氨纶纺丝熔体的流变行为

关于氨纶纤维纺丝甬道探究及应用摘要：为了研究提升氨纶纤维品质的均一性、降低生产运行成本、制取差别化功能性纤维的适应性，以及最大化降低氨纶纤维有害溶剂的残存量，满足日益提高的环保要求。

我们通过对氨纶纤维纺丝甬道的理论研究及实验表明：优化纺丝甬道孔板开孔率、改善吹风均一性，可提升氨纶纤维品质的均一性；通过研究氨纶纤维在纺丝甬道中的传热机理，为纺丝甬道有效长度的设计提供新思路及理论支持，优化纺丝甬道有效长度，可降低纤维内有害溶剂残存率；通过研究纺丝甬道伴热形式对纺程温度梯度变化趋势的影响，优化伴热形式，使甬道外壁温度与内部空气温度梯度的一致性、确保传热机理发挥最大化、降低运行成本、以及差异化、功能化纤维的制取关键词：开孔率；均一性；传热机理；温度梯度；残存量；热损中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0188-02当前，国内外氨纶市场竞��会更加激烈，竞争不仅体现在常规产品上、运行成本上、环保上，而是全方位的，从世界范围讲，未来差别化、功能性纤维的竞争会更加激烈，更重要的是差别化氨纶的大量进口会影响国内企业的产品开发和技术进步。

同时，环保要求的提高也对氨纶生产提出新的要求。

目前，国内90%以上氨纶纤维产能都采用干纺工艺，其核心装备为方型纺丝甬道，纺丝甬道影响着氨纶纤维成形过程中纤维的断裂伸长等品质指标，也影响着纤维内有害溶剂（二甲基乙酰胺）挥发回收的效率。

溶剂挥发效率基本受纺丝甬道的影响，纤维内有害溶剂残存越高，纤维品质会下降；溶剂挥发不均、后道条干也不均；在存储下，溶剂的溶解特性，容易形成纤维间粘连一起，造成丝饼退绕不良；而发达国家已开始明令禁止使用附带有害微量溶剂残留物的干纺氨纶纤维[1]。

因此，通过研究改善纺丝甬道吹风均一性，来提高氨纶纤维品质均一性；通过研究氨纶纤维在纺丝甬道中传热机理、研究纺丝甬道长度设计思路、通过研究纺丝甬道伴热形式对纺程温度梯度变化趋势的影响，来最大化降低氨纶纤维内有害溶剂残存量、降低运行成本、以及差异化、功能化纤维制取，成当前首要解决问题1 纺丝甬道吹风均一性的研究目前，干纺工艺使用最多的属方型侧吹风甬道，由侧吹风腔的上甬道、带有伴热的中甬道与下甬道组成。

氨纶干法纺丝中的纺丝实验专业：材料科学与工程班级：材料071班姓名：万香宏学号：0710230114指导教师：尹翠玉天津大学材料科学与工程学院2010年12月20日氨纶干法纺丝中的纺丝实验材料071 万香宏 0710230114天津工业大学材料科学与工程学院1.前言1.1氨纶简介聚氨酯弹性纤维是由聚氨基甲酸酯制成的纤维。

国际商品名称为SPANDEX，我国商品名则为氨纶。

聚氨基甲酸酯是一种以二醇和二异氰酸盐类进行聚台加成反应制成的含有85%以上氨基甲酸酯的、具有线性链段结构的嵌段聚合物,具有天然橡胶丝的弹性。

主要商标名称有Lycra（英威达）、Dorlastan（德国拜耳公司）、ESPA（日本东洋公司）、Opelon（日本东丽- 杜邦公司）等。

聚氨酯弹性纤维是一种性能优异的化学纤维，具有伸长率大(400-800%) 弹性回复率高．聚酯型氨纶伸长600%时，回弹率为95％．弹性模量低(0．1icN／dt~x)：耐疲劳性好(伸长50—300%)，密度小(1—1．39％／cm3)；耐腐蚀、耐晒、耐热、耐光、抗老染料有良好的亲和力，无论采用分散性酸性或复舍性还是金属性染料均可染色均匀。

