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第３１卷㊀第６期２０２３年１１月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.６Ｎｏｖ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０４０３２喷丝板结构对熔融纺丝挤出过程聚合物熔体流动特性的影响沈泽坤ꎬ王㊀会ꎬ应起繁(东华大学环境科学与工程学院ꎬ上海㊀２０１６２０)㊀㊀摘㊀要:熔体在喷丝板微孔内流动时的稳定性和流场分布的均匀性是后续决定纤维成型质量的关键ꎬ这对熔体挤出前后的速度差㊁流道内的剪切速率分布和口模段内径向速度均匀性提出了要求ꎮ利用计算流体力学技术对涤纶工业熔融纺丝中的聚合物微孔挤出过程进行了数值模拟ꎬ得到了聚酯熔体在微孔内流动过程的速度㊁压力和剪切速率分布ꎬ讨论了熔体挤出前后的速度差和剪切速率分布对熔体流动稳定性的影响ꎮ提出了评价口模段内熔体径向速度分布的流动非均匀系数ꎬ指出不同长径比和收敛角分别通过改变流动充分发展段长度和口模段入口处径向速度分量来影响流动非均匀性ꎮ研究发现非均匀系数随长径比的增大而减小ꎬ随收敛角的增大先减后增ꎮ综合分析结果表明ꎬ长径比为３㊁收敛角为７４ʎ的喷丝板最佳ꎮ关键词:喷丝板结构ꎻ熔融纺丝ꎻ非牛顿流体ꎻ数值模拟ꎻ流变学ꎻ非均匀系数中图分类号:ＴＱ３４２.２１㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０６￣００８０￣１２收稿日期:２０２３０４２５㊀网络出版日期:２０２３０８０９作者简介:沈泽坤(１９９９ )ꎬ男ꎬ江苏南通人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事多相流热物理方面的研究ꎮ通信作者:王会ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｈｕｉｗａｎｇ＠ｄｈｕ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀２０２２年中国化学纤维产量为６６９８万吨ꎬ占全球化纤总产量的７０％以上[１]ꎬ对中国国民经济的发展起着至关重要的支撑作用ꎮ以聚酯(ＰＥＴ)纤维为代表的合成纤维[２]具有高强度㊁高模量㊁优异的力学性能及高热稳定性[３]ꎬ结构分布均匀㊁取向程度高的高性能纤维可满足国防[４]㊁军工[５]㊁海洋工程[６]㊁航空航天[７]及５Ｇ通信[８]等领域的应用ꎬ已成为重要的战略物资ꎮ目前高均匀性聚酯纤维的制备仍然是一个巨大的挑战ꎬ纤维的轴向丝径不均匀ꎬ限制了其力学性能的提高[９]ꎮ聚酯纤维主要采用熔融纺丝法[１０]制备ꎬＰＥＴ固体切片熔融后在喷丝板微孔流道内流动并挤出冷却成型ꎮ高端熔融纺丝技术的核心之一是提高喷丝板内熔体流动的稳定性和均匀性ꎬ强化熔体内部取向程度ꎮ流动过程中对速度场和应力场等物理场的控制至关重要[１１]ꎮ熔体流动过程中速度的非均匀分布ꎬ会引起应力㊁取向[１２]㊁结晶[１３]等一系列不均匀ꎬ最终在成品纤维中表现出力学性能下降ꎮ中国高端熔融纺丝装备长期依赖国外进口的行业现状下ꎬ有必要对熔体微孔流动过程优化控制理论进行研究ꎮ喷丝板是纺丝组件中熔体最后流经并定型的部件ꎬ因此喷丝板内熔体的流动特性对后续纤维的品质有着至关重要的影响ꎮ针对聚合物熔体在喷丝板微孔内的流动过程ꎬ国内外学者已经开展了一定的研究ꎮ由于喷丝板微孔流道大多不超过５ｃｍꎬ熔体在喷丝板内流动时间很短ꎬ多数研究者将这一过程近似认为等温流动ꎮＧａｎ等[１４]利用Ｆｌｕｅｎｔ对熔体在微孔内的速度和压力进行了模拟ꎬ认为熔体速度㊁压力的分布与喷丝板流道结构有着密切联系ꎮＳｕｒｅｓｈ等[１５]采用ＣＦＤ模拟的方法ꎬ研究了不同幂律指数值和不同熔体入口流速下喷丝板内部熔体的流动特性ꎬ研究表明７５ʎ收敛角下纤维膜性能更佳ꎬ且优化效果与熔体流动过程中熔体的流速㊁剪切速率等特性有关ꎻ张伟等[１６]采用数值模拟对单个喷丝孔内的流动进行了分析ꎬ研究指出喷嘴长径比太大会使得熔体受口模段剪切作用增强ꎬ不利于速度均匀分布ꎻ吴金亮等[１７]设计了不同的喷丝板结构分别开展实际生产试验ꎬ得到了制备某种特定型号的超细旦多孔聚酯预取向丝的最佳喷丝板结构ꎻ孙华平等[１８]利用ＰＯＬＹＦＬＯＷ软件对具有圆形导孔和锥形导孔的不同喷丝板结构流道内的聚合物熔体流动过程进行了数值模拟ꎬ对比分析了不同结构下熔体的压力㊁速度和剪切速率分布ꎬ该研究结果表明ꎬ锥形导孔相比圆形导孔流道内压力降较为平缓ꎬ速度分布和剪切速率变化更均匀ꎬ有利于流体稳定和纤维成型ꎮ付丽等[１９]采用Ｐｈａｎ￣ｔｈｉｅｎ￣ｔａｎｎｅｒ(ＰＴＴ)本构模型ꎬ运用有限元分析方法ꎬ对高密度聚乙烯改性超高分子量聚乙烯共混物熔融法挤出初生丝的过程进行了数值模拟ꎬ获得了速度场和剪切速率场的分布ꎬ模拟中将熔体挤出过程近似成等温流动ꎬ不考虑温度对熔体黏性的影响ꎮ近年来有学者指出ꎬ熔体流动的稳定性与喷丝板微孔流道内熔体的速度分布和剪切速率分布有关ꎮ付丽[２０]指出熔体在流经喷丝板时产生的速度差和速度波动越大ꎬ熔体的流动过程就越不稳定ꎮ赵力宁等[２１]研究了熔体中晶体的生长演化行为ꎬ发现当熔体剪切速率分别高于或低于某一阈值时晶体以球状和枝晶形态生长ꎬ高剪切速率下熔体取向程度和一致性更佳ꎮＤｅＫｏｒｔ等[２２]发现液晶聚合物加工过程中剪切速率的增加ꎬ对应取向参数的松弛速率增加ꎬ冷却后性能提高ꎮ喷丝板内部熔体流动的均匀性普遍认为与流道内压力有关ꎬ更大的压力有利于熔体径向速度分布的均匀性ꎮ顾家耀[２３]最早发现如果喷丝板内熔体压力较低ꎬ流道内空隙体积变多ꎬ将使得熔体流动的雷诺数增大ꎬ产生更多紊流ꎬ并进一步恶化径向方向上压力分布的均匀性ꎬ使熔体径向速度分布差异明显ꎬ最终导致纤维成品的不均匀ꎮ邹爱国[２４]在此基础上对纺丝组件进行了优化ꎬ更换调配了喷丝板上方的过滤网ꎬ改善了喷丝板内的熔体压力ꎬ实验结果表明改善工艺后的纤维成品结构更均匀ꎬ性能更好ꎮ然而目前缺少直接衡量口模段内熔体径向速度分布均匀程度的参数ꎬ无法从径向速度分布均匀性的角度对喷丝板的设计提供指导ꎮ本文数值模拟聚酯熔融纺丝过程中ＰＥＴ聚合物熔体在喷丝板微孔流道内的速度场㊁压力场和剪切速率场ꎬ在分析不同入口流速和不同喷丝板微孔结构下熔体挤出前后速度差㊁流道压降和自由段剪切速率分布特性对熔体流动稳定性影响的基础上ꎬ提出与口模段内熔体径向速度有关的非均匀系数ꎬ进一步阐明微孔流道结构参数对熔体流动均匀性的影响机制ꎬ指出对应最佳熔体流动非均匀系数的喷丝板结构ꎬ为喷丝板的优化设计提供参考ꎮ１㊀物理模型与理论模型１.１㊀喷丝孔流道物理模型采用ＰＲＢ６４￣２４￣０.２５∗０.７５Ｌ型喷丝板ꎬ其中包含２４个喷丝孔ꎬ单个喷丝孔物理模型如图１所示ꎮ整个喷丝孔流道包括入口段㊁输送段㊁收敛段和口模段四部分ꎬ孔外为自由段ꎮ其中外径ｄ１为３.８ｍｍꎬ内径ｄ２为２.５ｍｍꎬ微孔直径Ｄ为０.２５ｍｍꎬ输送段长度Ｌ为７ｍｍꎬ口模段长度ｌ１为０.