柔性化熔融纺丝关键技术研究

发布时间：2020-07-10 03:25

【摘要】：据统计,2017年全球化纤总产量达到6694万吨,中国化纤产量4714万吨,增长5%,占全球化纤产量的71%,连续多年稳居世界第一。在化纤产量增加的同时,化纤产品的开发更加迅速,产品种类更加丰富,产品的附加值得到进一步提高。柔性化熔融纺丝是指在同一纺丝设备上,采用或更换不同的功能模块或装置,生产出多品种纤维的技术。它包含设备柔性化,工艺柔性化和产品柔性化。纺丝工艺是限制柔性化纺丝生产的主要因素,当纺丝设备扩大产品规格的生产范围时,要考虑该品种与现有设备的生产工艺的匹配问题,保证新开发的纤维品种能实现生产的稳定性。本文从纺丝组件设计和纤维性能分析入手,结合纤维的生产工艺,基于多组分柔性化复合纺丝试验平台,开发了同板异形纤维和原液着色多色丝,进一步丰富了试验平台的生产品种,为柔性化纺丝的工业生产提供一定的借鉴作用。在同板异形纤维的生产中,纤维的挤出成形较为复杂,本文从聚合物流变学理论研究入手,运用纺丝熔体挤出成形的基本方程,基于异形喷丝板的常规设计方法,设计了圆形-三叶形同板异形喷丝板,使用POLYFLOW软件对同板异形纤维的纺丝熔体进行数值模拟,分析了熔体在不同孔形微孔中剪切速率、压力以及速度的差异。观察实验室制备的同板异形纤维的截面可得:增大纺丝流量,圆形纤维的均匀性提高,但三叶形纤维的异形度明显降低;提高纺丝速度可以明显提高三叶形纤维的异形度。论文从单丝纤度,纤维结晶度等因素对同板异形纤维的力学性能进行研究。首先,对纤维拉伸的理论模型进行研究,运用拉伸的本构关系,然后,使用POLYFLOW软件对同板异形纤维的丝条温度和结晶度进行数值模拟,得出了丝条温度沿纺程的变化规律。对同板异形纤维进行冷拉测试,发现随着纤维纤度的增大,纤维的屈服点上移,对应的屈服强力和断裂强力也随之增大。对同板异形纤维样品进行结晶度测试,发现纺丝流量相同时,纤维的单丝纤度对结晶度影响不大;纤维的截面形状对结晶度的影响也不大,这与结晶度的数值模拟结果相吻合。对于同一形状的纤维,随着纤维结晶度的降低,纤维的屈服点下移,纤维的屈服强力和断裂强力也降低。对原液着色多色丝进行研究,基于多色丝的配色原理,从丝束中不同颜色单丝的位置分布考虑,设计了几种不同的流道形式,选择了同心圆分配形式的流道。通过POLYFLOW软件的数值模拟优化,设计并加工了多色丝的纺丝组件,基于多组分柔性化复合纺丝试验平台,制备了原液着色多色丝,证明了多色丝生产工艺流程的可行性。原液着色多色丝无需进行染整加工,能极大地降低生产成本,减少对环境的污染与破坏,极具经济价值和环保价值。纺制的原液着色多色丝经3000 m/min的牵伸速度可形成POY丝,其总色差能满足工业化生产中的要求,对原液着色多色丝的工业化生产具有指导意义。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ340.64
【图文】：

模型图,模型,总应变,成阻

图 2-1 Maxwell 模型d d =1 d d + 为总应变，E 为弹簧的弹）模型和一个牛顿粘壶并联而成阻力之和，总应变等与两σEη

三元件模型,本构关系

图 2-3 三元件模型a）的本构关系式： 1 1+ 2 d d + 1 2 1+ 2 = 1+ 2 d d + b）的本构关系式： ( 1+ 2) 2 d d + 1 = 2 d d + 1、 2分别为两个虎克弹簧的弹性模量。四元件模型

模型图,模型,急弹性,弹性塑性

图 2-4 四元件模型维的变形除了急弹性和缓弹性塑性变形，这种变形是不可恢克弹簧 1的变形、开尔文模和，该模型的本构关系式：d2 d 2+ 1 2 (1 + 2 1+ 2 3) d d +型壶元件组合起来的力学模型， 2d2 d 2+ = 0 + 1d d + 2dd

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