化学纤维的纺丝成型原理.ppt

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1、第四章化学纤维的纺丝成型原理4.1概述化学纤维的成型是将纺丝流体（聚合物熔体或溶液）以一定流量从喷丝孔挤出，固化而称为纤维的过程。熔体纺丝干法纺丝湿法纺丝4.1.1化纤成型的基本步骤和主要变化A、基本步骤（1）纺丝流体在喷丝孔中的流动；（2）挤出细流中的内应力松弛与流场的转变，即纺丝流体从喷丝孔中的剪切流动向纺丝线上的拉伸流动的转化；（3）丝条的单轴拉伸流动；（4）纤维的固化。B、主要变化（1）几何形态上的变化纺丝流体通过喷丝孔挤出的变化；纺丝线上的横截面形状的变化（2）物理状态的变化聚合物的溶解和熔化；纺丝流体的流动和形变；丝

2、条的固化和结晶；拉伸流动中的取向；纺丝过程中的扩散、传热和传质。（3）化学结构的变化主要发生在再生纤维的纺制过程中。4.1.2纺丝过程的基本规律（1）纺丝线上的任何一点，聚合物的流动是稳态的和连续的。纺丝线：纺丝细流与固化纤维的总称，与纺程是不同的。稳态的：纺丝线上任何一点的状态参数不随时间而变化。d(V、T、P、C)/dt＝0连续的：在稳态条件下，在某一时刻，纺丝线上任何一点所流经的质量是相等的。ρ0V0A0＝ρLVLAL＝ρVA＝常数熔体纺丝ρAV=常数溶液纺丝ρAVCi=常数（2）纺丝线上的主要成型区域内，占支配地位的形态

3、是单轴拉伸。喷丝孔中的剪切形变对成型的影响不大。（3）纺丝过程是一个状态参数（T、P、C）连续变化的非平衡动力学过程。纤维的结构性质依赖于状态变化的历史，依赖于路径。（4）纺丝动力学包括几个同时进行并且相互联系的单元过程。传动、传热和传质与纤维结构性质的变化是同时进行的。4.1.3纺丝流动的可纺性A、定义可纺性：流体在拉伸作用下形成连续细长丝条的能力.可纺性问题实质上是一个单轴拉伸流动的流变学问题.可纺性是成纤聚合物的必要条件，而不是充分条件。成纤聚合物还必须具有热稳定性、化学稳定性和物理力学性质。可纺性理论：决定最大丝条长度χ

4、*的断裂机理.至少有两种:(1)细流最大的拉丝长度χ*(2)细流的断裂伸长比L(tB)/L(o)(3)最大喷丝头拉伸比(VL/V0)max可纺性的评定B、理论Ziabicki认为聚合物的断裂主要有2种，内聚断裂和毛细破坏。（1）内聚断裂:也叫脆性断裂当储存的弹性能密度超过某临界值W*(相当于液体的内聚能密度K)时，流体便发生破坏。线性粘弹体的断裂条件为：W*=σxx/2E≈K由内聚破坏所决定的最大拉丝长度Xcoh=1/2[ln(2k/E)-2ln(V0τξ)]/ξ式中：V0——流体挤出速度，ξ——拉伸形变梯度=d(lnV)/dx

5、，τ——松驰时间内聚能密度K↑，ξ、V0及τ↓xcoh↑（2）毛细破坏当液体表面张力引起的扰动及其滋长和传播导致毛细波发展到振幅δ(x*)等于自由表面无扰动丝条的半径R(x*)时，流体便发生破坏。由毛细破坏所决定的最大拉丝长度xcap≈2ln(R0/δ0)/[ξ+(8α/ρV0R0)]┅┅η极小、α很大时≈[2ln(R0/δ0)-(2α/3ηV0R0ξ)]/ξ┅┅η极大、α较小时毛细破坏：毛细破坏的条件为：δ(x1)=R(x1)x1=x**x1=x原则上,这两种断裂机理都能独立地对丝条的断裂起作用.两种断裂机理起控制作用的条件:

6、η、V0较小时毛细破坏起控制作用η、V0较大时内聚破坏起控制作用在某一中间范围χ*有极大值,可纺性最好4.1.4挤出细流的类型随着纺丝流体的粘弹性和挤出条件的不同，有4种类型。液滴型定义挤出细流一滴一滴的挤出来的类型，叫做液滴型条件内因：纺丝流体本身的α/η≥10-2cm/s时，α/η↑→可能性↑外因：T↑→η↓→可能性↑；v0↓、R0↓→可能性↑。措施T↓→η↑→可能性↓；Q↑→v0↑→可能性↓。降低温度或增加泵供量可以避免（2）漫流型挤出细流在喷丝板表面舒展开来的挤出类型，叫做漫流型随着粘度η↑、表面张力α↓，以及喷丝孔径R

7、0↑和挤出速度v0↑的增加，挤出细流由液滴型向漫流型转变。定义条件措施由于在喷丝板表面舒展，从而使细流间相互粘连，会引起丝条的周期断裂和毛丝，因此要避免。v0≥vcr→漫流型↓。注意：R0↓、η↓→vcr↑→漫流型↑。a、在喷丝板表面涂硅树脂，减小表面张力，降低可能性；b、降低纺丝温度，使丝条的粘度上高，以降低可能性；c、提高泵供量，使挤出速度提高，以降低可能性。(3)胀大型挤出的细流在孔口处发生胀大，但不依附于喷丝板面的挤出类型，叫做“胀大型”。细流的最大直径与喷丝孔的直径之比，叫做“胀大比”B0。纺丝流体出现孔口胀大现象，是

8、由于纺丝流体的弹性。一般纺丝流体的胀大比B0为1～2.5；个别的高达7定义胀大比B0（4）破裂型在胀大型的基础，丝条如果继续提高挤出速度，挤出细流则会因均匀性的破坏而转化为破裂型。不管是熔纺，还是湿纺，初生纤维的外表呈现出波浪形、鲨鱼皮形、竹节形或螺旋形畸变，甚