聚甲醛熔体纺丝的流变性能研究
聚甲醛结晶过程的流变学方法探索
第３０卷第６期化㊀学㊀研㊀究Ｖｏｌ．３０㊀Ｎｏ．６２０１９年１１月ＣＨＥＭＩＣＡＬ㊀ＲＥＳＥＡＲＣＨＮｏｖ．２０１９聚甲醛结晶过程的流变学方法探索李润明，李梦情，张予东∗，常海波（河南大学化学化工学院，河南开封４７５００４）收稿日期：２０１９－０８－１０．作者简介：李润明（１９７３－），男，副教授，研究方向为多尺度复杂流体的流变行为探索㊂∗通讯联系人，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｙｄ７１＠ｈｅｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．摘㊀要：使用流变学方法小振幅振荡剪切跟踪了聚甲醛降温结晶和升温熔融的动力学过程，结果表明流变学方法也是测定结晶㊁熔融温度的有效手段．转变温度可由动态储能模量的起始偏折点进行标识；而对于恒温结晶过程，流变学方法可由动态储能模量对时间的演进得到结晶过程中的相对结晶度，进而使用Ａｖｒａｍｉ方程拟合获取结晶动力学参数，还可将结晶过程视为物理凝胶化过程而使用凝胶化时间标示结晶过程的快慢．关键词：聚甲醛；结晶；动态模量中图分类号：Ｏ６３１文献标志码：Ａ文章编号：１００８－１０１１（２０１９）０６－０６３５－０５ＲｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅＬＩＲｕｎｍｉｎｇ ＬＩＭｅｎｇｑｉｎｇ ＺＨＡＮＧＹｕｄｏｎｇ∗ ＣＨＡＮＧＨａｉｂｏＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００４ Ｈｅｎａｎ ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｋｉｎｅｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｎｏｎ⁃ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍｅｌｔｉｎｇａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅｗａｓｔｒａｃｅｄｕｓｉｎｇｓｍａｌｌａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙｓｈｅａｒｔｅｓｔｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｗａｓａｇｏｏｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓ．Ｔｈｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｕｌｄｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｏｎｓｅｔｏｆｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｔｏｒａｇｅｍｏｄｕｌｕｓａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｉｔｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｒａｔｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｍｐ．Ｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｔｏｒａｇｅｍｏｄｕｌｕｓ，ａｎｄｔｈｅｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｔｈｅｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｕｓｉｎｇＡｖｒａｍｉｅｑｕａｔｉｏｎｏｒｔｈｅｇｅｌｔｉｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌｕｓ㊀㊀聚甲醛（ＰＯＭ）作为工程塑料被广泛应用的原因在于其具有低摩擦㊁低磨损㊁耐腐蚀和耐疲劳等性能特点，而这些特色性能由其特征的化学结构和凝聚态结构共同赋予．其凝聚态结构表现为高结晶度，这使得聚甲醛在加工成型时必然要经过熔融流动和结晶定型两大阶段．因此，系统研究和探索其熔融和结晶行为及动力学过程对于聚甲醛的加工成型有十分重要的理论价值和现实指导作用．目前，研究聚合物熔融㊁结晶行为的主要手段为示差扫描量热分析（ＤＳＣ），其实验设计和数据分析已经十分成熟．但该技术也存在明显不足之处：不能获取加工成型所需要的流变性能参数．ＫＨＡＮＮＡ曾经于１９９３年报道过使用流变学方法跟踪成核增长的结晶过程［１］，发现流变学方法相对于传统的示差扫描量热分析更为敏感且可以同时获取加工所需要的流变性能参数，但并没有引起普遍的关注；之后使用流变法研究结晶过程的报道主要集中在流动诱导结晶［２－８］，而对于流变法拟作为方法学所需要的前提未见系统研究报道．流变法若拟作为研究熔融㊁结晶的可推广方法，就必须要明确测试条件因素㊁相变点标识以及动力学速率评估等前提．