聚氨酯嵌段共聚物可以纺出极细旦的丝．且品质优良。

氨纶织物质地柔软．穿着舒适。

主要用于制造各种运动衣，游泳衣溜冰衣，高尔夫球农等体育运动服；还有宇航服．飞行服，工作服等各种专用服装的柬带紧身部分；妇女的紧身衣，健美服，内衣，高弹棘，手套等女性用品，弹力灯芯皱，劳动布，弹力毛华达呢和毛花呢服装用料；医药方面用的弹性绷带，器官材料各种辅助器材设备物品等。

氨纶的研究最早始于德国，1959年杜邦首先实现了干法纺氨纶的工业化生产，60年代日本旭化成、东洋纺等公司也先后开发出了氨纶生产技术。

20 世纪80 年代后，由于氨纶包覆纱和包芯纱技术的开发，氨纶的应用领域不断扩大，市场需求不断增加。

1989 年，我国在山东烟台建成第一个氨纶生产装置，90年代一批氨纶企业也先后投产，2001年后中国企业全面进入，产能迅猛增加，截至04年11月，我国氨纶产量已占世界产量的40%多。

第二章 纺丝流体的流变性及挤出过程主要参考书：赵华山，高分子物理，第八章，纺织工业出版社A .谢皮斯基，纤维成形基本原理A. Ziabicki Fundamentalso of fibre formation C.D.韩，聚合物加工流变学C.D. Han Rheology in polymer processing沈新元 高分子材料加工原理 中国纺织2000.7 董纪震 合成纤维生产工艺学.上 中国纺织1993.102.1 流变学基本概念 一、流变学与化纤生产流变学：研究物体流动与变形规律的科学流变学研究的是物体内部连续质点间的相对运动。

当物体受外力作用时流动与变形的情况与材料本身的性质有关，所以也称流变学为材料科学。

化学纤维在纺丝、拉伸和热定型过程中都伴随着复杂的流动和变形，即使是成品纤维在使用过程中也会发生不同程度的变形，因此高聚物流变学是化纤成形理论的重要基础。

二、流变学运动学量描述物体内部连续质点间运动状态的物理量称流变学运动学量。

1、固体的剪切应变固体内一小体积元在剪切力F 的作用下发生剪切变形，将产生位移Δu x ，在不同的Δz 高度，产生的位移不同。

Δu x /Δz 是相隔单位距离的两质点间的相对位移，实际上就是沿着高度的位移改变率，将其定义为切应变也称为横向位移梯度。

切应变＝ΔUx / ΔZ ＝tg γ≈γ (γ较小时)对于小形变γ＝Zx∂∂U2、固体的拉伸应变（张应变 相对伸长）试样在张力F 的作用下要发生拉伸形变，其表示方法有以下两种：(1)柯西应变（工程应变，适用于小伸长）εC = ln (l/l o )(2)亨基应变（真应变，适用于大伸长） 试样在张力F 的作用下的伸长，瞬时的相对拉伸则为dx/x ，试样由拉伸到l 时总的应变，则为亨基应变εH=⎰ll x dx 0/ = lnl - lnl o = ln(l/l o )(3) 亨基应变与柯西应变的关系当Δl/l o 很小时 ε H ＝ln(l/l o ) ＝ln （l o ＋Δl ） /l o = ln （1＋Δl o ） 按级数展开 ＝Δl/l o —1/2（Δl/l o ）2＋1/3（Δl/l o ）3－…… ＝Δl/l o ＝εC 拉伸应变的一般表达式 ε＝x∂∂ε 也称纵向位移梯度3、粘流体的剪切流动高聚物在加工过程中，在管道，喷口孔的流动都属于剪切流动。

氨纶熔融纺织生产工艺的探讨摘要：氨纶属于以线段为主的共聚物，在生产过程中具有干法、湿法、化学法以及熔融法等四种类型。

氨纶熔融纺织法是现阶段新兴的氨纶纺织工艺技术，并且具有一定的优势和作用，将其应用于氨纶弹性纤维生产工艺当中，在日渐成熟的熔融纺织工艺支撑作用下，使氨纶纺丝技术得到了广泛应用，实现了对安伦熔融纺丝法的有效开发和深入研究，彰显出了氨纶熔融纺织生产工艺的应用价值。

