熔体泵用于纺丝工艺的原理

2020-09-10

熔体泵用于纺丝加工技术的原理。

01.

熔融纺丝的定义和应用领域。

将高分子材料加热熔融成具有一定粘度的纺丝熔体,用纺丝泵连续对称挤出到喷丝板,根据喷丝板的微孔压出成为薄带流,然后在气体或水中冷却冷凝,按分纱进行纺丝。

02.

熔融纺丝工艺流程。

熔融纺丝分为直接纺丝法和切片纺丝法。

立即纺丝是将聚合的聚合物熔体立即送去纺丝;切片纺丝,需要在纺丝前预先准备好聚合物幂律流体,如流延带、造粒等,然后送去纺丝。

熔融纺丝工艺的要点包括:

纺丝熔体的制备;熔体通过喷丝头钢板的眼内压较高——熔体滴流的产生;熔体流被拉长和变窄,被冷却和冷凝;固体长丝涂油复卷机。

熔融纺丝的主要特征:

复卷机速度快,无有机溶剂和凝固剂,机械设备简单,生产流程短。熔点低于溶解温度并能熔化产生热稳定熔体的成纤聚合物可以用这种方法模塑。如涤纶布、丙纶布、棉纤维等。

熔融纺丝是一个单一的管理体系,只涉及聚合物熔体长丝与制冷物质之间的热传导,纺丝管理体系没有结构变化,而干法纺丝和湿法纺丝分别是二元管理体系(聚合物+有机溶剂)和三元管理体系(聚合物+有机溶剂+凝固剂)

1.熔融纺丝全过程的取向效率。

整个纺丝过程中的取向是纤维制造的关键结构之一。不是纺纱工艺,而是拉申工艺对成品纤维的取向有很大贡献。在整个纺丝过程中获得的取向度,即预取向度,对拉申过程和成品纤维的取向度以及晶体动力学模型和晶体形状都是非常有害的。

两个定位原则:

(1)熔体情况下的流动性取向原理:包括喷丝孔剪切势流中的流动性取向和熔体流出喷丝孔后在拉申势流中的流动性取向。

t高,t小,取向小,可以忽略。

转向方向的速度场:径向速度梯度的方向,关键。

②纤维干燥固化后的变形原理。

它是一种硫化橡胶互联网定向拉伸,也有助于复卷机的丝的定向程度,其大小在于变形率。

取向度的测量:一般用取向因子F定性分析..

该公式用于定性分析双轴取向结构单元的取向。φ表示模块单元的晶轴和光纤轴之间的平均交角。当结构单元完全平行于纤维轴时,φ=0f=1;当纤维轴垂直一分为二时,φ=90度,f=0.5

2.熔体纺丝全过程中的结晶。

熔体纺丝网上的结晶是控制长丝干燥和凝固的动态模型的关键全过程。纺丝网上的晶体对复卷机的丝的结构和特性起着决定性的作用。

定向大大提高了晶体的速度。

它可以分为两类:

第一,从晶体的基本理论来看,生物大分子的取向面积越大,转化为晶核的临界温度越高。因此,在熔体冷却的整个过程中,高取向的管理体系可以在较高的温度下产生晶核,而低取向的管理体系反过来必须有很大的过冷度才能产生晶核。

第二,从热力学角度来看,取向管理体系的熵值比非取向管理体系的熵值低,所以当熔体转变为结晶时,取向管理体系的熵值变化不大,即活化能变化较大,可以使非取向管理体系中这些不稳定的亚稳态晶核趋于稳定,即扩大晶核的转变速度。按照定向度非常高的管理体系,晶核规格的临界值会小到晶胞规格的数量级。有人明确提出,在这样的条件下,结晶过程会从一般的晶核生成和晶体生长转变为“核对称成核”,所以结晶速度会迅速提高。

06.

