производными трех основных: полотняного, саржевого и атласного (сатинового).
Полотняное переплетение имеет самый маленький раппорт: по две нити в основе и утке, причем нити основы лежат один раз над, а другой под уточной нитью (см. рис. 1.1, 0). Ткани полотняного переплетения имеют гладкую плотную поверхность, а следовательно, и небольшую пог л ощающую способность.
Саржевое переплетение дает в материале косые линии, называемые диагональными (см. рис. 1.1, в, г). Угол подъема диагонали должен быть равен 45°. Если диагональ направлена вправо, то получается правосторонняя диагональная саржа, если влево — л ев остор онняя саржа. Самый мелкий рап- 12
порт имеет тройное переплетение. Саржа (ткань саржевого переплетения) делится на уточную и основную, причем из самого названия следует, какая нить, уточная или основная, определяет внешний вид материала.
Сатиновое (атласное) переплетение характеризуется тем, что точки переплетения не соприкасаются, а распределяются равномерно по раппорту (рис. 1.1, а).
Из производных переплетений только производные саржевого переплетения используются в основах искусственной кожи.
Трикотаж
Трикотажное полотно изготавливается на трикотажных и вязальных машинах. При этом отпадает необходимость в различных подготовительных операциях, как при ткачестве. Трикотажное полотно отличается от ткани способом геометрического соединения нитей.
В то время как в ткани две системы нитей пересекаются под углом, трикотажное полотно создается одной системой нитей путем образования петель. Петли, расположенные по ширине полотна, т.е. по горизонтали, образуют так называемый петельный ряд, петли, расположенные по вертикали, образуют петельные столбики. Различают трикотаж поперечно-вязаный и основовязаный. В поперечно-вязаном (кулирном) трикотаже (рис. 1.2, а) петли одного горизонтального петельного ряда формируются из одной непрерывной нити, которая по завершении одного ряда образует петли следующего ряда, и т.д.
выпрямиться, что вызывает закручиваемость полотна.В промежуточных пространствах петель трикотажного повыпрямиться, что вызывает закручиваемость полотна.В промежуточных пространствах петель трикотажного поВ основовязаном трикотаже (рис. 1.2, б) петли горизонтального петельного ряда формируются из отдельных самостоятельных нитей I, II и т.д. Готовые трикотажные полотна, изготовленные тем или иным способом, трудно различить. Поверхность трикотажа получается не такая гладкая и плотная, как У ткани. Вследствие эластичности петель полотно легко растягивается даже при небольшой нагрузке. В трикотажном полотне нити, изогнутые в процессе петлеобразования, стремятся снова
выпрямиться, что вызывает закручиваемость полотна.
В промежуточных пространствах петель трикотажного по
выпрямиться, что вызывает закручиваемость полотна.
В промежуточных пространствах петель трикотажного по
лотна заключено много воздуха, что улучшает теплоизоляцию. Это улучшает гигиениче
ские свойства искусственной кожи для одежды, изготовленной на трикотажной основе.
Рис. 1.2. Схема трикотажного полотна:
о — ход нитей в направлении петельных рядов; 6 — ход нитей в направлении петельных столбиков
Трикотаж изготавливается в виде плоского полотна или кругловязаным. Последний нуждается в дополнительной обработке, разрезании и склеивании петельных столбиков, которое придает устойчивость материалу при дальнейшей обработке.
Различают лицеВое/изнаночное, лицевое/лицевое и изна- ночное/изнаночное переплетения. Причем лицевое/изнаночное переплетение выглядит по-разному с лица и с изнанки. На лицевой стороне располагаются петельные столбики, а на изнаночной—дужки петель.
В трикотажном производстве, как и в ткачестве, существует термин ппереплетение,?, т.е. порядок расположения петель и связь между ними. Простейшее основовязаное переплетение — переплетение типа трико, которое чаще применяется в сочетании с другими переплетениями. Различают саржевое, атласное (сатиновое), суконное, уточное, а также бархатное и другие виды переплетений или сочетание переплетений двух видов, например в орсовое/бархатное и т.д. “
Благодаря различным видам переплетения свойства трикотажа приближаются к свойствам тканей по способности к растяжению.
Важной характеристикой трикотажных и вязаных изде- лий является линейная плотность петель, что имеет большое значение для выпуска готовой продукции.
Нетканые материалы
Замена ткани неткаными материалами в производстве искусственных кож получила широкое распространение благодаря сравнительно низкой стоимости и высоким эксплуатационным свойствам нетканых материалов. Их изготовление производится по более прогрессивной технологии с комплексной механизацией и автоматизацией производственных процессов, сокращением трудовых и капитальных затрат, возможностью использования низкосортного сырья.
Нетканые текстильные материалы выпускаются в довольно широком ассортименте по механической, физико-химической и комбинированной технологии.
Нетканые материалы типа тканей подоазделяют на холстопрошивные, нитепрошивные, иглопробивные, клееные, фильерные и комбинированные.
По механической технологии вырабатывают холстопрошивные, нитепрошивные и иглопробивные нетканые материалы.
По физико-химической технологии изготавливают клееные и фильерные нетканые материалы.
Комбинированная технология основана на совместном использовании механического и физико-химического воздействий на волокнистый холст, способствующих упрочнению готового материала.
Холстспрошивные нетканые полотна изготавливают провязыванием нитями холстов на специальных машинах путем петлеобразования. Все петли в процессе вяза- 14
ния образуются одновременно из параллельно расположенных нитей, называемых основой. Для изготовления холстопрошивных нетканых материалов применяют различные основовязаные переплетения. Главные основовязаные переплетения подразделяют на базисные и производные. Элементарные сочетания петель простейшей структуры называются базисными основовязаными переплетениями. К ним относятся переплетения цепочка и трико. Производные основовязаных переплетений состоят из нескольких одинаковых базисных переплетений. К производным переплетениям трико относится сукно и шарме.
Холстопрошивные нетканые полотна представляют собой продольно ориентированный прочес, который уплотняется с помощью специальной машины. Далее волокнистый холст подвергается обработке на холстопровязывающих машинах (^^Maливaтт^^), с помощью которых провязывающие нити образуют основовязаное переплетение (трико). Такие текстильные полотна на лицевой стороне имеют вид вязаного трикотажа, а на изнаночной — волокнистого холста. Эти полотна можно дополнительно уплотнять физико-химическими способами для придания им эластичности и предотвращения выдергивания волокон из полотна. Холстопрошивные нетканые полотна характеризуются средней растяжим остью. Если холстопрошивные нетканые полотна имеют довольно значительное остаточное удлинение, следовательно, они не приобрели достаточной эластичности в результате физико-химического воздействия, что является их недостатком.
Нитепрошивные нетканые полотна вырабатывают из пряжи и нитей на машинах "Малимб". Эти материалы получили название ,,Малимо,? по имени их изобретателя Мауэрсбергера из Лимбаха-Оберфрона. Материалы образуются при свободном наложении двух взаимно Пересекающихся систем нитей основы и утка и провязываются нитями третьей системы (трехсистемный материал "Малнмо") • Вырабатывается также двухсистемный материал ,,Малимо,\ в котором используются только уточные и провязывающие нити. При работе с тремя системами нитей изготовляют материалы переплетением трико, а при работе с двумя системами нитей — переплетениями трико и цепочка. В качестве провязывающих нитей следует применять ровные однородные нити (по возможности шелк). В качестве уточных и основных нитей используют крученую и некрученую пряжу из хлопковых, шерстяных и химических волокон. Линейная плотность пряжи нитей, применяемых на машинах ''Малнмо'', определяется классом машины. Класс машины характеризуется числом игл на игольчатой металлической пластине шириной 25 мм. Наибольшее применение находят машины 18 и 22 кл.
Нитепрошивные материалы, полученные из трех систем нитей, имеют хорошую устойчивость к деформациям и прочность. .
Двухсистемные материалы имеют открытую поверхность и непригодны для получения покрытий методом нанесения.
Ни у одного вида прошивного нетканого материала поверхность не может быть такой гладкой, как у ткани. Это обстоятельство следует учитывать при отделке искусственных кож. Ассортимент лицевой поверхности искусственных кож на нитепрошивных нетканых основах ограничен, и тонкий лицевой слой здесь использовать нельзя. Положительным является прочность среза, т.е. по краю среза нельзя отделить нити.
Иглопробивные нетканые полотна получают путем механического воздействия игл с зазубринами, которые прокалывают волокнистый холст и протаскивают волокна через всю толщину холста, в результате чего происходит его упрочнение и уплотнение. “
Иглопробивные нетканые материалы с пропиткой связующим представляют собой волокнистый холст, уплотненный на игл опр обив ной машине, пропитанный связующим и подвергнутый термообработке. Нетканый материал получают без прошивной нити, так как роль скрепляющего элемента выполняют волокна холста. Лучшего уплотнения и упрочнения материала можно добиться с помощью иглопрокалывания при добавлении высокоусадочного волокна с последующей термообработкой. В качестве высокоусадочного волокна применяют сильно вытянутые полиэфирные волокна, которые дают усадку под влиянием тепла и таким образом способствуют уплотнению холста. Пропиткой полимерным связующим достигается соединение волокон в непрерывную структуру, которая способна длительное время выдерживать механическую нагрузку при эксплуатации. Роль связующих в формировании механических свойств* и структуры нетканых материалов так же важна, как и роль волокон. Полимерное связующее должно создавать проч- Hbie дискретные склейки, равномерно распределенные по объему нетканого материала. Для пропитки обычно используют водные дисперсии и растворы полимеров с последующей сунь кой и термообработкой. При использовании термопластичных полимеров в качестве связующих необходимо, чтобы температура их размягчения была выше температуры эксплуатации нетканого материала.
Клееные нетканые материалы получают путем скрепления волокон холста полимерными связующими (клеями) или сваркой (слипанием) холвтообразующих волокон в местах их контактов. •
Клееные нетканые материалы представляют собой холсты, полученные из волокон (ориентированных в одном или двух направлениях), с последующим их склеиванием в местах контактов. Склеивание волокон готовых холстов производится разными способами: введением связующих в виде водных дисперсий, растворов и порошков полимеров, а также локаль- шям скреплением волокон холстов термопластичными связующими (контактная сварка). Клееный нетканый материал, полученный пропиткой латексом холста из вискозных волокон с последующим высушиванием и термообработкой, имеет стабильные размеры и незначительное растяжение. По внешнему виду такой материал напоминает бумагу.
① нльерные нетканые материалы получают путем прядения бесконечных нитей из фильер и непосредственной укладкой в холст волокон (нитей), фор миру ем ых из растворов или расплавов. Фильерная технология объединяет в единый непрерывный процесс получение химических волокон из растворов или расплавов полимеров, формирование холста из полученных волокон и их скрепление в холсте. Фильерный способ относится к наиболее перспективным способам производства нетканых материалов. Разработаны способы получения нетканых материалов из волокон двух полимеров с разной температурой плавления. Холст из смеси волокон нагревают потоком воздуха до температуры плавления более легкоплавкого полимера.
Способ скрепления волокон в холсте определяет потребительную ценность и ассортимент нетканых материалов.
Получение теоретически бесконечных нитей исключает возможность выдергивания их из полотна. Целесообразно использовать для получения фильерных нетканых основ полиамиды, обладающие водо- и гнилоустойчивостью.
Бумага
Применение бумаги в качестве основы искусственной кожи имеет свои достоинства и недостатки. Бумага значительно дешевле текстильного полотна. Благодаря применению рулонов большой длины (до 6000 м) можно обеспечить бесперебойную работу оборудования в течение длительного времени и, кроме того, здесь не бывает много отходов. Бумага имеет гладкую и ровную поверхность, поэтому на нее можно наносить покрытия меньшей толщины, чем на текстильную основу. Низкое растяжение бумаги сужает область применения искусственной кожи на ее основе. Во время нанесения покрытия у бумажной основы, а также в готовой коже на ее основе легко надрываются края. При попадании влаги бумага теряет прочность вследствие набухания. При высыхании бумага снова восстанавливает свои свойства. Это нужно учитывать при выборе способа нанесения покрытия в производстве искусственной кожи.
В качестве основы искусственной кожи для книжных переплетов используется бумага с поверхностной плотностью 90 г/м2 .
Для нанесения покрытия пригодна бумажная основа без узлов, тонкая или средней плотности, неотбеленная и полностью прокрашенная, поверхностная плотность которой 90 — 150 г/м2. В особых случаях находит применение также картон или войлочный картон с поверхностной плотностью 400 г/м2 .
Требования к основам
Основа для столовой клеенки должна иметь ворсистую или шероховатую поверхность с изнаночной стороны для того, чтобы клеенка не скользила и обладала некоторой амортизи-
2-Зак. 1488 17
рующей способностью. Кроме того, наличие ворса препятствует >^пpoбивaнию^^ на изнаночную сторону покрывной массы при ее нанесении. Основа для столовой клеенки должна гарантировать безупречную сохранность формы клеенки. В качестве основы столовой клеенки используют ткань "Малнмо" на основе вискозного волокна, а также бумагу.
Основа для галантерейной искусственной кожи должна быть достаточно устойчивой к продольному и поперечному растяжению приблизительно в одинаковой степени. Она должна быть прочной на разрыв при прокалывании, стойкой к раздиранию и обладать определенной растяжимостью.
Галантерейную искусственную кожу выпускают трех типов (легкую, среднюю и тяжелую) в зависимости от типа основы и количества наносимой покрывной маСсы.
Искусственная кожа, идущая на изготовление сумок и чемоданов, все больше вырабатывается без подкладки в соответствии с направлением моды. А зто значит, что окраска кожи должна быть равномерной и очень устойчивой к истиранию, воздействию света и воды. Основа должна быть полностью прокрашена, чтобы не было видно на месте среза непрокрашен- ный материал. Для специальных целей при отделке поверхности (эффект "мятого” материала) необходима основа с ворсом, иногда даже стриженым. При изготовлении кож с гладкой и блестящей поверхностью необходимо применять основу, которая не должна осыпаться, чтобы избежать загрязнения поверхности искусственной кожи пылью от волокон. Для этого края основы часто опаливают. Для кожи, идущей на изготовление сумок и чемоданов, используются в качестве основы ткань ‘‘Малнмо" и холстопрошивной нетканый материал.
Основа для обивочной искусственной кожи подвергается большим нагрузкам, и это надо учитывать при ее выборе. Необходимо принимать во внимание и прочность на растяжение, и прочность на разрыв при прокалывании, и прочность на раздир. Так как в естественных условиях происходит равномерная нагрузка во все стороны, особенно важными являются показатели прочности и растяжения в поперечном и продольном направлениях. Для специальной обивочной искусственной кожи необходимо выбирать такую основу, которая имеет высокоэластичное растяжение и обладает хорошей способностью к восстановлению формы. Для обивочной кожи используются как окрашенные, так и неокрашенные основы, тканевые, трикотажные или вязаные основы. Нить, идущая на изготовление основы,——хлопчатобумажная или из вискозного и синтетического волокна.
Основа для обувной искусственной ко- ж и (особенно для искусственной кожи для верха обуви) должна обладать высокими устойчивостью к поперечному растяжению, сопротивлением раздиранию, а так颱 прочностью на разрыв при прокалывании. Требования к этой основе значительно выше тех, которые предъявляются к другим основам.
При окрашивании основ нужно обращать особое внимание на устойчивость краски к воздействию пота, воды и на
стойкость к истиранию. Основа, служащая для изготовления подкладки в обуви, должна обладать хорошей проницаемостью для водяных паров и способностью хорошо их поглощать. Это касается также и основы для изготовления материалов, используемых в качестве стелек в обуви, тем более что особенно часто используется в качестве основы уплотненный холст.
Основу с различной поверхностной плотностью нужно применять для обувной искусственной кожи дифференцированно.
Для изготовления основы обувной искусственной кожи более целесообразно применение хлопчатобумажного волокна. Оно гарантирует хорошую прочность основы в мокром состоянии. Кожу для подносков и задников вьгоабатьшают на основе из вигоневой при次и. Эта пряжа очень объемная и придает основе хорошую пропитьшающую способность, что позволяет наносимой массе глубоко проникнуть в основу. Двустороннее ворсование основы увеличивает ее поглощающую способность. Иногда основу для о^гвной искусственной кожи изготавливают из смеси хлопчатобумажных и штапельных волокон. Для специальной обуви применяется так颱 неворсованная основа, в качестве которой используют преимущественно ткани и нетканые материалы, изготовленные из хлопчатобумажного, вискозного и синтетического волокна.
Основы для одежной искусственной кожи должны удовлетворять требованиям, аналогичным требованиям, предъявляемым к галантерейной искусственной коже. Основа должна обладать достаточной прочностью, высокой эластичностью. Для изготовления искусственной кожи часто применяют ворсдванные основы. Ворс долмжн быть одинаковым по плотности и длине. Равномерность ворса по плотности и длине является гарантией получения кожи с равномерным тиснением или мягким грифом. Основа должна обладать хорошей гтооницаемостью для водяных паров.
Особое внимание нужно обращать на равномерность поверхности при нанесении очень тонкого покрытия. Наряду с ворсованной тканью в качестве основы часто используются трикотаж и вязаное полотно, иногда с велюровым эффектом. Для изготовления основы применяют хлопковую или смешанную пряжу, т.е. пряжу из хлопка и полиэфирного волокна или из хлопка и вискозного или полиамидного волокна.
Основа для покрытий пола должна состоять из верхнего и промежуточных слоев, необходимых для создания прочности.
Используя толстые и пористые основы, можно получить звуко- или теплоизоляционные материалы.
Основа для покрытий пола должна обладать высокой прочностью на разрыв, равномерной толщиной, незначительной усадкой, устойчивостью к гниению, не содержать красящих веществ, ширина ее должна быть не менее 2 м. В качестве материала для основы применяются ткани из джута, вигони, хлопка, вязаный трикотаж, шерстяной войлок^ нетканые материалы, картон и вспененные пластмассы. Необходимо, чтобы
этот материал не осыпался, был сухим и не имел таких дефектов, как узелки, складки, отверстия и т.д.
От правильного выбора основы для определенной искусственной кожи зависит ее строение и качество.
Соответствующую основу нужно выбирать в зависимости не только от назначения искусственной кожи, но и от метода нанесения покрытия и используемого оборудования.
Особенно важным для бес пер еб ойного процесса нанесения покрытия является стабильность основы (устойчивость), которая у разных видов основ весьма различна. Под стабильностью понимается способность текстильного полотна без каких-либо вспомогательных мер сохранять форму, чтобы во время процесса обработки не образовывались складки, которые в большинстве случаев невозможно удалить. Отрицательным является свойственное многим основам закатывание (закручивание) или пробивание кромок.
Применению ряда методов нанесения покрытия препятствует высокая эластичность, которой обладают основы.
Намазной метод используется при прямом непрерывном нанесении покрытия на основы, обладающие большой стабильностью и прочностью. При этом методе нанесения покрытия эластичные основы непригодны, так как при продольном растягивающем усилии в них возникает остаточная усадка по ширине и образуются нестабильные неровные края, что является очень большим недостатком всех методов.
Чтобы избежать пробивания наносимой покрывной массы на изнаночную сторону основы, нужно широко применять основы с плотной (закрытой) поверхностью, т.е. основы, у которых нет зазоров между перекрытиями нитей или петель.
Метод нанесения покрытия с помощью правильных валков требует применения основы с неплотной (открытой) поверхностью и соответствующего температурного режима работы машины.
При этом методе необходимо очень осторожное обращение с основой, так как она не должна растягиваться и на ней не должны возникать складки. При подаче материала с небольшим напряжением можно обрабатывать высокоэластичные основы с невысокой стабильностью.
з При реверсивном методе (нанесение покрытий с помощью стальной ленты и реверсивных валков — метод RRC) опасность пробивания основы покрывной массой не так высока, как при наносном методе. Но все же при этом методе необходимо применять закрытые основы. Открытые основы можно использовать только при определенном температурном режиме. При крат ков ре менной обработке материала возможно применение эластичных основ с невысокой стабильноетью. Если нанесение покрытия происходит на установке со стальной лентой, то материал, служащий в качестве основы, подвергают щадящей обработке.
Переносный метод (метод с применением бумажного транспортера-подложки) требует тех же условий, что и реверсивный метод. Для этих методов непригоден мате-
риал, склонный к загибке краев. Кроме того, необходимо и в том и в другом случае избегать появления на основе складок. Прочность основ может изменяться в зависимости от используемого материала и оборудования для их получения. Ткани имеют наивысшую прочность (табл. 1.1). Это можно объяснить перекрытием нитей под прямым углом, благодаря чему нити утка и основы многократно перекрывают друг друга, что вызывает трение в точках перекрещивания.
Показатели прочности различных основ
zw/-4XOOHJ.OIfu«ЛЯВОЯМЛФЙОЕzw/-4XOOHJ.OIfu«ЛЯВОЯМЛФЙОЕН'工"AdJBHН'工"AdJBH段-оявф§5^段-оявф§5^фкяфе.дано&оофкяфе.дано&оо-sssrtras sxoaKxdu йуоз-оас-sssrtras sxoaKxdu йуоз-оас
zw/-4XOOHJ.OIfu«ЛЯВОЯМЛФЙОЕ
zw/-4XOOHJ.OIfu«ЛЯВОЯМЛФЙОЕ
Н'工"AdJBH
Н'工"AdJBH
段-оявф§5^
段-оявф§5^
фкяфе.дано&оо
фкяфе.дано&оо
-sssrtras sxoaKxdu йуоз-оас
-sssrtras sxoaKxdu йуоз-оас
Атлас
201
540
540
16
18
55
56
75
68
Лен
166
640
410
26
15
16
23
27
30
Саржа
182
430
550
16
19
20
20
44
50
Малимо
214
260
410
26
13
27
29
18
10
Кругловязаный
170
200
100
86
269
20
19
27
35
трикотаж Нетканый мате
риал
холстопро
190
100
230
41
50
26
14
38
21
шивной
нитепрошив
140
200
180
35
44
17
20
一
—
ной
"Рет/
150
140
60
8\
24
3
5
10
11
иглопробив
200
170
210
50
60
40
35
50
50
ной
фильерный
155
140
90
40
40
30
10
30
10
Бумага
65
150
80
3
4
—
—
3
3
У трикотажного полотна петли в пересчете на одинаковую площадь имеют меньше точек соприкосновения, чем у тканей. При этом небольшое растягивающее усилие дает высокое растяжение. Поэтому прочностные свойства трикотажного полотна ниже. Еще меньше прочность нетканых материалов, которые образуются не из нитей, а из отдельных волокон.
Красители
При окрашивании основ используются субстантивные красители, так как они обладают хорошей свето- и водостойкостью и высоким с о против л ение м иетиранию.
Субстантивные красители окрашивают волокна непосредственно, без протравливания. Они растворяются в воде, так как содержат одну или несколько сульфогрупп, а иногда и карбоксильные группы. Большинство субстантивных красителей относится к азокрасителям. Азокрасители являются
производными азобензола и соответствуют общему типу (Aux — ауксохромные группы: » —ОН, —ОСН3, —NH2, -N (СН3 ) 2 ит.д.)
Aux «_》—N = N — «》—Aux
Ауксохромные группы обеспечивают взаимодействие красителя с волокном и необходимы для интенсивного окрашивания текстильных волокон. К ним относятся группы, которые вследствие своего слабоосновного или кислого характера образуют с волокнами солеподобные соединения. Различают следующие субстантивные красители: кислотные, основные и кубовые. В зависимости от вида красителя применяется тот или иной способ окрашивания.
Сернистые красители, которые тоже относятся к субстантивным красителям, непригодны для окрашивания основ в промышленности искусственной кожи.
Вода является переносчиком частиц красителя в процессе крашения, способствует осаждению этих частиц на волокне и прониканию их внутрь волокна. К воде, которая используется при крашении основ, предъявляются следующие требования: она должна быть прозрачной и бесцветной, не содержать взвеси, которая может осаждаться на основе, быть как можно более мягкой для того, чтобы при окрашивании соли, придающие воде жесткость, не образовывали с красителями труднорастворимые или нерастворимые соединения кальция и магния и чтобы при кипячении не образовывался осадок, который может способствовать появлению пятен на основе.
К солям, придающим воде жесткость, относятся: гидрокарбонаты и сульфаты кальция и магния. Степень жесткости воды определяется концентрацией этих солей. Различают мягкую воду [до 15° (Н) ] , воду средней жесткости [от 15 до 30° (Н) ] и жесткую воду [свыше 30° (Н)].
Жесткость воды измеряется в градусах жесткости: 1° (Н) = 10 мг/л СаО.
Различают временную и постоянную жесткость воды.
Временная (устранимая) жесткость вызывается гидрокарбонатами. Гидрокарбонаты выпадают при кипячении, так как переходят в нерастворимые в воде карбонаты, и вода умягчается.
Остаточная или постоянная жесткость обусловлена содержанием в воде сульфатов, хлоридов и других (кроме гидрокарбонатов) солей.
Промышленным способом можно жесткую воду превращать в мягкую. Наиболее известный метод получения мягкой воды основан на применении ионообменной смолы вофатита.
Вспом огательные вещества
Для того чтобы гарантировать хорошее взаимодействие красителя с волокном, основу необходимо смочить, используя специальные смачивающие средства, чаще всего ротафлу.
Благодаря смачиванию достигается легкое набухание волокон основы и повышается поглощение ими красящих частиц.
Процесс окрашивания протекает в водном растворе. При этом с помощью молекул воды частицы красителя осажцаются на поверхности, адсорбируются. В ходе окрашивания частицы красителя проникают постепенно внутрь волокон. При добавлении в красящий раствор сульфата натрия (глауберовой соли) или хлорида натрия (поваренной соли) улучшается взаимодействие красителя с волокном и увеличивается глубина окрашивания.
Сульфат натрия служит для улучшения адсорбции красителя. Карбонат натрия используется для умягчения воды при отсутствии промышленных установок, служащих для этих целей.
Если для приготовления красильного раствора используется не мягкая вода, то перед добавлением в нее предварительно растворенного красителя необходимо к воде в джиггере (роликовой красильной машине) добавить от 0,5 до 2% карбоната натрия (соды) для умягчения воды. Для достижения глубокого и равномерного окрашивания основы ее необходимо многократно поворачивать в красильной ванне. Заключительное прополаскивание основы имеет целью удаление неадсорби- рованных частиц красителя. Если необходимо добиться особенно ярких тонов, то рекомендуется предварительно хорошо простирать материал, идущий на изготовление основы.
Пленкообразователи
В современном производстве искусственных кож и пленочных материалов в качестве пленкообразующих веществ применяют в основном синтетические высокомолекулярные соединения, или полимеры.
Особенности высокомолекулярных соединений
Высокомолекулярными соединениями называются вещества природного или синтетического происхождения* с молекулярной массой более 104 . Поскольку по значению синтетические высокомолекулярные соединения преобладают над природными, ниже будут рассмотрены только синтетические.
Химические реакции, лежащие в основе синтеза полимеров, подразделяют на реакции полим еризации, поли конден са- ции и полиприсоединения. При такой классификации возникают трудности отнесения ряда синтезов полимеров к указанным типам реакций. Поэтому пользуются классификацией реакций образования полимеров по реакционно-кинетическим призна-
“ *Кроме природных и синтетических высокомолекулярных соединений существуют также иск усственны е, к которым относят вещества, полученнь1е химической обработкой природных высокомолекулярных соединении (например, нитроцеллюл о за, ацетилцеллюлоза и др.). (Прим. реО. пер.).
кам: реакции цепного роста макромолекул и реакции ступенчатого роста макромолекул.
Различие между реакциями цепного и реакциями
ступенчатого роста макромолекул
Реакции цепного роста макромолекулРеакция вызывается инициатором или катализатором, радикалами, ионами или комплексными соединениями. Реакция может подразделяться на стартовую реакцию, реакцию роста цепи и реакцию обрыва цепи Образование макромолекул происходит в течение относительно короткого промежутка времени. Промежуточные продукты не стабильны и не могут быть выделеныОтносительная молекулярная масса не растет с увеличением времени реакции (рис. 1.3, л)Реакции цепного роста макромолекулРеакция вызывается инициатором или катализатором, радикалами, ионами или комплексными соединениями. Реакция может подразделяться на стартовую реакцию, реакцию роста цепи и реакцию обрыва цепи Образование макромолекул происходит в течение относительно короткого промежутка времени. Промежуточные продукты не стабильны и не могут быть выделеныОтносительная молекулярная масса не растет с увеличением времени реакции (рис. 1.3, л)Реакции ступенчатого роста макромолекулНачалом реакции является соединение двух бифункциональных или полифункциональных молекул мономеров в димеры, которые реаги* руют с другими мономерами, образуя тримеры* или, реагируя с димерами, образуют тетрамеры и т.д.Образование макромолекул происходит параллельно, во н течение относительно долгого промежутка времени. Промежуточные продукты относительно стабильны и могут быть выделеныОтносительная молекулярная масса полимерных цепей увеличивается с увеличением времени реакции (рис. 1.3, 6)Реакции ступенчатого роста макромолекулНачалом реакции является соединение двух бифункциональных или полифункциональных молекул мономеров в димеры, которые реаги* руют с другими мономерами, образуя тримеры* или, реагируя с димерами, образуют тетрамеры и т.д.Образование макромолекул происходит параллельно, во н течение относительно долгого промежутка времени. Промежуточные продукты относительно стабильны и могут быть выделеныОтносительная молекулярная масса полимерных цепей увеличивается с увеличением времени реакции (рис. 1.3, 6)Рис. 1.3. Кривые изменения молекулярной массы во времени при цепном (〃) и ступенчатом (6) росте макромолекулРис. 1.3. Кривые изменения молекулярной массы во времени при цепном (〃) и ступенчатом (6) росте макромолекул
Реакции цепного роста макромолекул
Реакция вызывается инициатором или катализатором, радикалами, ионами или комплексными соединениями. Реакция может подразделяться на стартовую реакцию, реакцию роста цепи и реакцию обрыва цепи Образование макромолекул происходит в течение относительно короткого промежутка времени. Промежуточные продукты не стабильны и не могут быть выделены
Относительная молекулярная масса не растет с увеличением времени реакции (рис. 1.3, л)
Реакции цепного роста макромолекул
Реакция вызывается инициатором или катализатором, радикалами, ионами или комплексными соединениями. Реакция может подразделяться на стартовую реакцию, реакцию роста цепи и реакцию обрыва цепи Образование макромолекул происходит в течение относительно короткого промежутка времени. Промежуточные продукты не стабильны и не могут быть выделены
Относительная молекулярная масса не растет с увеличением времени реакции (рис. 1.3, л)
Реакции ступенчатого роста макромолекул
Началом реакции является соединение двух бифункциональных или полифункциональных молекул мономеров в димеры, которые реаги* руют с другими мономерами, образуя тримеры* или, реагируя с димерами, образуют тетрамеры и т.д.
Образование макромолекул происходит параллельно, во н течение относительно долгого промежутка времени. Промежуточные продукты относительно стабильны и могут быть выделены
Относительная молекулярная масса полимерных цепей увеличивается с увеличением времени реакции (рис. 1.3, 6)
Реакции ступенчатого роста макромолекул
Началом реакции является соединение двух бифункциональных или полифункциональных молекул мономеров в димеры, которые реаги* руют с другими мономерами, образуя тримеры* или, реагируя с димерами, образуют тетрамеры и т.д.
Образование макромолекул происходит параллельно, во н течение относительно долгого промежутка времени. Промежуточные продукты относительно стабильны и могут быть выделены
Относительная молекулярная масса полимерных цепей увеличивается с увеличением времени реакции (рис. 1.3, 6)
Рис. 1.3. Кривые изменения молекулярной массы во времени при цепном (〃) и ступенчатом (6) росте макромолекул
Рис. 1.3. Кривые изменения молекулярной массы во времени при цепном (〃) и ступенчатом (6) росте макромолекул
В макромолекулах полимеров повторяются низкомолекулярные единицы, называемые основными структурными элементами (звеньями). В результате соединения одинаковых или различных молекул мономеров как основных структурных элементов образуются макромолекулы
мономерCl бинилхлоридмономерCl бинилхлоридполимер
мономер
Cl бинилхлорид
мономер
Cl бинилхлорид
I^CHj-CH—CH —СН~СН£~СН)；С1| ci С1 I
где 〃 一 основной структурный элемент, О ——степень полимеризации, в —- макромолекула.
Полимер состоит из смеси молекул с одинаковыми структурными элементами, но различной относительной моле-
кулярной массой. Это свойство называется полимолекулярностью. Причиной полимолекулярности является статистический ход реакции образования макромолекул. “
Полимолекулярность ——характерное свойство высокомолекулярных соединений. Понятие "молекулярная масса высокомолекулярных соединений” Отличается от понятия '*мо- лекулярная масса низкомолекулярных соединений*\ Высокомолекулярные соединения характеризуются средней величиной молекулярной массы.
В зависимости от применяемого метода определения молекулярной массы могут быть получены различньте ее значе* ния. Если величина измеренной данной полимерной массы пропорциональна числу молекул, то получается среднее числовое значение Мп относительной молекулярной массы. Средне массовое значение молекулярной массы Mw дают методы, в основе которых лежит измерение эффектов, обусловленных размером макромолекул. _
Так как при определении среднемассового значения Mw более крупные макромолекулы сильнее влияют на измеряемую величину, то ”的 > Мп. При Mw = Мп все макромолекулы имеют одинаковую величину. Чем шире распределение по величине молекулярной массы, тем больше отношение М^Мп отклоняется от 1. Отношение Mw/Mn — 1 называется неоднородностью и и представляет собой меру полимолекулярности. Следствием полимолекулярности являются различные функции молекулярно-массового распределения (ММР). Чем шире и асимметричнее кривая ММР (рис. 1.4, кривая 1), тем больше разница между молекулярными массами полимерных молекул.
Синтез высокомолекулярных соединений направлен на получение макромолекул заданного химического строения, что позволяет создавать определенную физическую структуру полимера. Химическое строение макромолекул и физическая структура полимера обусловливают свойства полимерного материала и предопределяют возможности его использования.
В соответствии с областями применения высокомолекулярные соединения делят на пластики, эластомеры и волокнообразующие полимеры.
Пластики могут подразделяться на термопласты и дуро пласты (термореактивные полимеры).
Термопласты — это пластики, которые не теряют пластичности даже при многократном нагревании. Дуропласты представляют собой отверждаемые пластики, которые во время или после формования
Рис. 1.4. Кривые ММР:
— неоднородное распределение;
— однородное распределение
Важнейшие признаки пластиков, эластомеров и в олокнообразующих полям叩ов
ПластикиПластикиВ большинстве зто аморфные и стеклообразные полимеры, которые не имеют определенной точки плавления. При охлаждении полимеров, находящихся в пластическом состоянии, макромолекулы не могут перемещаться относительно друг друга под действием небольшой силы. При дальнейшем снижении температуры достигается стеклообразное состояние, при котором движение макромолекул прекращается. В этот момент можно зафиксировать температуру затвердевания или стеклованияВ большинстве зто аморфные и стеклообразные полимеры, которые не имеют определенной точки плавления. При охлаждении полимеров, находящихся в пластическом состоянии, макромолекулы не могут перемещаться относительно друг друга под действием небольшой силы. При дальнейшем снижении температуры достигается стеклообразное состояние, при котором движение макромолекул прекращается. В этот момент можно зафиксировать температуру затвердевания или стеклованияЭластомерыВ большинстве это каучукоподобные по- лимфы, которые обладают способностью при небольшом напряжении сильно растягиваться и,пе- реходить в ориентированное состояние. При снятии напряжения высокополимер возвращается спонтанно в первоначальное состояние, поскольку ме* молекулярные силы невелики или вследствие наличия редких сшивок между макро* молекуламиЭластомерыВ большинстве это каучукоподобные по- лимфы, которые обладают способностью при небольшом напряжении сильно растягиваться и,пе- реходить в ориентированное состояние. При снятии напряжения высокополимер возвращается спонтанно в первоначальное состояние, поскольку ме* молекулярные силы невелики или вследствие наличия редких сшивок между макро* молекуламиВолокнообразующиеполимерыВ большинстве зто кристаллические и высокоориентированные полимеры с высокой прочностью вдоль оси волокон. Предпосылками кристаллизации высокополим^)ов являются: симметрия химической структуры макромолекул и их способность располагаться параллельно друг Другу» регулярное пространственное расположение боковых групп атомов цепи, подвижность звеньев цепи, а также большие межмо* лекулярные силыВолокнообразующиеполимерыВ большинстве зто кристаллические и высокоориентированные полимеры с высокой прочностью вдоль оси волокон. Предпосылками кристаллизации высокополим^)ов являются: симметрия химической структуры макромолекул и их способность располагаться параллельно друг Другу» регулярное пространственное расположение боковых групп атомов цепи, подвижность звеньев цепи, а также большие межмо* лекулярные силы
Пластики
Пластики
В большинстве зто аморфные и стеклообразные полимеры, которые не имеют определенной точки плавления. При охлаждении полимеров, находящихся в пластическом состоянии, макромолекулы не могут перемещаться относительно друг друга под действием небольшой силы. При дальнейшем снижении температуры достигается стеклообразное состояние, при котором движение макромолекул прекращается. В этот момент можно зафиксировать температуру затвердевания или стеклования
В большинстве зто аморфные и стеклообразные полимеры, которые не имеют определенной точки плавления. При охлаждении полимеров, находящихся в пластическом состоянии, макромолекулы не могут перемещаться относительно друг друга под действием небольшой силы. При дальнейшем снижении температуры достигается стеклообразное состояние, при котором движение макромолекул прекращается. В этот момент можно зафиксировать температуру затвердевания или стеклования
Эластомеры
В большинстве это каучукоподобные по- лимфы, которые обладают способностью при небольшом напряжении сильно растягиваться и,пе- реходить в ориентированное состояние. При снятии напряжения высокополимер возвращается спонтанно в первоначальное состояние, поскольку ме* молекулярные силы невелики или вследствие наличия редких сшивок между макро* молекулами
Эластомеры
В большинстве это каучукоподобные по- лимфы, которые обладают способностью при небольшом напряжении сильно растягиваться и,пе- реходить в ориентированное состояние. При снятии напряжения высокополимер возвращается спонтанно в первоначальное состояние, поскольку ме* молекулярные силы невелики или вследствие наличия редких сшивок между макро* молекулами
Волокнообразующиеполимеры
В большинстве зто кристаллические и высокоориентированные полимеры с высокой прочностью вдоль оси волокон. Предпосылками кристаллизации высокополим^)ов являются: симметрия химической структуры макромолекул и их способность располагаться параллельно друг Другу» регулярное пространственное расположение боковых групп атомов цепи, подвижность звеньев цепи, а также большие межмо* лекулярные силы
Волокнообразующиеполимеры
В большинстве зто кристаллические и высокоориентированные полимеры с высокой прочностью вдоль оси волокон. Предпосылками кристаллизации высокополим^)ов являются: симметрия химической структуры макромолекул и их способность располагаться параллельно друг Другу» регулярное пространственное расположение боковых групп атомов цепи, подвижность звеньев цепи, а также большие межмо* лекулярные силы
затвердевают только после добавления определенных хими- катов.
Между пластиками, эластомерами и волокнообразующими полимерами существует ряд переходных состояний. Йапрп- мер, имеется ряд волокнистых полимеров, например полиами- ды и полиэфиры, которые используются как пластики, в то время как большинство пластиков из-за их недостаточной кристалличности не могут применяться в качестве волокон. Полиуретаны же в зависимости от их химического строения могут применяться в качестве волокон, эластомеров и пластиков.
Высокомолекулярные соединения также можно классифицировать и по геометрическому строению молекулярной цепи.
В соответствии с геометрическим строением молекулярных цепей высокомолекулярные соединения подразделяются на линейные, разветвленные и сшитые.
Линейные п о ли меры характеризуются такой формой молекул
Они способны кристаллизоваться, образовывать волок- на, ™ряду с кристаллическими веществами макромолекулы линеинои формы имеют некоторые пластики. Линейные полимеры растворимы. ，
Разветвленные полимеры имеют макромолекулы следующей формы
Разветвления сильно влияют на свойства полимеров, вызывают уменьшение кристалличности полимеров. Разветвления обнаруживаются у большинства пластиков.
Сшитым полимером свойственна такая форма молекул
Эти полимеры при нагревании не становятся пластичными. Они нерастворимы, но набухают в соответствующих растворителях. Степень набухания является функцией степени сшивания.
В соответствии с назначением материалы на основе высокомолекулярных соединений делят на пластмассы для массового использования, конструкционные материалы и специальные материалы.
Наибольшее применение для изготовления пластмасс нашли ПВХ и полиэтилен, для конструкционных материалов — полиуретаны и полиэфиры, а полиамиды и полисульфоны — для специальных материалов.
Полимеры для пластмасс значительно дешевле конструктивных материалов, а последние в свою очередь дешевле специальных материалов.
Свойства индивидуальных полимеров не всегда отвечают разнообразным требованиям к ним. Поэтому решающее значение приобретает вопрос о сочетании свойств, присущих индивидуальным полимерам. Имеется два пути, по которым можно получить полимерные материалы с заданными свойствами: синтез сополимеров из различных по своему химическому строению мономеров и механическое смешение индивидуальных полимеров. Механическое смешение полимеров имеет больше возможностей, чем их синтез. Однако при получении смесей полимеров необходимо учитывать, что только немногие из них обнаруживают термодинамическую совместимость. Смеси полимеров расслаиваются, но так как диффузия макромолекул протекает очень медленно, смеси полимеров во многих случаях кажутся кинетически стабильными.
Поливинилхлорид
Поливинилхлорид (ПВХ) занимает ведущее место в производстве искусственной кожи. В мировом производстве пластмасс он занимает второе место после олефинов и находит применение в очень многих областях, например в производстве труб, пленки, кабеля, роторов, деталей, отлитых под давлением, для получения уплотнительных масс, для защиты металлов от коррозии и в электротехнической промышленности. На производство искусственной кожи идет только небольшая часть общего выпуска ПВХ.
Значение ПВХ определяется прежде всего тем, что его свойства можно изменять в значительной степени путем до Явления в определенных соотношениях различных пластификаторов.
Несмотря на увеличение использования других полимеров, например полиуретанов, ПВХ и в дальнейшем не потеряет своего значения для изготовления искусственной кожи. Наоборот, возможности комбинирования его с другими полимерами откроют новые области применения в производстве иск усств енных кож.
Методы получения. ПВХ получают полимеризацией мономера винилхлорида. До начала 50-х годов винилхлорид получали только из ацетилена. Но с тех пор приобрело большое значение получение винилхлорида из этилена через дихлорэтан с последующим отщеплением хлорида водорода.
Из существующих шести методов получения винилхлорида особый интерес представляют два: классический метод, при котором исходным сырьем является ацетилен, и метод, при котором из этилена и хлора сначала получают дихлорэтан, а затем винилхлорид.
Комбинация этих двух методов в техническом отношении имеет большое значение, так как при втором методе образуется хлорид водорода, а при первом он потребляется. Метод получения винилхлорида из этилена осуществляется тремя промышленными способами, причем условия реакции могут быть разными.
Полимеризация винилхлорида в массе проходит по радикальному механизму и проводится вследствие низкой точки кипения мономера под давлением и при температуре 50°С, так как применяемые источники свободных радикалов (инициаторы) при этой температуре распадаются.
Основными промышленными способами получения ПВХ являются эмульсионный (латексный) и суспензионный. Этими способами получают 70—75% мирового производства ПВХ. В производстве искусственной кожи основную роль играет эмульсионный ПВХ, так как размер его зерен составляет 0,05—0,5 мкм, и поэтому он быстрее поглощает пластификатор, нежели суспензионный полимеризат с размером зерен 75— 150 мкм.
Кроме того, змульсмошпл访 ПВХ более теплостойкий, так
как содержит меньше полимеризационных вспомогательных средств, чем суспензионные полимеризаты.
Эмульсионная полимеризация протекает в системе, которая содержит, по крайней мере, четыре составные части: мономер, воду, эмульгаторы и инициаторы.
Мономер винилхлорид нерастворим в воде, и для равномерного его распределения в ней в качестве эмульгаторов (диспергаторов) применяются алкильные сульфонаты натрия, алкилакрильные сульфонаты и соли жирных кислот. Инициаторами полимеризации служат преимущественно водорастворимые вещества: персульфат калия, пероксид водорода, а также различные окислительно-восстановительные системы. Полимеризация проводится при относительно нпзко访 темпера- туре.
В аппарат для проведения полимеризации, снабженный мешалкой и охлаждаемым кожухом, непрерывно подается раствор эмульгатора, содержащий инициатор, а также мономер. По завершении процесса продукт реакции (латекс) сливается через отверстие в дне реактора. Избыточный мономер предварительно испаряется, как правило, с помощью водяного пара.
Полимерный латекс следует перерабатывать после добавки стабилизатора. Известны три метода выделения полимера из латекса:
коагуляция латекса путем добавления электролита с последующим отделением, а также промывкой и сушкой;
распылительная сушка (распыление латекса в горячем воздухе);
сушка латекса на вальцах (напыление на горячие вальцы).
Распылительная сушка является наиболее часто применяемым методом переработки ПВХ-латексов, причем нужно отметить, что при этом методе эмульгатор остается в полимеризате, что оказывает влияние на прозрачность пленки.
Различают жесткий и мягкий ПВХ. Жесткий ПВХ получают без добавления пластификаторов и наполнителей, и если в нем нет добавок, то он в физиологическом отношении безупречен. Мягкий ПВХ в отличие от жесткого вследствие добавления пластификаторов имеет другие механические свойства, о которых будет идти речь в разделе о пластификаторах.
Свойства. В пределах одного метода полимеризации могут варьироваться в значительных пределах параметры сырья, а следовательно, возможен различный размер частиц ПВХ или различное их распределение, что оказывает решающее влияние на свойства массы для нанесения покрытия. На размер частиц ПВХ оказывают влияние методы выделения полимера из поли- меризационной среды.
Молекулярная масса является основной характеристикой каждого полимера. Она определяет назначение ПВХ, например для получения столовой клеенки или прочной искусственной кожи для обуви, а также технологию его переработки.
Определение молекулярной массы является довольно
трудоемким делом и, как правило, на большинстве предприятий не проводится, хотя имеются приборы, которые дают воз- можность определять молекулярную массу за относительно короткое время. Мерой молекулярной массы является коно танта Фикентчера К, относительно легко и быстро определяемая вискозиметрическим методом. Величина К пропорциональна молекулярной массе. Так, например, ПВХ с К=70 используются для производства обувной искусственной кожи, ПВХ с К < 70 находят применение для получения искусственной ко- жи, к которой предъявляются менее высокие требования. Величина К зависит от температуры полимеризации: с ее увеличением К уменьшается, т.е. уменьшается и молекулярная масса.
Молекулярн о-м а с с о в ое распределение (ММР) наряду с величиной молекулярной массы является важной характеристикой полимера. Полимер, полученный техническим путем, состоит из смеси молекул одинакового состава, но различной молекулярной массы, вид и способ распределения которой оказывают влияние на свойства полимеров.
Определение величины молекулярной массы и распределение ММР как метод контроля свойств крайне редко используются в лабораториях промышленных предприятий. Определенным прогрессом явится дальнейшая разработка гель-про- никающей хроматографии как метода определения ММР. В международной практике этот метод применяется иногда для контроля процесса производетва и для контроля сырья.
Падаметры процесса полимеризации, а также параметры и способ выделения полимера оказывают большое влияние на величину частиц ПВХ и их распределение. Полимер выпадает в виде частиц неодинаковой величины, а их размеры колеблются в определенных пределах.
Если представить графически процентную долю частиц различного диаметра, то получим кривые, представленные на рис. 1.5. Такие кривые называются спектрами величины частиц. Кривые могут располагаться в р^личном диапазоне, максимум может быть также разным. Чем уже кривая распределения, тем однороднее величина частиц. Для определения распределения частиц имеется ряд методов, например светорассеяние, электронная микроскопия, метод улырацентрифугирования, ситовый анализ и т.д.
Величина частиц и ММР оказывают существенное влияние на переработку ПВХ в производстве искусственной кожи и представляют собой определяющие характеристики.
Вязкость и реологические свойства полимеров являются важными критериями их применения. По Ньютону, вязкость жидкости 1? при постоянной темпера-
Рис 1.5. Кривые распределения частиц ПВХ по величине
туре связана с приложенным касательным напряжением т и скоростью сдвига D соотношением:刀=т/П Это соотношение справедливо лишь при наличии идеального ламинарного потока. Системы, которые следуют закону Ньютона, называют ньютоновскими жидкостями. У остальных жидкостей (неньютоновских) вязкость зависитв значительной степени от скорости сдвига. Очень важным представляется поэтому измерение вязкости ПВХ-паст при определенных скоростях сдвига и сравнение соответствующих величин вязкости при одинаковой скорости сдвига.
Графическое изображение вязкости в зависимости от скорости сдвига воспроизводит реологическое аномальное поведение полимера. Из этой зависимости можно получить важные рекомендации по переработке ПВХ, Так, например, под структурной вязкостью понимают явление, когда измеренная кажущаяся вязкость в зависимости от примененного касательного напряжения или скорости сдвига с возрастанием нагрузки уменьшается и стремится к постоянной величине. Продолжительность воздействия не влияет на результат” измерения. Другая аномалия, вытекающая из функциональной зависимости вязкости от скорости сдвига, называется тиксотропией. Под этим понимают явление, когда измеренная кажущаяся вязкость жидкости уменьшается при механическом воздействии (перемешивание, пластикация) и продукт спустя определенное время в спокойном состоянии приобретает первоначальные свойства. Этот эффект можно назвать изотермическим превращением геля в золь путем механического воздействия, которое зависит от интенсивности механического воздействия и его продолжительности. Тиксотропия и структурная вязкость проявляются, как правило, вместе. Противоположный феномен называется дилатансией, те с увеличением скорости сдвига кажущаяся вязкость увеличивается.
Из сказанного можно сделать следующие выводы об измерении вязкости полимеров, в частности ПВХ: недостаточно измерять вязкость с помощью относительно простых приборов. Для адекватной характеристики реологических свойств таких систем необходимы следующие условия:
Измерение должно вестись в точно отрегулированном ротационном вискозиметре, с помощью которого могут быть измерены касательное напряжение и скорость сдвига, а продолжительность действия сдвига может поддерживаться постоянной. Сравнение данных измерения возможно только тогда, когда они получены при одинаковых условиях. “
Необходимо знание реологических свойств в широком интервале значений скорости или напряжения сдвига, которое можно приобрести путем их измерения и выражения в виде кривых текучести (скорость сдвига — напряжение сдвига) или в кривых вязкости (кажущаяся вязкость — скорость сдвига или напряжение сдвига).
Временной эффект изменения вязкости может быть определен при наличии тиксотропии или дилатансии путем построения так называемых петель гистерезиса — измерение кажущейся вязкости с возрастающей и затем с уменьшающейся
скоростью сдвига. На вязкость ПВХ-паст оказывает сильное влияние метод полимеризации.
Различие в структуре частиц ПВХ и в их распределении по величине, обусловленное тем или иным методом полимеризации, влияет на текучесть ПВХ-паст. Так, эмульсионные ПВХ-пас- ты обладают тиксотропными свойствами, в то время как пасты, полученные комбинированным эмульсионно-суспензионным методом, в большинстве случаев обнаруживают дилатантные свойства.
Критическая температура растворения ПВХ имеет особое значение для производства искусственной кожи. Это температура, при которой смесь определенных количеств ПВХ-порошка и пластификатора становится прозрачной. Критическая температура растворения соответствует температуре желирования. Она зависит от молекулярной массы полимера.
Влажность и содержание летучих представляют собой параметры характеристики ПВХ-пены и имеют большое значение для получения вспененной искусственной кожи. На практике подтвердилось, что при содержании влаги более 0,2% невозможно достичь оптимального вспенивания (табл. 1.2).
При определении влажности необходимо проверить, учитывается ли только содержание воды, что возможно, например, по методу Карла Фишера, или, как при методе еушки, определяются и другие летучие.
Показатели свойств различных типов ПВХ для получения пластмасс
Показатель
ПВХ Е-66
Виннол Е-68СП
Сольвик 336
Be столит Е-7001
Величина К
Содержание, %
6X9
—
74
70
эмульгатора
2,5
1,2
1,6
2,5
летучих
0,18
0,1
ОД
0,4
Влажность, %
Распределение частиц по величине, %
1,8
0,5
0,3
2,9
50 мкм
6,5
8,4
1,4
2,4
50—100 мкм
78,9
73,7
40,5
41,3
10 мкм
14,6
14,9
58,1
56,0
Гигроскопичность ПВХ находится в тесной
связи с содержанием эмульгатора в ПВХ-порошке. С увеличением содержания эмульгатора увеличивается водопоглощающая способность порошка, что, конечно, нежелательно. Поэтому нужно хорошо упаковывать ПВХ-порошок, а также во время иолим叩изации поддерживать содержание эмульгатора на возможно более низком уровне.
Содержание эмульгатора в ПВХ влияет на степень прозрачности бесцветных или прозрачных пленок, например покрытий для полов. Определение содержания эмульгатора производится путем экстрагирования эмульгатора во-
1,3. Показатели свойств различных типов ПВХ для метода каландрования
Показатель
ПВХ С-60
Вестолит С-6554
Квирвил С-60
ПВХ С-70
Величина К
60
65
60
70
Распределение частиц по величине, % менее 90 мкм
59
42,3
62,8
89,4
90 мкм
23,3
43,0
10,9
6,4
125 мкм
12,8
12,8
9,5
2,6
160 мкм
4,9
1,9
16,8
总
Поглощение пластифика-
58
96
73
ОО
тора, %
Теомостабильность
ПВХ
зависит от
метода
полимеризации, а также введенных в полимер добавок.
Существует еще ряд параметров, которые имеют значение лишь в отдельных случаях. Так, например, при получении вспененной искусственной кожи принято проверять способность вспенивания специального ПВХ.
Оптимальные параметры переработки, а также оптимальные свойства готовых изделий могут быть достигнуты лишь при использовании соответствующего сырья. Так, чистые типы суспензионного и крупнозернистые типы эмульсионного ПВХ применяются в технологии каландрования, экструзии, каши- рования. Получение наносных паст и их переработка по технологии нанесения требуют применения тонкозернистых ПВХ, полученных эмульсионным или комбинированным эмуль- сионноч;успензионным методом (табл. 1.3).
1.4.3. Полиуретаны
Разработка синтезов полиуретанов позволила значительно расширить области применения полимеров. Ни одни синтетические полимеры не нашли за короткое время такого широкого использования, как полиуретаны. Причина заключается в том, что полиуретаны представляют собой класс полимеров, которые могут быть получены из большого разнооб啓зия мономеров (полиизоцианатов и многоатомных спиртов). Этим они отличаются от других полимеров, например от ПВХ, который может быть получен только из одного мономера — винилхлорида.
Полиуретанами называются полимеры, которые имеют характерную группировку —N Н — СО — О —.
Большинство полиуретанов имеет, кроме того, и другие группировки в макромолекуле. Это объясняется тем, что наряду с различными многоатомными спиртами как компонентами, используемыми при синтезе полиуретанов, находят применение также полиамиды (диамиды) и другие соединения. Поэтому понятно многообразие строения полиуретанов и многообразие областей их применения.
3333Полиуретаны широко используются в производстве мяг-
33
33
3- Зак. 1488
кого и твердого вспененного полиуретан^, для получения лака, эластомеров, волокон, пленочных покрытий для одежных материалов, для изготовления обувной микропористой искусственной кожи.
И хотя полиуретан вытеснил в определенных областях ^старые59 искусственные материалы и открыл новые области применения, .объем его производства значительно меньше, чем объем производства крупн©тоннажных полимеров (полиолефинов, ПВХ, полистирола). Хотя сейчас невозможно представить производство определенных типов искусственной кожи без полиуретана, доминирующая роль по-прежнему принадлежит ПВХ как важнейшему пленкообразователю при изготовлении искусственной кожи.
Основы химии полиуретанов. Полиуретаны принадлежат к группе полимеров, получаемых ступенчатой полимеризацией (полиприсоединением). Полиприсоединение как химическая реакция образования макромолекул имеет много преимуществ по сравнению с цепной полимеризацией и поликонденсацией. При ступенчатой полимеризации участвующие компоненты реагируют в мягких условиях реакции практически количественно. Часто можно получать вещества с заданным химическим строением. В зависимости от функциональности партнеров реакции могут быть получены линейные термопластичные или сильно сшитые термореактивные конечные продукты. Тем самым удается приблизиться к цели получения полимеров с заданными свойствами.
Уретановая группировка — NH — СО — О —, которая возникает при взаимодействии изоцианатов со спиртами, дала имя всему классу веществ, хотя большинство промышленных полиуретанов содержат и другие химические группы, например простые и сложные эфирные группы.
Признаком изоцианатов является наличие химической группы — N = С = О. Изоцианаты исключительно реакционноспособные соединения. Они реагируют со всеми соединениями, которые содержат подвижные (активные) атомы водорода.
Реакции изодаанатов, которые имеют значение для получения полиуретанов
1 R-N=C=O + ®—°-史► r—NH—C0—0—R'
спиртспирт2. R-N=C = O +2. R-N=C = O +уретан
спирт
спирт
2. R-N=C = O +
2. R-N=C = O +
3. R—N=C=O +3. R—N=C=O +R-NH-CO-NH-R'замещеннаямочевина
3. R—N=C=O +
3. R—N=C=O +
®OOC-R'► R—NH-CO—R + CO
органическая амиддиоксид
кислота.карбоновой иглвоодо.
кислоты ,产
、
r-nh2+ co2 амин диоксид углеродаr-nh2+ co2 амин диоксид углеродаR—N=C=O + (H)-0~(H) вода
r-nh2+ co2 амин диоксид углерода
r-nh2+ co2 амин диоксид углерода
R-N=C=O + 7>-Х► R-NH—CO-NH-R'
® ОШНзамеи^нноя
мочебина
где R к R7 - угледодороднные остатки
Особое значение имеет реакция взаимодействия изоцианатов с водой (реакция 4), так как эта реакция может протекать при хранении изоцианатов, а также в значительной степени влиять на ход реакции образования полиуретанов с вьоделением диоксида углерода и появлением пузырьков (раковин) в изделии. Если же эта реакция протекает под контролем, то удается получить вспененные продукты, в которых диоксид углерода действует как порообразователь (вспенивающий агент), а образующиеся мочевинные группы удлиняют молекулярные цепи (реакция 5).
Скорость реакций присоединения зависит главным образом от реакционной способности соединения, содержащего активный водород. Скорость реакции снижается с уменьшением основности присоединяемого соединения.
Гидроксилсодержащие соединения являются главными партнерами реакции изоцианатов в химии полиуретанов. Это объясняется тем, что их реакционная способность находится в технологически благоприятной области температуры и скорости. Реакционноспособность изоцианатов различна (рис. 1.6-1.8).
^^\ Acucpamu皿киИ углеводородный остаток ^3^ АрОЕагпаческиИ углеводородный о с та тон^^\ Acucpamu皿киИ углеводородный остаток ^3^ АрОЕагпаческиИ углеводородный о с та тонРис. 1.6. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности различных химических соединений в реакциях присоединения диизоцианатовРис. 1.6. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности различных химических соединений в реакциях присоединения диизоцианатов
^^\ Acucpamu皿киИ углеводородный остаток ^3^ АрОЕагпаческиИ углеводородный о с та тон
^^\ Acucpamu皿киИ углеводородный остаток ^3^ АрОЕагпаческиИ углеводородный о с та тон
Рис. 1.6. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности различных химических соединений в реакциях присоединения диизоцианатов
Рис. 1.6. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности различных химических соединений в реакциях присоединения диизоцианатов
Ароматиуесний угле6о^ороднь1и'остаток厂Ароматиуесний угле6о^ороднь1и'остаток厂Ac ки〃Ac ки〃ZV^S 4〃"〃〃ZV^S 4〃"〃〃0勿""0勿""Гидрааронатический 夕＜?〃е6〃^7〃加占/乙 оста/понГидрааронатический 夕＜?〃е6〃^7〃加占/乙 оста/понРис. 1.7. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности диизоцианатов в реакциях получения полиуретановРис. 1.7. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности диизоцианатов в реакциях получения полиуретанов
Ароматиуесний угле6о^ороднь1и'
остаток厂
Ароматиуесний угле6о^ороднь1и'
остаток厂
Ac ки〃
Ac ки〃
ZV^S 4〃"〃〃
ZV^S 4〃"〃〃
0勿""
0勿""
Гидрааронатический 夕＜?〃е6〃^7〃加占/乙 оста/пон
Гидрааронатический 夕＜?〃е6〃^7〃加占/乙 оста/пон
Рис. 1.7. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности диизоцианатов в реакциях получения полиуретанов
Рис. 1.7. Схематическое изображение сравнительной реакционной способности диизоцианатов в реакциях получения полиуретанов
Рис. 1.8. Схематическое изображение изменения термической устойчивости полиуретанов в зависимости от химической природы компонентов, вступающих в реакции получения полиуретанов
Для образования макромолекул необходимы, по крайней мере, бифункциональные мономеры.
Линейные макромолекулы, которые получаются из би- функциоиальиых соединений, имеют термопластичный характер и могут образовывать волокна. Путем добавления трифункцио- нальных партнеров реакции в зависимости от их количества в смеси получают слабо сшитые полимеры со свойствами эластомеров или сильно сшитые термореактивные продукты.
При избытке одного компонента реакции можно получить про межу то чные продукты, так называемые преполимеры, которые имеют в качестве концевых групп функциональные группы, принадлежащие компоненту, находящемуся в избытке. Тем самым становится возможным дальнейшее направленное удлинение цепи.
В отношении термической устойчивости полиуретанов нужно отметить, что полимеры, полученные из алифатических изоцианатов и первичных спиртов, являются наиболее устойчивыми.
Получение мономеров. Ранее упоминалось о том, что для получения полиуретанов используется ряд мономеров, поэтому следует выбрать типичные и дать их характеристику.
Получение изоцианатов происходит на практике путем фосген^фования первичных аминов.
Синтез изоцианатов требует очень больших технологических затрат, поэтому во всем мире работают над упрощением технологических методов.
Из ряда диизоцианатов, служащих мономерами при синтезе полиуретанов, нужно упомянуть два:
ди фенил ме тан-4,4 -диизоцианат, представляет собой твердый продукт, содержит небольшую долю 2,4-изомера. Он используется при синтезе большого количества полиуретанов, применяемых в производстве искусственной кожи;
2,4-толуилендиизоцианат (ТДИ), поставляется обычно в виде смеси 2,4- и 2,6-изомеров, наиболее применимый изоцианат. Особое значение для получения искусственной кожи имеют алифатические изоцианаты, которые дают полиуретаны с хорошей светостойкостью.
Для характеристики изоцианатов наряду с вязкостью, содержанием NCO-групп, изомеров и другими свойствами используется также температура плавления (для твердых продуктов) как критерий степени чистоты.
Изоцианаты легко реагируют с водой. Даже влага воздуха, с которым соприкасается изоцианат при переливании, способствует образованию по лимо че вины, которая в свою очередь ведет к помутнению и выделению осадка.
Если в качестве мономеров — диизоцианатов используется несколько соединений, то число применяемых гидроксилсодержащих соединений (диолов) увеличивается многократно. Это объясняется тем, что эти мономеры могут быть получены с меньшими технологическими затратами, чем изоцианаты.
Диолы можно подразделить на две основные группы: простые полиэфирные спирты (диолы), сложные полиэфирные спирты (диолы). Это в большинстве своем высокомолекулярные соединения, содержащие не менее двух концевых ОН-групп в молекуле. Они синтезируются из мономерных исходных веществ обычными методами получения простых или сложных полиэфиров.
Эти две основные группы соединений находят применение в промышленности искусственной кожи для получения высококачественных полиуретанов, причем полиуретаны из сложных эфиров приобрели сейчас в нашей отрасли промышленности большое значение. Для получения сложных полиэфирных спиртов в качестве кислотного компонента из экономических соображений часто используется адипиновая кислота, или фталевый ангидрид.
В качестве двухатомных спиртов находят применение
этиленгликоль и его производные, бутан диолы, гександиол (1,6), дапропиленгликоль и другие соединения.
Получение сложных полиэфирных спиртов (диолов) в технике происходит путем прямой конденсации соответствующих компонентов.
При избытке двухатомного спирта получают сложный полиэфирный спирт (с концевыми ОН-группами).
Молекулярные массы полиэфирных диолов находятся, как правило, в пределах 20003000. Для их характеристики используются наряду с молекулярной массой также вязкость, кислотное число, гидроксильное число, содержание воды и другие показатели.
Образование полимеров. Полиуретаны получают путем ступенчатой реакции полиприсоединения из трех основных компонентов: высокомолекулярного сложного или простого полиэфира с концевыми гидроксильными группами (диола), даизоцианата, удлинителя цепи в виде низкомолекулярного гликоля, воды или диамина (рис. 1.9). В зависимости от соотношения диола и диизо цианата образуются линейные, разветвленные или псшитыеп (трехмерные) полимеры.
При избытке диизоцианата синтезируются разветвленные и поперечно сшитые полимеры. Существует сложная зависимость между скоростью роста цепи и поперечной сшивкой, что не позволяет точно контролировать реакцию.
В технике получение полиуретанов производится применительно к дальнейшему использованию этих полимеров: литьевые, вальцуемые термопластичные, ячеистые, поромерные (микропористые), напыляемые и волокнообразующие.
В производстве искусственной кожи могут использоваться полиуретаны, получаемые в среде растворителя, в дисперсии и в расплаве. При синтезе полиуретанов в расплаве образуется продукт, который после охлаждения можно измельчить в гранулы.
Определяющим признаком гранулированного полиуретана для получения синтетической кожи является полная растворимость гранулята, который можно получить с помощью экструдера. ”
В последнее время уделяется большое внимание получению водных дисперсии полиуретанов. Особенностью дисперсий полиуретанов является возможность их получения без специально вводимых стабилизирующих средств, так как дисперс-
Рис. 1.9. Упрощенная схема получения полиуретанов в растворе на основе сложных полиэфирных спиртов (диолов)
ная фаза состоит из линейных полиуретановых иономеров, способных при определенных условиях образовывать в воде ионные центры, которые придают у сто йчив о сть водным дисперсиям. Применение дисперсий полиуретана исключает необходимость применения токсичных и огнеопасных растворителей.
При получении полиуретанов в растворе реакция протекает в среде растворителя, в котором растворяются полиэфирдиол и диизоцианат. Взаимодействие этих веществ приводит к образованию преполимера, к которому добавляется удлинитель цепи и получается полиуретан. Основными параметрами контроля за ходом синтеза является содержание изоцианатных групп, вязкость и температура.
Свойства полиуретанов. Основными свойствами полиуретанов, которые определяют возможность их использования в производстве искусственных кож, является величина молекулярной массы, ММР и растворимость в органических растворителях. Последнее связано с тем, что большинство полиуретанов, применяемых для получения искусственной кожи, перерабатывается из растворов. Для полиуретанов, так же как и для других полимеров, существует зависимость растворимости от величины молекулярной массы: растворимость ухудшается с увеличением молекулярной массы. Это касается не только полиуретана в виде гранулята, который растворяется для даль； нейшей переработки, но и продукта, полученного в результатё полимеризации в растворе.
Для суждения о применимости полиуретана в производстве искусственной кожи необходимо определить вязкость их разбавленных растворов, по которой можно судить о величине молекулярной массы полимера, а по изменению вязкости конденсированных растворов в зависимости от напряжения или скорости сдвига — о поведении растворов в технологическом процессе нанесения полимерного раствора на волокнистую основу. “
Полиуретаны в зависимости от областей их применения имеют различную твердость, подразделяя их на мягкие и жесткие полиуретаны. Количественно твердость определяют по Шору. При определении твердости по Шору вдавливают в испытуемый материал стальной штифт и измеряют сопротивление вдавливанию.
Механические свойства полиуретанов зависят от химического строения полимера и его молекулярной массы. Принято изготавливать из о пре де ленно го раствора полиуретана пленки и проводить испытание их механических свойств. Прочностные свойства полиуретанов и износостойкость искусственных кож являются важными показателями, характеризующими возможность получения искусственных кож на волокнистой основе с полиуретановым покрытием. “
Особенностью полиуретановых покрытий является подверженность более или менее сильному гидролизу. Исследования подтвердили предположение о том, что пот усиливает гидролиз, вызывающий расслоение полиуретанового покрытия. Отдельные виды полиуретанов обладают различной устойчи-
востью к гидролизу. Было обнаружено, что полиуретаны, полученные из простых полиэфирных диолов, имеют меньшую восприимчивость к гидролизу, чем полиуретаны из сложных полиэфирных диолов. В качестве стабилизатора для предотвращения гидролиза покрывного слоя из полиуретана применяются карбодиимиды и поликарбодиимиды.
Использование полиуретанов. В промышленности искусственных кож находят широкое применение специальные типы полиуретанов.
Однокомпонентные полиуретаны представляют собой нереакционноспособные линейные полимеры, построенные из неразветвленных длинных цепей. Исходные продукты, использованные для их получения, состоят, как правило, из диизоцианата, сложного или простого полиэфирного диола и партнера реакции (удлинителя) с низкой молекулярной массой. Эти полиуретаны могут перерабатываться как из растворов, так и в виде термопластов. Однокомпонентные полиуретаны могут выпускаться изготовителем или в виде гранул, или в растворе.
Однокомпонентные полиуретаны часто растворимы только в высокополярных растворителях, таких, как диметил- формамид, тетрагидрофуран, метилэтилкетон. В большинстве это токсичные растворители, поэтому при работе с ними необходимо точно соблюдать соответствующие инструкции.
Однокомпонентные линейные термопластичные полиуретаны можно перерабатывать при нагревании как термопласты. При комнатной температуре они эластичны (как каучук). При нагревании силы между макромолекулярными цепями полимера ослабляются, но при охлаждении прочность их восстанавливается. Поэтому термопластичный полиуретан можно многократно переводить в пластичное состояние и переформовывать. Преимущество этого материала заключается в том, что его переработка не требует растворителя, что позволяет использовать для получения издели访 валковые дробилки, плавильные валковые агрегатьх, экструдеры.
Двухкомпонентные полиуретаны — это реактивные жидкие промежуточные продукты, для превращения которых в конечный продукт необходим второй компонент (диизоцианат) в качестве удлинителя, катализатора и сшивателя.