关键词：氨纶；熔融纺织；生产工艺将氨纶应用于织物当中能够明显的提高织物的弹性，并保障尺寸的稳定性，氨纶熔融纺丝法具有功能性的特点，并且含有差别化的纤维物质，其实际的生产工艺、操作流程具有简易性的特点，不仅能够降低设备的投资力度，还可以提升实际的生产效率。

使用氨纶熔融纺织生产工艺所生产的绿色纤维具有健康化和环保性，为氨纶纤维发展提供了明确的方向。

一、氨纶熔融纺织生产工艺路线的合理化选择结合现阶段的氨纶熔融纺丝生产工艺进行分析，可以看出主要包含了封端法、一步法以及二步法等三种不同的类型。

首先，封端法是利用封端剂等物质，将二乙氰酸酯分子当中的一乙氰氢酸基进行封闭处理，并通过合成形成以稳定性为主的衍生物，再将其与聚氨酯体进行混合，为纺丝作业的有序进行奠定良好的基础。

对于衍生物来说，需要在纺丝的过程中对其进行解封闭处理，使-NCO基团能够得到活化。

另外，对于解封闭处理之后的-NCO基团来说，可以在纤维的固化作用下不断成型，并与聚氨基甲酸酯大分子产生交联作用，提高了纺丝过程中的弹性体耐热性能，为熔融纺丝阶段带来了便利性保障，进一步提高了氨纶纤维的物理机械性能。

其次，对于一步法来说，在使用一步法合成工艺的过程中，可以将氨基甲酸酯等原材料当中的聚酯或者聚醚二醇与二乙氰酸酯，与短链脂肪族二醇扩链剂进行混合，并严格的按照合理的配合比例，在确保二乙氢酸酯用量过度的基础上，在螺杆挤压机械当中以熔融、聚合的方法，通过各类基础物质的全面反映，将纺丝卷缠绕成为氨纶丝成品。

东洋纺、日清纺氨纶纺丝技术比较2005-03-08 09:00 来源：化工世界进入论坛氨纶的生产方法有四种:干法溶液纺丝、湿法溶液纺丝、化学反应法、熔融纺丝法。

国内氨纶生产以干法纺丝为主,80年代末期我国引进日本东洋纺干法纺丝技术,建设了国内第一家氨纶工厂-烟台氨纶厂,随后东洋纺技术在国内广泛应用并日渐成熟。

日清纺技术是在东洋纺基础上改良发展起来的,在生产细旦丝、提高产品弹性伸长等方面具有优越性,因此在国内得到快速发展。

东洋纺与日清纺作为干法纺丝技术的代表,各有特点,下面从技术及产品等方面分析二种技术的异同:一、技术方面东洋纺技术在我国已引进十几年,经过我国氨纶企业的不断消化吸收和技术改造,纺速不断提高,生产工艺更加成熟稳定。

而日清纺在溶剂回收、开发细旦丝、提高产品的弹性伸长方面有一定的先进性。

下表是二种技术的比较:表一东洋纺、日清纺技术比较一览表:二、产品性能方面东洋纺和日清纺生产工艺的不同决定了它们在产品品质上有所不同。

早期干法纺丝采用DMF作为溶剂,生产的氨纶产品强度大、SS300大,因而回弹性好,适宜生产粗旦丝。

随着人们对环保的重视,对氨纶产品品质的要求提高,国内各大氨纶企业开始采用DMAC作为溶剂,纺速提高的同时氨纶品质明显得到提升,尤其是断裂伸长指标明显改善,解决了客户长期以来对含氨量降低的要求。

产品的应用领域也从中低档的包覆纱市场向圆机(纬编)、经编领域拓展。

下表以江苏双良特种纤维有限公司东洋纺技术DMAC溶剂产品为例说明。

日清纺工艺跟东洋纺工艺相比,其原液的均一性好,圆甬道风向与丝道一致,产品性能较东洋纺有了明显改善:断裂伸长率扩大,SS300缩小,尤其是均一性比较好,因而细旦丝在圆机(纬编)、经编领域应用很好。