７５ｍｍꎬ长径比ｌ１∕Ｄ为３ꎬ收敛角为７４ʎꎬ自由段长度为３ｍｍꎮ图１㊀喷丝孔二维模型Ｆｉｇ.１㊀Ｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｐｉｎｎｅｒｅｔ１.２㊀数学模型聚合物熔体流动的特点主要是高黏度和低雷诺数ꎬ满足工程条件的同时为简化计算需对熔体流动作出如下必要假设ꎮＰＥＴ熔体不可压缩的假塑性流体ꎬ在流道内做稳态流动ꎬ壁面处速度为零ꎬ只考虑黏性力ꎮ根据上述假设ꎬ可得方程形式如下所示:连续性方程:Ñ Ｖ＝０(１)式中:Ñ为微分算子ꎻＶ为速度矢量ꎮ动量方程:ｄＶｄｔ＝－Ñｐρ＋Ñτρ(２)式中:ρ为密度ꎻτ为应力张量ꎻｐ为压力ꎮ聚合物熔体流动本构方程采用Ｃａｒｒｅａｕ黏弹型本构方程:η＝η０[１＋(λγ)２]ｎ－１２(３)式中:η为黏度ꎻη０为零剪切黏度ꎻλ为松弛时间ꎻγ为剪切速率ꎻｎ为非牛顿指数ꎮ该模型适用于较大的剪切速率变化范围ꎬ能够准确反映黏度变化特点ꎬ因此选择Ｃａｒｒｅａｕ模型作为本构方程ꎮ模拟涉及的材料物性参数如表１所示ꎮ１８第６期沈泽坤等:喷丝板结构对熔融纺丝挤出过程聚合物熔体流动特性的影响表１㊀ＰＥＴ物性参数Ｔａｂ.１㊀ＰｈｙｓｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＰＥＴＰＥＴ物性参数参数值密度ρ∕(ｋｇ ｍ－３)１１９７.４４比热容ＣＰ∕(Ｊ (ｋｇ Ｋ)－１)２０４３.５４导热系数ｋ∕(Ｗ (ｍ Ｋ)－１)０.２２非牛顿指数ｎ０.９１松弛时间λ∕ｓ０.０１零剪切黏度η０∕(Ｐａ ｓ)１６２.５４１.３㊀网格划分和边界条件由于入口段变化率和长度相对完整流道占比很小ꎬ对熔体后续流动几乎不产生影响ꎬ因此数值模拟以输送段起点作为流动入口ꎮ采用ＩＣＥＭ软件对喷丝孔流道二维模型计算域进行网格划分ꎬ对收敛段㊁口模段以及自由段网格进行加密ꎬ得到的结构化网格如图２所示ꎮ采用计算流体力学ＡＮＳＹＳＦＬＵＥＮＴ软件模拟熔融纺丝过程中ＰＥＴ熔体的等温稳态层流过程ꎬ边界条件设置如下ꎮａ)入口(Ｉｎｌｅｔ):Ｖ＝１.０ｍ/ｓꎬＴ＝２９０ħꎮｂ)无滑移壁面(Ｗａｌｌｄｉｅ):Ｖｎ＝Ｖｓ＝０ꎬＴ＝２９０ħꎮｃ)无剪切壁面(Ｗａｌｌｆｒｅｅ):τｘ＝τｙ＝０ꎮｄ)出口(Ｏｕｔｌｅｔ):Ｐ＝０Ｐａꎮ图２㊀计算域网格示意Ｆｉｇ.２㊀Ｇｒｉｄｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｍｐｕｔｉｎｇｄｏｍａｉｎ１.４㊀网格无关性与模型验证设置５套不同数量网格进行网格无关性验证ꎬ分别为８０９６㊁１９７３４㊁３９９７４㊁５００９４㊁６０２１４ꎮ如图３所示ꎬ选取计算域网格中心对称轴线上的熔体速度作为监测数据ꎬ网格数量大于３９９７４时ꎬ熔体速度几乎不再发生变化ꎬ最大误差不超过３％ꎮ因此综合考虑ꎬ确定后续模拟采用５００９４的网格数量ꎮ在张伟等[１５]所选用的工况下进行模型验证ꎬ将口模段㊁收敛段和部分输送段的中心对称轴线速度分布与文献数据进行对比如图４所示ꎬ可以发现最大误差约为９.７％ꎬ具有较好的一致性ꎮ图３㊀网格无关性检验Ｆｉｇ.３㊀Ｇｒｉｄｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇ㊀㊀㊀图４㊀模型验证Ｆｉｇ.４㊀Ｍｏｄｅｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ２８ 现代纺织技术第３１卷２㊀结果与分析分别探究不同入口流速㊁不同收敛角和不同长径比对熔体在喷丝孔流道内流动特性的影响ꎬ各工况如表２所示ꎮ表２㊀模拟工况汇总Ｔａｂ.２㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｕｍｍａｒｙ序号入口流速∕(ｍ ｓ－１)长径比收敛角∕(ʎ)１０.５３７４２１.０３７４３２.０３７４４３.０３７４５１.０２７４６１.０３７４７１.０４７４８１.０５７４９１.０３５４１０１.０３７４１１１.０３９６１２１.０３１１６２.１㊀入口流速对喷丝孔流道内ＰＥＴ熔体稳定流动的影响㊀㊀图５为入口流速对速度场的影响及计算域中心对称轴线上的速度分布ꎮ可以明显发现流道内整体速度分布都随入口速度的增大而增大ꎬ且存在着相同的变化趋势ꎬ收敛段之前流速基本不变ꎬ在收敛段开始增大ꎬ口模段内达到最大值ꎬ此处径向存在速度梯度ꎬ速度大小沿径向从表面向中心递增ꎮ挤出口模后ꎬ由于失去壁面束缚ꎬ速度降低至一稳定值不再发生变化ꎮ随着速度增大ꎬ熔体挤出后的速度变化即自由段内平均速度相比口模段分别减小９.１６％㊁８.９１％㊁９.１７％㊁９.３０％ꎬ入口流速为１.０ｍ∕ｓ时ꎬ挤出前后速度变化最小ꎬ流动最稳定ꎮ图６为入口流速对压力场的影响及计算域中心对称轴线上的压力分布ꎮ可以发现熔体在喷丝孔通道内流经输送段时的压力基本不变ꎬ而在收敛段由于速度的急速升高压力开始下降ꎬ在口模段沿流动方向压力不断减小ꎬ挤出后压力降低为恒定值ꎮ高入口流速放大了收敛段和口模段的剪切束缚作用ꎬ流道内最大压力随入口流速的增大而显著增大ꎮ不同熔体入口流速下流道最大压力均满足挤出要求ꎬ此时流道内熔体均较为密实ꎬ均匀性好ꎬ但出入口压降的增大也会造成熔体内应力的恶化ꎬ压降越小ꎬ所得初生纤维制品内应力分布更佳ꎬ无规则变形越小ꎮ因此流道内压力并不是越大越好ꎬ入口流速在０.５~１.０ｍ∕ｓ范围内时最大压力变化较为稳定ꎬ流道内压降最大相差２４.３９％ꎬ处于合理范围ꎬ表明应选择０.５~１.０ｍ∕ｓ的入口流速范围ꎮ图７为入口流速对剪切速率场的影响及计算域中心对称轴线上的剪切速率分布ꎮ可以看出ꎬ受到速度梯度增大的影响ꎬ熔体在自由段内的中心平均剪切速率随入口流速增大而增大ꎬ从２５９４.９７ｓ－１增加到１７２３８.１９ｓ－１ꎬ熔体取向程度高ꎬ有利于成丝质量ꎮ而当流速为２.０ｍ∕ｓ和３.０ｍ∕ｓ时ꎬ流道内熔体中心最大剪切速率均达到１０５数量级ꎬ更易导致熔体破裂ꎬ不利于稳定流动ꎮ综合模拟结果宜选择１.０ｍ∕ｓ的入口流速ꎮ㊀㊀㊀图５㊀入口流速对速度场的影响及对称轴上的速度分布Ｆｉｇ.５㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ３８ 第６期沈泽坤等:喷丝板结构对熔融纺丝挤出过程聚合物熔体流动特性的影响㊀图６㊀入口流速对压力场的影响及对称轴线上的压力分布Ｆｉｇ.６㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ图７㊀入口流速对剪切速率场的影响及对称轴上的剪切速率分布Ｆｉｇ.７㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｔｈｅｓｈｅａｒｒａｔｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｈｅａｒｒａｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ ４８ 现代纺织技术第３１卷２.