熔体纺丝中纤维结构的形成.
熔体纺丝
熔体粘度和温度是熔体纺丝的主要工艺参数。在一定 温度下，熔体粘度主要取决于成纤聚合物的分子量。
熔体粘度过高，则流动不均匀，使初生纤维拉伸时
易产生毛丝、断头；
熔体温度可利用螺杆挤出机各段的温度来控制，熔
体温度过高，会导致聚合物降解和形成气泡；温度过 低，则熔体粘度过高；两者均使纺丝过程不能正常进 行。
第四节 熔体纺丝过程
一、熔融挤出
切片熔融过程通常在螺杆挤压机内进行，控制螺杆 挤压机各段温度和箱体温度可以改变熔体的温度，使其 具有适当的粘度和良好的可纺性。从螺杆挤压机出来的 熔体经过计量泵送往喷丝头组件。后者由过滤网、分
配板和喷丝板等组成，其作用是除去熔体中的杂质， 使
熔体均匀地送至喷丝板。
和性能起决定作用。
（一）熔体纺丝中纤维结晶的主要特征 熔体纺丝中纤维结晶的特征包括两个方面，一是 卷绕丝本身的态结构，二是熔体纺丝中聚合物结晶 过程的发展。
卷绕丝的结晶特性主要包括：晶格结构、结
晶度、结晶形态和结晶取向等，它们对纤维的
物理性能都有一定的影响。 1. 晶格结构 成纤聚合物的晶体，大多数为对称性较小的晶系， 如三斜、单斜等，值得注意的是，纤维结晶中常常 会出现同质多晶现象，即在不同的纺丝过程和纺丝
它还赋予纤维一定的平滑性，使纤维在摩擦过程中不受损伤，
并有良好的手感，在纺丝时能顺利通过卷绕、拉伸、干燥等工
序；
还能消除纺织加工过程中的静电作用，减少毛丝及断头等不正
常情况，保证纤维产品的质量。
重点 （1）简述熔体纺丝的过程和特点 （2）熔体纺丝的基本规律 （3）取向结晶机理
思考题：为什么取向使 结晶速率大大增加
不同品种的纤维根据需要可以适当地改变冷却方式。
天津工业大学-《化纤工艺学》教学大纲
《化纤工艺学》教学大纲
一、课程在教学计划中的地位、作用
《化纤工艺学》课程是我校材料科学与工程专业纤维材料方向的限选课。
课程突出了我校在长期办学过程中已形成的纤维材料的传统特色和优势。
通过本课程的学习，可为学生学习纤维材料类课程及今后在纤维材料领域的研究和开发打下良好的理论基础。
二、课程的性质、任务与基本要求
《化纤工艺学》课程是我校材料科学与工程专业纤维材料方向的限选课。
通过本课程的学习，要使学生掌握纺丝流体的流变性、熔体纺丝与湿法纺丝成形工艺原理；熟悉化学纤维的后加工过程，掌握拉伸和热定性的工艺原理；熟悉化学纤维主要性质与纤维结构以及纤维结构与加工工艺条件之间的关系。
三、课程教学内容及计划
第一章纺丝流体的流变性和挤出过程
1.教学目的与要求
了解流变学基本概念，能应用高分子化学与物理知识分析、掌握纺丝流体的非牛顿剪切粘性以及影响剪切粘性的主要因素；掌握纺丝流体的弹性，了解纺丝流体在孔道中的主要流动参数；掌握纺丝流体的挤出及细流类型、熔体破裂以及纺丝流体的可纺性。
2.教学内容
第一节流变学基本概念
第二节纺丝流体的非牛顿剪切粘性
第三节影响纺丝流体剪切粘性的因素
第四节纺丝流体的拉伸粘性
第五节纺丝流体的弹性
第六节纺丝流体在孔道中的流动
第七节纺丝流体的挤出及细流类型
第二章熔纺工艺原理
1。
第八章 化学纤维成型原理概述3
取向因数 f 取决于 和τ。 是取向与解取向竞争的结果。
ⅲ形变取向：发生在纺丝线上的固化区，是 一种橡胶状网络取向拉伸，对卷绕丝的取向 度也有贡献。
可视为松弛时间无限大时的拉伸流动取向。 形变取向的大小取决于形变比，与拉伸形变 速率和时间无关。
2．熔体纺丝线上分
160
子取向的发展
可见，丝条的加速运动是非均匀的。
Dm 固化点 加速
减速
速度 恒定
(x)
枀大值
Ⅰ区（挤出胀大区） 位置： 喷丝板—Dm
X<10mm。
表现:体积膨化,松弛。
vx沿纺程减小，
(x) <0
