三 熔纺原理概要1.docVIP

第三章 熔纺工艺原理 3.1 熔体纺丝运动学和动力学 稳态纺丝 纺丝过程中各种参数（速度场、应力场、温度场等）只是空间坐标的连续函数，不随时间改变。 数学表达式 连续性方程 在稳态纺丝条件下，纺丝线上的任意一点，每一瞬间流经的高聚物质量相等。 数学表达式 喷出处 任意处 卷绕处 一、纺丝线上直径、速度、速度梯度的变化 熔体从喷丝孔喷出到卷绕我们可以看到的四种现象： 从喷出的熔体变成凝固的纤维 喷丝孔直径0.25~0.5mm，纤维直径几十微米 由熔体温度降至室温。 熔体喷出速度几米～二十几米/分，卷绕速度1000～6000米/分 几种熔纺高聚物密度： PA-6 PET PP 纺丝中的温度测量：红外辐射温度计、加热比较式热电偶温度计 直径的变化测量： 高速摄影仪、激光散射仪、夹丝器 根据纤维的直径和密度便可求出纺丝线上各处的纺速。 纺丝线上各区的特点及对成形的影响： Ⅰ区 挤出胀大区 x 10 mm Vx↓ 增大直至Dm. Ⅱ区 形变区（细化区） x=50~150cm Vx↑ ↓ 并出现极大值 ↑ T高、小、形变大、V(x)增加快，大部分形变在此发生 ↓ 直至固化点，T逐渐接近固化温度，↑ ↑ 形变困难。 Ⅱ区是拉伸形变主要区域，是成形的关键区域。决定了初生纤维的尺寸和内在结构 Ⅲ区 等速行进区 xxe (固化点) 纤维基本固化。，结构进一步完善。 二、纺丝线上的受力分析 （一）轴向力平衡 Fr(0)——出口处流变阻力 rheological resistance Fi ——需要克服的惯性力 inertial force Fg ——重力 gravitational force Fs ——需要克服的表面张力 surface tention Fext(L) ——卷绕张力 external tensile force Ff ——空气对丝条的摩擦阻力 friction resistance Fr(x) ——纺丝线上的流变力或流变阻力 在纺丝线上取不同的段落，力平衡方程式的形式略有不同 0－X段 Fr(X) + Fg(0-X) = Fr(0) + Fi(0-X) + Fs(0-X) + Ff(0-X) X－L段 Fext(L)+Fg(X-L) = Fr(X) + Fi(X-L) + Fs(X-L) + Ff(X-L) 0－L段 Fext(L) + Fg(0-L) = Fr(0) + Fi(0-L) + Fs(0-L) + Ff(0-L) （二）诸力分析（按0－X段分析） 1．重力Fg 喷丝板出口（x=0）至纺程x处丝条的重量 ——丝条密度 g ——重力加速度 d(x) ——丝条直径 2．表面张力Fs 由纤维表面积变化引起的，纤维由粗到细，比表面增大。 －比表面张力（达因/cm） 熔纺Fs很小，Fs 1% Fext 3. 惯性力Fi 由速度的变化引起的，相当于动量的增加。 设：平均加速度， t时间被加速的熔体质量 根据牛顿第二定律 Fi(0-x)＝m(0-x)==W(Vx－V0) Q、W分别为熔体的体积流量和质量流量。 4. 摩擦阻力Ff 丝条在介质中运动时，丝条表面与介质间的相对运动所产生的摩擦阻力。 （－作用在丝条表面的剪切应力） 5. 卷绕张力Fext 可以用张力计直接测量。 三、纺程上力分析的意义 1、根据力平衡方程式可以求出流变力及拉伸粘度（举例PET） 使用激光散射仪测纤维直径，补偿式接触温度计测量丝条温度，数据如下： X （cm） 27.9 44.4 52.4 68.6 82.9 91.4 温度T（℃） 148 105 90 63 42 30 直径d（cm×10-3） 17.88 9.61 8.56 8.01 7.94 7.93 测得 泵供量0.0166 g / sec. 孔 卷绕速度 VL＝278.5 cm/sec 卷绕张力 Fext=1.39×10-3 N 卷绕处长度L＝100 cm 又知，介质比密粘度 比表面张力 空气密度 以x=27.9cm 取x－L段为例 （1）Fi＝W（VL－V27.9） 由T可以解出 Fi＝0.0166(278.5－57.7