本文拟通过使用旋转流变仪对聚甲醛的熔融㊁结晶的过程进行跟踪并对非等温熔融㊁结晶过程中的变温速率因素和等温结晶过程中的温度因素做一些初创性探索．６３６㊀化㊀学㊀研㊀究２０１９年１㊀实验部分１．１㊀材料共聚聚甲醛，开封龙宇化工有限公司．１．２㊀仪器及测试旋转流变仪为ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＤｉｓｃｏｖｅｒｙＨＲ⁃２，温控系统为环境控制炉，测试夹具为２５ｍｍ平行板．小振幅振荡剪切变温测试：从１８０ħ以一定的变温速率降至１３０ħ，然后再从１３０ħ以相等的变温速率升至１８０ħ，其中变温速率分别为１㊁２㊁３㊁４和５ħ／ｍｉｎ，振荡频率为１Ｈｚ，振荡幅度在整个测试过程中均控制在线性黏弹区内．小振幅振荡剪切恒温测试：分别在１５２㊁１５２．５㊁１５３㊁１５３．５㊁１５４㊁１５４．５㊁１５５和１５５．５ħ恒温执行小振幅振荡至模量基本不变，振荡频率为１Ｈｚ，振荡幅度在整个测试过程中均控制在线性黏弹区内．２㊀结果与讨论２．１㊀降㊁升温过程中动态黏弹性能演变聚甲醛在降温过程中的动态黏弹性能演变如图１ａ所示．可以看出：１）在降温起始段，损耗模量（Ｇᵡ）大于储能模量（Ｇᵡ）且随着温度的降低均略有增大，表明在该温度段内聚甲醛处于熔融态；２）当温度降低至某一临界温度以下，两个动态模量均急剧增大且反转为Ｇᶄ＞Ｇᵡ，表明聚甲醛开始快速结晶；３）在末段降温区间内Ｇᶄ＞Ｇᵡ，且随温度的继续降低Ｇᶄ基本保持不变，而Ｇᵡ却表现为先轻微减小而后缓慢增大表明聚甲醛处于结晶态．可以肯定的是，上述动态模量急剧增大对应着结晶的开始，可以将该临界温度视为结晶起始温度．聚甲醛在升温过程中的动态黏弹性能演变如图１ｂ所示．可以看出：１）在升温起始段，随着温度的升高，储能模量（Ｇᶄ）几乎保持不变，而损耗模量（Ｇᵡ）却表现为先减小再增大，但在该温度段内Ｇᶄ＞Ｇᵡ表明聚甲醛在该温度段内处于结晶态；２）当温度升高至某一临界温度以上，两个动态模量均急剧降低且由Ｇᶄ＞Ｇᵡ反转为Ｇᵡ＞Ｇᶄ，表明聚甲醛开始快速熔融；３）在末段升温区间内Ｇᵡ＞Ｇᶄ，且随温度的继续升高两个动态模量均表现为轻微减小表明在该温度内聚甲醛已完全处于熔融态．可以肯定的是，上述动态模量急剧减小对应着熔融的开始，可以将该临界温度视为熔融起始温度而基于此测定熔点．图１㊀变温过程中的动态黏弹性能演变Ｆｉｇ．１㊀Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌｉａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｔａｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ１Ｈｚ㊀㊀对比图１ａ与图１ｂ，可以看出，结晶与熔融基本可逆，但由于存在热滞后效应，降温开始结晶的温度始终低于升温开始熔融的温度．２．２㊀变温速率对结晶㊁熔融起始温度的影响不同降温速率下的储能模量对温度依赖关系如图２ａ所示．可以看出，随着降温速率的增加，储能模量急剧增大的临界温度向低温区移动，从而使得由该方法测试得到的结晶起始温度随着降温速率增大而降低，如图２ｂ所示．不同升温速率下的储能模量对温度依赖关系如图３ａ所示．可以看出，随着升温速率的增加，储能模量急剧减小的临界温度向低温区移动，从而使得由该方法测试得到的熔融起始温度随着升温速率增大也降低，如图３ｂ所示．一般认为，降温过程中，过快的降温速率会将聚合物熔体带入到深冷区，从而使得高降温速率得到的结晶起始温度会偏低；反过来，升温过程中，过快的升温速率会造就过热的结晶态，即高升温速率得到的熔融温度会偏高．这种观点的确与上述降温结晶表现的行为一致，也与ＺＨＡＯ等报道的聚丙烯降温结晶行为一致［４］；但上述观点与上述升温熔融表现的行为却相反，目前未见到关于该现象的报道，其第６期李润明等：聚甲醛结晶过程的流变学评估６３７㊀形成原因有待进一步深入研究，本文暂不做讨论．图２㊀降温速率对结晶起始温度的影响Ｆｉｇ．２㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｒａｔｅｏｎｔｈｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ图３㊀升温速率对熔融起始温度的影响Ｆｉｇ．３㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｒａｔｅｏｎｔｈｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ２．３㊀恒温结晶过程中的动态黏弹性能演变聚甲醛在恒温过程中的动态黏弹性能演变如图４ａ所示．可以看出：１）在起始段，损耗模量（Ｇᵡ）大于储能模量（Ｇᶄ）且随时间均略有增大，表明此时结晶速率并不大；２）在中期，两个动态模量均急剧增大且由Ｇᵡ＞Ｇᶄ反转为Ｇᶄ＞Ｇᵡ，表明聚甲醛开始快速结晶；３）在末期，Ｇᶄ＞Ｇᵡ，两个动态模量均随时间趋于恒定值，表明此时聚甲醛基本结晶完成．对比我们之前报道的环氧树脂的恒温热固化［９］，可以发现尽管二者一个为物理结晶而另一个为化学交联，但二者随时间演变的规律却基本一致，因此，可以将结晶视为物理凝胶来进行度量．虽然聚甲醛的绝对结晶度不能单独依赖上述测试获取，但可以基于动态模量的变化来估算恒温结晶过程中的相对结晶度变化．ＰＯＧＯＤＩ⁃ＮＡ等建议通过动态储能模量来评估恒温过程中的相对结晶度［１０］，其估算方法如公式（１）所示，式中下标ｉ和ɕ分别标示恒温结晶初始和结晶达到最终稳定．