在细流最大直径处， (x) =0 胀大区随喷丝头拉伸而减小,喷丝头拉伸达一 定值时,胀大区消失。
II区中， Δn增加迅速。 拉伸流动速度场的取向因
较大而增大
解取向作用因ηe逐渐增大而削弱
有效取向大幅度上升
III区，
Δn不变，达到了饱和值。
丝条几乎固化， 大分子活动性小，形变困难， 拉伸应力不足使大分子取向
Δn达到饱和值。
ⅱ在纺程上发生结晶的聚合体的取向度发展
塑性形变区 Δn略增 结晶取向区 Δn增大显著 流动形变 区 Δn略增
12
G
G
N Re,el
熔体破裂发生与否取决于纺丝流体的粘弹性 质（）及其在喷丝孔道中的流动状态（ ）。 调节影响和 的各项因素来避免熔体破裂。 提高温度以减小，增大泵供量以降低有效
。
二、熔体纺丝的运动学和动力学
（一）熔体纺丝线上的速度分布
第十二章 纤维成形原理及方法
在液体细流的流动速度不高的情况下，细流的稳 定性与粘度及其上述因素的关系可用下式表示：
D A
v rຫໍສະໝຸດ 利用这些参数能够估计聚合物液体的最低粘度值的范围。 纤维成形时液体粘度的上限范围，通常为100－10000厘泊。 如果粘度太高，细流易在有缺陷处产生破裂或在变形时受到 空气的强烈扰动，使纺丝困难。
K 平行
W 垂直 2 ) 1 8 ( W 平行
0 . 67
二、纺丝成形的传质过程
G1 G 2 G 3
G1——纤维或纺丝液进入的某组分重量； G2——纤维带出的某组分重量； G3——同周围介质对流传质后排出的某组分的重量。
M
c ( t , r ) C CP C 0 C CP
固池中的喷丝头，
从喷丝孔中流出液 体细流在凝固池中
与凝固剂产生传质
过程。凝固剂向细 流扩散，容积从细
流内向外扩散。
传质过程中，因为低分子组分的改变，聚合物凝固并形成固相纤 维。
第二节 纺丝溶液细流的形成
一、纺丝液体在喷丝头孔道中的流动 1、纺丝细流的形成；
2、纺丝细流经历的四个阶段；
3、纺丝孔道中的液体在外力 作用下，产生沿轴向的法向 应力；
性有关。影响液体细流稳定性的因素有： 1、喷丝头表面与液体表面之间的界面层上的表面张力
及液体细流同冷却介质之间的界面上表面张力对流动行
为的影响； 2、液体流动动能的大小 3、纺丝液体从喷丝头流出到丝线成形区内张力的影响 4、液体细流的流变性能及内应力的影响
从喷丝孔流出的液体细流可能的四种形状：
1、散流
4、液体在喷丝头孔道中流动能量的分配
5、喷丝头孔道的横断面 形状对液体流动过程的影 响； 圆筒形的入口能量效 应比圆锥形的大得多。喷 丝孔形式的不同，不仅影 响入口效应，而且影响离 模膨胀及其在纺丝孔道内 的流动。 这一部分是由于表面 作用的结果，部分原因是 由于流变性能引起的。
熔体纺丝纤维成型原理
熔体纺丝纤维成型原理介绍熔体纺丝纤维成型是一种常见的纺织加工方法，通过加热和拉伸熔化的高分子材料，使其变成连续的纤维状，用于制造各种纺织品。
本文将深入探讨熔体纺丝纤维成型的原理及其工艺。
基本原理熔体纺丝纤维成型的基本原理是将熔融的高分子材料通过喷射、旋涡或挤出等方式形成连续的纤维。
具体的原理可以分为以下几个步骤：1. 加热和熔融首先，将高分子材料加热至其熔点以上，使其变为熔融状态。
高分子材料的熔点因材料的不同而不同，一般在几百摄氏度到千摄氏度之间。
2. 熔体输送将熔融的高分子材料通过泵或螺杆等装置输送到纺丝装置中。
在输送过程中，需要保持熔体的温度和压力，以确保顺利进行下一步操作。
3. 纺丝成形在纺丝装置中，通过不同的方式进行纺丝成形。
常见的方式有喷射纺丝、旋涡纺丝和挤出纺丝。
3.1 喷射纺丝喷射纺丝是将熔体通过喷嘴喷射出来，形成连续的纤维。
喷嘴通常有很多小孔，熔体经过小孔后迅速冷却凝固，形成纤维。