２㊀长径比对喷丝孔流道内ＰＥＴ熔体稳定流动的影响㊀㊀图８为长径比对速度场的影响及计算域中心对称轴线上的速度分布ꎮ可以发现随着长径比的增大ꎬ自由段内的高速区域减少ꎬ这是因为熔体在口模段内受到壁面束缚作用的程度最强ꎮ随着长径比增大ꎬ挤出前后自由段内平均速度相比口模段分别减小９.２７％㊁８.９１％㊁９.６５％㊁９.８８％ꎬ长径比为２和３时流动更稳定ꎮ图９为长径比对压力场的影响及计算域中心对称轴线上的压力分布ꎮ可以看出随着长径比增大ꎬ口模微孔流道变长ꎬ由于口模段的剪切束缚作用最强ꎬ整个喷丝孔流道内产生的最大压力升高ꎬ压降也相应增大ꎮ不同长径比下流道内最大压力均达到挤出要求ꎬ长径比为４和５时ꎬ喷丝孔流道压降相比长径比为２和３时分别增大４５.４５％㊁４２.８６％ꎬ考虑内应力分布宜选择长径比为２或３的喷丝板ꎮ图１０为长径比对剪切速率场的影响及计算域中心对称轴线上的剪切速率分布ꎮ可以发现此时流道内最大剪切速率相近ꎬ不同长径比下自由段内平均剪切速率分别为５６３９.２５㊁５９３９.０３㊁８０４９.９２㊁３４５６.７１ｓ－１ꎬ长径比为２㊁３㊁４时熔体取向程度较高ꎬ但长径比为２和４时自由段内分别存在一较高的剪切速率极大值１５４０２.３９ｓ－１和１５７５４.３１ｓ－１ꎬ熔体更易破裂ꎬ不利于稳定流动ꎮ综合模拟结果宜选择长径比为３的喷丝板ꎮ㊀㊀㊀㊀图８㊀长径比对速度场的影响及对称轴上的速度分布Ｆｉｇ.８㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ㊀㊀㊀㊀图９㊀长径比对压力场的影响及对称轴上的压力分布Ｆｉｇ.９㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ５８ 第６期沈泽坤等:喷丝板结构对熔融纺丝挤出过程聚合物熔体流动特性的影响图１０㊀长径比对剪切速率场的影响及对称轴上的剪切速率分布Ｆｉｇ.１０㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｓｈｅａｒｒａｔｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｈｅａｒｒａｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ２.３㊀收敛角对喷丝孔流道内ＰＥＴ熔体稳定流动的影响㊀㊀图１１为收敛角对速度场的影响及计算域中心对称轴线上的速度分布ꎮ口模段内的速度总体上随着收敛角的增大而增大ꎬ但收敛角为５４ʎ和７４ʎ时速度差异不大ꎬ收敛角增加到９６ʎ时口模段内速度开始上升ꎬ此后继续增大收敛角ꎬ口模段内速度将显著提高ꎮ不同收敛角下熔体挤出后速度下降至一相似值不再变化ꎬ挤出前后自由段内平均速度相比口模段分别降低９.１１％㊁８.９１％㊁１１.３１％㊁１８.４８％ꎬ考虑到流动稳定性宜选择收敛角为５４ʎ和７４ʎ的喷丝板ꎮ图１２为收敛角对压力场的影响及计算域中心对称轴线上的压力分布ꎮ可以发现随着收敛角增大ꎬ喷丝孔流道内最大压力减小ꎮ收敛角在５４ʎ~９６ʎ范围内时流道最大压力变化较为稳定ꎬ此收敛角范围内流道内压降最大相差１４.２９％ꎬ处于合理范围ꎬ有利于纺丝过程的稳定性ꎬ因此宜选择５４ʎ~９６ʎ的收敛角ꎮ图１３为收敛角对剪切速率场的影响及计算域中心对称轴线上的剪切速率分布ꎮ随着收敛角增大ꎬ流道内熔体中心最大剪切速率从３９６７９.５３ｓ－１增加到７０９３６.１１ｓ－１ꎬ熔体更易破裂ꎬ流动越不稳定ꎮ自由段内熔体中心平均剪切速率随收敛角增大从６２６１.７１ｓ－１下降到２７３８.０５ｓ－１ꎬ熔体取向程度降低ꎮ综合模拟结果ꎬ宜选择收敛角为５４ʎ和７４ʎ的喷丝板ꎮ６８ 现代纺织技术第３１卷㊀㊀㊀㊀图１１㊀收敛角对速度场的影响及对称轴上的速度分布Ｆｉｇ.１１㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ㊀㊀㊀图１２㊀收敛角对压力场的影响及对称轴上的压力分布Ｆｉｇ.１２㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｏｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ７８ 第６期沈泽坤等:喷丝板结构对熔融纺丝挤出过程聚合物熔体流动特性的影响图１３㊀收敛角对剪切速率场的影响及对称轴上的剪切速率分布Ｆｉｇ.１３㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｏｎｔｈｅｓｈｅａｒｒａｔｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｈｅａｒｒａｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｈｅａｘｉｓｏｆｓｙｍｍｅｔｒｙ２.４㊀流动非均匀性系数口模段内流场的径向均匀性直接决定了后续初生纤维的结构均匀性ꎬ对于成丝质量的影响至关重要ꎮ定义二分之一口模段截面处熔体最大速度与截面平均速度之比ｕ∗为熔体流动非均匀系数ꎮ图１４为入口流速㊁长径比和收敛角对流动非均匀系数的影响ꎮ可以看出ꎬ入口流速对口模段内流动均匀性影响较小ꎬ不同流速下非均匀系数最大仅相差０.２２％ꎮ这是因为在只改变入口流速的情况下ꎬ熔体流动的均匀性主要取决于喷丝孔流道几何结构ꎮ增大长径比时ꎬ流动非均匀系数不断下降ꎮ这是由于熔体高黏度低热导率特性下普朗特数很高ꎬ达到１０６数量级ꎬ充分发展段长达数千米ꎮ而口模段长度受制于装备尺寸一般不会超过２ｍｍꎬ因此流动均未充分发展ꎮ随着长径比的增大ꎬ口模段二分之一处距离流动入口越远ꎬ边界层越厚ꎬ所以流动越均匀ꎬ表现为非均匀系数减小ꎮ而收敛角对流动均匀性的影响较为明显ꎬ不同收敛角下非均匀系数最大相差达１０％ꎮ可以发现收敛角大于９６ʎ后流动非均匀性骤增ꎮ这是因为大角度情况下口模段入口处熔体径向速度分量变大ꎬ进入口模段后轴向速度减小ꎬ熔体高速流动区域从而减少ꎮ㊀㊀图１４㊀入口流速㊁长径比和收敛角对流动非均匀系数的影响Ｆｉｇ.１４㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏａｎｄｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｏｎｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｆｌｏｗ８８ 现代纺织技术第３１卷３㊀结㊀论本文对于ＰＥＴ聚合物熔体在微孔流道内的流动过程ꎬ在分析不同喷丝板微孔结构和不同入口流速下熔体流变过程中速度分布㊁压力分布和剪切速率分布特性对熔体流动稳定性影响的基础上ꎬ提出了与熔体速度有关的非均匀系数ꎬ定量对比了不同喷丝板微孔结构和不同入口流速下口模段内熔体流动的均匀性ꎬ进一步阐明了微孔流道结构参数对熔体流动均匀性的影响机制ꎬ指出了对应最佳熔体流动非均匀系数的喷丝板结构ꎬ为喷丝板的优化设计提供了参考ꎮ主要结论如下:ａ)随着入口流速的上升熔体挤出前后的平均速度变化程度先减后增ꎬ１.