下表从拉伸实验方面分析了东洋纺、东洋纺(双良值)、日清纺产品性能的差异:表二东洋纺、日清纺产品拉伸实验结果注:数据参考INSTRON仪器检测结果在产品耐热性方面,东洋纺用100℃沸水将未经过牵伸的氨纶丝处理30分钟计算其收缩率,而日清纺工艺却是将牵伸100%的氨纶丝在170℃高温下进行处理来看其耐热性能,产品耐热性能更好,普遍应用在高档领域(如纬编、经编市场)。

低熔点熔纺氨纶的湿敏变形行为研究湿敏性材料指的是在潮湿环境下会发生形变或性能变化的材料。

熔纺氨纶是一种常见的合成纤维材料，具有良好的拉伸性能和耐磨性，常被用于纺织品、弹性丝袜、运动装备等领域。

本文将研究低熔点熔纺氨纶在湿润环境下的变形行为。

首先，我们需要了解湿敏性材料的定义和原理。

湿敏性材料通常是由于吸附了潮湿环境中的水分，导致材料的形态发生变化。

在熔纺氨纶中，分子结构中的羟基或胺基与水分子形成氢键，这些氢键的形成和断裂过程是导致熔纺氨纶湿敏变形的关键。

其次，我们将对低熔点熔纺氨纶的湿敏变形行为进行实验研究。

首先，我们会准备一系列低熔点熔纺氨纶样品，并将它们置于不同的湿度环境中，例如相对湿度为50%、70%和90%的环境中。

我们将记录样品在不同湿度环境中的长度变化和弹性恢复性能，以了解熔纺氨纶在湿润环境下的变形行为。

为了更全面地了解低熔点熔纺氨纶的湿敏变形行为，我们还将从以下几个方面进行研究：1. 多次循环湿敏性能测试：我们将对低熔点熔纺氨纶样品进行多次湿敏性能测试，以模拟实际使用过程中的湿润环境变化。