Ｘ＝ｌｏｇＧᶄ－ｌｏｇＧｉᶄｌｏｇＧɕᶄ－ｌｏｇＧｉᶄ（１）㊀㊀ＨＥ等将使用该方法得到的相对结晶度与示差扫描量热（ＤＳＣ）分析得到的结果对比发现二者几乎一致［１１］，表明流变学方法也是评估相对结晶度的有效方法之一．由该方法得到的聚甲醛在１５５ħ结晶时的相对结晶度对时间关系进一步由公式（２）计算得到恒温结晶动力学曲线如图４ｂ所示，使用Ａｖｒａｍｉ方程拟合可得到Ａｖｒａｍｉ指数和标识结晶快速的结晶达到一半所用的时间．ｌｏｇ（－ｌｎ（１－Ｘ））＝ｎｌｏｇｔ＋ｌｏｇｋ（２）２．４㊀结晶温度对结晶过程的影响聚甲醛在不同结晶温度对凝胶化时间的影响如图５ｂ所示．可以看出，温度越低，达到凝胶化的时间越短，表明结晶速率越快，这也与我们先前报道的环氧树脂热固化行为不同，后者是温度越高固化速率越快［９］．尽管使用流变学方法探索结晶动力学仍可以按上述方法先得到相对结晶度进而使用Ａｖｒａｍｉ方程拟合得到标识结晶快速的结晶达到一半所用的时６３８㊀化㊀学㊀研㊀究２０１９年间，但这种方法稍显繁琐．ＰＯＧＯＤＩＮＡ等认为，由Ｇᵡ＞Ｇᶄ反转到Ｇᶄ＞Ｇᵡ时对应的时间为结晶达到凝胶化而丧失流动性的时间点［１２］，因此，该时间点可以用来评估结晶过程的快慢．结晶凝胶化时间对温度的依赖性如图５ｂ所示．可以看出，凝胶化时间对温度符合二次多项式函数关系．图４㊀恒温结晶过程中的动态黏弹性能演变及结晶动力学曲线Ｆｉｇ．４㊀Ｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｕｌｉａｎｄｔｈｅｋｉｎｅｔｉｃｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ图５㊀不同温度下的结晶过程和凝胶化时间Ｆｉｇ．５㊀Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｇｅｌｔｉｍｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ３㊀结论小振幅振荡剪切变温测试可以有效跟踪聚甲醛变温熔融㊁结晶的动力学过程，熔融㊁结晶的相转变温度可由储能模量对温度的偏折点得到，由该方法得到的相转变温度依赖于变温速率，均随变温增加而降低．小振幅振荡剪切恒温测试可以有效跟踪聚甲醛恒温结晶的动力学过程，由动态储能模量对时间的演进可以得到结晶过程中的相对结晶度，结晶速率可由动态模量的反转点标识；基于此标识的结晶速率对温度的依赖关系符合二次多项式函数关系．参考文献：［１］ＫＨＡＮＮＡ，ＹＰ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｎｕｃｌｅａｔｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９９３，２６：３６３９－３６４３．［２］ＪＩＨＯＳ，ＨＩＤＥＡＫＩＴ，ｅｔａｌ．Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｆｌｏｗ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙａｍｉｄｅ６６ｍｅｌｔｓ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１８，５１：４２６９－４２７９．［３］ＷＡＮＧＪＹ，ＷＡＮＧＸＨ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｌｏｗｉｎｇｐｒｅｆｏｒｍｅｄｓｐｈｅｒｕｌｉｔｅｓｏｎｓｈｅａｒ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｍｅｌｔｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｉｓｏｔａｃｔｉｃｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１８，５１：１７５６－１７６８．［４］ＺＨＡＯＳＣ，ＹＵＸ，ＧＯＮＧＨＺ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｉｓｏｔａｃｔｉｃｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｏｖｅｌａｎｔｉｎｕｃｌｅａｔｉｎｇａｇｅｎｔａｎｄｉｔｓｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ［Ｊ］．ｌｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１５，５４（３１）：７６５０－７６５７．［５］ＨＡＭＡＤＦＧ，ＣＯＬＢＹＲＨ，ＭＩＬＮＥＲＳＴ．Ｏｎｓｅｔｏｆｆｌｏｗ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｌｙｉｓｏｔａｃｔｉｃｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１５，４８（１１）：３７２５－３７３８．［６］ＲＯＳＴＡＭＩＡ，ＶＡＨＤＡＴＩＭ，ＡＬＩＭＯＲＡＤＩＹ，ｅｔａｌ．