Processo di produzione della fibra di PVA
Scopo di questo report
Questa sintesi illustrata spiega un tipo di percorso produttivo della fibra di PVA. Si concentra sulla preparazione della soluzione acquosa di PVA per la filatura, sulla filatura a umido, sulla coagulazione con solfato di sodio, sullo stiro, sull’essiccazione, sul trattamento termico e sulla struttura finale della fibra.
2. Filatura a umido e coagulazione
La soluzione di filatura riscaldata viene inviata a una macchina di filatura verticale. Viene forzata attraverso migliaia di piccoli fori della filiera in un tubo verticale riempito con un bagno di coagulazione acquoso di solfato di sodio. L’acqua diffonde fuori dai getti di PVA e il bagno salino concentrato trasforma i getti liquidi in filamenti solidi.
La geometria della filiera viene scelta in base al prodotto richiesto.
Nel tubo verticale, il liquido di coagulazione risale dal basso. Il trascinamento dei filamenti e il troppo pieno del bagno vengono regolati affinché la coagulazione proceda in modo uniforme senza eccessivi disturbi idrodinamici.
La configurazione descritta mantiene la velocità del getto di polimero al di sotto di circa 5 m/min e limita la differenza relativa di velocità tra i filamenti e il bagno in risalita.
L’acqua che entra nel bagno dalla soluzione di filatura viene rimossa tramite un evaporatore, mentre il solfato di sodio viene reintegrato per mantenere la concentrazione richiesta.
Controllo del bagno di coagulazione
Il primo bagno viene normalmente fatto funzionare vicino alla saturazione del solfato di sodio, di solito a 40-50 °C.
Un’elevata concentrazione di solfato di sodio favorisce una coagulazione rapida, riduce l’adesione reciproca tra i filamenti e in generale migliora la tenacità.
Una concentrazione più bassa del bagno può rendere più circolare la sezione della fibra, ma il processo diventa meno stabile perché i filamenti adiacenti possono aderire tra loro.La temperatura del bagno è fondamentale: al di sotto dell’intervallo raccomandato la coagulazione rallenta e il solfato di sodio può precipitare; un aumento della temperatura migliora in genere la circolarità della sezione.
1. Preparazione della soluzione di filatura
La resina di PVA viene pesata e lavata con acqua fredda per rimuovere i residui idrosolubili, in particolare acetato di sodio e idrossido di sodio.
Dopo il lavaggio, una vite decantatrice regola il contenuto d’acqua prima che il materiale venga trasferito a una tramoggia e dosato nel dissolutore.
Viene aggiunta una quantità controllata di acqua. La miscela viene riscaldata con vapore fino a circa 100 °C e agitata per diverse ore fino al completo scioglimento.
La soluzione industriale di filatura viene normalmente mantenuta a circa 14-16% in peso di PVA. Un grado di polimerizzazione vicino a 1.700 è indicato come tipico per la produzione industriale della fibra.
La soluzione passa attraverso una prima filtropressa, un serbatoio riscaldato di disaerazione, un secondo filtro e un serbatoio di controllo prima di raggiungere la macchina di filatura.
Per evitare la formazione di gel e mantenere un flusso stabile, i serbatoi di preparazione e le tubazioni vengono mantenuti caldi; il documento indica temperature superiori a 90 °C e una viscosità operativa di circa 4-15 poise a 90 °C.
3. Stiro, essiccazione e trattamento termico
Dopo l’uscita dal primo bagno di coagulazione, il tow di filamenti viene trascinato da rulli, stirato in aria e fatto passare attraverso un secondo bagno caldo di solfato di sodio per lo stiro umido a caldo. La soluzione salina residua viene spremuta dal tow e la sua larghezza e il suo spessore vengono uniformati prima dell’essiccazione.
L’essiccazione viene eseguita sotto tensione su sistemi di rulli riscaldati, usando aria calda in circolazione o calore radiante.
Il flusso di processo mostrato nel documento prosegue con ulteriore stiro, trattamento termico e avvolgimento.
Lo stiro allinea le catene molecolari del PVA ed è essenziale per aumentare la resistenza.
Un’elevata velocità iniziale di filatura migliora la produttività ma riduce il rapporto di stiro applicabile successivamente e può diminuire la tenacità. La produzione di fibre ad alta tenacità favorisce quindi una velocità di filatura relativamente bassa seguita da un elevato rapporto di stiro.
4. Main operating parametersmeter
Value indicated
5. Morfologia e prestazioni della fibra
La fibra PVA prodotta per filatura a umido in un bagno di solfato di sodio sviluppa una caratteristica struttura pelle-nucleo. Lo strato esterno si forma per primo ed è relativamente denso, mentre l’interno rimane più poroso nelle fasi iniziali di coagulazione e disidratazione. Le sezioni risultanti sono spesso irregolari o a forma di rene, piuttosto che perfettamente circolari.
L’aumento della concentrazione della soluzione di filatura del PVA migliora generalmente la circolarità della sezione, anche se una concentrazione eccessiva aumenta la viscosità e riduce la processabilità.
L’aumento della temperatura del bagno di coagulazione rende anch’esso la sezione più circolare.
Una maggiore concentrazione di solfato di sodio aumenta in generale la tenacità, mentre una concentrazione più bassa può migliorare la circolarità ma aumenta il rischio di adesione tra filamenti.
Un raffreddamento sperimentale in acqua fredda dopo un bagno ad alta temperatura che ha aumentato la tenacità da 7,13 a 10,4 g/d e l’allungamento dal 6,5% all’11,5%. Si osserva inoltre che questo metodo ad alta temperatura non era ancora consolidato per la produzione ordinaria a causa di difficoltà impiantistiche e operative..
Sequenza industriale semplificata
Polvere di PVA → lavaggio → disidratazione → dissoluzione → filtrazione → disaerazione → seconda filtrazione → estrusione attraverso la filiera → coagulazione con solfato di sodio → raccolta → stiro umido a caldo → rimozione del sale / uniformazione del tow → essiccazione sotto tensione → ulteriore stiro → trattamento termico → avvolgimento
L’obiettivo tecnico essenziale è bilanciare una coagulazione rapida e uniforme con una sufficiente stirabilità. Temperatura stabile della soluzione, composizione del bagno e velocità di filatura controllata sono quindi elementi centrali per ottenere fibre PVA forti e uniformi.
