熔體紡絲組件中流體流動(dòng)特性的研究.pdf

1、紡絲組件是紡絲設(shè)備中最核心的元件之一，其作用是過濾掉熔體內(nèi)的雜質(zhì)，使熔體充分混合均勻，建立起一定的組件壓力，最終從噴絲板孔均勻、穩(wěn)定紡出纖維。熔體在組件內(nèi)部流場(chǎng)和噴絲孔各出口流量是否均勻直接影響到纖維單根絲的均勻性、紡絲的穩(wěn)定性和纖維的性能。紡絲需要在高溫高壓下進(jìn)行，所以組件內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)難以觀測(cè)，缺乏可視化研究結(jié)果。為此，本文建立了紡絲組件內(nèi)部流場(chǎng)可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)研究了組件內(nèi)部流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和噴絲板擠出均勻性，同時(shí)，通過熱態(tài)模型實(shí)驗(yàn)

2、研究了多孔介質(zhì)對(duì)PA6熔體流動(dòng)性能的影響，為新型紡絲組件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。
　　本文以糖漿溶液作為模擬介質(zhì)，通過控制溫度、PAM溶液濃度等來調(diào)控其粘彈性。在低剪切速率時(shí)，糖漿粘度變化近于牛頓流體;隨著剪切速率的增加，剪切粘度隨著剪切速率變化出現(xiàn)明顯的剪切變稀行為，表現(xiàn)出假塑性流體性質(zhì);這與PA6熔體剪切粘度隨剪切速率變化規(guī)律相似。隨著PAM添加量的增加，儲(chǔ)能模量G'和損耗模量G"都增加;并且擠出脹大比(B)隨著PAM的

3、添加量增加、擠出速率增加而增大。通過對(duì)PA6熔體和糖漿溶液流變性能的對(duì)比分析，得出PA6熔體與配置的糖漿溶液具有相似的流變曲線，一定剪切速率范圍內(nèi)剪切粘度、Wi數(shù)可以接近，說明了添加一定量的PAM的糖漿溶液作為模擬介質(zhì)是可行的。
　　通過可視化方法，直接觀測(cè)組件內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)，結(jié)果表明:流體在砂腔中停留時(shí)間存在較大差異;在砂腔四周的物料比中心的物料流出的時(shí)間較短;此外，多孔介質(zhì)（過濾砂、過濾網(wǎng)）的存在，能夠使得物料流動(dòng)更加均勻，使得

4、四周與中心物料停留時(shí)間差異減小。利用PIV測(cè)試方法，研究了砂腔流體流動(dòng)軌跡及流速大小分布規(guī)律，結(jié)果表明:砂腔中沒有安放過濾網(wǎng)時(shí)，流體從過流蓋向分配板流動(dòng)時(shí)有向中心匯聚的一個(gè)過程，而當(dāng)加入過濾網(wǎng)后這種流動(dòng)趨勢(shì)減弱;流體流量的大小，對(duì)砂腔中流體運(yùn)動(dòng)軌跡沒有明顯影響;從不同區(qū)域粒子運(yùn)動(dòng)速度可知，流體剛從過流蓋四周流入砂腔時(shí)的流速最快，在砂腔壁面到中心之間流體運(yùn)動(dòng)速度較為適中，流體在過流蓋正下方和砂腔四周壁面運(yùn)動(dòng)速度非常緩慢。觀測(cè)噴絲板前流體流

5、動(dòng)狀態(tài)，結(jié)果表明:物料從導(dǎo)流板的導(dǎo)流孔向噴絲板擴(kuò)散，徑向速度逐漸降低;噴絲板內(nèi)圈孔的排布對(duì)流體運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，流體從導(dǎo)流孔沿徑向往外擴(kuò)散的過程中，在沒有過濾網(wǎng)存在時(shí)，會(huì)優(yōu)先選擇內(nèi)圈的噴絲孔直接流出，而在該孔的外側(cè)會(huì)產(chǎn)生滯留區(qū);有板前過濾網(wǎng)時(shí)，會(huì)使得物料更容易沿著導(dǎo)流板和濾網(wǎng)之間的間隙往外流動(dòng)，有利于提高噴絲板擠出的均勻性。
　　采用自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)研究了噴絲板各噴絲孔擠出均勻性，結(jié)果表明:粘彈性流體在噴絲板各圈單孔流量不相等，在

6、沒有板前濾網(wǎng)時(shí)，噴絲板內(nèi)外圈流量大小規(guī)律是內(nèi)圈＞中圈＞外圈;噴絲板總的流量不均率，隨著糖漿溶液的粘彈性的增加而減小;隨著流體流量增加，噴絲板總的不均率減小，有利于纖維的均勻性;噴絲板微孔尺寸越小，越有利于提高噴絲板出料的均勻性;噴絲板孔排布更加均勻，噴絲板總的不均率越小;噴絲板前過濾網(wǎng)，有利于增加噴絲板壓力的均勻性，最終也會(huì)使得總的不均率降低。
　　PA6熔體流過多孔介質(zhì)時(shí)，壓力差隨著流速與過濾精度的增大而增加，隨著熔體溫度升高而