Следует обратить внимание на то, что двухкомпонентные полиуретаны могут храниться до обработки только 4—12 ч.
Реактивная пена может найти применение в качестве нижнего или промежуточного слоя покрытия. Путем
X.4. Преимущества и недостатки применения полиуретанов в промышленности искусствеиной кожи
Полиуретаны
Преимущества
Недостатки
Область применения
Однокомпонент-
Время хранения
Растворимы
Обувная, обивочная, галантерей-
ные
раствора не
только в высо-
ограничено.
кополярных и
ная, одежная ис-
Кожа может подвергаться тиснению. Смесь с другими полимерами возможна
токсичных растворителях. Необходимость контроля ПДК. Взрывоопасны
кусственная кожа
Двухкомпонент-
Нетоксичные
Ограниченное
Обувная, галан-
ные
растворители.
время хранения
терейная, одеж-
Хорошее сцеп-
смеси раствора.
ная искусствен-
пение с основой. Возможность получения полиуретановой вспененной иск усств енной кожи
Трудности, связанные с хранением.
Тиснение кожи возможно только в определенный отрезок времени .
ная кожа
Дисперсии
Не содержат
Не удовлетво-
Галантерейная
растворителя,
ряют более вы-
и одежная ис-
за гр язняю щего окружающую среду.
Невзрывоопасны
соким техническим требованиям.
Малая стабильность
кусственная кожа
выбора специальных типов изоцианата, а также продуктов, содержащих гидроксильные группы, можно получать вспененный полиуретан при нанесении покрнти访.
Для производства реактивной пены используют низковязкий полиэфирный многоатомный спирт с добавками, пастообразный полиэфир уретан с добавками, сшивающи 访 агент, содержащий изоцианатные группы. Необходима особая технология смешивания этих компонентов. Путем варьирования исходных компонентов можно получить пену различно访 степени мягкости.
Очень высокие требования предъявляются к условиям хранения веществ, особенно сшивающих веществ.
Области применения полиуретанов, их преимущества и недостатки приведены в табл. 1.4.
Полиэтилен
Из полиэтилена получают главным образом пленки. Эти пленки прозрачны, морозостойки, не ядовиты и могут пропускать газ, благодаря чему они применяются в основном для упаковки, в том числе для упаковки продуктов питания. Изделия из полиэтилена незаменимы в электротехнике и в быту.
В промышленности искусственно访 кожи полиэтилен перерабатывается с помощью плавильных валков. Из него изготав-
ливают материал для штор и обложки для книг. Для получения высококачественной искусственной кожи (искусственной кожи для од殊ды, обуви, галантерейной и обивочной) полиэтилен не используется.
Полиэтилен является термопластом. Он может изготовляться из этилена методом высокого, среднего или низкого давления.
Полимеризация методом высокого давления протекает в реакторах в присутствии кислорода или других радикалообразующих инициаторов при температуре от 150 до 320° С и давлении от 150 до 300 МПа. Применяются главным образом реакторы с мешалкой и трубчатые. В первых достигается глубина полимеризации до 18, во вторых — до 23%.
•При методе' среднего давления этилен полимеризуется при температуре от 50 до 150° С и давлении 2—8 МПа в присутствии твердых катализаторов и наполнителей (оксидов хрома, диоксида кремния или соединений алюминия).
При методе низкого давления этилен полимеризуется при нормальном давлении с применением металлоорганических смешанных катализаторов (катализаторы Циглера-Натта), представляющие собой системы из тетрахлорида титана и алкилов или алкилгалогенидов алюминия. Полимеризация проводится в парафиновых, ароматических углеводородах и других подобных растворителях.
Полиэтилены разных методов получения отличаются по своим механическим свойствам и по технологии переработки продуктов. В табл. 1.5 приводится несколько важных показателей свойств полиэтилена разных методов получения.
L5. Свойства полиэтилена в зависимости от метода получения
Показатель
Метод высокого давления
Метод среднего давления
Метод 1шз- кого давления
Молекулярная масса Кристалличность, % Плотность, г/см3 Температура плавления,
2-104 — 105 50-70 0,915-0,935 105—115
2-104 — 5-105 80 — 95 0,95-0,97 134-136
105 — 3*10б 65-80 0,945—0,955 125-130
Предел прочности, Па при растяжении при разрыве
Число разветвлений СНз на 1000 атомов С
900—1500 1000—2300 10-35
2400—3300 2000—2300 1-2
2000-2600 1800-2700 3-10
Следует отметить, что наряду с методами получения большое влияние на свойства конечных продуктов оказывают условия полимеризации. Так удалось полимеризовать этилен при высоком давлении и получить полиэтилен^ который обладает свойствами полиэтилена низкого давления. И наоборот, при полимеризации при низком давлении удавалось получать полиэтилен со свойствами, схожими со свойствами полиэтилена, полученного при высоком давлении.
являются следующие: нетоксичность, устойчивость к действию слабых кислот, слабых и сильных щелочей, сложных эфиров и спиртов; неустойчивость к действию простых эфиров, хлора, циклогексанона, фенола; наличие грифа, напоминающего воск; способность свариваться.
Полиамиды
Полиамиды подобно полиуретанам образуют большой класс веществ. Они являются продуктами поликонденсации алифатических диаминов и алифатических ди карбоновых кислот и характеризуются наличием группировки — СО — NH —.
Группировки — СО — NH — образуют между макромолекулами водородные мостики, что приводит к высоким механи- ческим свойствам полимеров. Механические свойства новы- шаются с уменьшением числа групп СН2 в полимерной цепи.
Различные полиамиды характеризуются числом атомов углерода между группами — NH — СО —・
Наиболее интересными в техническом отношении полиамидами с наименьшим числом атомов углерода между группами —NH — СО — являются полиамиды 6 и 6,6, которые обнаруживают наивысшие механические свойства. Недостаток полиамидов 6 и 6,6 заключается в их относиуельно высокой водопоглощаемости и большом содержании экстрагируемых составных частей.
Так как значение полиамидов для промышленности искусственной кожи в настоящее время невелико по сравнению с остальными полимерами, то не следует останавливаться на отдельных деталях. Применение полиамидов в промышленности искусственной кожи в настоящее время ограничивается двумя областями: изготовление лаков для отделки, применение волокон для текстильной основы.
Поливинилацетат
Подобно полиамиду поливинилацетат не имеет большого значения для промышленности искусственных кож. В чистом виде он слишком хрупкий, в присутствии пластификаторов слишком клейкий, поэтому широко применяется лишь для получения некоторых видов покрытий.
Поливинилацетат с небольшим количеством пластификатора применяется в качестве клея без растворителя (так называемый клей-расплав), а также для получения печатной краски (пасты). Поливинилацетат в виде дисперсий используется для получения низкосортных но甯ытий, а в виде клея — для упрочнения нетканого полотна. Такие покрытия неустойчивы к действию воды, поэтому их надо покрывать лаком.
Синтез мономера — винилацетата — осуществляется путем взаимодействия ацетилена и уксусной кислоты или зтиленя и уксусной кислоты в присутствии кислорода.
Поливинилацетат получают полимеризацией винилацетата,
которую осуществляют различными техническими способами. Полимеризация винилацетата может происходить в массе, растворе, суспензии и эмульсии.
Поливинилацетат в виде сырья подвержен холодному течению (хладотекучести), т.е. при хранении в нормальных условиях или под давлением отдельные частички полимеров склеиваются и изменяют свою форму.
Полиакрилаты
Полйакрилатами называют полимеры, которые получаются путем полимеризации производных акриловой кислоты (алифатических сложных эфиров, амидов, нитрилов),
Благодаря своим ценным свойствам полиакрилаты используются в очень многих отраслях хтоомышленности, например в лакокрасочной, строительной, бумажной, кожевенной, текстильной, а также в производстве клеев. ,
Путем выбора вида и количества способных полимеризоваться мономеров можно в широких пределах изменять свойства получаемых полимеров и сополимеров.
Дисперсии полиакрилатов. Дисперсии полиакрилатов получают эмульсионной полимеризацией. Малорастворимые в воде мономеры тщательно диспергируются в водной фазе, содержащей стабилизационную систему, и полимеризуются с помощью соответствующих инициаторов.
В дисперсиях полиакрилата дисперсная фаза состоит из гомополимеров или сополимеров различных сложных эфиров акрилата, частично в комбинации с другими акриловыми соединениями или винильными мономерами. Диспер сионно й средой служит вода. Для стабилизации дисперсий полиакрилата в процессе получения дисперсий путем эмульсионной полимеризации применяют анионоактивные или неионогенные ПАВ.
Для переработки дисперсий имеет значение то обстоятельство, что часть из них содержит реакционноспособные группы, которые, с одной стороны, влияют на определенные свойства дисперсий (регулирование вязкости), а с другой, позволяют с помощью дополнительных реакций направленно изменять свойства получаемых пленок.
При этом можно выделить две группы дисперсий:
дисперсии, содержащие в полимеризате карбоксильные группы, которые могут взаимодействовать с веществами, реагирующими с карбоксильными группами. Изменяя число этих групп в полимере, можно регулировать его вязкость;
дисперсии, содержащие в полимеризате гидроксильные группы, которые соответственно могут реагировать с веществами, реагирующими с этими группами.
Свойства полимерных дисперсий можно разделить на две группы:
коллоидно-химические свойства, т.е. свойства, которые являются специфическими для дисперсной системы: величина частичек, реологические свойства, устойчивость системы к различным воздействиям (сдвигового усилия, температуры,
химическим и т.д.), способность совмещаться и смешиваться с другими веществами, образовывать пены и т.д.;
свойства, которые являются специфическими для полимеров, содержащихся в дисперсии, способность после испарения воды образовывать пленки. .
Мслерсии полиакрилатов представляют собой белые низковязкие жидкости со слабым характерным запахом. При нанесении на основу они образуют пленку. В противоположность растворам полимеров процесс образования пленки из дисперсий полиакрилатов не является непрерывным, что влечет за собой ряд особенностей, которые необходимо учитывать.
Реологические свойства являются важной характеристикой дисперсий. Течение дисперсионной среды дисперсии осложняется наличием диспергированных частиц и зависит от общего объема и формы последних. Нешарообразные частицы ориентируются в процессе течения, причем с увеличением скорости сдвига уменьшается вязкость (аномалия вязкости — структурная вязкость).
Для суспензии с шарообразными частицами справедливо следующее соотношение между относительной вязкостью т?оти и объемной долей диспергированного вещества Ф: т?Отн = =1 + 2,5Ф.
При этом относительная вязкость представляет собой отношение вязкости дисперсии к вязкости среды, а объемная доля диспергированного вещества определяется как отношение объема диспергированных частиц к объему дисперсии.
Это соотношение справедливо при небольшой, концентрации дисперсии и шарообразной форме частиц, что нехарактерно для дисперсий полимеров, поступающих в продажу. Как правило, вязкость дисперсий при равной концентрации тем выше, чем меньше размер содержащихся в них частиц и при условии, что отсутствуют агрегаты частиц. Молекулярная масса полимера слабо влияет на реологические свойства дисперсий, т.е. вязкость почти не зависит от степени полимеризации диспергированного полимера.
Многие области применения дисперсий требуют увеличения их вязкости. При повышении вязкости путем загущения щелочами или добавления других загустителей обнаруживаются аномалии текучести (например, структурная вязкость или тиксотропия, а в отдельных случаях и антитиксотропия).
При измерении вязкости дисперсий полиакрилатов имеют место особенности, приведенные на с. 31, на которые необходимо обращать внимание.
Загущение дисперсий щелочами широко используется в промышленности. Предпосылкой для загущения дисперсий путем добавления разбавленного раствора щелочи является наличие в полимере свободных карбоксильных групп. При этом нужно учитывать, что аммиак — самый сильный загуститель. По мере ослабления загущающей способности щелочи можно расположить в такой последовательности: гидроксид натрия, гидроксид калия, карбонат натрия, триэтаноламин,
триэтиламин. Концентрацию загустителя нужно подбирать в зависимости от типа дисперсии, чтобы избежать образования комков.
Наряду со щелочами в качестве загустителей применяются высокомолекулярные водорастворимые полимеры, такие, как производные' целлюлозы, раствор казеина или поливинилового спирта, растворы полиакриловых кислых солей и т.д. При этом растворы казеиновый и поливинилового спирта действуют одновременно как стабилизирующий защитный коллоид.
Увеличение вязкости может быть достигнуто путем добавления высокодисперсных гидратированных кремниевых кислот. Даже незагущаемые дисперсии с их помощью могут быть доведены до сметанообразной консистенций.
При получении загущенных смесей дисперсий полиакрилатов смешивание необходимо проводить в тихоходной мешалке. В мешалку не должен засасываться воздух, так как из загущенной дисперсии почти .невозможно удалить воздушные пузырьки.
Дисперсии полиакрилатов вследствие высокой энергии на поверхности раздела, обусловленной высокой дисперсностью полимерных частиц, являются термодинамически нестабильными системами. Они стремятся путем агрегирования уменьшить поверхность раздела и тем самым перейти в термодинамически более стабильное состояние. То сопротивление, которое дисперсия оказывает необратимому объединению частиц (коагуляции) при различных условиях, называется стабильностью (устойчивостью) дисперсии.
Полиакрилаты в виде лаков. Свойства сложного эфира полиакриловой кислоты в значительной степени зависят от структуры соответствующих мономеров, что дает возможность получить полиакрилаты с различной степенью твердости. Наибольшей твердостью обладает сложный эфир метилового спирта, наименьшей — сложный эфир пропилового спирта. Сложные эфиры метакриловой кислоты тверже, чем соответствующие сложные эфиры акриловой кислоты. Полиакрилаты и полученные из них продукты имеют следующие характерные свойства: хорошую растворимость в большинстве растворителей (кетоне, сложных эфирах и др.), хорошую стойкость при действии светопогоды, хорошую устойчивость к действию масел и жиров, хорошие гигиенические свойства, большую прозрачность. Эти свойства полиакрилатов предопределяют их использование для отделки искусственных кож.
Пластификаторы
В зависимости от количества введенного пластификатора материалы на основе ПВХ могут быть жесткими и мягкими. Если ПВХ не содержит пластификатора, то между цепями его молекул существуют значительные межмолекулярные дипольные силы взаимодействия, обусловленные наличием атомов хлора. Эти силы обеспечивают жесткость и твердость ПВХ.
Жесткий ПВХ имеет прочность при разрыве 4000 — 4500 МПа и удлинетие от 20 до 100% и непригоден для производства искусственных кож.
Температуру, при которой происходит размягчение или затвердевание термопластических материалов, называют температурой стеклования. У ПВХ она находится в пределах 75—82° С. Если необходимо получить продукт, который должен оставаться мягким при низкой температуре, следует увеличить расстояние между цепями ПВХ и ослабить силы межмолекулярных связей путем включения других соответствующих веществ. Такими веществами являются пластификаторы. Пластификаторы могут быть жидкими и твердыми органическими веществами с невысоким давлением паров, по химической природе своей преимущественно сложными эфирами. Они вступают в физико-химическое взаимодействие с высокополимерными веществами, вызывая набухание и растворение полимера. Слабое физико-химическое взаимодействие пластификатора с высокополимерами не вызывает их растворения и набухания, но пластификатор образует с ними гомогенные системы.
Пластификаторы снижают температуру стеклования и жесткость изделий или покрытий, повышают их способность к формованию, придают им эластичность и увеличивают адгезию.
Теоретические основы пластификации
ПВХ легче обрабатывается, если ввести в него 30—70 мае. ч. пластификатор на 100 мае. ч. ПВХ при нагревании до температуры 160—180° С. Наряду с этим способом пластификации, который называют внешней пластификацией, имеется еще так называемая внутренняя пластификация, которая достигается путем сополимеризации винилхлорида с другими мономерами, например с винилацетатом.
Эффективность пластификатора (желирующая способность) определяется его строением и энергией взаимодействия с полимером. Чтобы снизить температуру стеклования полимера, нужно увеличить подвижность сегментов его цепей. Для того чтобы пластификатор мог оказать такое действие, он должен совмещаться с полимером, т.е. образовывать стабильные термодинамические смеси. Хорошая растворимость полимера в пластификаторе вызывается сильным взаимодействием молекул пластификатора с элементарными звеньями полимера (сольватацией), ужесточающим макромолекулярные цепи. Поэтому пластификаторы должны быть по возможности плохими растворителями, но не должны быть полностью лишены растворяющей (желирующей) способности. Эффект повышения жесткости макромолекул сольватирующими молекулами пластификатора будет тем выше, чем больше молекула пластификатора. Поэтому молекулы пластификатора должны быть как можно меньше, но очень маленькие молекулы имеют большую упругость паров и тем самым большую летучесть, что нежелательно в производстве. Взаимодействие между молекула-
ми пластификатора должно быть небольшим, так как сильное взаимодействие ослабляет их возможное взаимодействие с полимером. Кроме того, молекулы такого пластификатора образуют своего рода ''сетку”，на которую наталкиваются при движении сегменты макромолекул полимеров, и для ее преодоления необходамы затраты энергии. Поэтому температура стеклования снова повышается. Слабое взаимодействие между молекулами пластификатора обусловливает его небольшую вязкость. Вязкость пластификатора должна быть по возможности низкой.
Таким образом, существуют определенные противоречия между требованием наибольшей эффективности пластификатора и его плохой растворяющей (желирующей) способностью, размером молекул, низкой вязкостью и технической пригодностью. Свойства пластификаторов, используемых в производстве, занимают промежуточное положение между желаемыми и допускаемыми свойствами.
Снижения летучести пластификаторов можно добиться, например, путем применения полимерных пластификаторов, представляющих собой алифатические сложные и простые полиэфиры с высокой гибкостью их макромолекул. Их молекулярная масса составляет 2000—4000, поэтому, чтобы добиться такой же эффективности, как и от низкомолекулярных пластификаторов, их нужно расходовать в большем количестве. С увеличением молекулярной массы пластификатора возрастает его термодинамическая несовместимость с полимером. Коэффициенты диффузии полимерных пластификаторов в полимере относительно низки вследствие довольно высокой молекулярной массы, поэтому миграция (выпотевание на поверхности) пластификатора будет сравнительно низкой. Пластификаторы делят на первичные и вторичные. Первичный пластификатор сольватирует молекулы ПВХ, благодаря чему снижается число контактов полимер—полимер. При небольших концентрациях пластификаторов полимерная цепь сначала становится жесткой, в то время как при больших концентрациях пластификаторов преобладает эффект разъединения цепей, цепь становится гибкой, т.е. возникает собственно пластификация. В каждом случае (при небольших и больших концентрациях пластификатора) температура стеклования снижается. Чтобы сольватировать полярные группы ПВХ, первичный пластификатор также должен иметь полярные группы. Но первичные пластификаторы дорогие. Их можно частично заменить вторичными пластификаторами, в качестве которых используются, например, эпоксидные масла, парафины и ненасыщенные сложные эфиры. Они не сольватируют полярные группы, но разъединяют макромолекулы ПВХ и повышают их подвижность. Их можно применять только в сочетании с первичными пластификаторами, так как одни они не совмещаются с полимером. Вторичные пластификаторы, как правило, несветоустойчивы.
Пластификатор тем эффективней, чем сильней он снижает температуру стеклования. Пластификаторы, обладающие осо-
W0 9080 7Q 勿 50 ПВХ, %W0 9080 7Q 勿 50 ПВХ, %Диоктилфталат а b сДибутилфталат а bсМезамолаЪ сДиоктилфталат а b сДибутилфталат а bсМезамолаЪ с15202300288015202300288013002000300013002000300002903832 102903832 1169 3 62120 056322 321169 3 62120 056322 321^m^ ^^^ 旣^^m^ ^^^ 旣^^^^ ^и^ ^WM一 -+ 一 一 + 一 一 +^^^ ^и^ ^WM一 -+ 一 一 + 一 一 +Примечание, а b = 70 мае. ч. ПВХ и 30 20 мае. ч. пластификатора.Примечание, а b = 70 мае. ч. ПВХ и 30 20 мае. ч. пластификатора.19902850 , 3820=60 мае. ч. ПВХ и 40 мае. ч. пластификатора;мае. ч. пластификатора; с ~ 80 мае. ч. ПВХ и19902850 , 3820=60 мае. ч. ПВХ и 40 мае. ч. пластификатора;мае. ч. пластификатора; с ~ 80 мае. ч. ПВХ и
W0 9080 7Q 勿 50 ПВХ, %
W0 9080 7Q 勿 50 ПВХ, %
Диоктилфталат а b с
Дибутилфталат а b
с
Мезамол
а
Ъ с
Диоктилфталат а b с
Дибутилфталат а b
с
Мезамол
а
Ъ с
1520
2300
2880
1520
2300
2880
1300
2000
3000
1300
2000
3000
029
038
32 1
029
038
32 1
169 3 62
120 056
322 321
169 3 62
120 056
322 321
^m^ ^^^ 旣^
^m^ ^^^ 旣^
^^^ ^и^ ^WM
一 -+ 一 一 + 一 一 +
^^^ ^и^ ^WM
一 -+ 一 一 + 一 一 +
Примечание, а b = 70 мае. ч. ПВХ и 30 20 мае. ч. пластификатора.
Примечание, а b = 70 мае. ч. ПВХ и 30 20 мае. ч. пластификатора.
1990
2850 , 3820
=60 мае. ч. ПВХ и 40 мае. ч. пластификатора;
мае. ч. пластификатора; с ~ 80 мае. ч. ПВХ и
1990
2850 , 3820
=60 мае. ч. ПВХ и 40 мае. ч. пластификатора;
мае. ч. пластификатора; с ~ 80 мае. ч. ПВХ и
Рис. 1.10. Кривые измете- иия прочности при разрыве (?) и удлинения (2) пл^ки в зависимости от соотношения ПВХ и пластификатора (ДОФ)
1.6. Влияние различных пластификаторов и их содержания на свойства ПВХ-пленок
Пластификатор
Прочность при разрыве, МПа
Удлинение, %
Морозо- стойкость, град
при раз-
остаточ-
рыве
ное
бенно большой эффективностью, склонны, однако, к расслоению, проявляющемуся в миграции пластификатора. Этот диффузионный процесс замедляется с увеличением молярной массы пластификатора. Полимерные пластификаторы менее склонны к миграции.
Молекулярная масса и количество пластификатора влияют на степень подвижности макромолекул полимера и тем самым на мягкость и механические свойства конечного продукта. Изменение прочности при разрыве и относительного удлинения пленки в зависимости от соотношения ПВХ и пластификатора представлено на рис. 1.10.
Физико-механические и химические свойства пленок в значительной степени зависят от вида и количества используемого пластификатора (табл. 1.6).
Требования к пластификаторам
Совместимость с ПВХ является основополагающим требованием к пластификаторам с целью получения мягкого ПВХ (см. раздел 2.4.1).
Эффективность пластификатора оценивается мягкостью ПВХ. Обычно сравнивается эффект, достигаемый оди- 4—Зак. 1488 49
наковым количеством введетного в ПВХ пластификатора. Для изменения мягкости могут применяться различные методы. Чаще всего мягкость оценивают твердостью по Шору, модулем изгиба, модулем упругости. При этом требуемая мягкость должна сохраняться не только при нормальной, но и при низкой температуре. Для определения мягкости при низкой температуре пользуются измерением модуля изгиба и модуля упругости при низкой температуре. Но предварительно определяется температура ломкости на холоде и поведение при многократном изгибе на холоде.
Малая летучесть пластификаторов имеет особое значение, так как переработка мягкого ПВХ происходит при повышенной температуре (160—180° С). Пластификатор должен практически полностью оставаться в материале, и при нормальной температуре не должно происходить улетучивания, даже очень медленного, в противном случае возможны изменения свойств готового изделия.
Высокие светостойкость и термостабильность означают, что пластификатор при воздействии света и температуры не должен разлагаться и менять окраску. Особенно это касается изделий белого цвета или светлых тонов, когда изменение цвета особенно заметно.
Незначительная миграция, как и летучесть, вытекает из того, что пластификаторы химически не связаны с ПВХ. Если мягкая ПВХ-пленка соприкасается с другой ПВХ-пленкой, содержащей меньше пластификатора, то происходит выравнивание его концентрации, т.е. пластификатор мигрирует в пленку с меньшим количеством пластификатора. Миграция происходит и в другие вещества, к которым пластификатор имеет определенное сродство. Хотя миграция происходит при нормальной температуре очень медленно, ее все же нужно учитывать при использовании мягкого ПВХ вместе с другими полимерами в изделиях.
Водонерастворимость вытекает из того факта, что конечный продукт должен быть устойчив к экстрагированию пластификатора водой.
Химическая нейтральность необходима для того, чтобы избежать воздействия пластификатора на другие компоненты изделия или коррозии.
Бесцветность и отсутствие запаха также являются условиями получения высококачественных изделий, причем бесцветность имеет значение для изделий белого цвета, а отсутствие запаха — для обивки мебели.
Плохая горючесть имеет определенное значение для переработки, так как она происходит при высокой температуре. Для специальных областей применения необходимы также специальные, плохо воспламеняющиеся пластификаторы.
Физиологическая безвредность особенно . важна для получения материалов, которые входят в соприкосновение с человеческим телом или с пищевыми продуктами.
Наряду с перечисленными свойствами, которые должны проверяться при использовании нового пластификатора, необ- 50
ходим еще контроль качества текущих поставок по показателям таких свойств, как плотность, число преломления, кислотное число, число омыления, а также вязкость.
Структура и свойства пластификаторов
Сложные эфиры фосфорной кислоты наряду с фталатами относятся к самым старым пластификаторам. Среди многочисленных алифатических и ароматических сложных эфиров фосфорной кислоты, используемых в качестве пластифи каторов, значение в промышл енно сти искусственной кожи приобрели только те, которые обладают такими положительными свойствами, как слабая в оспламеняемо сть и высокая желирующая способность.
К сложным эфирам фосфорной кислоты с крезолом (метилфенолом) относится трикрезилфосфат (ТКФ).
Это слабо окрашенная, слегка флюоресцирующая, маслянистая жидкость, отличающаяся хорошими желирующими свойствами, незначительной летучестью и очень слабой воспламеняемостью. Недостатками ТКФ являются' плохая морозостойкость, наличие запаха, пожелтение поверхности покрытий, токсичность.
К сложным эфирам монокарбоновой кислоты относятся эфиры этанпропановой кислоты и головного погона жирных кислот (смесь низкомолекулярных карбоновых кислот, получающихся при окислении парафинов) с многоатомными спиртами (пропандаолом, гексантриолом, октандиолом и т.д.).
Особое .значение эти эфиры приобрели для получения искусственной кожи на основе нитроцеллюлозы.
Сложные эфиры дикарбоновых кислот (адипиновой, азелаиновой и себациновой) с такими спиртами, как октанол и нонанол и их изомерами, отличаются особенно хорошей морозостойкостью. К недостаткам этих пластификаторов относятся невысокие желирующие свойства и относительно высокая летучесть, так что их надо использовать только в смеси с другими пластификаторами.
Пластификатор ди-2-этилгексиладапинат представляет собой сложный эфир адипиновой кислоты с 2-этилгексанолом.
Он представляет собой практически бесцветную маслянистую жидкость и используется в основном в качестве морозостойкого пластификатора. Пластификатор обладает умеренными желирующими свойствами, незначительной устойчивостью к омылению и используется, как правило, в смеси с другими пластификаторами.
Сложные эфиры фталевой кислоты в качестве пластификаторов имеют сейчас наибольшее значение.
Диоктилфталат (ДОФ) — сложный диоктил эфир бензолдикарбоновой (фталевой) кислоты — пластификатор, служащий в качестве стандарта, с которым сравниваются все остальные пластификаторы. В качестве спирта применяется изомер октанола (2-этилгексанол).
ДОФ представляет собой прозрачную желтоватую вязкую
жидкость со слабым, довольно приятным запахом. Как пластификатор он обладает хорошей желирующей способностью, малой летучестью, хорошей тепло-, морозо- и светостойкостью, дает хороший пластифицирующий эффект.
Дибутилфталат (П方①)一сложный дибутиловый эфир бензолди карбоновой кислоты — представляет собой бесцветную или желтоватую умеренно вязкую жидкость со слабым приятным запахом. Вследствие хороших желирующих свойств по отношению к ПВХ его используют довольно широко. Его недостатком является соавнительно высокая летучесть, вследствие чего он пригоден только в небольших количествах как добавка к слаболетучим пластификаторам и непригоден для производства пленки методом каландрования.
Бензилбутилфталат (ББФ) — сложньй бензилбутиловый эфир фталевой (бензолдикарбоновой) кислоты.
Этот пластификатор представляет собой смешанный сложный эфир фталевой кислоты с Н-бутанолом и бензиловым спиртом (фенилметанолом).
ББФ обнаруживает некоторое сходство с ДБФ, но обладает меньшей летучестью и меньшей морозостойкостью. Благодаря хорошей способности пенообразсвания он приобрел большое значение для получения вспененной искусственной кожи.
Сложные эфиры фенолакрилсульфоно- в о й кислоты представляют собой смеси сложных эфиров из акрилсульфоновой кислоты R — SO3 Н (R — радикал со средней длиной цепи в 15 атомов углерода), фенола (гидроксибензола) и его производных.
Технический продукт известен под названием мезамолл, или лейна-MS, и представляет собой маслянистую слаболетучую желтую жидкость. Высокая желирующая способность позволяет использовать его для получения изделий, устойчивых к действию химических веществ. Недостатками являются его незначительные морозо- и светостойкость. Вследствие низкой светостойкости он не годится для получения белой искусственной кожи.
Хлорпарафи ны представляют собой смесь хлори- роваиных углеводородов с неразветвленными цепями и содержанием хлора от 30 до 50%. Это прозрачные бесцветные или желтоватые продукты. По консистенции они могут быть слегка вязкими или сиропообразными. Их можно смешивать со всеми выпускаемыми пластификаторами. В ГДР применяются следующие хлорпарафины: ВК-30 с содержанием хлора 30%, ВК-42 с содержанием хлора 42%; ВК-50 с содержанием хлора 50%.
Свойства хлорпарафинов зависят от содержания хлора: с увеличением его уменьшаются эффективность и морозостойкость пластификатора и увеличиваются вязкость, желирующая способность и воспламеняемость.
Хлорпарафины представляют собой экстендеры (вторичные пластификаторы) и поэтому могут применяться только в смеси с первичными пластификаторами. Такие смеси используются в больших количествах, так как они очень экономичны и не ухудшают качество продукции.
Эпоксидные пластификаторы обладают определенными стабилизирующими свойствами. К ним относятся в основном сложные эфиры ненасыщенных жирных кислот, например сложный эфир масляной кислоты, содержащие эпоксигруппу
Эпоксигруппы получаются путем присоединения кислорода по двойным связям ненасыщенных жирных кислот. Эпоксидные пластификаторы применяются в общем только в смесях, хотя они действуют стабилизирующе даже в небольших количествах» но они дороже, чем другие пластификаторы. На основании других требований к пластификаторам, не принимая во внимание их хорошую морозостойкость, они считаются вторичными пластификаторами.
т Полимерные пластификаторы — это соединения, длина цепи которых значительно больше, чем длина цепи мономерных пластификаторов, например ДОФ. Это пре-
Диоктил фталат0,982—0,987Дибутилфталат1,046—1,050Ди-2-этилгексилади-0,931пинат Me зам ол л1,025一］,035Трикрезилфосфат Хлорпарафин ВК-30 ，ВК-501,165—1,185 1,030—1,042 1,25-1,27Эффомол АР-301,163Эпоксидный пласти-0,97—0,99Диоктил фталат0,982—0,987Дибутилфталат1,046—1,050Ди-2-этилгексилади-0,931пинат Me зам ол л1,025一］,035Трикрезилфосфат Хлорпарафин ВК-30 ，ВК-501,165—1,185 1,030—1,042 1,25-1,27Эффомол АР-301,163Эпоксидный пласти-0,97—0,99фикаторфикатор62 989411162 989411183 089511183 0895111766 1С9^7177I1 1 1 ЛА9^7 5764.^ЛГ.Л4,111 11766 1С9^7177I1 1 1 ЛА9^7 5764.^ЛГ.Л4,111 1175-80195—215100—12095—13090—13025—351000—2000450000200—60075-80195—215100—12095—13090—13025—351000—2000450000200—600
Диоктил фталат
0,982—0,987
Дибутилфталат
1,046—1,050
Ди-2-этилгексилади-
0,931
пинат Me зам ол л
1,025一］,035
Трикрезилфосфат Хлорпарафин ВК-30 ，ВК-50
1,165—1,185 1,030—1,042 1,25-1,27
Эффомол АР-30
1,163
Эпоксидный пласти-
0,97—0,99
Диоктил фталат
0,982—0,987
Дибутилфталат
1,046—1,050
Ди-2-этилгексилади-
0,931
пинат Me зам ол л
1,025一］,035
Трикрезилфосфат Хлорпарафин ВК-30 ，ВК-50
1,165—1,185 1,030—1,042 1,25-1,27
Эффомол АР-30
1,163
Эпоксидный пласти-
0,97—0,99
фикатор
фикатор
62 9
894
111
62 9
894
111
83 0
895
111
83 0
895
111
766 1С9^7177I1 1 1 ЛА9^7 576
4.^ЛГ.Л4,111 11
766 1С9^7177I1 1 1 ЛА9^7 576
4.^ЛГ.Л4,111 11
75-80195—215100—120
95—130
90—130
25—35
1000—2000450000
200—600
75-80195—215100—120
95—130
90—130
25—35
1000—2000450000
200—600
L7.Показатели свойств пластификаторов
Пластификатор
Плотность, г/см3
Показатель преломления nD
Вязкость при 20℃, МПа-с
Окончание табл. 1.7
ПластификаторТемпература, ° Своспламенениярастворения (критическая)Диоктилфталат Дибутилфталат Ди-2-этилгексилади- пинатМезамоллТрикрезилфосфатХлорпарафин ВК-30 “ВК-50Эффомол АР-30 Эпоксидный пласти-205-215ИО-112173-19070200134195-200110-11225 07 0—7 2165-185160200-220126-133250—300一ПластификаторТемпература, ° Своспламенениярастворения (критическая)Диоктилфталат Дибутилфталат Ди-2-этилгексилади- пинатМезамоллТрикрезилфосфатХлорпарафин ВК-30 “ВК-50Эффомол АР-30 Эпоксидный пласти-205-215ИО-112173-19070200134195-200110-11225 07 0—7 2165-185160200-220126-133250—300一фикаторфикаторЦветность пойодометричес-кой шкалеЦветность пойодометричес-кой шкале1-1,51-21,5—2,57—103-71-361351-1,51-21,5—2,57—103-71-36135
Пластификатор
Температура, ° С
воспламенения
растворения (критическая)
Диоктилфталат Дибутилфталат Ди-2-этилгексилади- пинат
Мезамолл
Трикрезилфосфат
Хлорпарафин ВК-30 “ВК-50
Эффомол АР-30 Эпоксидный пласти-
205-215ИО-112
173-19070
200134
195-200110-112
25 07 0—7 2
165-185160
200-220126-133
250—
300一
Пластификатор
Температура, ° С
воспламенения
растворения (критическая)
Диоктилфталат Дибутилфталат Ди-2-этилгексилади- пинат
Мезамолл
Трикрезилфосфат
Хлорпарафин ВК-30 “ВК-50
Эффомол АР-30 Эпоксидный пласти-
205-215ИО-112
173-19070
200134
195-200110-112
25 07 0—7 2
165-185160
200-220126-133
250—
300一
фикатор
фикатор
Цветность пойодометричес-кой шкале
Цветность пойодометричес-кой шкале
1-1,51-21,5—2,5
7—103-71-3613
5
1-1,51-21,5—2,5
7—103-71-3613
5
допределяет отличие свойств полимерных пластификаторов от свойств мономерных. Полимерные пластификаторы нелетучи, не могут легко мигрировать и очень устойчивы к экстрагированию. Они прежде всего необходимы для получения таких изделий, которые входят в соприкосновение с жирами, маслами и растворителями. С их помощью можно получать искусственную кожу, устойчивую к химической чистке.
К числу недостатков полимерных пластификаторов относится высокая вязкость, незначительная эффективность и плохая морозостойкость. Кроме того, они дороже, чем мономерные пластификаторы, так что находят приьданение только в незначительной степени.
Примером полимерного пластификатора- может служить эффомол АР-30, представляющий собой полипропиладапина1г.
В табл. 1.7 приведены свойства пластификаторов.
Пигменты •
Цветовому оформлению изделий из искусственных кож придается особое значение. Для удовлетворения требований изготовителей и потребителей искусственных кож промышленности необходим широкий ассортимент окрашивающих веществ (пигментов и красителей).
Под красителями подразумеваются вещества, которые используются для окрашивания в растворенной форме.
Пигменты представляют собой твердые вещества, которые вносятся в окрашиваемые материалы в тонко раздробленной форме. Для окрашивания искусственной кожи используются почти исключительно пигменты, 『
Пигменты и красители являются веществами, которые одни составные части света отражают, а другие поглощают. Это свойство веществ объясняется наличием в них определенных химических группировок. Однако цвет (окраска) зависит не только от химического строения веществ, но и от состава падающего света. Этим объясняется и тот факт, что тело при искусственном освещении имеет иную окраску, чем при дневном. При определении цвета методом сравнения с эталоном исключительно важную роль играет источник света.
Общие требования к пигментам
От красящей способности пигмента зависит его количество, необходимое для получения определенного цветового тона при окрашивании. Если пигмент обладает высокой красящей способностью, то желаемая окраска может быть достигнута при использовании незначительного количества пигмента, наносимого очень тонким слоем, при этом свойства пленки не ухудшаются вследствие избыточного количества пигмента. Такие пигменты особенно благоприятны для получения печатной краски.
Но при использовании пигментов с высокой красящей способностью необходимо соблюдать большую точность дози- 54
ровки. Чтобы избежать трудностей при точном отвешивании очень небольшого количества пигмента, его часто смешивают с другими веществами, такими, как связующие вещества, наполнители или пластификаторы, получая пигментную заправку.
Цветность (колоритность), а также красящая способность отдельных пигментов зависят не только от их химического состава, но и от величины частиц. С уменьшением величины частиц увеличивается их общая поверхность и, следовательно, красящая способность. Если же «шстицы будут слишком маленькими, т.е. меньше половины длины световой волны (от 0,2 — 0,4 мкм до 200—400 нм), то красящая способность снижается. Величина частиц пигмента должна находиться в пределах 0,2—2 мкм. Изготовители пигмента не должны упускать из вида это обстоятельство.
Отдельные частицы пигмента склонны к образованию так называемых вторичных частиц. С помощью перемешивающих устройств или устройств для гомогенизации вторичные частиць! необходимо опять расщеплять в первичные, чтобы не снижать красящую способность пигментов. Так, например, при растирании пигментов можно наблюдать, что с увеличением гомогенизации увеличивается их красящая способность, которая, однако, может опять снизиться при слишком сильном перетирании.
Кроющей способностью, или укрывистостью. пигментов называется их способность при окраске закрывать грунт, на который наносят краску, чтобы грунт не просвечивал сквозь нанесенный слой. Так как при прочих равных условиях укрывистость пигмента зависит от разности показателей преломления его и пленкообразователя, то один и тот же пигмент в одном пленкообразователе может быть лессирующим (или прозрачным), а в другом кроющим. На практике иногда приходится встречаться с изменением укрывистости пигмента в зависимости от изменения свойств пленкообразо- вателя (среды). Например, карбонат кальция (мел) имеет показатель преломлетия п = 1,6, который мало отличается от показателя преломления воды (〃 = 1,35), поэтому он плохо укрывает до тех пор, пока вода не испарится.
Высыхание покрытия приводит к образованию пустот (пор), заполнетных воздухом, показатель преломления которого равен 1 (разность равна 0,6), и мел начинает укрывать.
Карбонат кальция в мягком ПВХ укрывает очень плохо, так как разность показателей преломления составляющих
этой системы недостаточно велика, чтобы вызывать достаточное рассеяние света.
Укрывистость пигментов может зависеть не только от количества света, отраженного от поверхности частиц, но и от способности пигмента поглощать падающий на него свет. Например, технический углерод не отражает свет, а поглощает его весь и вместе с тем является пигментом с высокой укрывио тостью. Известно также, что добавка к оксиду цинка до 40% талька (3MgO • 4SiO2 . Нг О) почти совершенно не снижает его укрывистости.
Кроющая способность зависит также и от размера частиц пигмента. Например, прозрачный полиметилметакрилат при измельчении становится неттоозрачным, а при дальнейшем размельчении превращается в белый порошок. •
Диспергирование пигментов в полимерных композициях. Пигменты должны иметь определенный размер частиц и равномерно распределяться в обрабатываемом материале. Но так как маленькие частицы пигментов имеют склонность к агрегированию, их используют вместе с диспергаторами (ПАВ). Для определенных областей применения, например лаков, печатных красок и других систем, используют гомогенизированные (по размеру частиц) пигменты, которые изготовлены поставщиком в соответствии с поеледующим применением. Такие системы можно диспергировать в полимерной композиции с помощью простого размещения.
Процесс диспергирования не следует смешивать с размалыванием или растиранием пигментов, при котором достигается дальнейшее размельчение агрегированных пигментов, т.е. вторичных частиц.
Теплостойкость пигментов, применяемых в промышленности искусственной кожи, должна быть не ниже 200° С, так как обычно термопластичная обработка смесей ведется при такой температуре. Однако устойчивость пигмента зависит не только от температурь% но* и от продолжительности ее воздействия. Непродолжительное воздействие высоких температур пигмент может выдержать без существенного изменения цветового тона.
Светостойкость пигментов имеет немаловажное значение, так как под действием света цвет некоторых пигментов в большей или меньшей степени изменяется. У органических пигментов изменение цвета почти всегда сопровождается увеличением содержания белого цвета, т.е. понижением насыщенности (до серого или белого). Такое изменение цвета органических пигментов называют вьщветанием. Большинство несветостойких пигментов при длительном освещении темнеет. Изменение цвета пигментов при действии на них света не следует смешивать с изменением цвета окрашенной пленки, под- 4 вергнутой облучению, так как последнее изменение обусловлено изменением цвета не пигмента, а пленкообразователя.
Перед использованием пигментов необходамо проверить их на светостойкость.
Устойчивость к миграции — один из основ- 56
ных показателей качества пигментов. Под миграцией понимается появление пигмента на поверхности покрытия (пленки), а также переход его при контакте в соседние цветные или белые слои пленки. Диспергированный в окрашенной пленке пигмент диффундарует из области с повышенной концентрацией в область низкой концентрации, например в прилегающую пластифицированную белую пленку.
Миграция пигментов зависит от их конституции и концентрации, температуры обработки, а также от вида и количества пластификатора.
Пигменты для искусственной кожи на основе ПВХ не должны растворяться в пластификаторах и других вспомогательных веществах.
Неорганические пигменты практически нерастворимы в большинстве растворителей, тогда как большая часть органических пигментов обнаруживает определенную растворимость во многих растворителях. Отсюда проистекает лучшая миграционная устойчивость неорганических пигментов. Кроме лучшей миграционной устойчивости неорганические пигменты обнаруживают лучшую тепло- и светостойкость, а также лучшую кроющую способность. Но если нужно добиться высокой прозрачности, чистоты и яркости, то используют органические пигменты, которые имеются в самых разнообразных цветовых тонах, в том числе и светящихся. Они дают значительно более яркую окраску, чем неорганические пигменты. Благодаря более тонкому помолу и более мягким частицам они обеспечивают также более легкое образование пленки и диспергирование.
Свойства и применение пигментов
Неорганические пигменты представляют собой в основном соединения кальция, бария, цинка, свинца, кадмия, хрома, железа и углерода. Эти соединения охватьгеают самые различные цветовые тона и должны подразделяться в зависимости от целей применения на белые, цветные и черные пигменты.
Белые пигменты, которые используются в промышленности искусственной кожи, неорганического происхождения. Это соединения цинка и титана.
Цинковые белила — так называется технически чистый оксид цинка, получаемый из металлического цинка. Цинковые белила потеряли свое значение для окрашивания искусственной кожи, так как сейчас имеются белые пигменты (например, титановые) со значительно лучшей кроющей способностью. Следует упомянуть только, что цинковые белила катализируют разложение азодикарбонамида (вспенивающий агент для получения вспененной искусственной кожи на основе ПВХ) и могут действовать в качестве кикера.
Литопон получается в результате реакции обмена между сульфатом цинка и сульфидом бария и представляет собой смесь сульфида цинка и сульфата бария. В этой смеси
57 ■
сульфид цинка действует как белый пигмент, в то время как сульфат бария используется в смеси, потому что сам он облада- ет слишком незначительной кроющей способностью в ПВХ-по- крытиях.
В зависимости от доли сульфида цинка применяют следующие сорта литопонов для красной печатной краски — 30% сульфида цинка, для зеленой печатной краски — 40%, для бронзовой печатной краски — 50%.
Титановые белила представляют собой чистый диоксид титана и являются основным белым пигментом. Они существуют в трех кристаллических структурах (анатас； рутил и брукит), различающихся по своим физическим свой- ствам. Брукит не представляет интереса как .пигмент, анатас и рутил отличаются друг от друга по плотности, твердости и показателю преломления.
Так как анатас давал более белый' цвет, чем рутил, то вначале его использовали чаще. Но затем удалось получить и рутил с большей степенью белизны. Кроме того, обработан- ный рутил отличается лучшей погодоустойчивостью, чем ана- тас, и способствует повышению термостойкости мягкого ПВХ. Желтоватая окраска отдельных типов рутила объясняется чаще всего наличием примесей (чаще железа).
Титановые белила очень устойчивы по отношению к кислотам, щелочам, а также воздействию высоких температур. Они обладают отличной кроющей и осветляющей способностью. Хорошая кроющая способность может быть достигнута с помощью небольшого количества белил. Распределение по величине частиц также незначительно, что гарантирует хорошую г омо генизацию.
Цветные неорганические пигменты представляют собой главным образом соединения кадмия, хрома, железа, цинка и кобальта.
К ж е л т bi м пигментам относятся сульфид кад- мия, хромовый крон и желтый железооксидный пигмент.
Сульфид кадмия (кадмиевый желтый) представляет собой желтый пигмент. Он свето- и термостоек. Кадмиевые пигменты очень дорогие.
Хромовый крон (хромовый желтый) — зто хромат свинца* Он может быть в зависимости от условий из гот ов ления от светло-желтого до темно-желтого цвета. По отношению к минеральным кислотам и щелочам он неустойчив. С соединениями серы (например, стабилизаторами) может давать темное окрашивание. При нанесении на поверхность материала сначала несколько темнеет, а затем приобретает снова свой цветовой тон.
Желтый железооксидный пигмент (желтый оксид железа) встречается в природе в различном составе. Желтый пигмент (гидроксид железа) можно получить искусственно путем окисления при определенных условиях железосодержащего сырья. Он обладает хорошей устойчивостью, но дает тусклые нечистые и неяркие цветовые тона. '
Красные пигменты — кадмиевый красный и ре-
доксалд. Кадмиевый красный представляет собой селенид сульфида кадмия. Он имеет хорошую яркость и красящую способность. У него лучшие свойства, чем у кадмиевого желтого, но он тоже очень дорогой.
Редоксайд (красный железооксидный пигмент) представляет собой оксид железа определенной структуры. Он, так же как и желтый железооксидный пигмент, не дает ярких цветовых тонов.
Синие пигменты известны под названием ,5лазу- ри” (берлинская, парижская, прусская лазурь, малярная сухая лазурь, стальная лазурь). Пигмент получается при смешивании соли железа (III) с раствором желтой кровяной соли. Пигмент неустойчив к действию щелочей, но обладает хорошей кроющей способностью и светостойкостью.
Кобальтовая лазурь представляет собой алюминат кобальта. Отличается отличной свето- и погодостойкостью. Кобальтовая лазурь приобрела особое значение для получения пастельных тонов.
Зеленый хромоксидный пигмент является оксидом хрома. Он очень тепло-, свето- и погодоустойчив. Это очень твердый пигмент, при окрашивании дает неяркий грязно-зеленый тон.
Коричневый железооксидный пигмент представляет собой оксид железа. В зависимости от условий изготовления дает различные коричневые цветовые тона. Он обладает хорошими свойствами, за исключением теплостойкости.
Среди черных пигментов прежде всего имеет значение технический углерод. Он образуется благодаря неполному сгоранию, а также термическому расщеплению углеродсодержащих веществ. Качественные различия отдельных видов технического углерода можно объяснить разными методами получения.
Технический углерод с величиной частиц от 10 до 50 мкм образуется по так называемому методу получения газовой сажи, с величиной частиц от 50 до 120 мкм — по методу получения так называемой пламенной (ламповой) сажи.
Технический углерод позволяет получить полное и стойкое окрашивание. Увеличивает удельную прочность некоторых материалов, повышает их теплостойкость и устойчивость к ультрафиолетовому облучению.
Цветные органические пигменты группируют в зависимости от целей применения, например хромофталевые пигменты —для окрашивания ПВХ и полиуретанов.
Находят применение диазосоединения, карбазольные соединения, производные перилентетракарбоновой кислоты, хино- кридоны и фталоцианиновые соединения. Особенно светостойкими являются фталоцианиновые пигменты, которые дают только синие и зеленые цветовые тона.
Вследствие большого количества органических пигментов не следует останавливаться на каждом в отдельности. Необходимо упомянуть еще только о так называемых готовых
препаратах пигментов. Речь идет о пигментах, к которым добавлена определенная часть легкорастворимого вещества. Такие готовые формы пигментов особенно пригодны для получения окрашенных лаков, печатных красок и растворов веществ, в которых они легко распределяются с помощью мешалок.
Растворители
Некоторые виды сырья для получения искусственной кожи, а также некоторые технологии ее производства требуют применения растворов, для получения которых нужны различные растворители, чаще всего жидкие органические вещества.
Растворители служат только в качестве вспомогательных веществ и должны быть.удалены в процессе сушки. Отработанные растворители могут быть подвергнуты регенерации, выведены через вытяжную вентиляцию, использованы для производства энергии.
Очевидно, что, исходя из требования охраны окружающей среды, нужно применять первый и третий пути, хотя второй путь можно еще довольно часто встретить на практике.
Регенерация растворителя осложняется в том случае, если используется смесь нескольких растворителей и нельзя провести их дистилляционное разделение.、
171. Общие требования к раств叩ителям
Растворяющая способность — это свойство вещества смешиваться с другим веществом с образованием прозрачного гомогенного раствора без изменения химической структуры растворенного вещества.
Но не каждое вещество может растворяться в любой жидкости, и для каждого полимера, который применяется в производстве искусственной кожи, имеются совершенно определенные растворители. Так, например, поливинилацетат растворяется в этилацетате, а ПВХ в нем только набухает, а растворяется в более сильных полярных растворителях, таких, как циклогексанон, диметилформамид или тетрагидрофуран.
Даже в пределах одного класса полимеров имеются различия в растворимости. Например, имеются полиуретаны, которые растворяются в этилацетате, в то время как другие растворимы только в очень эффективных растворителях, таких, как диметилформамид.
Данные о растворяющей способности растворителей или растворимости полимеров можно найти в различных спра- вочникгис и проспектах фирм-поставщиков, получить с помощью лабораторных опытов.
Для оценки растворяющей способности растворителей имеется ряд критериев.
Ди с пе р гиру юща я способность растворителя ——это его способность диспергировать полимер до размеров 60
элементарных частиц (макромолекул). В зависимости от степени диспергирования веществ различают коллоидно-дисперсное и молекулярно-дисперсное распределение. Данные о степени дисперсности полимера можно получить, измерив вязкость их растворов. Чем ниже относительная вязкость, тем выше степень диспергирования. Относительная вязкость системы вычисляется по вязкости раствора и вязкости растворителя (см. раздел 1.4.7). Как правило, предпочтение отдается на практике тому растворителю, который при одинаковой концентрации дает раствор оолее низкой вязкости. Обычно стремятся получить для переработки растворы с наименьшим количеством растворителя и высоким содержанием растворяемых веществ.
Скорость растворения (диспергирования) зависит от типа растворителя, ряда внешних условий, формы частиц растворяемого вещества (мелкозернистое, порошкообразное вещество растворяется быстрее, чем крупные куски).
Механическое размешивание и нагревание тоже увеличивают скорость растворения. Сравнивая эффективность различных растворителей при постоянных внешних условиях, обычно определяют, за какой промежуток времени растворяется определенное количество веществ. Смешиваемость растворителя с другими растворителями необходимо учитывать в тех случаях, когда необходимо применять смеси растворителей, например при получении лаков. Иногда бывает, что к хорошему растворителю добавляют жидкости, которые имеют худшую растворяющую способность или вообще ею не обладают. Эти вещества называются разбавителями.
Смешиваемость разбавителя с растворителем тем лучше, чем больше разбавителя можно добавить к раствору полимера до помутнения.
Благодаря применению смесей растворителей можно улучшить их растворяющую способность. В некоторых случаях при смешивании различных жидкостей, даже нерастворителей, достигается хорошая растворяющая способность.
Испаряемость растворителя должна быть оптимальной. Так как растворитель после обработки (нанесения покрытия, печатания, лакирования) должен сразу же удаляться, нужно выбирать легко испаряющиеся жидкости, чтобы сушка их проходила в кратчайшее время и при возможно более низких температурах. В то же время испарение не должно проходить слишком быстро, так как раствор может засыхать на стенках оборудования, плохо течь и давать большие потери растворителя при испарении.
Оптимальный состав смесей можно получить путем смешения растворителей с различной растворяющей способностью. К легко летучим растворителям добавляют так называемые замедлители испарения в виде трудно испаряемых жидкостей.
Характеристикой испарения растворителя является точка его кипения. Высушивание происходит, как правило, при температуре ниже точки кипения, так как в противном случае возникают дефекты в покрытии в ваде пузырьков.
Высушивание при температуре ниже точки кипения растворителя зависит прежде всего от давления пара над чистым растворителем. Испаряемость не всегда зависит от точки кипения, так как растворитель с низкой точкой кипения может иметь меньшую испаряемость, чем растворитель с высокой точкой кипения. Смеси растворителей благодаря образованию так называемых азеотропных смесей могут обнаруживать другие закономерности испарения, чем чистые компоненты.
Токсичность в разной степени свойственна всем растворителям. Поэтому для работы с растворителями, а также с другими токсичными веществами разработаны допустимые нормы концентрации их на рабочих местах.
Взр ыв о- и огнеопасность свойственны многим растворителям, которые используются в промышленности искусственных кож. Для них имеют силу определенные законодательные нормы, которые необходимо соблюдать при использовании этих растворителей (см. табл, 1.8). Для того чтобы избежать нежелательных последствий и ухудшения качества готовых изделий, нужно хорошо знать химический состав растворителей и их реакционноспособность по отношению к другим веществам.
Определенные требования предъявляются также к степени чистоты растворителя. Играет роль и окраска растворителя, так как окрашенные растворители могут отрицательно повлиять на получение изделий светлых тонов. Поэтому в первую очередь необходимо применять бесцветные растворители.
Свойства и применение р аствор ител ей
Рассмотрим несколько растворителей, которые находят применение в промышленности искусственных кож. Их подразделение проводится по химическому строению, так как химически родственные растворители обнаруживают сходные свойства.
Смеси углевод о р о д о в, используемые в качестве растворителей, называются бензинами. Эти соединения характеризуются определенными точками кипения.
Бензины являются растворителями для масел, жиров и различных типов каучуков. В промышленности искусственной кожи они особенно широко применяются в производстве Se3HHeHiibix материалов. При использовании их в качестве шителей для ПВХ-паст надо учитывать, что они легко воспламеняются. Определенное значение бензины имеют также для производства лаков.
Ароматические углеводороды (чистыйбен- зод^н толуол) используются часто как растворители отдельно от бензинов.
Бензол является хорошим растворителем для жиров, каучука, хлоркаучука, полистирола, поливинилацетата и т,д. Многие растворы содержат добавки бензола в виде смесей. Так как бензол относится к числу растворителей, представ-
ляющих большую опасность для здоровья, его использование в виде растворителя очень ограничено.
По растворяющей способности толуол сходен с бензолом, но так как он почти безвреден, его широко применяют в качестве растворителя или компонента в смеси растворителей для получения лаков на основе полиуретана, ПВХ, хлоркаучука и других веществ. Частично он находит применение при изготовлении печатной краски.
Метанол в безводном состоянии можно смешивать почти со всеми растворителями. Он обладает хорошей растворяющей способностью по отношению к маслам, жирам, нитроцеллюлозе, некоторым полиамидам и т.д., но является весьма вредным растворителем (действует на нервную систему), поэтому его использование ограничено. В промышленности искусственной кожи его применяют мало.
Этанол имеет растворяющую способность почти такую же, как метанол, но менее вреден для здоровья. В промышленности искусственной кожи он используется в смеси с другими растворителями. Так, например, этанол находит применение для получения растворов полиуретанов и полиамидов, которые используются для покрытий и лакирования.
Бутанол применяется как растворитель, ограниченно смешивается с водой и находит применение в смеси с другими растворителями для лаков и печатных красок.
Диэтиловый эфир (простой эфир этилового спирта) — очень хороший растворитель для жиров, масел и смол. Недостатком является склонность к образованию пероксида водорода, что может привести к взрыву.
Тетрагидрофуран принадлежит к циклическим эфирам. Он обладает значительной растворяющей способностью для различных полимеров. Хорошо растворимы в тетрагидрофуране полиакрилат, поливинилацетат, ПВХ, некоторые полиуретаны и хлоркаучук.
В промышленности искусственной кожи он используется в качестве растворителя для ПВХ и некоторых полиуретанов. Взрывоопасен, поэтому его следует применять при соблюдении соответствующих мер безопасности.
Этилацетат (сложный эфир этилового спирта и уксусной кислоты) ограниченно смешивается с водой, а со многими другими растворителями — в любом соотношении. Он является хорошим растворителем для масел, жиров, смол, поливинилацетата, полиакрилата, хлоркаучука и т.д.
Этилацетат является одним из самых важных растворителей в промышленности искусственной кожи и используется для получения печатной краски и отделочных лаков, почти безвреден для здоровья.
Бутилацетат (сложный эфир бутилового спирта и уксусной кислоты) имеет меньшее значение, чем зтилацетат
Растворяющая способность бутил ацетата почти такая же, как и этилацетата. Его добавляют прежде всего для регулирования скорости сушки печатных красок и лаков.
Этилгликольацетат является растворителем для нитрата целлюлозы, лаков и т.д. В основном его используют в качестве добавки для улучшения растворения.-
Ацетон в качестве растворителя находит применение для клеев, лаков, печатных красок. Он хорошо смешивается с водой, спиртами, сложными эфирами и бензолом, растворяет ряд полимеров.
Метилэтилкетон обладает лучшей растворяющей способностью, чем ацетон. В промышленности искусственной кожи он находит широкое применение для получения печатных красок и лаков. Он менее вреден для здоровья, чем циклогексанон.
Циклогексанон обладает хорошей растворяющей способностью для многих видов полимеров, и особенно для ПВХ. Растворы ПВХ в смеси сложных эфиров с добавкой циклогексанона (15—20%) являются устойчивыми.
Этанол Этилацетат Этилгликоль- ацетатАцетон БензинСБ 60/85СБ 80/110ТБ 145/200 Бензол и-Бутанол и-Бутанол Циклогексанон Диэтиловый эфирДи метил формамид Метилциклогексанон Метилэтил- кетон Тетрагидрофуран ТолуолЭтанол Этилацетат Этилгликоль- ацетатАцетон БензинСБ 60/85СБ 80/110ТБ 145/200 Бензол и-Бутанол и-Бутанол Циклогексанон Диэтиловый эфирДи метил формамид Метилциклогексанон Метилэтил- кетон Тетрагидрофуран Толуол8.32,8508.32,8504 4 54 4 5401401781277—4149-16050561960—85Выше 2180—11010145—200Ниже 2180—111172910728150-1564434,6Выше —20150—15567168—1765378—80062—78-171116781277—4149-16050561960—85Выше 2180—11010145—200Ниже 2180—111172910728150-1564434,6Выше —20150—15567168—1765378—80062—78-17111650-60502-5650-60502-5650026844 350026844 3о 4 5о 4 50005000029554337222534410005000029554337222534415 4 45 4 4о 56 32 5о 56 32 53,1-20,02,1-11,53,1-20,02,1-11,52,1-13,02,1-13,01-61-71-91,2-8,01,4-11,3，71Д-3.41,7-361-61-71-91,2-8,01,4-11,3，71Д-3.41,7-362,2-162,2-161,5-121,2-7,01,5-121,2-7,0
Этанол Этилацетат Этилгликоль- ацетат
Ацетон Бензин
СБ 60/85
СБ 80/110
ТБ 145/200 Бензол и-Бутанол и-Бутанол Циклогексанон Диэтиловый эфир
Ди метил формамид Метилциклогексанон Метилэтил- кетон Тетрагидрофуран Толуол
Этанол Этилацетат Этилгликоль- ацетат
Ацетон Бензин
СБ 60/85
СБ 80/110
ТБ 145/200 Бензол и-Бутанол и-Бутанол Циклогексанон Диэтиловый эфир
Ди метил формамид Метилциклогексанон Метилэтил- кетон Тетрагидрофуран Толуол
8.32,850
8.32,850
4 4 5
4 4 5
401
401
78
12
77
—4
149-160
50
56
19
60—85
Выше 21
80—110
10
145—200
Ниже 21
80
—11
117
29
107
28
150-156
44
34,6
Выше —20
150—155
67
168—176
53
78—80
0
62—78
-17
111
6
78
12
77
—4
149-160
50
56
19
60—85
Выше 21
80—110
10
145—200
Ниже 21
80
—11
117
29
107
28
150-156
44
34,6
Выше —20
150—155
67
168—176
53
78—80
0
62—78
-17
111
6
50-60
50
2-5
6
50-60
50
2-5
6
500
268
44 3
500
268
44 3
о 4 5
о 4 5
00050000
29554337
22253441
00050000
29554337
22253441
5 4 4
5 4 4
о 5
6 3
2 5
о 5
6 3
2 5
3,1-20,0
2,1-11,5
3,1-20,0
2,1-11,5
2,1-13,0
2,1-13,0
1-61-71-91,2-8,01,4-11,3，71Д-3.41,7-36
1-61-71-91,2-8,01,4-11,3，71Д-3.41,7-36
2,2-16
2,2-16
1,5-12
1,2-7,0
1,5-12
1,2-7,0
1.8. Характеристика различных растворителей
Раствори-
Число
Температура, ° С
Взрывоопас
тель
испа^-
ная концент-
НИЯ*
кипения вспышки воспламенения
рация, %
Циклогексанон служит основным растворителем для получения печатных красок и лаков в промышленности искусственной кожи.
Метилциклогексанон очень похож на циклогексанон, но вследствие низкой скорости испарения (точка кипения выше, время испарения больше) применение его в промышленности искусе工венной кожи ограничено.
Диметилформамид полностью смешивается с водой, спиртами, простыми и сложными эфирами, кетонами и ароматическими углеводородами. Он обладает очень хорошей растворяющей способностью и поэтому особенно пригоден для растворения плохо растворимых полимеров.
В промышленности искусственной кожи даметилформа- мид имеет большое значение для переработки полиуретанов, применяющихся для изготовления ми кр опор истой искусственной кожи (поромерика).
Недостатком его является токсичность, поэтому необходимо принимать определенные меры предосторожности при его использовании. Токсичность диметилформамида является причиной того, что его пытаются заменить другими растворителями. Так, при получении полиу ре танов ой монолитной искусственной кожи уже используют другие растворители, но для поромериков нет еще никакого другого растворителя, кроме диметилформамида (табл. 1.8).
Порообразователи
При изготовлении вспененных искусственных кож различают физические и химические способы порообразования. В первом случае в пасту вводится воздух и эта паста наносится на основу, во втором — в пасту добавляются порообразователи, которые разлагаются при термической обработке материала с отщеплением газа, вспенивающего покрытие.
Химические методы вспенивания
Имеется ряд веществ, вьщеляющих газ при термической обработке, но из них только небольшая часть может служить вспенивающим агентом при изготовлении вспененной искусственной кожи, так как к порообразователям предъявляются следующие требования:
температурный интервал их разложения не должен быть слишком широким;
разложение порообразователя должно сопровождаться большим выходом газа;
отщепление газа не должно происходить слишком быстро и бурно; отщепленный газ, а также остающиеся продукты раз-
65655 —Зак. 1488
65
65
1-9. Характеристика порообразователей, используемых в промышленности иск у ссгненн он кожи
Химическое
Торговая
Температура
Выход газа,
название
марка
разложения,
мл/г
Азобисизобутиро-
Порофор N
95-98
136
Бензолсульфогид-
1орофор BSH
90-100
130
разид
Гентрон BSH
90—100
130
Беизол-1,3-дисульфо- Порофор В 13
146
130
гидразид
Дифенил сульф он-3,3 - Порофор D30
148
110
дисульфогидразид
Азодикарбонамид
Лувоцелл 3
190-230
220
Порофор A DC
Генитрон АС
ложения не должны иметь запаха, не должны быть токсичными и не должны вызывать изменения цвета готового изделия;
должны быть устойчивы при хранении, т.е. не должны изменяться во время хранения и отщеплять газ,
В табл. 1.9 дана краткая характеристика порообразовате- лей, которые используются в промышленности.
Благодаря тому что температура разложения и выход газа разных порообразователей существенно различаются, можно получать пену с разными свойствами.
Известно, что порообразователи с температурой разложения ниже^или в пределах области хелирования мягкого ПВХ (160—170°С) образуют структуру с открытыми (сообщающимися) порами, что обеспечивает хорошую воздухо- и паро- проницаемость материала. Порообразователи с температурой разложения выше температуры желирования дают вспененные материалы с закрытыми (несообщающимися) порами, вследствие чего не достигается хорошая воздухо- и паропроницаемость.
На рис. 1.11 схематически изображена вспененная структура с открытыми (сообщающимися) и закрытыми (изолированными) порами.
Азодикарбонамид используется чаще всего для получения вспененной искусственной кожи или вспененных пленок, так как он в большей степени объединяет в себе положительные качества порообразователей.
Рис. 1.11. Схематическое изображение структуры вспененной кожи с открытыми (〃)и закрытыми (3) порами
При термическом расщеплении азодикарбонами да в качестве главных продуктов реакции выделяются, как правило, азот и монооксид углерода. На течение реакции разложения, осуществляемой на практике, в определенной степени влияет температура разложения. Разновидности азоди карбона ми да по химическому строению идентичны, но различаются чистотой, величиной частиц, спектром величины частиц, а следовательно, и выходом газа и скоростью разложения или вспенивания. Поэтому очень важен контроль сырья в произв одственной лаборатории, особенно определение выхода газа, распределения частиц по величине и скорости вспенивания (или структуры пены)・
Физические методы вспенивания
Механическое введение воздуха в ПВХ-пасты, называемое физическим методом вспенивания (методом взбивания пены), требует использования эмульгаторов, особенно для получения паст низкой плотности. Эмульгаторы (ПАВ) вызывают тонкое и равномерное распределение воздушных пузырьков в пасте, а также увеличивают время их пребывания в пасте. Для взбивания пены используются преимущественно эмульгаторы на основе омыленных жирных кислот, а также силиконовые соединения. Наряду с этим предлагаются типы ПВХ, содержащие эмульгаторы, которые добавляются на стадии полимеризации винилхлорида и пригодные для метода взбивания пены. Эти типы ПВХ могут затем перерабатываться без добавле* ния эмульгаторов,
Кикеры
Кикеры используют при производстве вспененной искусственной кожи в качестве катализаторов вспенивания вместе с соответствующими порообразователями.
С помощью кикеров можно добиться снижения температуры разложения порообразователей. Для этого пригодны в первую очередь органические соединения цинка, кадмия и калия или калия в сочетании с цинком и кадмием. В качестве кикеров годятся органические соединения свинца, которые, одна- ко, применяются весьма ограниченно вследствие их ядовитости и изменения окраски ПВХ-покрытия.
При проведении процесса вспенивания слишком большая температурная область термического расщепления порообразователей с помощью кикеров может быть уменьшена. Предполагают, что кик叩 как органическое соединение металлов образует с азодикарбонамидом соли, которые разлагаются при более низких температурах, чем чистый азодикарбонамид.
Анализ кикеров аналогичен анализу порообразователей, т.е. исследуется влияние кикеров на скорость вспенивания и структуру пены.
Стабилизаторы
Понятие стабильности в химии и технологии высокополимеров весьма многообразно. Под стабильностью полимеров понимают способность макромолекулы противостоять воздействию различных веществ и различных внешних условий. Макромолекулу называют стабильной в том случае, если она вьщер- живает все манипуляции, проводимые с ней, без каких-либо заметных явлений разрушения. В число этих воздействий входят воздействие тепловой энергии, иногда в сочетании с влиянием внешних агентов, таких, как кислород, кислоты, основания, органические соединения, активное облучение ультрафиолетовыми лучами вплоть до облучения, инфракрасными лучами.
Понятие стабильности рассматривается также в том смысле, что какое-то измеряемое свойство, например вязкость растворов, остается неизменным, причем изменение вязкости не всегда связано с разложением макромолекулы.
Понятие стабильности применяется по отношению к водным дисперсиям, суспензиям и эмульсиям.
При производстве искусственной кожи сырье должно быть устойчивым при обработке, а готовая кожа — устойчивой к воздействию света, погодных условий, старению. Стабилизаторы, применяемые для этих целей, называются свето- и термостабилизаторами.
Термостабилизатор должен при термической нагрузке так воздействовать на полимер, чтобы полностью или в значительной степени подавить его термопластикацию,
Светостабилизатор защищает полимер от ультрафиолетового излучения в области длин волн 270 и 400 нм благодаря его очень высокой поглощающей способности, причем без изменения цветовых оттенков полимерного покрытия. %
Наряду со стабилизирующим эффектом к стабилизатору предъявляются следующие требования: он должен быть без цвета и запаха, неядовитым и легко дозироваться (быть жидким). 、,
При использовании стабилизаторов нужно обращать внимание на выбор пигмента, так как химическая природа некоторых стабилизаторов может изменить окраску изделия.