Ｒｈｅｏｌｏｇｙｐｒｏｖｉｄｅｓｉｎｓｉｇｈｔｉｎｔｏｆｌｏｗｉｎｄｕｃｅｄｎａｎｏ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｂｒｅａｋｄｏｗｎａｎｄｉｔｓｒｅｃｏｖｅｒｙｅｆｆｅｃｔｏｎｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ第６期李润明等：聚甲醛结晶过程的流变学评估６３９㊀ａｎｄｈｙｂｒｉｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｆｉｌｌｅｄｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｃａｃｉｄ）［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２０１８，１３４：１４３－１５４．［７］ＡＭＩＲＪＡＬＡＬＪ，ＳＨＡＮＴＳ，ＭＩＣＨＥＬＡＨ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｏｎｔｈｅｓｈｅａｒ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｃａｃｉｄ）［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２０１７，１１２：３９３－４０１．［８］ＤＥＲＡＫＨＳＨＡＮＤＥＨＭ，ＤＯＵＦＡＳＡＫ，ＨＡＴＺＩＫＩＲＩＡＫＯＳＳＧ．Ｑｕｉｅｓｃｅｎｔａｎｄｓｈｅａｒ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｐｒｏｐｈｙｌｅｎｅｓ［Ｊ］．ＲｈｅｏｌｏｇｉｃａＡｃｔａ，２０１４，５３（７）：５１９–５３５．［９］李润明，田培，石家华．环氧树脂固化过程中的黏弹性分析［Ｊ］．化学研究，２０１６，２７（６）：９７－１００．ＬＩＲＭ，ＴＩＡＮＰ，ＳＨＩＪＨ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｎｇｃｕｒａｂｌｅｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｓｅｒｃｈ，２０１６，２７（６）：９７－１００．［１０］ＰＯＧＯＤＩＮＡＮＶ，ＷＩＮＴＥＲＨＨ，ＳＲＩＮＩＶＡＳＳ．Ｓｔｒａｉｎｅｆｆｅｃｔｓｏｎｐｈｙｓｉｃａｌｇｅｌａｔｉｏｎｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｉｎｇｉｓｏｔａｃｔｉｃｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＰａｒｔＢ：ＰｏｌｙｍｅｒＰｈｙｓｉｃｓ，１９９９，３７：３５１２－３５１９．［１１］ＨＥＰ，ＹＵＷ，ＺＨＯＵＣＸ．Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎｏｆｃｒｙｓｔａｌｓｄｕｒｉｎｇｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｅｍｉｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｏｌｙｍｅｒｓ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１９，５２：１０４２－１０５４．［１２］ＰＯＧＯＤＩＮＡＮＶ，ＷｉｎｔｅｒＨＨ．Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｃｒｙｓｔａｌｌ⁃ｉｚａｔｉｏｎａｓａｐｈｙｓｉｃａｌｇｅｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９９８，３１：８１６４－８１７２．［责任编辑：张普玉］。
纺丝过程中聚合物溶液流变性质的研究
纺丝过程中聚合物溶液流变性质的研究随着纺织工业的发展，聚合物纤维材料在纤维制备中扮演着越来越重要的角色。
理解纺丝过程中聚合物溶液的流变性质对于优化纤维制备工艺、提高纺织品品质具有重要意义。
本文将探讨纺丝过程中聚合物溶液流变性质的研究现状和相关应用。
一、纺丝流变性质的背景和重要性纺丝流变性质是指在纺织纤维制备过程中，聚合物溶液在外界剪切力下的流动行为和性质。
纺丝过程中，聚合物溶液需要通过纺丝模板形成纤维，而其流变性质会直接影响纤维的拉伸性能、微观结构和性质。
因此，研究纺丝流变性质对于优化纤维制备工艺、改善纤维品质具有重要意义。
二、纺丝流变性质的研究方法1. 流变仪法流变仪是一种常用的测试纺丝流变性质的工具。
这种仪器可以通过施加旋转、振荡或剪切等不同的外力形式，测量纺织纤维材料的应力-应变关系。
通过流变仪测试可以获得纺丝过程中聚合物溶液的粘度、弹性模量、降解动力学等相关参数。
2. 分子动力学模拟近年来，随着计算机技术的进步，分子动力学模拟成为纺丝流变性质研究的重要方法之一。
通过构建聚合物溶液的分子模型，引入经典力场和水模型进行模拟计算，可以得到溶液混合行为、聚合物链的构形变化和流动行为等信息，从而揭示纺丝过程中的微观机理。
三、纺丝流变性质的影响因素1. 聚合物浓度聚合物溶液浓度是影响纺丝流变性质的关键因素之一。
较高的聚合物浓度可导致溶液的粘度增加，阻力增加，从而降低纺丝的速度和效率。