通过观察样品的长度变化和弹性恢复性能的变化情况，我们可以评估熔纺氨纶的湿敏性能的稳定性和持久性。

2. 湿敏变形机理研究：通过使用红外光谱、热重分析和扫描电子显微镜等仪器，我们可以对低熔点熔纺氨纶在湿润环境中的分子结构和微观形貌进行分析。

这些分析结果有助于揭示湿敏变形的机理，以便进一步优化材料的设计和制备。

3. 影响湿敏性能的因素研究：我们还将研究不同因素对低熔点熔纺氨纶湿敏性能的影响。

这些因素包括湿度、温度、纺丝工艺参数等。

通过对这些因素的研究，我们可以找到最佳的制备和应用条件，以提高熔纺氨纶的湿敏性能。

最后，我们将总结研究结果，并对低熔点熔纺氨纶的湿敏变形行为进行分析和讨论。

通过此研究，我们可以更好地理解低熔点熔纺氨纶在湿润环境中的性能表现，为相关行业的材料选择和设计提供科学依据。

总之，低熔点熔纺氨纶的湿敏变形行为是一个值得深入研究的课题。

低熔点熔纺氨纶纺丝行为的数值模拟近年来，低熔点熔纺氨纶纺丝技术在纺织行业中得到了广泛的应用。

作为一种新型的纺织工艺，低熔点熔纺能够有效增强纺丝的流动性和可塑性，提高纺织品的柔软度和舒适度。

在低熔点熔纺氨纶纺丝过程中，数值模拟技术的应用可以帮助研究人员深入理解纺纱过程中的复杂物理现象，优化工艺参数，提高纺纱效率和产品质量。

低熔点熔纺氨纶纺丝过程中涉及到的物理现象包括聚合物的熔融流动、冷却凝固和拉伸过程。

数值模拟技术通过建立流动和固化模型，对这些物理现象进行模拟和分析，为纺丝工艺的优化提供了重要的理论依据。

在数值模拟中，首先需要建立一种合适的数学模型。

对于低熔点熔纺氨纶纺丝过程来说，最常用的模型是Navier-Stokes方程和连续相场方程。

Navier-Stokes方程描述了聚合物在纺丝过程中的流动行为，包括速度场、压力场和应力场等。

连续相场方程描述了聚合物材料的凝固过程，包括温度场、浓度场和相变等。

在建立数学模型后，需要选择一种合适的数值方法来求解这些方程。

常见的数值方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。

在求解过程中，还需要考虑一些数值技巧，如稳定性控制、网格适应和数值耗散等，以保证数值模拟结果的准确性和稳定性。

通过数值模拟，可以研究低熔点熔纺氨纶纺丝过程中的一些重要参数对纺纱质量的影响，如温度、拉伸速度和喷丝压力等。

研究结果表明，温度对纺丝质量的影响非常明显。

过高或过低的温度都会导致纺丝线断裂或形变。

因此，控制纺丝过程中的温度是至关重要的。

此外，研究还发现，拉伸速度和喷丝压力也对纺丝质量有着重要影响。

适当调节拉伸速度和喷丝压力可以改善纺纱线的拉伸性能和断裂强度。

数值模拟还可以帮助优化低熔点熔纺氨纶纺丝的工艺参数。

研究人员可以通过分析数值模拟结果，选择合适的温度、拉伸速度和喷丝压力，以提高纺纱效率和纺纱线的品质。

此外，数值模拟还可以用于优化纺纱机构的设计，改进纺丝过程中的流动和固化效果。

总的来说，低熔点熔纺氨纶纺丝行为的数值模拟技术在纺织行业中具有重要的应用价值。

氨纶生产工艺比较根据纺丝工艺的特点，目前的氨纶生产工艺路线有溶液干法、溶液湿法、反应纺、熔融纺四种。

以下就几种工艺的技术特点及产品特点作一比较：1．溶液干法聚醚二醇与二异氰酸酯以1：2的摩尔比在一定的反应温度及时间条件下形成预聚物，预聚物经溶剂溶解后，再加入二胺进行链增长反应，形成嵌段共聚物溶液，再经加入助剂后混合、过滤、脱泡等工序，制成性能均匀一致的纺丝原液。

然后用计量泵定量均匀地压入喷丝头，纺丝液从喷丝板毛细孔中被挤出形成丝条细流，进入纺丝甬道。

甬道中充有热空气（或热氮气），使丝条细流中的溶剂迅速挥发，并被空气（或氮气）带走，丝条浓度不断提高直至凝固，同时氨纶一般为复丝，在凝固前经过加捻器将其抱合，最后上油，卷绕成一定的卷装。

干法纺丝是目前世界上应用最广泛的氨纶纺丝方法。

干法纺丝产量约为世界氨纶总产量的80%。

其纤度为1.1-123tex，纺丝速度一般为200~600 m/min，有的甚至可高达1200 m/min。

干法纺丝工艺技术成熟，制成的纤维质量和性能都很优良。

杜邦、拜耳、东洋纺等及国内大部分厂家均采用溶液干法纺丝技术。

2．溶液湿法首先用聚酯型二醇与二异氰酸酯以干法纺丝类似的方法制成嵌段共聚物溶液，溶液经纺前准备，送至纺丝机，通过计量泵压入喷丝头。

从喷丝板毛细孔中压出的原液细流进入凝固浴。

凝固浴以温水（90℃以下）为凝固介质，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，原液细流中聚合物的浓度不断提高，形成纤维，再经洗涤干燥后进行卷绕。