Стабилизаторы для ПВХ
Недостатком ПВХ является его малая термо- и светостойкость. Если нагревать ПВХ до температуры свыше 100° С, то происходит отщепление хлорида водорода и изменение цвета полимера, связанное с образованием сопряженных двойных связей. В качестве стабилизаторов ПВХ используются многокомпонентные системы из солей бария и калия ке^боновых кислот, оловоорганических соединений, органических и неорганических солей свинца, эпоксидных растительных масел, а также соединения на основе мочевины или сложного эфира амино- кротоновой кислоты.
В зависимости от типа применяемых ПВХ, температуры переработки и состава полимерной композиции количество стабилизатора изменяется, но обычно находится в пределах 0,1 — 3%. Большее количество стабилизатора вводить нецелесообразно вследствие его высокой стоимости, возможности его выпотевания и помутнения прозрачного покрытия.
Стабилизаторы для полиуретанов
При изготовлении искусственной кожи на основе полиуретанов необходимо гарантировать светостойкость полиуретановой пленки. Пожелтение светлого покрытия можно объяснить прежде всего образованием хиноидных систем в ароматических сегментах полиуретанов. Такие системы не образуются только в алифатических полиуретанах, поэтому они обладают высокой светостойк остью. Ограничить тенденцию полиуретанов к пожелтению и деструкции можно с помощью ультрафиолетового адсорбента, в качестве которого себя оправдали производные триазола, например продукты, известные под названием "тинувин".
Доля стабилизаторов должна составлять 0,3—2% от массы полиуретана.
Необходимость введения стабилизаторов объясняется также способностью полиуретанов к большему или меньшему гидролизу при повышенной температуре и влажности, что проявляется в ухудшении потребительных свойств Изделий. Путем добавления гидролизных стабилизаторов можно ограничить ухудшение определенных потребительных свойств кожи на основе полиуретана. Особенно оправдал себя стабилизатор, известный под названием ,,стабаксолп.
Мягчители
Введение мягчителей облегчает обработку полимерной массы на оборудовании (в мешалке, экструдере или на валках каландра) при получении мягкой пленки. Смеси с низкой долей мягчителя вызывают очень большое трение в зазоре между валками, которое может привести к ухудшению качества или к уменьшению выхода полимерной массы.
Вследствие плохой совместимости с ПВХ мягчители добавляются в очень небольших количествах — от 0,1 до 1,5%. При более высокой концентрации они выпотевают и образуют на валках каландра серый налет, который в свою очередь дает разводы на пленке.
Мягчители часто используют при изготовлении покрытий для пола и пленок; в последнем случае они препятствуют при* липанию горячей пленки к валкам.
В качестве мягчителей чаще всего используют металлические соли стеариновой кислоты, воск и жиры. Стеарать кальция, бария и кадмия наряду с желирующим обладают также и термостабилизирующим действием.
Наполнители
Наполнители применяют не только из соображений экономии материала, но и для достижения особого эффекта, например ''сухого” грифа, незначительной клейкости и высокой укрывистости.
Наполнители должны обладать хорошей обрабатываемостью, мелкозернистостью, нейтральной окраской, не должны содержать реакционноспособных соединений и не должны быть токсичными.
В качестве наполнителей используют в основном карбонат кальция, аэросил и титандиоксид.
Следует помнить, что добавление наполнителей иногда приводит к некоторому ухудшению физических свойств конечного продукта.
Прочие вспомогательные вещества
Органические разбавители паст используются для получения ПВХ-паст, содержащих небольшое количество пластификатора и необходимых для получения твердых поверхностей (например, настилов полов), чтобы улучшить их устойчивость к истиранию.
Разбавители паст представляют собой низковязкие соединения, при добавлении которых от 1 до 5% в зависимости от их состава и технологии изготовления можно снизить вязкость паст до 50%. У разбавителей паст очень высокая летучесть.
Кроме разбавителей паст существует еще ряд веществ, которые могут применяться в определенных случаях, но они имеют только специальное применение.
2, ОБОРУДОВАНИЕ
В данном разделе представлены важнейшие машины и установки, которые необходимы для изготовления искусственной кожи.
Наряду с такими машинами для подготовки волокнистой основы и вспомогательным оборудованием, как установки для рекуперации растворителей и агрегаты для подачи жидких и газообразных веществ при изготовлении искусственной кожи, в данном разделе описываются машины для изготовления наносимых масс; установки для нанесения покрытий, кашироваль- ные машины, установки для фасонного литья; установки для отделки искусственной кожи.
В рамках данной книги невозможно описать все машины и установки, которые применяются или могут применяться в пр ом ышленн ости искусственных кож. Приведенные здесь примеры видов оборудования следует рассматривать в тесной связи с технологическими процессами, рассматриваемыми в разделе 3.
Машины для подготовки основы
В противоположность машинам и установкам для изготовления масс для нанесения покрытий, а также оборудованию для нанесения покрытий и отделки лицевой поверхности машины для подготовки основ на отдельных предприятиях по изготовлению искусственных кож могут быть различными. Так, например, есть заводы искусственных кож, которые без дополнительных больших затрат наносят покрытия на основы, изготовленные текстильной промышленностью, лишь проверяя их выборочно, в то время как другие заводы со значительными затратами дополнительно обрабатьшают определенные основы. Причина этого заключается в различном уровне развития текстильных производств, особенно в отношении обеспечения качества поверхности материалов, которое удовлетворяло бы требованиям промышленности искусственных кож (см. подраздел 3.2).
.1.1. Машины для браковки, чистки, сшивания и сматывания в рулон основы
>77777777777777г>77777777777777гПрименяемые на заводах искусственных кож машины для браковки, чистки, сшивания и сматывания в рулон основы весьма разнообразны; большей частью они созданы собственными силами этих заводов. Наиболее удачной является машина, схема которой представлена на рис. 2.1.
>77777777777777г
>77777777777777г
Рис. 2.1. Схема машины для браковки, чистки, сшивания и сматывания в рулон основы:
— швейная машина;
— приемный стол с роликовым конвейером (не показан) для подачи с боковой стороны основы и опрокидывающим устройством (не пока-
зано) кусков лежки;зано) кусков лежки;33зеркало;зеркало;для выгрузки основы из те-
зано) кусков лежки;
зано) кусков лежки;
3
3
зеркало;
зеркало;
— роликовый лоток с
основой; 5 — натяжные валки и отводная валковая пара； 6 — стол браковки; 7 — пост управления; 8 — тележка для транспортировки рулонов
**с намоточной стойкой; 9 — глазок
Две скорости позволяют в оптимальных режимах проводить осмотр и чистку основы.
2.12 Машины для крашения основы
В промышленности искусственных кож для крашений основы применяются разноо^)азные современные джиггеры. Кроме того, все еще находятся в эксплуатации различные ста-
^7777/〃〃〃〃/〃/777777777777777777777,^7777/〃〃〃〃/〃/777777777777777777777,Рис. 22 Схема джиггера：
^7777/〃〃〃〃/〃/777777777777777777777,
^7777/〃〃〃〃/〃/777777777777777777777,
'—окрашетшое полотно основы； 2 — красильная ванна; 3 — расправитель по- лотна; 4 — держатель штанги для разматываемого рулона; 5 — материал, подлежащий окрашиванию; 6 — намоточный валик
РЬ1е тапы джиггеров, которые в Z принципе работают так же, как со-
временные.
Подлежащая крашению ос- нова подается к машине в боль-
ших рулонах на тележке либо намотанным на штангу, которая помещается на специальные дер- жатели, имеющиеся на джиггере (рис. 2.2). Начальный кр晶 полотна пришивается к заправочной тканевой ленте, которая находится на намоточном валике, и от рулона отматывается на указанный валик столько полотна, сколько позволяет максимальная вместимость джиггера (приблизительно 1200 м) Если используются небольшие рулоны с малой длиной полотна, то их надо сшивать jia джиггере. Конец полотна основы пришивается к заправочной тканевой ленте, которая обматывается вокруг второго, пустого, валика. Влажная заправочная тканевая лента как оы присасывается к поверхности валика. Джиггер запус- кают, подлежащий окрашиванию материал 5 проходит через красштьную ванну 2 и наматывается на второй приемный валик. 1аким образом полотно основы можно прогонять несколь- ко 開3 туда-обратно через различные красильные ванны. При зтом первая обработка полотна основы о суще ств ляется уже при заправке им джиггера. По окончании окрашивания материал наматывается на ролики путем вращения джиггерного ва- лика гфиводом либо на тележку для транспортировки рулонов.
имеетимееттоттотнедостаток, что внедостаток, что вКрасильная ванна обогревается косвенно или непосредственно. Непосредственный обогрев —
имеет
имеет
тот
тот
недостаток, что в
недостаток, что в
красящий раствор попадает кон- денсат, который изменяет его концентрацию. Косвенный обо- грев сопряжен с большими затра・ тами времени, но гарантирует лучшее качество крашения.
2-1.3. Машины для отжима
Отжим осуществляется на водяном каландре, как правило, двухвалковом (рис. 2.3). Усилие сжатия валков составляет приблизительно 59—98 кН, и отего вели-
Рис. 2.3. Схема водяного каландра 72
чины зависит эффект отжима. Валки снабжены резиновым покрытием, имеюхцим твердость около 85° по Шору.
Пройдя через подающие валики, основа N с рулона подается в бак 3 с поворотным (перегибающим) валиком 4. Из бака она направляется вверх, проходит между парой отжимных валков 2, отжимается и через отводящий валик подводится к сни- мателю, тележке для транспортировки рулонов или к рулононамоточному устройству. Стекающая отжатая вода собирается в баке и отводится в шлюз.
Ширильно-сушильные машины
В промышленности искусственных кож применяются в основном ширильно-сушильные машины, которые выполнены в виде одноярусной шпанрамы (рис. 2.4). Двухъ- и многоярусные шпанрамы не получили широкого распространения. Одноярусные шпанрамы имеют различную ширину (до 2400 мм) и до 7 сушильных зон. Числом сушильных зон определяется производительность шпанрамы, выражаемая в килограммах выпариваемой влаги в час. В расчете на каждую сушильную зону производительность шпанрамы при средней ширине 1600 мм составляет приблизительно 200 кг/ч. В зависимости от конструкции шпанрамы скорость прохождения кожи находится в пределах 10—100 м/мин. Давление подводимого пара составляет 0,7 — 1,1 МПа.
Поданный на тележке рулон основы 1 через заправочную стойку и центрирующее устройство подводится к входной валковой паре 2. При этом второй валок вращается несколько (на 0,5%) быстрее первого, чем обеспечивается необходимое натяжение материала. В приемной зоне 3 последовательно рас- полоэкень匸 расправитель кромок материала, щупы для обнаружения кромок материала и размещения их на цепи с иглами либо клуппами (колодочными зажимами), устройство для насаживания материала на иглы либо зажатия его в клуппах.
Расположенные с двух сторон шпанрамы расправители служат для расправления краев основы. Кромковые щупы обнаруживают отклонение полотна вправо или влево от заданного положения и управляют регулируемыми звеньями цепи с целью обеспечения безупречного входа полотна в следующую зону.
Применяется три типа цепей: с иглами, с клуппами и комбинированные (с иглами и клуппами).
Цепи с иглами гарантируют хорошее расправление кромок основы, но склонны рвать края полотна при сильном его растяжении. При использовании цепей с клуппами разрыв краев случается реже. Полотно материала после прохождения щупов подводится к открытым звеньям движущихся бесконечных цепей 4 с иглами или с клуппами и там насаживается на иглы либо зажимается в клуппах. Цепи расположены таким образом, что расстояние между ними постепенно увеличивается,
Рис. 2.4. Схема ширильно-сушильной машины
благодаря чему движущаяся основа постепенно растягивается до требуемой ширины. •
В сушильной о камере температура должна составлять приблизительно 140° С. Полотно основы проходит в состоящей из нескольких зон сушильной камере (термокамере) 5 между соплами и с обеих сторон обдувается горячим воздухом. Вентиляторы, подающие горячий воздух в сопла, обеспечивают равномерную высокоэффективную сушку. На выходе полотно основы проходит зону охлаждения 6, где интенсивно охлаждается воздухом комнатной температуры, подаваемым сверху и снизу через сопла. Расположенное на выходе 7 устройство для открывания клуппов или устройство для снятия основы с игл освобождает полотно, которое затем сматывается в большой рулон на тележке для транспортировки рулонов или на руло- н онаматыв ающе м устройстве.
Ширильно-сушильные машины оснащены приборами для измерения и регулирования влажности, которые автоматически регулируют скорость движения основы в зависимости от требуемой остаточной влажности материала. Предусмотрено регулирование скорости движения материала вручную.
Машины для крашения, натяжения и сушки
В промышленности иск усств енных кож применяются двухвалковые водяные каландры и высокопроизводительные машины для натяжения и сушки материала. Они снабжены заправочной рамой и бункером на входе, а также бункером и
Рис. 2.5. Схема ширильно-сушильной машины с плюсовкойРис. 2.5. Схема ширильно-сушильной машины с плюсовкой
Рис. 2.5. Схема ширильно-сушильной машины с плюсовкой
Рис. 2.5. Схема ширильно-сушильной машины с плюсовкой
механизмом для сматывания материала в рулон на выходе. Для достижения интенсивного окрашивания, чтобы продлить пребывание основы в красильном растворе, целесообразно перед водяным каландром помещать бак предварительного крашения, соединенный с красильной ванной. Устройство для перекачивания красильного раствора гарантирует одинаковую концентрацию красителя в баке и ванне. Чтобы на материале задерживалось больше красителя, рекомендуется не слишком сильно его отжимать. Для этого отжимные валкиоснабжаются сравнительно мягким резиновым покрытием (65° по Шору).
На рис. 2.5 представлена установка для непрерывного крашения, отжима, натяжения и сушки основы. Большой рулон 1 материала с помощью валковой пары подается с повышенной скоростью в бункер 2. Полотно нового рулона подшивается к концу загруженного в бункер полотна, которое тем временем постепенно вырабатывается из бункера. Через компенсирующие валики и центрирующее устройство полотно попадает в бак предварительного крашения 3, который соединен с красильной ванной 4 трубой. В баке предварительного крашения и красильной ванне устанавливается одинаковый уровень раствора. Перекачивающее устройство обеспечивает циркуляцию раствора. Пройдя красильную ванну 4, полотно снова попадает между отжимными валками 5, которые выжимают из него красильный раствор. Далее полотно подается на шпанраму. Валковая пара 6 направляет полотно к расправителям кромок, щупам и цепи 7. Последняя транспортирует полотно в сушильный канал 8 и затем в зону охлаждения у. Отводящие валки подают полотно в бункер 10, который обеспечивает
смену тележек для транспортировки рулонов без останова машины. Пока производится смена тележки II, полотно материала поступает в бункер. После подачи и установки новой тележки полотно извлекается из бункера и сматывается, в рулон с большей скоростью, чем оно движется в шпанраме, вследствие чего бункер освобождается. После этого скорость сматывания полотна в рулон с помощью регулятора уравнивается со скоростью его движения в шпанраме.
Машины для чистки, ворсования, удаления пыли и глажения
В промышленности искусственных кож применяется много установок различной конструкции, которые частично отличаются схемой расположения частей и методом обработки материала от выше описанной установки, но служат для той же цели. Эти установки сконструированы для непрерывной работы, т.е. для работы без останова на время смены тележки для транспортировки рулонов.
На рис. 2.6 представлена комбинированная установка (агрегат). Приемная (тянущая) валковая пара 2 сматьшает основу с рулона I, находящегося на тележке. Через специальное загрузочное устройство полотно подается на натяжные валки 4 и центрирующее устройство 5, а затем к шлифовальной машине. Прижимными валками 7 регулируется угол обхвата полотном валка 6, покрытого шлифовальной бумагой, полотно прижимается к поверхности шлифовального валка, и тем самым определяется эффект шлифования или чистки. Затем
Рис, 2.6. Комбинированная установка для чистки, ворсова 1 — рулон на тележке; 2 — приемная (тянущая) валковая па валки; 5 — центрирующее устройство; 6 — шлифовальный обхвата полотном материала шлифовального валка (вид сза для регулирования угла обхвата (передняя сторона); 10 — щеточный валок (передняя сторона); 13 — обдувное сопло; ковый накопитель материала); 2 6 — устройство для контро во; 2 9 — гладильный каландр; 20 — тележка для транспорты
полотно поворачивается, и вторым шлифовальным валком 8 таким же методом обрабатывается его другая сторона. Одновременно из камеры шлифования отсасьшается шлифовальная пыль, которая собирается в специальные пылесборники. Полотно основы может проходить через машину и без такой обработки, если прижимные валки отведены.
Затем полотно подается к машине для обработки щетками и удаления пыли. Здесь проводится обработка поверхности материала вращающимися щеточными валками 11 и 12. Образующаяся при этом ворсовая пыль отсасывается и собирается в пылесборники. Дополнительная очистка от пыли осуществляется путем обдувки материала сжатым воздухом и отсасьшания пыли. В этом агрегате материал движется снизу вверх. Продувание полотна основы и удаление ворсовой пыли осуществляются при прохождении основы между двумя рядами расположенных друг возле друга обдувных сопел 73. Поворотными валиками полотно основы направляется к выпускной (тянущей) валковой паре 14, после чего оно поступает в приемный бункер 15 и далее подается на центрирующее устройство 18 и к гладильному каландру 19. Бункер 15 позволяет производить смену тележек для транспортировки рулонов в процессе работы установки. Это относится и к бункеру 3 при подаче тележки с новым рулоном на обработку.
Гладильный каландр 19 является трехвалковым. Верхний и нижний валки снабжены бумажным покрытием. Средний стальной валок (без бумажного покрытия) обогревается. В местах прижатия основы к валку давление составляет приблизительно 20 ГПа. Полотно основы сначала проходит между
ния, удаления пыли и глажения:
ра; 3 — бункер (лотковый накопитель материала); 4 — натяжные валок; 7 — прижимной (установочный) валок для регулирования угла ди); 8 — шлифовальный валок-; 9 — прижимной (установочный) валок тянущая валковая пара; 11 — щеточный валок (задняя сторона) ； 12 — 14 — выпускная (тянущая) валковая пара; 15 — приемный брткер (лот- ля натяжения материала; 2 7 — тормоз; i8 — центрирующее устройст- ровки рулонов; 21 — намоточное устройство для больших рулонов
нижним валком с бумажным покрытием и хорошо отполированным стальным валком без такого покрытия, где оно подвергается первичному сжатию, затем наполовину огибает стальной валок, нагреваемый до температуры 80—120° С, проходит в зазор между стальным валком и верхним валком с бумажным покрытием и подвергается вторичному сжатию. Посредством намоточного устройства 21 материал сматьшается в большой рулон на тележке. Давление валков на полотно、основы создается пневматически или механически с помощью рычагов. Основа из вискозного штапельного волокна требует небольшого давления на валки каландра, а из хлопкового волокна — высокого давления. Если валки вращаются с различной частотой, то возникает фрикция. Обработка полотна основы в условиях фрикции обеспечивает лучшее закрытие пор.
22 Машины для щ>иготовления покрывных масс
В данном подразделе рассматриваются машины и установки для изготовления ПВХ-масс или полиуретановых растворов для нанесения покрытий. Описьшаются также машины для таких процессов, как пигментация, гомогенизация, фильтрация и удаление воздуха (обезвоздушивание).
Изготовление ПВХ-массы включает следующие технологические стадии (см. подраздел 3.3): смешение порошкообразных и жидких компонентов в смесителе; промежуточное хранение; гомогенизация или диспергирование готовой смеси в высокопроизводительной мешалке, валковой растирочной или другой диспергирующей машине; удаление воздуха в вакууме.
Для изготовления однокомпонентного по лиу ретанов ого раствора необходимы следующие технологические операции (см. подраздел 3.4): растворение твердого полиуретана в мешалке; фильтрация раствора; промеясуточное хранение раствора; окрашивание раствора и при необходимости фильтрация; удаление воздуха в вакууме.
Смесительные машины
Различные технологические операции при изготовлении ПВХ- и полиуретановых паст требуют применения специальных смесительных машин (смесителей, мешалок). В то время как для растворения полимеров применяют мешалки, работающие с относительно малой частотой вращения, но снабженные такими специальными перемешивающими устройствами, обеспечивающими достижение наилучшего эффекта растворения, для диспергирования применяют быстроходные мешалки, обеспечивающие равномерность распределения компонентов (табл. 2.1).
Основы машинной технологии. Для смешения жидких компонентов и -твердых компонентов с жидкими, а также для растворения и эмульгирования существуют разнообразные смесительные машины, которые в основном различаются следующими признаками:
конструкция смесительной камеры (горизонтальная или вертикальная, цилиндрическая или коническая);
число и вид перемешивающих (рабочих) органов инструментов (лопасть, пропеллер, турбина, зубчатый диск, шнек);
' частота вращения рабочих органов (приблизительно 15-1000 мин"1); “
конструкция привода (электрический, пневматический, гидравлический; горизонтальный или вертикальный, расположенный сверху или снизу, в центре или со смещением);
материал, из которого изготовлена машина (углеродистая сталь, хромоникелевая сталь, эмалированная внутренняя поверхность);
2.1. Применяемые мешалки и смесители
Смесительная машина
Краткая характеристика
Схема
1
2
3
Мешалка с плоской лопастью
Рабочий орган — цельная плоская лопасть; тихоходная
Мешалка с брусом или скошенной лопастью
Нагружаемая плоскость чаще всего скошена; тихоходная
Мешалка с крестовиной
Рабочий орган представляет собой два или больше
бруса, расположены ых крестообразно друг над другом; тихоходная
Якорная мешалка
Рабочий орган имеет форму якоря; тихоходная
Якорная мешалка с дополнительными пальцами
Винтовая, или пропеллерная, мешалка
Мешалка с зубчатым диском
Рабочий орган в форме якоря имеет дополнительные пальцы и часто рассекатели потока; тихоходная
Рабочий орган состоит из нескольких (чаще трех) соединенных под углом к горизонтальной плоскости лопастей; часто 、снабжена наружным коль
цом; быстроходная Рабочий орган представляет собой выдвижной зубчатый диск, по форме напоминающий дисковую фрезу； быстроходная
4e
Л
112
3
Окончание табл. 2.1
Лопастной смеситель с горизонтальным валом'
На горизонтальном валу несколько лемехообразных перемешивающих
элементов, расположенных
вертикально; средняя
Турбинные смесители
Импеллерная мешалка
Волчковый смеситель
Планетарная мешалка
частота вращения Рабочий орган представляет собой турбинку, рас- положеииую внутри стационарного направляющего колеса (статора), лопастную тарелку, быстроходные Рабочий орган представляет собой три бруса, расположенных со смещением относительно друг друга; быстроходная или тихоходная
Рабочий орган представляет собой волчок с втягивающимися и выдвигающимися лопастями и системой рычагов и скребков; привод снизу; частота вращения средняя Рабочий орган представляет собой группу выдвигающихся стержней, которые наряду с вращением вокруг собственной оси
е
й
Флюидизирую щий смеситель
Комбинация обогреваемого и охлаждаемого смесителей
выполняют планетарное движение вокруг оси главного вала; тихоходная Рабочий орган представляет собой регулируемую по высоте флюидизирующую лопасть и очиститель диа (донный скребок); привод снизу; быстроходный Быстроходный обогреваемый флюидизирующий смеситель и тихоходный охлаждаемый смеситель- швырялка с горизонтальным
直
Шнековый смеситель
валом
В большинстве случаев с резервуаром конической формы; рабочий орган представляет собой один или несколько шнеков,
которые одновременно служат подающими органами
конструкция дополнительного устройства (обогревательная либо охлаждающая рубашка, рассекатель потока, опрокидыватель, устройство автоматической разгрузки через дно и т.д.) •
Конструкция рабочего органа решающим образом определяет производительность мешалки и качество получаемого продукта.
На рис. 2.7 показана вертикальная мешалка с ее основными элементами.
При выборе мешалки существенное значение имеет ее мощность с учетом потерь на трение в подшипниках, механического КПД и некоторого запаса на надежность.
Мощность мешалки Р теоретически можно рассчитать по формуле, кВт,
尸二 CppMG,
где Ср — коэффициент мощности;。一 плотность переманиваемого материала, кг/м3; п — частота вращения рабочего органа, с ; d — диаметр камеры мешалки, м.
Коэффициент мощности мешалки зависит от формы ее рабочего органа и условий перемешивания (частоты вращения, диаметра, плотности среды).
Йз приведенной выше формулы следует, что увеличение частоты вращения рабочего органа мешалки в 2 раза требует шестикратного увеличения мощности.
Теплообмен (подогрев или охлаждение) в мешалках может осуществляться внутри корпуса (рис. 2.8) и вне корпу-
ftic. 2.7. Схема вертикальной мешалки:
J — рабочий орган； 2 — вал мешалки; 3 — соединительная муфта； 4 — привод рабочего органа; 5 — стойка рабочего органа; 6 — подшипник;
7 — сальник; 8 — крышка; 9 — резервуар
Рис* 2.9, Схема теплообмена вне мешалкиРис* 2.9, Схема теплообмена вне мешалкиРис. 2.10. Схема уплотнения с контактными кольцами:7 一 пружина; 2 — неподвижное уплотнительное кольцо; 3 — вращающееся контактное кольцо;4 — компенсатор; 5 — стационарное контактаое кольцо; 6 — уплотнительная щель; 7 — корпус;8 — опорное кольцоРис. 2.10. Схема уплотнения с контактными кольцами:7 一 пружина; 2 — неподвижное уплотнительное кольцо; 3 — вращающееся контактное кольцо;4 — компенсатор; 5 — стационарное контактаое кольцо; 6 — уплотнительная щель; 7 — корпус;8 — опорное кольцоРнс* 2.11. Схема якорной мешалкиРнс* 2.11. Схема якорной мешалки
Рис* 2.9, Схема теплообмена вне мешалки
Рис* 2.9, Схема теплообмена вне мешалки
Рис. 2.10. Схема уплотнения с контактными кольцами:
7 一 пружина; 2 — неподвижное уплотнительное кольцо; 3 — вращающееся контактное кольцо;
4 — компенсатор; 5 — стационарное контактаое кольцо; 6 — уплотнительная щель; 7 — корпус;
8 — опорное кольцо
Рис. 2.10. Схема уплотнения с контактными кольцами:
7 一 пружина; 2 — неподвижное уплотнительное кольцо; 3 — вращающееся контактное кольцо;
4 — компенсатор; 5 — стационарное контактаое кольцо; 6 — уплотнительная щель; 7 — корпус;
8 — опорное кольцо
Рнс* 2.11. Схема якорной мешалки
Рнс* 2.11. Схема якорной мешалки
В первом случае используется либо змеевик, расположенный внутри мешалки (рис, 2.8, а) или обвивающий ее (рис. 2.8, 6), либо тепл о об менная ру^шка вокруг корпуса. При этом для повышения скорости течения охлаждающей воды и улучшения теплопередачи в рубашку могут встраиваться змеевик или металлические пластины, хорошо проводящие тепло.
Во втором случае применяется отдельный теплообменник, например кожухотрубный.
В качестве теплоносителя чаще всего применяется пар или масло, нагреваемое электричеством.
Стандартные мешалки, как правило, имеют вместимость 0,1; 0,25; 0,40; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10 м3. Частота вращения электродвигателя 50, 63, 80, 100, 125 — 500 мин"1. Для мешалок с частотой вращения, превышающей 500 мин"1, применяют синхронные электродригатели с частотой вращения 600, 750, 1000, 1500 и 3000 мин" 1. Привод мешалок может осуществляться с помощью редукторных или трехфазных двигателей в обычном либо взрывобезопасном исполнении. Привод сверху может быть соосным с мешалкой или боковым. При этом предпочтителен боковой привод с цилиндрическим редуктором со сменными зубчатыми колесами, поскольку он обладает существенными преимуществами: малая высота конструкции; возможность относительно легкого подбора оптимальной частоты вращения путем смены зубчатых колес; возможность 82
установки через посредство переходных фланцев по выбору гидравлического двигателя, эл ектр ода игател я без редуктора либо редукторного двигателя.
Уплотнение вала образует с элементами привода еданое целое. В промышленности искусственных кож чаще всего встречается уплотнение неохлаждаемым сальником и уплотнение контактным (скользящим) кольцом с дополнительным устройством. Сальник пригоден для уплотнения в условиях избь1точных давлений до 0,6 МПа и в условиях вакуума с остаточным давлением до 13 кПа. В качестве уплотняющего материала применяется, например, политетрафторэтилен — голубой асбест.
При особых требованиях, например для достижения уплотнения, исключающего просачивание (особенно важно для обеспечения взрывобезопасности), уменьшения износа вала мешалки и т.д., применяется контактное уплотнительное кольцо с уплотняющей жидкостью под давлением. В качестве уплотняющей жидкости применяется жидкость, совместимая с находящейся в мешалке средой (например, диметилформамид в случае смешения полиуретанового раствора). Уплотняющая жидкость находится под давлением приблизительно на 0,15— 0,2 МПа выше давления в мешалке, создаваемым с помощью сжатого воздуха или азота. Принудительную циркуляцию уплотнительной жидкости под давлением обеспечивает шестеренный насос. Для охлаждения контактного уплотнительного кольца в системе циркуляции находится водяной охладитель (рис. 2.10).
К дополнительным устройствам многих смесителей наряду с рассекателями относятся освещаемый смотровой глазок, автоматический выключатель для останова рабочего органа при открывании крышки смесителя (у быстроходных смесителей) ,а также приборы для измерения давления и температуры.
Тихоходные мешалки. В промышленности искусственных . кож зти мешалки применяются главным образом для хранения и усреднения нескольких партий массы для лицевого покрытия. Они применяются в основном для смешения жидких и пастообразных веществ. Эти мешалки применяются также для окончательного приготовления растворенных или замешанных масс для покрытий, например для получения необходимой вязкости, введения дополнительных компонентов, хорошо растворимых жидких пигментов и т.п. Тихоходаые мешалки можно в принципе применять также для растворения веществ и приготовления паст, однако они экономически невыгодны для этих целей вследствие длительности перемешивания.
Эти мешалки характеризуются частотой вращения 20— 100 мин" 1. Как правило, они работают с постоянной частотой вращения рабочих органов (без регулировки или переключения скоростей).
Типичным примером тихоходной мешалки является якорная мешалка, которая чаще всего применяется в промышленности искусственных кож (рис. 2.11).
При изготовлении, дополнительной обработке и хранении масс для покрытий применяются почти исключительно мешалки закрытого типа, т.е. снабженные крышкой, с тем чтобы предотвратить загрязнение окружающего воздуха парами пластификаторов или растворителей.
Тихоходные мешалки при необходимости снабжаются ножками либо лапками. Для повышения эффекта перемешивания они в большинстве случаев снабжены рассекателем потока. Рассекатель потока предотвращает движение всей массы перемешиваемой жидкости в направлении вращения рабочего органа и тем самым ограничивает образование вихрей. Разумеется, при использовании рассекателей потока любого исполнения, особенно при обработке высоковязких сред, требуется сильное перемешивание и, следовательно, мощный привод.
Мешалки с эмалированной внутренней поверхностью резервуара хорошо зарекомендовали себя в отношении легкости чистьси, например при смене красок. Тихоходные мешалки могут иметь в качестве рабочих органов якорь, плоскую лопасть, брус, раму или якорь с дополнительными пальцами. Большинство этих мешалок рассчитано на динамическую вязкость среды максимум 10 Па-с. Однако для нанесения покрытий часто требуются массы с более высокой вязкостью (до 10 Па-с), и для их изготовления требуются другие виды смесителей, хотя практика показала, что и якорные мешалки обеспечивают достаточное качество перемешивания сред, имеющих вязкость более 10 Па-с.
Быстроходные смесители. Быстроходные смесители применяются в промышленности искусственных кож главным образом для изготовления ПВХ-паст; растворения гранулированных полимеров (например, полиуретан); смешения и растирания красящих паст и подмешивания красителей; изготовления сухой смеси термопластичного ПВХ (применение смесителей с подогревом).
Во многих случаях быстроходные смесители, особенно предназначенные для растворов, изготавливаются из нержавеющей кислотоупорной стали. Частота вращения рабочих органов этих смесителей находится в диапазоне 200—1000 мин- *. Смесители для мокрого смешения имеют в большинстве случаев привод сверху, а для сухого смешения — привод снизу.
Б ыстроходные смесители имеют одну постоянную частоту вращения, две частоты (если применяется электродвигатель с переключением полюсов), несколько скоростей. либо плавно регулируемую частоту вращения.
Рассмотрим некоторые наиболее известные быстроходные смесители.
Волчковый смеситель (рис. 2.12) успешно применяется в течение многих лет для изготовления ПВХ-паст. В зависимости от величины он характеризуется частотой вращения 40—350 мин' 1 и занимает промежуточное место между тихоходными и быстроходными смесителями. Он особенно пригоден для перемешивания порошк ообразных и жидких компонентов при изготовлении паст. Рабочий орган его пред-
ставляет собой волчок, снабженный втягивающимися и вы- брасывающи мися лопастями, с системой рычагов й скребков. В то время как находящийся в смесительной камере конический волчок приводится в движение электромотором, система скребков приводится во вращение только смешиваемым материалом. Привод осущестставляет собой волчок, снабженный втягивающимися и вы- брасывающи мися лопастями, с системой рычагов й скребков. В то время как находящийся в смесительной камере конический волчок приводится в движение электромотором, система скребков приводится во вращение только смешиваемым материалом. Привод осущестРис. 2.12. Рабочий орган волчкового смесителя
ставляет собой волчок, снабженный втягивающимися и вы- брасывающи мися лопастями, с системой рычагов й скребков. В то время как находящийся в смесительной камере конический волчок приводится в движение электромотором, система скребков приводится во вращение только смешиваемым материалом. Привод осущест
ставляет собой волчок, снабженный втягивающимися и вы- брасывающи мися лопастями, с системой рычагов й скребков. В то время как находящийся в смесительной камере конический волчок приводится в движение электромотором, система скребков приводится во вращение только смешиваемым материалом. Привод осущест
вляется посредством электромотора мощностью 4,4—4,5 кВт через трехстзгпенчатый редуктор.
Такой рабочий орган, несмотря на относительно малую частоту вращения, обусловливает турбулентное движение потока в смесителе и обеспечивает, таким образом, хорошие перемешивание, растирание, растворение и эмульгирование смешиваемого материала.
Волчковый .смеситель имеет крышку для вентиляции и выпускное отверстие в дне. Вследствие того что привод осуществляется снизу и возможно уплотнение пасты, этот смеситель менее пригоден для растворов, полиуретана в диметилфор- мамиде, применяемых для покрытий.
Смеситель с зубчатым диском, или диссольвер (рис. 2.13), состоит из цилиндрической, чаще всего перемещаемой камеры с крышкой и размещенной в ней мешалки с зубчатым диском, поднимаемой и опускаемой гидравлически. Вместимость камеры 20—1500 л. Мешалка работает с частотой вращения 600—1800 мин"1. Приводная мощность в зависимости от величины смесителя находится в пределах 1,3—84 кВт.
Смешение твердых и жидких компонентов наряду с движением рабочего органа вверх-вниз обеспечивает эксцентричность его оси по отношению к осевой линии камеры.
Процесс приготовления пасты начинается при малой частоте вращения и завершается при высокой частоте вращения. В диссольверах в большинстве случаев производится как смешение, так и гомогенизация. В специальных герметичных вакуумных смесителях, так называемых вакуумносинусных диссольверах из пасты одновременно удаляется воздух.
У некоторых диссольверов перемешивающие органы являются сменными, что позволяет применять пропеллерные или турбинные диски (рис. 2.14).
Камеры диссольверов, как правило, не обогреваются и не охлаждаются, но бывают исключения.
Диссольвер применяется для приготовления как ПВХ- паст, так и полиуретановых растворов. Универсальность этих смесителей позволяет с успехом применять их при частой смене красок. Однако вследствие испарения растворителя в процессе загрузки и разгрузки, а также отчасти из-за небла-
Рис. 2.13. Схема диссольвера：? — кожух; 2 — вал рабочего органа; 3 — лампа для освещения внутренней части смесительной камеры; 4 — промежуточный вал; 5 — опора промежуточного вала; 6 — серводвигатель; 7 — передача с регулируемым передаточным отношением; 8 — электродвигатель; 9 — направляющая колонна; 10 — стойка; 11 — подъемная колонна; 12 — подъемный цилиндр; 13 — гидравлический агрегат; 14 — диспергатор; 15 — диспергатор, поднятый под действием вакуума; 16 — двойной кожух； 17 ~ смесительная камера; 18 — крышка смесительной камеры; 19 — смотровое стекло; 20 — пневмоцилиндр для поднятия крышки; 21 — корпус подшипника; 22 — опора вала рабочего органаРис. 2.13. Схема диссольвера：? — кожух; 2 — вал рабочего органа; 3 — лампа для освещения внутренней части смесительной камеры; 4 — промежуточный вал; 5 — опора промежуточного вала; 6 — серводвигатель; 7 — передача с регулируемым передаточным отношением; 8 — электродвигатель; 9 — направляющая колонна; 10 — стойка; 11 — подъемная колонна; 12 — подъемный цилиндр; 13 — гидравлический агрегат; 14 — диспергатор; 15 — диспергатор, поднятый под действием вакуума; 16 — двойной кожух； 17 ~ смесительная камера; 18 — крышка смесительной камеры; 19 — смотровое стекло; 20 — пневмоцилиндр для поднятия крышки; 21 — корпус подшипника; 22 — опора вала рабочего органа
Рис. 2.13. Схема диссольвера：
? — кожух; 2 — вал рабочего органа; 3 — лампа для освещения внутренней части смесительной камеры; 4 — промежуточный вал; 5 — опора промежуточного вала; 6 — серводвигатель; 7 — передача с регулируемым передаточным отношением; 8 — электродвигатель; 9 — направляющая колонна; 10 — стойка; 11 — подъемная колонна; 12 — подъемный цилиндр; 13 — гидравлический агрегат; 14 — диспергатор; 15 — диспергатор, поднятый под действием вакуума; 16 — двойной кожух； 17 ~ смесительная камера; 18 — крышка смесительной камеры; 19 — смотровое стекло; 20 — пневмоцилиндр для поднятия крышки; 21 — корпус подшипника; 22 — опора вала рабочего органа
Рис. 2.13. Схема диссольвера：
? — кожух; 2 — вал рабочего органа; 3 — лампа для освещения внутренней части смесительной камеры; 4 — промежуточный вал; 5 — опора промежуточного вала; 6 — серводвигатель; 7 — передача с регулируемым передаточным отношением; 8 — электродвигатель; 9 — направляющая колонна; 10 — стойка; 11 — подъемная колонна; 12 — подъемный цилиндр; 13 — гидравлический агрегат; 14 — диспергатор; 15 — диспергатор, поднятый под действием вакуума; 16 — двойной кожух； 17 ~ смесительная камера; 18 — крышка смесительной камеры; 19 — смотровое стекло; 20 — пневмоцилиндр для поднятия крышки; 21 — корпус подшипника; 22 — опора вала рабочего органа
гоприятных условий течения материала, особенно высоковяз- ких растворов и паст, его можно применять не для всех паст.
Существуют многочисленные различающиеся по конструкции разновидности диссольверов, из которых можно назвать следующие: настенный консольный высокоскоростной; сдвоенный штативный высокоскоростной; с дополнительным оборудованием для программного управления процессами смешения, разгрузки и подъема рабочего органа; с двойным кожухом для обогрева и охлаждения; с имеющим индивиду-
Рис. 2.14. Сменные пропеллерные и турбинные диски для диссольвера： а — зубчатая упругая шайба； 6 — смесительная звездочка； 8 — пропеллерРис. 2.14. Сменные пропеллерные и турбинные диски для диссольвера： а — зубчатая упругая шайба； 6 — смесительная звездочка； 8 — пропеллер
Рис. 2.14. Сменные пропеллерные и турбинные диски для диссольвера： а — зубчатая упругая шайба； 6 — смесительная звездочка； 8 — пропеллер
Рис. 2.14. Сменные пропеллерные и турбинные диски для диссольвера： а — зубчатая упругая шайба； 6 — смесительная звездочка； 8 — пропеллер
альный привод медленно работающим скребком для очистки застойных зон на стенках камеры; со специальной заслонкой в дне для выгрузки массы; с несколькими камерами и поворотной верхней частью для перемешивания приготавливаемой массы в каждой камере; с гидродинамическим регулированием частоты вращения для адаптации к вязкости изготавливаемой массы.
Смесители мокрого смешения эффективны особенно при растворении гранулированного ^олиуретана. Они состоят из смесительной камеры, конической в нижней части, и специального турбосмесительного рабочего органа, приводимого в движение сверху. Этот рабочий орган состоит из лопастной тарелки и подсасывающего волчкового ножа (рис. 2,15). Подсасывающий волчковый нож создает интенсивную циркуляцию и тем самым обеспечивает отличный эффект смешения, который улучшается также действием встроенного в крышке камеры рассекателя потока массы; рассекатель может поворачиваться. Этот смеситель обычно снабжен обогреваемым и охлаждаемым кожухом и автоматически разгружается через дао.
Жидкостные мешалки (рис. 2.16) состоят из цилиндрической смесительной камеры и быстровращающегося рабочего органа, который в большинстве случаев выполнен в виде ножа и расположен вблизи дна мешалки. Привод осуществляется снизу. Расположенное на крышке мешалки делительное устройство может при этом служить рассекателем потока.
Хороший эффект смешения, особенно порошков и гранулообразных компонентов, достигается вследствие того, что созидается поток с большой турбулентностью.
Эти мешалки применяются главным образом для приготовления суспензионного и эмульсионного ПВХ, чтобы материал можно было экструдировать, как обогреваемые смесители
Рис. 2.15. Смесительное устройство бы стр ох одно го смесителя системы пПапенмейер"Рис. 2.15. Смесительное устройство бы стр ох одно го смесителя системы пПапенмейер"Рис. 2.16. Жидкостная мешалкаРис. 2.16. Жидкостная мешалка
Рис. 2.15. Смесительное устройство бы стр ох одно го смесителя системы пПапенмейер"
Рис. 2.15. Смесительное устройство бы стр ох одно го смесителя системы пПапенмейер"
Рис. 2.16. Жидкостная мешалка
Рис. 2.16. Жидкостная мешалка
Рнс. 2.17. Схема лопастного смесителя：
7 — измерительная головка; 2 — готовый продукт; 3 — исходный продукт; 4 — привод
Рнс. 2.18. Планетарный смеситель:
7 — главный вал； 2 — шестерня смесительного вала; 3 — смесительные била; 4 — шестерня главного вала
при изготовлении сухой смеси компонентов красителей для окрашивания пластмасс.
Лопастный смеситель (рис. 2.17) также предназначен главным образом для смешения порошкообразных и сыпучих компонентов. Он состоит из горизонтальной цилиндрической смесительной камеры и расположенных на горизонтальном валу лемехообразных, движущихся по стенкам камеры перемешивающих элементов. Вертикально к оси смесителя на стенке камеры размещены дополнительные быстровращаю - щиеся ножеобразные перемешивающие элементы меньшего, чем лемехообразные, размера, которые должны обеспечить хорошее перемешивание массы в краевой зоне. Хотя этот смеситель по частоте вращения смесительного вала, которая находится в диапазоне 30—200 мин~1, занимает промежуточное место между тихоходными смесителями, он благодаря своей конструкции обеспечивает хорошее завихрение смешиваемого материала и в то же время щадящее перемешивание.
Области применения данного смесителя в промышленности искусственных материалов аналогичны областям применения жидкостного смесителя. На народном предприятии ^Фогтлэндише кунстледерфабрик** в г. Танненбергсталь смеситель этого типа применяется в специальном вакуумно-герметическом исполнении с обогревающим и охлаждающим кожухом (тип "Друватерм") для синтеза полиуретана.
Планетарный смеситель (рис. 2.18) интенсивного смешения предназначен для приготовления паст.
Поскольку вал мешглки имеет частоту вращения 50 мин~1, смеситель принадлежит к числу тихоходных, но вследствие его конструкции и эффекта смешения его следует привести в этом разделе. Принцип работы смесителя основывается на том, что перемешивающие штанги кроме своего вращательного движения повторяют по кругу движение глав- 88
ного вала. Перемешивающие элементы и смесительная камера являются сменными. Весь планетарный механизм также извлекается.
Комбинированные смесители. Для изготовления сыпучего порошкообразного пластифицированного ПВХ и агломератов применяется комбинированный обогреваемый и охлаждаемый смеситель (рис. 2.19).
Рнс. 2.19. Комбинированный смеситель
В уже описанном быстроходном жидкостном смесителе, который работает как обогреваемый смеситель, смешиваются твердые и жидкие компоненты при большой частоте вращения. Подогрев осуществляется либо снаружи через обогреваемый кожух, либо изнутри благодаря теплоте трения, образующейся в самом перемешивающем органе.
、 Для того чтобы после желирования при температуре '100—140° С как можно быстрее произвести охлаждение, продукт через разгрузочное устройство в дне, которое приводится в действие пневматически или вручную, выгружают в находящийся под ним охлаждающий смеситель. В этом смесителе при небольшой частоте вращения, т.е. при щадящем перемешивании, происходят охлаждение и гомогенизация продукта.
Охлаждающие смесители могут быть как вертикального, так и горизонтального исполнения. Они вмещают в себя 2— 3 партии продукта подогревающего смесителя. Часто встречаются охлаждающие смесители лопастного типа, аналогичные описанному выше лопастному смесителю.
2・2・2・ Машины для гомогенизации, диспергирования, растирания и пигментирования масс для лицевого покрытия
Машины периодического действия. Для гомогенизации и пигментирования масс, предназначенных для лицевого покрытия, в принципе пригодны почти все быстроходные смесители. Чаще всего используются уже описанные диссольверы и их разновидности. Для смешения малых количеств пигментов, например, в бочке часто применяется погружная быстргоход- ная мешалка.
I户Рис. 2.20. Рабочие органы трехвалковой машины：
丄7 — нижний валок; 2 — средний валок; 3 — рак-
^^^/"ля; 4 — верхний валок
/夕 л^^^^КРастирание паст проводится на одно-,
卡十龙^至、'ДВУХ* и трехвалковых машинах (рис. 2.20).
/^^^\7*< Они достоят из неподвижного среднего / 千 Х-к р и вращающихся верхнего и нижнего 27валков, которые могут прижиматься с по
мощью гидравлики к среднему валку. Путем выбора соответствующего зазора между валками достигается заданная степень перетирания. Собственно эффект перетирания достигается вследствие различной частоты вращения валков, т.е. благодаря трению (фрикции). Последний валок снабжен ножом. Для отвода тепла, образующегося при трении, валки имеют внутреннее отверстие, в которое подается охлаждающая вода.
У одновалковой растирающей машины эффект трения достигается благодаря неподвижному растирающему брусу. Он состоит из стальной шины с укрепленной на ней латунной планкой, которая прижимается к вращающемуся растирочному валку. Зазор между брусом и валком, а следовательно, и желаемый эффект растирания регулируются ручным маховиком. Валок охлаждается.
К машинам для гомогенизации главным образом пигментных паст относятся зубчатая коллоидная мельница и бисерная мельница. Зубчатая коллоидная мельница состоит из зубчатых размалывающих элементов, которые выполнены как ротор и статор и между которыми размалываемый -материал, т.е. паста, подвергается воздействию больших сил сдвига и трения. В бисерной растирающей мельнице эффект трения создается трущимися стальными шариками.
Для растирания пигментов применяется также мельница с коррундовыми дисками. В ней грубо перемешанная смесь пигмента и растворителя тонко диспергируется между двумя коррундовыми дисками, один из которых является ротором, а другой — статором.
Машины непрерывного действия. Для непрерывного производства наиболее подходящими, в особенности в отношении затрат времени на очистку при смене цвета композиции, являютсй диспергирующие машины непрерывного действия. Распространенными представителями этого класса машин являются, например, многочастотные смесители и реакторы "Дио
Эти смесители состоят из приводного двигателя, плавно регулируемой передачи и смесительной камеры, через которую непрерь!вным потоком идет диспергируемый или пигментируемый продукт. Смесители этих типов имеют аналогичную конструкцию и различаются только смесительными органами. У многочастотного смесителя расположенные поочередно друг за другом на смесительном валу пластины — статоры и диски —
Рис. 2.21. Реактор "Диспакс**
роторы обеспечивают хорошее перемешивание с соответствующим сдвигом. Смеситель работает с частотой вращения 100—600 мин'1.
Реактор пДиспаксм (рис. 2.21) состоит из трех реакционных камер, через
которые продукт пропускается изнутри наружу. В этом случае диспергирование также основываетсд на эффекте сдвига в зазоре между расположенными поочередно друг за другом канав ко образными деталями, одни из которых являются роторами, а другие — статорами. В зависимости от типа этот смеситель работает с частотой вращения 1500—8000 мйн 1. Благодаря патрубку на входе смесителя в него может подаваться необходимая для пигментирования пигментная заправка.
При необходимости смесители непрерывного действия выполняются охлаждаемыми и снабжаются уплотнительным скользящим ^контактным) кольцом. Производительность этих смесителей для каждого продукта должна определяться экспериментально, так как она сильно зависит от вязкости и поэтому указьшается фирмами-изготовителями в большинстве случаев только для воды.
Аппараты для фильтрования масс
Как в пенистой ПВХ-пасте, так и в полиуретановых растворах для нанесения покрытий еще часто встречаются резинообразные и (или) желеобразные включения, которые до нанесения покрытия должны бьхть удалены фильтрованием. Суть фильтрования состоит в том, что зти включения остаются на поверхности или в порах фильтровальной среды, которой может являться, например, проволочная сетка, текстильное полотно либо пористая керамическая масса.
Необходимый для фильтрования перепад давления достигается путем создания вакуума за фильтрующим слоем либо избыточного давления (например, с помощью насоса) перед ним. Для ПВХ-паст применяются так называемые вакуум- или вакуум-мешалочные фильтры. Это диссольверные камеры со смесительным устройством или без него, в крышках jkoto- рьхх находятся загрузочные воронки со сменной рамой для проволочных сит. Благодаря создаваемому в камере вакууму паста через загрузочную воронку всасывается в нее, и на сите задерживаются частицы соотв етствующей величины в зависимости от размера отверстий. Для фильтрования полиуретановых растворов особенно эффективны фильтры с металлическими краями. Фильтр "Пуролатор'' состоит из выдерживаю-
Рис. 2.22. Фильтровальный пресс
щей высокое давление камеры с фильтровальной свечой из проволочного полотна с очень малыми (50—200 мкм) отверстиями, сквозь которые полиуретановый раствор продав лив ается внутрь камеры. Присутств ующие в растворе частицы геля быстро забивают фильтр. Во избежание этого фильтровальная свеча вращается двигателем и по
верхность металлического сита непрерывно очищается от загрязнений жестко закрепленным ракельным устройством. Снятые загрязнения (осадки) могут периодически спускаться через дно камеры.
Как и при любом фильтровании под давлением, в данном случае фильтр снабжен манометром. При превышении определенной величины давления (0,49 МПа) возникает опасность ''продавливания” частиц геля сквозь фильтр. В этом случае требуется чистка или даже регенерация фильтра.
В отдельных случаях применяются патронные фильтры, являющиеся фильтрами одноразового использования. Они представляют собой фильтровальную свечу из сильно поглощающего структурированного материала, аналогичного нетканому холсту или вате. При засорении фильтровальной свечи ее выбрасывают и заменяют новой. Наиболее простым фильтром одноразового использования, часто применяемым при фильтровании масс для покрытий, является тканевый мешок, который помещается на установке для нанесения покрытия непосредственно на выходе трубы.
Иногда применяются еще фильтровальные прессы (рис. 2.22). Они состоят из параллельных вертикально подвешенных пластин с помещенными между ними рамками. Между пластинами и рамками находится фильтровальная ткань. Таким образом получается множество фильтровальных камер. Пластины и рамки подвижно подвешены на двух горизонтальных боковых тягах, поддерживаемых крюкообразными опорами. С помощью ходового винта либо гидравлического запора детали пресса (пластины и рамки) прижимаются друг к другу. Фильтруемая масса для покрытия по подводящим каналам подается на фильтровальную ткань, продавливается сквозь нее и течет по имеющимся на пластинах направляющим роликам в каналы-сборники. Длина фильтра и, следовательно, рабочая площадь фильтра определяются числом пластин. Хотя благодаря много кратно му прохождению массы через фильтр достигается довольно хороший эффект фильтрования, чистка
такого фильтра занимает очень много времени и поэтому сопряжена с сильным загрязнением окружающего воздуха летучими компонентами, в особенности при использовании растворителей.
Машинь! и аппараты для удаления воздуха из масс для покрытий
В процессах смешения, переливания и транспортировки масс в них попадает воздух, который при нанесении покрытий является причиной образования пузырьков или кратеров на поверхности пленки. Поэтому во многих случаях до нанесения покрытия необходимо удалить воздух и (или) газ из массы. Удаление воздуха почти исключительно осуществляется в вакууме. Чаще всего масса медленно перемешивается в сме
сительном резервуаре при остаточном давлении около 1,3— 3,9 кПа. В большинстве случаев одновременно осуществляется два процесса: смешение и удаление воздуха. Очень часто применяются описанные вакуумноминусные диссольверы, в которых масса для нанесения покрытия смешивается, гомогенизируется, и из нее удаляется воздух. В отдельных случаях достаточно удаления воздуха из масс для покрытий в резервуарах, в которых они хранятся, без применения мешалки за счет создания неглубокого вакуума.
Еще относительно малоизвестными в промышленности искусственных кож, но очень подходящими, особенно для условий непрерывного производства, являются устройства, в которых удаление воздуха в вакууме осуществляется из ' тонкого слоя продукта. К ним относятся тонкослойные испа
рители, сосуды для удаления воздуха со специальными распределительными пластинами и аппараты для удаления воздуха с вращающимися распределительными дисками.
кально стекающая по стенке сосуда жидкая пленка подакально стекающая по стенке сосуда жидкая пленка подаПринцип работы этих аппаратов основывается на том, что с помощью распределительного устройства создается верти
кально стекающая по стенке сосуда жидкая пленка пода
кально стекающая по стенке сосуда жидкая пленка пода
ваемого непрерывным потоком продукта, из которой в вакууме очень хорошо удаляется воздух. Стекающая жидкость скапливается на дне камеры в отстойнике и, будучи в достаточной степени лишенной воздуха, может непрерывно подаваться в агрегат для нанесения покрытия.
Показанный на рис. 2.23 аппарат для удаления воздуха имеет вращающийся ситообразный распределительный диск. Обрабатываемый продукт отбрасывается диском
Рис. 2.23. Схема аппарата для удаления воздуха: / — отсасывающий насос; 2 — продукт; 3 — трубопровод, идущий к вакуумному насосу; 4 — распре* делительная система; 5 — воздушный клапан
на стенку и тонким слоем стекает в виде пленки. В процессе распыления, при стекании пленки и в коническом сборнике он обезвоздушивается.
Термопластические перерабатываемые пластмассы дегазируются в пластическом состоянии непосредств енно в экструдере в специальной зоне дегазации также путем создания вакуума.
Машина для газонаполнения масс
Для изготовления вспененной искусственной кожи наряду с косвенным газонаполнением с помощью порообразовате лей можно применять и прямой путем введения воздуха.
Рис. 2.24. Схема газонаполняющего узла：
7 — резервуар для ПВХ-пасты; 2 — редукционный клапан； 3 — дозирующий насос; 4 — манометр; 5 — перепускной клапан; 6 —резервуар для сжатого газа; 7 — редукционный клапан； 8 — объемный газомер; 9 — манометр (предварительное давление); 10 — обратный клапан; 21 — манометр (давление в системе) \ 12 — смесительная головка; 13 — напорный рукав, идущий к наносной машине; 14 — термометр
Чтобы получить пену с равномерно распределенными мелкими открытыми порами, был разработан специальный смеситель ,,Еврооматик,\ Основой этой установки является смесительная головка с водяным охлаждением, работающая с ©тносительно небольшой частотой вращения. Принцип действия газонаполняющего узла (рис. 2.24) основывается на том, что масса для нанесения покрытия (ПВХ) и воздух непрерывно дозированно подаются в смесительную головку и внутри нее перемешиваются. Затем вспененная паста наносится раклей.
Машины для пластицирования термопластичных пластмасс
Для получёния слоя или пленки порошок, гранулы или агломераты пластмасс необходамо перевести в пластическое состояние. Применяемые для этого устройства не всегда можно разделить на подготовительную машину (например, экструдер, месилка) и установку для нанесения покрытия (каландр, кашировальная плавильная машина, экструзионная машина), так как они сопряжены.
В то время как раньше часто применялись внутренние месилки и валковые смесители периодического действия, современные установки оснащаются непрерывно работающими месилками и экструдерами, часто в сочетании с непрерывно работающими валковыми агрегатами. Преимущество дополнительных смесительных валков непрерывного действия состоит в том, что они обеспечивают удаление воздуха, попавшего в продукт в процессе пластицирования, и других летучих компонентов смеси.
Недостаток валковых смесителей периодического действия состоит в том, что нагрев и перемешивание могут осуществляться только в зазоре между валками, и пластицированную массу нужно резать, снимать и перекладывать вручную.
Валковые машины замкнутого типа, называемые внутренними смесителями, или внутренними месилками, хотя и обеспечивают лучшее использование тепла и благодаря этому лучшую пластикацию, требуют тем не менее периодической подачи материала на каландр.
Наиболее распространенными пластицирующими машинами непрерывного действия являются следующие: одношнековый экструдер; месилка; планетарный валковый экструдер; двухвалковый шнековый пресс с месильными дисками; двухшнековый экструдер.
Одношнековый экструдер в сравнении с другими характеризуется наименьшим эффектом пластикации и гомогенизации, поэтому он не подходит для больших современных установок, тем более что существует тенденция применять каландр в первую очередь в качестве машины для придания формы и 'реже в качестве гомогенизирующей машины. Пластикация массы в решающей степени зависит от взаимодействия сил, действующих между массой, шнеком и корпусом.
На примере одношнекового экструдера можно объяснить принципиальное устройство любого экструдера.
Одношнековый экструдер (рис. 2.25) загружается через загрузочную воронку массой из резервуара с мешалкой или без нее. Загрузочная воронка может быть допол-
Рис. 2.25. Схема одношнекового экструдера：
1 — охлаждающие каналы； 2 — нагревательные элементы; 3 — зона втягивания (зона I) ； 4 — зона преобразования (зона П); 5 — зона выталкивания (зона III)
нительно снабжена мешалкой либо подающим шнеком. Экструдер представляет собой цилиндр с расположенным по его центральной оси шнеком. Цилиндр делится на следующие зоны: зона втягивания I (чаще всего охлаждаемая); зона преобразования П (нагрев, пластикация, гомогенизация); зоны выталкивания III.,
В особых случаях возможно наличие и других зон, как, например, зона смешения и зона дегазирования.
Конструктивными характеристиками шнека экструдера являются высота и угол профиля витка, шаг витка. Длина шнека выражается через его диаметр (например, L = 20。). Существуют шнеки без обжатия (диаметр сердечника по всей длине постоянный); с равномерным обжатием сердечника (диаметр сердечника увеличивается); с обжатием витка (угол подъема витка уменьшается, шаг витка остается постоянным).
Время пребывания пластицируемого материала в экструдере зависит от длины шнека и усилия выталкивания. Производительность экструдера зависит главным образом от частоты вращения шнек^. Вследствие возникающего трения тепла и возможного перегрева перерабатываемой пластмассы частота вращения шнека имеет верхний предел. Температурный режим экструдера может поддерживаться циркуляцией воды или масляного теплоносителя.
Поскольку шнеки испытывают большие механические нагрузки и химические воздействия, их изготавливают из специальных высококачественных сортов стали.
Двухшнековый экструдер состоит из цилиндра и расположенных в нем двух параллельных шнеков, которые в зависимости от применения вращаются равнонаправленно либо встречно. В остальном (загрузка продукта, поддержка температурного режима, регулирование числа оборотов) он не отличается от одношнекового экструдера.
Благодаря значительно большему по сравнению с одно- шнековым экструдером эффекту пластицирования двухшнековый экструдер часто применяется для переработки непласти- цированного ПВХ.
Техническая характеристика двухшнекового экструдера
125150 либо 200110330 1000-1500125150 либо 200110330 1000-1500Диаметр шнека, мм
125
150 либо 200
110
330 1000-1500
125
150 либо 200
110
330 1000-1500
Длина шнека
Расстояние между шнеками, мм Максимальная мощность, кВт Производительность при переработке предварительно пластицированного мягкого ПВХ, кг/ч
Экструдер с планетарными валками (рис. 2.26) отличается от других экструдеров устройством зоны пластицирования (зона В). Эта зона содержит главный шпиндель с косыми зубьями (валковый цилиндр), по которому катятся планетарные шпиндели. В зазорах зубчатого зацепления происходит валкование и, следовательно, пластицирова- ние пластмассы. Главный шпиндель приводится во вращение 96
Рис. 2.26. Схема экструдера с планетарными валками:Л — зона наполнения; В — зона пластицирова-* ния и гомогенизации;С — зона выталкивания; 7 — главный шпиндель; 2 — планета рнь1й шпиндель; 3 — валковый цилиндр (стационарный)Рис. 2.26. Схема экструдера с планетарными валками:Л — зона наполнения; В — зона пластицирова-* ния и гомогенизации;С — зона выталкивания; 7 — главный шпиндель; 2 — планета рнь1й шпиндель; 3 — валковый цилиндр (стационарный)
Рис. 2.26. Схема экструдера с планетарными валками:
Л — зона наполнения; В — зона пластицирова-* ния и гомогенизации;
С — зона выталкивания; 7 — главный шпиндель; 2 — планета рнь1й шпиндель; 3 — валковый цилиндр (стационарный)
Рис. 2.26. Схема экструдера с планетарными валками:
Л — зона наполнения; В — зона пластицирова-* ния и гомогенизации;
С — зона выталкивания; 7 — главный шпиндель; 2 — планета рнь1й шпиндель; 3 — валковый цилиндр (стационарный)
с помощью плавно регулируемого электродвигателя постоянного тока через редуктор. Зона наполнения % охлаждается водой, а экструзионный узел, как правило, снабжен электроподогревом. Возможно позонное охлаждение дутьем. Цилиндр и шнек выполнены таким образом, что температурный режим может поддерживаться изнутри масляным тепл оно сител ем.
2.3. Машины для транспортировки жидкостей и газов
На любом предприятии требуется транспортировка сырья, полуфабрикат^ и готовой продукции. Эти процессы транспор- тировки называют внутрипроизводственными.
На рентабельность предориятия может оказывать решающее влияние экономическая эффективность внутрипроизводственного транспорта. Как при новых капиталовложениях, так и при проведении мероприятий по реконструкции следует стремиться к оптимальному проектированию системы транспортировки материалов.
Транспортиров ка жидкостей может быть периодической (в чанах, бочках, бутылях и т.п.) и непрерывной (по трубопроводам) .
Здесь следует остановиться только на непрерывной транспортировке, так как на современных предприятиях все больше ориентируются на транспо рти ров ку по трубопроводам, хотя еще не отказались и от транспортировки жидкостей и газов в бочках, чанах, баллонах и т.д.
К трубопроводной системе относятся следующие агрегаты и устройства:
рабочие машины (для жидкостей — насосы, для газов — компрессоры) с приводным электродвигателем. Эти машины должны преодолевать возникающие в системе силы инерции и трения и сообщать транспортируемому материалу кинетическую энергию, необходимую для его перемещения;
трубопроводы, по которым транспортируются жидкости и газы. Конструкция трубопровода должна отвечать следующим требованиям:
97977 — Зак. 1488
97
97
трубопровод должен иметь такой диаметр, чтобы по нему могло проходить достаточное количество материала;
толщина стенки трубопровода должна оьггь такой, чтобы создаваемое давление не вызывало его разрушения;
трубопроводы должны быть выполнены из материала, который устойчив к воздействию транспортируемого материала;
трубопроводы должны отвечать специфическим требованиям (паропроводы должны иметь изоляционную защиту, в случае транспортировки теплочувствительных материалов должна поддерживаться постоянная температура);
трубопроводные (запорные) арматуры должны перекрывать трубопроводную сеть при останове производства либо при смене партии транспортируемого материала;
измерительные и регулировочные устройства должны фиксировать и регулировать состояние системы и расход транспортируемого материала.
Машины для транспортировки жидкостей
В промышленности искусственных кож применяются самые разно о бразные жидкости и пасты, что требует применения для их транспортировки насосов различных систем.
Процесс транспортиров ки по трубопроводной системе с насосом зависит в основном от следующих факторов, которые надо учитывать при выборе насоса:
массы или объема транспортируемой жидкости в единицу времени, т.е. расхода жидкости;
напора, т・е. высоты столба жидкости, образующегося за счет приращения энергии между всасывающим и напорным патрубками. При определении напора следует принимать во внимание подачу из открытого резервуара путем всасывания, подачу из закрытого резервуара (с избыточным давлением) путем всасывания, подачу самотеком из открытого или закрытого резервуара, подачу в открытый или закрытый (с избыточным давлением) резервуар;
склонности жидкости к кавитации, т.е. образованию в жидкости пузырьков пара при пониженном давлении. Чтобы кавитация не происходила, ни в одном месте системы давление не дойжно при соответствующей температуре быть равным давлению паров жидкости;
избыточного давления над точкой кипения при данной температуре, являющегося мерой всасывающей способности насоса;
производительности и коэффициента полезного действия насоса.
Производительность насоса Р» зависит от расхода жидкости Q, напора Н и плотности 力 жидкости:
4 二 2〃х•
Коэффициент полезного действия насоса 17P включает внутренний коэффициент полезного действия 切(гидравлический коэффициент полезного действия, потери в зазорах, трение шестерен) и механический коэффициент полезного действия »т (потери на трение подшипников, сальников)・
В этой формуле не учтен коэффициент полезного действия привода х\А . С его учетом общий коэффициент полезного действия установки в целом выражается формулой
%6щ』р%4・
Потеря напора Др пропорциональна кинематической энергии и напору.
1 с2
АР =入力 +/?(?! - X), D 2g
где 入—коэффициент трения трубопровода;厶 —диаметр трубопровода; с — скорость транспортировки; % — плотность жидкости; й — высота либо длина трубопровода; 七 —плотность воздуха.
Таким образом, на потерю напора оказывают влияние коэффициент трения трубопровода (зависит от числа Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности трубопровода), плотность жидкости, требуемая скорость течения жидкости, диаметр и длина трубопровода.
Ниже приводится описание важнейших видов насосов и областей их применения, причем объясняются только принципы действия насосов. Электроприводы с редукторами во внимание не принимаются.
Лопастный насос (рис. 2.27) наиболее часто применяется для подачи жидкостей. Существуют лопастные насосы
Рис. 2.28. Конструктивные разновидности лопастных (центробежных) насосовРис. 2.28. Конструктивные разновидности лопастных (центробежных) насосовРис. 2.29. Схема вихревого насоса： i — выпускное отверстие; 2 — продолжение бокового канала; 3 — выход газа; 4 — впускное отверстие; 5 — рабочее колесо; 6 — боковой каналРис. 2.29. Схема вихревого насоса： i — выпускное отверстие; 2 — продолжение бокового канала; 3 — выход газа; 4 — впускное отверстие; 5 — рабочее колесо; 6 — боковой канал
Рис. 2.28. Конструктивные разновидности лопастных (центробежных) насосов
Рис. 2.28. Конструктивные разновидности лопастных (центробежных) насосов
Рис. 2.29. Схема вихревого насоса： i — выпускное отверстие; 2 — продолжение бокового канала; 3 — выход газа; 4 — впускное отверстие; 5 — рабочее колесо; 6 — боковой канал
Рис. 2.29. Схема вихревого насоса： i — выпускное отверстие; 2 — продолжение бокового канала; 3 — выход газа; 4 — впускное отверстие; 5 — рабочее колесо; 6 — боковой канал
с радиальной, диагональной и аксиальной подачей жидкости, которые именуются соответственно радиальным, диагональным и аксиальным насосами. Радиальный лопастный насос подает жидкость перпендикулярно его валу, диагональный — под углом к валу, а аксиальный ——параллельно валу (рис. 2.28).
У лопастных насосов лопасти рабочего колеса сообщают поступающей жидкости кинетическую энергию, которая в направляющем устройстве, например в спиральной камере (улитке) ,превращается в основном в энергию давления. При этом подача жидкости осуществляется постоянно (без пульсации). Расход жидкости и напор зависят от частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса. Напор b лопастных насосах не зависит от плотности жидкости. На производительность насоса оказывает большое влияние также вязкость жидкости: с увеличением вязкости напор и расход жидкости уменьшаются. Если снабдить насос несколькими расположенными последовательно рабочими колесами, то напор повысится, так как каждое рабочее колесо (ступень) передаст свою энергию перекачиваемой жидкости. Такие насосы называются многоступенчатыми лопастными насосами.
Лопастные насосы в стандартном исполнении сами не всасывают жидкость и при наличии воздуха или пара на рабочем колесе не перекачивают ее. Поэтому перед пуском насоса все трубопроводы должны быть заполнены жидкостью.
Лопастные насосы применяются главным образом в качестве пожарных насосов, питательных насосов котлов и конденсационных насосов, однако они используются также для перекачки сточных, канализационных вод и т.д. В химической промышленности и промышленности искусственных кож кислотный лопастный насос, выполненный из материала, стойкого к воздействию агрессивных сред, применяется для подачи растворителей.
Вихревые насосы (рис. 2.29) представляют собой
лопастные насосы специальной ‘ конструкции. Однако принципом действия они существенно отличаются от обычных лопастных насосов. Вихревые насосы являются самовсасывающими.
В корпусе вращается звездообразное рабочее колесо, причем со стороны всасывающего патрубка зазор небольшой, а с противоположной стороны —— более широкий (боковой канал) • Боковой канал проходит от всасывающего до напорного патрубка. При пуске насоса жидкость отбрасывается в боковой канал и напорный патрубок, а по всасывающему патрубку течет новая жидкость.
Такой насос хотя и требует предварительного заполнения жидкостью только корпуса, трубопроводы не обязательно должны заполняться.
Следует рассмотреть преимущества и недостатьси вихревых насосов в сравнении с обычными лопастными насосами.