2. 溶液pH值溶液pH值对于聚合物分子的电荷状态和溶解度有显著影响。
合适的溶液pH 值能够增强聚合物链的间聚力和聚合物与模板的相互作用，改善纺丝效果。
3. 纺丝温度纺丝温度对聚合物溶液的流变性质有重要影响。
较高的温度可以降低溶液的粘度，提高纺丝速度和纤维品质。
四、纺丝流变性质的应用1. 纺织品设计和制造理解纺丝流变性质对于纺织品设计和制造具有重要意义。
通过研究纺丝过程中聚合物溶液的流变行为，可以优化纺丝工艺参数，提高纤维品质和产品性能。
聚甲醛熔体挤出流动性能和挤出胀大的研究
等 对 聚 甲醛 熔 体 流 动 特 性 和 挤 出 胀 大 的影 响 。结 果 表 明 ， 体 的 剪 切 流 动 基 本 上 服 从 幂 律 定 律 ； 体 的 表 观 剪 切粘 度 对 温 熔 熔 度 的依 赖 性 大 致 上 符 合 Ａｒｈ ｎｕ 方 程 ； 观 剪 切 粘度 随 着 ｙ和 ｒ 的 增 加 而 非 线 性 减 小 ； 出胀 大 比随 着 温 度 的 升 高 而 近 ｒｅ ｉｓ 表 挤
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乎线 性 下 降 ， 着 ｒ 随 和 ｙ的增 加 而 呈 非 线 性 增 大 。
关 键 词 ： 聚 甲醛 熔体 流动 性 能 挤 出胀 大
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
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 ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅｆｒｅｅｓｅｃｔｉｏｎｉｓｈｉｇｈ ｔｈａｔｉｓ ｔｈｅｍｅｌｔｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｉｓｈｉｇｈ.Ｈｏｗｅｖｅｒ ｗｈｅｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｉｓ２ａｎｄ４ ｔｈｅｒｅｉｓｓｔｉｌｌａｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅｆｒｅｅｓｅｃｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈｉｓｅａｓｙｔｏｌｅａｄｔｏｍｅｌｔｆｒａｃｔｕｒｅａｎｄｉｓｎｏｔｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｆｌｏｗｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ ａｓｔｈｅｍｅｌｔｉｓａｌｗａｙｓｉｎｔｈｅｆｕｌｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｅｃｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅｔｈｉｃｋｅｒｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｓ ｔｈｅｍｏｒｅｕｎｉｆｏｒｍｔｈｅｆｌｏｗｗｉｌｌｂｅ ａｎｄｔｈｅｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｉｌｌｄｅｃｒｅａｓｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｗｉｔｈａｌｅｎｇｔｈ￣ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｏｆ３ｉｓｔｈｅｂｅｓｔ.Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｉｓ５４ʎａｎｄ７４ʎ ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖｅｌｏｃｉｔｙｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｅｘｔｒｕｓｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｌｅｓｓ ａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｉｓｍｏｒｅｓｔａｂｌｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｉｓｆｒｏｍ５４ʎｔｏ９６ʎ ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｃｈａｎｇｅｓｓｔａｂｌｙｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆ１４.２９％ ｗｈｉｃｈｉｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｒａｎｇｅ.Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｍｅｌｔｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅｆｒｅｅｓｅｃｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅ ａｎｄｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｍｅｌｔｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｓ.Ｈｏｗｅｖｅｒ ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅａｎｇｌｅｉｓ５４ʎａｎｄ７４ʎ ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｍｅｌｔｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｉｓｓｍａｌｌ ｔｈｅｍｅｌｔｉｓｎｏｔｅａｓｙｔｏｂｒｅａｋ 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熔融纺丝法研究聚乙烯熔体的拉伸流变性能
熔融纺丝法研究聚乙烯熔体的拉伸流变性能钟磊;梁基照【摘要】采用熔融纺丝法研究了低密度聚乙烯(PE-LD)、线形低密度聚乙烯(PE-LLD)和高密度聚乙烯(PE-HD)熔体的拉伸流变性能.结果表明,PE-LD、PE-LLD和PE-HD熔体的熔体强度都随温度的升高而下降;随着拉伸应变速率和温度的升高,PE-LD、PE-LLD和PE-HD熔体的拉伸黏度下降;随着挤出速率的提高,相同应变速率下,PE-LD、PE-LLD和PE-HD熔体的拉伸应力和拉伸黏度都有所降低.【期刊名称】《中国塑料》【年(卷),期】2010(024)011【总页数】4页(P72-75)【关键词】低密度聚乙烯;线形低密度聚乙烯;高密度聚乙烯;熔融纺丝;拉伸流变性能【作者】钟磊;梁基照【作者单位】广西民族大学化学与生态工程学院,广西,南宁,530006;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TQ325.1+2Abstract:The extensional rheological behaviors of low-density polyethylene(PE-LD),linear lowdensity polyethylene(PE-LLD),and high-density polyethylene(PE-HD)were studied in melt spinning process.Itshowed that both melt strength and extensional viscosity of PE-LD,PE-LLD,and PE-HD melt decreased with increasing temperature.With increasing extensional strain rate,both extensional stress and extensional viscosity of PE-LD,PE-LLD,and PE-HD melt decreased.Key words:low-density polyethylene;linear low-density polyethylene;high-density polyethylene;melt spinning;extensional rheological behavior在许多聚合物加工过程中,如注射成型、挤出、纺丝、吹膜、吹塑等,都存在拉伸流动,材料的拉伸流变性能对加工工艺过程和制品的最终性能都会产生重要影响[1]。
聚甲醛生产技术的研究分析
聚甲醛生产技术的研究分析摘要：伴随着时代的进步和社会经济快速发展，我国聚甲醛生产技术也获得了明显的进步。
聚甲醛是一种综合型工程塑料，在我国各个行业领域不断发展背景下，对这种综合型工程塑料所提出的需求也越来越大，同时也为我国聚甲醛生产带来了一系列问题，从而影响着聚甲醛生产的实际效率。
对此本文将介绍聚甲醛生产的主要工艺方式，结合我国聚甲醛行业现状，提出科学高效的技术应用类型。
关键词：聚甲醛；生产工艺；三聚甲醛；聚合聚甲醛化学名称为聚氧化亚甲基，简称为POM，一般有会均聚甲醛和共聚甲醛两种类型。
POM是一种结晶性热塑型树脂，在一些传统生产领域中可以代替黄铜、锌以及铝等金属制件的部件生产。
同时，聚甲醛具有良好的抗疲劳性、滑动性、高弹性模量以及耐腐蚀性等等，在熔接、印刷等附加值较高的生产加工领域应用较为频繁。
像燃料油泵模块加工、卫生间用品部件加工等等。
此外，在一些新型应用领域，像医疗技术和运动器械等方面，聚甲醛也表现出了十分优良的增长态势。
1.聚甲醛生产工艺类型1.均聚甲醛生产工艺均聚甲醛工艺结构式为R（﹣CH2O﹣）nR，其中R是携带着CH3﹣CH=O的基团。
该技术在我国最具代表性的就是住邦公司的均聚甲醛技术，具体技术生产流程为：此技术最初生产出的原料质量浓度为50%左右的稀甲醛，在经过脱水精细化处理之后，可以将其中所包含的杂质去除，再利用热裂解方式来获取纯甲醛[1]。
在此之后，将催化剂、分子量调节剂和终止剂等添加剂融入其中，最终结合为聚甲醛。
在这些流程结束之后，还要利用醋酐溶液使生产处的聚甲醛集料热稳定性更高，加入抗氧化剂等增强功能需求的添加剂，挤出、干燥并老化成聚甲醛成品。