０ｍ∕ｓ时流动最稳定ꎻ入口流速在０.５~１.０ｍ∕ｓ范围内时压降变化更为稳定ꎬ且更有利于初生纤维内应力ꎻ流速的上升增大了自由段内平均剪切速率ꎬ强化了熔体取向程度ꎬ但入口流速为２.０ｍ∕ｓ和３.０ｍ∕ｓ时流道内最大剪切速率达１０５数量级ꎬ熔体破裂的可能性更高ꎬ不利于流动稳定性ꎮ喷丝板几何结构不变的情况下入口流速对熔体流动非均匀系数影响不大ꎮ研究表明应选择１.０ｍ∕ｓ的入口流速ꎮｂ)口模长径比为２和３时挤出前后平均速度变化程度小ꎬ流动更稳定ꎻ长径比为２和３时压降更有利于初生纤维内应力ꎻ长径比为２㊁３㊁４时自由段内平均剪切速率高ꎬ即熔体取向程度较高ꎬ但长径比为２和４时自由段内仍明显存在剪切速率极大值ꎬ易导致熔体破裂不利于流动稳定性ꎮ同时ꎬ增大长径比时由于熔体始终处于充分发展段ꎬ因此边界层越厚ꎬ流动越均匀ꎬ表现为非均匀系数减小ꎮ研究表明长径比为３喷丝板最佳ꎮｃ)收敛角为５４ʎ和７４ʎ时挤出前后平均速度变化程度小ꎬ流动更稳定ꎻ收敛角在５４ʎ~９６ʎ范围内时压降变化较为稳定ꎬ最大相差１４.２９％ꎬ处于合理范围ꎻ自由段内熔体平均剪切速率随收敛角增大而下降ꎬ熔体取向程度降低ꎬ但收敛角为５４ʎ和７４ʎ时流道内熔体中心最大剪切速率较小ꎬ熔体不易破裂ꎬ流动稳定性更好ꎮ同时由于收敛角改变了口模入口处的径向速度分量ꎬ对流动均匀性的影响较为明显ꎮ研究表明收敛角为７４ʎ的喷丝板最佳ꎮ参考文献:[１]国家统计局.２０２２年中国化学纤维产量[ＥＢ∕ＯＬ].[２０２３￣０６￣１５].ｈｔｔｐｓ:∕∕ｄａｔａ.ｓｔａｔｓ.ｇｏｖ.ｃｎ∕ｅａｓｙｑｕｅｒｙ.ｈｔｍ?ｃｎ＝Ｃ０１.ＮａｔｉｏｎａｌＢｕｒｅａｕｏｆＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ.Ｃｈｅｍｉｃａｌｆｉｂｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎ２０２２ｏｆＣｈｉｎａ[ＥＢ∕ＯＬ].[２０２３￣０６￣１５].ｈｔｔｐｓ:∕∕ｄａｔａ.ｓｔａｔｓ.ｇｏｖ.ｃｎ∕ｅａｓｙｑｕｅｒｙ.ｈｔｍ?ｃｎ＝Ｃ０１.[２]ＩＲＭＡＴＯＶＡＭＢꎬＳＯＤＩＱＡＬＩＹＥＶＡＦＭ.Ｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｏｃａｌｐｏｌｙｅｓｔｅｒｆｉｂｅｒꎬｆｏｒｍｅｄｆｒｏｍｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅｇｒａｎｕｌｅｓ[Ｊ].ＡＣＡＤＥＭＩＣＩＡ:ＡｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＪｏｕｒｎａｌꎬ２０２２ꎬ１２(６):１６￣２２. [３]杨童童ꎬ李世君ꎬ刘峰ꎬ等.阻燃用聚酯纤维的性能及其纺纱工艺探究[Ｊ].合成技术及应用ꎬ２０２０ꎬ３５(３):３９￣４４.ＹＡＮＧＴｏｎｇｔｏｎｇꎬＬＩＳｈｉｊｕｎꎬＬＩＵＦｅｎｇꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｐｏｌｙｅｓｔｅｒｆｉｂｅｒａｎｄｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬ２０２０ꎬ３５(３):３９￣４４.[４]万雷ꎬ吴文静ꎬ吕佳滨ꎬ等.我国对位芳纶产业链发展现状及展望[Ｊ].高科技纤维与应用ꎬ２０１９ꎬ４４(３):２１￣２６.ＷＡＮＬｅｉꎬＷＵＷｅｎｊｉｎｇꎬＬÜＪｉａｂｉｎꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｐａｒａ￣ａｒａｍｉｄｉｎｄｕｓｔｒｙｃｈａｉｎｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].Ｈｉ￣ＴｅｃｈＦｉｂｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬ２０１９ꎬ４４(３):２１￣２６.[５]李杜ꎬ陈清清ꎬ张玲丽ꎬ等.芳纶１４１４装甲材料的制备及拉伸性能探讨[Ｊ].棉纺织技术ꎬ２０２２ꎬ５０(９):１９￣２３.ＬＩＤｕꎬＣＨＥＮＱｉｎｇｑｉｎｇꎬＺＨＡＮＧＬｉｌｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｙｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆａｒａｍｉｄ１４１４ａｒｍｏｕｒｍａｔｅｒｉａｌ[Ｊ].ＣｏｔｔｏｎＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２２ꎬ５０(９):１９￣２３.[６]赵智垒ꎬ丁永春ꎬ杨中桂ꎬ等.高性能纤维复合材料在海上风电的应用[Ｊ].船舶工程ꎬ２０２２ꎬ４４(Ｓ１):５１￣５６.ＺＨＡＯＺｈｉｌｅｉꎬＤＩＮＧＹｏｎｇｃｈｕｎꎬＹＡＮＧＺｈｏｎｇｇｕｉꎬｅｔａｌ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒ[Ｊ].ＳｈｉｐＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２２ꎬ４４(Ｓ１):５１￣５６. [７]ＧＡＬＩＺＩＡＰꎬＳＣＩＴＩＤꎬＳＡＲＡＧＡＦꎬｅｔａｌ.Ｏｆｆ￣ａｘｉｓｄａｍａｇｅｔｏｌｅｒａｎｃｅｏｆｆｉｂｅｒ￣ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒａｅｒｏｓｐａｃｅｓｙｓｔｅｍｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０２０ꎬ４０(７):２６９１￣２６９８.[８]任明当ꎬ苏荣ꎬ杨屹.芳纶纤维在光电线缆中的应用探赜[Ｊ].光纤与电缆及其应用技术ꎬ２０２３(１):１￣６.ＲＥＮＧＭｉｎｇｄａｎｇꎬＳＵＲｏｎｇꎬＹＡＮＧＹｉ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆａｒａｍｉｄｆｉｂｅｒｉｎｏｐｔｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃａｂｌｅｓ[Ｊ].ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃＣａｂｌｅａｎｄＴｈｅｉｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０２３(１):１￣６.[９]ＹＯＵＮＥＳＢ.Ａｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｓｔａｇｅｈｏｔ￣ｄｒａｗｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｌｉｎｅａｒａｌｉｐｈａｔｉｃ￣ａｒｏｍａｔｉｃｃｏ￣ｐｏｌｙｅｓｔｅｒｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１４ꎬ３(４):１８６￣２０２.