湿法纺丝速度一般为5~50 m/min，纤度0.55-7.7dtex。

湿法纺丝工艺流程复杂，装臵设备投资费用大，纺丝速度较低，生产成本高。

该法已逐渐被淘汰。

目前湿法纺丝的产量约占氨纶总产量的10%左右。

3．反应法反应纺丝法亦称化学纺丝法，由纺丝液转化成固态纤维时，必须经过化学反应或用化学反应控制成纤速率。

反应纺丝法由单体或预聚物形成高聚物的反应过程与成纤过程同时进行。

将两端含有二异氰酸酯的聚醚或聚酯预聚物溶液，经喷丝头压出进入凝固浴，与凝固浴中的链增长剂反应，生成初生纤维。

熔纺氨纶长丝的热学和力学性能研究郑海春;叶韫珊;邢铁玲;陈斌【摘要】氨纶以其优异的弹性而被广泛地应用于纺织领域,尤其是与棉、涤纶等纤维混纺.但在与其他纤维混纺时,需考虑染料的筛选及选择合适的加工条件.文章研究熔纺氨纶和干纺氨纶长丝的基本热性能和力学性能,并通过热重分析(TG)测试熔纺氨纶在经不同热处理后的质量保留率和分解速率变化.在确定干热定型的处理工艺后,模拟染整工艺(前处理、前热定型、染色工艺),测试处理后熔纺氨纶长丝的断裂强力和定伸长弹性回复率,考察染整加工对其力学性能的影响.结果表明,经过模拟染整工艺处理后样品的力学性能测试,认为在和涤纶做包芯、混纺时可采用高温高压染色,弹性损失不明显,能为涤纶和熔纺氨纶包芯纱或混纺产品的染色和后续加工提供指导.【期刊名称】《丝绸》【年(卷),期】2016(053)002【总页数】6页(P8-13)【关键词】熔纺;氨纶;热性能;断裂强力;弹性回复率【作者】郑海春;叶韫珊;邢铁玲;陈斌【作者单位】苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215006;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215006;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215006;巴斯夫聚氨酯特种产品(中国)有限公司,上海200137【正文语种】中文【中图分类】TS191.921一般的纤维是不具有弹性的，而随着纺织品的开发和人们对于纺织品需求的变化，氨纶作为一种高弹性纤维可与其他纤维混纺、包芯等，均能提高织物的弹性及尺寸稳定性，从最基本的丝袜到具有功能性的泳衣，都少不了氨纶的存在[1]。

生产氨纶的常用方法是干法纺丝，但其复杂的设备、高成本及较大的环境污染，促使人们逐渐开发出熔融法纺丝，直接在高温下TPU切片和扩链剂反应后喷丝成型[2]。

熔融法纺丝和干法纺丝得到的氨纶长丝尽管都是软硬链段共存又互相分离的微相结构，但是由于工艺不同而导致分子链折叠排列不同，软硬链段比例不同，结晶度不同等，因此两者在经热处理和拉伸后所表现出的性能亦有不同。

二 聚合物熔体流变性质聚合物熔体流变性质的的计算公式 （一）牛顿流体流动 1. 牛顿粘滞定律如图2－1所示，粘性流体在两平行平板之间，上平板运功，下平板静止不动， 因牛顿流体的粘滞作用，有下列关系： γµµτ&==dydu（1－2－1） 式中，τ—剪切应力，（N/m 2）；μ—牛顿流体动力粘度，（Pa ·s ）；dydu=γ&—剪切速度梯度，或称剪切速率，（1/s ）。

2. 牛顿剪切粘度 γττµ&==dydu （1－2－2） 式中，μ—牛顿流体动力粘度，（Pa ·s 或（N ·s ）/m 2或kg/（m ·s ））。

3. 运动粘度ν=μ/ρ （1－2－3） 式中，ν—运动粘度，（m 2/s ）；μ—牛顿流体动力粘度，（Pa ·s ）； ρ—熔体密度，（kg/m 3）。

（二） 非牛顿流体流动1. Ostwald －de Waele 幂律公式（Ostwal d—de Waele power law equation ） 假塑性流体的经验方程式：()1<==n K dy du K nnγτ& （1－2－4）式中，τ—剪切应力，（N/m 2）；K —非牛顿流体稠度，（N ·s n /㎡），牛顿流体 n =1，K=μ=η；dydu =γ&—剪切速度梯度，或称剪切速率，（1/s ）；n — 幂律指数，或称非牛顿指数。

2. 表观剪切速率熔体通过毛细管的表观剪切速率：34RQa πγ&&= （1－2－5）式中，a γ&—表观剪切速率，（1/s ）； Q —熔体流动速率，（m 3/s ）； R —毛细管半径，（m ）。

3. 真实剪切速率，Rabinnowitsc h－Mooney 方程a t n n γγ&&+=413 （1－2—6） 式中，t γ&—真实剪切速率，（1/s ）； a γ&—表观剪切速率，（1/s ）n — 幂律指数，或称非牛顿指数。