復合紡絲擠出脹大過程的力學模型及機理的研究.pdf

1、我國是世界最大的紡織品生產(chǎn)和出口大國，紡織纖維加工量占世界總量的35％以上。國家把“紡織業(yè)振興規(guī)劃”提到了關(guān)乎國計民生的高度。然而，我國化纖行業(yè)在差別化纖維、復合纖維等方面的技術(shù)與歐美發(fā)達國家還有一定差距，導致產(chǎn)品的國際競爭力不強，根本原因還是在于相關(guān)基礎(chǔ)研究薄弱的問題。聚合物熔體紡絲的擠出脹大機理對纖維成型及性能具有很大影響。由于多組分紡絲過程相界的邊界條件、牽伸速率、冷卻傳熱等因素的影響，使多組分熔體在擠出過程中更加復雜，成為多組分

2、熔體共擠出的研究重點。
　　 在紡絲過程中，擠出脹大對纖維截面的形狀和尺寸起著重要作用，而擠出脹大比的大小受噴絲微孔的幾何尺寸(如入口角、長徑比、擠出速率等)的影響。
　　 本課題以高聚物流變學為理論基礎(chǔ)，對非牛頓流體的共擠出流動過程的有限元模擬技術(shù)進行了研究，主要研究了在不同的微孔入口角、不同的微孔長徑比及不同的拉伸速率下，多組分熔體從圓形噴絲微孔中共擠出時的擠出脹大現(xiàn)象的規(guī)律。本課題基于Polyflow流體動力學軟件

3、模擬了不同微孔結(jié)構(gòu)及不同流量比下，多組分熔體共擠出時的界面的偏移情況。
　　 本文首先介紹了紡絲熔體在流動過程中出現(xiàn)的彈性行為以及產(chǎn)生這些行為的理論依據(jù)，并重點介紹了這些彈性行為中的擠出脹大現(xiàn)象，該現(xiàn)象對纖維性能具有很重要的影響，利用幾何分析法推導了復合熔體共擠出時的速度分布，從而導出復合共擠出的擠出脹大比；然后根據(jù)共擠出成型的特點，基于聚合物流變學、流體動力學的理論基礎(chǔ)，經(jīng)過合理的假設，建立了描述粘彈性聚合物熔體傳統(tǒng)共擠出成型

4、的三維粘彈性理論模型，結(jié)合流體動力學的有限元算法，用Polyflow軟件模擬了在不同紡絲條件下熔體共擠出時的流動情況。模擬結(jié)果表明：各組分熔體流量的變化對共擠出物的截面有重要影響；口模的結(jié)構(gòu)變化對共擠出脹大有一定的影響，當長徑比較小時，入口角的大小對擠出脹大有一定的影響，而隨著微孔的長徑比的增加，入口角的大小對擠出脹大比的影響變得很不明顯，即入口角對擠出脹大的影響隨著長徑比的增大而逐漸消失；隨拉伸速率的增加，熔體沿擠出方向的速度梯度也會