９８第６期沈泽坤等:喷丝板结构对熔融纺丝挤出过程聚合物熔体流动特性的影响[１０]ＲＡＯＰＮꎬＳＡＢＡＶＡＴＨＧＫꎬＰＡＵＬＳＮ.ＩｍｐａｃｔｏｆＭＴＡｂｌｅｎｄ％ｉｎｍｅｌｔｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｐｏｌｙｅｓｔｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[Ｊ].ＳＮＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０２１ꎬ３(２):１￣１１. [１１]郝浩然.熔融纺丝组件内流体力学性能的研究[Ｄ].北京:北京化工大学ꎬ２０２１.ＨＡＯＨａｏｒａｎ.ＳｔｕｄｙｏｎＨｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭｅｌｔＳｐｉｎｎｉｎｇＰａｃｋ[Ｄ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２１.[１２]ＰＡＰＫＯＶＤꎬＤＥＬＰＯＵＶＥＮꎬＤＥＬＢＲＥＩＬＨＬꎬｅｔａｌ.Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒｃｈａｉｎｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｏｎｇａｎｄｔｏｕｇｈｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｌｏｗｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ:Ｔｏｗａｒｄｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｓｕｐｅｒｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＡＣＳｎａｎｏꎬ２０１９ꎬ１３(５):４８９３￣４９２７.[１３]ＭＩＳＺＴＡＬ￣ＦＡＲＡＪＢꎬＰᶒＣＨＥＲＳＫＩＲＢꎬＤＥＮＩＳＰꎬｅｔａｌ.Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｏｒｉｅｎｔｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｐｏｌｙｍｅｒｓｉｎｔｈｅｅｎｔｉｒｅｒａｎｇｅｏｆｕｎｉａｘｉａｌｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｐｏｌｙｍｅｒꎬ２０１９ꎬ１７３:１４１￣１５７.[１４]ＧＡＮＸＨꎬＬＩＵＱꎬＭＡＸＪ.Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｅｌｔｆｌｏｗｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｉｎｎｉｎｇｍｉｃｒｏｐｏｒｅ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１１ꎬ３８３:１１０￣１１５.[１５]ＳＵＲＥＳＨＫꎬＳＥＬＶＡＭＫꎬＫＡＲＵＮＡＮＩＴＨＩＢ.ＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｆｌｏｗｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｏｗｅｒ￣ｌａｗｆｌｕｉｄｓｕｓｅｄｔｏｅｘｔｒｕｄｅｔｈｅｐｏｌｙｍｅｒｉｃｈｏｌｌｏｗｆｉｂｅｒｍｅｍｂｒａｎｅｔｈｒｏｕｇｈａｎａｎｇｕｌａｒｓｐｉｎｎｅｒｅｔ[Ｃ]∕∕ＡＩＰＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ.ＣｈｅｎｎａｉꎬＩｎｄｉａ.ＡＩＰＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇꎬ２０１９:１６０￣１６０. [１６]张伟ꎬ成文凯ꎬ张先明.涤纶工业丝熔融纺丝过程的数值模拟[Ｊ].现代纺织技术ꎬ２０２２ꎬ３０(５):５２￣５９.ＺＨＡＮＧＷｅｉꎬＣＨＥＮＧＷｅｎｋａｉꎬＺＨＡＮＧＸｉａｎｍｉｎｇ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｅｌｔｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｏｌｙｅｓｔｅｒｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｙａｒｎ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２２ꎬ３０(５):５２￣５９.[１７]吴金亮ꎬ王铁军ꎬ孙福ꎬ等.细旦多孔聚酯预取向丝Ｂａｒｍａｇ环吹纺丝组件的设计[Ｊ].现代纺织技术ꎬ２０２１ꎬ２９(６):４９￣５４.ＷＵＪｉｎｌｉａｎｇꎬＷＡＮＧＴｉｅｊｕｎꎬＳＵＮＦｕꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎｏｆＢａｒｍａｇｒｉｎｇｂｌｏｗｉｎｇｓｐｉｎｎｉｎｇａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｆｉｎｅｄｅｎｉｅｒｐｏｒｏｕｓｐｏｌｙｅｓｔｅｒｐｒｅ￣ｏｒｉｅｎｔｅｄｙａｒｎ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２１ꎬ２９(６):４９￣５４.[１８]孙华平ꎬ冯培ꎬ杨崇倡.基于Ｐｏｌｙｆｌｏｗ对扁平复合导电纤维喷丝板孔道优化设计[Ｊ].合成纤维工业ꎬ２０１９ꎬ４２(３):６９￣７３.ＳＵＮＨｕａｐｉｎｇꎬＦＥＮＧＰｅｉꎬＹＡＮＧＣｈｏｎｇｃｈａｎｇ.Ｄｅｓｉｇｎｏｆｓｐｉｎｎｅｒｅｔｐｉｌｏｔｈｏｌｅｆｏｒｆｌａｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｆｉｂｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｐｏｌｙｆｌｏｗｓｏｆｔｗａｒｅ[Ｊ].ＣｈｉｎａＳｙｎｔｈｅｔｉｃＦｉｂｅｒＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１９ꎬ４２(３):６９￣７３.[１９]付丽ꎬ薛平ꎬ刘丽超ꎬ等.ＰＥ￣ＵＨＭＷ∕ＰＥ￣ＨＤ熔融挤出初生丝挤出胀大现象模拟分析[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２０１９ꎬ４７(４):５３￣５８.