Преимущества: вихревые насосы сами удаляют воздух из всасывающих трубопроводов и подают жидкости, газы или их смеси непрерывно. В отличие от обычных лопастных насосов они пригодны для подачи малых количеств жидкости.
Недостатки: вихревые насосы подвержены воздействию абразивных компонентов и, таким образом, непригодны для перекачки сточных и канализационных вод- Они не обеспечивают большого расхода жидкости и характеризуются меньшим коэффициентом полезного действия, чем обычные лопастные насосы. Вихревые насосы неприменимы для подачи высоковязких жидкостей.
Шестеренные насосы (рис. 2.30) находят все большее применение в промышленности искусственных кож. В зависимости от конструкции шестеренные насосы могут применяться для подачи как низковязких, так и высоковязких жидкостей. Они работают по следующему принципу: две находящиеся в зацеплении друг с другом шестерни вращаются в корпусе. Зазоры между зубьями шестерен образуют вместе со стенкой корпуса напорные полости. При переходе жидкости от стороны всасывания к стороне нагнетания возникает, кроме того, закрытое пространство, именуемое камерой сжатия. Сжатая в ней жидкость отводится по стоку в камеру нагнетания. Подшипниковые опоры могут находиться как внутри, так и снаружи насосов.
Для субстанций, обладающих смазывающими свойствами, применяются насосы с подшипниками внутри, а для подачи жидкостей, лишенных таких свойств, — насосы с подшипниками снаружи.
При использовании шестеренных насосов для перекачки низковязких жидкостей расстояние между зубьями шестерен в зацеплении должно быть малым; чем больше это расстояние, тем большей вязкости жидкость можно транспортировать.
В промышленности искусственных кож шестеренные насосы применяются для подачи ПВХ-паст и полиуретановых растворов.
Шестеренные насосы могут создавать очень высокое
Рис. 2.30. Схема шестеренного насоса： 1 — ведущая главная шестерня; 2 — выемки в боковой стенке для стекания сжатой жидкости; 3 — ведомая вспомогательная шестерня; 4 — камера сжатияРис. 2.30. Схема шестеренного насоса： 1 — ведущая главная шестерня; 2 — выемки в боковой стенке для стекания сжатой жидкости; 3 — ведомая вспомогательная шестерня; 4 — камера сжатияРис. 2.32. Схема порпш? во го насоса:
Рис. 2.30. Схема шестеренного насоса： 1 — ведущая главная шестерня; 2 — выемки в боковой стенке для стекания сжатой жидкости; 3 — ведомая вспомогательная шестерня; 4 — камера сжатия
Рис. 2.30. Схема шестеренного насоса： 1 — ведущая главная шестерня; 2 — выемки в боковой стенке для стекания сжатой жидкости; 3 — ведомая вспомогательная шестерня; 4 — камера сжатия
1 — нагнетательный воздушный колпак; 2 — всасывающий воздушный колпак
Рис. 2.31. Схема ротационно-поршневого насосаРис. 2.31. Схема ротационно-поршневого насосадавление и большой напор, поэтому трубопроводные системы необходимо снабжать предохранительными клапанами.
Рис. 2.31. Схема ротационно-поршневого насоса
Рис. 2.31. Схема ротационно-поршневого насоса
Ротационно - поршневые, или рото рно - щелевые, насосы (рис. 2.31) используются для подачи как низковязких, так и высоковязких жидкостей, на которые высокие давления оказывают отрицательное влияние. Эти насосы не повреждают подаваемую жидкость. Два поршня встречно вращаются с одинаковой частотой. Фасонные выемки на поршнях образуют напорные камеры, в которых поступательно перемещается жидкость. Эти напорные камеры имеют относительно большую вместимость, благодаря чему осуществляется щадящая транспортировка жидкости без ее механического повреждения, и насос может работать с малой частотой вращения.
Данные насосы оснащаются, как правило, двигателями с редуктором, которые позволяют менять частоту вращения. Расход жидкости у этих насосов пропорционален частоте вращения. Ротационно-поршнев ые насосы применяются для подачи легко поддающихся деструкции жидкостей, таких, как латекс, пигментные пасты, эмульсии, дисперсии. Благодаря их способности сильно всасывать жидкости они могут применяться для подачи жидкостей из вакуума.
Описанные выше насосы подают жидкости Непрерывным потоком. Объемные, или поршневые (рис. 2.32), насосы, которые подают жидкость пульсирующим потоком, и являются самыми старыми видами насосов, но все еще зани- 102
мают важное место в технике. Кроме того, появилась совершенно новая область их применения: дозирование жидкостей.
В поршневых насосах кинетическая энергия жидкости увеличивается совершающим возвратно-поступательное движение поршнем или в особых случаях эластичной мембраной. Поршень осуществляет всасывающий и нагнетающий ходы. Обратное течение жидкости предотвращается клапанами • Поток жидкости пульсирует. Эта пульсация уменьшается уравнительными камерами, всасьшающим и нагнетательным воздушными колпаками. 、
Поршневые насосы — это самовсасывающие насосы, производительность которых практически не зависит от напора и в широком диапазоне не зависит от вязкости транспортируемой среды.
В воздушных колпаках находится воздух, который при каждом ходе сжимается и затем снова расширяется, когда жидкость проходит по трубопроводу. Кроме того, пульсацию потока жидкости можно еще уменьшить подключением одного или нескольких поршней, работающих в противофазе.
В промышленности искусственных кож в настоящее время поршневые насосы, прежде всего дозирующие, приобрели значение. Об этом еще будет идти речь в главе ,5Измере- ние расхода жидкости?,.
Здесь следует остановиться на преимуществах и недостатках насосов с пульсирующей подачей жидкости в сравнении с насосами, подающими жидкость непрерывным равномерным потоком.
Преимущества: поршневые насосы являются самовсасывающими. Их производительность не зависит от напора. Эти насосы пригодны для подачи жидкостей под высокими давлениями. Они пригодны для жидкостей с вязкостью до 30 ГЬ • с.
Недостатки: пульсация потока подаваемой жидкости требует дополнительных технических средств. Клапаны и воздушные колпаки усложняют конструкцию насоса. Для предотвращения разрушения, например в случае работы насоса при закрытой заслонке, требуются перепускные клапаны как предохранительные детали конструкции насоса.
Эксцентриковые червячные насосы (рис. 2.33) применяются для подачи экстремально вязких, но еще текучих сред жидкостей. У этих насосов винтообразный ротор вращается в статоре, имеющем форму двухзаходного полого винта. * Ход винтовой линии статора вдвое больше диаметра ротора. При вращении ротора между ним и стенкой статора
Рис. 2.33. Эксцентриковый червячный насос (разрез вдоль оси):1 ——ротор; 2 — статорРис. 2.33. Эксцентриковый червячный насос (разрез вдоль оси):1 ——ротор; 2 — статор
Рис. 2.33. Эксцентриковый червячный насос (разрез вдоль оси):
1 ——ротор; 2 — статор
Рис. 2.33. Эксцентриковый червячный насос (разрез вдоль оси):
1 ——ротор; 2 — статор
2.2. Краткая характеристика основных типов насосов
Элемент характеристики
Лопастные насосы
Вихревые насосы
одноступенчатые
многоступенчатые
многопоточные
ГТронзводительность,
м3/ч
минимум13750,5
максимум15002 5001200035
Напор, м17540001000320
Частота вращения
либо ходов, мин-1
минимум7 5015007 501000
максимум300010 00030001450
Вязкость, сП
минимум1111
максимум5 • 1025 • 1025 ГО’4 • 102
Ассортимент транс- ОченьСреднийСредний Большой
портируемых сред большой
Окончание табл. 2.2
Пронзв одительность,Пронзв одительность,минимум максимумНапор, мЧастота вращения , либо ходов, мнн-1 минимум максимумВязкость, сП минимум максимумАссортимент транспортируемых средминимум максимумНапор, мЧастота вращения , либо ходов, мнн-1 минимум максимумВязкость, сП минимум максимумАссортимент транспортируемых сред紀 2500,1 500200502015004001105 • 1045 104ОграниченныйОграниченный紀 2500,1 500200502015004001105 • 1045 104ОграниченныйОграниченный4 о о 15 1 4 •4 о о 15 1 4 •о,3012о,3012хо охо о602004503000602004503000104 Средний104 Средний105 Эластомеры105 Эластомеры10'6155 IO410'6155 IO412001 104 Очень большой12001 104 Очень большой
Пронзв одительность,
Пронзв одительность,
минимум максимум
Напор, м
Частота вращения , либо ходов, мнн-1 минимум максимум
Вязкость, сП минимум максимум
Ассортимент транспортируемых сред
минимум максимум
Напор, м
Частота вращения , либо ходов, мнн-1 минимум максимум
Вязкость, сП минимум максимум
Ассортимент транспортируемых сред
紀 250
0,1 500
200
50
20
1500
400
1
10
5 • 104
5 104
Ограниченный
Ограниченный
紀 250
0,1 500
200
50
20
1500
400
1
10
5 • 104
5 104
Ограниченный
Ограниченный
4 о о 15 1 4 •
4 о о 15 1 4 •
о,3012
о,3012
хо о
хо о
60200
4503000
60200
4503000
104 Средний
104 Средний
105 Эластомеры
105 Эластомеры
10'615
5 IO4
10'615
5 IO4
1200
1 104 Очень большой
1200
1 104 Очень большой
Объемные насосы
шестеренчатые
ротацион- нсусрш- невые
плунжерные
эксцентриковые червячные .
дозирующие
Элемент характеристики
образуются замкнутые полости, которые движутся поступательно в осевом направлении. Этот процесс можно сравнить с бесконечным ходом поршня. Вследствие этого возникает как эффект всасывания, так и эффект нагнетания. Статор, как правило, эластичен; в зависимости от назначения насоса статор может быть сделан из каучука, неопрена, силоксанового каучука, политетрафторэтилена и т.п. Ротор обычно выполнен из хромистой либо хро мони кел ев ой стали.
Эксцентриковые червячные насосы применяются прежде всего для подачи высоковязких жидкостей и паст, а также
суспензий, т.е, жидкостей с содержанием твердых веществ; в особых случаях они могут применяться для подачи порошков (если они обладают смазывающими свойствами). Эти насосы можно использовать для подачи высоковязких жидкостей и паст из бочек, т.е. в качестве бочечных насосов.
В табл, 2.2. приведены области применения различных типов насосов для подачи жидкостей.
Машины для подачи газов
Жидкости в условиях давлений, возникающих при их подаче насосами, являются практически несжимаемыми. В противоположность этому газы при изменении давления меняют свой объем, т.е. при повышении давления они могут сжиматься, а при уменьшении расширяться. Эти процессы имеют место в замкнутых системах. Перепады давления могут приводить газы в движение как в открытых, так и в замкнутых системах.一
Газы подчиняются классическому закону газовой динамики, прежде всего при низких давлениях:
где р — давление; V — объем; m — масса; М — молярная масса; R 一 газовая постоянная; Г — температура.
При постоянных массе и температуре согласно закону Бойля—Мариотта существует следующая зависимость:
Pi ^i =р2Г3 = const.
Эти закономерности используются при производстве сжатых газов, например сжатого воздуха; при создании вакуума; при нагнетательном и вытяжном вентилировании помещений и установок; при транстортировке пылевидных веществ с помощью сжатого воздуха.
В технике для получения сжатых газов высокого давления применяют компрессоры, сжатых газов среднего давле- ния — нагнетатета, вакуума — вакуумные насосы, для пере* мещения газов — нагнетатели и веттиляторы.
Рабочие машины для повышения давления, именуемые компрессорами, и машины для создания вакуума, именуемые вакуумными насосами, действуют в сущности по одному принципу. Они различаются лишь конструкцией в соответствии с их конкретным применением. Компрессоры всасьшают газ низкого давления и подают его с более высоким давлением. Таким образом, работа машины определяется ее стороной нагнетания. Вакуумные насосы всасывают газы и тем самым создают на стороне всасьшания пониженное давление, следовательно, их работа определяется стороной всасывания.
Принцип действия компрессоров и вакуумных насосда аналогичен принципу действия насосов для подачи жидкостей. Существуют поршневые, центробежные, ротационные компрессоры и компрессоры с рабочей средой.
Для создания высокого давления последовательно включают несколько рабочих машин, как в случае насосов для подачи жидкостей.
Поршневые компрессоры и поршневые вакуумные насосы всасывают и сжимают газы периодически в соответствии с уже описанным принципом работы поршневых насосов.
Крышки цилиндров снабжены легко запирающими клапанами, которые должны быть припасованы в посадочных местах газонепроницаемо. Поршень также должен иметь плотную посадку в цилиндре, чтобы могло создаваться давление. Высокое (до 100 мПа) давление создается, например, пятиступенчатыми поршневыми компрессорами высокого давления. Поршневые компрессоры часто применяются в качестве вакуумных насосов.
Центробежные компрессоры работают по принципу лопастных насосов. Под действием центробежной силы вращающегося рабочего колеса газ отбрасывается от центра и при этом сжимается.
Центробежные компрессоры применяются преимущественно там, где требуется подавать большие количества газа при условиях относительно низкого давления, т.е. для отсасывания газов, пыли и т.д. Среди центробежных компрессоров (вплоть до 12-ступенчатых) различают центробежные воздуходувки и вентиляторы. Вентиляторы могут работать лишь с малыми перепадами давления и применяются, например, для вентилирования рабочих помещений. Для создания вакуума центробежные компрессоры используются реже, так как они могут создавать всего лишь 80%-ный вакуум.
Ротационные компрессоры применяются как длн создания давления и подачи газов, так и для создания вакуума. Этот вид компрессоров работает по принципу быстрого вращения роторов объемного действия. Они отличаются простой конструкцией. К ним относятся, например, роторнощелевые компрессоры, компрессоры с вращающимися золотниками и жидкостно-кольцевые компрессоры.
Рис. 2.34. Схема пароструйного компрессора:
■Z — вход жидкости; 2 — вход пара; 3 — реактивное сопло; 4 — смеёительное сопло
1
К компрессорам с рабочей средой относятся пароструйные компрессоры (рис. 2,34), пароструйные вакуумные насосы и водоструйные насосы. Находящаяся под давлением рабочая среда (пар либо вода) вытекает из сопла, смешивается с газом и увлекает его за собой.
Трубопроводы
Трубопроводы, применяющиеся для транспортировки жидкостей и газов в современной технике, являются связую
щими звеньями между установками.
Описанные в предыдущих разделах насосы и компрессоры подают транспортируемые среды по трубопроводам от одной установки к другой (например, из хранилища к смесителю) .При этом должны преодолеваться перепад высоты и силы трения в тру бопров одах.
ровки жидкостей расходовалось как можно меньше энергии.ровки жидкостей расходовалось как можно меньше энергии.Таким образом, при проектировании транспортных систем следует в значительной мере принимать в расчет трубопроводы. Изгибы труб, например колена, увеличивают сопротивление, которое необходимо преодолевать. Решающее значение имеет диаметр трубы. Толщина стенки трубопровода должна рассчитываться из соображений безопасности. Трубопроводы должны иметь такие размеры, чтобы для транспорти
ровки жидкостей расходовалось как можно меньше энергии.
ровки жидкостей расходовалось как можно меньше энергии.
Существует зависимость А
2 = Кс или 0 = тгс,
4
где Q — расход жидкости; F — площадь поперечного сечения трубопровода; с — скорость потока; D — диаметр трубопровода.
Затрачиваемая энергия выражается падением давления:
△р=Р1 - % =入7(±)А(7 - 72),
Q 2g
где р — давление; X — коэффициент трения в трубе (зависит от числа Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности трубы); D — диаметр трубы; с — скорость потока; Л — высота подачи; у — плотность жидкости; 72 — плотность воздуха.
При этом знак ''плюс" применяется для трубопроводов, транспортирующих жидкость вверх, а знак ''минус" — для трубопроводов, транспортирующих жидкость вниз. Число Рейнольдса учитывает вязкость, которой в большой степени определяется конструкция трубопровода и его параметры.
В особых случаях применяются трубопроводы специального исполнения. Так, например, для подачи пара требуются изолированные трубопроводы, чтобы как можно меньше энергии терялось вследствие излучения тепла, а для сред, требующих определенного температурного режима, изготавливаются трубопроводы с охлаждающей рубашкой либо обогревом, например электрообогревом.
Трубы в трубопров одах соединяются либо сваркой, либо фланцами. При этом сварные швы имеют преимущество: исключают возможность утечки транспортируемой среды, У трубопроводов с фланцевым соединением труб это обеспечивается лишь применением уплотнительных материалов. В последнее время при соединении труб используют уплотнительные отрезные кольца. Кольцо изготовлено из мягкого металла и зажимается между трубой и соединительным эле-
88aaРис. 2.35. Запорные арматуры: a — клиновидная задвижка; б — разъемный вентиль; в — обратный клапан; г — поворотный кранРис. 2.35. Запорные арматуры: a — клиновидная задвижка; б — разъемный вентиль; в — обратный клапан; г — поворотный кран
8
8
a
a
Рис. 2.35. Запорные арматуры: a — клиновидная задвижка; б — разъемный вентиль; в — обратный клапан; г — поворотный кран
Рис. 2.35. Запорные арматуры: a — клиновидная задвижка; б — разъемный вентиль; в — обратный клапан; г — поворотный кран
ментом, так что трубопровод может выдерживать относительно высокое (до 40 МПа) давление. Резьбовые соединения труб применяются только в трубопров одах с малой площадью поперечного сечения, предназначенных для транспортировки сред с относительно малой вязкостью, например в гидравлических и напорных трубопроводах. В трубопроводах используются также запорные элементы, дроссельные вентили, уравновешивающие вентили, клапаны и т.п.
На рис. 2.35 представлены важнейшие запорные арматуры. В принципе среди запорных арматур различают заслонки, задвижки, вентили и краны. Для трубопроводов с условным проходом свыше 80 применяются преимущественно заслонки. В случае клиновой задвижки клин вставляется в щель, и таким образом перекрывается поток среды. Заслонки пропускают жидкость в обоих направлениях. В трубопроводах с условным проходом до 400 применяются вентили. В этом случае диск перекрывает поперечное сечение трубы. Вентили пропускают жидкость только в одном направлении. Существуют специальные вентили, предотвращающие течение транспортируемой среды в обратном направлении, именуемые обратными клапанами, или обратными вентилями. В трубопроводах с низким давлением применяются краны, когда требуется быстрое открывание и закрывание и происходящее при заворачивании крана повышение давления не играет роли. Для воздухопроводов с низкими давлениями обычно применяют клапаны.
Специальным типом запорной арматуры являются дроссельные вентили, в которых запорным органом служит не диск, а параболический шток. Дроссельные вентили позволяют регулировать расход транспортируемой среды. Для особо точной регулировки расхода транспортируемой среды применяются игольчатые вентили. В уравновешивающих вентилях запорный орган подается не посредством резьбы, а с помощью пружины, создающей определенное усилие, прижимается к дну вентиля. Если давление достигает величины, большей величины противодавления пружины, вентиль открывается и среда вытекает. Эти вентили применяются в качестве предохранительных клапанов во избежание разрушения трубопровода.
Измерительные и регулирующие устройства
Для обеспечения бесперебойности и непрерывности производственных процессов на предприятиях требуется измерять и регулировать такие параметры, как температура, давление, расход транспортируемой среды. Здесь следует рассмотреть контрольно-измерительные приборы (КИП), применяемые в трубопроводных системах транспортировки сред.
Измерение температуры' осуществляется в основном с помощью термометров сопротивления, термопар и в определенных областях с помощью ртутных термометров, Термометры сопротивления и термопары функционируют по электронному принципу и работают только в сочетании с электрическим индикаторным прибором, источником электропитания и соответствующими соединительными линиями. Преимуществ ом этих измерительных устройств является то, что индикаторные приборы могут помещаться на центральном пульте. Недостатком можно считать то, что измеряется косвенное значение температуры. Ртутные термометры показывают прямое значение температуры, однако индикация температуры возможна только на месте измерения и считывание показаний термометра не может осуществляться на центральном пульте, С помощью контактных термометров можно регулировать обогрев трубопроводов, резервуаров и т.п.
Для обеспечения техники безопасности необходимо измерение давления в трубопроводах. Закупорка трубопроводов, неисправность запорных арматур и т.д. могут привести к разрушению трубопровода. Измерение давления позволяет обнаружить такие ненормальности.
Давление в трубопроводных системах можно измерять манометрами. Особо опасные места трубопровода снабжаются контактными манометрами, которые при достижении определенного давления заданной величины подают сигнал, с помощью которого, к примеру, выключается насос. Обычно применяются манометры с пластинчатой пружиной, манометры с капсюльной пружиной и для низких давлений манометры с U-образной трубкой.,
Расход транспортируемой среды можно измерять непосредственно с помощью расходомеров либо косвенными методами. Волюмометры, непосредств енно измеряющие расход среды, имеют в качестве рабочих органов овальные колеса либо вращающиеся поршни и работают практически как насосы, только вместо двигателя в них установлен счетный механизм. Преимущественно для измерения расхода газов применяются счетчики с вертушкой, например счетчики Вольтмана. Поскольку газы транспортируются по трубопроводам в сжатом состоянии, при измерении их расхода необходим пересчет на нормальное состояние, для чего в последнее время применяются микропроцессорные системы.
Методы косвенного измерения расхода транспортируемых сред основываются на законе Бернулли, который гласит, что энергия давления и энергия скорости в системе являются
постоянными. Если система трубопроводов имеет сужение (например, расходомерная диафрагма), то энергия давления и энергия потока изменяются, однако их сумма остается постоянной. Разность давлений измеряется манометром с Uобразной трубкой и на основании полученных значений вычисляется расход транспортируемой среды. Этот принцип практически может применяться во всех случаях транспортировки сред по трубопроводам.
Кроме того, расход транспортируемой среды может измеряться методом плавающего конуса. Для измерения используется энергия потока, благодаря которой находящийся в трубе конус поднимается на высоту, пропорциональную количеству проходящей по трубе транспортируемой среды. По этому методу измеряется расход газов и низковязких жидкостей.
Для сред, содержащих твердые вещества, применяются магнитные расходомеры. При этом среда должна быть электропроводной и скорость йотока должна быть не слишком большой. Измерительным датчиком служит магнитный возбудитель, генерирующий магнйтное поле. С помощью электродов в потоке транспортируемой среды создается электрический потенциал, пропорциональный скорости потока.
Для всех методов косвенного измерения расхода транспортируемой среды предпосылкой является то, чтобы поток среды был ламинарным.
Далее, здесь следует упомянуть дозирующие насосы. Дозирующие насосы подают определенные постоянные количества транспортируемых сред. Обычно применяются поршневые дозирующие насосы. При каждом ходе поршня подается определенное количество среды, численно равное произведению площади поперечного сечения поршня на длину его хода. У современных дозирующих насосов частота вращения и длина хода поршня регулируются, так что в широких пределах можно изменять количество среды, подаваемое в единицу времени.
Для дозирования подаваемой среды может служить также комбинация шестеренного насоса с регулируемой частотой вращения и счетчика с овальным колесом. С помощью байпаса (обвода), который позволяет отводить транспортируемую среду от напорного патрубка обратно к всасывающему патрубку, можно точно устанавливать требуемое количество среды, подаваемое в единицу времени.
24 Установки для нанесения покрытий
Из существующих способов нанесения покрытий (ракельное, погружением, пропиткой, поливом, валками из расплава, с помощью каландра, экструдированием, печатанием, распылением, спеканием) в данном разделе рассматривается наиболее важный для изготовления искусственных кож способ, а именно ракельное нанесение покрытий, а также описьшаются установки для его реализации.
Но
Машины для нанесения покрытий другими способами описываются в подразделах 2.6, 2.7, 2.4.4.
Нанесение покрытий поливом и спеканием едва ли имеет значение для производства искусственных кож.
Наносное оборудование делится на установки для нанесения покрытий прямым и переносным методами. Последние подразделяются на установки со стальной лентой и установки с переносной бумагой. Возможно также деление этого оборудования на установки одно-, двух- и трехразового нанесения покрытия.
• Основные элементы установок
Как показано на рис. 2.36, наносная установка состоит в основном из устройства 1 для размотки рулонов, одного или нескольких наносных (намазочных) устройств 2, сушильного или желирующего канала (термокамеры) 3, участка охлаждения 4 и намоточного устройства 5. Эти основные элементы присущи всем установкам для нанесения покрытий. ,
Рис. 2.36. Схема установки для нанесения покрытия прямым методом
. Наносные устройства. Важнейшим наносным элементом установки для нанесения покрытий является валок. Chi применяется в различных исполнениях и выполняет несколько функций. Если это направляющий (чаще всего снабженный приводом) валок, то он изменяет направление движения полотна материала, если это опорный валок (часто без привода), то он поддерживает полотно материала, а если это натяжной валок, то он обеспечивает натяжение полотна. Кроме того, будучи выполненным в виде полого цилиндра, валок может применяться для таких технологических операций, как подогревание или охлаждение материала. В этом случае важен большой угол охвата для рационального использования имеющейся площади теплообмена.
Валки чаще всего имеют диаметр 80—160 мм и среднюю рабочую ширину 1600—1800* мм. Нагревательные и охлаждающие валки, а также наносные (намазочные) валки (наносные цилиндры) могут иметь диаметр 800—1600 мм. Каландровые валки имеют диаметр 500—950 мм и ширину 1250- 2500 мм.
Существует следующая зависимость между рабочей скоростью установки и частотой вращения валка:
у = nDnt
где у — рабочая скорость установки, м/мин; D — диаметр валка, м; п — частота вращения валка, мин~1.
Например, валок диаметром 100 мм и с частотой вращения 50 мин~ 1 обеспечивает рабочую скорость установки для нанесения покрытий
у = 3,14*0,1-50 = 15,7 м/мин.
Особо следует остановиться на частоте вращения валка, если он служит намотчиком либо размотчиком материала. Поскольку при намотке материала постепенно увеличивается диаметр рулона, для обеспечения постоянной окружной скорости рулона требуется непрерывное уменьшение частоты вращения валка. Это касается намоточных валков с осевым (центральным) приводом. Уменьшение частоты вращения рулононамоточного валка не требуется, если он расположен на периферии рулона. Однако такая намотка имеет недостаток: поверхность наматываемого материала постоянно контактирует с приводимым валком и может при этом повреждаться.
Ниже приводятся две формулы для расчета диаметра рулона при известной длине намотанного материала и для расчета длины намотанного материала при известном диаметре рулона:
D=J+ d，I =,.
я4s
где D — диаметр рулона; s — толщина материала; I — длина материала; d — диаметр намоточного конуса или скалки.
Например, при 0 = 1 м, s =2 мм, d = 0,1 м
3,14(12 -О"!
/ ==389 m.
4(2-10~3)
Далее следует рассмотреть валковую пару. В зазоре между валками могут осуществляться такие процессы, как формование (каландрование, тиснение), отжим и транспортировка материала. Факторами, влияющими на величину зазора между валками и протекающие в нем процессы, являются характер поверхности, диаметр, прогиб и направление вращения валков (равнонаправленное или встречное вращение), величина прижимного усилия, род обрабатываемого материала.
Присущий всякому валку прогиб во многих случаях отрицательно сказывается на качестве нанесения покрытия, отжима, транспортировки материала. Для ограничения влияния этого отрицательного фактора предпринимаются следующие конструктивные меры:
бомбирование валка: поверхность валка шлифуется таким образом, что диаметр его средней части больше диаметра по краям (бочкообразность);
уменьшение длины между опорами: валок снабжается дополнительной опорой посередине. Это может осуществляться гидравлически, тогда говорят о плавающем валке;
увеличение диаметра валка;
перекашивание валков в валковой паре или установка
валков под углом друг к другу таким образом, чтобы зазор при прогибе валков оставался неизменным по всей его длине (например, при термопластичной переработке);
создание противодавления на шейки валков: в валках создается предварительное напряжение и они приобретают отрицательный прогиб, который компенсируется прогибом под действием их собственной массы;
внешнее подпирание валка с помощью нескольких опорных валков меньшего размера.
Особо высокие требования в отношении качества поверхности и точности величины диаметра предъявляются к наносным валкам и наносным цилиндрам.
Разновидностью натяжного валка является компенсирующий валок. Он располагается, например, между двумя приводимыми наносными агрегатами установки и служит для обеспечения равномерного движения материала при различных рабочих скоростях агрегатов. Благодаря возвратно-поступательным движениям этого валка в вертикальном направлении, которые создаются его собственной массой, приводится в действие серводвигатель, который увеличивает и уменьшает скорость первого по схеме наносного агрегата установки для нанесения покрытия,
Аналогично функционируют качающиеся валки, которые регулируют натяжение материала. Нагрузка на них создается пневматическим цилиндром и системой рычагов.
В зависимости от назначения валки изготавливаются из углеродистой стали (простые направляющие валки), высококачественных сортов стали, например хромированных (каландровые валки) и гуммированных (ракельные валки, отжимные валки). '
Сушильные и желирующие устройства. Для осуществления желирования, вспенивания или сушки нанесенной полимерной пленки требуется подвод тепла, который в большинстве случаев реализуется горячим воздухом, т.е. конвекцией.
Самым старым способом сушки, известным еще с зарождения промышленности искусственных кож, является сушка в сушильном помещении и подвешиванием материала, так назьшаемая подвесная сушка. При этом речь идет о большом закрытом помещении, в котором полуфабрикат подвешивается петлеобразно и сушится. Процесс сушки по этому способу является периодическим, но бывает и непрерывным. Для улучшения естественной конвекции воздуха в. помещении часто еще применяются циркуляционные вентиляторы, а для удаления из помещения паров, содержащих растворитель, — вытяжные вентиляторы.
Этот способ сушки имеет ряд существенных недостатков (прерьшистость процесса, потребность в большом помещении, большие затраты времени, загазованность помещения, в особенности при использовании растворителей), поэтому в настоящее время он почти не применяется. Однако для специальных целей, преимущественно на финишной обработке, он применяется еще и сегодня, так как благодаря малой концентрации
1131138 — Зак. 1488
113
113
растворителей в системе подачи воздуха становится возможным производство искусственной кожи со слабым запахом.
В установках для нанесения покрытий непрерывного действия применяются исключительно сушильные каналы и каналы желирования. Для пропускания материала через канал обычно применяются различные устройства.
Из сушильного оборудования наиболее распространена шпанрама, снабженная цепями с зажимными колодками либо иглами. Расстояние между цепями с зажимными колодками регулируется электродвигателями в соответствии с шириной полотна материала. Во впускной зоне с регулируемыми направляющими цепей, которые устанавливаются под углом друг к другу, по сигналу оптического, пневматического либо механического устройства зондарования кромок основы осуществляется регулировка расстояния между цепями. Этим обеспечивается надлежащий захват материала. Шпанрама применяется в основном для тканей, склонных к усадке, или тканей с двусторонним покрытием.
Другими средствами транспортировки полотна материала являются ведущие валки, несущие штанги либо сетчатая лента. Эти средства применяются в тех случаях, когда обрабатываемый материал не склонен к усадке, либо для транспортировки бумажной подложки в установках для нанесения покрытий переносным способом.
Последним достижением в области сушильного оборудования для промышленности искусственных кож является еще не получившая широкого применения в практике сушилка для сушки материала во взвешенном состоянии, в которой материал транспортируется через сушильный канал на воздушной подушке.
Обогрев сушильного канала и канала желирования может осуществляться непосредственно либо косвенно. Косвенный обогрев осуществляется с помощью ребристых трубчатых либо пластинчатых теплообменников. Для непосредственного обогрева применяются газовые либо масляные горелки, которые расположены прямо в канале и непосредственно нагревают находящийся в нем воздух. Этот вид обогрева характеризуется максимальным коэффициентом использования энергии и применяется главным образом для каналов желирования и покрытий без растворителей.
При косвенном ообогреве для достижения температуры желирования 170—180 С применяется пар высокого давления (приблизительно 2 МПа) или масляный теплоноситель. Масляный теплоноситель нагревается газовой либо масляной горелкой в особой циркуляционной системе.
Если требуется температура сушки 100—140° С, то для косвенного обогрева могут применяться пар низкого давления, горячая вода либо пар высокого давления, но не настолько высокого, как указано выше. При сушке покрытий, содержащих растворители, должен непременно применяться косвенный обогрев, иначе образующаяся в сушилке газовоздушная смесь может вспыхнуть или взорваться.
Обогрев может быть также электрическим. Он осуществляется либо косвенно путем нагрева масляного теплоносителя, либо непосредственно с помощью инфракрасных излучателей. При обогреве инфракрасными лучами нагревательные спирали помещаются в керамические элементы либо стальные трубы, из которых составляются по необходимости включаемые и выключаемые нагревательные секции. Этот вид обогрева характеризуется самым низким энергетическим КПД и поэтому применяется реже, несмотря на то что он часто^ требует малых капитальных затрат и является технически элегантным0 и технологически "чистым”. Он применяется главным образом в качестве дополнительного к прочим видам обогрева и в полупромышленных установках.
Новейшим методом обогрева, который пока еще не получил широкого распространения в промышленности искусственных кож и по стоимости не может конкурировать с градационными методами, является высокочастотный обогрев микроволнами с частотой 2400 МГц.
При решении вопроса о приобретении сушильного оборудования непременно следует проводить технико-экономическое сравнение с учетом капиталовложений и текущих эксплуатационных расходов с целью выбора оптимального варианта обогрева. Для рационального использования тепла необходимо сушильные каналы снабдить теплоизоляцией и следить за тем, чтобы циркуляция воздуха была минимальной, но, разумеется, не в ущерб технике безопасности и технологии.
Нагретый воздух либо пропускается через сушильную камеру, либо движется в горизонтальном направлении над полотном материала противотоком, либо циркулирует в ней. Движение воздуха должно быть равномерным с минимальными колебаниями температуры по ширине канала и по возможности по его длине, в особенности при сушке ПВХ-покрытий.
При пропускании воздуха в горизонтальном направлении (рис. 2.37) противотоком относительно направления движения полотна материала происходит более или менее значительное падение температуры. Для того чтобы в длинных каналах желирования разность температур не была слишком большой, ик разделяют на зоны, длиной приблизительно 3—10 м, которые обогревают раздельно. Температура регулируется также индивидуально в каждой зоне. Это имеет преимущество: максимальное снижение температуры можно удерживать в пределах
Рис. 2.37. Схема канала горизонтального пропускания воздуха:
1 — материал; 2 — отработанный воздух; 3 — подводимый воздух
Рис. 2.38. Схема вертикально обдуваемого канала:? — подводимый воздух; 2 — отработанный воздух； 3 — нагревательный регистр; 4 — материалРис. 2.38. Схема вертикально обдуваемого канала:? — подводимый воздух; 2 — отработанный воздух； 3 — нагревательный регистр; 4 — материалРис. 2.39. Сопловая сушилка с каналом:? — сопла; 2 — подводимый воздух; 3 — отработанный воздухРис. 2.39. Сопловая сушилка с каналом:? — сопла; 2 — подводимый воздух; 3 — отработанный воздух
Рис. 2.38. Схема вертикально обдуваемого канала:
? — подводимый воздух; 2 — отработанный воздух； 3 — нагревательный регистр; 4 — материал
Рис. 2.38. Схема вертикально обдуваемого канала:
? — подводимый воздух; 2 — отработанный воздух； 3 — нагревательный регистр; 4 — материал
Рис. 2.39. Сопловая сушилка с каналом:
? — сопла; 2 — подводимый воздух; 3 — отработанный воздух
Рис. 2.39. Сопловая сушилка с каналом:
? — сопла; 2 — подводимый воздух; 3 — отработанный воздух
5—10% и можно устанавливать желаемый температурный режим.
Большинство современных сушильных установок снаб- жен。вертикально обдуваемыми каналами (рис. 2.38). Это сопловые каналы, применяемые в установках как для нанесения, так и для отделки покрытий, Преимущество этих каналов состоит в более эффективной теплопередаче, достигаемой эа счет этого большей скорости работы и возможности лучшего регулирования условий сушки.
Сопловая сушилка с каналом, разделенным на зоны (рис. 2.39), состоит из корпуса канала, сопел, циркуляционного вентилятора и нагревательных секций. Вытяжные патрубки входят в общий вытяжной трубопровод с вытяжным вентилятором. Свежий воздух всасывается через воздушный фильтр и дроссельный клапан либо регул и руе мые щели в стенке кана- ла, втягивается вентилятором вместе с поступающим из канала циркуляционным воздухом через фильтр и теплообменники и принудительно подается в качестве приточного воздуха через воздухораспределительную камеру в верхнюю и нижнюю сопловые камеры. Нагне тате л ьные камеры имеют по всей длине и ширине канала сопла, которые равномерным потоком горячего воздуха обдувают полотно материала сверху и снизу.
Дроссельными клапанами регулируется количество пода- ваемого в сопла воздуха. Выходящий из сопел горячий воздух частично удаляется из канала вытяжным вентилятором вместе с отработанным воздухом, но большая его часть поступает в циркуляционный контур. Соотношение свежего или отработанного воздуха и циркулирующего воздуха у каналов для желиро- 116
вания составляет 20 : 80 или 10 :90. В случае покрытий, содержащих растворители, это соотношение по причине взрывоопасности, естественно, не может соблюдаться, и необходим более энергоемкий процесс сушки либо желирования без циркуляции воздуха, т.е. с большей долей свежего воздуха. Отработанный воздух удаляется через крышку либо подается в установку для рекуперации растворителя. .
Продолжительность сушки и, следовательно? производительность сушильной установки в решающей степени определяются площадью сушки, которая зависит от длины канала, температуры и скорости движения воздуха в сушильном канале или при выходе иэ сопел. Обычно скорость движения воздуха находится в пределах 10—30 м/с, а в некоторых установках она достигает даже 50 м/с.
Ниже представлены еще некоторые специальные типы сушилок.
• Для сушки в оэдухопроницаемых основ с покрытием или беэ него, которые благодаря их толщине и прочности в малой степени склонны к усадке, может применяться сушилка с сетчатыми барабанами.
Она состоит иэ корпуса и параллельно расположенных в нем приводимых во вращение сетчатых барабанов (от 2 до 20 шт.). Кроме того, в корпусе находятся вентиляторы, теплообменники и пластины для равномерного распределения воздуха. Вентиляторы отсасывают воздух из сетчатых барабанов и таким образом создают в них разрежение, благодаря которому находящийся в корпусе сушилки (вне барабанов) ' воздух всасывается в сетчатые барабаны сквозь обвивающее их полотно материала. Расположенные непосредственно на выходе вентиляторов теплообменники нагревают воздух, и он продолжает циркулировать» У данной сушилки, как у любой другой, определенная часть воздуха устраняется в качестве отработанного в оздуха.
При крашении текстильных материалов и для досушивания окончательно отделанных искусственных кож применяется воздушная сушилка, именуемая зрельником. Она имеет большую сушильную камеру, разделенную на секции. С помощью расположенных сверху и снизу валков материал в виде многочисленных петель вертикально пропускается через сушильную камеру. Каждая секция машины снабжена вентилятором и теплообменником. Двухсекционная сушильная камера вмещает 120 м полотна материала.
Применяемые в печатных и лакировальных установках сушильные каналы функционируют аналогично желирующим каналам описанных выше сопловых сушилок. Они состоят из отдельных секций длиной 1500—2000 мм. Подача воздуха и температура регулируются в каждой секции индивидуально.
На рис. 2.40 представлен поперечный разрез сушильной секции. Крышка секции снабжена циркуляционным вентилятором, который нагнетает воздух через теплообменники в щелевые сопла и таким образом обдувает поверхность ма
териала.
Рис. 2.40. Поперечный разрез сушильной секции
Материал поддерживается и транспортируется лентой, приводимой в движение ведущими валками.
Подвод свежего воздуха и отвод отработанного воздуха осуществляются через вентиляционные клапаны.
Чтобы подложка могла непрерывно проходить через установку, должны выполняться следующие условия:
должен иметься приводной агрегат, который сообщал бы рабномерное движение всем органам установки, участвующим в транспортировке материала;
материал должен транспортироваться соответствующими органами установки таким образом, чтобы полотно на транспортировочных валках не смещалось вправо или влево; '
для непрерывности работы должна быть обеспечена -возможность эагруэки установки подложкой с запасом.
Привод сообщает органам машины движения, соответствующие ее функциям. Мощность привода определяется для вращательных движений крутящим моментом и угловой скоростью, для прямолинейных движений — силой и скоростью.
Всякому приводу соответствует следующая принципиальная схема: движущий момент — механический момент трения установки и момент трения движущегося материала, в также ускорительный момент или тормозной момент, т.е. сумма сил трения и ускоряющей силы дает требующееся приводное усилие.
Электропривод применяется наиболее часто, так как диапазон мощности электродвигателей от нескольких ватт до 1000 кВт, частоту вращения можно регулировать в широких пределах и при работе создается сравнительно мало шума.
По принципу работы электродвигатели делятся на следующие группы: двигатели постоянного тока; асинхронные двигатели; синхронные двигатели.
Устройства ориентации материала. Эти устройства ориен-1 тации материала выполняют две задачи: обеспечение ровного движения материала в установке без его боковых смещений; расширение полотна материала во избежание его усадки под воздействием температуры в каналах, промывочных ваннах и т.д., а также образования складок.
Ширильные валки Виттлера представляют собой гибкие резиновые валки, которые расположены в установке под прямым углом к полотну материала и в зависимости от натяжения материала изгибаются дугообразно. При этом участок подвода материала должен быть относительно длинным, а 118
участок отвода должен по возможности не превышать 2,5 диаметра валка. Валок устанавливается таким образом, что он натягивает те части полотна (края или середину), которые не имеют натяжения, придавая им вогнутость или выпуклость. Валок может быть вращающимся либо невращающимся.
Планочный ширитель представляет собой валок, на котором расположены деревянные планки, разделенные посередине валка. Эти планки при вращении валка отжимаются к краям и при этом растягивают полотно материала вширь.
Бомбированные валки по форме соответствуют ширильным валкам Виттлера, но имеют выпуклость по окружности. Их применяют для материалов, характеризующихся неодинаковой растяжимостью отдельных зон. ■
Расправители краев состоят иэ двух установленных по бокам полотна под углом к нему конических валков, снабженных выфреэерованными винтовыми клапанами. Валки приводятся во вращение таким образом, что завернувшиеся края основы своими кромками входят в винтовые канавки и разворачиваются в направлении движения полотна материала.
Устройства направления кромок. Транспортировка материала беэ боковых смещений его кромок может обеспечиваться цепями с зажимными колодками, цепями с иглами, сетчатыми лентами, резиновым полотном и т.д.; путем регулировки положений валков, с помощью ширильных устройств.
Цепи с клуппами применяются на тех участках установок, которые требуют строго ориентированной транспортировки полотна материала, например в каналах шпанрамы. Бывают и коагуляционные ванны, снабженные транспортировочными цепями с клуппами.
Материал подается во входную зону установки с двумя боковыми бесконечными цепями, снабженными клуппами, распрямляется в ширину, его края зажимаются в клуппах, и таким образом исключается образование складок.
Во многих случаях цепи с клуппами выполнены таким образом, что изменения ширины полотна материала компенсируются их сближением или расхождением. Кроме того, цепи могут быть отрегулированы таким образом, что расстояние между ними непрерывно увеличивается. Это позволяет избегать провисания полотна материала.
Цепи с игольчатыми держателями применяются для легких материалов, тогда как цепи с зажимными колодками — для относительно тяжелых материалов. Принципиальная конструкция этих цепей аналогична конструкции цепей с зажимными колодками, только вместо последних применяются ленты с иглами. Посредством щеточного валка ткань втискивается в игольчатые держатели. На поворотном конце цепей ткань с помощью опорных валков извлекается из игольчатых держателей. В сущности техническое исполнение цепей с игольчатыми держателями такое же, как техническое исполнение цепей с клуппами, применяемых в шпанрамах.
Материалы, обладающие большой эластичностью, напри-
мер трикотаж, не могут транспортироваться с помощью цепей с клуппами или игольчатыми держателями, так как они под собственной массой и под массой покрытия все-таки растягиваются. Для транспортировки таких тканей применяются сетчатые ленты, т.е. бесконечные металлические сетки, которые выполнены, например, из углеродистой стали, латуни или ванадиевой стали (для агрессивных сред) • Материал лежит на натянутой сетке и таким образом, без напряжений, транспортируется по каналам и другим участкам установки.
Для транспортировки через сушильные каналы материалов, менее подверженных деформациям вследствие натяже- £冲й, обычно применяются опорные штанги либо валки. Для 'преодоления больших расстояний между опорами от валка к валку можно натягивать бесконечные ленты из ткани, резины или дедероновых шнуров.
Транспортировочные цепи с клуппами либо игольчатыми держателями имеют то преимущество, что они обеспечивают хорошее натяжение и точное центрирование полотна материала, а их недостатком является то, что края полотна оставляются без покрытия во избежание загрязнений цепей.
На сетчатых лентах материал транспортируется хотя и без напряжений, но и без точного центрирования. При использовании опорных валков или штанг невозможно точное направление кромок материала, но зато покрытие может наноситься по всей ширине полотна.
При регулировании положения кромок материала путем горизонтального перемещения валков приводом служит элект- рогидравлический серводвигатель. На рис. 2.41 показано применение электрогидравлического сервопривода для регулирования положения кромок полотна материала. Кромка полотна постоянно зондируется фото эле ментам и. При изменении положения кромки валок смещается вправо или влево, и таким образом обеспечивается требуемое положение материала.
Этот принцип применяется главным образом для обеспечения ровной намотки материала, регулирования поло- женйя сетчатых лент и боковых шпателей ракельных на* носных устройств и устройств для нанесения покрытий методом литья.
Для управления положением кромок может применяться также устройство расправления завернувшихся краев материала. При этом фотоэлементы зондируют кромку полотна и
устройство распрямления краев перемещается соответственно вправо либо влево. При таком управлении положением краев полотна для его
Рнс. 2.41. Схема элетстрогидравли- ческого сервопривода для регулирования положения кромок по-
лотна материала
распрямлеьадя требуется относительно большой участок пути, достаточный для того, чтобы на последующих валках не образовывались складки.
Центрирование полотна материала может осуществляться с помощью вращающегося валка, установленного под углом 90° к полотну. Если, например, полотно необходимо переместить влево, то этот валок вращается влево. И в этом случае предпосылкой для успешного центрирования полотна является наличие достаточно длинного пути. Регулирование осуществляется с помощью фотоэлементов и серводвигателя.
Накопители материала. Для обеспечения непрерывности работы производственной установки требуется создавать в ней запас материала ——основы на время смены рулона.
Применяются два принципа создания запаса материала: с помощью лоткового (бункерного) накопителя и валкового накопителя. Материал накапливается в лотке на входе в установку, а для намотки материала предпочитается валковый накопитель. После лоткового накопителя обязательно должны находиться втягивающая валковая пара и устройства направления кромок, после валкового накопителя материал направленно подается на другие части установки.
Устройства для соединения полотен материала. Для непрерывной работы установки отдельные полотна материала необходимо соединять. Существуют следующие способы соединения полотен:
встык с помощью обметочной швейной машины;
внакладку с помощью швейной машины (тонкие текстильные полотна);
встык с помощью высококачественного сварочного аппарата (нетканые материалы);
специальной клейкой лентой (бумажные полотна).
Намоточные и размоточные устройства. Внутри предприятия основа транспортируется в больших рулонах на бобинах с помощью подъемно-транспортных средств либо в небольших рулонах с помощью специальных тележек, перемещаемых вручную или тягачами.
При использовании тележек размоточное устройство обычно имеет такую консистенцию, которая позволяет располагать две тележки с рулонами друг за другом в направлении установки и поочередно разматывать рулоны.
При использовании больших рулонов на бобинах применяются поворотные размоточные устройства с 2—4 местами для подвешивания и разматывания рулонов. При необходимости рулоны можно поворачивать.
Намотка прошедшего через установку материала производится аналогичным образом. На современных автоматизированных установках отрезание полотна материала при определенном намотанном метраже и подача новой бобины осуществляются автоматически.
Если установка работает с относительно малой скоростью, то от накопителя материала перед намоткой можно отказаться.
2-4.2. Устройства- для нанесения паст и растворов
Наносные системы применяются для нанесения паст, растворов, органозолей и дисперсий различной вязкости на подложки из текстильного материала, бумаги, пленки и т.д.
Наносные системы можно подразделить на ракельные, валковые и распылительные.
Системы для нанесения покрытий из твердых веществ в промышленности искусственных кож почти не применяются, поэтому они здесь не описываются.
Наносные приспособления для пленочных покрытий выполняются в соответствии с требованиями, предъявляемыми к пленке. Для прямого нанесения покрытия в отличие от современных высокопроизводительных машин для нанесения покрытий переносным способом требуются относительно несложные наносные устройства.
При нанесении покрытий (прежде всего растворов полиуретана и отделочных) часто приходится иметь дело с горючими растворителями, поэтому установки должны иметь взрывобезопасное исполнение и контролироваться службой технического надзора.
Ракельные устройства. В промышленности искусственных кож для нанесения покрытий наиболее часто применяются ракельные устройства. Существует три вида ракельных наносных устройств: ножевое, с резиновым полотном и валковое.
Ракельные системы различаются по форме наносного ножа, по виду опоры и способу транспортировки подложки при нанесении покрытия.
Наносный узел состоит в основном из наносного ножа, опоры и устройства отвода материала. Равномерность нанесения покрытия и толщина наносимого слоя решающим образом зависят от угла наклона, угла и формы заточки (фаски) ракельного ножа и типа опоры. Фаска наносного ножа является той его частью, которая соприкасается с подложкой (бумагой, тканью). Угол наклона ракли по отношению к опоре и ее высота над опорой могут регулироваться для достижения требуемой величины наложения массы. Наносные ножи имеют на тыльной стороне остроугольный срез, который позволяет избегать накапливания наносимой пасты и отделения ее в виде капель (см. подраздел 3.5.1).
Валковые устройства. В промышленности искусственных кож часто применяются валковые наносные системы, которые в основном сравнимы с валковыми раклями. Валковая нанос- ная система имеет перед ракельными системами следующие преимущества: позволяет наносить пленочные покрытия строго определенной толщины с высокой скоростью. При этом на покрытии не образуются полосы, которые возможны при ра- кельном нанесении, и не происходит механического повреждения подложки, как это случается, например, при нанесении покрытия воздушной раклей (без опоры).
Однако эта система имеет и недостатки: позволяет приме- нятв лишь обладающие хорошей текучестью тиксотропные
/
Рис. 2.42. Схема устройств для нанесения жидких покрытий: а — валковое наносное устройство; б — плюсовка
пасты, органозоли и растворы. Применение высоковязких дилатантных паст недопустимо.
Стоимость валковой наносной системы относительно высока. Затраты времени на ее чистку значительно больше, чем в случае ракельной системы. Валковые наносные устройства могут с успехом применяться для изготовления вполне определенного ассортимента изделий, например для нанесения покрытий на бумагу, двустороннего покрытия металлической фольги и тонколистового металла.
Маловязкие массы (менее 1000 мкП), прежде всего полимерные дисперсии и растворы, могут наноситься с помощью валкового наносного устройства (рис. 2.42, а), работающего однонаправленно с движущимся полотном основы, либо с помощью плюсовки (рис. 2.42, б).
Специальные наносные устройства (печатающие, распылительные, экструзионные и валковые для нанесения покрытий из расплавов) рассматриваются ниже.
Между толщиной Dp и шириной BF нанесенной пленки, массой покрытия т и плотностью раствора р существует следующая зависимость:
т
Df=.
Вр р.
При условии, что ширина пленки постоянна, массу покрытия можно определить по толщине пленки. Толщину пленки определяют двумя способами:
путем измерения зазора между раклей и поверхностью опоры либо зазора между валками (в случае валкового наносного устройства) * Этот способ не позволяет измерять изменения толщины нанесенного слоя, обусловленные действием срезающих сил. Им можно измерять толщину толстослойных покрытий при малых скоростях движения материала;
с помощью радиоактивного излучения. Этот принцип основывается на том, что сквозь обрабатываемый материал пропускается известная доза радиоактивных лучей, а на другой стороне измеряется количество излучения. Часть радиоактивных лучей задерживается материалом; это количество зависит от толщины материала. В зависимости от того, какая толщина искусственной кожи должна измеряться, следует применять излучатели различной мощности, но во всех случаях это
должны быть излучатели бета-лучей. Установки с такими излучателями должны снабжаться предупредительной надписью ^Осторожно! Радиоактивное излучение!п Кроме того, необходимо придерживаться определенных ограничений в отношении длительности пребывания людей вблизи таких установок, т.е. требуются особые меры безопасности.
Устайовки для нанесения покрытий из ПВХ
и полиуретана прямым способом
Установки для нанесения лицевых покрытий состоят из описанных выше отдельных устройств и узлов. Части установки настраиваются таким образом, чтой>1 обеспечивалась ее непрерывная работа.
Установки для нанесения покрытий состоят в основном из следующих частей: устройство для разматывания основы (бумаги, ткани и т.д.); накопитель материала с втягивающими валками и расправителем полотна; наносное устройство (ракля, валки); сушильный или желирующий канал; зона охлаждения; лощильный и тиснильный каландры; накопитель материала; наматывающее устройство; привод установки.
Для различных технологий, определяемых обрабатываемыми материалами, созданы соответствующие наносные установки.
Различные сорта искусственной кожи изготавливаются как на так называемых одноштриховых установках (однократного нанесения), т.е. установках с одной комбинацией наносный узел — канал, так и на многоштриховых установках (многократного нанесения), т.е. с несколькими комбинациями наносный узел — канал. На рис. 2.43 показана схема даухштриховой установки.
Первое наносное устройство (устройство нанесения предварительного штриха), чаще всего воздушная ножевая ракля, грунтует основу. Для нанесения основного штриха в большинстве случаев применяется валковая ракля.
Каналы установки оборудованы транспортировочными цепями с клуппами либо игольчатыми держателями, которые
Рнс. 2.43. Схема двухштрнховон установки:
1 一 швейная машина; 2 — транспортная тележка для рулонов;
3 — накопитель материала; 4 — шнрнльное устройство; 5 — площадка; 6 — наносное устройств во; 7 — дублировочный ролик;
8 — термокамера; 9 — тиснильное устройство; 10 — охлаждающие валки; 11 — компенсирую* щие валикн; 12 — камера сушкн н желир ования; 13 — промежуточный компенсатор; 14 — устройство для двойной намоткн
предотвращают усадку материала под воздействием высоких температур в каналах.
В установках для нанесения покрытий прямым способом после первого канала применяется лощильное устройство, а после второго канала — тиснильное устройство. Назначение лощильного устройства состоит в выглаживании предварительного штриха. Тиснильное устройство располагается после второго канала, чтобы использовать термопластичность материала.
Намоточное устройство, накопитель материала, охлаждающий канал и привод не имеют каких-либо особенностей; они выбираются в зависимости от сорта обрабатываемого материала.
При изготовлении таких тяжелых материалов, как покрытия для полов на джутовойлочной основе, предварительный штрих иногда наносится ракельным устройством с резиновым полотном. На дальнейшую обработку такие материалы доставляются на обогреваемых барабанах, покрытых политетрафторэтиленом. Основной штрих наносится с помощью валковой ракли. Контактным способом могут желироваться относительно толстые пластмассовые покрытия. Пасты в этом случае должны быть высоковязкими и по возможности предварительно желированными.
Для изготовления пористой искусственной кожи на основе ПВХ с нанесением покрытия прямым способом применяются трехштриховые установки с тремя наносными устройствами. Эти установки занимают очень много места и требуют больших капиталовложений.
Установки для нанесения покрытий из ПВХ и полиуретана переносным способом
Установки с о стальной лентой стали применяться в промышленности искусственных кож после того, как появилась возможность изготавливать такие стальные ленты, которые, не деформируясь, могут выдерживать кратковремен-
Рис. 2.44. Установка со стальной ленюй:
7 — приводной барабан; 2 — ролики для нанесения покрытия; 3 — стальная лента; 4 — Предварительная сушилка; 5 — облучатель; 6 — основа;
7 дублировочный вал; 8 — термокамера; 9 — натяжной барабан; 10 — зона охлаждения; 11 — деламинирование; 12 — искусственная кожа; 13 — компенсатор материала; 74 — намоточное устройство; 15 — устройство для двойной размотки
нь啤(в течение нескольких минут) перепад температуры около 250 С.
Установка со стальной лентой (рис. 2.44) содержит два стальных валка (барабйна), на которые натянута стальная лента толщиной приблизительно 1 мм и полной длиной около 50 м. Один из барабанов имеет привод, а второй служит натяж- ным. Движение ленты постоянно контролируется фотоэлементами.
Над приводимым барабаном расположено валковое на- носное устройство, снабженное механизмом мгновенного подъ- ема, который приводится в действие пневмосистемой. Слой, нанесенный на стальную ленту валковым устройств ом, явля- ется верхним слоем будущей искусственной кожи.
Обрабатываемый материал проходит канал желирования длиной около 3 м. Для нагревания воздуха, желирующего нанесенный слой покрытия, используется газ или нефтяное топливо (например, мазут). После прохождения первого желирующего канала материал охлаждается в первой зоне охлаждения и подается ко второму валковому наносному устройству. Под действием инфракрасного излучения паста приводится в вязкотекучее состояние и поступает к каширо- вальному устройству, которое наносит на него текстильную основу. После этого стальная лента проходит второй желирующий канал длиной около 9 м. Обогрев второго желирующего канала осуществляется аналогично обогреву первого желирующего канала.
Системы подачи, циркуляции и отвода воздуха в желирующих каналах устроены и отрегулированы таким образом, что исключается выход паров пластификатора в окружающую атмосферу. Это может достигаться, например, созданием в каналах пониженного давления.
Затем материал проходит вторую зону охлаждения, отделяется от стальной ленты и охлаждается в следующей 126
зоне охлаждения до комнатной температуры. Далее искусственная кожа-сырец сматывается в рулон с помощью двойного намоточного устройства.
Установки с бумажным транспортером- подложкой экономичны лишь при условии многократного использования бумажной подложки. Поэтому эти установки должны конструироваться таким образом, чтобы бумажная подложка транспортировалась в них без повреждений.
Установки для нанесения покрытий переносным способом в сущности состоят йз тех же у^лов, что и установки для нанесения покрытий прямым способом. Однако к ним предъявляются более высокие требования в отношении синхронности работы всех транспортирующих элементов, так как бумага характеризуется очень малыми пределами растяжимости.
По конструкции эти установки могут быть даух- илй трехштриховыми. Они состоят из нескольких узлов (рис. 2.45).
Двойное бумагоразмоточное устройство требуется для гарантирования непрерывной работы установки. Бумага не может сшиваться, она склеивается клейкой лентой.
Вследствие жесткости бумаги предпочитаются валковые накопители, а не лотковые (бункерные).
В качестве наносного устройства применяются как валковые ракли, так и валки, а в особых случаях — валки с сетчатыми шаблонами.
При изготовлении искусственной кожи из полиуретана растворитель испаряется и отработанный воздух с его парами отводится с помощью всасывающего либо нагнетательного устройства. Для транспортировки материала в каналах установок с бумажным транспортером-подложкой цепи с клуппами либо с игольчатыми держателями применяются редко, чаще используются сетчатая лента либо несущие штанги. Непосредственный обогрев, как в установках со стальной лентой, исключается, а применяется косвенный обогрев посредством теплоносителя, в качестве которого может служить пар либо топливное масло.
Рис. 2.45. Установка для нанесения покрытия переносным способом: ? — устройство для разматывания бумаги; 2 — наносное устройство (для лицевого слоя); 3 — термокамера; 4 — охлаждающие валки; 5 — устройство для нанесения адгезионного слоя； б — текстильная подложка; 7 — дублировочное устройство; 8 — термокамера; 9 — охлаждающие валки; ?0 — разделительное устройство; 11 — устройство для наматывания материала с покрытием; 12 — намоточное устройство для бумаги
Бумажное полотно с нанесенной полимерной пленкой проходит первую зону охлаждения с валками, охлаждаемыми водой, и попадает ко второму наносному устройству, которое идентично первому.
Станция дублирования в сущности не отличается от станции дублирования в установках со стальной лентой.
Второй сушильный канал и вторая зона охлаждения аналогичны первому сушильному каналу и первой зоне охлаждения, однако в большинстве случаев второй желирующе- сушильный канал длиннее первого.
Далее следуют валковый накопитель (компенсатор) материала, устройство отделения искусственной кожи от бумажного транспортера-подложки и намоточная станция. Намоточная станция состоит из двух рулононамоточных устройств, так как бумажная лента и искусственная кожа должны сматываться в рулоны по отдельности. Лощильный (выглаживающий) и тиснильный каландры, применяемые в установках прямого нанесения покрытий, в установках для нанесения покрытий переносным способом могут отсутствовать.
Для изготовления особых сортов искусственной кожи требуется установка трехкратного нанесения, содержащая третий наносный узел.
Для перемотки и отбраковки бумажного транспортера- подложки применяется бумагоперемоточная машина.
Установки для получения поромерных полиуретановых покрытий
Основные узлы установок. В данном подразделе рассматриваются установки для изготовления материалов с полиуретановым покрытием, пористая структура которых достигается методом коагуляции.
В противоположность уже описанным установкам для нанесения покрытий в установках для получения поромерных покрытий растворитель удаляется из материала не сушкой, а с помощью воды в соответствующих ваннах.
Для изготовления поромерных полиуретанов ых материалов применяются установки двух- и трехкратного нанесения. Покрытое наносится либо односторонне с помощью обычных наносных устройств (валковая ракля, ножевая ракля, поливочное устройство), либо путем погружения или пропитки основы в плюсовке.
После нанесения покрытия о суще ствляется либо предварительная коагуляция в коагуляционной камере с помощью высоковлажного воздуха с окончательной коагуляцией в ванне, либо одностадийная коагуляьхия в ванне. В следующей зоне материал промывается в большинстве случаев по принципу противотока. Для этого в последнюю промывочную ванну, расположенную перед входом в сушилку, противотоком к движению полотна материала подается вода, которая на пути к коагуляционной ванне обогащается растворителем и оттуда 128
направляется в дистилляционную установку. В качестве растворителя применяется диметилформамид.
В сушилке (сетчатый барабан, шпанрама) промытый материал сушится и затем сматывается в рулон.
При изготовлении поромерных полиуретановых материалов в качестве основы применяется пропитанный нетканый холст. Машины для изготовления нетканого холста здесь не рассматриваются. Пропитка ретканого холста может осуществляться на самой установке для нанесения покрытия в плюсовке.
В коагуляционной камере осуществляется предварительное упрочнение микропористого покрытия. Требующийся для этого воздух с температурой около 40° С и относительной влажностью около 90% подготавливается в устройстве кондиционирования воздуха. Это устройство состоит из секции увлажнения, фильтров для задержки увлеченных воздухом мелких капель воды и теплообменников для косвенного обогрева камеры. Увлажнение воздуха может осуществляться подаваемыми через сопла насыщенным паром или водой. Применяются либо одно канальные сопла с использованием давления самой распыляемой среды, либо дв ух канальные сопла. В последних для распыления воздухоувлажняющей среды используется сжатый воздух. Предварительная коагуляция осуществляется, например, в ширильно-сушильной сопловой машине. В коагуляционной камере создается определенная смесь воздуха, водяного пара и растворителя, выделившегося из обрабатываемого материала. Воздух в камере циркулирует, и лишь незначительная его часть отводится.
- Для обеспечения требуемого режима коагуляции применяются устройства регулирования температуры и влажности.
Коагуляционная ванна может иметь различное конструктивное исполнение. Чаще всего она представляет собой резервуар относительно большой вместимости, оснащенный валками для транспортировки и направления материала, которые допускают прикасание к поверхности полотна материала лишь тогда, когда он в достаточной степени упрочнен. Ванна снабжена устройством для косвенного обогрева с помощью теплоносителя, насосом для перемешивания ее содержимого и соответствующими устройствами для опрыскивания полотна.
Перемешиваемое содержимое ванны непрерывно очищается с помощью центрифуги либо путем фильтрования. Загрязнениями являются вымытая из основы пыль и выпавшие в процессе коагуляции низкополимерные частицы, так называемые продукты выпотевания.
Из коагуляционной ванн^ смесь воды и растворителя перепускается в дистилляционную установку.
Промывочные ванны служат для вымывания растворителя до безопасного его содержания. Оно может осуществляться либо в одной зоне промывки по принципу противотока, либо в дополнительной второй зоне промывки (вымывание остаточного содержания растворителя). Однако вымывание по принципу противотока экономичнее и безопаснее
9 —Зак. 14881 29
в отношении загрязнения окружающей среды, поэтому оно предпочтительнее.
При изготовлении поромерных материалов с основой из нетканого холста (материал марки ,,Экраледп производства ГДР) применяются ширильно-промывочные машины.
Промывочный отсек имеет снабженный крышкой про- мывочный бак с приводимыми верхними валками, непри- водимыми нижними валками, перекачивающим устройством с фильтром, нагревательным змеевиком и отжимным устрой- ством с усилием 40 или 100 кН (устройство для окончатель- ното отжима). Число промывочных отсеков зависит от промываемого материала, скорости движения материала, темпера- туры промЬшки, количества подаваемой противотоком воды и максимально допустимой остаточной концентрации растворителя в материале.
Промывочный Ътсек вмещает от 14 до 18 м3 воды. Для поромерных материалов применяются также п ро мыв очные машинь! с вакуум-барабаном, у которых аналогично секцион- ному барабанному фильтру внутри барабана с помощью насо- са создается разрежение, благодаря которому вода всасывается сквозь материал и циркулирует. Высокое качество промывки материала этим способом позволяет сделать короче зону промывки.
Для нанесения покрытий путем пропитки или погружения основы в раствор применяются плюсовки.
Пропиточная плюсовка состоит в основном из резервуара для пропиточной жидкости и расположенного над ней отжимного устройства (двух резиновых валков) для вдавливания раствора в основу и отжима излишнего раствора.
Известны также плюсовки с несколькими отжимными устройствами, расположенными над резервуаром и под ним. Каждое отжимное устройство состоит из ведущего и прижим- ного валков. Для нанесения покрытий путем погружения ос- н°вы в раствор на выходе материала из плюсовки имеются ракельные устройства, которые также удаляют излишки раствора.
Погружная плюсовка снабжена устройствами регулирования уровня жидкости и в некоторых случаях устройствами для перемешивания и фильтрации раствора.
Катировальные установки. Высококачественные искус- ственные кожи изготавливаются путем нанесения полимерного покрытия переносным способом, т.е. полимерная пленка для лицевой стороны искусственной кожи сначала формиру- ется на бумажном транспортере-подложке или на стальной ленте, а затем, на второй технологической стадии (ламинирование) ,дублируется с текстильной основой.
В принципе возможны каширование с сухим дублированием, т.е. с применением клея без растворителя и воды, и каширование с мокрым дублированием, т. е. с применением клея, растворенного или диспергированного в растворителе либо в воде.
Основными узлами кашировальной установки являются наносный узел, дублировочный валок, камера охлаждения. 130
В установках для каширования с сухим дублированием наносный узел предназначен для пластикации полимера и нанесения его на подложку. Дублировочный валок — это валок, который может пневматически либо гидравлически прижиматься к неподвижному валку. Он может работать с зазором или без зазора (с прижимом). Разный дублируемый материал сдавливается в валковой паре с различными усилиями. В некоторых случаях материал одновременно подвергается тиснению, для чего используется тепло полимера.
Установки для каширования с мокрым дублированием представляют собой в сущности агрегаты для двух- или трехкратного нанесения покрытий, котооые имеют соответственно на втором либо третьем наносном узле дублйровочную валковую пару. С помощью наносного узла, обычно применяемого для растворов, на транспортер-подложку наносится водный раствор или раствор, содержащий растворитель. Транспортером-подложкой служит снабженная покрытием бумага либо стальная лента с нанесенным покрытием. Затем следует вытяжная или желировочная камера соответственно для удаления паров растворителя или желирования ПВХ-пасты.
Дублировочный валок для особо чувствительных к давлению материалов выполнен как ''плавающий'' валок; зазор регулируется и валок нагружается контрдавлением таким образом, что дублирование осуществляется практически без давления. Такая конструкция применяется для искусственных кож на ворсистой подложке или для кож с вспененным промежуточным слоем.
Перечень узлов и агрегатов кашировальных установок
Каширование с сухимдуолированиемРазмоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)Размоточное устройство или устройство для подачи клея (подача пленки с размоточного устройства либо клея способом экструдирования или плавления)Наносное устройство (дублирующий валок)Воздуховытяжная камера Устройство снятия подложки (два двухрулонных иамоточиых устройства для каширования переносным способом)Каширование с сухимдуолированиемРазмоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)Размоточное устройство или устройство для подачи клея (подача пленки с размоточного устройства либо клея способом экструдирования или плавления)Наносное устройство (дублирующий валок)Воздуховытяжная камера Устройство снятия подложки (два двухрулонных иамоточиых устройства для каширования переносным способом)Каширование с мокрымдублированиемРазмоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)Устройство для подачи ткани Наносное устройство (дублирующий валок)ТермокамераЗона охлажденияУстройство снятия подложкиДва двухрулонных намоточных устройства (для каширования переносным способом)Каширование с мокрымдублированиемРазмоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)Устройство для подачи ткани Наносное устройство (дублирующий валок)ТермокамераЗона охлажденияУстройство снятия подложкиДва двухрулонных намоточных устройства (для каширования переносным способом)
Каширование с сухимдуолированием
Размоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)
Размоточное устройство или устройство для подачи клея (подача пленки с размоточного устройства либо клея способом экструдирования или плавления)
Наносное устройство (дублирующий валок)
Воздуховытяжная камера Устройство снятия подложки (два двухрулонных иамоточиых устройства для каширования переносным способом)
Каширование с сухимдуолированием
Размоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)
Размоточное устройство или устройство для подачи клея (подача пленки с размоточного устройства либо клея способом экструдирования или плавления)
Наносное устройство (дублирующий валок)
Воздуховытяжная камера Устройство снятия подложки (два двухрулонных иамоточиых устройства для каширования переносным способом)
Каширование с мокрымдублированием
Размоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)
Устройство для подачи ткани Наносное устройство (дублирующий валок)
Термокамера
Зона охлаждения
Устройство снятия подложки
Два двухрулонных намоточных устройства (для каширования переносным способом)
Каширование с мокрымдублированием
Размоточное устройство Накопитель материала (компенсатор)
Устройство для подачи ткани Наносное устройство (дублирующий валок)
Термокамера
Зона охлаждения
Устройство снятия подложки
Два двухрулонных намоточных устройства (для каширования переносным способом)
При кашировании на установках с расплавлением полимера на валках полимер подается через дозирующую воронку на два обогреваемых плавильных валка непосредственно либо после предварительной пластикации с помощью экструдера. В зазоре валковой пары полимер образует наплыв, из которого вследствие трения и разности температур двух пла-
в ильных валков на одном из них образуется пластицированная пленка. С размоточного устройства с помощью обрезиненного валка на плавильные валки подается основа (по возможности предварительно нагретая), и пленка соединяется с основой.
