东华大学高分子材料成型原理-第五章-化学纤维成型加工原理

的单元过程。 5、可纺性：是指流体承受稳定的拉伸操作所具
有的形变能力。
伸至断裂时外力所做的功。
大小可由应力应变曲线下的面积求得：
������������
=
������ ������������∙������
(N/tex)
������������为线密度（tex），L 为试样长度（mm）
6、决定最大丝条长度������∗的断裂机理 （1）内聚破坏机理：对于粘弹性流体的拉伸流
是否出现“溶体破裂”取决于纺丝流体的弹
性性质（������）及其在喷丝孔道中的流动状态������̇ 。
○1 提高纺丝细流温度⇒ ������ ↓；
○2 减小泵供量⇒ ������̇ ↓。
区域，因此是纺丝成型过程最重要的区域。 其中：IIa 区是拉伸流动的主要区域，对纤维的均
匀性影响较大； IIb 区是纤维结构形成的主要区域。 （3） III 区：固化丝条运动区：丝条已经固化， 无明显流动；纤维的初生结构在此继续形成。 2、 熔体纺丝线上的力平衡 （1） 距离喷丝头 X 处的力平衡方程式：
（3）
推导表面摩擦系数：������������
=
∆������������������������ ������������������������������∙������������������∙∆������
取纺丝线固化区������1处与������2处，则：
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（2） 两个重要结论：
○1 只有横向吹风（������������ = 0，������������ ≠ 0）时的传热系
数是只有纵向吹风（������������ ≠ 0，������������ = 0）时的
传热系数的两倍，即：������∗横 = 2������∗纵；
○2 当横向吹风不变（������������不变），
（I）纺丝线的上段，冷却过程主要受冷却吹风
速度������������控制；
（II）纺丝线的下段，冷却过程主要受丝条本身 的运动速度������������控制。
4、 熔体纺丝线上的冷却长度������������ （1） ������������是喷丝板到丝条固化点之间的距离； （2） 在������������范围内，是熔体细流向初生纤维转化
结晶，因此存在着一处丝条直径急剧减小的 位置，这种现象就称为细径现象。 （2）高速纺形成皮芯结构的原因：在高速熔纺 过程中，由于径向的温度分布导致径向的粘 度分布，高粘性的皮层出现应力集中现象， 这样高应力的皮层区要比接近于纤维轴的 低应力区存在更好的大分子取向和结晶条 件，因而形成皮芯结构。
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即：������0������0������0 = ������������������ = ������������������������������������ = 常数 （2）纺丝线上的主要成型区域内，占支配地位
的形变时单轴拉伸； （3）纺丝过程是一个状态参数（温度、压力、
组成）连续变化的非平衡态动力学过程； （4）纺丝动力学包括几个同时进行并相互联系
1 公支 = ������������/������ （2） 断裂强度：纤维对拉伸力抵抗能力的量度
三种表示方法：
W 为断裂功 [������������，(1������ = 1������ ∙ ������)]
【说明】断裂功和断裂比功越大，纤维韧性越好。 （5）卷曲性；（6）染色性；（7）手感； （8）起球。 3、成型阶段的四个基本步骤 （1）纺丝流体在喷丝孔中流动； （2）挤出液流中的应力松弛和流动体系的流场
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（������������������������
）
1
=
������������ (������1 )
同理：
= ������������(0) + ������������ + ������������ + ������������ − ������������
（������������������������
������������ ：使纺丝线作轴向加速运动所需克服的惯性力；
������������：纺丝线在方程中需克服的表面张力；
������������：空气对运动着的纺丝线表面所产生的摩擦 阻力；
������������：丝条所受重力。
（2） 在卷绕筒管（X = L）处，上式可改写为：
������������������������ = ������������(������) = ������������(������) + ������������ + ������������ + ������������ − ������������
高分子材料成型原理期末考试复习要点
第五章 化学纤维成型加工原理
第一部分 概述 1、 化学纤维成型的基本过程
基础阶段：原料制备、纺前准备
熔体纺丝
成型阶段
{溶液纺丝
湿法纺丝 {
干法纺丝
{后成型阶段
2、 化学纤维的品质指标 （1） 线密度：单位长度的重量
相关换算：������������������������ = ������旦 = ������������������/������
∙
2������������������
∙ ∆������
因此：������������
=
∆������������������������ ������0������������2∙������������������∙∆������
3、 熔体纺丝中的传热
（1） 传热系数
������∗ = ������. ������������������������������−������.������������������[������������������ + (������������������)������]������.������������������
将������������������，������
=
������ ������
������������ ������������ ������������ ������ 代入上式得：
∆������������������������
=
1 2
������������ ������0 ������������ 2
（2） 取相机理
○1 喷丝孔中的剪切流动取向； ○2 纺丝线上的拉伸流动取向； ○3 纺丝线上的拉伸形变取向
【说明】卷绕丝的取向度主要是纺丝线上的拉伸 流动取向贡献的。 6、影响熔体纺丝线取向的因素 （1）分子量增大，∆n ↑ （2）卷绕速度增大，∆n ↑ （3）泵供量减小，∆n ↑ （4）纤维直径减小，∆n ↑ （5）环境温度上升，∆n ↓ （6）熔体温度升高，∆n ↓ 7、解释两种现象 （1）细径现象：在高速纺时，纺丝线上会发生
1、 熔体纺丝线程
裂。
（1） I 区：挤出胀大区
【说明】原则上，两种断裂机理都能独立的对丝 （2） II 区：形变细化区
条断裂起作用，但是不同情况下起控制作用的
该区是熔体细流向初生纤维转化的重要过
机理也不同：
渡阶段，是发生拉伸流动和形成纤维最初结构的
（1） 当������、������0较小时，表面张力较大，毛细破 坏机理起控制作用；
������������(������) = ������������(������) + ������������ + ������������ + ������������ − ������������
������������(������)：距离喷丝头 X 处丝条所受到的流变阻力；
������������(0)：喷丝孔出口处作轴向拉伸流动时所克服 的流变阻力；
）
2
=
������������ (������2 )
= ������’������(0) + ������’������ + ������’������ + ������’������ − ������’������
则：（������������������������
）
1
−
（������������������������ ）2
○2 断裂长度；○3 强度极限；
（3） 初始模量：表示在小负荷下变形的难易程 度，反映了纤维的刚性。
单位： N/tex 或 cN/dtex （4） 断裂功和断裂比功
○1 断裂功：纤维拉伸至断裂时外力所做的功。
大小可由负荷伸长曲线下的面积求得：
������
=
∫������������������������
动，当存储的弹性能密度超过某个临界值 （液体内聚能密度 K），流动就会发生破坏；
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（2）毛细破坏机理：当表面张力引起的扰动在
高分子材料成型原理期末考试复习要点
第二部分 熔体纺丝
液体表面形成的“毛细波动”的振幅等于自由表 面无扰动丝条的半径时，液流就会解体成滴而断
（2）获得正常纺丝细流（胀大型细流）的措施：
○1 增大泵供量⇒ ������0 ↑；
○2 降低温度⇒
������ ↑ ⇒
������ ↓；
������
○3 在喷丝头表面喷硅油⇒
������ ↓ ⇒
������ ↓
������
○4 适当增加喷丝板直径⇒ ������0 ↑（一般不用）