熔體紡絲組件中流體流動特性的研究.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)部流動狀態(tài)難以觀測，缺乏可視化研究結(jié)果。為此，本文建立了紡絲組件內(nèi)部流場可視化實驗平臺，系統(tǒng)研究了組件內(nèi)部流體的運動狀態(tài)和噴絲板擠出均勻性，同時，通過熱態(tài)模型實驗

2、研究了多孔介質(zhì)對PA6熔體流動性能的影響，為新型紡絲組件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了可靠依據(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，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PA6熔體和糖漿溶液流變性能的對比分析，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，直接觀測組件內(nèi)部流動狀態(tài)，結(jié)果表明:流體在砂腔中停留時間存在較大差異;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，能夠使得物料流動更加均勻，使得

4、四周與中心物料停留時間差異減小。利用PIV測試方法，研究了砂腔流體流動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，流體從過流蓋向分配板流動時有向中心匯聚的一個過程，而當(dāng)加入過濾網(wǎng)后這種流動趨勢減弱;流體流量的大小，對砂腔中流體運動軌跡沒有明顯影響;從不同區(qū)域粒子運動速度可知，流體剛從過流蓋四周流入砂腔時的流速最快，在砂腔壁面到中心之間流體運動速度較為適中，流體在過流蓋正下方和砂腔四周壁面運動速度非常緩慢。觀測噴絲板前流體流

5、動狀態(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)圈孔的排布對流體運動會產(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，會優(yōu)先選擇內(nèi)圈的噴絲孔直接流出，而在該孔的外側(cè)會產(chǎn)生滯留區(qū);有板前過濾網(wǎng)時，會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，有利于提高噴絲板擠出的均勻性。
　　采用自動計量系統(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，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，最終也會使得總的不均率降低。
　　PA6熔體流過多孔介質(zhì)時，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