喷射纺丝适用于生产细纤维。
3.2 旋涡纺丝旋涡纺丝是将熔体喷射到旋转的输送气流中，通过离心力的作用将其拉伸成纤维。
旋涡纺丝适用于生产中纤纤维。
3.3 挤出纺丝挤出纺丝是将熔体通过挤出机的挤出口挤出，形成连续的纤维。
挤出纺丝适用于生产粗纤维。
4. 冷却和拉伸成形的熔体纤维需要经过冷却和拉伸处理。
冷却可以固化纤维，拉伸可以提高纤维的强度和拉伸性能。
5. 收集和卷绕最后，完成的纤维被收集起来，并通过卷绕装置进行卷绕。
卷绕的方式通常根据需要选择，可以是平板卷绕、筒形卷绕或其他形式。
工艺参数熔体纺丝纤维成型的工艺参数对成品的质量有重要影响。
以下是一些常见的工艺参数：1.温度：熔体的温度对纤维的形成和性能有影响，需要根据具体材料选择合适的温度。
2.压力：熔体的压力决定了纤维的形状和尺寸，过高或过低的压力都会影响纤维的质量。
3.拉伸速度：纤维的拉伸速度会影响纤维的强度和拉伸性能，需要根据要求进行调节。
4.冷却方式：不同的冷却方式会导致纤维的结构和性能产生变化，可以选择气体冷却、水冷却等方式。
化学纤维纺丝方法
化学纤维纺丝方法
化学纤维纺丝方法是一种重要的纤维制造方式，为我们提供了许多制造优质纤维产品，如毛织物、窗帘、汽车内饰、运动服等。
下面将介绍化学纤维纺丝方法的主要步骤：
一、熔体润湿法
1. 熔体的处理：将原料溶剂或分散体熔融后，进行过滤或焙烤以达到它的熔点。
2. 纺丝：将熔体液体均匀地撒给喷嘴，然后冷却、熔融成纤丝。
3. 液体蒸发：将纤丝放在湿润室中，使有液性的抗静电剂蒸发，以便将纤丝转变为织物状。
二、熔体凝固法
1. 熔融：将原料溶剂或分散体加热，使它们完全混合熔融。
2. 纺丝：将熔体均匀地坠落，使其冷却并凝固，从而形成纤丝。
3. 拉伸：将纤丝送入拉伸设备，拉伸至所需细度，使其变成织物状。
三、融合法
1. 熔融：将原料溶剂或分散体加热融合成熔融液体。
2. 冷熔液体纺丝：将熔体液体注入喷嘴，然后使其冷却凝固成纤丝。
3. 充填处理：将纤丝放入充填机中进行处理，并拉伸，穿孔，裁断等工序，使其变为复合纤维材料的织物状。
四、改性法
1. 加工：将原料溶剂或分散体及改性剂混合，熔融后过滤、置锤晶、焙烤等处理，形成熔融液体。
2. 纺丝：将熔体液体均匀地撒给喷嘴，然后使用冷却和拉伸处理，其平面为纤维状。
3. 对称：将纤维状物放入对称机中，通过磨、拉、熔等改性处理，使其呈现复合纤维材料织物状。
通过以上介绍，我们可以清楚地展现出化学纤维纺丝方法的特点，它的步骤也简单易懂，可以节约大量的时间和能源。
该方法具有良好的质量，耐受各种压力、润湿及温度变化，有利于保证产品质量和减少成本。
高分子材料加工原理第五章
(2)纺丝流体从喷丝孔中的剪切流动
向纺丝线上的拉伸流动的转化
(3)流体丝条的单轴拉伸流动
(4)纤维的固化
（二）纤维成型过程中成纤聚合物的变化
(1)几何形态变化 (do (2)物理形态变化 ①宏观状态参数 T-X (温度场) Ci-X (浓度场) ②微观状态参数 取向度 结晶度 网络结构 V-X (速度场) P-X (应力场) dx)
ρxAxVx=常数
T(x)：由补偿式接 触温度计、红外线 拍照等确定 ρ(T) ① 高速摄影法 不发生 结晶时
ρx ≈ K Vx
dx： ②取样器取样法确定
③ 激光衍射法
έ(x) =
dVx dx
Test stand for temperature and velocity measurement: Infrared Camera and Laser Doppler Anemometer
(3)化学结构变化
（三）纺丝过程的基本规律
1.在纺丝线的任何一点上，聚合物的流动是稳态 和连续的.