Дл只 нанесения покрытий переносным способом эта технология дублирования неприемлема и упомянута здесь лишь ДЛЯ полноты изложения материала. Подробное описание уста- новки для сухого каширования дается в разделе 2.5.2. Нанесе- ну* покрытия и дублирование полимерной пленки с текстиль- нои основой можно производить на экструзионно-наносных установках.
Наносная установка состоит из экструдера с широкой калибрующей щелью и дублирующего устройства. Дублирую- 1цая среда пластицируется экструдером и подается между подводимыми полотнами дублируемых материалов. Полотна материалов в дублирующем устройстве прижимаются друг к другу и охлаждаются.
Установки для дублирования и тиснения. Созданы тис- нильные каландры специальных конструкций, которые позво- 口月ют дублировать одну или две полимерные пленки с тканью и одновременно производить тиснение (рис. 2.46).
Зтл установки в зависимости от их конструкции позво- ляют осуществлять как сухое дублирование с помощьюклеевой пленку, так и. мокрое дублирование с нанесением на полимерную пленку жидкого клея с помощью специального уст- роиства. В таких установках для дублирования тепло одновременно используется и для тиснения.
Эти установки рационально применять только для производства определенных сортов материалов, поскольку, как уже упоминалось, скорость работы установки при тиснении зависит от наносимого узора и материала, в то время как при дублировании она зависит от активируемости клеевого распла- ва 皿玄 от содержания раствора в клее и, следовательно, от времени пребывания обрабатьшаемого материала в вытяжной камере для удаления паров растворителя.
В установках для дублирования огневым способом, т.е. с оплавлением наклеиваемого материала (рис. 2.47), туго-
^ис* 2.46. Схема кашировально-тиснильного агрегата：^ис* 2.46. Схема кашировально-тиснильного агрегата：с二F吗04Hoe/с可母于°； 2 一 инфракрасный излучатель; 3 — дубли- 2獴豐11 ВЙЛОК； % — барабан предварительного нагревания; 5 — револь- ® ?™е важные валы; б — гуммированный (обрезиненный) прижим- ДОющ^猊ni證皿81014® барабан для прижимного валка； 8 - охлаж-с二F吗04Hoe/с可母于°； 2 一 инфракрасный излучатель; 3 — дубли- 2獴豐11 ВЙЛОК； % — барабан предварительного нагревания; 5 — револь- ® ?™е важные валы; б — гуммированный (обрезиненный) прижим- ДОющ^猊ni證皿81014® барабан для прижимного валка； 8 - охлаж-
^ис* 2.46. Схема кашировально-тиснильного агрегата：
^ис* 2.46. Схема кашировально-тиснильного агрегата：
с二F吗04Hoe/с可母于°； 2 一 инфракрасный излучатель; 3 — дубли- 2獴豐11 ВЙЛОК； % — барабан предварительного нагревания; 5 — револь- ® ?™е важные валы; б — гуммированный (обрезиненный) прижим- ДОющ^猊ni證皿81014® барабан для прижимного валка； 8 - охлаж-
с二F吗04Hoe/с可母于°； 2 一 инфракрасный излучатель; 3 — дубли- 2獴豐11 ВЙЛОК； % — барабан предварительного нагревания; 5 — револь- ® ?™е важные валы; б — гуммированный (обрезиненный) прижим- ДОющ^猊ni證皿81014® барабан для прижимного валка； 8 - охлаж-
Рис. 2.47. Установка для дублирования огневым способом:
1 — размоточное устройство для тканевой основы； 2 — расправляющий валок; 3 — газовая горелка; 4 — дублирующий цилиндр; 5 — транспортировочный валок для пенопласта; 6 — размоточное устройство для пенопласта; 7 — намоточное устройство, работающее с подъемом рулона
плавкий наклеиваемый материал активируется непосредственно газовым пламенем и совмещается с полимерной пленкой либо тканью. Обычно применяется нетермопластичный или в малой степени термопластичный пластицированный вспененный ПВХ, который поверхностно оплавляется и наносится на ткань. Газовые горелки создают при этом температуру 200—250° С. Угар пенопленки составляет 0,2—0,5 мм. Рабочая скорость установки составляет до 40 м/мин.
Установки для каширования с мокрым дублированием в основном устроены так же, как установки для нанесения покрытий, причем установки для нанесения покрытий переносным способом с применением бумажного транспортера- подложки либо стальной ленты после второго наносного устройства имеют дублирующее устройство.
При использовании огнеопасных растворителей следует соблюдать соответствующие правила безопасности. В промышленности искусственных кож применяются кашировальные установки как с сушильными камерами, так и с обогреваемыми сушильными барабанами.
Установки для получения искусственных материалов формованием из расплава
Искусственные кожи и пленочные материалы изготавливаются из паст или растворов. Традиционные технологии имеют при этом тот недостаток, что они, с одной стороны, энергоемки и, с другой, сопряжены с загрязнением окружающей атмосферы парами пластификаторов и растворителей.
Для изготовления материалов из ПВХ уже несколько лет применяют каландровый способ л способ плавления на валках. Большое значение приобретают экструзионные способы, в особенности для производства пленочных материалов. Совершенствование их позволяет рассчитывать на достижение гораздо более высокой производительности труда в промыш-
ленности искусственных кож. Однако путем формования из расплава пока не удается изготавливать искусственные кожи с гладкой красивой поверхностью.
Экструзионные агрегаты
К экструзионным способам изготовления пленочных материалов относятся экструзионно-раздувной и плоскощелевой.
Экструзионный агрегат включает в себя следующие элементы: экструдер с загрузочным бункером, пленкоформующий инструмент (головку), отводной узел, намоточное устройство.
В экструзионно - раздувных агрегатах термопластичный полимер пластицируется в экструдере и подается под давлением в формующую головку с кольцево访 щелью. При этом получается пленочный рукав, который складывается и сжимается в отводной валковой паре, В головку с кольцевой щелью дутьем подается воздух, который раздувает еще пластичный полимерный рукав, растягивая его вширь. Толщина пленки зависит от скорости ее отвода (отбора), ширины кольцевой профилирующей щели и условий раздувания.
Для переработки теплоклейких полимеров, например полиуретана, экструзионным методом созданы так называемые коаксиально-экструзионные агрегаты. Эти агрегаты содержат два или три экструдера, которые подают неклейкий полимер, например полиэтилен, во внутренний кольцевой канал (щель), а теплоклейкий — в наружный кольцевой канал. При сжатии термопластичного рукава на отводе между валками образуется четыре полимерных слоя: теплоклейкий, два неклейких, теплоклейкий. Это позволяет избегать склеивания рукава.
В тройных коаксиально-экструзионных агрегатах за технологическую операцию могут изготавливаться и соединяться с помощью плавящегося клея две пленки.
Экструзионно-раздувные агрегаты могут иметь одну из двух конструкций:
экструдер с кольцево访 формующей щелью расположен внизу, а отводной узел с намоточным устройством находится над ним;
экструдер с формующим инструментом расположен на специальной приподнятой платформе (подставке), а отводной узел и намоточное устройство расположены под ним.
Обычно на приподнятой платформе монтируются небольшие экструдеры, и процесс в них идет сверху вниз. Преимущество этих агрегатов состоит в том, что термопластичный полимер течет сверху вниз под действием силы тяжести.
Агрегаты, работающие снизу вверх, имеют экструдеры с длинными червяками, которые не могут монтироваться на платформе вследствие большой массы.
Экструзионно-раздувные агрегаты имеют еще следующие особенности: формирующие щели экструзионных головок
не могут быть выполнены настолько точно, чтобы обеспечивалась совершенно одинаковая толщина пленки по всему периметру рукава. Неравномерность толщины пленки, наматываемой многослойно, приводит к получению рулонов неправильной формы. Во избежание этого отводной узел с намоточным устройством либо экструдер с формующим инструментом делают поворотными или осциллирующими. Таким образом, более толстые участки пленки распределяются по всей ширине рулона.
В экструдерах с длинными червяками поворотные движения обычно совершает отводной узел с намоточным устройством, а в экструдерах с короткими червяками — экструдер вместе с формующим инструментом (головкой).
В зависимости от того, какая пленка изготавливается (рукавная, сложенная или две пленки), перед сматьшанием материала в рулон обрезается кромка. Намоточная станция состоит из двух да ухрул онных намоточных устройств.
Плоскощелевые экструзионные агрегаты делятся на два класса: агрегаты для изготовления пленок; агрегаты для нанесения покрытий на подложки.
Плоскощелевые экструзионные агрегаты для изготовления пленочных материалов состоят из следующих узлов:
экструдера с загрузочным устройством, электрообогревом, устройствами регулирования температуры и частоты вращения червяка, приборами для измерения и регулирования давления;
формующей головки с широкой плоской щелью, снабженной средствами регулирования температуры;
одного-двух охлаждаемых отводных (приемных) барабанов;
направляющих валков;
устройства обрезки кромок;
двухрулонного намоточного устройства.
Пластицированная масса в ыдавл ив ается на первый приемный барабан, где она, охлаждаясь, упрочняется настолько, что может передаваться на второй барабан в виде пленки. На втором барабане пленка дополнительно охлаждается и упрочняется до такой степени, что ее можно уже транспортировать и сматывать в рулон. Ширина щели формующей головки равна 0,5—0,7 мм. Растяжение плоской пленки в противоположность рукавной производится одноосно, т.е. в продольном направлении. Степень растяжения определяется частотой вращения приемных барабанов. Пленки при экструдировании подвергаются значительной (в зависимости от вида полимера) усадке по ширине. Кромки при растяжении пленки получаются толще остальной части, поэтому их необходимо обрезать.
Для того чтобы пленка разной толщины по ширине равномерно распределялась по рулону, формующие головки выполняются осциллирующими.
Скорость работы этих агрегатов приблизительно равна скорости работы экструзионно-раздувных агрегатов и зависит от степени и скорости упрочнения полимерной пленки.
Экструзионные агрегаты применяются также для нанесения полимерных покрытий на бу- магу, ткани и другие плоские материалы, которые можно сматывать в рулоны.
Экструзионные агрегаты для нанесения покрытий состоят из следующих узлов: экструдера, чаще всего с длинным червя- ком; тележки для отвода, поднятия и опускания экструдера; адаптера с измерителем давления перед наносной головкой; наносной головки со щелью; системы регулирования температуры в экструдере и наносной головке; размоточного устрой- ства для подложки; одинарного или двойного ламинатора; устройства для обрезки кромок; двухрулонного намоточного устройства; электропривода, в большинстве случаев с тирис- 丁乎11^14 УпРавлением ； узла предварительной электрической обработки транспортера-подложки для регулировки проч- ности сцепления; устройств для нанесения праймера (первого покрытия) и клея, расположенных до и после наносной ГОЛОВКИ. I
В особых случаях применяются, как и в зкструзионно- раздувных агрегатах, двухщелевые наносные головки, соединенные двумя экструдерами.
Применяемые в этих агрегатах экструдеры в зависимости от перерабатываемого полимера имеют червяки со средним отношением L/D (длины к диаметру), равным 20; чаще всего это соотношение равно 24—28, но встречается и 36. Частота вращения червяка плавно регулируется и равняется, например? для червяка с L/D = 28 125—250 мин". Диапазон частоты вращения черзяка зависит от его длины. Как уже было сказано ранее, диапазон частоты вращения червяка у автогенных экструдеров равен 100—600 мин- 1.
В экструдерах могут создаваться высокие давления, поэтому их корпуса, подшипниковые опоры и геометрия чер- вяка рассчитываются таким образом, чтобы экструдер при непрерывной длительной работе мог выдерживать давления до 70 МПа.
Цилиндр экструдера чаще всего стальной с биметаллической внутренней прокладкой.
В зависимости от длины червяка экструдер имеет различное число зон нагревания. Так, например, экструдеры с соотношением L/D9 равным 28, могут иметь 5—7 зон. Нагре- вшие осуществляется по принципу электросопротивления. Обычно для этой цели применяются электронагревательные ленты с керамической обкладкой, которые при возникновении дефектов можно легко менять. Каждяя зона индивиду- ально обогревается и охлаждается воздухом, и таким образом в каждой зоне можно устанавливать определенную температу- РУ，а в экструдере в целом — определенный температурный режим. Если температура становится выше .заданного значе- ния, с помощью регуляторов температуры включаются соответствующие вентиляторы, которые также автоматически выключаются, как только температура снизится до заданного значения.
Цилиндры экструдеров снабжены элементами жесткости, с тем чтобы они не прогибались под действием массы адаптера и экструзионной головки.
Червяки изготавливаются из азотированной стали и в зависимости от применения имеют различные зоны и различную геометрию. У высокопроизводительных агрегатов червяки экструдеров полые, что позволяет охлаждать их изнутри чаще всего водой.
Экструдер снабжен загрузочной воронкой, вместимость которой в большинстве случаев достаточна для работы в течение часа без дозагрузки сырья.
Между экструдером и наносной головкой находится адаптер (переходник) с регулируемым нажимным винтом, служащим для увеличения давления в экструдере и тем самым для ускорения пластикации полимера. Этот адаптер изменяет направление движения полимерной массы на 90° .
Адаптер содержит пакет сетчатых фильтров для исключения засорения щели наносной головки. В адаптере измеряются температура расплавленной массы и давление. Из соображений безопасности манометр снабжен контактом максимального давления, при превышении которого выключается привод экструдера.
Охлаждающие устройства для адаптера и наносной головки не требуются.
Наносная головка является основной частью агрегата. Она состоит из разделенного в вертикальном направлении корпуса, выполненного из улучшенной стали. Оба полукорпуса соединены винтами и образуют профили подводящего отверстия, распределительного канала, пропускной щели, направляющей поверхности для при крыв ающего поршня и выпускной щели.
Регулировка толщины выпускной щели осуществляется посредством установочных винтов. Эти винты действуют на упругую часть одного из пол у корпусов, которая вместе со вторым полукорпусом образует выпускную щель. Толщина щели равна 0,5 либо 0,7 мм.
Наносная головка обогревается с помощью электронагревательных пластин с керамической обкладкой.
Современные каландры для изготовления пленок работают следующим образом.
Сыпучий агломерат пластицируется в двухчервячном экструдер^, и вы дав л ив аемая полимерная масса с помощью ленточного конвейера транспортируется к обогреваемым вальцам. Эти вальцы служат для накопления и деаэрации пластичной массы, а также для повторного расплавления отходов пленки, получающихся на каландре и других устройствах. С помощью второго ленточного конвейера производится загрузка каландра. При этом применяются преимущественно четырехвалковые каландры с F -образным либо L-образным расположением валков.
Пройдя приемный валок и расположенное непосредственно на каландре тиснильное устройство, пленка поступает на
Рис. 2.48. Варианты расположения валков у четырехвалкового каландра:。一I«каландр; 6 — F- каландр； в — L-каландр; г — Z -каландрРис. 2.48. Варианты расположения валков у четырехвалкового каландра:。一I«каландр; 6 — F- каландр； в — L-каландр; г — Z -каландр
Рис. 2.48. Варианты расположения валков у четырехвалкового каландра:
。一I«каландр; 6 — F- каландр； в — L-каландр; г — Z -каландр
Рис. 2.48. Варианты расположения валков у четырехвалкового каландра:
。一I«каландр; 6 — F- каландр； в — L-каландр; г — Z -каландр
охлаждение. После измерения толщины и обрезки кромок готовое пленочное полотно сматывается в рулоны.
Центральной частью агрегата является каландр, состоящий из двух или большего числа обогреваемых валков, которые вращаются в направлении движения пленки. Под действием сил, возникающих в зазорах между валками и перед ними, а также вследствие нагревания происходит пластическая деформация пленки.
Давление в зазоре между валками зависит от толщины зазора, окружной скорости валков (максимум 100 м/мин), вязкости перерабатываемого термопластичного полимера и температуры материала и валков. Например, при толщине пленки 0,20 мм и диаметре валков 800 мм давление в зазоре равно 3,25 кПа.
Желаемая окончательная толщина пленки достигается пропусканием ее через расп о л оженные друг за другом валковые пары.
Для достижения равномерной толщины пленки непременными требованиями являются равномерность и концентричность (без радиального биения) вращения валков каландра, а также равномерность распределения температуры в зазоре между валками.
Среди применяемых в настоящее время четырехв ал ко- вых каландров встречаются каландры такой конструкции, как показано на рис. 2.48, причем каландры с F -ой)азным и L-образным расположением валков находят все большее применение при переработке синтетических полимерных материалов. Такие конструкции благодаря горизонтальному расположению валковой пары обеспечивают лучший прием материала и стабильность величины зазора в валковой паре.
Четырехвалковые каландры применяются как для изготовления пленочных материалов, так и для нанесения покрытий на тканевые основы и для дублирования одного тканевого полотна с другим.
Трехвалковые каландры, у которых средний валок является стационарным и имеет привод, а остальные два валка регулируемые, широко применяются для нанесения на тканевые основы термопластичных полимеров. При этом с помощью дополнительного дублировочного валка тканевая основа совмещается с термопластичной полимерной пленкой, поступающей из второго валкового зазора. Длина валков 1250— 2500 мм, диаметр 500—950 мм.
Валки обогреваются паром и вращаются в направлении движения материала с опережением (приблизительно на 6—10%)・ Измеряемое значение температуры валков несколько уменьшается от валка к валку. Охлаждение концевых зон валков компенсируется дополнительным их обогревом.
Для уменьшения прогиба валков предпринимаются следующие меры: бомбирование валков, установка валков с перекосом (под углом друг к другу), создание в валках предварительного напряжения.
Для изготовления очень тонких пленок, требующего применения тяжелых валков, предпочтительнее каландры с L-образным расположением валков, поскольку такая конструкция позволяет создавать лучшие опоры для валков по сравнению с каландрами с F-образным расположением валков.
Каландры чаще всего оснащаются индивидуальным приводом для каждого валка с бесступенчатым (плавным) регулированием частоты вращения. Ра&эчая скорость каландровых агрегатов по сравнению с другими видами агрегатов для нанесения покрытий относительно высока; как цравило, она находится в диапазоне 8—50 м/мин, но может достигать 100 м/мин.
Установки с расплавлением полимера на валках
Приблизительно с начала 60-х годов приобрел возрастающее значение модифицированный способ каландрования и ка- ширования, а именно способ переработки полимеров путем расплавления непосредственно на валках. В против оп о л ож- ность каландру, с помощью валков которого осуществляется лишь формование предварительно пластицированного полимера, в описываемых установках нагревание, пластикация и формование полимерного сырья производятся на двух или трех обогреваемых валках. Тем не менее для повышения производительности переработки определенных видов полимеров (ПВХ, полиуретан) современные установки с расплавлением сырья на валках (например, экструдер с планетарными валками) также имеют зону предварительной пластикации.
В отличие от каландров на установках с расплавлением полимера на валках не изготавливаются безосновные пленки, а производится термопластичное нанесение покрытий на тканевые, трикотажные и бумажные основы, а также на металлическую фольгу.
Принцип работы установки для нанесения покрытий с расплавлением полимера на валках показан на рис. 2.49.
На пару обогреваемых плавильных валков подается через дозатор сыпучий полимер или от экструдера ленточным конвейером предварительно пластицированная масса. Как и при каландровом методе, вследствие трения и нагревания валков (с помощью масляного теплоносителя) в зазоре между ними образуется пластичный наплыв полимера. Величина зазора регулируется перемещением плавильных валков. На первом плавильном валке образуется полимерная пленка, к которой с по-
Рис. 2.49. Схема установки для нанесения покрытий с расплавлением полимера на валках:
1 — экструдер; 2 — пучковое режущее устройство; 3 — подающая лента;
4 — сбрасывающее устройство; 5 — дозирующая воронка; 6 — тиснильный валок; 7 — съемный валок; 8 — плавильный вало1$; 9 — намоточное устройство; 10 — размоточное устройство; 11 — валок предвсфительного нагревания; 12 — устрМство для обрезки края; 13 — охлаящающии валок
мощью регулируемого гуммированного (обрезиненного) приемного валка припрессовывается несущая оснора.
Такое дублирование гарантирует провдую связь полимерной пленки с несущей основой. Для достижения особо прочного соединения основу перед дублированием предварительно нагревают на обогреваемом барабане (валке).
Еще теплому дублированному материалу с помощью тиснильного либо выглаживающего валка можно придать желаемый характер поверхности. После охлаждения, измерения толщины и обрезки кромок материала его можно сматывать в рулон.
Оба плавильных валка и приемный валок могут работать с опережением либо с отставанием. Горизонтально расположенные плавильные валки прижимаются друг к другу с помощью гидравлики. При этом в зависимости от вида полимера создаются различные по величине давления (например, 20 МПа в случае пластифицированного ПВХ и 40 МПа в сдучае твердого ПВХ). Для обеспечения постоянного по величине зазора между валками можно предпринимать различные меры по уменьшению прогиба валков (например, установка валков с перекосом относительно друг друга)・
Рабочая ширина промышленных установок с расплавлением полимера на валках находится в пределах 950— 2150 мм. Кроме того, существуют лабораторные установки с рабочей шириной 300 мм.
По максимальной пропускной способности (около 500 кг/ч) установка для нанесения покрытий с расплавлением дискретной полимерной массы на валках хотя и не может конкурировать с каландром (производительность около 1 т/ч), 140
но имеет существенные преимущества при частой смене вида производимого материала. На одной и той же установке можно изготавливать, например, поливинилхлоридные и полиуретановые искусственные кожи и материалы на основе полиэфиров. Кроме того, на этих установках при наличии дополнительной станции ду б лиров ания можно изготавливать многослойные материалы типа мсэндвичп, т.е. материалы, у которых между двумя полотнами основы находится полимерный слой (например, ткань — полимер — бумага).
Рабочая скорость таких установок в зависимости от материала приблизительно 12 м/мин.
Существенным преимуществом установок с расплавлением полимера на валках является малая занимаемая ими площадь. Так, например, для установки с рабочей шириной 1500 мм требуется площадь приблизительно 8 х 10 м.
Оборудование для отделки поверхности кож
Отделка поверхности кож может осуществляться как чисто механическим способом (тисйением, матированием, глянцеванием, перфорированием, шлифованием), так и с применением красок и лаков (печать, лакирование, оттеночное окрашивание).
Для реализации каждого из указанных видов отделки поверхности искусственных кож созданы специальные машины.
В данной книге описаны лишь некоторые из них.
Оборудование для печати
Печать имеет наибольшее значение из всех названных способов отделки поверхностей полимерных покрытий и пленочных материалов с применением красок и лаков.
Следует назвать такие виды печати, как глубокая, высокая и плоская, печать сетчатыми шаблонами, точечная печать (оттеночное окрашивание), косвенная печать (с применением переносной бумаги) и ингибиторная печать.
В промышленности искусственных кож наиболее часто применяются печатные машины для многоцветной глубокой печати и комбинированные печатно-лакировальные агрегаты.
Глубокая печать. Принципиальную конструкцию печатной машины можно объяснить на примере одно красочной (одновальной) печатной машины.
Как показано на рис. 2.50, погруженный в окрасочную ванну валок захватывает печатную краску и переносит ее на расположенный над ним печатный вал, поверхность которого снабжена выгравированными либо в ытравленными углублениями. Лишняя краска снимается скребком и стекает обратно в окрасочную ванну. Находящаяся в углублениях печатного вала краска наносится на движущееся по нему полотно материала. Для этого полотно прижимается к печатному валу гуммированным прижимным валом (грузовиком) с усили-
Рис. 2.50. Схема машины для глубокой печати с краскозахватывающим валком:
1 — резиновый прижимной валок; 2 — гравированный печатный вал; 3 — краскозахватывающий валок; 4 — краска; 5 — ракля； 6 — материал с нанесенным покрытием
ем приблизительно 5—10 МН, что создает давление около 0,3~0,6 МПа. При отделке глубокой печатью материалов с покрытием из твердого ПВХ могут создаваться прижимные усилия до 100 кН, что соответствует давлению порядка 6 МПа.
В следующей за печатным узлом термокамере осуществляется выпаривание из материала жидких компонентов,
чаще всего растворителей. Аналогично агрегатам для нанесения покрытий печатные установки имеют размоточное устройство с накопителем материала (компенсатором), сушильный канал (иногда с устройством для досушивания материала), намоточное устройство и такие вспомогательные устройства, как качающийся валок, расправительный валок и т.д.'
Часто применяются машины для многоцветной глубокой печати с несколькими расположенными друг за другом печатными узлами, число которых обычно равно 3 и 6, но может доходить и до 10.
Между печатными узлами имеются промежуточные сушилки, а остаточный растворитель устраняется в заключительном сушильном канале.
Существуют варианты описанного в качестве примера печатного узла:
печатный вал непосредственно погружается в окрасочную ванну, и краска счищается с его поверхности скребком. Дополнительный краскозахватывающий валок отсутствует;
при использовании краскозахватывающего валка без снятия краски с поверхности печатного вала раклей возможно нанесение краски (большого количества) на полотно способом плюсования;
нанесение краски на печатный вал производится с помощью расположенного прямо на валу специальной дозирующей ракли;
в зависимости от направления движения материала гуммированный прижимной вал может прижиматься к печатному валу сверху или снизу;
прижимное усилие может увеличиваться с помощью дополнительного подпорного валка.
Печатные валы изготавливают из меди, так как этот металл легко поддается травлению и гравированию. Для по-- вышения механической прочности и стойкости к воздействию
химических сред их в большинстве случаев подвергают твердому хромированию.
Гравирование печатных валов осуществляется с помощью снабженных рельефным узором валиков, так называемых молет, на накатных станках. Тонкие узоры могут наноситься на печатные валы также фотохимическим травлением. В противоположность печатным валам с накатанным с помощью молет узором, повреждения которого могут быть исправлены повторной накаткой, поврежденные печатные валы с узором, выполненным фотохимическим травлением, ремонту не поддаются.
Углубления на поверхности печатного вала могут быть либо одинаковыми и равномерно расположенными, либо различными по глубине и величине, образующими определенные рисунки. В первом случае говорят о растровом печатном вале, во втором случае — об узорном вале. Для равномерного нанесения краски на плоские материалы поверхность печатного вала снабжена так называемыми ячейками растра. Эти ячейки выполнены между рельефными дорожками растра и имеют определенную форму и глубину. Печатные валы характеризуются величиной ячеек растра и зависящим от нее числом этих ячеек на 1 см. В качестве дополнительной характеристики указывается угол взаимного расположения ячеек растра. Наиболее часто применяемые валы для ротационной глубокой печати имеют в зависимости от требующейся тонкости наносимого на материал рисунка от 22 до 120 растровых точек на 1 см.
Как растровые, так и узорные печатные валы имеют между углублениями гладкие рельефные дорожки, которые после нанесения на вал краски позволяют равномерно и полностью удалять ее излишки с поверхности вала с помощью скребка. При этом печатная краска не должна извлекаться из углублений печатного вала. Как к поверхности печатного вала, так и к рабочей части скребка предъявляются высокие требования в отношении чистоты, неповрежденности и правильности геометрической формы. В обоих случаях необходима защита от загрязнений и механических повреждений.
Печатные валы имеют диаметр 150—250 мм. Конструкция печатных узлов допускает быструю смену печатного вала.
Предприятие по производству искусственных кож обычно имеет множество печатных валов с различными узорами, стоимость которых часто превышает расходы на приобретение самого печатного агрегата.
Рабочая скорость печатных машин в среднем находится в пределах 20—40 м/мин, но может доходить и до 100 м/мин.
Точечной печатью (оттеночным окрашиванием) отделываются уже тисненые материалы, на которые с помощью стального растрового вала наносится цветной лак. При этом окрашиваются только вершины выступов тисненого узора.
При печати одновременно с лакирова - н и е м (на печатно-лакировальных агрегатах) краска наносится на материал с помощью расположенных последовательно друг за другом печатных узлов с промежуточной сушкой
. 呻 я俨三时 gE三^3~G
Рис. 2.51. Схема печатно-лакировального агрегата:
— размоточное устройство; 2 — накопитель материала (компенсатор}; 3 — печатная машина; 4 — лакировальная машина; 5 — термокамера;
— намоточное устройство
материала (рис. 2.51). Печать и лакирование производятся стальными растровыми валами, снабженными скребками. По форме углублений на поверхности печатные валы подразделяются на валы с растром из расположенных по диагонали рядов пирамидок с острыми вершинами, валы с растром из расположенных по диагонали рядов усеченных пирамидок и валы с линейным растром.
Для переноса краски материал гуммированным валком с небольшим усилием прижимается к растровому печатному валу. Нанесение краски на растровый вал осуществляется также с помощью краскозахватного валка либо дозирующего скребка.
Для сушки материала после печати наиболее часто при^ меняются сопловые сушильные камеры с индивидуально регулируемыми зонами. Вследствие применения растворителей агрегаты для печати и лакирования имеют в зрыв о без опасно е исполнение. Тем не менее, поскольку существует опасность искрообразования вследствие наличия электростатического заряда, следует с помощью имеющихся в оз духов ы тяжных средств обеспечивать отсутствие во всей зоне агрегата взрывоопасной газовоздушной смеси (смеси паров растворителя и воздуха). В отдельных случаях термокамера оснащается сигна- лизацией опасности взрыва.
Почти все печатно-лакировальные агрегаты оснащаются стационарными огнетушительными средствами.
Подготовка и перемешивание печатной краски (лака) производятся в резервуарах с мешалками, приводимыми в действие сжатым воздухом. Допустимые количества находя' щихся в зоне агрегата лакокрасочных материалов из соображений пожаро- и взрывобезопасности ограничиваются.
При непрерывной печати сетчатыми шаблона- м и (фотофильмпечать), которая в будущем может приобрести значение для промышленности искусственных кож, вращается перфорированный цилиндр, в который с помощью насоса непрерывно подается печатная паста. Эластичная ракля, поло* жение которой регулируется в горизонтальном направлении, скользит по внутренней поверхности цилиндра и продавливает краску сквозь отверстия на охватывающее цилиндр полотно материала. Достижимая поверхностная плотность нанесенной краски (приблизительно 40~60 г/м2) значительно превышает
плотность, получаемую с помощью растрового вала (около 5—30 г/м”) • Поверхностная плотность краски регулируется находящейся внутри перфорированного цилиндра эластичной
раклей.
В машинах стандартной конструкции печатные цилиндры расположены над горизонтальным печатным валом. Этот принцип применяется наиболее часто. Возможно также расположение печатных цилиндров в вертикальной плоскости.
К применяемым ротационным сетчатым шаблонам предъявляются следующие требования: высокая упругость и малая остаточная деформация при возникающих растягивающих напряжениях; химическая стойкость; равномерность величины й распределения отверстий шаблона для обеспечения равно
мерного окрашивания.
Ротационные шаблоны изготавливаются главным образом
гальваническим способом с применением никеля.
Существуют печатные маишны, позволяющие производить печать также на переносной бумаге.
Из других способов печати следует назвать комбинированный способ тиснения и печати, при котором с помощью тиснильного валка, на выступы которого нанесена краска, одновременно осуществляется тиснение и окрашивание мате
риала.
Установки для окрашивания распылением
Для отделки поверхности искусственных кож и пленочных материалов применяется метод распыления краски, прежде всего для получения особых оптических эффектов. В кожевенной промышленности этот метод применяется уже давно.
Установка для непрерывного окрашивания распылением состоит из размоточного устройства, первого накопителя материала (компенсатора), камеры для окраски распылением, термокамеры, второго накопителя материала, зоны охлаждения, намоточного устройства, системы подачи и отвода воздуха, привода, компрессорной установки.
Основной частью установки является окрасочная камера с пульверизаторами. Два или четыре пульверизатора расположены на круглом роторе-бегунке. Краска распыляется сжатым воздухом. Ротор-бегунок вращается над полотном материала, и когда он подходит к краю полотна, то с помощью "следящей" (ощупывающей) системы и исполнительных клапанов подача краски прекращается, благодаря чему исключается распыление краски за пределами полотна.
Специальные эффекты, как, например, ,5облачностьп, достигаются путем периодического включения и выключения подачи краски либо сжатого воздуха или путем установки пульверизаторов под углом и напыления краски на материал, имеющий морщины.
Устаревшим и уже редко применяющимся способом окраишвания является качание (повсюот то в одну, то в другую сторону) пульверизатора. Этот способ неэкономичен.
14514510 —Зак. 1488
145
145
Современные установки для окрашивания распылением оснащены системами роторов-бегунков, содержащими от 4 до 16 пульверизаторов, а чаще всего 8 пульверизаторов. Они имеют два и оолее последовательно расположенные окрасочные камеры, иногда с промежуточными сушильными камерами, благодаря чему можно производить многократное нанесение краски за один проход полотна материала. Кроме того, зти установки позволяют осуществлять в одной камере окрашивание материала с применением двух различных по цвету красок. Однако при использовании таких полностью механизированных и автоматизированных отделочных установок возникают трудности с расположением сушильных камер достаточной длины.
Получает развитие также метод распыления краски в электростатическом поле. При этом методе раствор полимера, в котором может создаваться электростатический заряд, распыляется пульверизатором, имеющим электрический потенциал, и наносится на полотно материала, имеющего электрический заряд противоположной полярности. Преимущество этого метода состоит в экономичном использовании полимерной массы, так как в окрасочной камере не образуется туман. Недостатком метода является то, что он сопряжен с высокими требованиями к технике безопасности и вследствие этого с ограничениями в отношении применяемых растворителей.
Представляет интерес сравнительно новый, пока еще не нашедший широкого применения в про мыт пенно сти искусственных кож метод безвоздушного напыления. Он состоит в том, что краска напыляется на полотно материала с помощью насоса высокого давления, а сжатый воздух применяется лишь в качестве вспомогательного средства. Преимуществ а этого метода состоят в меньших по сравнению с обычным распылением потерях краски вследствие образования красочного тумана и в применении меньшего количества растворителей, так как может напыляться краска, имеющая относительно высокую вязкость.
Для нанесения покрытий на тканевые подложки путем напыления могут применяться также двухкомпонентные полиуретаны. Для этого требуются специальные распылительные аппараты. Они состоят из двух дозирующих насосов с питающими резервуарами и смесительной головки. В смесительной головке имеется пневмо- или электротурбина, которая смешивает компоненты в нужном соотношении и подает готовую смесь. Взаимодействие компонентов происходит в канале. Этот метод находит применение для нанесения покрытий, изготовления реакционноактивной пены и пластифицированного и интегрального пенополиуретана.
Тиснильные агрегаты
Тиснение является преимущественно непрерьшной технологической операцией, выполняемой в специальных тиснильных и листовальных каландрах. Тиснильный агрегат состоит 146
из следующих частей: размоточное устройство (двухрулонное) ;накопитель материала (компенсатор); расправитель материала; вал предварительного нагревания; зона нагревания инфракрасными лучами; тиенильный вал (охлаждаемый, обогреваемый); резиновый прижимной вал; зона охлаждения; накопитель материала; намоточное устройство.
Главными частями тиснильного агрегата являются зона нагревания материала инфракрасными лучами и тиснильный узел. Зона инфракрасного нагревания имеет максимальную длину 100 см и регулируемую мощность нагревания 20—60 кВт. Расстояние между излучателем и полотном материала может варьироваться путем перемещения излучателя вручную или с помощью двигателя. Инфракрасные нагреватели при аварийном останове агрегата отводятся пневмоприводом в крайнее положение, а иногда и откидываются, чтобы избежать образования прижогов на материале. Для повышения производительности тиснильного агрегата перед зоной инфракрасного нагревания помещают обогреваемый паром барабан предварительного нагревания материала.
Полотно материала должно подаваться сначала на этот барабан, потом в зону инфракрасного нагревания и далее к тиснильному валу ровным и без складок, для чего на участке между накопителем материала (компенсатором) и тиснильным узлом имеются много роликовые системы с войлочными лентами и расправляющие валки. Тиснильный узел состоит из тиснильного вала и резинового прижимного вала (вала- грузовика) .
Тиснильный вал и резиновый прижимной вал приводятся во вращение таким образом, что их окружные скорости равны. Рабочая скорость тиснильных каландров находится в пределах 2—30 м/мин.
Зазор и давление между валами плавно регулируются. Тиснильный вал и вал-грузовик подаются навстречу друг другу с помощью пневматической или гидравлической системы.
Тиснение может производиться двумя способами: под давлением; в установленном зазоре (рис. 2.52).
Тиснение может осуществляться охлажденным валом
Рис. 2.52. Схемы тиснильных узлов для тиснения монолитной искусственной кожи под высоким давлением» когда приводом снабжен один вал (с), и для тиснения пористой искусственной кожи в установленном зазоре между тиснильным и прижимным валами, когда приводами снабжены оба вала (0)
Рис. 2.53. Схемы тиснильных узлов для горячего тиснения (и) и холодного тиснения 9)：Рис. 2.53. Схемы тиснильных узлов для горячего тиснения (и) и холодного тиснения 9)：1 — нетисненое полотно материала; 2 — цилиндр предварительного нагревания; 5 — обогреваемый тиснильный вал; 4 — тисненое полотно материала; 5 — ведущий (направляющий) валик; 6 — картонный вал; 7 — нагревательный излучатель; 8 — охлаждаемый тиснильный вал; 9 —* резиновый вал1 — нетисненое полотно материала; 2 — цилиндр предварительного нагревания; 5 — обогреваемый тиснильный вал; 4 — тисненое полотно материала; 5 — ведущий (направляющий) валик; 6 — картонный вал; 7 — нагревательный излучатель; 8 — охлаждаемый тиснильный вал; 9 —* резиновый вал
Рис. 2.53. Схемы тиснильных узлов для горячего тиснения (и) и холодного тиснения 9)：
Рис. 2.53. Схемы тиснильных узлов для горячего тиснения (и) и холодного тиснения 9)：
1 — нетисненое полотно материала; 2 — цилиндр предварительного нагревания; 5 — обогреваемый тиснильный вал; 4 — тисненое полотно материала; 5 — ведущий (направляющий) валик; 6 — картонный вал; 7 — нагревательный излучатель; 8 — охлаждаемый тиснильный вал; 9 —* резиновый вал
1 — нетисненое полотно материала; 2 — цилиндр предварительного нагревания; 5 — обогреваемый тиснильный вал; 4 — тисненое полотно материала; 5 — ведущий (направляющий) валик; 6 — картонный вал; 7 — нагревательный излучатель; 8 — охлаждаемый тиснильный вал; 9 —* резиновый вал
с предварительным нагреванием обрабатываемого материала либо нагретым валом без нагревания материала (рис. 2.53).
Технология тиснения. зависит от вида обрабатываемого материала. Тиснение ПВХ-кожи обычно осуществляют под давлением холодным валом, а восприимчивых к давлению полиуретановых поромерных материалов и пористых искусственных кож — в установленном зазоре горячим валом. В обо- греваемые тиснильные валы обычно вмонтированы специальные вставки, так называемые теплопроводные элементы, обеспечивающие равномерное распределение температуры по всей ширине вала. Обогрев тиснильного вала осуществляется паром либо маслом, нагреваемым с помощью электричества, реже — непосредственно электричеством (электросопротивлением). Наиболее эффективным является обогрев масляным теплоносителем, так как при обогреве, паром происходит его конденсация, вследствие чего тиснильные валы при большой длине могут нагреваться неравномерно.
Усилие тиснения в зависимости от гравированного рисунка на поверхности тиснильного вала и от обрабатываемого материала находится в пределах 8—40 МПа. Гидропривод либо пневмопривод тиснильного узла устроены таким образом, что isanbi могут быстро расходиться и сходиться. При поступлении в тиснильный узел материала со складками требуется быстрый развод валов.
Тиснильные каландры являются составной частью старых типов агрегатов для нанесения покрытий прямым способом. С тех пор как в промышленности искусственных кож стал применяться переносный способ нанесения покрытий с использованием стальной ленты в качестве транспортера-подлож-, ки, тиснильные каландры устанавливают отдельно от наносного агрегата. Отдельная установка тиснильных каландров имеет то преимуществ о, что становится возможным оптимальное использование производительности агрегата для нанесения покрытий, печатной машины и тиснильного агрегата. Кроме
того, при использовании отдельных каландров можно составлять оптимальные партии изделий из различных сортов мате- риалов при условии одинакового характера их поверхности. Недостатком применения отдельно стоящих тиснильных каландров является необходимость повторного нагревания материала.
Установки для флокирования
На совершенно ином принципе основывается метод электростатического флокирования (отделки под замшу).
На флокируемое полотно материала с помощью печатного либо намазочного устройства наносится клей. Затем полотно в электростатическом поле усеивается короткими волокнами или ворсовой пылью. При этом сито, расположенное на выходе из бункера с волокном или ворсом, является электродом высокого напряжения, а полотно материала — заземленным электродом противоположной полярности. Силовое поле вертикально ориентирует ворсинки, падающие на смазанное клеем полотно материала. Избыточный ворс отсасывается обратно в бункер. После сушки полотна материала в термокамере получается замшевидный материал.
2.7. Вспомогательное оборудование
Все большее значение в промышленности искусственных кож приобретает вспомогательное оборудование. Здесь прежде всего следует назвать установки для рекуперации растворителей, оборудование для защиты окружающей среды и оборудование для обеспечения безопасности труда.
Установки для рекуперации растворителей
Установки для рекуперации растворителей, применяемых при нанесении покрытий и отделке, в настоящее время необходимы исходя из экономических соображений, соблюдения гигиены труда и охраны окружающей среды.
Вследствие относительно большого потребления растворителя на крупном заводе искусственных ко'ж с годовым объемом производства, равным нескольким, сотцям тонн продукции, установка для рекуперации быстро амортизируется.
Также надо отметить, что закон об оухране окружающей уды и, в частности, о поддержании чисто，入【воздуха при работе с определенными токсичными расг Ворителями (напри- мер, даметилформамидом) не допуска，ет выброса в атмосферу загрязненного воздуха и требуе- г уСтанотки оборудования для очистки или рекуперации. для этого сущ^сггвует несколько технических решений, котг 餐 надо выбиратъ в за- ^嚣^聯тн от технических» зкономиг ^^^х и территориальных
. Известны конденсационный, адсорбционный, абсорбционный и дистилляционный методы рекуперации. Для разделения жидких смесей растворителей на составляющие их компоненты служит метод ректификации.
Главной причиной недостаточно широкого использования указанных методов рекуперации растворителей в промышленности искусственных кож является применение в большинстве случаев смесей растворителей. Наряду с рекуперацией в этом случае было бы необходимо заключительное разделение смеси на отдельные компоненты растворителей (ректификация) .Это либо технологически невозможно, либо неприемлемо с экономической точки зрения.
Ниже вкратце описываются методы рекуперации.
Конденсационный метод. При этом методе рекуперации отработанный воздух, содержащий пары растворителей (пластификаторов) ,из сушилки направляется для охлаждения в конденсатор (холодильник), охлаждаемый водой температурой 10——12 С или рассолом температурой 15—35° С. Сконденсировавшийся растворитель отводится в сборник. Следовательно, для реализации этого метода необходимы только теплообмен- ник и сборный резервуар для конденсата растворителя. Для охлаждения воздуха нужна большая площадь теплообмена, которая реализуется за счет применения теплообменников с ребристыми трубами, пластинчатых или листовых. Этот способ применяется в промышленности пленочных материалов для отделения метиленхлорида и при отделке текстильных мате- риалов, но часто служит предварительной стадией перед рекуперацией абсорбционным и адсорбционным методами.
Конденсационный метод требует относительно низких капиталовложений и производственных расходов, но его недостаток в том, что после конденсации отработайный воздух содержит остаточный растворитель. Так, например, охлаждение отработанного воздуха до 0°С привело бы к остаточному содержанию в воздухе диметилформамида 3 г/м3. С целью экономии и выполнения предписаний закона по охране окружающей среды конденсационный метод рекуперации растворителей может применяться только для их предварительного отделения. Другой проблемой является то, что при относительно низкой температуре конденсации наряду с растворителями конденсируется большое количество воды (из влажного воздуха) ,что затрудняет повторное применение растворителей.
Адсорбционный метод. При этом методе рекуперации используется свойство пористых твердых веществ (например, активированного угля) избирательно поглощать газы и пары.
Этот метод пригоден для извлечения растворителей из отработанного воздуха. В промышленности искусственных кож можно адсорбировать почти все растворители при низком (1 — 10 г/м3) содержании их в отработанном воздухе.
Адсорбционный метод реализуется в четыре технологические стадии:
адсорбирование паров растворителя активированным углем;
удаление растворителя из активированного угля острым водяным паром (этот процесс называется десорбцией) ;
сушка активированного угля горячим воздухом;
охлаждение активированного угля холодным воздухом. “
Все четыре технологические стадии проводятся в одной или нескольких параллельно подклюценных колоннах, именуемых адсорберами.
Отработанный воздух, содержащий пары растворителя, вентилятором нагнетается сверху в адсорбер (рис. 2.54) и по центральной трубе идет ко дну адсорбера, откуда он потоком проходит вверх сквозь слой активированного угля, находящегося в адсорбере. Очищенный отработайный воздух выходит из адсорбера по имеющемуся в его верхней части отводному трубопроводу.
После работы в течение определенного времени, которое в зависимости от концентрации растворителя в отработанном воздухе может колебаться от 4 до 8 ч, адсорбер регенерируют. Для этого прекращают подачу в него отработанного воздуха и продувают адсорбер в противоположном направлении водяным паром. Благодаря этому раств о ри тель в ыпарив ается из активированного угля и конденсируется вместе с водяным паром в охладителе — конденсаторе. Смесь воды и растворителя благодаря их различной плотности самопроизвольно разделяется в колонне на два слоя. *
Затем в адсорбер подается свежий воздух, подогретый в теплообменйике и предназначенный для сушки активированного угля. За этим следует охлаждение, которое осуществляется холодным свежим воздухом, подаваемым сверху вентилятором. Это необходимо, так как с повышением температуры поглощающая способность активированного угля сильно снижается.
После этих операций адсорбер снова готов к работе. Переключение потока воздуха с одного адсорбера на следующий и переключение адсорбера с режима “загружен” на режим "регенерация" и наоборот о суще ствл яется чаще всего автоматически, поэтому не нужен дополнительный обслуживающий персонал.
Главным недостатком адсорбционного метода, ограничивающим его широкое применение в промышленности искусственных кож, является совместная конденсация растворителя и влаги. Взаимная растворимость растворителя и воды создает при проведении регенерации дополнительные проблемы. При этом одинаково неприемлемы как содержание (даже в малом количестве) воды в полученном путем регенерации растворителе, так и содержание растворителя в сливаемой из отстойника воде.
Применение данного метода весьма экономично в том случае, если на рекуперацию подается воздух, содержащий один растворитель, а йе смесь растворителей, и если растворитель не обладает раств о рим о стью в воде (например, бен-
22Рис. 2-54. Схема установки для удаления органических соединений из отработанног о газа адсорбцион- ным методом:”/ — вход пара; 2 — очищенный от работанный газ; 3 — неочищенный отработанный воздух; 4 一 адсорбер с заполнением ак тивированным углем; 5 — неочищенный отработанный газ; 6 — свежий воздух; 7, 8 — всасывающие вентиляторы, 9 — пар; 10 — подо1реватель воздуха; 11 — охлаждающая вода; /2 — конденсатор; 13 — отстойник； 14 — выход растворителя; 15 — выход сточной водыРис. 2-54. Схема установки для удаления органических соединений из отработанног о газа адсорбцион- ным методом:”/ — вход пара; 2 — очищенный от работанный газ; 3 — неочищенный отработанный воздух; 4 一 адсорбер с заполнением ак тивированным углем; 5 — неочищенный отработанный газ; 6 — свежий воздух; 7, 8 — всасывающие вентиляторы, 9 — пар; 10 — подо1реватель воздуха; 11 — охлаждающая вода; /2 — конденсатор; 13 — отстойник； 14 — выход растворителя; 15 — выход сточной водыРис. 2.55. Схема дистилляционной установки, работающей по абсорбционному методу:— абсорбер; 2 — очищенный отработанный воздух; 3 — разбрызги- вающий сепаратор; 4 — свежая вода; 5 — насос для промывной жидкости (диметилформамид + вода);— неочищенный отработанный воздух; 7 — резервуар для ди- метилформамида +• вода; 8 — насос для подачи продукта к дистилляционной колонне; 9 — ди- метилфор мамид; 10 — холодильник для отстойного продукта;11 — охлаждающая вода; 12 — конденсат; 13 — охлаждающая вода; 14 — подогр евател ь; 15 — дистилляционная колонна; 16 — обратный поток воды; 17 — сточРис. 2.55. Схема дистилляционной установки, работающей по абсорбционному методу:— абсорбер; 2 — очищенный отработанный воздух; 3 — разбрызги- вающий сепаратор; 4 — свежая вода; 5 — насос для промывной жидкости (диметилформамид + вода);— неочищенный отработанный воздух; 7 — резервуар для ди- метилформамида +• вода; 8 — насос для подачи продукта к дистилляционной колонне; 9 — ди- метилфор мамид; 10 — холодильник для отстойного продукта;11 — охлаждающая вода; 12 — конденсат; 13 — охлаждающая вода; 14 — подогр евател ь; 15 — дистилляционная колонна; 16 — обратный поток воды; 17 — сточная воданая вода
2
2
Рис. 2-54. Схема установки для удаления органических соединений из отработанног о газа адсорбцион- ным методом:”
/ — вход пара; 2 — очищенный от работанный газ; 3 — неочищенный отработанный воздух; 4 一 адсорбер с заполнением ак тивированным углем; 5 — неочищенный отработанный газ; 6 — свежий воздух; 7, 8 — всасывающие вентиляторы, 9 — пар; 10 — подо1реватель воздуха; 11 — охлаждающая вода; /2 — конденсатор; 13 — отстойник； 14 — выход растворителя; 15 — выход сточной воды
Рис. 2-54. Схема установки для удаления органических соединений из отработанног о газа адсорбцион- ным методом:”
/ — вход пара; 2 — очищенный от работанный газ; 3 — неочищенный отработанный воздух; 4 一 адсорбер с заполнением ак тивированным углем; 5 — неочищенный отработанный газ; 6 — свежий воздух; 7, 8 — всасывающие вентиляторы, 9 — пар; 10 — подо1реватель воздуха; 11 — охлаждающая вода; /2 — конденсатор; 13 — отстойник； 14 — выход растворителя; 15 — выход сточной воды
Рис. 2.55. Схема дистилляционной установки, работающей по абсорбционному методу:
— абсорбер; 2 — очищенный отработанный воздух; 3 — разбрызги- вающий сепаратор; 4 — свежая вода; 5 — насос для промывной жидкости (диметилформамид + вода);
— неочищенный отработанный воздух; 7 — резервуар для ди- метилформамида +• вода; 8 — насос для подачи продукта к дистилляционной колонне; 9 — ди- метилфор мамид; 10 — холодильник для отстойного продукта;
11 — охлаждающая вода; 12 — конденсат; 13 — охлаждающая вода; 14 — подогр евател ь; 15 — дистилляционная колонна; 16 — обратный поток воды; 17 — сточ
Рис. 2.55. Схема дистилляционной установки, работающей по абсорбционному методу:
— абсорбер; 2 — очищенный отработанный воздух; 3 — разбрызги- вающий сепаратор; 4 — свежая вода; 5 — насос для промывной жидкости (диметилформамид + вода);
— неочищенный отработанный воздух; 7 — резервуар для ди- метилформамида +• вода; 8 — насос для подачи продукта к дистилляционной колонне; 9 — ди- метилфор мамид; 10 — холодильник для отстойного продукта;
11 — охлаждающая вода; 12 — конденсат; 13 — охлаждающая вода; 14 — подогр евател ь; 15 — дистилляционная колонна; 16 — обратный поток воды; 17 — сточ
ная вода
ная вода
зин) либо такая растворимость технологически допустима (например, этилацетат).
Абсорбционный метод. Этот метод является самым эффективным для рекуйёрации диметил формамида, применяющегося в качестве растворителя при нанесении полиуретановых покрытий. При этом методе газовая составляющая (диметилформамид) газовоздушной смеси вымывается водой.
Рекуперацию растворителей методом абсорбции осуществляют в высокой абсорбционной колонне (рис. 2.55), в которую снизу вентилятором нагнетается либо всасывается отработанный воздух. Сверху противотоком подается про* мывная вода. Взаимодействие отработанного воздуха с промывной водой осуществляется на имеющихся внутри колонны тарелках, которые снабжены соответствующими устройствами, обеспечивающими хорошее перемешивание воздуха с промывной жидкостью (водой).
В зависимости от конструкции различают колпачковые и клапанные тарелки. Существуют абсорбционные колонны
с насадками вместо тарелок и колонны с одними распылителями промывной жидкости. В абсорбционной колонне противотоком очищается воздух, а промывная вода обогащается растворителем.
' В верхней части абсорбционной колонны осуществляется подача свежей воды и отвод очищенного отработанного воздуха. В нижней части колонны (у отстойника) подается подлежащий очистке отработанный воздух, содержащий растворитель, и выпускается обогащенная растворителем вода. Дальнейшее обогащение промывной воды раств о ригелем может достигаться перемешиванием находящейся в отстойнике воды и применением части уже использовянной воды с низкой концентрацией растворителя в качестве промывной жидкости.
В зависимости от высоты и, с лед о в ател ьно, количества тарелок достигаемая концентрация растворителя в находящейся в отстойнике воде определяется его концентрацией в подводимом отработанном воздухе, допускаемым остаточным содержанием растворителя в очищенном воздухе и температурой, при которой проводится рекуперация. При этом нужно ориентироваться на более низкую температуру, которая способствует абсорбции, и таким образом гарантируется достижение более высокой степени рекуперации. Выпускаемая из отстойника насыщенная растворителем вода в последующей дистилляционной установке освобождается от растворителя, который затем может применяться повторно.
Хотя капитальные расходы на абсорбционную установку относительно велики, так как в ней применяется нержавеющая сталь (в особенности в случае рекуперации диметил формамида) ,эксплуатационные расходы в большинстве случаев оправдывают применение абсорбционного метода рекуперации.
Абсорбционная установка состоит из следующих основных частей: абсорбционная колонна, вентилятор для подачи отработайного воздуха и резервуар для хранения смеси растворителя и воды.
Краткая техническая характеристика абсорбционной колонны для диметилформамида
Внутренний диаметр, мм2400
Высота, м17
Число колпачковых тарелок, шт.30
Расход очищаемого отработанного25000
воздуха (производительность), м3 /ч
Потеря давления (т.е. минимальноеОколо 150
давление, необходимое для работы вентилятора), кПа
Концентрация растворителя, г/м3
в подводимом воздухе''15
м отводимом ‘‘”30
Максимально достижимая концентрация'' 20—40
диметилформамида в отстойнике, %
Дистилляционный метод. Этот метод уже давно применяется в промышленности искусственных кож главным образом для рекуперации зтилацетата. Получаемый путем дистилляции
этилацетат чаще всего используется для изготовления промывочных растворов.
“ При дистилляционном методе перегонный куб, снабженный обогреваемым кожухом, заполняется растворителем, загрязненным краской или отделочными растворами, и подогревается паром. Испаряющийся растворитель конденсируется в охладителе, и его опять можно использовать для промывки. Остающийся в перегонном кубе обогащенный твердыми частицами густой растворитель отводится и сжигается.
Ректификация диметилформамида о суще ствляе тся непре- рьшным методом в колонне, которая аналогично абсорбционной колонне имеет множество тарелок. Обогрев колонны осуществляется с помощью теплообменника, расположенного в ее нижней части. Принцип непрерывной дистилляции заключа- етсн в том, что две жидкости, различающиеся температурой кипения, непрерывно разделяются, т.е. компонент, характеризующийся более низкой температурой кипения (например, вода), испаряется и собирается в верхней части колонны, в то время как компонент, имеющий более высокую температуру кипения (например, диметилформамид), собирается в нижней части колонны (в отстойнике).
Для повышения чистоты дистиллята в верхней части колонны, т.е. для уменьшения содержания диметилформамида в сточных водах, часть этого дистиллята непрерывно подается на повторную дистилляцию. Много кратное испарение и конденсирование жидкостей на тарелках колонны обеспечивает хороший результат перегонки.
Например, смесь диметилформамида и воды с помощью насоса подается из резервуара в теплообменник, нагревается и далее в жидком состоянии либо в виде пара через отстойник длн осаждения твердых компонентов подается на входную тарелку^ колонны. С помощью теплообменника, связанного с отстойником колонны, осуществляется обогрев колонны паром. Накапливающийся в отстойнике колонны диметилформамид непрерывно выводится из него, пропускается через охладитель и подается в резервуары. При этом хорошо зарекомендовало себя извлечение дйметилформамида из отстой- нлка в парообразном состоянии, так как в этом случае исключается попадание*в диметилформамид твердых веществ.
Остаточное содержание диметилформамида в водяном 口аре в верхней части колонны составляет менее 0,1%. Пар с та.- клм содержанием растворителя конденсируется, получающа- нсн вода выводится из колонны и после отстаивания в течение определенного времени сливается в сток. Поскольку точки кипения воды и диметилформамида относительно близки, лучшее разделение этих двух веществ достигается в вакууме, который создают так называемые пароструйные насосы. После пуска колонна работает автоматически. Температура и уровень заполнения колонны регулируются датчиками.
Длн повышения чистоты диметилформамида, применяв- мого в качестве растворителя при синтезе полиуретана, проводится дополнительно тончайшая его очистка путем второй и
третьей дистилляции или ректификации, обеспечивающих удаление загрязнений, таких, как остаточная вода, диметиламин и муравьиная кислота.
При дистилляции необходимо экономить энергию, которой для испарения смеси растворителя с водой требуется очень много.
Несмотря на большой расход энергии, достигается значительная экономия других расходов совместным применением методов абсорбционного и дистилляционного методов рекуперации диметил формамида. Стоимость регенерированного растворителя (диэтилформамида) составляет лишь треть его покупной стоимости.
2.72 Взрывозащита
Вследствие применения растворителей при нанесении покрытий и поверхностной отделке искусственных кож на определенных технологических участках и в складских помещениях возникают взрывоопасные условия, т.е. при рабочей или комнатной температуре может образовываться взрывоопасная газовоздушная смесь. При образовании искры может произойти вспышка или взрыв. Искра может возникнуть в электрической части установки, при наличии электростатических зарядов, вследствие механического трения металлов, а также от тлеющей сигареты.
Радикальной мерой предотвращения опасности взрыва является исключение образования взрывоопасной смеси. Но даже лучшие отсасывающие установки, приточная и вытяжная вентиляция не могут полностью исключить образование газовоздушной смеси взрывоопасной концентрации. Поэтому определенные участки производства снабжаются средствами взрывозащиты.
В рабочих помещениях запрещено курить и обращаться с открытым огнем. На взрывоопасных участках все электрические рабочие средства (например, двигатели, выключатели, розетки) должны иметь взрывобезопасное исполнение. Так, например, применяются герметически капсулированные электродвигатели или принудительно вентилируемые двигатели. В первом случае предотвращается проникание горючих газов в те места в электродвигателе, где может происходить искрение. Во втором случае благодаря дополнительной искусственной вентиляции помещения с работающими электродвигателя- ми предотвращается образование концентрации газовоздушной смеси, способной привести к ее воспламенению. При особенно большой взрывоопасности, например на распылительных установках, возможность искрообразования устраняется путем применения пневмо двигателей. Пневмомоторы могут использоваться вместо электрод в иг ателе й также в качестве вспомогательных приводов смесительного и транспортировочного оборудования. Для обеспечения взрызобезопасности в термокамерах отделочного оборудования и агрегатов для нанесения покрытий важно знать количество отработанного воздуха
и нижнии предел взрываемости применяемого растворителя. Нижняя граница взрываемости — это минимальная концентрация воспламеняющегося вещества в воздухе, при которой может произойти взрыв либо вспышка. Поэтому в термокамере в единицу времени должно испаряться такое количество раств орите ля, которое гарантировало бы его безопасную концентрацию в отработанном воздухе.
Даже во взрывозащищенных установках и агрегатах концентрация растворителей в отработанном воздухе должна постоянно быть минимум на 50% меньше нижнего предела взрываемости. Такую концентрацию следует соблюдать, так как не может быть полностью исключено образование искры от электростатического заряда вследствие неправильных дейст- впй обслуживающего персонала или дефектов оборудования. Техника безопасности требует знания точки в о спламенения применяемого растворителя. Это температура, при которой пары растворителя могут образовывать с воздухом взрывоопасную смесь.
Ниже приведены нижние пределы взрываемости и точки воспламенения для некоторых наиболее употребительных растворителей:
Точка воспламе-нения, ° СТочка воспламе-нения, ° СЭтилацетатЭтанолЦиклогексанонДиметилформамидЭтилацетатЭтанолЦиклогексанонДиметилформамид—4123458—4123458Нижний пределвзрываемости,г/м375674558Нижний пределвзрываемости,г/м375674558
Точка воспламе-нения, ° С
Точка воспламе-нения, ° С
Этилацетат
Этанол
Циклогексанон
Диметилформамид
Этилацетат
Этанол
Циклогексанон
Диметилформамид
—4
12
34
58
—4
12
34
58
Нижний пределвзрываемости,г/м3
75
67
45
58
Нижний пределвзрываемости,г/м3
75
67
45
58
* Иэ приведенных данных видно, что в случае этилацетата у來е при комнатной температуре (20° С) необходима взрывозащита, а при использовании диметилформамида она не требуется и при рабочей температуре (до 50”С).
Поскольку возможность образования воспламеняющейся газовоздушной смеси часто существует лишь в самом технологическом оборудовании (например, в термокамере) либо только в непосредственной близости от еще не высушенного материала с нанесенным полимерным покрытием, то, как правило, в окрестности технологической установки (агрегата) определяются взрывоопасные зоны.
Чаще всего эти зоны включают в себя участки, простирающиеся на расстояние от 1 до 5 м вокруг опасного места. Они специально обозначаются. На этих участках все электрические рабочие средства взрывозащищены и без взрывозащиты не должны работать. За их пределами нет опасности взрыва, и там можно устанавливать обычное электрическое оборудование. ,
Разделение рабочего помещения на взрывоопасные зоны вместо объявления всего рабочего помещения взрывоопасным дает значительную экономию средств, так как электрическое оборудование взрывобезопасного исполнения и средства взрывозащиты значительно дороже обычного оборудования.
Почти на всех машинах для изготовления искусственных кож в зависимости от транспортировки обрабатываемого материала, скорости движения полотна материала, типа наносимого полимера и основы, а также влажности воздуха образуются электростатические заряды.
Они возникают при разделении или взаимном трении двух материалов вследствие происходящего при этом обмена ионами либо электронами. Эти заряды особенно велики на материалоповоротных валках, при деламинировании материалов, при переносном методе нанесения покрытий и при обработке материалов шлифованием.
Опасность, которую нельзя недооценивать, представляет образование электро статических зарядов на печатных и лакировальных машинах; уже были зарегистрированы случаи пожаров и взрывов по этой причине.
Если энергия искрового разряда электростатически заряженного полотна материала равна минимальной энергии в о спламенения применяемого растворителя или превышает ее, то возникает опасность взрыва, и непременно должны предприниматься меры для устранения злектро статического заряда. Искровой разряд может вызываться деталями машин, прикосновением руки или одежды к полотну материала либо другими факторами.
Меры по предотвращению образования зарядов:
улучшение собственной электропроводности материала (массы для покрытия или основы);
разделение однородных материалов (по технологическим причинам в промышленности искусственных кож не может реализоваться);
применение антистатиков;
уменьшение скорости переработки (вследствие снижения производительности неприемлемо).
Меры по устранению электростатических зарядов:
заземление людей и установок;
применение ионизаторов;
применение участков отлеживания материалов (вследствие недостатка места часто невозможно);
комбинирование вышеназванных мер.
В про мыт л енно сти искусственных кож эти меры применяются чаще всего, так как вследствие использования материалов с высокими изоляционными свойствами и больших скоростей транспортиров ки о брабатыв аем о го материала образование электростатических зарядов неизбежно.
Самый простой, старый и надежный метод — это повышение электропроводности окружающего воздуха путем его увлажнения паром. Высокая влажность воздуха сильно ослабляет электростатические заряды, но при работе с некоторыми полимерами (например, с полиуретаном) она неприемлема вследствие несовместимости влаги и полимера.^
Необходимо постоянно обеспечивать заземление людей, находящихся в опасной зоне, и склонных к образованию электростатических зарядов металлических деталей машин.
Электростатические заряды материалов-изоляторов (искусственная кожа, пленка) лучше всего устранять ионизаторами.
Виды ионизаторов: коронный; индукционный; высоковольтный; радиоактивный.
Инду кцио иные ионизаторы, в частности игольчатые, являются наиболее распространенными. Они состоят из отдельных металлических игл, которые укреплены на металлическом стержне или чаще завулканизированы в резиновую планку.
Полотно материала движется в непосредственной близости к концам игл (на расстоянии около 1 см). Заземленные иглы имеют заряд противоположной полярности и создают индукционное поле высокой напряженности, которое вызывает коронный разряд, нейтрализующий электростатический заряд полотна материала.
По соображениям техники безопасности (опасность пораниться остриями игл) часто вместо планок с иглами применяют проволоку или металли чес кие цепи, но они менее эффективны. Индукционные ионизаторы не обеспечивают полного устранения электростатических зарядов.
Высо ков о льтные ионизаторы служат для устранения из материала остаточных зарядов. В данном случае на иглах создают высокое напряжение, которое независимо от полярности заряда материала ионизирует воздух.
Радиоактивные ионизаторы — это чаще всего «-излучатели, которые благодаря их радио актив но сти ионизируют воздух. Недостатком этих ионизаторов является необходимость защиты работающих от радио актив но го облучения.
2.7.3. Защита окружающей среды
Как и во многих других промышленных отраслях, в промышленности искусственных кож жизненно необходимым требованием является обеспечение защиты окружающей среды, т.е. предотвращение загрязнения воздуха, воды и почвы, а также защита от шума.
Обеспечение чистоты воздуха. В промышленности искусственных кож через дымовые либо вытяжные трубы в атмосферу выпускаются пары пластификаторов и раство рителей, а также в небольшом количестве пыль от полимерных материалов. К этому добавляются дымовые газы и пыль из котельных.
Известным способом очистки воздуха от паров пластификаторов является механический способ, при котором благодаря различным приспособлениям уменьшается скорость движения воздуха и из него удаляются аэрозоли. В большинстве случаев для этого необходимо предварительное охлаждение потока отработанного воздуха.
Недостатком данного способа является загрязнение рабочих поверхностей сепараторов аэрозолей смолообразующими пластификаторами и низкая эффективность сепарации.
Аналогично абсорбционному методу рекуперации растворителей для сепарации пластификаторов возможно применение
промывки. При этом аэрозоли пластификаторов вымываются из воздуха водой в газоочистителе. Сложность состоит в том, что впоследствии необходимо разделение воды и пластификатора. “
Известен способ, заключающийся в сжигании отработанного воздуха, содержащего пласти&пкаторы, в каталитической или термической установке. Он обеспечивает полное разложение пластификатора, но создает новые проблемы, так как сопряжен с образованием вредных веществ при сгорании нефтяного топлива. Кроме того, он вряд ли приемлем вследствие большой энергоемкости.
О возможности рекуперации растворителей из отработанного воздуха было уже сказано в подразделе 2.7*1. Если приведенные там методы рекуперации неприемлемы, то смесь паров растворителя и воздуха сжигают.
Для сжигания благоприятна как можно более высокая концентрация растворителя, так как в этом случае создается высокая удельная (в расчете на 1 м3 газовой смеси) теплота сгорания, позволяющая значительно сократить расход топлива.
Известны каталитическое сжигание отработанного воздуха в специальных установках и термическое сжигание так评 в специальных установках либо в котельной предприятия.
При каталитическом сжигании воздух сжигается в камере установки в присутствии катализатора (металла или оксида металла) при температуре реакции 350—400° С. При этом вредное вещество разлагается на диоксид углерода и воду. Необходимая дополнительная энергия для сжигания создается газовыми или масляными горелками. Благодаря сгоранию газа или нефтяного топлива реакционная камера нагревается до температуры, необходимой для начала реакции, и в дальнейшем поддерживается необходимая постоянная температура.
На некоторых предприятиях химической и нефтехимической промышленности практикуется сжигание в собственной котельной, но оно в большинстве случаев неприемлемо по соображениям техники безопасности и вследствие того, что внутренний объем топок недостаточен для столь больших количеств отработанного воздуха, которые получаются при нанесении покрытий и отделке материалов.
Сжигание должно применяться только в том случае, если невозможна рекуперация. Одновременно следует стремиться к более совершенному отводу отработанного воздуха, обеспечивающему максимальную концентрацию в нем вредных веществ, которая гарантировала бы его экономичное в энергетическом отношении сжигание. Требование охраны труда состоит в том, чтобы содержание вредных веществ в сожженном отработанном воздухе было во всяком случае ниже их содержания в неочищенном воздухе.
Обеспечение чистоты сточных вод. В отличие от кожевенных заводов предприятия по производству искусственных кож сравнительно мало загрязняют окружающую среду, в частности сточные воды.
Небольшие количества загрязненных вредными вещест-
вами сточных вод получаются в уже немногочисленных красильнях и при рекуперации диметилформамида. В последнем случае благодаря соответствующей эксплуатации дистилляционных колонн сточные воды имеют такое содержание вредных веществ, которое отвечает требованиям официальных предписаний.
На крупных предприятиях с большими рекуперацион^ ными установками (например, в СССР) имеются сооружения для биологической очистки сточных вод. В открытых проветриваемых сооружениях либо в закрытых резервуарах, обору- дованных вентиляционными устройствами, вредные вещества разлагаются либо уничтожаются бактериями.
