三熔纺原理分析.docx

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第三章 熔纺工艺原理

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，不随时间转变。

数学表达式 ?

?t

?V?X?.??X?.T?X?...?.?..0

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

?AV??AV??

0 0 0 x x x L

AV?常数

L L

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：

①从喷出的熔体变成凝固的纤维

②喷丝孔直径0.25~0.5mm，纤维直径几十微米

③由熔体温度降至室温。

④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 ??1.1238?5.66?10?4T

PET ??1.356?5.00?10?4T

PP ??0.8970?5.99?10?4T

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

依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：

x mⅠ区挤出胀大区 x10mm V↓d?x?增大直至D. ???X??

x m

Ⅱ区形变区〔细化区〕x=50~150cm

V↑ d?x?↓ ???X??0

并消灭极大值d???x?

d2V?x?

x ? ?0

dx dx2

d2V?x?

0

dx2

d2V?x?

?0

???X?↑x?10cm T高、?小、形变大、V(x)增加快，大局部形变在此发生

???X?↓直至固化点，T渐渐接近固化温度，?↑?↑形变困难。

dx2

Ⅱ区是拉伸形变主要区域，是成形的关键区域。打算了初生纤维的尺寸和内在构造

Ⅲ区等速行进区 xxe(固化点) 纤维根本固化。dV?X??0，构造进一步完善。

dx

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 resistanceFi ——需要抑制的惯性力 inertial force

Fg ——重力 gravitational forceFs ——需要抑制的外表张力 surface tention

Fext(L)——卷绕张力 external tensile forceFf ——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〕

重力F

g

喷丝板出口〔x=0〕至纺程x处丝条的重量

πd2?x?

F(0?x)??x??x?g dx

g 0 4

??x?——丝条密度

g ——重力加速度

d(x)——丝条直径

外表张力Fs

由纤维外表积变化引起的，纤维由粗到细，比外表增大。

F (0?x)?2π?R?0??R?x??? ?－比外表张力〔达因/cm〕

s

熔纺Fs很小，Fs1%Fext

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?(0

?x)?

V?V，

x 0

t

t时间被加速的熔体质量m??Qt

依据牛顿其次定律F(0-x)＝m?(0-x)=?Q(V ?V)=W(V－V)

i x 0 x 0

Q、W分别为熔体的体积流量和质量流量。

摩擦阻力F

f

丝条在介质中运动时，丝条外表与介质间的相对运动所产生的摩擦阻力。

F(0?x)??x?

f 0

πd

rx.s?x?

?x?

dx 〔?

rx.s

－作用在丝条外表的剪切应力〕

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、依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.