1.共聚甲醛生产工艺共聚甲醛结构式为（﹣CH2O﹣）m[﹣CH2O﹣CH2﹣CH2﹣]n，在此结构式中，m与n的比例为90:1。
从结构式当中可以得知，共聚物主链是-C-O-和-C-C-，聚合物大致在60000-100000区间之内。
聚甲醛纤维
（4）在较高温度下发生的无规断链，熔融纺丝的温度下聚甲醛 基本不会发生该类反应。
2.聚甲醛熔融纺丝面临的问题及解决方法
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目前通过分子结构设计和添加稳定剂，已经有工业化的聚甲醛树脂适 于熔融纺丝，以下以云天化M90为例：
在高剪切速率范围内，当温度高于215 ℃时，温度对聚甲醛熔体粘度 影响很小，此时的粘度范围也与常规熔融纺丝聚合物在相应的纺丝温 度相当。因此，从熔体的流变行为考虑，纺丝温度在215℃是适宜的 。而在215℃恒温15min时，聚甲醛的热失重率小于0.05%，可以满足 纺丝的要求。
分子链结构 不稳定，热
稳定性差
结晶速度快、 结晶度可达 70~90%
硬度大、模 量高、尺寸 稳定性好、
耐腐蚀
分子链规整线 性高分子
POM
4
1.聚甲醛纤维的制备方法
1960年，美国的Albert C.williams等第一次发表了 关于高强度聚甲醛纤维的专利。1969年，通过熔融纺 丝法制得了聚甲醛纤维。近十几年来，国内对聚甲醛 纤维的制备研究较多。
1.聚甲醛纤维的制备方法
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1.4 熔融纺丝法
上个世纪60年代，已经开始研究通过熔融纺丝制备聚 甲醛纤维，但由于聚甲醛熔融纺丝时面临了许多问题，长 期以来难以得到发展，直到近 十几年来，聚甲醛的熔融 纺丝才取得了较大的进展。
工艺简单 生产效率高
熔融纺丝法是实现聚 甲醛纤维工业化的理 想方法。
2.聚甲醛熔融纺丝面临的问题及解决方法
2.聚甲醛熔融纺丝面临的问题及解决方法
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加工条件控制：冷冻法
开滦化工的发明专利：一种高强高膜聚甲醛纤维及 其制备方法
聚甲醛熔体从喷丝头挤出后先后经空气和冷冻液进行 冷却得到初生纤维，初生纤维经高倍拉伸得到高强高 膜聚甲醛纤维。冷冻液为温度低于零度的高沸点醇类 的水溶液。
【精品】聚甲醛POM应为应变曲线及各项指标
聚甲醛（POM)应为应变曲线及各项指标聚合物的熔体流动性质一、MI—-—--熔融指数（MFR--——-熔体质量流动速率)：1、概念：熔体质量流动速率（MFR)的定义是热塑性塑料试样在一定温度、恒定压力下，熔体在10min内流经标准毛细管的质量值,单位:g/（10min)。
通常用MFR来表示。
熔体流动速率以前称为熔融指数（MI）。
是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。
热塑性塑料熔体流动速率(MFR）测试方法：将一定质量的热塑性塑胶粒试样装在一条指定的长度和直径的垂直料筒中，在规定温度（190℃），荷载（2.16kg）和桶内活塞位置的情况下，加热到熔融状态（360s）后，在承受负荷的活塞作用下从标准规定直径的口模被压出的质量。
下图是熔体流动速率试验的结构示意图。
料筒外面包裹的是加热器，在料筒的底部有一只口模,口模中心是熔体挤压流出的毛细管。
料筒内插入一支活塞杆，在杆的顶部压着砝码。
试验时，先将料筒加热，达到预期的试验温度后，将活塞杆拔出,在料筒中心孔中灌入试样（塑料粒子或粉末)，用工具压实后，再将活塞杆放入，待试样熔融，在活塞杆顶部压上砝码，熔融的试样料通过口模毛细管被挤出.2、熔体流动速率可以用作区别各种热塑性塑料在熔融状态时的流动性的一个指标。
对于同一类高聚物，可由此来比较出分子量的大小。
一般来说,同类的高聚物，分子量越高，其强度、硬度、韧性、缺口冲击等物理性能也会相应有所提高。
反之，分子量小,熔体流动速率则增大，材料的流动性就相应好一些。
在塑料加工成型中，对塑料的流动性常有一定的要求。
如压制大型或形状复杂的制品时，需要塑料有较大的流动性，如果流动性太小，常会使塑料在模腔内填塞不紧，从而使制品质量下降，甚至成为废品.聚甲醛MI值与其分子量大小密切相关，一般情况MI值越小，平均分子量越高及粘度愈大,处于熔融时的流动性越差，反之MI愈大平均分子量越低粘度愈小,处于熔融时的流动性越好。
因此，熔体流动速率的应用上，主要是用来表征由同一工艺流程制成的高聚物其性能的均匀性，并对热塑料高聚物进行质量控制,简便地给出热塑料高聚物熔体流动性的度量，作为加工性能的指标。
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由图 １可 看 出 ， １ ０～ ２ 随 着 温 度 升 在 ９ ２ ０ｏ Ｃ，
高， 两种 Ｐ Ｍ 的 Ｏ
均有所提高 ， 但提高的幅度
合
成
纤
维
工
业
２ １ 年第 ３ ０１ ４卷
的 Ｊ Ｏ ５ ０ 。Ｐ Ｍ－０ Ｐ主要 是 由一 ｃ Ｏ 组 成 ， Ｈ一 ～ 而 Ｐ Ｏ 主 要 是 由 Ｃ ２ Ｃ ２ ０ 组 成 ， Ｈ 一 ＰＭ Ｈ一 Ｈ— 一 Ｃ２
体 流动速 率仪 测试 计算 得 到
随着温度的升高， 熔体的自由体积增加 ， 链段
的 活动 能力增 加 ， 分子 问的相互 作 用力 减弱 ， 因而