Остатки жидких или пастообразных отходов производства (растворы для нанесения покрытий, промывочные растворы, кубовые остатки) не должны попадать в сточные воды; чаще всего их сжигают на открытом воздухе.
Более совершенным способом предотвращения загрязнения окружающей среды является практикуемое на мощных предприятиях химической промышленности сжигание вредных отходов во вращающейся трубчатой печи. В ней сжигаются вместе твердые, пастообразньге и жидкие отходы производства. При этом жидкие отходы чаще всего впрыскиваются в подключенную к вращающейся трубчатой печи топочную камеру.
Известен также способ уничтожения вредных жидких отходов производства, заключающийся в их сжигании в топках имеющихся на предприятиях отопительных котлов.
Прочие получающиеся в больших количествах твердые отходы производства, не содержащие вредных веществ, такие, как обрезки различных полимерных и текстильных материалов» бумага и т.п., чаще всего выгружаются в отвалы. Это называется упорядоченным хранением. Способы повторного применения таких отходов в качестве материалов для производства изделий и использования их в качестве вторичного сырья большей частью находятся еще на стадии исследований.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВАИСКУССТВЕННОЙ КОЖИ И ПЛЕНКИ
Для изготовления искусственной кожи, как это отмечалось выше, применяется различное сырье и существуют разнообразные технологии. Следует обратить внимание на то, что возможно одно и то же сырье перерабатывать в искусственную кожу, используя различные машины и совершенно разные технологические способы. И наоборот, искусственную кожу можно изготавливать, используя одинаковые технологические процессы, но различное сырье.
Общая схема производства искусственной кожи
Существует множество технологических вариантов изготовления различных видов искусственной кожи, поэтому необходимо дать общую схему технологического процесса ее изготовления.
Схема 3.1 должна помочь понять технологические процессы, рассматриваемые в последующих разделах. Следует заметить, что все особенности, свойственные технологическим процессам, изложенным в дальнейшем, здесь не могут быть приняты во внимание.
Следует обратить внимание на то, что не все указанные в схеме 3.1 стадии технологического процесса необходимы при изготовлении каждой искусственной кожи. Так, например, при изготовлении пленки не нужна основа, а для производства полиуретановой искусственной койси нет необходимости в применении пластификаторов. Последовательность отделочных технологических операций также различна. Для одних видов искусственной кожи последним процессом производства является тиснение, для других —■ нанесение лакового покрытия. Существуют искусственные кожи, в схему изго- товлейия которых входит не тиснение, а мятие и т.д.
Однако нужно знать основные рабочие процессы, обязательные при изготовлении любой искусственной кожи, а именно: контроль сырья, подготовка сырья для получения
11-Зак. 1488 . 161
покрытия, процесс нанесения покрытия или процесс пленко- образования, процессы облагораживания (отделки), заключительный контроль готовой продукции.
При рассмотрении в последующих разделах специаль- НЬ1Х технологий изготовления искусственной кожи определен- ного ассорти мента необходимо возвращаться к представлен- но而 схеме, чтобы из общего выявить специальное.
32 Подготовка основы
Контроль качества
Подготовка основы по своему положению в технологическом процессе производства кожи по сравнению с техноло- гией нанесения покрытия и отделки поверхности занимает второстепенное место.
Одни заводы искусственной кожи сами изготавливают большую часть необходимой для производства кож основы, чаШе всего это специальные основы (например, иглопробив- ная нетканая основа), другие получают в определенном ассортименте окрашенную основу, которую после контроля на прокол сразу же используют для нанесения покрытия.
Часть основы в настоящее время поставляется еще в отдельных кусках длиной 80——120 м, при этом основа может быть намотана на стержень, уложена на поддоны или сложена в штабель. Основа в таких кусках совершенно неприемлема для нанесения покрытия на предприятии искусственной кожи, и использование ее непродуктивно. Длина ее обусловлена технологическими процессами предприятия-изготовителя. На за- в°дь1 искусственной кожи основа поставляется кусками длиной 300"—1000 м, при этом она может быть намотана на деревянный стержень, или сложена на поддоны. Такие большие упаковки основы требуют особого хранения с применением стеллажей.
Во избежание потерь от усадки и обрезки кромок следует использовать основу, ширина которой соответствует ширине искусственной кожи.
Для многих способов нанесения покрытия единая ширина отдельных кусков имеет большое значение, и при входном контроле следует учитывать допустимые отклонения по ширине ±2 см. В особенности это относится ко всем наносным способам получения покрытия. Различная ширина основы при нанесении покрытия с помощью ракли часто является причиной разрыва шва.
Причиной образования дефектов на искусственной коже могут служить имеющиеся на основе загрязнения, утолщения, шишки или разрыв нитей в основе или утке.
Различные виды основ требуют проведения особого контроля и обработки. Неровности, шишки, утолщения, узлы должны удаляться, а появляющиеся при этом просветы должны снова закрываться при помощи маленького берда. Этот процесс известен под названием "удаление узел ковп. Его невозможно осуществить с помощью пушильной или обеспыливаю-
щей машины. Поэтому такую операцию проводят при сшивании отрезков основы. “
Под чисткой понимают удаление остаточных нитей, полученных при ликвидации обрыва или замене шпули. Под ”о& мотром" понимают общий контроль ширины, плотности нитей, грязных пятен, а также контроль длины.
Полосатость основы (колебания номера пряжи) приводит к образованию полос на покрытии при наносном способе и особенно отрицательно сказывается на тонком тиснении.
Сшивание
Если основа поставляется в больших рулонах, как при поставке различных видов "Малимо”，нетканых холстов, трикотажа, то сшивание не проводится, и если нет необходимости в особых рабочих процессах, как, например, осмотр или чистка, то ее сразу же направляют на дальнейшую переработку. Такую основу, если предус мо трена неокрашенная изнанка, можно подвозить непосредственно к агрегату для нанесения покрытия.
Чрезвычайно важно при сшивании кусков основы применять швейную машину, образующую шов с перекидным стежком, что позволяет сшивать концы основы встык. В этом случае не образуется нахлест концов, который производит оттиск на готовой искусственной коже. Применение таких швейных машин приводит к значительному снижению отходов,
Крашение
Основу подвергают крашению по различным причинам: для оформления изнаночной стороны искусственной кожи, для выравнивания цвета покрытия и цвета основы, в соответствии с направлением моды. ‘ “
Чтобы обеспечить свето- и водостойкость окраски, устойчивость ее к трению, крашение необходимо проводить субстантивными красителями (см. раздел 1.2).
Согласно требованиям, предъявляемым к крашению субстантивными красителями, основу смачивают за два прохода. Этот рабочий процесс осуществляется в джиггере (см. раздел 2.1.2), где основа обрабатывается водой в присутствии соответствующего смачивателя.
За смачиванием следует собственно крашение при температуре около 90° С. Если для крашения применяют жесткую воду, то необходимо добавить гидрокарбонат натрия. Половину всего количества красителя, рассчитанного на массу сырой основы, добавляют сразу же после смачивания, т.е. перед первым проходом, а остальную часть — после второго прохода. Для более полного поглощения красителя основой во время третьего и четвертого проходов добавляют сульфат натрия. Промывают основу на седьмом и восьмом проходах в проточной холодной воде.
Отжим
Для того чтобы после выгрузки из красильного джиггера основу освободить от влаги, ее отжимают, а затем сушат. Если основу сушить сразу же после крашения, минуя отжим, то сушка потребует большого расхода энергии, так как термическим путем придется удалять достаточно большое количество воды, содержащейся в основе.
Для уменьшения расхода энергии предусмотрен механический отжим. При этом важно, чтобы промежуток между крашением и отжимом не был слишком продолжительным, так как в противном случае вода постепенно просачивается в глубь рулона и образуется водяной мешок. При размотке такого рулона неравномерной массы возникает удар, что отрицательно сказывается на работе машины.
В зависимости от структуры основа после крашения содержит 200—300% воды, а остаточная влажность ее перед нанесением покрытия должна составлять только 8%. Путем отжима содержание воды в основе уменьшается примерно на 100—80% от ее массы.
Натяжение на рамы и сушка
Качество готовой продукции можно улучшить, если перед -нанесением покрытия основу в сухом состоянии натянуть на раму.
Натяжение на рамы и сушка основы необходимы для последующей ее обработки.
В процессе натяжения на рамы и сушки выравнивается поверхность, расправляются складки и увеличивается площадь основы. Как отмечалось выше, основу (в исходном состоянии) можно натянуть на рамы при обычной температуре, но можно также смочить ее в горячей воде, а затем натянуть на рамы и сушить. Желаемый эффект будет еще лучше.
При натяжении на рамы основа, давшая усадку в результате мокрой обработки, вновь растягивается. Согласно опытным данным, ширина основы после натягивания на рамы уменьшается на 2—4% по сравнению с ее исходной шириной (в сырье). Более высокая степень натяжения основы нерациональна. После сушки должно получаться ровное, без складок, полотно основы с ровными краями, не загибающимися при сматывании в рулоны.
При сушке в туннельной сушилке следует обращать особое внимание на безупречное состояние натяжной *цепи, чтобы ее звенья постоянно оставались в рабочем положении, а полотно основы натягивалось без загибов и складок. Натяжение на рамы и одновременная сушка служат также для того, чтобы довести содержание влаги, оставшейся в основе после плюсовки и отжима, примерно до 8%. Доводить сушку до влажности менее 8% не имеет смысла, так как текстильное сырье очень гигроскопично и за короткое время впитывает
влагу из окружающего воздуха. Поглощение влаги хлопком составляет около 8%, а штапелем — около 14%.
При натяжении на рамы все складки на полотне основы расправляются, в процессе намотки новые не должны образовываться, так как в процессе охлаждения и натяжения при намотке они прочно закрепляются и становятся едва устранимыми.
Плюсование
Необходимость постоянного повышения производительности труда и снижения затрат требует заменить прерывные процессы непрерывными. Наиболее подходящими в этом отношении являются крашение, отжим и натяжение на рамы. Например, отказ от крашения в джиггере, где полотно основы наматывается периодически, и замена его крашением на плюсовке, т.е. плюсовочным крашением, или плюсованием. При этом можно применять даухвалковую плюсовку, в которой крашение осуществляется за один проход. Само собой разумеется, что при таком крашении невозможно достичь такой высокой прочности и глубины окрашивания, как при крашении в джиггере за несколько проходов с длительным пребыванием материала в растворе. Однако полученные результаты приемлемы для крашения многих изделий.
Различные рабочие операции, исключающие промежуточную пролежку обрабатываемого материала и промежуточную транспортиров ку, образуют одну технологическую цепочку, т.е. осуществляется непрерывный процесс производства.
При непрерывных способах крашения, отжима, натяжения на рамы и сушки необходимы следующие условия:
применение плюсовочного крашения, в результате которого на одной машине одновременно проводится два рабочих процесса — крашение и отжим;
агрегирование плюсов ки с ширильно-сушильным агрегатом и обеспечение регулируемого синхронного хода агрегата;
предварительное и дополнительное в ключение накопителя материала со съемным устройством и намоткой в большие рулоны, смена транспортных тележек с рулонами без останов а агрегата;
наличие станции для подготовки ванн с регулируемым притоком красильного раствора к плюсовочной ванне.
Чистка, обеспыливание и каландрование
Несмотря на чистку перед поступлением в производство искусственной кожи на основе остаются различные нитки, волокна, пыль от волокон, коробочки хлопка, утолщения, узелки и т.д.
Если основа применяется для изготовления искусственной кожи, которая должна иметь очень небольшую толщину, например переплетной, то необходимо проводить чистку вручную, так как машина не может устранить все утолщения и узелки. Основу, предназначенную для других целей, целесообразно подвергать обработке на комбинированной наждачно- щеточно-обеспыливающей каландровой установке, при использовании которой достигается высокая производительность труда. При этом все рабочие операции по удалению ниток, волокон, утолщений, узелков и т.п. проводятся одновременно или в комбинации друг с другом.
Удаленные нитки и коробочки хлопка отсасываются и собираются в сборники. Процесс чистки основы можно регулировать, избегая ворсования, ведущего к выдергиванию ниток.
Более интенсивная очистка основы осуществляется путем обработки щеткой и обеспыливания. При этом удаляются частички волокна, оставшиеся от ниток или от коробочек хлопка. Одновременно отсасывается и пыль.
Ворсованная основа после чистки подвергается операции поднятия ворса с целью достижения равномерности ворса по высоте и густоте. В особых случаях для получения равномерной поверхности выпрямленный начесанный ворс состригают на одинаковую высоту. Стрижку ворса проводят с помощью специальной машины с вращающимся спиральным ножом.
При обработке основы на каландре происходит глажение поверхности и одновременно достигается расправление складок и уменьшение узелков (шишек) не только на поверхности, но и в толще основы. '
Изготовление пленкообразующих ПВХ-композиций для покрытий
Существенным преимуществом ПВХ-покрытий, изготовляемых из ПВХ-порошка, пластификатора и других целевых добавок, является сравнительно дешевый способ их получения, незначительная горючесть ПВХ, а также возможность нанесения покрытий сухим и мокрым методами, что позволяет осуществлять экономное изготовление тяжелых ПВХ-кож с большой величиной наложения.
Составы ПВХ-композиций
Факторы, определяющие состав покрытия. В производстве искусственной кожи с ПВХ-покрытием имеются основные композиции, которые создаются с учетом следующих факторов :
Назначение искусственной кожи. К искусственной коже для изготовления обуви, одежды, галантерейных изделий, обивки и т.д. предъявляются различные требования. Эти требования можно выполнить, используя соответствующий состав композиции для получения покрытия. Так, искусственная
кожа для обуви нуждается в "мягком" покрытии. Состав ПВХ- ко мпозиций для галантерейной искусственной кожи во многих случаях отличается уменьшенным содержанием пластификатора, что позволяет получить более жесткий и хорошо сохраняющий форму материал. Физиологическая безвредность ПВХ-покрытий для столов, искусственной кожи для изготовления одежды и обуви гарантируется путем применения нетоксичного сырья. Искусственная кожа для зон с холодным климатом не должна быть жесткой, хрупкой или ломкой, поэтому в этом случае необходимо использовать холодоустойчивые пластификаторы.
Назначение покрывного слоя (для грунта нижнего, среднего и верхнего слоев, лакового слоя). Ис кусств енная кожа с ПВХ-покрытием изготовляется путем нанесения на основу двух или нескольких слоев (покрытий). ПВХ-компози- ции для предварительного нанесения (грунтов очные) должны наноситься тонким слоем на неровную, шероховатую или тонкую основу, с тем чтобы получить гладкую и плотную (закрытую) поверхность. Эти составы, смешанные с наполнителем, должны способствовать удешевлению готового изделия, а также уменьшению горючести искусственной кожи и загибания ее краев. .
Варьируя составы ПВХ-композиций для разных слоев покрытия, можно получить кожу с оптимальными потребительными свойствами. Чтобы получить мягкую искусственную кожу, нужно использовать для нижнего слоя более ,5мяг- кие,? и более ^твердые55 составы для верхнего слоя, причем последний должен обладать хорошей износостойкостью и хорошим сопротивлением царапанию.
Нижний слой покрытия содержит больше наполнителя с небольшим количеством пигментной массы. Для верхнего слоя необходимы пигменты, обладающие хорошим цветовым блеском, свето-, погодо- и термостойкостью, а также устойчивостью к химикатам. Смеси и комбинации различных пигментов дают возможность получать нужные цветовые тона. Количество используемого пигмента зависит от его кроющей способности, поглощения пластификатора и его объемной массы. Все это находит отражение в со о тв етств ующе м составе композиции.
Назначение покрытий. ПВХ-композиции дают монолитные пленки большой плотности. Введение в состав композиции вспенивающего агента позволяет получить вспененные покрытия с небольшой плотностью и ко же по до бным внешним видом.
Метод нанесения покрытий: прямой и переносный (или непрямой). Использование для нанесения покрытия устройств разных типов (например, ракля с резиновым полотном, реверсивные валки и т.д.) требует применения неодина ков ых составов покрывных композиций, а также разных видов сырья. Например, при изготовлении вспененной искусственной кожи необходим ПВХ, содержащий незначительное количество эмульгатора.
Свойства сырья. Сырье, служащее для получения ПВХ-композиций, должно соответствовать определенным требованиям. Можно избежать возгорания устройств для жела- тинизации, если применять пластификаторы, точка воспла- менения которых выше температуры желирования ПВХ. Для получения композиций, которые могут наноситься на основу, пригодны только те типы ПВХ, которые смешиваются с пластификаторами, Вследствие плохой желирующей способности вторичных пластификаторов доля их в смеси не должна превышать 30%, иначе произойдет выпотевание пластификатора на поверхность искусственной кожи. Низкая стоимость вторичных пластификаторов удешевляет ПВХ-композицию, но их плохая желирующая способность снижает скорость получения покрытия.
Экономика производства (рациональное использование сырья, применение высокоэффективных технологических процессов, экономное расходование энергии). Так, изготовление недорогой искусственной кожи предусматривает в первую очередь использование дешевого сырья (в особенности пигментов органических и неорганических, разница в стоимости которых велика). Для составления оптимальных по стоимости композиций необходимо использовать ЭВМ.
Выбор прогрессивной технологии смешения компонентов ведет к экономии затрат труда и энергии. Смешение высоковязких ПВХ-композиций требует большей затраты энергии, чем низковязких. Для смешения пигментов необходимо использовать соответствующие смачивающие агенты, которые улучшают смачиваемость пигмента, препятствуют его агломерации и сокращают время перемешивания.
з 7. Оборудование для смешения компонентов ПВХ-композиций. Различная конструкция смесителей, с ме сйтел ьных камер, приводных агрегатов, их расположение предопределяют использование композиций соответствующего состава.
Оборудование для последующей обработки ПВХ- композиций. Оборудов ание для последующей обработки (например, краскотерки, фильтровальные установки) требует применения различных по составу и консистенции ПВХ-композиций. Покрывные ПВХ-композиции, изготовленные в смесителях, нуждаются в гомогенизации на краскотерках, что очень трудоемко. Снизить трудоемкость процесса смешения можно путем приготовления основной композиции, которая с помощью рационального метода фильтрования гомогенизируется в нерас- тертом виде и к ней небольшими дозами добавляется пигментная заправка, предварительно растертая на краскотерках.
Продолжительность хранения, системы транс порти р ов - ки и подачи сырья и ПВХ-композиции. Подбирая пластификаторы, можно готовить ПВХ-композиции, которые могут храниться длительное время без существенного изменения вязкости. П ВХ-композиции, которые должны перекачиваться по трубопроводам, должны содержать определенные дозы вторичных пластификаторов и разбавителей, снижающих их вязкость,
Противопожарные мероприятия. Покрывные ПВХ- композиции, предназначенные для предварительного нанесения на желирующих установках с открытыми инфракрасными обогревателями, не должны содержать горючих растворителей или пластификаторов с низкой точкой воспламенения.
Соблюдение закона об охране труда и здоровья рабочих. В покрывной ПВХ-композиции не должны, например, содержаться вещества, вызывающие раздражение кожи.
Промежуточный запас ПВХ-композиций. Использование современного оборудования для нанесения покрытия требует получения ПВХ-композиций в больших количествах для обеспечения рентабельности. Непрерывную работу оборудования обеспечивают покрывные ПВХ-композиции соответствующего универсального состава, благодаря чему отсутствуют промывка и чистка оборудования, сокращается время простоя,
Соблюдение требований стандартов к качеству готовых изделий.
Требования, предъявляемые к готовым изделиям, должны соблюдаться путем создания составов композиций для получения соответствующих покрытий. Так, например, чтобы получить покрытие, не становящееся клейким при нагревании и ломким при низкой температуре, необходимо использовать соответствующие комбинации пластификаторов и нужное количество ПВХ. В других случаях введение в ПВХ-композиции холодоустойчивых пластификаторов позволяет получать искусственную кожу со специальными областями применения.
Составы ПВХ-композиций. В состав основных композиций входят ПВХ-порошок, пластификаторы, наполнители, необходимые для изготовления покрытия соответствующего вида искусственной кожи. Цветные пигменты входят в отдельную композицию, так как она подвержена влиянию моды. Обе композиции, основная и цветная, образуют общую композицию.
Стоимость искусственной кожи определяется исходя из средних норм использования сырья и материалов, оборудования, энергии. з
Использование оперативных композиций. Оперативные, или запасные, композиции необходимы в случае аварии или временного отсутствия какого-то сырья, В ряде случаев можно заменить составные части композиции или изменить количество компонентов, например пигментов, пластификаторов, наполнителей. Вполне возможна замена неорганических пигментов органическими, вторичных пластификаторов универсальным пластификатором, мела, служащего в качестве наполнителя, аэросилом и т.п. Но замены ведут к удорожанию материала, и их следует допускать только в редких случаях.
Общая типовая композиция ПВХ-покрытий, Для ПВХ- композиций порошок ПВХ является основным компонентом и служит пленкообразователем.
Если к 100 мае. ч. порошка ПВХ-С добавить до 40 мас.ч. пластификатора, то после переме ши в ания получается сухая
или крошащаяся масса, которую нельзя наносить на основу, но можно переработать в пленку или использовать для получения покрывного слоя валково-каландровым или экструзионным методом (вальцеванием расплава) .
Если на 100 мас.ч. ПВХ-Е добавить от 40 до 120 мас.ч. пластификатора, то получаются текучие пастъх, которые можно наносить на основу (методом намазывания и литьевым) при комнатной температуре без давления. Для получения покрытия необходима последующая тепловая обработка при температуре выше 165° С для желирования и пленкообразования. Такие пасты называют также пластизолями.
Для получения жестких и устойчивых к царапанию лаков можно растворять порошок ПВХ (без добавки пластификатора) в соответствующих растворителях, преимущественно циклогексаноне. Такие растворы сушат испарением растворителя во взрывобезопасных сушилках и получают лаковое покрытие. Об этом подробнее говорится в разделе "Растворы для нанесения, лаки, краски для тиснения".
К ПВХ-пастам можно добавлять органические растворители или агенты набухания с целью уменьшения вязкости. Такие покрывные массы называются поэтому органозолями. Вследствие горючести растворителей переработка органозолей производится на особых взрывобезопасных машинах для нанесения покрытий. ПВХ-пасты представляют собой дисперсии порошкообразного пастообразующёго ПВХ в жидких пластификаторах. Для получения пасты применяют ПВХ, изготовляемый эмульсионным и суспензионным методами. Важными критериями пригодности того или иного типа ПВХ для изготовления пасты являются величина зерен, структура и распределение их по величине. Эти показатели влияют также на вязкость ПВХ-паст. Свойства пасты зависят также от величины К (константы Фикентчера) применяемых ПВХ.
ПВХ-порошок с низким значением К желируется легче, чем высокомолекулярные полимеры. При комнатной температуре эти пасты сильнее набухают и обладают относительно низкой вязкостью, а также ограниченной во времени способностью к переработке. При использовании ПВХ с высоким значением К получаются продукты с лучшими потребительными свойствами, однако желирование таких паст требует большей затраты времени и более высокой температуры.
Для получения паст чаще используют полимеризаты со средним значением К. ПВХ-порошок для получения паст, идущих непосредственно в переработку, носит название ''стиринтип''.
Пластификаторы, необходимые для получения паст, должны характеризоваться незначительными колебаниями вязкости в пределах определенной области температур, а также свойствами,перечисленными в разделе 1.4.
В заключение надо сказать, что способы переработки ПВХ-композиций для получения покрытия, а также свойства искусственной кожи с ПВХ-покрытием в значительной степени зависят от свойств ПВХ и пластификаторов, а также их взаимодействия друг с другом.
Теоретические основы приготовления ПВХ-композиций. Если смешивать 100 мае. ч. порошка ПВХ-С и 40 мае. ч. пластификатора (пример А), то при температуре 20° С получается крошкообразная, нетекучая смесь, которая при небольшом нагревании (25—35° С) и при помешивании становится текучей, а при дальнейшем повышении температуры более вязкой. При повторении опыта со 100 мае. ч. ПВХ и 80 мае. ч. пластификатора (пример В) жидкую смесь (суспензию) получают уже при температуре 20“ С, а при повышенной температуре получают смесь с такой же вязкостью, как в примере А. Если наносить зту смесь на текстильную основу или бумагу, то можно наблюдать, что пластификатор этими материалами впитыеаётся из паст или зти пасты не наносятся на основу или наносятся очень плохо. С увеличением температуры предварительной обработки этих ПВХсуспензий в пластификаторе возможность экстракции пластификатора основой становится меньше, а нанесение значительно облегчается.
При нагревании ПВХ-зерна в пластификаторе набухают. Это процесс так называемого желирования. Путем жетнцэования получают ПВХ-пасту, годную к употреблению. Зависимость температура — вязкость 口 =У(Г) вплоть то точки затвердевания или до температуры упрочнения ПВХ-массы приведена на рис, 3.L
Приведенная кривая характеризует общую зависимость, а абсолютные величины вязкости зависят от типа ПВХ, типа пластификатора и доли каждого компонента в смеси. В точке х на этой кривой вязкость самая низкая. Ее называют также минимумом вязкости.
Для каждой рецептуры ПВХ-пасты можно по аналогии с рис. 3.1 в лаборатории получить кривую вязкости, знание которой важно для проведения процесса переработки пасты.
Если процесс смещения будет прерван в точке х на кривой вязкости, то получаются ПВХ-пасты, которые годятся для переносного метода нанесения покрытия (на агрегате со стальной лентой), в то время как при прямом нанесении покрытия (с помощью раклей) требуются пасты с более сильным набуханием (область у на кривой вязкости), что препятствует образованию капель на раклях, пробиванию пасты через основу и экстракции пластифи катора из пасты.
Нагретые до температуры х ПВХ- пасты предназначаются для переносного метода нанесения покрытия с помощью
Рис. 3.1. Изменение вязкости ПВХ-паст от температуры
реверсивного валка (RRC). Такие пасты имеют оптимальный режим нанесения покрытия и хороший эффект обезвоздуши- вания. Они хорошо вакуумируются даже с небольшим содержанием пластификатора.
Чтобы избежать образования корки на стенках смесителя, нагревание нужно проводить не извне с помощью обогре-- ваемых смесителей с двойными стенками, а за счет собственного нагревания смеси, возникающего в процессе смешения. При превышении температуры желирования значительно возрастает вязкость пасты, что приводит к затвердеванию и может вызвать блокирование смесительного устройства в смесителе.
Во избежание таких аварий нужно устанавливать на смесителях контактные термометры, которые отключают смеситель при достижении определенной температуры.
Наряду с уже упомянутыми составными частями пасты могут содержать такие компоненты смеси, как красящие пигменты, наполнители, стабилизаторы, разбавители и др. В основных составах композиций количество применяемых компонентов приводится преимущественно в расчете на 100 составных частей ПВХ. Менее употребительным является расшифровка отдельных компонентов смеси в процентном отношении.
Свойства ПВХ-пасты, а также потребительные свойства готового продукта определяются наряду со свойствами применяемого сырья соотношением массы ПВХ и пластификатора (табл. 3.1)•
В соответствии с многообразием применения искусственной кожи и специфическими качественными признаками
3.1. Изменение свойств ПВХ-паст по мере увеличения содержания в иих пластификатора
Свойства
Содержание пластификатора, мас.ч.
на 100 мае.
ч. ПВХ-паст
40-60
70-120
Вязкость паст
Увеличивается
Уменьшается
Желирующая способность
Уменьшается
Увеличивается
Способность поглощения
красящего пигмента
Способность поглощения
наполнителя
Миграция пластифик атора
Адгезия (прилипание)
к основе
Поверхностный блеск искусственной кожи
Липкость поверхности
Гибкость
Эластичность
Устойчивость к изгибу
Пробивание тонкой основы
Устойчивость к сохранению
Увеличивается
Уменьшается
формы
Прочность поверхности (устойчивость к царапанию)
нужно попытаться с помощью соответствующего соотношения ПВХ и пластификатора добиться оптимума необходимых свойств.
Преобладают соотношения ПВХ и пластификаторов от 100 : 50 до 100 : 90.
Грунтовочные пасты
Грунтовочные пасты содержат в зависимости от требуемой мягкости 50—90 мае. ч. пластификатора на 100 мае. ч. ПВХ. Эти пасты, представляющие собой бесцветную высоковязкую пасту, применяются для предварительного промазывания тонких прошитых волокнистых основ с целью получения гладкой и плотной поверхности. Тем самым предотвращается пробивание основы, сохраняется хороший внешний вид изнаночной стороны искусственной кожи и обеспечивается требуемая адгезия (прилипание) покрытия к основе.
Грунтовочные пасты сильно желируют для улучшения адгезии, а также для того, чтобы при нанесении предотвратить образование капель на промазочной ракле.
Покрытие основы грунтовочной пастой препятствует обтрепыванию срезанных краев искусственной кожи.
Бесцветные грунтовочные пасты имеют универсальное применение для искусственной кожи с любым цветным лице-
3.2. Составы грунтовочных паст, мае. ч.
Компонент
Бесцветная паста для жесткого ие- вспеиеииого покрытия
Бесцветная паста для вспененного мягкого покрытия
Паста для наполненного иевспе- иеиного покрытия
Окрашенная паста для мягкого не- вспеиеииого покрытия
ПВХ-порошок
100
100
100
100
Диоктил фталат
40
35
40
—
Хлорпарафии WP-35
10
15
10
15
Беизилбутилфта-
—
20
—
—■
лат
Азодикарбои- амид
2
—
—
Пластификатор лейиа MS-1
—
—
20
40
Дибутилфталат
—
—
—
20
Ускоритель порообразования (ки-
1
Карбонат каль-
—
一
50
—
ция
Неорганический красящий пиг-
—
25
меит
Кремниевая кислота (коллоид-
—
о
3
иая)
вьтм слоем. Только в случае применения в изделиях кожи с открытыми краями (срезами) грунтовочную пасту окрашивают в цвет, соответствующий лицевому слою.
Окрашивание грунтовочной массы вызывает избыточные издержки средств на очистку смесителей, а также требует длительного останова агрегата для нанесения покрытий при смене цветового тона искусственной кожи.
Для удешевления покрытий, улучшения их грифа и снижения горючести, а также для предотвращения закручивания краев искусственной кожи к грунтовочным пастам примешивают наполнители, в основном карбонат кальция (мел).
Грунтовочные пасты, содержащие большое количество пластификатора, имеют низкую вязкость, поэтому для ее повышения к пасте добавляют загустители, например кремниевую кислоту (1—5% от массы ПВХ).
В табл. 3.2 приведены примеры составов грунтовочной пасты.
Расход грунтовочной пасты при покрытии зависит от желаемого эффекта и составляет от 50 до 120 г/м2.
Пасты для нижнего и среднего слоев покрытия
Искусственную кожу с ПВХ-покрытием получают путем 2—6-кратных (в зависимости от толщины, массы и требуемых свойств) нанесений пасты одного или разного состава.
Нижний и средний слои являются основными слоями покрытия искусственной кожи. В большинстве случаев их более или менее сильно окрашивают, причем цветовой tqh не обязательно должен точно соответствовать цветовому тону верхнего слоя.
Очень часто производят искусственную кожу с нижним вспененным слоем, окрашенным в черный цвет, и с лицевым покрытием другого цвета. Область применения таких кож, особенно кож без подкладки с открытыми срезанными краями, —изготовление чемоданов и сумок.
В некоторых случаях требуется приближенное или точное совпадение цветовых тонов покрывной пасты для нижнего и верхнего слоев, чтобы при небольшом наложении лицевого слоя не был заметен нижний слой.
Искусственная кожа со вспененным ПВХ-покрытием занимает доминирующее положение среди современных кож с покрытием на основе ПВХ, так как она имеет более кожеподобный вид, меньшую плотность покрытия в отличие от ПВХ- кож с монолитным покрытием.
Производство такой кожи стало возможным благодаря применению химических и физических способов вспенивания. Чаще для этой цели используют химический способ, по которому в П ВХ-пласти золи подмешивают вещества, выделяющие газ. Такие вещества (порообразователи) термически нестабильны, т.е. при воздействии высоких температур разлагаются с образованием газов, которые вздувают покрытие в ячеистый вспененный слой.
Порообразователи делятся на три группы:
группа — порообразователи с температурой разложения от 60 до 160° С;
группа — порообразователи с температурой разложения 160-165° С;
группа — порообразователи, разлагающиеся и отщепляющие газ при температуре 165—220° С.
В промышленности искусственной кожи применяется почти исключительно порообразователь III группы — азоди- карбонамид (АДС) '
Основными причинами доминирующей роли азодикарбон- амида следует назвать небольшие дозировки, высокое вспенивающее действие, длительная устойчивость к хранению ПВХ-паст и безопасность при переработке. Однако при хранении этого порообразователя необходимо избегать чрезмерного перегрева подогревающими элементами.
При изготовлении пасты для вспененного слоя применяют 0,5—4 мас.ч. азоди карбонами да на 100 мас.ч. ПВХ в зависимости от требуемой степени вспенивания покрытия и пористости его структуры, а также от конструкции оборудования.
Температура разложения чистого азодикарбонамида составляет около 2126С. Добавление каталитически действующих на азоди карбонами д веществ, названных ки керами, приводит к снижению температуры разложения и повышению его скорости, т.е. повышает экономичность изготовления вспененной искусственной кожи. Добавки порообразователей (азодикарбонамида 1—3% от массы ПВХ) и ускорителей порообразования —кикеров (1—3% от массы ПВХ) способствуют увеличению толщины покрытия вспененной искусственной кожи. Однако необходимо учитывать также, что составные части смеси для вспенивающейся ПВХ-пасты, такие, как красящие пигменты, пластификаторы могут оказывать влияние на процесс вспенивания пасты, например свинцовые красящие пигменты активируют процесс разложения порообразователя.
Различно также поведение азодикарбонамида в присутствии различных пластифи катеров. Все это не позволяет дать точные ре к омендации и единые нормы для процесса получения покрытия в отношении температуры вспенивания и скорости нанесения покрытия.
В табл. 3.3 приведены составы паст для нижнего и среднего слоя покрытия.
Для регулирования вязкости пасты служат загущающие добавки (при слишком низкой вязкости) и разбавители (при слишком высокой вязкости).
Вязкие пасты являются причиной образования пустот и пористости покрытия, в то время как жидкие пасты сильнее проникают в основу и склонны к образованию подтеков.
На практике при получении больших партий паст для нижнего и среднего слоев их не окрашивают, а готовят маточные
* В СССР — ЧХЗ. (Прим. ред. пер.).
3.3. Составы паст для нижнего и среднего (вспенивающегося) слоев покрытия, мас.ч.
Компонент
Паста с наполнителем для мягкого слоя ПВХ- клеенки
Паста для нижнего и среднего слоев вспененной кожи
Маточная паста для нижнего и среднего слоев . вспененной кожи
Заправка порообра- зователя
Пигмент ная заправка
ПВХ-п*орошок100100100——
Пластификатор84————,一
Белый пигмент25————
Наполнитель35——一—
Диоктилфталат—302244
Бензилбутил-—2020——
фталат
Хлорпарафии—1010——
WP-35
Азо дикар бон-—2—2—
амид
Кикер—1—1_
Красящий орга-~2——2
иический пигмент
66Рис. 3.2. Схема процесса изготовления ПВХ-паст для верхнего и нижнего слоев покрытии в циркуляционной и планетарн曲 мешалках:1 — ПВХ-порошок; 2 — пластификатор; 3 — красящий пигмент; 4 — наполнитель; 5 — стабилизатор; 6 — порообразователь; 7 — кикер; 8 — целевые добавки; 9 — циркуляционная мешалкаРис. 3.2. Схема процесса изготовления ПВХ-паст для верхнего и нижнего слоев покрытии в циркуляционной и планетарн曲 мешалках:1 — ПВХ-порошок; 2 — пластификатор; 3 — красящий пигмент; 4 — наполнитель; 5 — стабилизатор; 6 — порообразователь; 7 — кикер; 8 — целевые добавки; 9 — циркуляционная мешалка
6
6
Рис. 3.2. Схема процесса изготовления ПВХ-паст для верхнего и нижнего слоев покрытии в циркуляционной и планетарн曲 мешалках:
1 — ПВХ-порошок; 2 — пластификатор; 3 — красящий пигмент; 4 — наполнитель; 5 — стабилизатор; 6 — порообразователь; 7 — кикер; 8 — целевые добавки; 9 — циркуляционная мешалка
Рис. 3.2. Схема процесса изготовления ПВХ-паст для верхнего и нижнего слоев покрытии в циркуляционной и планетарн曲 мешалках:
1 — ПВХ-порошок; 2 — пластификатор; 3 — красящий пигмент; 4 — наполнитель; 5 — стабилизатор; 6 — порообразователь; 7 — кикер; 8 — целевые добавки; 9 — циркуляционная мешалка
пасты, не содержащие пигментов. Приготовление производится в циркуляционных (вихревых) смесителях вместимостью 3~4 т. Хргшение и пополнение запасов пасты происходит в больших резервуарах вместамостью 10—30 т. Мембранные насосы подают маточную пасту по трубопров одам из запасного резервуара к агрегатам для нанесения покрытия, на которых уста- 176
Рис. 3.3. Схема непрерывного способа изготовления и переработки вспененных ПВХ-паст：
1 — пвх； 2 — порообразователь; 3 — кикер; 4 — пластификатор; 5 — красящий пигмент; 6 — вихревая мешалка (2400 л); 7 — циркуляционная мешалка (300 л); 8 — гомогенизатор; 9 — красильная заправка;
10 — запасной резервуар для вспененной маточной пасты; 11 — паста; J2 — ракуумирование; 13 一 фильтрование; 14 一 дозирующий цилиндр^ J5 — регулятор хода поршня дозирующего цилиндра; 16 ~ дозирующий насос; J7 — смеситель; ?8 — резервуар для буферной смеси; 19 — ракля и обрезиненный конвейер; 20 — наносное устройство с реверсивными валками (RRC)
новлены дозаторы и смесители. В последних маточная паста смешивается с пигментной заправкой, в результате чего получают пасту, готовую к употреблению (рис. 3.2 и 3.3).
С целью удешевления производства и придания специфических свойств коже во вспененный слой вводят наполнители, чаще всего карбонат кальция, который перед добавлением к маточной пасте диспергируется в пластификаторе с помощью мешалки и перетирается в краскотерке или мельнице.
При физическом способе порообразования воздух примешивается к ПВХ-пасте в специально сконструированной мешалке при использовании ПАВ, стабилизирующего пену.
Изготовление таких паст происходит за два рабочих приема. Сначала смешивают составные части ПВХ-композиции, как это было описано выше, после чего пасту, смешанную с ПАВ, наполняют воздухом в аэродинамической воздуховспенивающей мешалке ''Еврооматик''. Затем полученная таким образом вспененная паста сразу же подается в агрегат для нанесения покрытия.
Искусственная кожа, изготовленная по этому способу, имеет пористую структуру в основном с сообщающимися порами и поэтому в оз духопроницаема.
12-Зак. 1488 工77
Пасты для лицевого слоя покрытия
При изготовлении паст для лицевого слоя покрытия предъявляются особенно высокие требования в отношении подбора сырья и выбора технологии, гарантирующих высокое качество конечного продукта.
Общие требования к пастам для лицевого слоя покрытия：
Цвет пасты должен точно соответствовать заданному образцу цвета на карте образцов цветов или коллекции образцов цветов.
При наложении 150—200 г/м2 паст пигментов с хорошей кроющей способностью на основу не должно быть просвечивания грунтовочного слоя другого цвета, а также отклонения в цветовом тоне.
Сырье для паст при получении лицевого слоя должно обладать высокой устойчивостью к действию светопогоды, высокой температуры и химических веществ.
- Компоненты пасты должны быть хорошо перемешаны и перетерты во избежание образования подтеков, цветных полос и нечистой поверхности.
Используемые пасты должны иметь низкую вязкость.
Из паст для лицевого слоя покрытия должны быть удалены: воздух, попавший в них в процессе смешения, а также влага и фракции пластификатора с низкой точкой кипения, эвакуирование которых производится в вакуум-мешалке. Покрывные пасты, из которых удален воздух, дают монолитные, без пузырей, плотные, непористые лицевые слои и улучшают стойкость к царапанию вспененной искусственной кожи. Для невспененной ПВХ-кожи удаление воздуха из паст мало практикуется или не практикуется совсем вследствие высокой трудоемкости.
Лицевой слой покрытия при изгибе не должен трескаться, а также не должен давать матовый или белый излом; при царапании не должно появляться так называемое меление.
Пленки, образованные из пасты для лицевого покрытия, должны быть сухими и обладать хорошей адгезией и ус-. тойчивостью к царапанию.
Цветовой тон должен быть чистым и при добавлении серых пигментов не должен сильно меняться.
В составе паст должны использоваться только абсолютно нерастворимые пигменты во избежание линьки и миграции на поверхность пленки.
Примеры составов паст для лицевого слоя покрытий приведены в табл. 3.4.
Составы паст для лицевого слоя покрытий, мас.ч.
КомпонентКомпонентПаста длялицевого слоястоловойклеенкиПаста длялицевого слоястоловойклеенкиПаста дляморозостойкойобувнойкожиПаста дляморозостойкойобувнойкожиПаста длявспененнойгалантерейнойкожиПаста длявспененнойгалантерейнойкожи
Компонент
Компонент
Паста длялицевого слоястоловойклеенки
Паста длялицевого слоястоловойклеенки
Паста дляморозостойкойобувнойкожи
Паста дляморозостойкойобувнойкожи
Паста длявспененнойгалантерейнойкожи
Паста длявспененнойгалантерейнойкожи
ПВХ-порошок Пластификатор лейна MS-1 Дибутилфталат Хлорпарафин WP-35 Белый пигмент (титановые белила или литопон) Карбонат кальция Эффомол DA Красящий пигмент неорганический органическийДиоктилфталат БензилбутилфталатПВХ-порошок Пластификатор лейна MS-1 Дибутилфталат Хлорпарафин WP-35 Белый пигмент (титановые белила или литопон) Карбонат кальция Эффомол DA Красящий пигмент неорганический органическийДиоктилфталат Бензилбутилфталатэоо 400 о -15 125 2 -эоо 400 о -15 125 2 -1002010020455-151—2455-151—210010010—201~238610—201~2386ИтогоИтого254171—182162-173254171—182162-173
ПВХ-порошок Пластификатор лейна MS-1 Дибутилфталат Хлорпарафин WP-35 Белый пигмент (титановые белила или литопон) Карбонат кальция Эффомол DA Красящий пигмент неорганический органический
Диоктилфталат Бензилбутилфталат
ПВХ-порошок Пластификатор лейна MS-1 Дибутилфталат Хлорпарафин WP-35 Белый пигмент (титановые белила или литопон) Карбонат кальция Эффомол DA Красящий пигмент неорганический органический
Диоктилфталат Бензилбутилфталат
эоо 400 о -15 125 2 -
эоо 400 о -15 125 2 -
100
20
100
20
45
5-151—2
45
5-151—2
100
100
10—201~2386
10—201~2386
Итого
Итого
254171—182162-173
254171—182162-173
Приготовление паст для ПВХ-покрытий искусственных кож производится согласно типовому (основному) составу ПВХ-композиций. На одну производственную партию пасты рассчитывается рабочий состав композиции, пример которого дан в табл* 3.5.
ПВХ-порошок100ДиоктилфталатДибутилфталатХлорпарафин WP-35Пигмент>121,5Оксид железа корич14невыйОксид железа желтый7ПВХ-Рот0,5ДиоктилфталатПВХ-порошок100ДиоктилфталатДибутилфталатХлорпарафин WP-35Пигмент>121,5Оксид железа корич14невыйОксид железа желтый7ПВХ-Рот0,5Диоктилфталат181,5181,5оооооо - о5255 一 7оооооо - о5255 一 7352,5352,5о7о7ИтогоИтого907,5907,55001505050一5001505050一Красильная заправкаКрасильная заправка907,5907,5
ПВХ-порошок
100
Диоктилфталат
Дибутилфталат
Хлорпарафин WP-35
Пигмент>1
21,5
Оксид железа корич
14
невый
Оксид железа желтый
7
ПВХ-Рот
0,5
Диоктилфталат
ПВХ-порошок
100
Диоктилфталат
Дибутилфталат
Хлорпарафин WP-35
Пигмент>1
21,5
Оксид железа корич
14
невый
Оксид железа желтый
7
ПВХ-Рот
0,5
Диоктилфталат
181,5
181,5
оооооо - о
5255 一 7
оооооо - о
5255 一 7
35
2,5
35
2,5
о
7
о
7
Итого
Итого
907,5
907,5
5001505050一
5001505050一
Красильная заправка
Красильная заправка
907,5
907,5
3.5. Составы ПВХ-композиции
Компоненты
Типовой состав, мас.ч.
Состав, кг
Пример А
Пример В
При изготовлении пасты состава А по так называемому сухому методу все компоненты подаются в мешалку, затем перетираются на трехвалковой краскотерке и гомогенизируются. Целесообразно сначала заполнять мешалку жидкими компонентами, а затем добавлять порошкообразные вещества.
Некоторые пигменты склонны к образованию агломератов и очень трудно смешиваются с ПВХ-пастой. В этом случае
Рис. 3.4. Схемы изготовления ПВХ-пасты сухим (а) и мокрым (6) способами ：
J — аппарат для растворения; 2 — краскотерка; 3 — коллоидная мель- ница; 4 — стержневая мельница; 5 — красильная ванна; 6 — трубопровод; 7 — ракля и обрезиненный конвейер; 8 — валки RRC; В — взвешивание; Д — дозирование
нужно использовать состав В. Одна часть пластификатора применяется для заправки пигмента. После перемешивания заправку (концентрат) перетирают один или несколько раз на краскотерке, коллоидной или винтовой мельнице, а затем добавляют к остальной пасте. Этот способ называют методом маточной смеси, или мокрым методом. Технологическая схема получения пасты для лицевого слоя по сухому и мокрому методу приведена на рис. 3.4.
После перемешивания покрывной пасты отбирается проба и наносится на основу или на стальной лист. При этом следует обращать внимание на то, чтобы толщина слоя была равномерной, продолжительность желирования и температура в термостате или опытной (лабораторной) туннельной камере имели заданные значения. После охлаждения нанесенной пробы до комнатной температуры полученный цветовой тон сравнивают с контрольным при свете.
Если цветовой тон полученного слоя (пленки) совпадает с контрольным, то партию запускают в производство, а нанесенную пробу сохраняют для контроля и сравнения. Иногда сравнение цветового тона готовой искусственной кожи
с контрольными образцами или оригиналом цветового тона указывает на их различие.
Причиной отклонения цвета пробы от оригинала может быть недостаточно хорошее качество сырья, особенно пигмента, неточность взвешивания, различная способность отдельных агломератов пигментов к диспергированию.
Распад оставшихся агломератов пигментов в процессе хранения готовых паст, отклонения от режима продвижения полотна при нанесении покрытия и желирования (например, изменение скорости), отклонения в величине наложения, отклонения температуры могут быть причиной изменения цветового тона. Не последней причиной' изменения цветового тона могут быть химические воздействия. Так, например, существуют пигменты, которые постепенно изменяются под влиянием небольшого количества кислот и щелочей, например гидро карбоната натрия, который содержится в некоторых видах ПВХ в качестве стабилизатора. Точно так же пигменты могут вступать в химические реакции друг с другом и изме: нять цвет. Это относится к смесям, в состав которых входят пигменты, содержащие свинец и серу, например хромовый желтый и ультрамарин синий.
Задачей составителей цвета является компенсация отклонения цветового тона путем добавления небольшого количества подготовленной оттеночной заправки. Деятельность составителей цвета требует большой добросовестности, опыта и очень хорошего чувства цвета.
5. Лаковые ПВХ-композиции
В мягких ПВХ-кожах пластифи каторы имеют тенденцию мигрировать на поверхность и придавать ей липкость. Для ограничения миграции пластификатора и снижения липкости поверхность искусственной кожи на основе ПВХ покрьйают по- лиметакрилатными, полиамидными или полиуретановым лаками, содержащими раств орите ль. Однако с помощью лаков можно получать покрывной слой толщиной от 0,001 до 0,01 мм. Такое тонкое покрытие непригодно для одноцветной или с печатным рисунком искусственной кожи, подвергающейся трению. Поэтому кожу на основе ПВХ, подвергающуюся интенсивному трению (например, линолеум), покрывают в основном лаковыми ПВХ-пастами. Наносное устройство для переносного способа нанесения покрытия (RRC) позволяет наносить пленки из лаковой пасты сравнительно большой толщины. Лаковые пасты, полученные из эмульсионных ПВХ- Е-полимеров, дают мутные (молочные) пленки, что обусловлено содержащимся в ПВХ-Е эмульгатором. Прозрачные пленки из лаковых паст можно получать при использовании суспензионных ПВХ-полимеризатов, способных к образованию паст. Этот тип ПВХ имеет недостаточную мелкозернистость, что создает проблему при переработке ПВХ-С-паст. Смешение ПВХ-С с эмульсионным ПВХ улучшает способность к образованию паст и дает возможность лаковые пасты наносить кистью,
но при этом уменьшается чистота (прозрачность) лаковой пленки. Отрицательным моментом применения лаковых ПВХ- паст является также необходимость желирования покрытия из лаковой пасты при температуре 170° С по сравнению с лаковым раствором, для которого достаточно более низкой температуры сушки, чтобы испарить растворитель.
Примерный состав лаковой ПВХч1асты, мас.ч^
ПВХ-порошок100
Диоктилфталат20
Пластификатор лейна MS-1 10
Хлорпарафин WP-3510
Разбавитель CaZ-43
143
Компоненты смеси хорошо перемешивают в мешалке, нагревают до достижения минимума вязкости и тщательно удаляют (вакуумированием) содержащийся в них воздух, способствующий помутнению пленки.
3・3・6・ Смешение и дополнительная обработка ПВХ-паст
Для достижения оптимальной экономии при изготовлении ПВХ-паст все больше стремятся к тому, чтобы производить большие партии паст в крупноразмерных мешалках и заранее подготовлять соответствующие запасы. Это требует широких возможностей хранения заранее подготовленного сырья,
Порошкообразные материалы, как, например, ПВХ, наполнители, поставляются в цистернах и путем автоматической подачи заполняют батареи бункеров. Запасы необходимого количества пластификаторов хранятся и пополняются в больших резервуарах. Из бункеров ПВХ подается в резервуары суточного использования. То же самое проводится и с пластификаторами. Диспетчерская служба направляет необходимое количество ПВХ к автоматически взвешивающим устройствам и оттуда в смесители.
Эта технология позволяет перерабатывать большое количество материала с исключением тяжелой физической работы обслуживающего персонала. Загрузка смесителей поливинилхлоридом и пластификаторами механизирована и автоматизирована. Диспетчеры наблюдают процесс смешения по измерительно-контрольным приборам.
Приготовление ПВХ-композиций может осуществляться следующим образом:
Подача необходимого количества пластификатора через дозирующие устройства в циркуляционную мешалку (волч- ковый смеситель).
Включение смесителя на замедленный ход.
Дозирование ПВХ-порошка в процессе работы смесителя.
Добавление вручную пигмента или красильной заправки.
Переключение смесителя на быстрый ход для предварительного желирования и пластификации ПВХ само нагревом.
Окончание процесса смешения по достижении минимума вязкости при температуре 25—35° С в зависимости от состава смеси.
Предписанная температура предварительно устанавливается на контактном термометре, по достижении которой мешалка автоматически выключается.
Дополнительное ньюансирование цветового тона.
Гомогенизация ПВХ-композиции путем перетирания на краскотерке или фильтрованием.
Удаление воздуха из пасты в соответствующей аппаратуре (вакуумирование и др.).
Прежде чем приступить к смешению, необходимо проверить готовность мешалки к использованию, т.е. проследить за уровнем масла, состоянием спускных вентилей и сальников. Для сокращения продолжительности смешения можно в начале смешения взять не весь пластификатор, а только определенную его часть, и тем самым обусловится более высокая начальная вязкость и ускорится желательный самонагрев пасты до достижения минимума вязкости. Предполагается при этом наличие соответствующего мощного двигателя мешалки. Этот метод целесообразен при приготовлении паст с очень большим содержанием пластификатора и очень низкой начальной вязкостью.
Сокращение продолжительности смешения достигается также путем п ре да арительно го нагревания пластификатора в запасных резервуарах.
Одной из дополнительных обработок ПВХ-паст является перетирание, для выполнения которого применяют в основном многовалковые, чаще трехвалковые краскотерки.
В зазоре между валками краскотерки, где находится паста, возникают напряжения сдвига вследствие разной окружной скорости вращающихся валков (фрикции). Наличие охлаждаемых перетирочных валов предотвращает перегрев перетираемого материала. Обработка ПВХ-паст на трехвалковой краскотерке служит для лучшего диспергирования скоплений пигментов, особенно агломератов пигментов.
В подлежащей перетиранию пасте не должны находиться чужеродные вещества, в противном случае может произойти повреждение перетирочных валов.
Коллоидные мельницы менее годны для гомогенизирования ПВХ-паст, чем краскотерки, но они хороши для размола красильных и порообразующих заправок и наполнителей. Материал попадает в зону размола между стационарным и вращающимся размалырающими дисками. Зона размола в мельнице по сравнению с маленьким и узким трущим зазором краскотерки очень велика, поэтому тонкость помола в мельнице много вьпие. Недостатком коллоидной мельницы являются трудности ее охлаждения и низкая производительность по сравнению с краскотеркой.
Стержневые и бисерные мельницы измельчают по принципу непрерывно работающей шаровой мельницы. Тонкость
помола заправки на стержневой мельнице очень высокая и составляет 5 мкм.
Фильтрование ПВХ-паст, особенно при изготовлении концентрированной маточной пасты, является более рациональным, чем перетирание на краскотерке. На краскотерке интенсивно перетирается только заправка; фильтрование маточной или пигментной пасты служит в основном для удаления чужеродных веществ и частиц загрязнений.
Изготовление полиуретановых покрытий
В производстве и с кусстве иных кож полиуретаны, являющиеся, как и ПВХ, пленкообразующими веществами, должны быть подготовлены таким образом, чтобы при добавлении пигментов и других вспомогательных-веществ они были пригодны для нанесения в качестве покрытия.
Выше указывалось, что в производстве искусственных кож используются одно- и двухкомпонентные полиуретаны, которые перерабатываются из растворов и из дисперсий, как термопласты или как реактивная пена.
Технология смешения и способ нанесенйя покрытия определяются характером исходного сырья и назначением искусственной кожи.
Для полиуретановой искусственной кожи очень сложно дать сжатую, единую рецептуру покрытий. Так, например, выделить составы для лицевого и для адгезионного слоев едва ли возможно, т.е. использование их зависит от назначения кожи. Из этих соображений разделение должно происходить по определенным группам сырья, а внутри групп должен лежать основной стандартный способ нанесения покрытия.
Переработка однокомпонентных полиуретанов
Как уже указывалось, одно ко мпонентные полиуретаны представляют собой продукты реакции олигомерных полиэфиров с диизоцианатами, которые могут перерабатываться в виде растворов или как термопласт^!. В настоящее время однокомпонентные полиуретаны перерабатываются методом коагуляции растворов.
И хотя переработка термопластов представляет собой технологию, не приносящую вреда окружающей среде, она даже в международном масштабе не приобрела большого значения. В зависимости от назначения изготавливаемой искусственной кожи применяются различные одно ко мпонентные полиуретаны.
Одно ко мпонентные полиуретаны можно разделить на две группы в зависимости от их растворимости:
полиуретаны, растворимые в диметилформамиде (ДМФ) или в смеси его с другими растворителями;
полиуретаны, растворимые в других растворителях, кроме ДМФ.
Это разделение вызвано тем, что ДМФ является токсичным растворителем, при использовании которого необходимо предусмотреть особые меры предосторожности, связанные с охраной труда. В связи с этим имеет большое значение форма, в которой полиуретаны поставляются изготовителем. Так, например, полиуретан в форме гранулята, прежде чем к нему добавить пигмент или другие вспомогательные вещества, должен раствориться, в то время как могут поставляться уже готовые к переработке полиуретановые растворы, которые нуждаются лишь в окрашивании.
При выборе технологии получения пленкообразующей композиции решающим фактором является характер получаемого покрытия — непористое (компактное), монолитное или ми кропористое.
Композиции для монолитного покрытия. Получение пленкообразующей композиции для монолитного (непористого) покрытия состоит из трех различных совершенно отдельных технологических рабочих операций, а именно:
приготовление раствора полиуретана;
приготовление пигментной (красильной) заправки; приготовление раствора для нанесения покрытий.
В большинстве случаев полиуретан поступает в гранулах и лишь иногда в виде готовых растворов. Использование последних чаще всего экономически невыгодно.
Поставляется гранулят большей частью в бочках, поддонах для сыпучего материала или в контейнерах. При этом следует обращать внимание на соблюдение правил поставки и хранения. Это означает хранение в упаковках при определенной температуре и влажности. Точно так же необходимо придерживаться установленного срока хранения для переработки полиуретана.
Растворение осуществляется в специальных, предусмотренных для этой цели аппаратах для растворения (рис. 3.5), которые по виду могут отличаться друг от друга.
В качестве растворителя или смеси раств ори телей применяется спе-
Рис. 3.5. Схема растворения полиуретанового гранулята:
工 一 резервуар для растворения; 2 — мешалка; 3 — подача растворителя; 4 — подача гранулята; 5 — контроль параметров процесса (вязкости, температуры, продолжительности растворения, количества нераство- рившегося полимера)
циальный, подходящий для соответствующего полиуретана растворитель.оРастворение проводится, как правило, при температуре 40~60° С в течение 1—4 ч в зависимости от типа полиуретана и аппарата (реактора), где он растворяется. Необходимо, чтобы полиуретан растворился полностью, так как нераство- рившиеся частички могут создавать трудности при нанесении покрытий.
В большинстве случаев изготовляют 20—25%-ный раствор полиуретана. Вязкость является решающим параметром раствора полиуретана, поэтому ее определяют в ходе технологического процесса.
Контроль процесса может проводиться несколькими методами. Так, в аппарате для растворения предусмотрено непрерывное измерение вязкости, регистрируемой самописцем. Можно контролировать вязкость путем периода чес кого погружения вискозиметра. Очень простой метод определения вязкости заключается в отборе небольшого (определенного) количества раствора из аппарата, где происходит растворение. Отобранную пробу пропускают через воронку Форда и по времени истечения по г радуй ров анн ым кривым определяют вязкость. Само собой разумеется, что непрерывное измерение вязкости является самым техно л о г ичным методом, хотя и требует больших расходов, связанных с установкой специальных вискозиметров и их о бсл уживани ем. Необходимо отметить, что использование воронки Форда в большинстве случаев гарантирует достаточно точное определение вязкости в процессе растворения.
При определении вязкости важно учитывать температуру, при которой происходит измерение, а также отклонения в вязкости, связанные с различием полиуретанов в по став ля емых партиях.
Для характеристики растворов полиуретана наряду с вязкостью следует определять массу сухого остатка (нерастворив- шегося полиуретана). Для этого существуют различные методы. Наиболее применимый метод состоит в пропускании определенного количества полиуретанового раствора через стандартное сито, которое затем высушивают и взвешивают с остатком, если он есть.
Пригодный по результатам контроля полиуретановый раствор фильтруют и направляют на операцию приготовления пленкообразующей композиции. Во многих случаях приготовленный полиуретановый раствор помещают в про межу то чный резервуар, но при этом в большинстве случаев его фильтруют. Для фильтрования, растворов высокополимеров особенно пригодны сетчатые фильтры.
Пигментную заправку обычно приготавливают отдельно от полиуретанового раствора. Применяемая технология в значительной степени зависит от используемых пигментов. Так, например, при применении готовых форм пигментов окрашивают непосредственно полиуретановый раствор.
При использовании неорганических пигментов окрашиванию раствора полиуретана должен предшествовать относитель- 186
но сложный процесс перевода пигмента в удобную для переработки форму. Естественно, стоимость готовых пигментных препаратов в выпускной форме во много раз выше стоимости неорганических пигментов, так что гораздо предпочтительнее удлинить технологический процесс и применять дешевые неорганические пигменты, чем просто добавлять готовые, но дорогие органические пигментные препараты.
Переведение неорганических или любых других грубозернистых пигментов в удобную для переработки форму проводится, как т^равнлс，в специальных мельницах или на краскотерках. Наиболее подходящи ми для этой цели оказались бисерные и коллоидные мельницы, которые обладают еще тем преимуществом, что могут поставляться как закрытые системы (во взрывобезопасном исполнении) и иметь ПДК для применяющихся растворителей на рабочем месте. По этой причине применение бисерных и коллоидных мельниц выгоднее по сравнению с краскотерками.
Технологический процесс приготовления красильной заправки состоит в том, что пигмент в смеси с применяющимся растворителем и небольшим количеством раствора полиуретана с помощью вышеприведенного диспергирующего оборудования подвергается диспергированию и переводится в удобную для переработки форму. Спектр зернистости применяемого пигмента перемещается в сторону более мелких частичек.
Для каждого цвета или групп цветов, как правило, применяются отдельные мельницы, так что нет необходимости после каждой вновь приготовленной красильной заправ ки чистить их. Составленная таким образом смесь из пигментов, растворителей и небольшой доли полиуретана называется пигментной, или красильной, заправкой. Она добавляется затем к приготовленному раствору полиуретана и гомогенизируется. Таким образом получают раствор, используемый для нанесения покрытия.
Кроме бисерных и коллоидных мельниц можно промежуточно включить еще ряд диспергирующих агрегатов и фильтровальных приспособлений. Это зависит от специфики технологии отдельных предприятий. На рис. 3.6 представлена схема изготовления полиуретановой покрывной композиции для получения монолитных покрытий.
Рис. 3.6. Схема изготовления полиуретановой плеикообразующей композиции для монолитного покрытия：
1 — полиуретановый гранулят; 2 — растворитель; 3 — аппарат для растворения; 4 — полиуретановый раствор; 5 — фильтр; 6 — запасной резервуар; 7 — устройство для диспергирования; 8 — масса для покрытия; 9 — мельница; 10 — пигменты; 11 — растворитель;
12 — предварительно диспергированный раствор полиуретана
Здесь же необходимо затронуть проблему изготовления полимерной композиции для дублирования, которая может представлять собой адгезив на базе растворителя; адгезив на базе дисперсий; адгезив, не содержащий.растворитель (жидкий полиуретан, олигомер).
В качестве адгезивов на базе растворителя во многих случаях применяются полиуретановые растворы. При использова- нии этих растворов в качестве массы для дублирования нет никаких дополнений к уже описанной технологии. В большинстве случаев применение находит неокрашенный отфильтрованный раствор полиуретана.
Обычно применение адгезивов для дублирования должно рассматриваться дифференцированно, исходя из имеющегося оборудования, например аппаратуры для рекуперации растворителя, агуегатов для нанесения покрытий.
Требования к изготавливаемому материалу основаны на учете следующих факторов. Определенные механические свойства дублированного материала могут быть достигнуты только путем применения специальных полиуретановых растворов, в то время как дисперсиями и другими адгезивами этого достичь не удается.
При глобальном сравнении применения адгезивов на базе растворителей и дисперсий решающее место отводится в пользу дисперсии, так как проблема рекуперации растворителя или связанная с этим проблема защиты окружающей среды, соблюдение постановления по охране труда и, смотря по обстоятельствам, снижение скорости нанесения покрытия ограничивают использование растворителей.
Поэтому далее коротко остановимся на применении только водных дисперсий.
Некоторое значение имеет применение акрилатных дисперсий. Существуют различные водные акрилатные дисперсии, которые отличаются друг от друга своими свойствами.
Поставка водных дисперсий производителем осуществляется, как правило, в цистернах, откуда они подаются в различные запасные резервуары.
Можно смешивать определенные дисперсии с целью достижения найлучшего сочетания свойств, необходимых для переработки. Но при этом необходимо обязательно иметь от предприятия-изготовителя указания о смешиваемости и устойчивости к хранению, так как все акрилатные дисперсии при слишком высокой температуре, так же как и при температуре, близкой к точке замерзания, становятся нестабильным и. Поэтому при переработке необходимо соблюдать ряд особых условий.
Акрилатные дисперсии перед переработкой в собственно адгезив загущают. При этом следует обращать внимание на специальньге условия процесса загущения.
Вообще при использовании водных акрилатных дисперсий для дублирования следует учитывать следующее:
акрилатные дисперсии в незагущенной форме как можно меньше должны подвергаться механическим нагрузкам;
обязательно соблюдать соответствующие условия и температуру хранения акрилатных дисперсий;
акрилатные дисперсии не всегда смешиваемы друг с другом, и устойчивость к хранению после смешения может уменьшаться;
процесс загущения и связанное с этим изменение вязкости сильно зависят от применяющегося загустителя.
Композиции для микропористого покрытия. Изготовление микропористой искусственной кожи представляет собой специфический процесс, который отличается от процессов изготовления других видов искусственной кожи прежде всего способом получения покрытия.
Следует учитывать, что для изготовления микропористой искусственной кожи годятся лишь специальные типы полиуретана. Не всегда полиуретаны, пригодные для монолитного покрытия, можно применить для получения микропористого покрытия, но специальные, пригодные для получения микропористого покрытия, могут использоваться и для монолитного покрытия.
Большинство предприятий по производству микропористой искусственной кожи синтезирует полиуретан, пользуясь почти исключительно методом синтеза в среде растворителя. Для синтеза применяют сложные или простые полиэфирдиолы, а также диизоцианаты.
Необходимо отметить различия в технологии смешения композиции для монолитного и микропористого покрытий.
В настоящее время при изготовлении покрытия микропористой искусственной кожи в качестве растворителя полиуретана применяется только диметилформамид, поскольку в синтезированном растворе полиуретана в качестве растворителя также применяется диметилформамид.
Из запасных резервуаров полиуретановый раствор подается в смеситель в большинстве случаев через соответствующий фильтр (сетчатый или металлический для удаления гель- частичек). В смесителе при добавлении диметилформамида устанавливается вязкость раствора, необходимая для нанесения покрытия. Растворы для покрытия в зависимости от применяемой технологии имеют вязкость от 1000 до 30000 мПа • с. Затем из раствора полиуретана удаляют воздух вакуумированием. Параллельно с этим приготавливают пигментную заправку, применяя почти исключительно готовые органические пигментные препараты, так что мельницы или краскотерки здесь могут не применяться. Изготовляют заправку в скоростных мешалках при добавлении диметилформамида и маточного (концентрированного) раствора полиуретана.
Крашение раствора полиуретана после удаления из него воздуха может проводиться в мешалке непрерывного действия с помощью дозирующего насоса. Полученный таким образом раствор подается к агрегату для нанесения покрытия (рис. 3.7).
Наряду с пленкообразующей композицией для получения покрытий растворы полиуретана применяют в качестве им- прегнирующего состава для пропитки нетканой основы при
резервуар; 7 — удаление воздуха; лиуретановый раствор; 10 ~ для покрытиярезервуар; 7 — удаление воздуха; лиуретановый раствор; 10 ~ для покрытияскоростнаяскоростнаяРис. 3.7. Схема изготовления массы для микропористого покрытия： 1 — синтез полиуретана; 2 — запасной резервуар для полиуретанового раствора; 3 — фильтр; 4 — ДМФ； 5 — мешалка; 6 — промежуточный 8 一 пигментные препараты; 9 — помешал ка; 11— готовый раствор
резервуар; 7 — удаление воздуха; лиуретановый раствор; 10 ~ для покрытия
резервуар; 7 — удаление воздуха; лиуретановый раствор; 10 ~ для покрытия
скоростная
скоростная
изготовлении микропористой искусственной кожи. В результате процесса импрегнирования основы, которая, как известно, представляет собой текстильное основание микропористой искусственной кожи, получаются прочные материалы, которые обладают хорошей формоустойчивостью и большой прочностью на разрыв. Однако необходимо учитывать и тот факт, что большое количество отложившегося на волокнистой основе по- лимера^ способствуя улучшению прочности при разрыве и фор- м оу ст ойчив ости, сильно снижает сопротивление раздиранию и прочность при прокаливании и, следовательно, носкость и пригодность синтетической кожи к переработке. Наряду с полиуретановыми растворами для импрегнирования применяются водные дисперсии.
Полиуретановый раствор для импрегнирования отличается от раствора для покрытий содержанием твердых веществ и вязкостью. Так, содержание твердых веществ составляет, как правило, 10—20%, а вязкость 600—1500 мПа • с. Эти пара- метры учитываются еще при синтезе полиуретана и не вносят никаких особенностей в технологическую схему, так более что при использовании окрашенной импрегнирующей композиции отпадает процесс крашения.
Переработка двухкомпонентных полиуретанов
В технологии переработки двухкомпонентных полиуретанов выделяют приготовление двухкомпонентных полиурета- нов в растворах для нанесения покрытий; приготовление двухкомпонентных полиуретанов для получения реактивной пены и при г от ов ление пленкообразующей композиции на основе водных дисперсий.
Некоторое влияние на технологию имеет также примене- ние соответствующей полимерной композиции для нанесения покрывного или адгезионного слоя. Однако наиболее целесообразной нам кажется трактовка технологии переработки двухкомпонентных полиуретанов, исходя из вышеприведенного разделения.
Приготовление дв ух ко мпонентных полиуретанов в ра- створе. Как уже было изложено в разделе сырья, двухкомпонентные полиуретаны представляют собой полимеры, получен- ные из преполимера полиуретана, содержащего гидроксильные группы, который в результате реакции со сшивающим агентом в присутствии катализатора превращается в собственно поли-
уретан. Двухкомпонентные полиуретаны часто доставляются в виде раствора, причем в качестве растворителей преобладают этилацетат, метилэтилкетон, трихлорэтилен, ацетон, толуол, в то время как диметилформамид применяется в меньшей степени, чем при изготовлении однокомпонентных полиуретанов.
Существует возможность изготовления двухкомпонентных систем в виде гранулята. При этом растворение основных взаимодействующих компонентов происходит аналогично тому, как это было описано для однокомпонентных полиуретанов. Если поставку производят в виде раствора, то, естественно, процесс растворения отпадает. Но так как этим процессом было достигнуто лишь растворени<е преполимера, содержащего гидроксильные группы (компонент А), то возникает еще и другой рабочий процесс, характерный для всех двухкомпонентных систем и состоящий в том, что преполимер и сшивающие агенты (компонент В) в присутствии катализаторов сшиваются, в результате чего получается собственно полиуретан. В большинстве случаев процесс проводится в скоростной мешалке, причем следует заметить, что при этом могут примениться различные сшивающие агенты и различньте катализаторы (рис. 3.8).