ＦＵＬｉꎬＸＵＥＰｉｎｇꎬＬＩＵＬｉｃｈａｏꎬｅｔａｌ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｓｗｅｌｌｉｎｇｉｎａｓ￣ｓｐｕｎｆｉｌａｍｅｎｔｏｆｔｈｅＰＥ￣ＵＨＭＷ∕ＰＥ￣ＨＤｂｌｅｎｄｓｍｅｌｔｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｌａｓｔｉｃｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬ２０１９ꎬ４７(４):５３￣５８.[２０]付丽.超高分子量聚乙烯熔融挤出初生丝过程的模拟与实验研究[Ｄ].北京:北京化工大学ꎬ２０１９.ＦＵＬｉ.ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｒｏｃｅｓｓｏｆＭｅｌｔＥｘｔｒｕｓｉｏｎｏｆＵｌｔｒａＨｉｇｈＭｏｌｅｃｕｌａｒＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ[Ｄ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９.[２１]赵力宁ꎬ林鑫ꎬ黄卫东.较低剪切速率下过冷熔体非枝晶组织的形成与演化[Ｊ].金属学报ꎬ２０１１ꎬ４７(４):４０３￣４０９.ＺＨＡＯＬｉｎｉｎｇꎬＬＩＮＸｉｎꎬＨＵＡＮＧＷｅｉｄｏｎｇ.Ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｎ￣ｄｅｎ￣ｄｒｉｔｉｃｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｉｎｕｎｄｅｒｃｏｏｌｉｎｇｍｅｌｔｗｉｔｈｌｏｗｅｒｓｈｅａｒｉｎｇｒａｔｅ[Ｊ].ＡｃｔａＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１１ꎬ４７(４):４０３￣４０９.[２２]ＤＥＫＯＲＴＧꎬＬＥＯＮÉＮꎬＳＴＥＬＬＡＭＡＮＮＳＥꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｈｅａｒｒａｔｅｏｎｔｈｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌａｘａｔｉｏｎｏｆａｖａｎｉｌｌｉｃａｃｉｄｂａｓｅｄｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｏｌｙｍｅｒ[Ｊ].Ｐｏｌｙｍｅｒｓꎬ２０１８ꎬ１０(９):７５￣７６.[２３]顾家耀.ＰＯＹ条干不匀率影响因素的探讨[Ｊ].合成纤维工业ꎬ１９９３ꎬ１６(１):５３￣５６.ＧＵＪｉａｙａｏ.ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓｏｆＰＯＹ[Ｊ].ＣｈｉｎａＳｙｎｔｈｅｔｉｃＦｉｂｅｒＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ１９９３ꎬ１６(１):５３￣５６.[２４]邹爱国.黑色锦纶６ＰＯＹ纺丝工艺[Ｊ].广东化纤ꎬ１９９９(２):１￣３.ＺＯＵＡｉｇｕｏ.Ｂｌａｃｋｎｙｌｏｎ６ＰＯＹｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＧｕａｎｄｏｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＦｉｂｅｒꎬ１９９９(２):１￣３.０９ 现代纺织技术第３１卷ＥｆｆｅｃｔｏｆｓｐｉｎｎｅｒｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｏｌｙｍｅｒｍｅｌｔｉｎｍｅｌｔｓｐｉｎｎｉｎｇｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓＳＨＥＮＺｅｋｕｎꎬＷＡＮＧＨｕｉꎬＹＩＮＧＱｉｆａｎ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１６２０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｌｙｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｐｏｌｙｅｓｔｅｒｆｉｂｅｒｓｉｓｓｔｉｌｌａｇｒｅａｔｃｈａｌｌｅｎｇｅ.Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｅｌｔｆｌｏｗｉｎｔｈｅｍｅｌｔｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｒａｄｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｅｘｔｒｕｓｉｏｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｓｐｉｎｎｉｎｇ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ ｔｈｅｆｌｏｗｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｏｌｙｅｓｔｅｒｍｅｌｔｉｎｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｍｅｌｔｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｍｅｌｔｖｅｌｏｃｉｔｙｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｍｅｌｔｆｌｏｗｗａｓｆｕｒｔｈｅｒｃｌａｒｉｆｉｅｄ.Ｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｍｅｌｔｆｌｏｗｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ.Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅａｖｅｒａｇｅｍｅｌｔｖｅｌｏｃｉｔｙｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｅｘｔｒｕｓｉｏｎｆｉｒｓｔｄｅｃｒｅａｓｅｓａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｉｓｔｈｅｍｏｓｔｓｔａｂｌｅａｔ１ｍ∕ｓ.Ｔｈｅｔｉｍｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｉｓｍｏｒｅｓｔａｂｌｅｗｈｅｎｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｒａｎｇｅｓｆｒｏｍ０.５ｍ∕ｓｔｏ１ｍ∕ｓ ａｎｄｉｓｍｏｒｅｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｆｉｂｅｒ.Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅａｖｅｒａｇｅｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅｆｒｅｅｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｓｔｈｅｍｅｌｔｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ.Ｈｏｗｅｖｅｒ ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｌｅｔｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｉｓ２ｍ∕ｓａｎｄ３ｍ∕ｓ ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅｆｌｏｗｐａｓｓａｇｅｒｅａｃｈｅｓ１０５ｏｒｄｅｒｓｏｆｍａｇｎｉｔｕｄｅ ａｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｍｅｌｔｆｒａｃｔｕｒｅｉｓｈｉｇｈｅｒ ｗｈｉｃｈｉｓｎｏｔｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｆｌｏｗｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｈａｓｌｉｔｔｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｍｅｌｔｆｌｏｗｗｈｅｎｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｇｅｏｍｅｔｒｙｉｓｕｎｃｈａｎｇｅｄ.Ｔｈｅｓｔｕｄｙｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆ１ｍ∕ｓｓｈｏｕｌｄｂｅｓｅｌｅｃｔｅｄ.Ｗｈｅｎｔｈｅｄｉｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｉｓ２ａｎｄ３ ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖｅｌｏｃｉｔｙｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｅｘｔｒｕｓｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｌｅｓｓ ａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｉｓｍｏｒｅｓｔａｂｌｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｉｓ２ａｎｄ３ ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｉｓｍｏｒｅｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｆｉｂｅｒ.Ｗｈｅｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｉｓ２ ３ ４ 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PET材料中低聚物的危害及提取马军宝（青岛大学，山东 青岛 266071）摘要：PET材料由于其良好的性能广泛应用于工程塑料、薄膜、瓶片尤其是纤维领域，但是由于现在PET 材料在生产中会产生副产物低聚物。
对于后续的纤维生产工艺和产品质量产生影响。
因此减少低聚物含量的研究也就成为广大研究员的重点，如何从PET产品中提取低聚物是研究低聚物组成和含量的重要基础。
文章结合国内外部分文献，介绍了几种低聚物的部分危害以及提取技术，为对低聚物的充分研究提供思路。
关键词：PET；低聚物；危害；提取中图分类号：TQ323 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1673-0968.2020.06.0041 引言PET材料具有良好的力学性能，耐摩擦、耐疲劳并且可以在较高温度下长期使用，是目前产量最高的一种纤维材料，无论是在薄膜[1]、食品材料[2]还是纤维等领域均被广泛使用，但是由于PET材料的生产是一种缩聚反应，依照现有的技术，PET低聚物是无法避免的[3]。
99%的的低聚物是在乙二醇和对苯二甲酸二甲酯的催化酯交反应中产生的；其中环状低聚物产生的原因主要有三点：1.短链直线低聚物的环化；2.链端的环解聚；3.聚合物链中酯基或链间酯基交换消除反应，交换消除反应产生的低聚物占据了绝大部分[4]。
由于染色需要高温高压的条件，在这种条件下水分子很容易的穿透聚合物，低聚物也十分容易转移。
线性结构的低聚物中带有极性基团，在水中具有一定的溶解性，对染色影响较小[5]。
但是环状低聚物的结构与线性低聚物的结构相差较大，其结构特点导致结晶度高、溶解度小，会给染色带来许多问题，因此避免低聚物形成较大的结晶也是一种十分有效的解决低聚物问题的思路[6,7]。
低聚物在纺丝过程中会在喷丝板凝聚，污染喷丝板影响其使用寿命,也会沉积在织物上引起色差、斑点等种种问题[4]。
沉积的低聚物会增加纱线的摩擦力，导致纱线断裂、络筒困难和厚度不均等问题，也会导致织物的张力在成型过程中发生改变，最终降低纤维的可纺性，加速机器的磨损，增加能耗。
影响PET二甘醇的因素及控制方法上海石化涤纶事业部3#聚酯邬良明摘要：二甘醇（DEG）在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）切片中的含量是PET 的重要质量指标，在生产过程中必须严格控制，讨论影响切片中二甘醇含量的各种因素。
对于聚酯生产中，二甘醇主要产生于酯化反应这一实际情况，提出要控制二甘醇的含量必须结合生产实际，及时调整摩尔比EG/PTA、酯化温度、酯化压力、停留时间等。
关键词：PTA；酯化；温度；压力；二甘醇1 前言聚酯生产中，生产原料、生产负荷、工艺参数等因素的变化，均有可能对成品中二甘醇（DEG）的含量造成影响。
如控制不当，造成产品DEG波动，会严重影响纤维的染色均匀性。
通过DEG对聚酯染色性能的影响机理及影响DEG含量的因素的分析，提高调控水平，确保DEG含量稳定，避免纺丝染色出现明显色差。