熔融纺丝的全过程。

第一,熔体挤出。

熔体粘度过高,流动性不对称,容易造成新纤维拉伸时毛羽和断裂;

熔体温度可以通过单螺杆挤出机各段的温度来控制。如果熔体温度过高,将会溶解#聚合物并产生气泡。如果温度过低,熔体粘度过高。两者都使得整个纺纱过程无法正常进行。

喷丝头钢板采用耐高温耐腐蚀的不锈钢板制成,表面小圆孔排列规则,直径一般为0.2~0.5mm。根据喷丝板钢板上的小圆孔,熔体产生熔体细流。细流直径会在喷丝孔处膨胀,这是由熔体的延展性引起的。不同的聚合物喷嘴有不同的膨胀程度。在所有正常纺丝标准下,聚酯和丙烯酸树脂熔体的喷嘴膨胀率低于1.5。聚丙烯的延性效应明显。喷嘴膨胀往往是流动性不均匀的根本原因。

在生产制造中,常通过增大小圆孔的直径、小圆孔的长径比、提高熔体温度来降低膨胀率,以避免熔体开裂(当应力高或剪切速率高时,液体中的振荡得不到抑制,容易发展成不稳定的流动性,导致液体破坏)

熔体延展性的几种主要表现。

单螺杆挤出机。

柱塞计量泵。

旋转钢板。

二、冷藏干燥。

熔体流喷出后,在强冷空气的作用下冷却并干燥。涓流及周围物质换热器的关键是实施传导和热对流的方法。在整个制冷过程中,熔体滴流温度逐渐降低,而粘度不断增加。当粘度增加到一定临界点,复卷机的支撑力不能再使纤维变窄时,达到干固点。

干固体长度是指熔体从喷丝孔到干固体点的长度,是纤维结构产生的重要区域。

冷藏室吹出的强冷空气的风力和温度必须对称稳定,以保证熔体流的温度和速度在整个纺丝过程中扩散,干燥固体点的位置稳定。只有当纤维的径向张力稳定时,才能制成尺寸和结构对称的纤维。

冷风从四面八方吹向纤维的环形鼓风机适用于短纤维的多孔结构纺丝,可以合理提高纤维质量。

不同种类的纤维必须能够适度改变制冷方法。

比如纺民用纤维,往往是在两米左右长的冷藏室里,用气态物质冷藏成型;

在纺涤纶、腈纶帘子线纤维时,经常在喷丝板正下方和冷藏室上方设置加热装置,降低纤维的制冷率,使新纤维具有对称的结构和优异的拉申特性;

纺粗纸带纤维(如棕丝)时,常采用水作为冷却液,使纤维快速冷却。

熔融滴流冷冻成型时周边气体中遇到的摩擦力小于湿法纺丝成型时长丝所承受的水溶液的摩擦力。一旦熔体流被干燥和固化,它将具有很大的拉伸工作能力。因此,熔融纺丝中喷丝板的速度高于湿法纺丝,一般在1000~800m/min之间,喷丝板拉申比(喷丝板速度与熔体从喷丝孔喷出的速度之比)也高于湿法纺丝。

第三,石油。

熔体泵熔纤维刚成型时基本是干的,非常容易积累静电感应,纤维间的内聚力差,与机械设备的滑动摩擦力大。所以要在复卷机前补油润湿解决。

对于吸水量大的腈纶,还可以防止缠绕在筒管上的长丝再次吸潮,造成垂直膨胀、松环、崩边。

在纺织和纺织品生产过程中,有机化学纤维由于其持续的摩擦而引起静电感应。必须使用改性剂来避免或消除静电积聚。此外,纤维被赋予柔软和光滑的特性,使其能够成功地遵循后续过程。这种改性剂叫有机化纤脱脂剂。

脱脂剂的关键是表面活性剂,它能在有机化纤表面产生固定的吸附层,即浮油。

浮油亲水基屋面向室内空间,吸收空气中的内部水分,在纤维表面产生持续的收缩水,使感应带电正离子在收缩水上迁移,减少摩擦产生的静电积累,从而降低纤维表面电阻率,提高导电效果;

浮油保护纤维,对纤维有一定的吸引力,使其在不被散射的情况下引起一定的β射线;

还赋予纤维一定的光滑度,使纤维在整个摩擦过程中不会受到损伤,触感极佳。在纺纱过程中,应根据复卷机、拉申、干躁的工艺流程成功进行;

还可以消除纺织品生产过程中的静电吸引,减少毛羽、断头等异常情况,保证纤维产品质量。