В зависимости от механизма сшивания или процесса катализа вводятся соответствующие добавки в количестве около 4—8% от массы основного компонента. Сшивающие агенты поставляются изготовителем в большинстве случаев в виде раствора, в то время как катализаторы могут поставляться как в растворе, так и в твердом состоянии. Если катализатор в твердом состоянии, то перед добавлением к растворенному основному компоненту его следует растворить в том же растворителе, в котором растворен основной компонент.
Процесс смешения трех хорошо гомогенизированных компонентов длится недолго.
Добавление сшивающего агента и катализатора непосредственно перед переработкой объясняется тем, что после их введения раствор способен к переработке лишь ограниченное время, которое называют его жизнеспособностью. Вообще жизнеспособность двухкомпонентных полиуретановых систем составляет от 4 до 14 ч. За этот период должна быть проведена их переработка. Поэтому с точки зрения технологии логично, чтобы раствор двухкомпонентного полиуретана не хранился в промежуточных резервуарах, как это принято при изготовлении однокомпонентных полиуретанов. Приготовление композиций для нанесения покрытий из двухкомпонентных полиуретанов происходит в большинстве случаев в резервуарах,
Рис. 3.8. Схема приготовления покрывной массы из двухкомпонентных полиуретанов в растворе:
У — раствор преполимера； 2 — раствор диизоцианата; 3 — удлинитель (катализатор); 4 — пигментная заправка; 5 — диспергирующая установка; 6 — фильтр; 7 — покрывная масса
где компонент А сразу же пигментируется, а процесс сшивания происходит лишь после пигментирования. Во всех случаях необходимо, чтобы раствор для нанесения покрытия был переработан в течение времени его жизнеспособности.
Пигментирование происходит точно так же, как это было описано в технологии переработки однокомпонентных полиуретанов.
Приготовление композиций для получения реактивной пены. Можно сказать, что процессы, описанные в предыдущем разделе, действительны и для приготовления реактивной пены, так как в обоих случаях применяются двухкомпонентные полиуретаны. Несмотря на это, имеются и некоторые особенности.
Следует заметить, что описанные выше двухкомпонентные полиуретаны применяются для получения монолитного покрытия. В противоположность этому реактивные вспененные системы являются основой производства полиуретановой вспененной искусственной кожи. Реактивные пены для изготовления искусственной кожи — относительно новая область, которая пока еще развивается.
Полиуретаны для изготовления реактивных пен отличаются от описанных двухкомпонентных полиуретанов отсутствием раств орите лей.
Для изготовления так называемой пены сначала смешивают исходные компоненты, чаще всего низковязкий полиэфирполиол и пастообразный полиэфируретан, в определенном соотношении при использовании различных добавок. Отклонение в соотношении компонентов отрицательно сказывается на качестве вспенивания. Вязкость готовой смеси составляет около 1500 мПа • с при температуре 25° С и может измеряться с помощью ротационного вискозиметра.
Полученная смесь сразу же после ее изготовления должна подвергаться переработке. Реакция сшивания происходит с помощью соединения, содержащего изоцианатные группы, и сопровождается выделением газа (порообразованием). Реакция порообразования наступает через несколько минут. Поэтому предлагается непрерывная переработка компонентов в агрегате со смесительными камерами. Пористую вспенивающуюся пасту можно окрашивать или смешивать с наполнителями, но при этом покрытие становится жестковатым^ что снижает прочность при разрыве и удлинение.
Приготовление покрывных композиций из водных дисперсий. Применение водных дисперсий полиуретанов в промышленности изготовления искусственной кожи находится в стадии развития, поэтому нет еще разработок надежной технологии.
Было бы неточным отнесение водных дисперсий полиуретанов в разряд двухкомпонентных систем, так как по своей химической структуре они совершенно непохожи. Но если исходить из того, что специалист по смешению двухкомпонентных полиуретановых систем и водных по лиуретанов ых дисперсий с основными компонентами должен диспергировать
добавочные компоненты, которые гарантируют переработку их- как покрывную массу, такое отнесение допустимо. Чтобы лучше понять проблемы переработки дисперсий, рекомендуется еще раз прочитать соответствующие указания в разделе о сырье, так как во всех дисперсиях, будь то акрилатные или полиуретановые дисперсии, преобладают определенные сходные закономерности. “ з
Следует еще раз упомянуть о незначительной устойчивости дисперсий к механическим воздействиям, а также о необходимости соблюдения условий их хранения и транспортировки.
Загущение полиуретановой дисперсии может проводиться с помощью различных химических соеданений чаще всего в среде гидроксида аммония в уже упоминавшихся аппаратах для диспергирования.
В большинстве случаев такие дисперсии применяются для нанесения адгезионного слоя и могут подвергаться пигментированию. Кроме того, можно изготовлять смеси специальных полиуретановых и акрилатных дисперсий и тем самым обеспечивать получение оптимальных систем для нанесения адгезионного слоя. Новой областью также является механическое вспенивание таких дисперсий или их смесей.
Нанесение покрытий
Под термином пнанесение покрытия** следует понимать нанесение полимерной композиции на плоское основание (подложку). Применяемые также термины ，промазка” или ‘‘намазка" коротко обозначают нанесение покрытия.
Для нанесения покрытия применяют пленкообразующие пасты, растворы и водные дисперсии полимеров. Среди пленкообразующих соединений доминируют высокополиме- ры 一 ПВХ и полиуретаны.
Нанесение покрытия может о существляться прямым и непрямым (обратным, или переносным) способами. Под прямым способом понимают непосредственное нанесение полимерной композиции на основу с помощью соответствующего агрегата.
Непрямой способ покрытия был разработан давно. Полимерное лицевое покрытие наносится не на основу, а на транспортер-подложку, которым может быть бумага или стальная лента. Изготовление искусственной кожи осуществляется в обратной последовательности (поэтому его ^азывают обратным) :сначала наносится лицевой (наружный) слой, а затем на него промежуточный слой и еще не высохший или еще не желированный последний слой дублируется с основой^
Недостатком разделения на прямой и непрямой способы нанесения покрытия является то, что соответствующие технологии прямого и непрямого способов нанесения покрытия очень сильно отличаются друг от друга и тем самым не выделяется то общее, что имеется в производстве искусственной кожи. На этом основании была предпринята классификация по соответ- 13-Зак. 1488 ■ 193
ствующим видам искусственной кожи. В связи с этим в этом разделе рассматриваются технологии получения покрытия по видам кожи: для одежной, галантерейной, обивочной, обувной кожи, покрытий для пола.
Ассортимент кожи и используемое сырье иредопределяют выбор оборудования для получения покрытия, способ его нанесения, температуру в термо камерах и другие особенности технологии.
Для нанесения покрытий используют следующее оборудование:
агрегат переносного (непрямого) дву- и трехкратного наложения с транспортером-подложкой из бумаги;
агрегат переносного дву- и трехкратного наложения (транспортер-подложка из стальной ленты);
агрегат для коагуляции;
валковый каландр;
агрегат прямого дву- и трехкратного наложения.
Возможно деление агрегатов для нанесения покрытия на агрегаты однократного и многократного наложения.
Агрегаты однократного наложения состоят в большинстве случаев только из одной машины для нанесения покрытия и одной туннельной сушилки или камеры для желатинизации. К ним относятся промазочные машины проходного типа с обратным ходом. С их помощью за один проход на основу можно нанести только один слой покрытия.
Для большинства искусственных кож необходимо многократное наложение покрытия, причем каждый отдельный нанесенный слой должен сушиться или желироваться. Это объясняет очень небольшую производительность агрегатов однократного наложения.
Из агрегатов дву- и трехкратного наложения чаще всего применяются агрегаты двукратного наложения. Агрегаты трехкратного наложения появились в производстве искусственной кожи лишь в последние годы и предназначены в большинстве случаев для расширения ассортимента искусственных кож или в случае применения новых основ. На практике проводится изготовление совершенно нового ассортимента искусственных кож с использованием таких агрегатов. Остается выждать, насколько эти установки утвердятся в будущем и вытеснят оправдавшие себя до сих пор агрегаты двукратного наложения.
Факторы^ определяющие количество полимерной композиции для покрытия
В зависимости от применения названных выше способов нанесения покрытия имеются определенные требования, которые предъявляются к полимерным пленкообразующим композициям.
Вязкость пленкообразующих композиций. При использовании растворов полиуретан^ и при нанесении его с помощью ракли можно утверждать что, как правило, чем ниже вязкость
раствора, тем меньшее количество пленкообразующей композиции наносится на подложку.
При нанесении раствора полиуретана методом полива существует иная зависимость между вязкостью и толщиной наносимого слоя: чем ниже вязкость, тем больше толщина слоя при постоянстве других факторов.
Для некоторых ПВХ-паст при ракельном методе нанесения покрытия обнаруживается возрастание вязкости, что следует учитывать и следить за тем, чтобы скорость нанесения не была слишком высокой для обеспечения равномерной толщины покрытия.
Скорость работы установки для нанесения покрытия. При нанесении покрытия с помощью ракли и резинового полотна, ракли и стальных валков или воздушной ракли количество массы, которая проходит под раклей, увеличивается с увеличением скорости нанесения.
При использовании метода полива наблюдается обратное соотношение: чем выше скорость работы, тем меньше наносимое количество.
Форма ракли для нанесения покрытий. При выборе ракли необходимо учитывать форму и ширину фаски.
Фаска ракли представляет собой поверхность, на которую основа (подложка) производит давление. Широкие ракли имеют большую поверхность, чем узкие, и при постоянном давлении испытывают меньшее давление на еданицу поверхности. Следствием этого является большая толщина слоя наносимой массы при использовании широкой ракли по сравнению с узкой.
При нанесении покрытия широкой раклей надо обращать внимание на то, чтобы вся фаска лежала на основе, В противном случае грунтовочный слой может пробивать основу, как при работе с узкой раклей. Ракли и ножи имеют самые разные формы (рис. 3.9).
Для нанесения покрытия с помощью стального валка используют ракли с шириной фаски более 20 мм, с помощью резинового полотна — от 2 до 20 мм, с помощью воздушной ракли — 2 мм.
Противодавление основы на фаску ракли зависит от метода нанесения: с помощью воздушной ракли, движущегося резинового полотна и стального валка. Для метода воздушной ракли характерно большое натяжение основы в продольном направлении. Оно должно быть большим как перед раклей, так и после нее, чтобы достичь безупречной и определенной толщины наносимого слоя. Движущееся резиновое полотно оказывает давление на фаску ракли, которое зависит от его натяжения. Разумеется, что натяжение основы в продольном направлении также оказывает давление, но меньшее, чем рези-
Рис. 3.9. Ракли и ножи разной формы
новое полотно. Кроме того, имеет значение эластичность резинового полотна.
При нанесении с помощью стального валка давление возникает в зазоре между валком и фаской ракли.
Угол между ножом и полотном имеет существенное значение в том случае, если используют раклю с острым кантом и работают с большим натяжением основы: чем меньше угол, тем тоньше должен быть слой наносимой массы*
Чем большее количество полимерной композиции находится перед раклей, тем больше сила, которая противодействует прижимному давлению на раклю. Отсюда следует сделать вывод, что с увеличением массы полимерной композиции перед раклей увеличивается и количество наносимой массы, проходящей под раклей.
Способы нанесения покрытий
АгрегатАгрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, тран- спортер-подложка из бумаги Агрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, транспортер-подложка из стальной ленты Агрегат для коагуляцииАгрегатАгрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, тран- спортер-подложка из бумаги Агрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, транспортер-подложка из стальной ленты Агрегат для коагуляцииКашировальная машинаАгрегаты прямого дву- и трехкратного наложенияКашировальная машинаАгрегаты прямого дву- и трехкратного наложенияНиже перечислены агрегаты для нанесения покрытий и указаны наиболее распространенные способы их нанесения. 1
Агрегат
Агрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, тран- спортер-подложка из бумаги Агрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, транспортер-подложка из стальной ленты Агрегат для коагуляции
Агрегат
Агрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, тран- спортер-подложка из бумаги Агрегат непрямого дву- и трехкратного наложения, транспортер-подложка из стальной ленты Агрегат для коагуляции
Кашировальная машина
Агрегаты прямого дву- и трехкратного наложения
Кашировальная машина
Агрегаты прямого дву- и трехкратного наложения
Способ нанесения покрытий
С помощью стального валка и ракли 2・ С помощью устройства для переносного метода реве рсивными валками
С помощью устройства с реверсивными валками
С помощью стального валка и ракли
Поливом, погружением, импрегни- рованием
С помощью устройства для переносного метода с реверсивными валками С помощью машины путем плавления полимерной массы меяоду валками
С помощью резинового полотна и ракли
С помощью стального валка и ракли
С помощью воздушной ракли
Все процессы нанесения печатного рисунка и распыления также являются процессами нанесения покрытия. Однако они относятся к отделочным и поэтому рассматриваются в соответствующем разделе.
Среди способов получения покрытий для искусственных кож разного ассортимента можно выделить пять основных:
способ получения вспененного ПВХ-покрытия;
способ получения монолитного ПВХ-покрытия; "
способ получения монолитного полиуретадового покрытия;
коагуляционный способ получения покрытия;
каландровый способ получения покрытия.
Комбинируя или частично изменяя способы получения покрытий, можно получить очень широкий ассортимент искусственных кож.
Нанесение покрытия с помощью стального валка и ракли. Этот способ характерен для переносного, но может приме- 196
Рис. 3.10. Схема нанесения покрытия с помощью стального валка:
— стальной валок; 2 — транспортер-подложка;
— шпатель; 4 — пленкообразующая композиция; 5 —ножевая балка; 6—ракля; 7 — снимающий нож; 8 — основа с покрытием (бумага или стальная лента с покрытием)
няться и на агрегатах для прямого метода (рис. 3.10). Пленкообразующая композиция (смесь) подается к стационарной ракле и удерживается расположенными по бокам автоматически управляемыми шпателями. Приводимый в действие стальной валок перемещает основу под ракельным ножом; при этом происходит наложение слоя полимерной композиции.
Однако при таком способе возникают трудности, если на основе имеются большие неровности. В этом случае для получения безупречного покрытия ракля должна моментально подниматься над стальным валком, а после подъема между раклей и валком должен быть точно восстановлен такой зазор, как и раньше.
Машина для нанесения покрытия должна быть сконструирована таким образом, чтобы можно было переставлять ножевые балки только налево или направо и вертикально (см. рис. 3.10) • Стальной валок точно установлен в подшипники и имеет прецизионную ротационную точность.
При способе нанесения покрытия на машине со стальным валком применяют очень широкую раклю. Чтобы получить равномерное наложение полимерной композиции по всей площади, целесообразно раклю затачивать на точильном валу абразивной пастой наимельчайшей зернистости. При затачивании абразивная паста, так же как и смесь для нанесения покрытия, должна находиться перед раклей. Эффект заточки достигается путем установления минимального зазора.
Нанесение покрытия с помощью реверсивных валков. Используя реверсивные валки, можно наносить пасты, растворы и дисперсии на различные несущие основы (способ RRC). Главным отличием этого способа от других является то, что толщину полимерного слоя задают не на самой основе или транспортере-подложке, а заранее путем установления определенно го зазора между двумя стальными валками, вращающимися с разными скоростями в одном направлении. Смесь для покрытия движется вместе с быстровращающимися валками и переносится на резиновый валок; последний наносит ее на соответствующий транспортер-подложку, которым может быть бумага или стальная лента. Таким образом, смесь переносится на соответствующий транспортер-подложку, а перенос от одного валка к другому или от резинового валка к основе осуществляется путем сдвига (рис. 3.11).
Это наносное устройство можно применять также и при
Рис. 3.11. Схема нанесения переносного покрытия с помощью устройства с реверсивными валками (способ RRC)：
— барабан для стальной ленты; 2 —— стальная лента (транспортер-подложка);
— резиновый валок； 4 — стальной валок; 5 — подвижной скребок для чистки;
一 полимерная композиция (смесь);
— стационарный ограничитель для смеси; 8 — регулируемый зазор; 9 — тихоходный стальной валок; 10 — нанесенный на подложку слой смеси
прямом способе наложения. На практике работают обычно с пастами высокой вязкости, поэтому на машинах с транспортером-подложкой из стальной ленты и на других агрегатах используют наносное устройство с реве рейв ными валками в том виде, как зто представлено на рис. 3.11.
При работе с жидкими смесями или растворами их помещают в резервуар, где имеется черпальный валок, который через наносную систему с реверсивными валками наносит этот раствор на соответствующую подложку.
При приведении в действие наносного устройства с реверсивными валками для переносного покрытия необходимо учитывать следующее:
Все валки должны иметь очень высокую ротационную точность; следует применять для этого полированные стальные и шлифованные резиновые валки.
Все шаберы должны быть отшлифованы; следует постоянно и непрерывно чистить валки для нанесёния покрытий.
Все валки должны вращаться обязательно параллельно (без перекосов). Параллельно должен двигаться и транспортер-подложка, будь то стальная лента или бумага.
Необходимо точно устанавливать зазор и соответствующее давление между резиновым валком и транспортером- подложкой.
Наносные или противовалки должны вращаться независимо друг от друга с разной частотой.
Частоту вращения отдельных валков следует подстраивать под соответствующую скорость машины путем регулирования.
Целесообразно иметь отдельно охлаждаемые валки, находящиеся в RRC.
Ширина нанесения покрытия с помощью способа RRC может определяться не расстоянием между шпателями, а шириной резинового валка. Поэтому нужно иметь в распоряжении резиновые валки различной ширины, чтобы соответственно варьировать ширину покрытия.
Нанесение покрытия поливом. Этот способ нанесения покрытия может применяться как для прямого, так и для переносного наложения (рис. 3.12). ,
Полив — это метод нанесения покрытия, при котором наносный орган не соприкасается с основой. Поливочная масса очень низкой вязкости выливается из поливочной воронки со сливной щелью (из щелевой фильеры). Скорость движения основы, на которую наносится поливная масса, является решающим фактором для установления толщины наносимого слоя.
Поливом можно наносить покрытия по всей ширине основы, что благоприятно сказывается на экономии материала. Излишки смеси собираются в приемник и перекачиваются насосом в поливочное устройство.
Способ пропитки основы. Этот способ применяется в основном при изготовлении поромерной (дышащей) искусственной кожи и имеет некоторые особенности.
Его можно считать способом отделки текстильной основы, который заключается в том, что текстильная основа погружается в пропитывающую композицию и затем отжимается (рис. 3.13). Пропитывающая композиция может быть раствором или дисперсией различных полимеров. Чтобы достичь более глубокого проникания проштывающей композиции в основу, нужно соблюдать два условия:
основа должна обладать хорошей впитывающей способностью и иметь очень развитую внутреннюю поверхность;
для полной и равномерной пропитки основы частички твердых веществ полимерной смеси должны быть очень маленькими. При последующей сушке нужно обращать внимание на то, чтобы частички не оседали на поверхности основы, следствием чего может быть ее расслоение, как это возможно при
Рис. 3.13. Схема пропитки основы： 1 — полимерная композидия; 2 — основа; 3 — нахтравляющие валки;4 一 отжимные валки; 5 — ванна для пропиткиРис. 3.13. Схема пропитки основы： 1 — полимерная композидия; 2 — основа; 3 — нахтравляющие валки;4 一 отжимные валки; 5 — ванна для пропиткиРис. 3.12. Схема нанесения покрытия поливом：
Рис. 3.13. Схема пропитки основы： 1 — полимерная композидия; 2 — основа; 3 — нахтравляющие валки;
4 一 отжимные валки; 5 — ванна для пропитки
Рис. 3.13. Схема пропитки основы： 1 — полимерная композидия; 2 — основа; 3 — нахтравляющие валки;
4 一 отжимные валки; 5 — ванна для пропитки
— поливочная воронка (щелевая фильера); 2 — поливочная масса;
— основа; 4 — стальные валки; 5 — сборная воронка (приемник)； 6 — основа с покрытием
На количество отложившихся в основе веществ может оказывать влияние эффект отжима: чем больше эффект отжима, тем меньше твердых веществ остается в основе.
Преимуществ о этого способа заключается в том, что за один рабочий процесс можно одновременно пропитать лицевую и изнаночную стороны основы.
Нанесение покрытия путем плавления покрывной массы. Кашировальный способ соответствует способу получения покрытия на каландре, являющемуся основным при изготовлении пленки, и подробно описывается в разделе 3.6.
При этом способе в качестве полимерной композиции (массы) используютёя п ре да аритель но пластифицированные пластикаты или гранулят. Масса поступает на .два плавильных валка, температура поверхности которых зависит от температуры плавления перерабатываемого пластиката. При вращении валков, нагретых до определенной температуры, на одном из них образуется непрерывная пленка толщиной, зависящей от зазора между валками. Эта расплавленная пленка или еще раз огибает плавильный валок, или сразу же дублируется с подводимой к ней основой. Так как пленка, дублированная с предварительно нагретой основой, еще пластична, то между ними достигается достаточно высокая адгезия (рис. 3.14).
Способ нанесения покрытия методом плавления полимерной массы между валками приобрел большое значение. Несмотря на тот факт, что при этом способе не могут перерабатываться пасты, растворы или дисперсии, уже теперь можно предвидеть, что в ближайшее время все больше будут применяться пластикаты, пригодные для переработки способом плавления. Этот способ относительно безвреден для окружающей среды по сравнению со способами, использующими растворители.
Так, покрытие текстильной основы полиэтиленом лучше всего осуществлять на машине с плавильными в ал ками. Кроме того, на такой машине могут перерабатываться термопластичные полиуретаны.
Повышенные требования к качеству покрытия приводят к использованию четырехвалковых каландров, которые характеризуются различным расположением валков, работают с вы-
полимером； 5 — подогреваемый плавильный основа с покрытиемполимером； 5 — подогреваемый плавильный основа с покрытиемРис. 3.14. Схема нанесения покрытия иа ка- шировальиой машине с двумя плавильными валками:
полимером； 5 — подогреваемый плавильный основа с покрытием
полимером； 5 — подогреваемый плавильный основа с покрытием
7 — смеииый валок для полирования или тиснения; 2 — обрезиненный съемный валок; 3 — подогр еваемыйпла
вильный валок; 4 — дозирующая вороика с валок; 6 — основа; 7 —
Рис. 3.16. Схема нанесения покрытия с помощью обрезииеииого конвейера и ракли: I -・ обрезиненный конвейер; 2 — натяжные валки; 3 — основа; 4 — шпатель; 5 — полимерная композиция для покрытия; 6 — ракля; 7 — ножевая балка; 8 — съемный валок; 9 — основа с покрытиемРис. 3.16. Схема нанесения покрытия с помощью обрезииеииого конвейера и ракли: I -・ обрезиненный конвейер; 2 — натяжные валки; 3 — основа; 4 — шпатель; 5 — полимерная композиция для покрытия; 6 — ракля; 7 — ножевая балка; 8 — съемный валок; 9 — основа с покрытиемРис. 3.15. Схема получения покрытия иа валковом F -образном каландре： j — валки, подогреваемые до различной температуры; 2 — полимер; 3 — траиспортер- ггсттпсмгка： 4 — основа
Рис. 3.16. Схема нанесения покрытия с помощью обрезииеииого конвейера и ракли: I -・ обрезиненный конвейер; 2 — натяжные валки; 3 — основа; 4 — шпатель; 5 — полимерная композиция для покрытия; 6 — ракля; 7 — ножевая балка; 8 — съемный валок; 9 — основа с покрытием
Рис. 3.16. Схема нанесения покрытия с помощью обрезииеииого конвейера и ракли: I -・ обрезиненный конвейер; 2 — натяжные валки; 3 — основа; 4 — шпатель; 5 — полимерная композиция для покрытия; 6 — ракля; 7 — ножевая балка; 8 — съемный валок; 9 — основа с покрытием
с покрытием
сокой скоростью и в сравнении с другими каландрами более экономичны. В соответствии с большими требованиями к воспроизводимости качества пленки и безопасности при ее изготовлении из многообразия каландров все большее применение находят L-образные и F-образные каландры (рис. 3.15).
Чем больше плавильных валков имеет каландр, тем труднее управлять режимом, так как с повышением пластичности или с увеличением числа проходов возрастает скорость отдельных плавильных валков.
Йанесение покрытия с помощью ракли и обрезиненного конвейера. Этот способ применяется чаще всего в агрегатах прямого наложения.
Бесконечный обрезиненный конвейер, подвешенный в машине для нанесения покрытий на двух расположенных параллельно друг к другу стальных валках, подводит основу под раклю. Ракля закрепляется на ножевой балке и ее можно передвигать в вертикальном и горизонтальном направлении. В процессе нанесения масса находится перед раклей. Шпатели, положение которых регулируется автоматически, препятствуют стеканию полимерной композиции с боков (рис. 3.16).
Обрезиненный конвейер должен отвечать следующим требованиям:
иметь безупречно отшлифованную поверхность, причем внутренняя его сторона должна быть отшлифована так же, как и внешняя;
иметь жесткость, толщину и эластичность, одинаковые по всей площади; валки, на которых движется обрезиненный конвейер, должны быть совершенно чистыми и вращаться параллельно;
для предотвращения быстрого износа транспортера- подложки необходимо тщательно подбирать соответствующую раклю во избежание слишком большого давления на него;
основа, подводимая к наносному устройству, должна иметь определенное натяжение, поэтому не каждая основа пригодна для этого способа.
Нанесение покрытия с помощью воздушной ракли. Ракля стационарно расположена над движущейся основой. Нанесение полимерной композиции осуществляется за счет создания натяжения основы, для чего перед и после ракли размещены точки опоры в виде ведущих валков, между которыми под раклей продвигается натянутая основа (рис. 3.17). Количество массы для нанесения покрытия зависит от созданного натяжения, ширины ракли и вязкости полимерной композиции.
Рис. 3.17. Схема нанесения покрытия с помощью воздушной ракли:1 — ведущий вал; 2 — несущая основа; 3 — шпатель; 4 — покрывная масса; 5 — ракля； 6 — ножевая балка;7 一 ведущий вал; 8 — основа с покрытиемРис. 3.17. Схема нанесения покрытия с помощью воздушной ракли:1 — ведущий вал; 2 — несущая основа; 3 — шпатель; 4 — покрывная масса; 5 — ракля； 6 — ножевая балка;7 一 ведущий вал; 8 — основа с покрытием
Рис. 3.17. Схема нанесения покрытия с помощью воздушной ракли:
1 — ведущий вал; 2 — несущая основа; 3 — шпатель; 4 — покрывная масса; 5 — ракля； 6 — ножевая балка;
7 一 ведущий вал; 8 — основа с покрытием
Рис. 3.17. Схема нанесения покрытия с помощью воздушной ракли:
1 — ведущий вал; 2 — несущая основа; 3 — шпатель; 4 — покрывная масса; 5 — ракля； 6 — ножевая балка;
7 一 ведущий вал; 8 — основа с покрытием
При использовании воздушной ракли нужно обращать особое внимание на натяжение основы перед раклей и после нее. Для этого способа нанесения покрытия больше всего подходят тканые текстильные материалы.
Нанесение вспененного ПВХ-покрытия. Способ покрытия основы вспененным ПВХ является наиважнейшим в производстве искусственной кожи. Вспененную искусственную кожу получают, как правило, переносным методом, причем доминирующими наносными агрегатами являются агрегаты дву- или трехкратного наложения со стальным транспортером-подложкой. Точно так же целесообразно применение переносного метода для изготовления вспененной ПВХ-кожи с использованием бумажного транспортера-подложки.
Некоторые сорта вспененной искусственной кожи изготавливают способом прямого нанесения на агрегатах двукратного наложения.
Вспененную ПВХ-кожу получают обычно с применением порообразователей или путем механического вспенивания.
Как уже рассматривалось выше, введенный в смесь порообразователь при достижении температуры желирования вспенивает ПВХ-пленку, причем процесс разложения порообра- зователя ускоряется с помощью кикера. При таком способе порообразования появляются замкнутые поры, заполненные порообразующим газом. Если разложение порообразователя происходит до желирования, т.е. газообразование происходит слишком рано, то газ не остается в пленке.
Чтобы защитить вспененную пленку, наносится еще наружный монолитный слой из ПВХ-композиции.
Путем вспенивания ПВХ-покрытия и последующего тиснения лицевой поверхности достигается имитация натуральной кожи и искусственная кожа приобретает лучший внешний вид* Достижение такого эффекта невозможно для монолитной ПВХ-пленки.
Наиболее часто применяющимся оборудованием для получения вспененной ПВХ-кожи является агрегат со стальным транспортером-подложкой, в котором нанесение покрытия осуществляется с помощью реверсивных валков переносным способом (способом RRC).
При использовании агрегата со стальным транспортером- подложкой для двукратного наложения первым слоем наносят монолитную лицевую пленку, а вторым — вспенивающуюся пасту. В первой туннельной камере при температуре 160—170° С происходит желирование ПВХ-пленки. Во второй туннельной камере происходит вспенивание. Она длиннее первой камеры, так как в ней необходимо проводить не только желирование, но и вспенивание ПВХ-слоя. Способ вспенивания и структура пены определяют скорость движения стального транспортера- подложки.
Агрегат со стальным транспортером-подложкой для трехкратного наложения в отличие от агрегата для двукратного наложения имеет третье наносное устройство и третью термокамеру. Это третье устройство может быть как устройством для переносного способа, так и другим наносным устройством (как, например, раклей и стальным валком).
К преимуществу агрегата для трехкратного наложения по сравнению с агрегатом для двукратного наложения следует отнести то, что процесс вспенивания протекает совсем без несущей основы и можно проводить дублирование с основой. С помощью третьего наносного устройства можно получить более толстый материал, т.е. с более высокой пеной.
В результате раздельного дублирования могут применяться разнообразные основы, даже термически нестабильные (в агрегате для двукратного наложения, в котором дублирование с пенным слоем осуществляется в термокамере, могут применяться только такие несущие основы, которые стабильны при температуре около 300° С) •
Дальнейшее развитие производства вспененной искусственной кожи стало возможным благодаря разработке аэродинамического способа. ПВХ-смесь равномерно пронизывается воздухом в мешалке. При добавлении ПАВ изготовляется воздушно-вспененная ПВХ-смесь, которая сразу же должна подаваться на установку для нанесения покрытия на основу. В таких условиях она остается стабильной до тех пор, пока в камере для желирования не происходит желатинизация.
При температуре желирования расширяется каждый отдельный воздушный пузырек, что приводит к открытию пор в ПВХ-пленке и улетучиванию расширенного воздуха. С целью получения воздухопроницаемой пленки необходимо
однократное наложение. При нанесении нескольких слоев нельзя достичь воздухопроницаемости (''дыхания") пленки, так как пористые каналы пленки нарушаются при нанесении двух слоев.
Искусственная кожа, изготовленная аэродинамическим способом, применяется там, где требуется воздухопроницаемость, например для изготовления подкладки или стелек в обуви. Относительно большое количество вспененной искусственной кожи, изготовленной с применением порообразо- вателей, применяется в Основном для производства галантерейных изделий, например чемоданов, сумок, а также для обивки мебели. Некоторая часть вспененной искусственной кожи идет в обувную промышленность или применяется для других изделий.
За счет использования различных составов смеси для лицевого и адгезионного слоя покрытия появляется широкая возможность изготовления искусственной вспененной кожи с различными свойствами (см. раздел 3.3).
Нанесение монолитного ПВХ-покрытйя. Этот способ является классическим способом изготовления искусственной кожи. Покрытие наносится, как правило, прямым методом на наносном агрегате двукратного наложения, который еще несколько лет тому назад был доминирующим во всей промышленности искусственной кожи.
На этих агрегатах за один проход может наноситься два покрытия на основу. Большинство таких агрегатов прямого покрытия с двукратным наложением может работать с различными наносными устройствами. Так, например, обычно комбинируют нанесение покрытия с помощью воздушной ракли с использованием обрезиненного конвейера или с валковым устройством для нанесения покрытия. Путем соответствующей перестройки агрегата можно получить желаемое наносное устройство.
Температура в туннельной термокамере должна быть достаточной для желирования ПВХ-пленки. Длина туннеля имеет решающее значение для рабочей скорости, с которой может изготовляться искусственная кожа.
Для получения безупречно гладкой поверхности искусственной кожи целесообразно выходящую из туннеля пластичную и еще способную изменять свою форму пленку подвергать обработке так называемым зеркальным каландром. Для этого основа с покрытием проходит между охлажденным стальным и резиновым валками, прижимаемыми пневмагически, при этом достигается эффект гладкой поверхности пленки.
Имеется возможность и с кусственную кожу после нанесения покрытия, т.е. после выхода ее из второй туннельной камеры, подвергать тиснению на агрегате для нанесения покрытия. С этой целью с помощью простой рукоятки можно заменить зеркальный валок на валок для тиснения. Само тиснение может происходить в зазоре между тиснильным валком и основой, находящейся под натяжением или при п ротив о дав лени и с помощью эластичного резинового валка.
Существует также возможность изготовления искусственной кожи различного ассортимента путем нанесения двух монолитных ПВХ-покрытий на агрегате прямого метода нанесения.
Можно также изготовлять монолитную ПВХ-кожу переносным способом, например, на агрегатах со стальным транспортером-подложкой, хртя основной областью применения таких агрегатов является изготовление вспененной ПВХ-кожи.
Монолитная ПВХ-кожа применяется в галантерейной и обувной промышленности, а также для других изделий и для изготовления покрытий для пола.
Нужно заметить, что монолитная ПВХ-кожа по сравнению со вспененной и полиуретановой потеряла свое значение, хотя еще применяется для изготовления специального ассортимента.
Нанесение монолитного полиуретанового покрытия. Эта кожа состоит из ворсованной основы, покрытой монолитным полиуретановым слоем, полученным из раствора полиуретана.
Растворитель испаряется в туннельной камере агрегата обратного метода нанесения покрытия с двукратным наложением и бумажным транспортером-подложкой.
Используя различные основы, например ворсованную для придания готовому изделию определенного грифа и мягкости, а также лицевой и адгезионный слои разного состава, можно разнообразить ассортимент и скусствеиных кож.
Бумажный транспортер-подложка для переносного метода нанесения покрытия изготовляется из щелочной целлюлозы, полипропилена и других материалов и имеет одностороннюю тонкую пленку из специального силиконового полимера.
В зависимости от требований к поверхности искусственной кожи в качестве транспортера-подложки применяется тисненая, гладкая или блестящая бумага, поставляемая в руло- нах длиной до 2000 м. Поверхностная плотность бумаги 150— 200 г/м2. Бумага может, как правило, использоваться повторно (до четырех раз).
Следует напомнить, что для изготовления полиуретановой монолитной искусственной кожи можно применять также агрегат переносного метода нанесения покрытия трехкратным наложением с использованием бумажного транспортера-подложки. На этом агрегате можно изготовлять комбинированную искусственную кожу:““„
1-е наложение — монолитный полиуретановый слои;
2-е наложение ——вспененный ПВХ-слой;““
3-е наложение — дублирующий (кашировальный) слой. Точно так же существует возможность изготовлять полиуретановую вспененную искусстве иную кожу с помощью агрегата переносного метода нанесения покрытия с трехкратным наложением с бумажным транспортером-подложкой：
1-е наложение — полиуретановый лицевой слой;二
2-е наложение — полиуретановый вспененный слой; “ 3-е наложение —— дублирующий (кашировальный) слой. Существует еще несколько вариантов комбинирования, которые можно осуществить на агрегате трехкратного наложения.t
В настоящее время наибольшее применение имеет агрегат двукратного наложения переносным методом с бумажным транспортером-подложкой. При этом покрытие наносится сначала валком, а потом раклей с круглой ножевой фаской.
Одним из важнейших рабочих процессов является дублирование с основой, которое проводится в соответствии с требованиями к изделию, с условиями его эксплуатации и назначением. Важное значение для дублирования (каширования) имеют следующие факторы:
точное соблюдение установленного зазора и определенного давления;
использование дубли ровочных валков оптимальной твердости, предопределяющей качество дублирования;
учет толщины ворсованного начеса (длины ворса) основы и смачиваемости ее волокон;
соотношение исходной толщины текстильной основы и зазора (при щелевом дублировании) при учете числа наложений.
При небольшом зазоре по отношению к исходной толщине несущей основы образуется тонкая дублировочная пленка. Недостатком является слабая адгезия пленки, так как полимерная масса проходит в волокнистый начес, поэтому не остается дублировочной массы, способной образовать прочное сцепление с пленкой.
При большом зазоре образуется нежелательный грубый материал, который можно сравнить с ?,отдушистой,5 натуральной кожей. Но при этом образуется достаточное число точек сцепления связующего с поверхностью, а следовательно, и хорошая адгезия. Подобное происходит и при дублировании посредством давления.
Описанным способом изготавливают разнообразные искусственные кожи, например одежную, обивочную, галантерейную, обувную.
Нанесение покрытия из раствора по способу коагуляции. Искусственная кожа, изготовленная по способу коагуляции раствора полиуретана, называется поромерик — микропористая полиуретановая искусственная кожа и среди всех видов искусственных кож занимает особое положение. Это объясняется тем, что сырье, применяющееся для ее изготовления (покрывная масса и нетканая основа) и технология изготовления этих продуктов являются специфическими и имеют мало общего со всеми другими технологиями изготовления искусственной кожи.
Принцип образования ми кропористых слоев полиуретана состоит в том, что слой из раствора полиуретана в диметилфор- мамиде (ДМ ①)обрабатывают нерастворителями, которые неограниченно смешиваются с ДМФ, но не растворяют полиуретан. Благодаря такой обработке первоначально внутри слоя п о лиуре тан ов о го раствора происходит разделение фаз: жидкой фазы (смесь ДМФ и нерастворителя) и твердой фазы, содержащей частицы твердого полиуретана. В результате фазового разделения в слое раствора образуется структура из сросших- 206
ся частиц полиуретана, между которыми образуются пространства, заполненные жидкой фазой. Последующее удаление жидкой фазы (растворителя с большим количеством нераствори- теля) приводит к образованию полых пространств (пор).
Естественно, что вследствие своей пригодности в качестве нерастворителя применяется самый дешевый нерастворитель — вода. Резюмируя, можно сказать, что ми кроп о ри стые полиуретановые пленки получают путем коагуляции полиуретандиметилформамидных слоев в водной среде.
На практике этот процесс применяется при изготовлении кожи прямым и переносным способами нанесения полиуретана на волокнистую основу, а также при производстве безосновной кожи.
При прямом способе на основу, ранее пропитанную раствором полиуретана с последующей его коагуляцией в воде и сушкой, наносят с помощью щелевой фильеры или валкового наносного устройства слой полиуретанового раствора. Далее основа поступает в туннельную термокамеру (климатическую камеру), в которой с помощью содержащего ДМФ влажного воздуха, подаваемого соплами с постоянной скоростью, происходит предкоагуляция в слое полиуретанового раствора. В следующей за термокамерой коагуляционной ванне завершается образование микропористой структуры путем коагуляции в смеси ДМФ с водой.
С помощью промывного проходного аппарата, входящего в линию для получения поромерика, синтетическая кожа посредством многократных промывок и отжимов освобождается от задержавшегося в ней ДМФ и после сушки в сопловой или сетчатой барабанной сушилке и охлаждения сматывается в рулоны (рис. 3.18) и подвергается отдельно проводимым процессам облагораживания.
Технологическими особенностями получения микропористой искусственной кожи прямым способом являются: применение определенных типов полиуретанов и растворов для
ромерика прямым способом:/ — несущая основа; 2 — щелевая фильера; 3 — туннельная термокамера; 4 — сопла; 5. — коагуляционная ванна； 6 — промывные ванны; 7 — сетчатая барабанная сушилка; 8 — охлаждающие валкиромерика прямым способом:/ — несущая основа; 2 — щелевая фильера; 3 — туннельная термокамера; 4 — сопла; 5. — коагуляционная ванна； 6 — промывные ванны; 7 — сетчатая барабанная сушилка; 8 — охлаждающие валки
ромерика прямым способом:
/ — несущая основа; 2 — щелевая фильера; 3 — туннельная термокамера; 4 — сопла; 5. — коагуляционная ванна； 6 — промывные ванны; 7 — сетчатая барабанная сушилка; 8 — охлаждающие валки
ромерика прямым способом:
/ — несущая основа; 2 — щелевая фильера; 3 — туннельная термокамера; 4 — сопла; 5. — коагуляционная ванна； 6 — промывные ванны; 7 — сетчатая барабанная сушилка; 8 — охлаждающие валки
покрытий с вязкостью 10 000—30 000 мПа • с и, как правило, окрашенных.
При пропитке волокнистой основы во избежание неравномерного отложения полиуретана в основе последнюю предварительно увлажняют, в результате чего немедленно образуется пористая структура. Благодаря этому можно в дальнейшем избежать отрицательных эффектов на поверхности (например, эффект апельсиновой корки).
Наиболее часто применяющимся наносным устройством в этом случае является щелевая фильера.
Путем эффективного отсоса воздуха предотвращается выделение ДМФ в рабочее помещение и превышение показателей ПДК. Предварительная коагуляция требует очень точного соблюдения параметров процесса. Существует четыре фактора в зависимости от применяемого полиуретана, влияющих на степень и равномерность предварительной коагуляции: скорость движения основы с нанесенным слоем раствора полиуретана (в зависимости от длины туннельной термо камеры); влажность воздуха; температура; скорость прохождения воздуха по ширине пленки.
Оптимальные параметры процесса складываются эмпирически для каждого типа полиуретана и каждой машины. После длительного бездействия туннельная термокамера, параметры влажного воздуха которой постоянно поддерживаются особой установкой на одном уровне, подогревается до рабочих параметров в основном воздухом комнатной температуры. В результате этого нежелательные продукты конденсации не могут капать на пленку и тем самым повреждать ее.
В коагуляционной ванне завершается образование микропористых структур, начавшееся в туннельной камере предварительной коагуляции. В зависимости от применяющегося типа полиуретана и интенсивности предварительной коагуляции пленка должна пройти более или менее большое расстояние, прежде чем она сможет соприкоснуться с первым направляющим валком. При коагуляции в ванне должна быть достигнута такая концентрация ДМФ в ней, которая позволяет осуществить экономически целесообразную ректификацию,
В микропорах покрытия, находящегося в промывной ванне, происходит постоянное падение концентрации растворителя до концентрации промывных ванн, вследствие чего ДМФ удаляется из полученной микропористой структуры.
Поскольку ДМФ вымывается из искусственной кожи ступенчато, число необходимых процессов промьшки, а вместе с тем и число промывных ванн зависят от скорости движения основы, концентрации ДМФ в коагуляционной ванне, интенсивности процесса промывки в ваннах, температуры промывки.
Работа промывных ванн осуществляется по принципу противотока, В последнюю промывную ванну непрерывно подается вода, которая движется навстречу основе. В промежуточных промьшных ваннах вода все более обогащается ДМ①，достигая такой концентрации, которая позволяет осу-
ществить процесс его регенерации. Полученная смесь ДМФ — вода разделяется в ректификационной установке.
Сушка искусственной кожи происходит после окончания промывки на натяжных рамах, в сетчато-ленточной или сетчато-барабанной сушилке.
Под классическим поромериком понимают микропористую искусственную кожу, имеющую кожеподобный вид и применяемую исключительно в обувной промышленности в качестве кожи для верха обуви. Поромерик изготовляется
различной толщины.
При переносном спо со 6 е нанесения покрытия пртменяется стальной транспортер-подложка, на который с помощью системы реверсивных валков или щелевой фильеры наносится слой полиуретанового раствора. После того как слой подвергся пре да арительн ой коагуляции (предкоагу- ляции), накладывается основа и в следующей более длинной циркуляционной камере предкоагуляция продолжается. Коагуляция п о лиуретан ов ог о слоя происходит в коагуляодонной ванне на "отрезке обратного пути" бесконечного стального транспортера-подложки (рис« ЗД9).
При получении безосновной полиуретановой кожи смесь полиуретана, ДМФ и хлорида натрия наносят поливом на транспортер-подложку из спекшегося полиэтиленового порошка (рис. 3.20) •
Коагуляция и вымывание хлорида натрия из слоя раствора полиуретана происходит соответственно в коагуляционной и промывных ваннах, интенсивность работы последних увели
чивается с помощью насосов.
Рис. 3.19. Схема изготовления поромерика переносным способом: 7 — стальной транспортер >подложка; 2 — реверсивные валки; 3 — камера для предварительной коагуляции;4 — основа; 5 — коагуляционная ваннаРис. 3.19. Схема изготовления поромерика переносным способом: 7 — стальной транспортер >подложка; 2 — реверсивные валки; 3 — камера для предварительной коагуляции;4 — основа; 5 — коагуляционная ваннаОсновной пористый слой, полученный после отделения транспортера-подложки (спекшегося по лиэ галенов ог о порошка) ,имеет поры размером 20—100 мкм, которые образовались в результате вымывания хлорида натрия. Микропоры, образовавшиеся в результате процесса коагуляции, имеют величину
Рис. 3.19. Схема изготовления поромерика переносным способом: 7 — стальной транспортер >подложка; 2 — реверсивные валки; 3 — камера для предварительной коагуляции;
4 — основа; 5 — коагуляционная ванна
Рис. 3.19. Схема изготовления поромерика переносным способом: 7 — стальной транспортер >подложка; 2 — реверсивные валки; 3 — камера для предварительной коагуляции;
4 — основа; 5 — коагуляционная ванна
1—5 мкм.1—5 мкм.Рис. 3.20. Схема изготовления безосновной полиуретановой кожи: 1 — транспортер-подложка; 2 — поливочная фильера; 3 — коагуляционная ванна; 4 — промывные ванныРис. 3.20. Схема изготовления безосновной полиуретановой кожи: 1 — транспортер-подложка; 2 — поливочная фильера; 3 — коагуляционная ванна; 4 — промывные ванны
1—5 мкм.
1—5 мкм.
Рис. 3.20. Схема изготовления безосновной полиуретановой кожи: 1 — транспортер-подложка; 2 — поливочная фильера; 3 — коагуляционная ванна; 4 — промывные ванны
Рис. 3.20. Схема изготовления безосновной полиуретановой кожи: 1 — транспортер-подложка; 2 — поливочная фильера; 3 — коагуляционная ванна; 4 — промывные ванны
14 —Зак. 1488
Основной слой, соединенный с лицевым слоем, полученным аналогично основному, через промежуточный слой, не содержащий ДМФ, но содержащий хлорид натрия, подвергается еще раз коагуляционному воздействию воды и затем поступает на дальнейшую переработку.
Таким образом получают конечный продукт — трехслойную синтетическую кожу без основы.
Другие способы получения полиуретанового покрытия. Наряду с приведенными выше технологиями производства полиуретановой искусственной кожи существуют еще способы изготовления ее, которые хотя и можно причислить к двум описанным9 но имеют некоторые типичные особенности, и будет уместным описать их отдельно.
ЮМ.ЮМ.Так, например, приобрели особенное значение способы, которые позволяют совместить синтез полиуретана с получением полиуретановой вспененной искусственной кожи. Для этой цели применяются полиуретановые композиции, не содержащие растворитель. Отдельные полиуретанообразующие компоненты смешиваются в смесительной камере и далее через комплект- ную дозирующую установку направляются непосредственно на агрегат для нанесения покрытия переносным способом.
ЮМ.
ЮМ.
Технология переносного способа нанесения покрытия с использованием бумажного транспортера-подложки здесь снова занимает доминирующее положение.
Время, прошедшее от смешения компонентов до начала реакции нх взаимодействия и порообразования, так называемое время активации, составляет у существующих в настоящее время полиуретанообразующих систем 5—15 мин, так что смешение компонентов должно проводиться непосредственно на наносных агрегатах.
Полиуретановые пены применяются также для получения адгезионного или промежуточного слоев искусственной кожи.
Изготовление вспененной искусственной кожи может проводиться также путем механического вспенивания дисперсий: каучукового латекса или полиуретана. При этом также используется переносный способ нанесения покрытия с бумажным транспортером-подложкой.
Существует способ получения вспененной искусственной кожи, состоящей из вспененного ПВХ-слоя и лицевого полиуретанового слоя на агрегате для трехкратного наложения. При этом используется бумажный транспортер-подложка.
Возможно изготовление различных полиуретановых искусственных кож путем коагуляции пропитанных различных текстильных основ. Ассортимент полиуретановых искусственных кож расширяют с помощью промежуточной или дополнительной отделки.
Искусственные кожи наппа и велюр также получают способом коагуляции.
При изготовлении искусственной кожи с помощью экс- трузионно-дублировочного устройства термопластичная пленка еще в пластичном состоянии дублируется с текстильной основой. Эта пленка изготовляется на экструдере. Грануляты или 210
предпластициров анные термопластические массы пластици- руются в экструдерах, и из плоской широкой щели формующей головки продавливается пленка.
Для хорошей адгезии между основой и пленкой основу непосредственно перед дублированием необходимо подогреть до температуры 100—150° С. Благодаря этому замедляется охлаждение пленки и в большинстве случаев улучшается адге- жя.
Непосредственно после дублирования полотно можно подвергнуть тиснению для придания соответствующего грифа лицевой пленке.
Этот способ получения дублированных материалов в настоящее время имеет небольшое значение для изготовления искусственной кожи.
Изготовление искусственной кожи основных видов
Одежная кожа
Выбор технологического варианта изготовления искусственной кожи предопределяется в основном предъявляемы- ми к ней требованиями. 。
0,6—1,015150,6—1,015152054520545Так, одежная искусственная кожа должна быть мягкой, легкой, кожеподобной, окрашенной в модные цветовые тона, хорошо обрабатываться, обладать устойчивостью к чистке, а также высокими гигиенически ми свойствами. Кроме того, одежная кожа должна отвечать следующим требованиям:
0,6—1,0
15
15
0,6—1,0
15
15
20
5
4
5
20
5
4
5
Толщина, мм
Сопротивление раздиранию, Н, не менее
Прочность связи покрытия с основой, Н, не менее
Сопротивление многократному изгибу, тыс. изгибов, не менее при темп^атуре + 20° С
Истираемость покрытия*, баллы, не менее
Светостойкость**, оценка, не менее
Этим требованиям соответствует, например, полиуретановая искусственная кожа с монолитным покрытием. В качестве несущей текстильной основы могут применяться ткани, трикотажное полотно, а также различные волокнистые холсты, полученные из хлопка, п олиамидног о шелка или других синтетических волокон.
Истираемость пленочного покрытия в системе единиц СИ выражается в микрограммах на джоуль (мкг/Дж). Здесь же приведены данные по устойчивости покрытия к сухому трению, которая оценивается по пятибалльной системе. (Прим, рео. пер.).
* Светостойкость (устойчивсють пигмента покрытия к воздействию дневного света) оценивается с помощью сравнительного эталона, который состоит из восьми оттенков, причем одеика 1 означает очень слабую светоустойчив ость, а 8 — очень высокую. (Прим. ped. nept).
Покрытие получают, как правило, из однокомпонентного полиуретана. Однако возможно применение и двухкомпонентных полиуретанов. Покрытие в одежной искусственной коже можно изготовлять способом коагуляции (окунанием) или вспениванием полиуретановой композиции. При этом можно использовать как переносный, так и прямой способ.
Часто при получении искусственной кожи методом дублирования применяют полиуретановый раствор. В зависимости от свойств полиуретана, особенно его модуля эластичности и твердости по Шору, при оданаковых условиях дублирования получается кожа различной жесткости и с разным грифом. Иначе говоря, модуль эластичности и твердость по Шору в некотором диапазоне прямо пропорциональны мягкости получающейся искусственной кожи. По этой причине при изготовлении одежной искусственной кожи для нанесения адгезионного слоя часто применяются как двухкомпонентные, так и однокомпонентные полиуретаны с относительно небольшим модулем эластичности и относительно небольшой твердостью ПС Мени
• Кожа для галантерейных изделий
При рассмотрении технологических способов изготовления искусственной кожи для галантерейных изделий необходимо выделить кожу для тяжелого дорожного багажа, т.е. для чемоданов и дорожных сумок, и кожу для мягких женских, спортивных и других подобных сумок, так как в результате такого разделения можно сделать и принципиальное технологическое разделение.
Искусственная кожа для чемоданов и дорожных сумок. Эта кожа должна быть относительно жесткой и твердой, естественно, при определенной толщине, а также устойчивой к внешним механическим воздействиям. Кроме того, она должна иметь кожеподобный внешний вид и отвечать следующим требованиям:
Толщина, мм1,5—1,8
Разрывная нагрузка, Н, не менее150
Удлинение, %, не более8
Сопротивление раздиранию, Н,10
не менее
Прочность связи покрытия с осно-20
вой, Н, не менее
Сопротивпение многократному20
изгибу (тюи температуре 20° С), тыс. изгибов, не менее
Устойчивость к царапанию, циклы 20
Этим требованиям отвечает вспененная и монолитная ПВХ-кожа. Ее изготовляют по технологии нанесения покрытия переносным способом.
В качестве основного наносного агрегата используется, как правило, агрегат для двукратного наложения со стальным транспортером-подложкой. Посредством первого реверсивного 212
валкового устройства происходит наложение пигментированной лицевой массы. Поверхностная плотность слоя массы около 120—200 г/м2. Вторым реверсивным валковым устройством наносится вспененная масса (поверхностная плотность 400—600 г/м2), которая может окрашиваться. Решающим для качества изделия является постоянная поверхностная плотность массы, за которой нужно постоянно следить. Контроль величины наложения массы по ширине изготовляемой искусственной кожи и измерение толщины пены в процессе производства являются важной предпосылкой для сохранения постоянного качества.
Искусственная кожа для мягких сумок. Кроме галантерейной ис кусственной кожи для тяжелого дорожного багажа производят легкую мягкую искусственную кожу для женских, спортивных и других сумок.
Эта кожа принципиально отличается по технологии изготовления от галантерейной искусственной кожи для тяжелого дорожного багажа. Если для изготовления последнего применяется в основном вспененная ПВХ-кожа, то при получении мягких легких сумок — кожа с полиуретановым покрытием, прежде всего монолитная, полученная на агрегате для переносного двукратного наложения с использованием бумажного транспортера-подложки. Галантерейную полиуретановую искусственную кожу, так же как и одежную, можно изготовлять по коагуляционному способу или по способу получения вспененной полиуретановой искусственной кожи. В последнее время разработан ряд новых галантерейных кож на основе вспененных полиуретанов, которые обладают лучшими свойствами, чем монолитная искусственная кожа.
Среда требований к галантерейной коже выделяется прежде всего требование кожеподобного внешнего вида, который достигается за счет более высокой жесткости по сравнению с одежной кожей.
0,8-1,110152050,8-1,11015205Требования к легкой галантерейной искусственной коже:
0,8-1,1
10
15
20
5
0,8-1,1
10
15
20
5
Толщина, мм
Сопротивление раздиранию, Н, не менее
Прочность связи покрытия с основой, Н, не менее
Сопротивление многократному изгибу, тыс. изгибов, не менее при температуре + 20： С
Истираемость покрытия, баллы, не менее
Светостойкость, оценка, не менее
Кожа для обивки мебели
Обивочная искусственная кожа может быть поливинилхлоридной (вспененной и монолитной) и полиуретановой, которая изготовляется аналогично описанным способам изготовления галантерейной искусственной кожи. При этом, есте-
ственно, всегда должно учитываться то, что в определенных случаях могут происходить некоторые отклонения от уже описанных способов.
Требования к полиуретановой обивочной коже на тканевой основе:
忑0502 1忑0502 1о 5 о 52 5 4 1 >о 5 о 52 5 4 1 >Толщина, мм
忑0502 1
忑0502 1
о 5 о 5
2 5 4 1 >
о 5 о 5
2 5 4 1 >
Сопротивление раздиранию, Н, не менее
Прочность связи покрытия с основой, Н, не менее
Сопротивление многократному изгибу, тыс. изгибов при температуре + 20° С ””-10℃
Истираемость покрытия, баллы, не менее
Паропроницаемость 24-часовая, мг/10 см2, не менее Светостойкость, оценка
Требования к обивочной ПВХ-коже
о 25 0 0 о о614 > 2 2о 25 0 0 о о614 > 2 2Разрывная нагрузка, Н, не менее
о 2
5 0 0 о о
614 > 2 2
о 2
5 0 0 о о
614 > 2 2
Удлинение, %, не более Прочность на прорыв швом, Н, не менее
Сопротивление раздиранию, Н, не менее
Прочность связи покрытия с основой, Н, не менее
Сопротивление многократному изгибу (температура 2(г С), тыс. изгибов, не менее
К0жа для обуви
В обувной промышленности применяются различные виды искусственной кожи, среди которых различают:
высококачественные ,,дышащие?, полиуретановые искусственные кожи (поромериьси) для верха обуви, особенно для изготовления женской и мужской обуви и сандалий;
высококачественные полиуретановые искусственные кожи для верха обуви;
ПВХ-кожи для верха обуви, особенно для изготовления дешевой обуви;
ПВХ-кожи для внутренних деталей обуви.
Обычно к искусственной коже предъявляют высокие требования относительно механической прочности, а также гигиены.
Рассмотрим отдельные виды обувной искусственной кожи.
Под ,?д ы ш а щ е йм полиуретановой искусственной кожей понимают описанный выше пороме- рик, или ми кропористую полиуретановую искусственную кожу (табл. 3.6).
3.6. Международные требования к поромерику
Показатель
Кожа
для женской
для мужской
для сандалий
Толщина, мм
1
1,5
2
Сопротивление раздиранию, Н,
25
30
50
не менее
Прочность связи покрытия
10
13
15
с основой, Н, не менее Сопротинление изгибу, не менее тыс. изгибов
100
100
100
мН • м
2
4
6
Истираемость, обороты
100
100
100
Паропроницаемость 24-часо-
300
300
300
вая, мг/10 см2
Гигроскопичность, %, не менее
10
10
10
Под высококачественной полиуретановой искусственной кожей понимают все полиуретановые кожи, применяющиеся для верха обуви, изготовленные по способу коагуляции.
Полиуретановые кожи с монолитным покрытием также применяются в качестве материала для изготовления обуви. К искусственной коже для обуви по сравнению с другими видами кожи предъявляются повышенные требования, касающиеся прежде всего прочности несущей основы.
В качестве лицевого слоя этой кожи применяются однокомпонентные полиуретаны, растворимые в ДМФ или его смесях с другими растворителями. “
Требования, предъявляемые к обувной искусственной коже с монолитным покрытием:
Толщина, мм0,8
Сопротивление раздиранию, Н,45
не менее
Прочность связи покрытия с осно- 40 вой, Н, не менее
Сопротивление многократному изгибу, тыс. изгибов, не менее
прн температуре +10° С50
”"—10℃10
Истираемость, баллы, не менее4
Паропроницаемость, 24-часовая,150
мг/10 см2, не менее
Светостойкость, оценка, не менее5
Искусственные П В X - к о ж и применяются в обувной промышленности при изготовлении относительно дешевой обуви.
Получают их в большинстве случаев переносным методом с использованием наносного агрегата со стальным транспортером-подложкой .
'Возможна также комбинация пористого с монолитным ПВХ-покрытием.
На агрегате для прямого наложения на основу наносится грунтовочный слой, а затем по переносному методу на агрегате со стальным транспортером-подложкой — лицевой слой и слой пены с последующим дублированием.
Требования, предъявляемые к ПВХ-коже для верха обуви:
0,9-1,8600100,9-1,860010580 о413 2580 о413 2Толщина, мм
0,9-1,8
600
10
0,9-1,8
600
10
580 о
413 2
580 о
413 2
Разрывная нагрузка, Н, не менее Удлинение, %, не более
Сойротивление, Н, не менее прокалыванию раздиранию
Прочность связи покрытия с основой, Н, не менее
Сопротивление многократному изгибу (температура 20° С), тыс. изгибов, не менее
ПВХ-кожа, изготовленная механическим вспениванием, используется чаще всего для подкладки обуви или для стелек. Возможно также применение для этих целей монолитной ПВХ-кожи, изготовленной прямым способом на агрегате двукратного наложения.
Требования к ПВХ-коже для вкладных стелек:
оООО о213 2оООО о213 2Разрывная нагрузка, Н, не менее Удлинение, %, не более
о
ООО о
213 2
о
ООО о
213 2
П{ЮЧНОСТЬ связи покрытия с основой, Н, не менее
Сопротивление многократному изгибу (температура 20° С), тыс. изгибов, не менее
Покрытие для пола
Следует остановиться на покрытиях для пола, которые изготовляются из ПВХ и являются разновидностью искусственной кожи.
К покрытиям для пола предъявляют следующие требования: отсутствие скольжения, стойкость к истиранию, формо- устойчивость, водостойкость, эластичность, цветопрочность, способность сохранять тепло и заглушать шаги, устойчивость к действию химических веществ, отсутствие электропроводимости» хороший внешний вид.
Изготовление ПВХ-покрытий для пола может осуществляться по трем технологическим способам: с помощью калаЛдра (валков), наносной машины и экструдера.
Каландровый способ — наиболее важныйспо^ соб изготовления в большинстве случаев негомогенных ПВХ- материалов для пола без основы. Предпосылкой для высоко-
качественного и высокопродуктивного изготовления являются безупречные смешение и пластикация смеси мягкого ПВХ. При каландровом способе в большинстве случаев применяются четырехвалковые каландры F, L, Z- и S-образной формы.
Горячий материал (в виде лент, комков, гранул) подводится к первой паре валков и пропускается через три зазора валков. Благодаря давлению валков и непрерывному пропусканию материала получают пленку толщиной 0,3—1,2 мм.
При изготовлении покрытий для пола каландры с диаметрами валков от 600 до 700 мм работают с температурой валков от 150 до 180° С и соответствующей фрикцией и скоростями от 20 до 50 м/мин.
Существует возможность дублировать пленку с основным слоем другого вида. Среда них известны следующие варианты:
Применение несущих основ без грунтовочного слоя; для дублирования их с пленкой используется и сключи те льно отличная термопластичность ПВХ-пленки.
Применение несущей основы с грунтовочным покрытием из ПВХ-пасты во избежание излишнего перегрева.
Последний способ применяется в том случае, когда хотят провести дублирование печатной прозрачной пленки с одноцветным грунтовочным покрытием с целью получения высококачественного покрытия для пола, способного заглушать шаги. 、
Изготовление покрытий для пола с помощью н а- косной машины экономичнее, чем технология покрытия с применением каландра, физические свойства комбинированных покрытий и производительность выше.
По сравнению с гладкими поверхностями тканей, используемых в качестве основ при изготовлении искусственной кожи, большинство основ для изготовления покрытий для пола имеет ворсованную волокнистую поверхность. Поэтому необходима специальная обработка, например перемотка (для того, чтобы направление ворса соответствовало направлению при переработке), калибрование (каландрование), смотря по обстоятельствам также импрегнирование и термообработка (для снижения остаточной усадки синтетического материала).
Нанесение покрытия состоит из трех стадий: нанесение грунтовочного слоя, нанесение цветного слоя и нанесение отделочного слоя.
Для нанесения покрытий применяются агрегаты трехкратного наложения. Нанесение покрытия осуществляется с помощью ракли и обрезиненного конвейера или стальной валковой ракли.
Грунтовочный слой выравнивает поверхность несущей основы и связывает волокна. Расход пасты составляет 500— 900 г/м2. Цветной слой наносится раклей, при этом расход пасты составляет 500—700 г/м2. Отделочный слой наносится способом печати; состав пасты при этом совсем другой, чем в других слоях. Отделочная паста содержит мало пластификаторов, не содержит наполнителей и красителей и благодаря
15 —Зак. 1488
применению специальных сортов ПВХ прозрачна, как стекло. Третий слой обеспечивает получение сухой поверхности с высоким сопротивлением истиранию.
Покрытия для пола, изготовленные с помощью экструдера, в большинстве своем однослойные, хотя путем комбинации двух экструдеров, стоящих наклонно друг к другу и работающих в одну общую щелевую головку, можно производить также двухслойные неоднородные ПВХ-покры- тия.
Экструдер работает при температуре от 130 до 160° С. Применяемый суспензионный ПВХ при обработке в червячной машине подвергается воздействию больших сил сдвига и высокой термической нагрузке, поэтому в ПВХ-композицию должен быть введен термостабилизатор.
Скорость получения покрытий таким способом составляет 1—2 м/мин. Процесс экструзии по сравнению с каландро- ванием дает лишь 25%-ный выход, однако издержки производства здесь ниже. Преимущества этого способа заключаются в возможности перестройки производства, в разнообразии рецептов (изготовляются относительно жесткие покрытия, устойчивые к истиранию), а также в том, что при работе на экструдере можно обходиться небольшими площадями и высотой помещения.
37 Изготовление пленки
Пластичные пленки могут изготовляться из различного полимерного сырья. В зависимости от исходного полимера (его физических и химических свойств) и технологии изготовления можно получать пленки с различными свойствами. Можно сказать, что применяемое сырье определяет способ его переработки, так как он в сущности зависит от свойств исходного сырья.
3.7.1. Требования к сырью
Основным сырьем для производства пленок является ПВХ. Другие полимеры (полиэтилен, полипропилен, полиамид, сополимеры на базе этиленвинилацетата и полиуретана) также находят некоторое применение для специальных целей, однако их доля мала и в ближайшей перспективе не увеличится.
Преимущественное применение ПВХ в качестве сырья для мягких пленок имеет следующие основания:
путем комбинирования компонентов ПВХ-композиций могут изготовляться пленки со свойствами, которыми можно варьировать в зависимости от тех или иных требований потребителя. Это касается таких механических свойств, как прочность, удлинение, эластичность на холоде, мягкость и др., и таких оптических свойств, как прозрачность, блеск и цвет;
мягкие ПВХ-пленки можно подвергать тиснению, печатанию и лакированию, путем соответствующей отделки поверхности получать разнообразные и модные эффекты;
процесс изготовления пленок не требует применения усложняющих и затрудняющих работу летучих, в большинстве случаев горючих и опасных для здоровья растворителей;
пленки хорошо перерабатываются, могут склеиваться и свариваться;
стоимость сырья относительно низкая.
Полимерные пленки чаще всего получают способом полива или нанесения жидких систем (растворов или дисперсий) на подложку, а также термопластическим формованием гранулятов или порошкообразных исходных полимеров.
Первый способ применяется для изготовления вспененной ПВХ-пленки. При зтом применяются способные к вспениванию пластизоли, которые наносятся на соответствующий транспортер-подложку в агрегатах для переносного способа и после желирования или вспенивания снимаются в виде пленки.
При изготовлении полимерных пленок путем термопластического формования применяют каландрование и экструзию (продавливание). Причем экструзию можно разделить еще на экструзию с помощью щелевой головки и на экструзию с помощью кольцевой головки с последующим раздувом. Однако мягкие ПВХ-пленки изготовляются почти исключительно каландрованием. ПВХ вообще чаще всего перерабатывается на каландре. В настоящее время около 25% выработанной в мире жесткой или мягкой пленки на основе ПВХ получено на каландрах. Для каландрования необходима масса совершенно определенной вязкости, при которой, с одной стороны, происходит формование пленки, а с другой стороны, не происходит слишком сильного налипания на валки каландра. ПВХ характеризуется определенной областью температур размягчения и ведет себя не как другие пластики, например полиэтилен, кристаллическая структура которого исчезает при температуре плавления и выше этой температуры он представляет собой расплав.
Как уже упоминалось, на поведение смеси в процессе переработки и на потребительные свойства пленки влияет применяемое сырье. Чтобы получить пленки с определенной прочностью, мягкостью, эластичностью на холоде, светостойкостью, огнестойкостью и др., необходимо при выборе сырья руководствоваться теми же требованиями, как и при использовании в качестве покрытия пластизоля. Но имеются и особенности, которые наблюдаются при термопластической переработке. Повышенная термическая нагрузка, возникающая при калан- дровании, необходимые текучие свойства и скольжение должны особенно приниматься во внимание при составлении ПВХ- композиций с учетом добавления термостабилизаторов и смазок. В то же время не существует никаких требований в отношении свойств сырья, способствующих пастообразованию, имеющему важное значение для нанесения покрытия пластизолями.
В противоположность покрытию пластизолями, для которых подходят только пастообразующие ПВХ, каландровым
способом могут перерабатываться все ПВХ независимо от способа полимеризации. Однако на практике из предложенного ассортимента выбираются определенные ПВХ, которые лучше перерабатываются, а готовые изделия обладают наилучшими свойствами.
При переработке ПВХ-Е (эмульсионный) обнаруживает хорошую текучесть и скольжение вследствие наличия эмульгатора, в то время как ПВХ-С (суспензионный), содержащий пластификатор, хорошо смешивается и стабилизируется. Для комплексного использования этих различных свойств применяются смеси различных ПВХ. Предпочтительнее использовать суспензионные ПВХ вследствие лучшей стабилизируемое™, особенно если требуется придать пленке светостойкость, устойчивость к термообработке, высокую устойчивость к погодным условиям, а также прозрачность.
ПВХ, перерабатываемый каландрованием, должен обладать хорошей способностью к поглощению пластификатора и не иметь сгустков, т.е. частичек, которые настолько компактны, что не исчезают при смешении и пластикации.
Применяя разные пластификаторы и варьируя их количество, можно влиять на свойства пленки. Так, чтобы получить мягкие ПВХ-пленки, в них нужно ввести пластификаторы минимум 18—20%. ПВХ-смеси с содержанием пластификатора более 35—40% приобретают пониженную вязкость и не могут перерабатываться на каландре в нормальных условиях. Температурные условия каландрования не допускают применения относительно легко летучих пластификаторов, например дабу- тилфталата.
Введение термостабилизаторов препятствует разложению ПВХ при высоких температурах. Наряду с термостойкостью стабилизаторы улучшают светостойкость пленки и устойчивость ее к погодным воздействиям. Так как действие стабилизаторов также зависит от вида ПВХ, то для ПВХ-Е применяются иные стабилизаторы, чем для ПВХ-С. В количественном отно-' шении применение стабилизаторов ограничено, так как они вообще плохо совместимы с ПВХ-смесями. Во избежание явления выпотевания, как правило, добавляется не более 3% стабилизаторов.