纺丝线:熔体挤出细流和固化初生纤维的总称. 稳态： , T , Ci , P, 0
t
连续：在稳态纺丝条件下，纺程上各点
每一瞬时所流经的聚合物质量相等（流动
连续性方程) : 熔体纺丝 溶液纺丝 ρxAxVx=常数 ρxAxVxCix=常数
2.纺丝线上的主要成形区域内，占支配地位的形变是单轴拉伸
3.纺丝过程是一个状态参数连续 变化的非平 衡态动力学过程 同 一时间不同位置V 、 T 、 Ci 、 P 等连续变化.
4.纺丝动力学包括几个同时进行并相互联系的单元过程
动能传递、传热、传质、结构参数变化等.
(四)纺丝流体的可纺性
第八章 化学纤维成型原理概述2
图8-6
PA6熔体纺丝线上的直径变化 PA6熔体纺丝线上的直径变化
dv x ɺ = ε (x) 从速度分布vx→拉伸应变速率 : dx
速度分布和拉 伸应变速率变化 1-PA6 2-PET 3-PS
可见，丝条的加速运动是非均匀的。
若Vy/Vx<0.125，[Vx2+(8Vy)2]0.167≈Vx0.334 若Vy/Vx>0.125， [Vx2+(8Vy)2]0.167≈2Vy0.334 在纺丝线上丝条冷却的控制因素是变化的： 在纺丝窗的上段，冷却过程主要受冷却吹风速度Vy 控制； 在纺丝窗下部，冷却过程几乎完全决定于丝条本身 的运动速度Vx。 高速纺丝：纺程上出现Vy/Vx<0.125的位置早。Vy对 丝的性质的影响小于常规纺。
温度
粘度
轴向速度 张应力
结晶速率
高速纺、高冷却
皮芯
四、熔体纺丝中纤维结构的形成
卷绕丝结构 聚合物本性 纺丝条件 纺丝条件：熔体细流的拉伸、纺丝线上的传 热和聚合物结晶动力学。 纤维结构的形成和发展主要是指纺丝线上聚 合物的取向和结晶。
（一）熔体纺丝过程中的取向作用 熔体纺丝的取向度---预取向度对拉伸和成品 纤维的取向度有很大影响。 1.纺丝过程中的机理 纺丝过程中的机理 <取向>材料在应力场中结构单元沿外力作用 方向的择优排列是材料对外力作用的响应。
−4 1 .39
= 8 .28 × 10 v x
dx
0 .39
x
可见Ff正比于纺速的1.39次方和X。 解决
集束点、上油点↑ X↑ Fext ?
在高速纺中，Ff 随 纺丝速度提高而急 剧增大。
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熔体纺丝中纤维结构的形成
卷绕丝的结构是在整个纺丝线上发展起来的，它是纺丝过程中流变学因素（熔体细流的 拉伸）、纺丝线上的传热和高聚物结晶动力学之间相互作用的结果。
纤维结构的形成和发展 主要是指纺丝线上聚合物的取向和结晶。
（一）熔纺过程中的取向作用
图 17 合成纤维制造过程中取向度变化示意图
1．取向机理
取向是材料在应力场中，结构单元沿外力作用方向上的择优排列。
图 18 取向机理示意图
（a）喷丝孔切变流场中的流动取向
（b）纺丝线拉伸流场中的流动取向
（c）弹性网络的形变取向
纺丝过程中取向机理主要有两种，即熔体状态下的流动取向，纤维固化区的形变取向。
卷绕丝的取向度主要是纺丝线上拉伸流动的贡献。
2．影响取向的因素
（1）聚合物分子量：M，ηe ↑→σxx↑→Δn ↑
（2）卷绕速度
纺程上不结晶时：V L↑，使σx x→Δn ↑
纺程上结晶时：V L↑，使σxx↑ 微晶取向↑→Δn ↑↑，进一步使 V L↑↑，Δn 变化 缓慢
（3）熔体泵供量（细度不变）：W↑→Δn↓
（4）纤维细度（泵供量不变） ：d↓→Δn ↑
（5）环境介质温度的影响：Ts↑→Δn↓
（6）熔体温度的影响：To↑→Δn↓。