在聚酯切片生产过程中，DEG的含量是必须严格控制的指标。
理论上讲，由于DEG 的存在，DEG中醚键加入到聚酯大分子链段中，在一定程度上破坏了聚酯大分子链排列的规整性，从而使链的强度下降。
另外，DEG含量的增加也使切片的熔点略有下降。
这两方面都造成了切片的成纤性能降低，在纺丝过程中出现断头率高的现象。
但另一方面，切片中含有一定量的DEG，有利于纺丝的染色。
如果切片中DEG的含量过少，在染色时容易出现着色不均匀。
所以聚酯切片中DEG的含量是一个重要质量指标，应控制在一定范围内（国标为不大于1.3%）。
2 影响聚酯PET中的DEG含量的各种因素及措施2．1 摩尔比EG/PTA在聚酯生产中，常常根据生产需要增加摩尔比EG/PTA，这种调整所起的主要作用是：a、增加了游离EG及水的含量；b、加剧了酯化及缩聚系统的EG和水的蒸发量；c、加快了酯化反应的速率，直到酯化反应达到平衡为止；d、中间产品的羧基及最终产品的羧基会明显减少。
增加摩尔比EG/PTA在促进了正向反应的同时，副反应也相应加快，乙二醇的醚化生成DEG就是其中之一。
高速纺丝对聚酯质量和切片干燥的要求1聚酯质量的要求聚酯纺丝有熔体直接纺丝和切片纺丝两种，不同的聚酯熔体和切片对纺丝和成品的质量影响极大。
纺丝情况及POY的质量不但与聚酯的相对分子质量及其分布、熔体的流变特性和切片的热容量等有关，而且与切片的凝聚粒子含量、聚合时加入催化剂的沉淀物、灰分和其他机械杂质的含量以及所加TiO2的特性等有关。
纺丝工艺不同，会使纺丝情况不同，对原料的要求也不同。
高速纺丝对聚酯质量有如下要求：(1)聚酯中机械杂质及凝聚粒子的含量愈低愈好，熔体特性粘度的波动值最好小于0.01，其中心值在0.63～0.68之间，以偏高为佳。
较高的特性粘度有利于制得良好的POY，但过高会造成纺丝困难和毛丝增多。
(2)聚酯的相对分子质量分布窄，分布指数α小(α<>α大者，纺丝成形不良，产生飘丝和并丝，疵点多，无油丝粘度波动大，纤维的强伸度波动大。
聚酯的相对分子质量高，在纺程上可承受大的拉力，对纺丝有利。
但聚酯相对分子质量太高时，大分子链太长，难以展开和伸直，使分子取向所需要的力也大，并可能导致不完全取向。
聚酯相对分子质量太低时，则大分子链短，从喷丝孔挤出和拉伸取向时，在张力作用下易产生断裂。
故其平均相对分子质量应适中。
聚酯的相对分子质量在很大程度上决定着纤维的性能，同时对纺丝工艺条件有很大的影响。
最佳的相对分子质量范围应选择在对纺丝工艺条件和产品质量最不敏感的区域。
(3)聚酯熔体的过滤性能好。
描述和判定聚酯熔体的过滤性能，可用在过滤面积S(m2)上通过一定时间G(min)的熔体的平均压力降△P来表示，其值A称为过滤系数，表示如下：如果A值小，表示过滤性能好。
过滤性能好的切片，预过滤器的出口起始压力有一个比较稳定的阶段，然后慢慢下降；过滤性能差的，没有稳定阶段，其压力迅速下降，甚至呈直线下降。
(4)切片中的粉屑含量少。
若切片中粉屑含量较多，纺丝时喷丝板粘板严重，新使用的喷丝板8～12h后就会出现粘板现象，从而造成纺丝成形恶化，甚至产生注头或块状疵点，纺丝组件使用寿命缩短，侧吹风窗上会积满粉尘，影响冷却吹风的风速及分布的均匀性，从而使POY质量低劣。
pet切片纺丝法的工艺流程英文回答：Polyethylene terephthalate (PET) staple fiber spinning process involves several key steps:1. Polymer Preparation: PET chips are first melted and extruded into a continuous strand. This strand is then stretched and annealed to improve its strength and orientation.2. Fiber Formation: The stretched PET strand is fedinto a spinneret, which contains numerous tiny orifices. As the molten PET passes through these orifices, it forms fine filaments that solidify into fibers.3. Fiber Quenching: The newly formed fibers are rapidly quenched with water or air to solidify them further and prevent crystallization.4. Fiber Drawing: The quenched fibers are stretched again to improve their orientation and strength. This process also helps to reduce the fiber diameter.5. Fiber Cutting: The drawn fibers are cut into staple fibers of a desired length. These staple fibers are then crimped to give them a bulkier texture.6. Fiber Carding and Combing: The staple fibers are carded to remove any impurities and align the fibers. They may also be combed to further improve the fiber alignment and remove any remaining impurities.7. Fiber Blending: Different types of PET staple fibers can be blended to achieve specific properties, such as improved strength, softness, or moisture wicking.8. Fiber Spinning: The blended fibers are spun into yarns using a conventional spinning machine. These yarnscan then be used to create a wide range of textiles, including apparel, home furnishings, and industrial fabrics.中文回答：聚对苯二甲酸乙二酯（PET）短纤纺丝法工艺流程包括以下主要步骤：1. 聚合物制备，将 PET 切片熔融并挤出成连续的线束。