Для обеспечения хороших свойств при переработке ПВХ-смесей добавляются смазки.
3.7.2, Технологические процессы
Каландрование включает подготовку сырья, формование и сматывание пленки в рулон. Главным оборудованием специальной линии производства пленкй являются каландры. На каландровой линии (рис. 3.21), отдельные агрегаты которой можно варьировать, и комбинировать с другими, можно в сущности различить четыре стадии процесса: смешение, пластикация, формование пленки, дополнительные обработка и сматывание в рулон.
Рис. 3.21. Схема каландровой линии:1 — скоростной смеситель; 2 — охлаждающий смеситель; 3 — закрытый резиносмеситель; 4 — вальцы； 5 — червячный фильтр; 6 — металлоискатель; 7 — каландр; 8 — приемные валки; 9 — тиснильное устройство;10 —охлаждающие валки; 11 — толщиномер; 12 — устройство для обрезки краев; 13 — намоточное устройствоРис. 3.21. Схема каландровой линии:1 — скоростной смеситель; 2 — охлаждающий смеситель; 3 — закрытый резиносмеситель; 4 — вальцы； 5 — червячный фильтр; 6 — металлоискатель; 7 — каландр; 8 — приемные валки; 9 — тиснильное устройство;10 —охлаждающие валки; 11 — толщиномер; 12 — устройство для обрезки краев; 13 — намоточное устройство
Рис. 3.21. Схема каландровой линии:
1 — скоростной смеситель; 2 — охлаждающий смеситель; 3 — закрытый резиносмеситель; 4 — вальцы； 5 — червячный фильтр; 6 — металлоискатель; 7 — каландр; 8 — приемные валки; 9 — тиснильное устройство;
10 —охлаждающие валки; 11 — толщиномер; 12 — устройство для обрезки краев; 13 — намоточное устройство
Рис. 3.21. Схема каландровой линии:
1 — скоростной смеситель; 2 — охлаждающий смеситель; 3 — закрытый резиносмеситель; 4 — вальцы； 5 — червячный фильтр; 6 — металлоискатель; 7 — каландр; 8 — приемные валки; 9 — тиснильное устройство;
10 —охлаждающие валки; 11 — толщиномер; 12 — устройство для обрезки краев; 13 — намоточное устройство
на каландре.Смешение. Сырье в жидком и твердом состоянии, необходимое для изготовления пленки, раз личающее ся вязкостью или зернистостью структуры, должно смешиваться 百 гомогенна каландре.Смешение. Сырье в жидком и твердом состоянии, необходимое для изготовления пленки, раз личающее ся вязкостью или зернистостью структуры, должно смешиваться 百 гомогенВсе четыре стадии имеют одинаковое значение для качества пленки и для производительности каландровой линии. Особенно важную роль играют при этом выбор и соблюдение оптимальной температуры и продолжительности обработки
на каландре.
Смешение. Сырье в жидком и твердом состоянии, необходимое для изготовления пленки, раз личающее ся вязкостью или зернистостью структуры, должно смешиваться 百 гомоген
на каландре.
Смешение. Сырье в жидком и твердом состоянии, необходимое для изготовления пленки, раз личающее ся вязкостью или зернистостью структуры, должно смешиваться 百 гомоген
ную массу.,
Необходимо, чтобы составные части смеси, и в особенности применяемые в небольших концентрациях, равномерно распределялись в полимерно访 композиции. Особенно важно это для некоторых пигментов, так как от равномерного их распределения зависит интенсивность окраски смеси. Для равномерного диспергирования грубые и неравномерные агломераты некоторых пигментов перед смешением растирают с пластификатором на краскотерке. Готовая смесь должна представлять собой струе образный агломерат, так называемую сухую смесь. Такое состояние, удобное для дальнейшей транспортировки и дозируемой загрузки агрегата, достигается путем смешения при температуре 100—140° С. Во избежание скатывания в комки при хранении и сгорании ПВХ вследствие накопления тепла смесь нужно охладить до 60° С.
Процесс смешения зависит от типа смесителя и состава
смеси.
В тихоходных смесителях смешение начинается, как правило, с заполнения его ПВХ, стабилизатором, смазкой и пигментом. Введение ПВХ происходит через дозаторы (дозирующие устройства), а пигменты, стабилизаторы и смазки добавляются вручную. Добавление пластификатора происходит таким образом, чтобы не происходило скатывание в комочки, а вследствие этого и возможное "заедание'' смесителя. При работе в лопастном смесителе основное количество (около 60%) пластификатора добавляется к началу смешения через дозирующее устройство, а остаток после того, как при смешении и подогревании температура достигнет 120° С. Смешение
продолжается при этой температуре до полной агломерации, при которой смешиваемый материал имеет крошащуюся структуру и сухой гриф. В отличие от обычной для Z-образной лопастной мешалки последовательность смешения и добавления пластификатора в барабанный центробежный смеситель можно программировать иначе. Смесь в зависимости от ее состава п од огрев ается без пласти фи катера или только с незначительным количеством его (около 15% от всего задаваемого количества) до температуры 100—120° С. После достижения заданной температуры через сопла вводится основное количество пласти фи катера, а остаток (10—15%) — по окончании смешения.
Характерным для смешения в тихоходных смесителях является то, что температура в основном достигается подогревом смесителя. Тем самым возможно точное установление необходимой конечной температуры, однако равномерная температура не обеспечивается по всей массе вследствие плохой ее теплопров одности.
Процесс смешения в скоростных смесителях происходит таким образом, что сначала смесители' наполняются ПВХ, пигментами, стабилизаторами и смазками. По достижении под действием напряжений сдвига температуры, необходимой для того или иного состава смеси, добавляется дозированное количество пластификатора. Эта температура составляет от 90 до 100° С и в смесителях обычных размеров с загрузочной вместимостью 250 кг достигается за 3—5 мин. При добавлении холодного пластификатора температура в большинстве случаев немного снижается, однако за короткое время вновь поднимается благодаря увеличивающимся напряжениям сдвига (рис. 3.22).
В процессе смешения необходимо постоянно контролировать потребление мощности мотора смесителя и температуру смешиваемого материала во избежание перегрузки мотора и перегрева материала. По достижении предписанной технологией температуры в охлаждающий смеситель поступает агломерат правильной формы.
Полученной в смесителе горячей сухой смесью можно сразу же загружать следующий агрегат для пластикации. Этот агрегат в большинстве случаев имеет другую загрузочную вместимость и работает также непрерывно, поэтому необходимо некоторое промежуточное накопление смеси.
Чтобы при таком промежуточном хранении исключить уже названные последствия термической нагрузки, к так называемому горячему смесителю подключаются охлаждающие мешалки, в которых должно происходить охлаждение до температуры ниже 60° С. Так как охлаждение, обусловленное теплопроводностью, длится дольше, чем подогрев в скоростной мешалке, тихоходные охлаждающие мешалки, охлаждаемые холодной водой, изготовляются больших размеров, они могут принять 2—3 партии после смешения в пгорячемъ смесителе.
Весь процесс смешения проводится автоматически, причем программа заполнения, смешения с различными скоростя-
Рис. 3.22. Кривая изменения температуры в скоростной мешалке:I — смешение без пласти • фикатора; П — смешение с пластификаторомРис. 3.22. Кривая изменения температуры в скоростной мешалке:I — смешение без пласти • фикатора; П — смешение с пластификаторомРис. 3.23. Схема закрытого резиносмесителя для изготовления пленки: 1 — пневмоцилиндр пуансона; 2 — загрузочная воронка； 3 — пуансон； 4 —
Рис. 3.22. Кривая изменения температуры в скоростной мешалке:
I — смешение без пласти • фикатора; П — смешение с пластификатором
Рис. 3.22. Кривая изменения температуры в скоростной мешалке:
I — смешение без пласти • фикатора; П — смешение с пластификатором
роторы смесителя; 5 клапан для выгрузки
33стадий, дозировка пласти фи катор ов истадий, дозировка пласти фи катор ов ими в зависимости отми в зависимости отэвакуацияэвакуациявоздуха проводятся по заданным температурным
3
3
стадий, дозировка пласти фи катор ов и
стадий, дозировка пласти фи катор ов и
ми в зависимости от
ми в зависимости от
эвакуация
эвакуация
и временным режимам.
Пластикация. Для формирования пленки полученная порошкообразная смесь должна подаодйться к каландру в состоянии, готовом к переработке и формованию (в пластическом состоянии) • Превращение порошкообразной смеси в пластичную (вязкотекучую) массу — пластикация 一 происходит под воздействием тепла, напряжения сдвига и частично давления. Процесс, происходящий при температуре 160—180° С, называют пластификацией, или желированием. Из понятия ^^жeлиpoвaниe^^ следует, что ПВХ в пластификаторе при высокой температуре набухает, образуя желе.
Для пластикации применяются различные машины, работающие прерывным или непрерывным способом. Любые машины должны обеспечить хорошую пластикацию при щадящей термической нагрузке ПВХ. Как известно, при температуре выше температуры желирования ПВХ начинает разлагаться в в озрастающей степени. 1 Галазон температуры текучести переходит непрерывно в диапазон разложения. Разложение сильно зависит от времени, и при более длительном воздействии температуры, еще лежащей в пределах температуры текучести, может наступить разложение. Чтобы в дальнейшем исключить разложение, которому противодействуют соответствующие термостабилизаторы, необходимо избегать при пластикации слишком длительного пребывания ПВХ при повышенной температуре.
Для прерывной пластикации применяют партионно работающие машины — закрытые резиносмесители, а также закрытый смеситель *Телимат?, (рис. 3.23). В этих смесителях в закрытом резервуаре смесь подвергается интенсивному смешению и пластикации под воздействием тепла, возникающего при трении. Для достижения необходимых высоких напряжений сдвига смесь в закрытом резиносмесителе прижимается к роторам смесителя гидравлическим или пневматическим пуансоном, а в смесителе ,^Гeлимaт^^ — за счет враще-
ния роторов с очень большой частотой. Продолжительность смешения наряду с конструкцией и способом действия отдельных смесителей зависит еще от вида и количества пластификатора, а также от типа ПВХ. При загрузке 40—80 кг смеси смешение длится от 1,5 до 5 мин. Пластицированная масса выбрасывается в виде большого комка, в большинстве случаев в виде сцепленных между собой комков. В такой форме масса на может загружаться непосредственно в каландр, поэтому на соответствующих устройствах ей придается специальная форма.
Смеситель для пластикации может приводиться в действие вручную, но в большинстве случаев он работает автоматически. Для автоматического способа работы задается продолжительность пластикации, установленная эмпирически; в большинстве случаев целесообразно за основу брать конечную температуру, полученную в результате предварительных опытов.
Для непрерывной пластикации применяются одно- и двухшнековые экструдеры, валковые, названные также планетарно-валковыми, экструдеры, и специальные одношнековые экструдеры или такие, которые работают по принципу комбинированных, непрерывно работающих закрытых смесителей. Общим для таких машин является то, что в рабочем цилиндре находится вращающийся шнек, являющийся смесительным и транспортирующим элементом. Эти машины непрерывно загружаются через загрузочную воронку и продавливают пластичный матертал в формующую головку, из которой выходит заготовка, подходящая для загрузки в каландр, в виде жгута, ленты или кусков расчлененного жгута.
Особенно эффективны для желирования и пластикации двухшнековые экструдеры, прежде всего с различными шнеками для отдельных зон. Очейь эффективными машинами являются смесители и планетарные валковые экструдеры.
Для непрерывно работающих пластицирующих машин можно точно установить определенные температурные режимы. Важным параметром при этом является продолжительность процесса. Она зависит от пропускной способности машины и составляет 1,5' и 3 мин. Подогрев происходит в основном за счет сдвига, зависящего от состава массы и различных параметров работы машины, и в меньшей степени от подогрева шнеков и цилиндров. Повышение температуры под действием напряжений сдвига прямо пропорционально частоте вращения шнека. Точно так же частота вращения шнека прямо пропорциональна пропускной способности машины. Следствием этого является изменение пропускной способности в зависимости от изменения потребности в массе для каландра.
Пропускная способность названных машин для пластикации в зависимости от типа составляет от 500 до 3000 кг/ч.
Вальцы представляют собой машины, на которых осуществляется пластикация в зазоре между двумя подогреваемыми вращающимися валками. Это самые старые машины для пластикации. В настоящее время они применяются в комби-
нации с другими машинами. Они необходамы при прерывной пластикации, а именно в промежутке между обработкой в закрытых резиносмесителях и на каландре.
При непрерывной пластикации, хотя и возможна непосредственная загрузка, часто выключают промежуточные вальцы, которые служат для удаления газа из массы и в качестве буфера для дальнейшей пластикации. Кроме того, на вальцах отходы в виде неразмельченных полосок кромок и рулонов с дефектом снова перерабатываются непосредственно в текущую продукцию.
Непрерывная работа вальцов обеспечивает постоянные термические условия для пластиката. При непрерывном спо собе работы смесь, идущая от пластицирующей машины, загружается вблизи одного края валка, а вблизи другого из "шкурки" вальцуемой смеси срезается полоса с помощью двух параллельных ножей и подается на каландр с помощью конвейера. Аксиальное движение пластиката на валке достигается за счет различной ширины зазора на краях и поддерживается за счет соответствующих поворотных приспособлений в форме лемеха и плуга. Чтобы "шкурка” вальцуемой смеси переходила на соответствующий валок, он должен или быстрее вращаться, или быть горячее, чем другой.
Разогрев материала может происходить через обогреваемые валки, но прежде всего вследствие напряжения, возникающего при вращении валков.
Напряжения сдвига зависят также от окружной скорости валков (фрикции) и от ширины зазора, так что тепловыделение также связано с пропускной способностью.
В конце линии пластикации находится червячный фильтрпресс, который применяется прежде всего тогда, когда нужно получить пленки, не содержащие пор, сгустков или инородных веществ. Такие пласта каты применяют, например, для п*олу- чения покрытия с использованием стальной ленты. Под червячным фильтр-прессом понимают относительно короткий экструдер, имеющий сетчатую приставку с мелкими отверстиями.
При загрязнении сетки фильтр-пресса должны заменяться или очищаться, чтобы избежать н еже лате льног о увеличения напряжений сдвига, а вместе с тем и повышения температуры.
Для удаления металлических включений, которые могут проходить через фильтр-пресс и привести к повреждению валков каландра, в большинстве случаев перед каландром встраивается прибор для поиска металла в потоке массы.
Следует еще раз указать на то, что существует множество машин для смешения и пластикации, а вместе с тем разнообразные линии подготовки массы. Поэтому едва ли найдется два одинаковых агрегата для изготовления пленок.
Современная линия подготовки массы для изготовления мягкой ПВХ-пленки включает скоростной двухстадийный смеситель, состоящий из горячего и холодного смесителей, прерывно или непрерывно работающую машину для пластикации, вальцы, червячный фильтр-пресс для специального ассортимента пленок, металлоискатель.
Эта линия, как уже упоминалось, состоит из отдельных машин, которые могут устанавливаться независимо друг от друга. Установка отдельных машин должна происходить таким образом, чтобы частично автоматическая работа и частично ручное обслуживание привели к получению качественной равномерной массы, готовой для загрузки. Для этого необходимо точно соблюдать параметры технологического процесса, а также обращать внимание на приведенную выше связь между пропускной способностью машины и подогревом массы.
Каландрование. Формирование пластицированной массы в пленку происходит в зазоре между валками каландра. Для изготовления мягких пленок ПВХ применяют четырехвалковые F-каландры. Благодаря трем вертикально расположенным друг над другом взаимно подпирающим валкам он стабильнее в работе, чем S- или Z-каландры. Первые два валка обеспечивают простую загрузку каландра. Сформированная пленка протягивается под каландром, что удобно для подачи ее к последующим устройствам и исключает повреждение за счет выделяющихся паров пластификатора.
В F-каландре создаются наиболее благоприятные условия для получения пленки хорошего качества. Например, такие важные элементы характеристики пленки, как структура поверхности, равномерность толщины по ширине и длине, а также производимая возможная ширина пленки зависят от валков, качества их поверхности.
Ширина пленки обеспечивается шириной валков каландра- С увеличением ширины увеличивается проблема стабилизации расположения валков в подшипниках и обеспечения зазора между валками, установленного равномерно по ширине. Ширина валков постоянно увеличивается. Так, наряду с валка- ми щнрнной 1700 мм, позволяющими получать пленку шириной 1350 мм, имеются валки шириной до 2700 мм, с помощью которых изготовляется пленка шириной свыше 2000 мм.
Как уже неоднократно упоминалось, в зазоре между валками каландра происходит формование пленки. При загрузке каландра масса подводится к зазору, образующемуся перед- ними валками. При этом подведение массы регулируют таким образом, чтобы перед зазором вращался равномерно остающийся запас смеси между валками. Одна часть подведенной массы смеси проходит непосредственно через зазор, другая часть, примерно половина, идет сначала в запас, а затем, после соответствующёго вращения, в зазор. При вращении запаса механическая энергия, возникшая в результате сдвига, превращается в тепловую. Так, температура поверхности массы в крутящемся запасе на 10—14° С выше температуры массы, поступающей на валок, или температуры пленки за зазором. Факторами, влияющими на повышение температуры, являются окружная скорость валков, масса и вязкость запаса. .Проще всего для поддержания температуры в регулируемых пределах варьировать массу крутящегося запаса.
При прохождении через зазор между валками клинообразно впрессованная' масса производит высокое давление 226
Рис. 3.24. Процесс текучести в зазоре между валками
Рис. 3.25. Зависимость распорного усилия в зазоре от толщицы пленки, состоящей из 90 мае. ч. ПВХ и 10 мае. ч. пластификатора (кривая 2) и из 70 мае. ч. ПВХ и 30 мае. ч. пластификатора (кривая 2)
100 200300^00500600Толщина "〃<?""〃，нкм100 200300^00500600Толщина "〃<?""〃，нкмна валки (рис. 3.24). Наивысшее распорное усилие в зазоре 尸max достигается на так называемой границе текучести F, В самом узком месте зазора 力о действует еще одна сила, равная половине максимального распорного усилия (】/2 尸тах)・ На одинакежом расстоянии от самого узкого места зазора перед ним находится граница текучести F, а за ним расположено так называемое место схода Л, где нагрузка равна нулю и пленка сходит с предшествующих валков. Отсюда ясно, что образованная пленка по своей толщине соответствует не самому узкому месту зазора, а ширине места схода, которое шире его в 1,2 или 1,3 раза.
100 200300^00500600
Толщина "〃<?""〃，нкм
100 200300^00500600
Толщина "〃<?""〃，нкм
Распорное усилие в зазоре имеет значительную величину (рис. 3.25) и измеряется величиной нагрузки, приходящейся на сантиметр ширины валков. При изготовлении очень мягкой толстой пленки распорное усилие составляет примерно 1 кН/см, жесткой тонкой пленки примерно 10 кН/см. Для мягкой пленки, состоящей из 90 мас.ч. ПВХ и 10 мас.ч. пластификатора и имеющей толщину 100 мкм, оно составляет 5 кН/см, т.е. 1000 кН при длине валка 2000 мм.
Распорное усилие в зазоре зависит от многих факторов. Оно увеличивается с повышением вязкости массы, окружной скорости и дааметра валков, массы крутящегося запаса смеси и с уменьшением зазора между валками. Большие распорные усилия в зазоре вызывают прогиб валков (рис. 3.26) и ведут к образованию пленки неравномерной толщины по ширине. Чтобы, несмотря на прогиб, изготовить пленку равномерной толщины, пользуются следующими приемами:
проводят специальное шлифование валков, так называемое бомбирование (придание выпуклой формы), в результате которого дааметр валков на краях уменьшается, и между валками, несмотря на прогиб, получается равномерный зазор (рис. 3.27);
изменяют наклон одного валка, и зазор на краях становится шире. Но так как это отрицательно сказывается на размещении валков, то может применяться только в ограниченных пределах;
Рис. 3.26. Прогиб валков
Рис. 3.27. Бомбирование валков
吕吕соединяют валки вспомогательным подшипником, и на цапфу валков действует сила прртивоизгиба.
吕
吕
В процессе каландрования пластицированная масса непрерывно подводится конвейером к зазору между первым и вторым валками F-каландра. Для получения хорошего качества пленки очень важно, чтобы в зазоре между валками всегда вращался постоянный запас массы. В прртивном .случае в пленке могут образоваться дырочки или она может обрываться (если запас массы небольшой), и наоборот, если запас массы большой, то комочки массы могут вращаться до тех пор, пока не попадут в зазор в сильно охлажденном виде, что может привести к образованию загущений или других дефектов в пленке.
Контроль массы запаса возможен в настоящее время только визуально с помощью зеркала или телекамеры.
Температуру каландра и скорость валков устанавливают таким образом, чтобы обеспечивалось высококачественное формование и свободное от помех прохождение массы. Валки в большинстве случаев подогреваются таким образом, чтобы от первого до последнего валка был перепад температур; в зависимости от требований технологии температура валков составляет от 150 до 180° С.
Переход пленки, т.е. попадание ее после прохождения зазора между одними валками на следующие валки, происходит под действием их повышенной окружной скорости. Отдельные валки вращаются с повышенной скоростью, причем опережение между каждыми двумя валками составляет
Таким образом, важное значение для хорошего качества пленки имеет правильное установление зазора между валками ПРИ регулировании их наклона и при соединении валков вспомогательным подшипником, а также правильно эмпирически полученная величина запаса, вращающегося в каждом зазоре.
Обработка после каландрования. Прием пленки с каландра происходит с помощью приемных валков. В результате действующего при этом тягового усилия пленка вытягивается в продольном направлении. В современных установках приемные валковые устройства выстраивают в валковую линию, чтобы тем самым достичь оптимального эффекта вытягивания. Таким вытягиванием могут изготовляться особенно тонкие пленки.
Оптимальная производительность каландра достигается при изготовлении пленки толщиной от 0,25 до 0,30 мм. Чтобы при изготовлении более тонких пленок получить такую же хорошую производительность каландра, их изготовляют путем вытягивания более толстых пленок.
Пленку вытягивают в пластическом состоянии при совершенно определенных условиях. Необходимо избегать слишком низкой температуры, при которой в пленке происходит фиксированная ориентация, ведущая к образованию сильно сморщенной пленки. Поэтому подогреваемые вытяжные валки должны иметь п редписанную технологией температуру и в ращаться с заданной скоростью и с установленным опережением.
После съемного устройства пленка проходит через станцию тиснения, где она может вертикально проходить через зазор, чтобы избежать излишнего растягивания при высокой температуре. При тиснении следует обращать внимание на правильное установление зазора и давления, а также на правильное отжатие противовалков, движущихся с целью охлаждения в воде. Все еще имеющаяся вода на этом резиновом валке может привести к так называемым водяным полосам на пленке.
После тиснения пленка охлаждается водой до температуры ниже 30° С. Здесь также необходимо соблюдение определенного продольного натяжения. Охлажденная пленка проходит через толщиномеры, измеряющие толщину по краям и посередине.
Перед сматыванием в рулон пленка обрезается по краям на точно установленную ширину. Обрезанные края в большинстве случаев пневмотранспортом подаются на пластицирую- щие вальцы и снова возвращаются в производство.
Сматывание в рулон должно происходить при постоянном не очень большом натяжении в специальных подъемных (вертикальных) намоточных устройствах или центральном аппарате. При скорости, с которой пленка на современных установках настигает наматывающее устройство, накладывание пленки вручную невозможно. Поэтому применяется перекидное устройство с механизированной обрезкой и наматыванием пленки.
В связи с повышением скорости каландра и усовершенствованием техники намотки стремятся к тому, чтобы рулоны с пленкой с увеличением их размера наматывались непосредственно у каландра и поставлялись по возможности в такой форме. Для достижения безупречной намотки рулоны должны иметь прямые края, а пленка должна быть предельно равномерной толщины по площади.
Полученная на каландре пленка может подвергаться дальнейшей отделке с применением тиснения, печати, лакирования и т.д.
3.8. Отделка поверхности искусственной кожи и пленок
Путем отделки поверхности искусственной кожи и пленок придаются блеск, фактура, гриф, рисунок, окраска и т.д., а также устраняется липкость, повышается сопротивление изгибу, царапанию, улучшаются светостойкость, устойчивость к действию непогоды и др.
Отделка поверхности материала с покрытием очень многообразна и может проводиться различными способами. При этом различают механический способ отделки и способ отделки путем покрытия поверхности цветной или бесцветной пленкой, а также использование комбинации отдельных способов.
Нанесение печатного рисунка
Путем нанесения печатного рисунка искусственные кожи оформляют соответственно назначению, причем могут создаваться имитации природных образцов или фантазийные произведения. Так, возможны имитации поверхности' кожи из шкур животных (млекопитающих, птиц, рыб, крокодалов, черепах), древесины, минералов, нанесении орнамеиггов геометрических фигур (точек, полос, овалов, треугольников и т.д.), создание фантазийных орнаментов и др. При этом учитываются направление моды и технические возможности.
电о电оВысокаяВысокаяФотофильмпечать (ротационная)Фотофильмпечать (ротационная)АжурнаяАжурнаяДавлениемДавлениемТисненаяТисненаяГладкая, тисненая в процессе печатиГладкая, тисненая в процессе печатиз Отделка полимерной поверхности одно- или многоцветной печатью может проводиться в принципе всеми известными способами печати (табл. 3.6). Способность полимеров к восприятию печатного рисунка определяется их химическими и физическими свойствами. Искусственная кожа имеет более или менее плотную поверхность, что не позволяет проникать печатной краске в толщу материала. Поэтому при составлении рецепта необходимо обеспечить наибольшую адгезию печатной краски к поверхности искусственной кожи.
电о
电о
Высокая
Высокая
Фотофильмпечать (ротационная)
Фотофильмпечать (ротационная)
Ажурная
Ажурная
Давлением
Давлением
Тисненая
Тисненая
Гладкая, тисненая в процессе печати
Гладкая, тисненая в процессе печати
Печать
Расположение валков
Кожа1
Эффект печати
3.6. Характеристика способов печати
Глубокая
Гладкая
Требования к материалу, подлежащему нанесению печатного рисунка:
цветовой тон полотна материала должен соответствовать цвету образца;厂„
поверхность полотна должна быть гладкой или с тонким ребристым тиснением;»
поверхность полотна не должна быть липкои;
на поверхности полотна не должно быть никаких частичек загрязнений или волокон;
материал должен быть намотан на шпулю или смотан в большой рулон без складок и загибания краев, не слишком рыхло и не слишком плотно;
места соединения отдельных рулонов (путем сшивания или склеивания) должны быть высокого качества.
Требования к печатным краскам:.
высокая кроющая способность, термостойкость до 170° С, устойчивость к действию светопогоды;
хорошая смачиваемость;
хорошая устойчивость к истиранию после сушки;
оптимальная продолжительность сушки (печатная краска не должна высыхать слишком быстро, иначе она может подсыхать на печатном валу);
пигмент, с одержащи йс я в печатной краске, не должен осаждаться (седиментировать);
высокая дисперсность пигментных паст во избежание образования царапин на печатном валу;
абсолютная нерастворимость красящих пигментов во избежание миграции пигмента на поверхность кожи.
В процессе нанесения печатного рисунка возможны следующие дефекты: цветовой тон печатного образца слишком бледный или слишком яркий; образец печати стерт; загрязнения на лицевой или на обратной стороне; смещение рисунка при многоцветной печати; пустоты; односторонняя оолее интенсивная или более бледная печать; полосы от ракли; повреждение печатного вала; сильное выступание раппорта образца; образование складок.
Способ глубокой печати- При этом способе печатающие части печатной формы (печатная плита или валки) лежат глубже, чем непечатающие части (рис. 3.28). Краска из углублений на печатном валке (плите) переходит на материал при контакте.
Преимуществом способа глубокой печати является получение четкого рисунка, недостатком — очень незначительная глубина гравюры, в результате qeto наносится очень небольшой слой печатной краски, который быстро стирается, а также ограниченная устойчивость к действию светопогоды. Путем перекрытия лаком значительно улучшается устойчивость печатного образца к трению.
На современных ротационных установках для глубокой печати может развиваться скорость до 80 м/мин. На практике рабочие скорости меньше, что определяется продолжительностью сушки и размерами сушилок.
Рис. 3.28. Схема нанесения рисунка способом глубокой печати:7 — валок направляющий и расправляющий полотно; 2 — полотно без рисунка; 3 — медный валок глубокой печати; 4 — растр рисунка на поверхности вала; 5 — ракля;6 — держатель ракли; 7 — ванна с краской; 8 — противовал с резиновой обшивкой; 9 — суппортный (опорный) валок; /0 — полотно с рисункомРис. 3.28. Схема нанесения рисунка способом глубокой печати:7 — валок направляющий и расправляющий полотно; 2 — полотно без рисунка; 3 — медный валок глубокой печати; 4 — растр рисунка на поверхности вала; 5 — ракля;6 — держатель ракли; 7 — ванна с краской; 8 — противовал с резиновой обшивкой; 9 — суппортный (опорный) валок; /0 — полотно с рисункомРис. 3.29. Схема нанесения рисунка способом высокой печати:
Рис. 3.28. Схема нанесения рисунка способом глубокой печати:
7 — валок направляющий и расправляющий полотно; 2 — полотно без рисунка; 3 — медный валок глубокой печати; 4 — растр рисунка на поверхности вала; 5 — ракля;
6 — держатель ракли; 7 — ванна с краской; 8 — противовал с резиновой обшивкой; 9 — суппортный (опорный) валок; /0 — полотно с рисунком
Рис. 3.28. Схема нанесения рисунка способом глубокой печати:
7 — валок направляющий и расправляющий полотно; 2 — полотно без рисунка; 3 — медный валок глубокой печати; 4 — растр рисунка на поверхности вала; 5 — ракля;
6 — держатель ракли; 7 — ванна с краской; 8 — противовал с резиновой обшивкой; 9 — суппортный (опорный) валок; /0 — полотно с рисунком
1 — валок, расправляющий и направляющий полотно; 2 — полотно без рисунка; 3 — валки высокой печати (металл, деревоt резина или пластмасса); 4 — рельефные печатающие части вала; 5 — переносной залок для цветной печати; 6 — валок для приема краски; 7 — ванна с краской; 8 —1 противовал с резиновой обшивкой; 9 — суппортный (опорный) валок; 10 ~ полотно с рисунком
Способ высокой печати. При этом способе печатающие элементы печатной формы (плиты или валков) выступают над непечатающими элементами (рис. 3.29).
Преимуществ о способа состоит в возможности нанесения печатной краски слоем большей толщины, чем при способе глубокой печати. Недостаток сострит в том, что этим способом невозможно получить четкий рисунок.
Способом высокой печати рисунок наносят на покрытия для пола и другие материалы, подвергающиеся трению, а также на искусственную кожу, которая применяется без защитного лакирования.
Фотофильмпечать. Этот способ печати носит и другие названия, например световая печать, или печать по шаблону. Особенность способа состоит в том, что
Рис. 3.30. Схема нанесения рисунка способом фотофильмпечати:
— противовал; 2 — полотно; 3 — паста;
— шаблон для печати; 5 — трубка для подведения пасты с держателем ракли и ракля
печатные формы представляют собой соответственно подготовленную сетку, через открытые отверстия которой с помощью ракли подается краска для световой печати (рис. 3.30).
Существует два способа фотофильмпечати: плоскими и вращающимися цилиндрическими шаблонами. Ротационная фо- тофильмпечать* успешно объеданяет в себе положительные стороны печати на обычных цилиндрических и плоскопечатных машинах.
Способ ротационной фотофильмпечати является очень производительным и позволяет получать любые рисунки. Выбор печатной краски или печатной пасты основы-носителя и рисунок валков не влияют на технический принцип нанесения. В основном нет ограничения в выборе подлежащих обработке субстратов, например бумаги, нетканого полотна, текстильного полотна и полимерных поверхностей, полимерной или металлической пленки. Кроме того, существуют принципиальные возможности применения растворительсодержащих и водных красок и лаков, ПВХ-пластизолей, включая способные к вспениванию ПВХ-пластизоли. Смена краски требует не более 5 мин, что в сравнении с другими способами печати является очень быстрой. Издержки шаблонной фотофильмпечати относительно низкие и составляют около 20% издержек на валки при других способах печати.
Недостатками фотофильмпечати являются: ограничение в четкости рисунка и воспроизводимости цвета, возможность легкого повреждения шаблонов, которые имеют меньшую продолжительность эксплуатации, чем валки для ротационной глубокой печати.
Рис. 3.31. Схемы нанесения рисунка способом ажурной печати:
/ — ванна с краской;
— растровый вал;
— ракля； 4 — тис- и^ое полотно; 5 — резиновый противо- вал; 6 — устройство для защиты пальцев рабочего; 7 — суппортный (опорный) валок; 8 — ведущий валок; 9 — краска;
— полотно с печатным рисунком ■*
фотофильмпечатифотофильмпечати* При ротационной тонкостенный (не более ОД* При ротационной тонкостенный (не более ОД4-4-二 一1 применяется бесшовный
фотофильмпечати
фотофильмпечати
* При ротационной тонкостенный (не более ОД
* При ротационной тонкостенный (не более ОД
、мм) перфорированный цилиндр, выполняющий функции печатного вала, а также ракельньтй механизм соответствующей системы (ножевые ракли — тонкие стальные или резиновые лезвия, расположенные под определенным углом к шаблону, или магнитный ролик, продавливающий печатную краску под определенным давлением). (Прим. ред. пер.).
16 —Зак, 1488
Ажурная печать. При этом способе на поверхности тисненой кожи отпечатывается с помощью растрового валка рисунок, находящийся только на возвышениях. Если на матовую поверхность тисненой кожи рисунок наносится лаком (рис. 3.31,а), то получают кожеподобный (б ле стяще -матовый) эффект. Благодаря применению печатной краски другого цвета, чем цвет поверхности кожи, контрастное действие увеличивается (рис. 3.31,6).
Окрашивание
Окрашивание путем распыления краски занимает прочное место в отделке натуральной кожи, в промышленности искусственной кожи, напротив, применяется в основном в тех случаях, когда нужно получить эффект кожеподобной поверхности. Вследствие высокой потери краски, которая на современных агрегатах для распыления составляет 40~60%, использование этого способа нецелесообразно.
Лакирование, матирование
Гладкую (глянцевую) поверхность искусственной кожи можно получить с помощью зеркальных валков каландра. Если зеркальный валок заменить матирующим, то получается поверхность от шелковистой блестящей до матовой. Матирующие валки могут изготовляться путем обработки поверхности кислотами (травления) или с помощью молета (накатывания узора) •
Придать коже блестящую или матовую поверхность можно путем нанесения лаковых растворов.
Если растворить, например, полиметакрилат или RBX- порошок в циклогексаноне или этилацетате, то получаются лаки, которые после нанесения, печати или распыления дают более или менее блестящую поверхность искусственной кожи. Одновременно эти лаки улучшают устойчивость кожи к царапанию, увеличивают сопротивление покрывной пленки изгибу и истиранию, снижают липкость и препятствуют миграции пластификатора из покрытия на поверхность кожи.
Примерный состав лака для придания блеска, мае. ч.
ПВХ-порошок100Циклогексанон250
Полиметакрилат100Этилацетат250
Разбавление лака по мере необходимо ст«.
Если лак для придания блеска смешать с матирующими средствами, преимущественно с различными типами коллоид-
ной кремниевой кислоты, то в зависимости от типа и количества матирующего средства получают матовый лак, который после печати или нанесения раклей дает более или менее сильно матированную поверхность.
Примерный состав матирующего лака, мае. ч
Полиметакрилат 900 Этилацетат 300
ПВХ-порошок 110 Коллоидная кремние- 1—20 Циклогексанон 300 вая кислота
Для изготовления матового лака растворитель помещают в мешалку, добавляют матирующее средство и размешивают. После этого добавляют полимеры (лаковое сырье) и растворяют при подогревании и интенсивном помешивании.
В матовом лаке, смешанном с коллоидной кремниевой кислотой, после нанесения на поверхность и сушки могут образоваться сгустки (маленькие белые крупинки) матирующего средства, не переведенного в удобную для переработки форму. Во избежание этого явления матовые лаки либо осторожно хранят после изготовления, либо диспергируют на соответствующих гомогенизирующих устройствах, как, например, краскотерках или бисерных мельницах.
Плохо приготовленные лаки, особенно если они наносятся способом печати или с помощью ракли, при фальцевании искусственной кожи склонны к образованию так называемых матовых изломов. Причиной этого недостатка является использование слишком жестких полиметакрилатов или слишком большого содержания этого полимера в составе лака.
Матовые лаки, преимущественно с высоким содержанием матирующих средств, вызывают так называемый белый излом искусственной кожи, который особенно сильно проявляется на темной поверхности. Однако белый излом может появиться на искусственной коже, полученной без применения матового лака. ，
Определенные красящие пигменты, как, например, ультрамарин синий и цветные лаки, имеют склонность к мелению в пленках и искусственной коже или являются причиной возникновения белых изломов при фальцевании.
По мере уменьшения содержания в лаке матирующего вещества снижается и матовый эффект.
Тиснение
Тиснение ——это рабочий процесс, который является разновидностью отделки поверхности пленки, а также покрытия на ткани и на нетканой основе. Этот вид отделки основан на том, что покрытие (пленка) представляет собой термопластичный материал, который формуется под воздействием тепла и давле- ния? а при комнатной температуре остается твердым и эластичным.
Хорошей способностью к тиснению. обладают покрытия из жесткого и мягкого ПВХ и его сополимеров, полиакрилатов
и их сополимеров, полиолефинов и полиуретанов. Тиснение проводится под воздействием тепла и давления.
При холодном способе тиснения рулон искусственной кожи подогревают до температуры размягчения покрытия, тиснят валком для тиснения, охлаждаемым водой. При тиснении нужно применять небольшое давление с помощью резинового противовеса.
Для проведения горячего способа тиснения подогревают паром тиснильные валки и тиснят холодную ПВХ-кожу и поро- мерик. Небольшое давление при тиснении создают резиновым противовалом.
При каландровом способе тиснения искусственной кожи с нитропокрытием используют валки для тиснения холодные или подогретые паром и соответственно холодный или умеренно нагретый рулон кожи. В процессе тиснения нужно поддерживать высокое давление, создаваемое бумажными или хлопчатобумажными противовалками.
При щелевом способе тиснения (тиснении в зазоре) тиснильные валки устанавливаются на точно заданный зазор. Этот способ применяется для ПВХ-кожи во избежание разрушения вспененного слоя при тиснении.
При тиснении и при? вытягивании нагретая рулонная искусственная кожа проходит через охлажденный вал для тиснения (угол обхвата около 90°) и вытягивается под напряжением, осуществляемым вытяжным или наматывающим устройством. Способ применяется для отделки вспененной ПВХ-кожи во избежание разрушения вспененного слоя.
Изготовление тисненой искусственной кожи путем совмещения тиснения и печати организовано таким образом (рис. 3.32). Непосредственно перед тиснением валок 4 смачивается печатной краской и с помощью прижимного валка 5 вдавливается в покрытие. Во время тиснения образовавшиеся углубления заполняются печатной краской (одновременно печать и тиснение). При этом, получается резко ограниченный по краям двухцветный "модный зффект", который нельзя получить другими методами. Необходамо применять специальные печатные краски и обязательно учитывать их огнеопасность. Способ применяется для ПВХ-кожи, главным образом обивочной.
Рис. 3.32. Схема тиснения способом печати: 1 — полотно без тиснения; 2 — направляющий валок; 3 — теплоизлуча- тель с параболическими рефлекторами; 4 — тиснильный валок; 5 — прижимной валок; 6 — суппортный (опорный) валок; 7 — валки для цветной печати; 8 — ванна с краской; 9 — полотно с тиснением
Рис. 3.33. Схема получения искусственной кожи с модным эффектом:
7 — тисненое полотно; 2 — стираемый низковязкий раствор; 3 — ракля шириной 2—4 мм; 4 — поло после стирания раствора;
5 — конвейер (жесткость 50° по Шору, скорость 20To м/мин)
• Тиснение переносным способом заключается в нанесении покрытия на предварительно тисненый бумажный транспортер- подложку и последующем деламинировании готовой искусственной кожи. Способ позволяет получить поверхность искусственной кожи с точечным тисненым лицом.
Высокочастотное тиснение представляет собой способ, при котором термопластичный слой покрытия прессуется с помощью матрицы, подогреваемой токами высокой частоты, причем в зависимости от вида и размеров образца применяются металлические электроды или сил и коно- каучу ков ые матрицы. При этом достигается температура размягчения за сравнительно более короткое время, чем при классическом термическом способе. Высокочастотный способ тиснения может применяться только для полимеров с высокими диэлектрическими факторами потерь, к которым относятся ПВХ и полиуретаны.
Тисненая натуральная кожа в готовых изделиях подвергается естественному износу за счет истирания лицевого слоя. Под такую потертую натуральную кожу подделывают искусственную кожу, используя ??модный эффект*5. “
В противоположность отделке ажурной печатью при создании модного эффекта на тисненой искусственной коже с помощью ракельных машин с обрезиненным конвейером осуществляют обработку таким образом, чтобы низковязкий стираемый раствор вмазывался в углубления, полученные при тиснении, и применяемая при этом ракля с узкой фаской снимала раствор с возвышения лицевого слоя (рис. 3.33).
Прочие отделочные операции
При глянцевании происходит подогрев и размягчение поверхности искусственной кожи с термопластичным покрытием путем контакта с подогретыми валками и (или) путем подогрева поверхности инфракрасными лучами и последующего прохождения между парой валков, состоящей из полированного (зеркального) охлаждаемого валка и резинового валка (рис. 3.34).
Искусственная кожа с покрытием, полученным на наносном агрегате, в зависимости от состава покрывной массы и режима работы наносного агрегата может быть неровной, местами пористой и шероховатой. В случае необходамости такое
ные излучатели; 5ные излучатели; 5
ные излучатели; 5
ные излучатели; 5
Рис. 3.34. Схема зеркально-тиснильного агрегата для ПВХ-кожи:
— рулон с ПВХ-кожей;
— полотно кожи； 3 — суппортный (опорный) валок; 4 — инфракрас
параболические рефлекторы; 6 — ис кро гасильное устройство; 7 — расправляющий валок;
— вытяжная камера;
9 — зеркальный, или тиснильный, стальной валок (полированный или хромированный, охлаждаемый, заменяемый); J0 — резиновый прижимной противовалок; JJ — направляюший валок; 12 —наматывающее устройство
Рис. 3.35. Схема устрой- ства для тиснения или лощения с применетием конвейера:
— полотно; 2 — тянульные валки; 3 — тепл оизл учатель; 4 — обогреваемый барабан;
— конвейер; 6 — резиновые валки; 7 — тиснильный валок
покрытие должно подвергаться глянцеванию для получения ровной и блестящей поверхности, чтобы после отделки, например, печатью, получить безупречную поверхность, а также для получения лаковой искусственной кожи с высоким блеском.
Для тиснения применяется также устройство, приведенное на рис. 3.35.
М я Т и е искусственной кожи осуществляется как пери одически м, так и непрерывным способом.
Подлежащий отделке материал периодически пропускается через вращающийся в переменном направлении барабан при одновременном воздействии тепла и водяного пара. В результате получается накат мереи, который придает поверхности искусственной кожи кожеподобную поверхность.
Процесс отделки зависит от качества отделочной пленки (химической структуры применяемых полимеров и физических свойств), способности к усадке и вида несущей основы (ткань, трикотажное полотно, нетканый материал), вида сое- динения, например дублирования с помощью клеев или прижимного давления валков. Приведенные факторы являются решающими для создания в мяльной машине эффекта разной интенсивности и вида. Такой отделке подвергаются в первую очередь полиуретановые покрытия, реже поливинилхлоридные. При отделке ПВХ-кожи на форму и вид эффекта мятая оказывает дополнительное влияние свойство пены.
Наряду с видом покрытия решающим фактором для наката мереи (мятия) является применяемый отделочный лак. Имеет значение также различие в процессе мятия кожи с покрытием на основе одно- и двухкомпонентных полиуретанов. Однокомпонентные полиуретаны представляют собой отвержденные продукты, поэтому не имеет значения, через какое время после нанесения покрытия эти материалы подвергаются обработке в мяльной машине. В противоположность им двухкомпонентные полиуретаны должны прежде подвергаться отверждению. Поэтому на эти материалы рекомендуется накатьщать мерею в мяльной машине в течение 24 ч после нанесения покрытия или отделочного лакирования. Если обработка проводится позже, то уже нельзя получить такой же эффект, который был бы возможен в первые 24 ч. ，
С целью имитаций текстильного материала, главным образом замши и плюша, поверхность искусственной кожи подвергают флокированию (покрывают волокнистой пылью) после предварительного смазывания клеем. Наилучшие результаты достигаются при нанесении волокнистой пыли в электростатическом поле.
Испытания такой искусственной кожи показали ограниченную ее устойчивость при предельных нагрузках, так что флокирование имеет ограниченное применение.
Имитации кож из шкур зверей получаются путем шлифования блестящего слоя покрытия. Полимерные покрытия на несущей основе, в основном мягкий ПВХ и полиуретан, вследствие их высокой прочности относительно плохо шлифуются, поэтому шлифование осуществляется за несколько проходов. Тепло, возникающее в процессе шлифования, вызывает липкость покрытия, которое требует дополнительного шлифования.
Применяющиеся для шлифования машины имеют шлифовальные валки, в большинстве случаев вращающиеся с большой частотой и покрытые наждачной бумагой или наждачным полотном, или шлифовальные валки с пемзовым камнем. Валки со спиральными шлифовальными ножами применяются реже, так как в месте утолщений в шлифуемом материале вызывают образование дыр. -
Искусственная кожа с эффектом металлизации изготовляется путем покрытия лаковыми растворами, содержащими бронзовый порошок. Однако этот способ недостаточ-
3.7. Возможные Комбинации печати и тиснения
Поверхность иск усственной кожи
Рабочие процессы
Эффект печати
Гладкая Тисненая
Печать и тиснение Тиснение и печать валками с рисунком
Ажурная печать без рисунка растровым валком
Гладкая
Частичная ажурная печать
Гиснейие~печать
Частичное тиснение—печать Многоцветное тиснение- печать
но эффективен. Новый способ металлизации в высоком вакууме позволяет производить искусственную кожу с металлической блестящей поверхностью.
Прежде чем были приняты к производству ,,abimaiHHe,* поромерные материалы, воздухопроницаемость искусственной коже придавали за счет нанесения перфорации. Однако перфорация была очень грубой, и такая искусственная кожа не пользовалась спросом. Некоторое значение приобрели перфорированные искусственные кожи в качестве звукопоглощающего моющегося обивочного материала для внутренней обивки кабин автомобилей.
“ Для повышения Экономичности изготовления^искусствен- ной кожи и рационализации транспортировки, а также с целью экономии рабочей силы можно упростить определенные рабочие процессы за счет сочетания агрегатов для отделки. Так, для отделки поверхности большинства искусственных кож применяется так называемая друла-установка (машина для печати и лакирования). Применяются также комбинированные установки, у которых несколько печатных валков расположены друг за другом, например два печатных валка и один валок для лакирования.
В связи с этим представляют интерес устройства, которые могут дублировать пленку с тканью и покрытием, а также одновременно осуществлять тиснение. Большое техническое значение имеют кашировальные агрегаты с устройством для тиснения, которые позволяют, например, соединять с носителем в одном рабочем процессе две пленки: одну печатную, а другую прозрачную (транспарентную) и в заключение эа этот же проход проводить тиснение, или матирование, или придание блеска поверхности искусственной кожи.
Подобные способы до сих пор применяются для ПВХ-пле- нок, а также для полиуретановой пленки при изготовлении искусственной кожи, столовой клеенки, покрытий для пола, стен (см. раздел 2.5).
В табл. 3.7 приведены возможные комбинации печати и тиснения.
ТРАНСПОРТИРОВКА И ХРАНЕНИЕ
Производство искусственной кожн является рациональным с точки зрения использования материала. Так, например,螫 среднем предприятии с ежегодным выпуском продукции 10 млн. м искусственной кожи ежедневно хранится или транспортируется 50Q т сырья, примерно 200 т полуготовых изделий и 2&0 т готовых изделий. Можно себе представить, что для хранения и транспортировки гфиведенного тоннажа необходимы многочисленные аппараты и устройства. Некоторые наиболее важные рассматриваются в этом разделе.
Устройства для транспортщ)овки и хранения ПВХ и наполнителей
Порошкообразные продукты, как, например, ПВХ и наполнители, могут транспортироваться по трубопроводам с помощью сжатого воздуха, нагнетаемого вентиляторами, воздуходувками или компрессорами. В зависимости от давл^ия сжатого воздуха (до 0,01, 0,05 и более 0,05 МПа) различают тр у б опроводы низкого, среднего и высокого давления.
В качестве загрузочных устройств и промежуточных хранилищ для ПВХ применяют бункера, представляющие собой резервуары с наклонными стенками и выпускным отверстием в нижней части.
В зависимости от концентрации порошкообразного твердого вещества в транспортирующем воздухе характер перемещения транспортируемого материала может быть разным. “
При транспортировке вследствие высокой скорости транспортирующего воздуха и незначительного взаимодействия твердых частиц порошкообразный материал распределяется равномерно по поперечному сечению трубопровода &нс. 4.1, 〃). При этом твердые вещества занимают менее 6% общего объема. Твердые вещества можно транспортировать на большие расстояния, но с небольшой скоростью.
Если концентрация твердого вещества составляет более 12%, что характерно для вихревого потока, то наблюдается равномерное рас- предел^тие этого вещества по поперечн ом у сечению круоопровода при незначительной скорости транспортирующего воздуха. При таких условиях говорят о транспортировке плотным потоком (рис. 4.1, б).
Эффективная транспортировка твердых веществ достигается на относительно небольшие расстояния.
Промежуточное положктие между рассмотр^тными двумя случаями занимает транспортировка смешанным потоком, которому присуще отложедие материала в трубопроводе (рис. 4.1, в), образование пучков прядей (рис. 4.1, г) и пробок (рис. 4.1, Э), т.е. нестационарное перемещение. “
Не каждый порошкообразный материал пригоден для хранения в бункет>ах. Предпосылкой для хранения в них является наличие определенной текучести материала. Текучесть как комплексное свойство о пре-
Рис. 4.1. Схемы транспортировки тонкой струей (〃)，плотным потоком (6), смешанным потоком с отлож^ием транспортируемого материала в трубопроводе (в), смешанным потоком_с образованием пучков и прядей (г), смешанным потоком с образованием пробок ⑷
Рис. 4.2. Схема бункера для хранения； 1 — фильтр; 2 — клапан для сброса избыточного давления; 3 — вдувной патрубок; 4 — указатель уровня наполнения; 5 — резервуар； 6 — спускное дно; 7 — подача разрыхляющего воздуха; § — стопорный шибер; 9 — шлюз с ячеистым барабанным затвором; 10 ~ вводный башмачок; 11 — подающий трубопровод делается следующими характеристиками порошкообразного материала: сыпучестью, углом естественного откоса, плотностью, распределением частиц по размерам, формой частиц, шероховатостью поверхности частиц, склонностью к образованию сводов и статического заряда, влажностью.
Из бункера сначала ссыпается (течет) порошок, который находится непосредственно над выпускным отверстием, в полое пространство. Если порошкообразный материал склонен к образованию сводов, то самопроизвольно он больше не перемещается в полое пространство над выпускным отверстием бункера и процесс прерывается. При постепенном отборе в самом верхнем слое иад выпускным отверстием образуется углубление, которое постоянно увеличивается и переходит в воронку, в которую постоянно ссыпаются следующие слои. Под конец слой, еще удерживающийся у стенки бункера, сползает по наклонным стенкам бункера в спускное отверстие. Таким образом, разгрузка бункера происходит от середины к стенкам бункера путем перемещения материала вниз.
При заполнении и разгрузке бункера могут образовываться зоны с частицами либо повышенной тонкой, либо повышенной грубой зернистости. Причина этого кроется в том, что грубые частицы быстрее скатываются по наклонным стенкам бункера и тем самым концентрируются у его стен, в то время как мелкие зерна собираются в середине. При отборе грубые зерна быстрее ссыпаются в воронку.
Чтобы предотвратить образование сводов и достичь равномерной разгрузки бункера, необходимы вспомогательные приспособления. Для небольших бункеров применяют ударные копотильиые устройства или электровибраторы. Слешгет обращать внимание на то, чтобы при постукивании или тряске из бункера одновременно отбирался порошкообразный материал, иначе вместо разрыхления можно получить уплотнение порошкообразного материала.
Для разгрузки больших бункеров служит выносное (спускное) дно, которое пристраивается на конусообразном выпускном дне бункера (рис. 4.2). Через пористую поверхность спускного дна сухой воздух, пульсируя, устремляется в бункер. При о Щ)ед еденной скорости воздуха порошок завихряется и ведет себя подобно жидкости, что облегчает отбор.
Как правило, большие бункера устанавливаются под открытым небом, что приводит к образованию конденсационной воды на стенках бункера в результате больших колебаний температуры. Этому явлению можно противодействовать, постоянно вводя в бункер через спускное дно небольшой поток сухого воздуха.
ПВХ поставляется чаще всего в бункерных вагонах по железной дороге.
На рис. 4.3 показана бункерная линия для ПВХ.
Для пнев мотранспортировки применяются ротационные воздуходувки (транспортировка при среднем давлении) и поршневые компрессоры (транспортировка при высоком давлении). Поскольку при сжатии воздух нагревается, то при необходимости его охлаждают в воздушных охладителях и сушат. Заданная температура воздуха не должна превы-
шаться, иначе отдельные частицы ПВХ будут слипаться, в результате чего в трубопроводе может возникнуть пробка.
Влажный транспортирующий воздух может повысить содержание влаги в ПВХ, что приведет к ухудшению его текучести и, кроме того, к ухудшению качества готовой искусственной кожи при использовании влажных компонентов (например, ухудшение структуры пены у вспененной искусственной кожи).
Для подачи транспортируемого материала его насыщают воздухом. При этом используют шлюз резервуара и шлюз с ячеистым барабаном затвора (шлюзовой затвор).
Все бункера опорожняются по принципу шлюза резервуара. Бункер с помощью пневмошланга подсоединяется к пневмоподающему трубопроводу. При этом транспортировка, разрыхление и создание давления в резервуаре бункера производится сжатым воздухом с давлением 0,1— 0,15 МПа. Точное дозирование отдельных воздушных потоков является предпосылкой для оптимальной транспортировки. Транспортировка происходит под высоким давлением как плотным, так и смешанным потоком.
ПВХ из мешков может сразу же высыпаться в напорный резервуар через специальную станцию. После закрытия отверстия для заполнения резервуара материал по этому принципу транспортируется дальше. Все шлюзы резервуара работают прерывно. Непрерывно в подающий конвейер транспортир уем ый материал может вводиться только с помощью шлюзов с ячеистым барабаном затвора, которые подключаются, как правило, к спускному дну бункера или к резервуару дозирующих весов.
Дозируемое количество материала определяется объемом и степенью заполнения отдельных ячеек и частотой вращения ячеистого барабана. Ячеистый барабан препятствует прониканию транспортирующего воздуха в спускное дно. Так как всегда нужно рассчитывать на некоторое количество воздуха, устремляющегося через щель, шлюзы с ячеистым барабаном затвора могут применяться только при транспортировке воздухом низкого и среднего дыхания.
В качестве подающих трубопроводов применяются чаще всего стальные трубы с диаметром от 80 до 100 мм. При этом важно, чтобы они располагались всегда горизонтально или вертикально, поднимаясь в направлении движения материала во избежание его отложений； Для щ>одувания образовавшейся пробки в длинных трубопроводах встраиваются вь1ходнь1е сопла, через которые может вдуваться транспортирующий воздух. В большинстве случаев транспортируемый материал оказывает давление на колено трубы, и для быстрой его замены в трубопроводе используются фланцевые соединения.
Рис. 4.3. Схема бункерной линии для ПВХ: “
;—уплотнитель; 2 — шланговое соединение; 3 — устройство для передвижения материала в бункере; 4 一 колено трубы; 5 一 бункер для хранения- 6 — дозирующие шнеки; 7 — дозирующие весы с дополнительным резервуаром; 8 — резервуар для смешения; 9 — смеситель; /0 — вентилятор (нагнетатель)
Для вьгборочной транспортировки по различным конвейерным линиям в трубопровод встраивают трубы с 2—6 отводами.
Например, порошок транспортируется в бункер для хранения вместимостью до 120 м2 , бункер суточной переработки или в резервуар для смешения, рункер для хранения снабжен фильтром, показателем уровня наполнения, предохранителем избыточного давления и вспомо- гательньгм спускным устройством. В сочетании с фильтром бункера для хранения могут служить одновременно как отделители транспортируемо- го материала. Подающий трубопровод касательно встроен в резервуар 录я хранения. Тем самым он действует как центробежный отделитель. 1раш:портирующии воздух через фильтр в бункере выбрасывается на ули- иу. В этом фильтре осаждаются мелкозернистые частички транспортируемого материала.,
Отбор из бункера для хранения происходит через спускное дно шлюза с ячеистым барабанным затвором. Дозирующие шнеки по- * Дают транспортируемый материал на авто матическ не весы. После взвешивания заданного количества готовая партия с помощью шнеков загружается в резервуары, в соответствующие смесители или далее пневмотранспортом в резервуары для смешения.
В современных бункерах для транспортировки и хранения ПВХ транспортирующие пути регулируются распределением ожидания. Все необходимые операции происходят автоматически.
По сравнению с транспортиров кой ПВХ в мешках бункера для ПВХ имеют следующие преимущества: отпадает потребность в рабочих, транспортировка и хранение происходят без пыли при незначительной потере материала, достигается высокая точность дозирования отдельных партий путем автоматизации транспортирования, сокращаются площади для хранения.
Устройства для транспортировки и хранения пластификаторов
Установка для хранения и дозирования пластификаторов показана на рис. 4.4. Для хранения и дозирования растворителей в принципе можно применять такую же установку, однако с точки зрения техни-
Рис. 4.4
для хранения и дозирования.~-£J
пластификаторов:I“
/ — пово зк а-цистер на; 2 — QQQG улавливающая ванна; 3 — 丁丁『* шланговое соединение; 4 —广己[.J .
насосная система; 5 — насос; ]| II 114—一 6 — счетчик объема; 7 —匕^匕^匕^七^
вертикальныйрезервуар;
8 — горизонтальный подземный резервуар; 9 — бетонная ванна； /0 — магнитный вентиль; 11 — резервуар для предварительного смешения;
7 2 — смеситель
ческой безопасности в качестве резервуара для хранения используется подземный резервуар. Пластификаторы и растворители поставляются в цистернах. Опорожняются оии с помощью насоСа и трубопроводов в иядяемный или подземный резервуар* Поставляемое количество может контролироваться с помощью счетчика объема. .
Чтобы избежать потерь пластификаторов и растворителей, их разливают из резервуара через улавливающие ванны, например стальные, в самом глубоком месте которых вделана запирающаяся спускная труба. В эту удтааттатпутп ванну встраивается фундамент для дорожного полотна (железнодорожиого или бетонного). Сточная труба впадает в отделитель легкой жидкости, где пластификатор и растворитель, не смешиваемый с водой, отделяется от дождевой воды, попявшей в улавливающую ванну. Если разливаются смешиваемые с водой растворители, то вся жццкость из улавливающей ванны должна собираться в схющюльном резервуаре.
Чтобы в случае аварии предотвратить проникание пластификатора или растворителя в землю, в районе нахождения цистерны, ее помещают в бетонную ванну. Все цистерны должны быть оборудованы показателем наполняемого уровня и устройством, предохраняющим переполнение.
При хранении растворителей необходимо соблюдать требования взрывобезопасности.
4.3. Устройства для транспортировки полуфабриката
В производстве искусственной кожн полуфабрикатом являются все рулонные материалы, например、ткань или пленка, а также пластикаты для покрытия, печатные краски и лаки. “
Л^щичным транспортирующим устройством для рулонных материа* лов, например волокнистой основы и основы с покрытием^ являются транспортные тележки для рулонов (рис. 4.5). На подвижной профильной стальной раме с вращающимся управляющим приспособлением 1 и подвесным сцеплением 2 расположены два подшипниковых упора 7. В подшипник вкладывается четырехгранная штанга 6, на которую насаживается намоточная шпуля 5. Подшипники вследствие возможного иепред- намеренного открывания предохраняются лопастным винтом. На сторо- нё, обращенной к управляющему устройству, находится сцепление 8 (закрытый четьп)вхгранник или цапфы с гшевматической шпонкой) для приведения в действие шпули на намоточной станции.
На управляющем устройстве монтируется дышло 3, которое служит для подсоединения тележки с дизельным или злектротягачом или с другой гран спор тн ой тележкой. Естественно, с помощью этого дышла тележку можно двигать вручную. Дышло остановленной тележки для
Рис. 4.5. Тележка для рулонов
рулонов с целью уменьшения необходимой установочной площади может откидываться вверх. Против случайного падения его встроено предохранительное устройство с предохранительной цепью 4. Благодаря относительно большим колесам из жесткой резины тележка для транспортировки может относительно легко передвигаться по укрепленному полу даже с небольшими неровностями.
Максимальный диаметр намотки составляет 100 см. С целью предотвращения отпечатывания основы на стороне покрытия рулон искусственной кожи не должен наматываться слишком туго. Указанный максимальный диаметр намотки полностью не должен использоваться. Практически используемый диаметр составляет 90 см. В зависимости от толщины полотна это соответствует длине рулона от 300 м (вспененная искусственная кожа толщиной 1,8 мм) до 1200 м (ткань).
При горизонтальном дорожном полотне одна единица подвижного состава может тянуть за собой до трех транспортных тележек с рулонами, в то время как одну транспортную тележку с рулонами могут передвигать два человека. ■
Для рационального использования площадей для хранения в высоких помещениях применяются Стойки для навоев, заимствованные из текстильной промышленности.
^Рулоны, снятые с петель транспортной тёлежки, подвешиваются в двойной конвейер. В зависимости от направления вращения стойки рулон движется дальше. В месте передачи может снова передаваться или сниматься со стойки новый рулон. Стойки могут проходить через несколько этажей. В промышленности искусственной кожи применяются различные стойки.
ПВХ-паъты для лицевых слоев попадают на агрегаты для нанесения покрытий в передвижных резервуарах для паст вместимостью до 500 л, из которых они дозируются через легкоочищаемую сливную воронку или насос для паст.
ПВХ-пасты для грунтовочного и вспененного слоев транспортируются к агрегатам для нанесения покрытий по трубопроводу. Предпосылкой для этого является редкая смена краски и ее состава, а также невысокое требование к постоянству цветового тона. Пасты, изготовленные в смесителях, свободно стекают в нижестоящие, снабженные мешалками запасные резервуары, или отсасываются насосами в резервуары с мешалками при одновременном обезвоздушивании.
Специальные насосы транспортируют пасты из запасных резервуаров или из резервуаров с мешалками к агрегатам для нанесения покрытия.
4.4. Устройства для хранения и транспортировки готовых изделий
Иск усственная кожа поставляется, как правило, в больших рулонах или в рулонах по 10■—30 м. С помощью измерительных машии для навоя она проверяется на наличие дефектов и сматывается в стандартные рулоны по 10—30 м, снабжается этикеткой и устанавливается на поддоны или транспортную тележку, которые отправляются на склад для хранения готовой продукции, где рулоны устанавливаются стоя или на поддонах со стойками.
При отправке продукции в грузовых автомобилях или вагонах поддоны или транспортные тележки подаются к средству передвижения, куда они загружаются вручную или частично с помощью конвейера.
В последние годы все большее применение находит новый вид отправки на стяжных поддонах. Рулоны иск усственной кожи устанавливаются на плоские поддоны. Согласно размерам, установленным по международным стандартам, их еще называют европейскими поддонами. Съемная вспомогательная конструкция на поддоне пр ед отвращает падение рулона и одновременно обеспечивает плотное расположение рулонов. Эти поддоны транспортируются к сжимной установке с горячим воздухом и устанавливаются на конвейер. Здесь на рулоны натягивается предварительно изготовленный чехол из жатой полиэтиленовой пленки. Затем на поддоне монтируется специальное натяжное устройство, также обеспечи-
вающее уплотнение рулонов и предотвращающее их падение в гтоцессе сжатия. Края чехла вокруг поддона временно закрепляются скобами На поддоне. Подготовленный таким образом поддон на конвейере подается в сжимающую установку. Чехол из пленки быстро нагревается, и поддон удаляется из сжимающей установки. При охлаждении чехол укладывается вокруг поддона с рулонами.
Таким образом получают плотное соединение рулонов, которое при последую щей транспортировке выдерживает все нагрузки. Вспомогательная конструкция, необходимая для процесса сжатия, может сш^ маться. Готовый после сжатия поддон подается на высокий секционный стеллаж с помощью конвейера. Подвижное устройство для управления стеллажом ставит поддон в предусмотренную секцию.
Если такой поддон нужно перегрузить, то с помощью устройства для управления загрузкой стеллажей его выгружают из соответствующей секции и транспортируют к месту передачи. Здесь автопогрузчик с вилочным захватом подвозит его к грузовику или вагону и оставляет на погрузочной платформе, где он может передвигаться с помощью тележки с ручным унрявлением до конечной позиции.
Благодаря применению таких сжимающих поддонов значительно сокращается ручной труд для транспортировки и хранения рулонов искусственной кожи. Одновременно рулоны защищаются от загрязнения и намокания. Продолжительность транспортировки, начиная от цеха до загрузки в транспорт, также значительно сок ращается. Эти преимущества компенсируют издержки на изготовление чехла, установку для сжатия и высокий секционный стеллаж с управляющим устройством.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода
Предисловие
Сырье для изготовления искусственных кож
Волокнистые основы
L .2. Красители■
Вспомогательные вещества
Пленкообразователи
Пластификаторы
Пигменты
Растворители
Порообразователи:
Кик еры
Стабилизаторы
Мягчители
Наполнители...：
Прочие вспомогательные вещества
Оборудование
Машины для подготовки основы
Машины для приготовления покрывных масс
Машины для транспортировки жидкостей и газов
Установки для нанесения покрытий
Установки для получения искусственных материалов формованием из расплава
Оборудование для отделки поверхности кож
Вспомогательное оборудование■•
Технологические процессы производства иск усственной кожи и пленки
Общая схема производства искусственной кожи
Подготовка основы
Изготовление пленкообразующих ПВХ-композиций для покрытий
Изготовление полиуретановых покрытий
Нанесение покрытий
Изготовление искусственной кожи основных видов
Изготовление пленки
Отделка поверхности иск усств енн ой кожи и пленок
Транспортировка и хранение
Устройства для транспортировки и хранения ПВХ и наполнителей
Устройства для транспортировки и хранения пластификаторов
Устройства для транспортировки полуфабриката
Устройства для хранения и транспортировки готовых изделий
->i )) 1236405 78 900
56 99 2224566 66 6 7 7
0 18 7 1
7 7 7 9 1
3 19
3 4 4
1 1 L
о 12
6 66
1 и
6 4 3 18 9 1
6 8 9 11 2 4
111222 2
24242424
1 456
количества^ (одного или двух) компонентов для приготовления пленкообразующей композиции. Однокомпонентные полиуретаны являются пленкообразующими, а двухкомпонентные могут образовать пленки только после смещения олигомерных жидких продуктов со вторым компонентом — диизоцианатом в качестве удлинителя цепей. (Прим, ред. пер.). "
AUTORENKOLLEKTIV
(№@11®[§ШИ 躯
Kunstledertechnlli
Mit 151 Bildern und 30 Tabellen
ИСКУССТВЕНЫХ
ш
ПЕРЕВОД С НЕМЕЦКОГО
С.И. КОНСТАНТИНОВОЙ, Н.И. ВОДОЛАГА, В.И. КОЧЕРГИНОЙ
Под редакцией
Москва Легпромбытиздат 1986Москва Легпромбытиздат 1986канд. техн, наукА.А. Касьяновой, инж. Н.Ю. Водолаги
Москва Легпромбытиздат 1986
Москва Легпромбытиздат 1986
VEB FACHBUCHVERLAG LEIPZIG
ББК 37.253
П 80с、
УДК 675.92 (430.2)
Пр оизв одств о искусственных кож. Пер. с П 80 нем./Хуфнагель В., Леман Р., Майнель К.-Х. ■ и др. — М., Легпромбытиздат, 1986. — 248 с.: ил.
Описаны основное сырье, исходаые материалы, оборудование, технология изготовления, техника укладки и транспортировки искусственных кож основных видов. Для мастеров и рабочих промышленности искусственных кож и пленочных материалов.
ББК 37.253ББК 37.2533104000000 —090
ББК 37.253
ББК 37.253
———90 - 86
044(01) -86
ПЕРЕВОДНОЕ ИЗДАНИЕ
Вальтер Шуман Хельмут Шустер Готтфрид Улиг Иоганнес ВельманВальтер Шуман Хельмут Шустер Готтфрид Улиг Иоганнес ВельманВольфганг Хуфнагель
Вальтер Шуман Хельмут Шустер Готтфрид Улиг Иоганнес Вельман
Вальтер Шуман Хельмут Шустер Готтфрид Улиг Иоганнес Вельман
Рудольф Леман Карл-Хайнц Майнель Зигхард Рихтер
ПРОИЗВОДСТВО ИСКУССТВЕННЫХ кож
Редактор А.И. Цветкова
Художник Л.К. Овчинникова
Художественный редактор В.В. Зеркаленкова
Технический редактор Г.А. Алавина
Корректор А .И. Гурьшева
ИБ № 1114
Сдано в набор 07.04.86. Подписано в печать 30.06.86.Форл«ат 60 X 90 1/16. Бумага офсетная № 2. Гарнитура Сенчери. Офсетная печать. Объем 15,5 пл. Усллл. 15,5.
Усл.кр.-отт. 15,5.Уч.41здл. 18,0. Тираж 3000 экз. Заказ 1488Цена 1р. 5 0к.
Издательство **Легкая промышленность н бытовое обслуживание .
113184, Москва, М-184, 1-й Кадашевский пер., д. 12
Московская типография № 6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
109088, Москва, Ж-88, Южнопортовая ул.» 24.
© Veb Fachbuchverlag Leipzig, 1981
© Перевод на русский язык с сокращениями **Легкая промышленность и бытовое обслуживание**, 1986