２ ０ ５ｍｍ， ．９ 长为 ８ｍ ｍ。 流 变 性 能 ： 用 德 国 Ｇ Ｔ Ｆ Ｒ 公 司 的 采 Ｏ ＹＥ Ｔ
随着 温度 的 升 高 ， Ｏ ５ Ｏ Ｐ Ｍ－Ｏ Ｐ和 Ｐ Ｏ 的 流 动 性 ＰＭ
中含有 大量 的醚 键 ， 与无机 材 料有 良好 的相 容性 ，
每 １ ｉ １ ． ２ｇ提高 到 ２ ０ｏ ２ ．４ｇ 提 高 ０ ｍ ｎ ５ １ ２ Ｃ的 ２ ２ ， 从 １０℃ 的 每 ｌ ９ ０ ｍｉ ９ ３ ｎ ．４ ｇ提高 到 ２ ０ ｏ １ ． ２ｇ 提 高 幅度 为 ２ Ｃ的 ２ ９ ，
为 止 ， Ｐ Ｍ 纺 丝 的报道 仍然 很少 Ｊ 对 Ｏ 。作者研 究 了 Ｐ Ｍ 的流变 性能 ， Ｐ Ｍ熔 融 纺丝 ， 备性 能 Ｏ 为 Ｏ 制 优 良的高强度 Ｐ Ｍ 纤维 打下 基础 。 Ｏ
１ 实验 １ １ 原料 ．
Ｐ Ｏ 随着 温 度 升 高 ，Ｏ ５０ Ｐ Ｍ， Ｐ Ｍ－０ Ｐ的
聚 甲醛 （ Ｏ 又 名 聚 缩 醛 ， 一 种 无 支 链 、 Ｐ Ｍ） 是
并 不 相 同 。其 中 ， Ｏ ５ ０ Ｐ Ｍ－０ Ｐ的 幅度 为 ４ ％ ； Ｐ Ｏ 的 ７ 而 ＰＭ
３ ％ 。Ｐ Ｍ一０ Ｐ的 ８ Ｏ ５０
从 １０ ｏ ９ Ｃ的
高密度 、 结 晶性 的线型 聚合 物 。 由 Ｐ Ｍ制 成 的 高 Ｏ 纤 维 具有 高 强 高模 、 优异 的耐 磨 损性 、 碱性 、 耐 高 的伸 长 回复 等 特 性 … ， 且 Ｐ Ｍ 纤 维 分 子 结 构 而 Ｏ
１ ２ 分 析测 试 ．
图 １ 温 度 对 肘 的 影 响
Ｆ ｇ １ Ｅｆ ｃ ｆｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｎＭＦｌ ｉ． ｆ ｔｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｏ ｅ
熔体流动指数 （
） ： 用 Ｘ Ｒ４０熔 Ｊ采 Ｎ －０ ， 毛细 管孔 径 为
●－ Ｐ Ｍ－０ Ｐ： 一 Ｐ ０ － Ｏ ５０ ● Ｐ Ｍ
Ｐ Ｏ 进行 流变性 能测 试 。 ＰＭ ２ 结果 与讨论 ２１ Ｐ ． ｏＭ 的 ＭＦ ／
同 ， 是 因为这 两种 Ｐ Ｍ 的分 子结 构不 同而 引起 这 Ｏ
收 稿 日期 ：２ １ — ７ Ｏ ；修 改 稿 收 到 日期 ：０ ０１ ．５ ０００ － ｌ ２ １—２ １ 。 作 者 简 介 ：吴 思 蝶 （ ９ ８ ） 女 ， 士 研 究 生 。研 究 方 向为 １８ 一 ， 硕 高分子材料纺丝工艺和纤维性能 。 基 金 项 目 ：四 川 省 科 技 支 撑计 划 （ ０ ０ Ｚ ０ ５ 。 ２ １ Ｆ ０ １ ） ￥ 通 讯 联 系 人 。Ｌ ｎｊ ＠ １３ ｃｍ ａ６ｗ ６ ．ｏ
摘 要： 采用 Ｒ ｅ ｒ ｈ０２高压毛细管流变仪测定 了聚甲醛（ Ｏ 的流变性 能。结果表 明： ｈｏ ａ ２０ ｇｐ Ｐ Ｍ） 在所研究 的
） 随温度 和 的提高均降低 ；
温度和剪切速率 （ ） 范围内 ，Ｏ Ｐ Ｍ熔体 为假塑性 非牛顿流体 ， 表观粘度 （ 其
Ｐ Ｍ的 对温度的依赖关 系服从 Ａ ｄａｅ公式 ， Ｏ ｎｒｄ 粘流活化能随 的提高而降低 ； ２ ０℃ 以下 ， 在 ２ 熔融时 问对
在 不 同 温 度 下 均 高 于
结 合强 度 高 ， 用 于 纺 织 综 丝 ， 凝 土 增 强 用 可 混 纤维 ， 汽车 轮胎 帘子 线 以及 降 落 伞 等 民用 纺织 品 领 域和 国防 军工领 域 。但是 ， 由于 Ｐ Ｍ 的结 构简 Ｏ 单 ， 晶度高 等 因素造 成 Ｐ Ｍ 纺 丝 困难 。到 目前 结 Ｏ
均增 大， Ｆ ，均 有 所 增 加 。 而 Ｐ Ｍ一０ Ｐ 和 Ｏ ５０ Ｐ Ｏ 在不 同温 度下 的 ＰＭ 及 其增 加 幅度并 不相
Ｒ ｅｇａｈ２０ ｈｏｒｐ ０２高压 毛细 管流 变仪 ， 细管 直径 １ 毛
ｍ 长 径 比 ３ ， 不 同 温 度 下 对 Ｐ Ｍ－ Ｏ 和 ｍ， ０在 Ｏ ５ Ｐ Ｏ
Ｐ Ｍ 的 的 影 响 不 大 ， 以 对 Ｐ Ｍ 进 行 正 常 的熔 融 纺 丝 。 Ｏ 可 Ｏ
关键词 ： 聚甲醛
流变性能
非牛顿流体
粘流活化能
表观粘度
中图分类号 ห้องสมุดไป่ตู้ Ｑ ４．５ Ｔ ３２７
文献识别码 ： Ａ
文章编 号 ： ０ １０４ （０ １Ｏ一０３０ １０ —０ １２ １）ｌ０３．３
研 究 与 开 发
Ｃ成Ｙ工ＩＦＲＮＳ Ｈ 维Ｅ １（３３ 合 纤Ｔ业０３）Ｔ ｌ ＳＨＣ１４Ｄ— Ｎ Ｎ Ｔ Ｉ ：Ｒ Ａ ，Ｂ １３Ｙ ２，Ｉ ５ Ｅ Ｕ
聚 甲醛 熔 体 纺 丝 的 流 变 性 能 研 究
吴思蝶 张 国礼 兰建武 ， ， ， 王焕 莲 王新 雷 ，
（． １ 四川大学轻纺 与食 品学 院 ， 四川 成都 ６ ０ ６ ； ． １０ ５ ２ 乌鲁木 齐石 化公司计划处 ， 新疆 乌鲁木齐 ８０ １ ） ３ ０ ９
增 幅 也
高于 Ｐ Ｏ Ｐ Ｍ。 这 说 明 Ｐ Ｍ－０ Ｐ 的 流 动 性 高 于 Ｏ ５０ Ｐ Ｏ 且 Ｐ Ｍ－０ Ｐ受温 度 的影 响 比 Ｐ Ｏ 大 。 Ｐ Ｍ， Ｏ ５ ０ ＰＭ
共 聚 甲醛 （ Ｐ Ｍ） 云 南 云 天 化 股 份 有 限 公 ＰＯ ：
司产 ； 均聚 甲醛 （ Ｏ ５ ０ ） 美 国杜邦 公 司产 。 Ｐ Ｍ－ Ｐ ： ０