紡絲成形過程中聚合物熔體壁面滑移的研究.pdf

1、壁面滑移是聚合物熔體粘彈性在基礎(chǔ)加工中呈現(xiàn)出的一種復(fù)雜流變行，是指聚合物熔體在流道壁面承受的剪切應(yīng)力超過某一臨界剪切應(yīng)力時，熔體將沿著壁面產(chǎn)生滑動。在傳統(tǒng)分析熔體在流道內(nèi)的流動狀態(tài)時常常忽略壁面滑移現(xiàn)象，而隨著微注塑成型行業(yè)的不斷發(fā)展，微尺度效應(yīng)下的滑移現(xiàn)象越來越得到重視，相繼也進(jìn)行了一些試驗研究。但在纖維紡絲成形理論里尚且還沒有這方面的報道，尤其在熔融紡絲技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)有的高速紡，甚至超高速紡時，熔體在噴絲板微孔內(nèi)的滑移現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，

2、這導(dǎo)致聚合物熔體具有特殊的流變行為。因此本文針對聚合物熔體在噴絲板微孔內(nèi)的滑移現(xiàn)象進(jìn)行研究，確定課題的主要研究內(nèi)容如下。
　　一、研究了微尺度情況下的壁面滑移，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型；并分別分析了壁面滑移在低剪切和高剪切情況下的流變狀態(tài)；討論不同孔徑、表面粗糙度、溫度等因素對滑移流動的影響。
　　二、對聚合物熔體壁面滑移現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬?；贜avier滑移模型分析熔體存在滑移情況下的流變狀態(tài)，并對不同微通道尺寸及體積流量下的熔體

3、流動進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：熔體在存在滑移時的注塑壓力及壁面表觀剪切速率均得到降低，而且孔道內(nèi)沿橫截面方向的速度梯度也不斷減?。浑S著微通道特征尺寸的減小，熔體壁面滑移現(xiàn)象也隨之加大；模擬不同體積流量下的流動行為得出熔體滑移速度隨著剪切應(yīng)力呈冪函數(shù)的遞增關(guān)系。最后對不同滑移因子下熔體在微孔內(nèi)的速度、壓力、粘度、剪切速率的分布及擠出脹大現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　三、分別實驗研究PET和PA6熔體在低剪切速率和高剪切速率下的壁面滑移現(xiàn)象

4、，討論剪切應(yīng)力、表面粗糙度對壁面滑移速度的影響?；贛ooney方程分別計算出PET和PA6熔體在兩種剪切速率范圍內(nèi)的滑移速度，同時根據(jù)不同滑移因子下熔體壓力降與實驗壓力降的最小標(biāo)準(zhǔn)誤差來確定不同狀況下Navier模型的滑移因子，最后總結(jié)出兩種熔體在滑移情況下發(fā)生熔體破裂的臨界剪切速率值。結(jié)果表明：兩種熔體在高剪切速率下的滑移現(xiàn)象要明顯高于低剪切速率下的滑移現(xiàn)象，通過計算得出的熔體壁面滑移速度隨著剪切應(yīng)力的增加而明顯提高，兩者之間呈冪函

5、數(shù)關(guān)系；隨著微通道尺寸減小，熔體壁面滑移因子也隨之減小，表現(xiàn)出更強的滑移現(xiàn)象，與理論結(jié)果相符；不同微通道尺寸下紡絲熔體發(fā)生破裂的臨界剪切速率不同，隨直徑變化呈冪函數(shù)遞減趨勢，以0.2mm噴絲板為例，PET和PA6熔體發(fā)生破裂的臨界剪切速率可以達(dá)到22683.4s-1和23167s-1。
　　四、基于滑移理論成立的情況下，對聚酯熔體在不同孔徑噴絲板內(nèi)進(jìn)行接近臨界剪切速率值的紡絲成形實驗，并測試?yán)w維的力學(xué)性能，討論剪切速率對紡絲成形的