高精度异形喷丝板是开发异形纤维这一差别化纤维品种的基本出发点,本文对异形纤维喷丝板的设计、加工及其应用进行了系统研究。首先结合麻花钻结构、钻削机理以及纠偏理论,对异形纤维喷丝板导孔的加工技术进行了实验分析,发现孔心偏斜问题是麻花钻加工大深径比喷丝板导孔无法避免的。理论分析及实验结果表明,通过周期的进给,保证每次进给量为一个定值,可以很好实现纠偏效果。同时,优选了导孔加工时的正确切削用量,并提出了提高切削性能的钻头改进方法。其次,研制了加工喷丝板异形微孔的专用电火花机床,包括由计算机数控编程控制实现五轴联动,通过电极回转中心的补偿技术解决定位精度,通过导向器的设计解决喷丝板加工的尺寸精度问题。以此为基础,通过组合拼装实际加工了四种复杂微孔形状,并最终得到基于基本单元的异形喷丝板微孔设计加工的关键技术。对电火花银电极挤出成形过程进行了数值模拟,分析了摩擦力对挤压力、应力分布以及凸模尺寸的影响,为模腔结构设计提供了理论依据,以此为指导开发了三叶形整体银电极加工模具,在自行设计的国产挤压装置上压制出三叶形纤维喷丝板微孔用银电极,并进行了喷丝板的工业化生产,喷丝板微孔抽检结果符合标准要求。通过对“自动对焦”、“喷丝板微孔图像处理和特征参数测量”及“自动定位”三个部分的研究,开发出了光机电一体化的喷丝板全自动智能检测系统,解决了目前喷丝板检测可能出现的误检、漏检等问题,同时大大提高了检测的精度和效率。再次,对异形纤维成形理论进行研究。以矩形喷丝板微孔纺制扁平截面纤维为基本单元,建立了扁平截面纤维纺丝动力学模型,并根据异形纤维截面变形过程中表面积减少所引起的能量差与系统中伴随流动而逸散的能量守恒关系,建立了异形纤维截面形变动力学模型。首次将纺丝动力学基本方程与截面形变动力学模型相结合,建立了异形纤维纺丝成形数学模型,据此对椭圆形纤维成形过程进行了数值模拟,与Takarada等人的模拟和实验结果进行了对比分析,取得了非常一致的验证结果。此外,还利用该模型对扁平纤维纤维成形时的温度、速度、张力和异形度沿纺程的变化进行了模拟,表明喷丝板微孔矩形长宽比、纺丝温度、冷却吹风起始位置、吹风速度对纤维异形度产生不同程度的影响,并由此实际指导开发了天津石化高异形度扁平纤维,最终得到纤维长宽比为7.738,与模型的预测结果一致。在扁平纤维开发基础上,分别对三叶、五叶和十字形复杂截面纤维异形度随纺丝工艺参数变化进行了实验研究,发现随泵供量的增加,异形度增大;随纺丝温度的提高,异形度降低。同时,对三种纤维纺丝成形过程中异形度沿纺程分布进行了数值模拟以及批量化生产验证,结果显示理论预测异形度与实际纤维的平均异形度非常相近,说明所建立的异形纤维成形数值模型适合于模拟三叶、五叶和十字形纤维的成形过程,所确立的三种纤维形状系数方法是合理和可行的。最后,对特殊截面的异形纤维进行了研制。首先设计了三套方案开发多孔中空纤维,并采用铜电极加工喷丝板,最终成功纺制出dpf为25dtex、16孔中空纤维,验证了所提出的基于基本单元异形喷丝板设计理论是正确的。在此基础上,进一步采用放电和机械性能良好的纯金属银作为电极材料,设计加工了直径仅为0.5mm马蹄形微细银电极,并采用数控组合拼装技术实现了多孔的高精度喷丝板微孔的加工,首次成功开发出dpf为15dtex、17中空三维卷曲纤维,顺利实现产业化生产且纤维质量指标测试结果达到企业标准要求。随后进行了细旦、高异形度五叶形纤维的开发,通过异形纤维成形理论分析出纤维成形不好的原因,采用增加保温配合上端吹风装置以及合理的控制纺丝工艺参数,最终成功批量化生产得到平均单叶长宽比为1.78的细旦五叶形纤维。作为前述异形喷丝板设计加工理论的应用,论文还对国内目前一直未能突破的PTT/PET并列复合异形纤维喷丝板进行了开发。较早设计的“直孔方案”复合异形喷丝板的纺丝实验结果显示所得复合异形纤维的抗剥离性能差;经过理论和模拟分析表明,“直孔方案”中PET/PTT熔体的结合主要是在牵伸力作用下距喷丝板一定位置产生,而非膨化胀大效应。因此本研究修改了喷丝板的孔道设计方案,将喷丝板导孔和微孔设计成30。的倾斜态,并对倾斜孔道的设计方案、加工方法以及加工工具进行了详尽的理论研究和实际开发,最终成功的加工出了高位置精度的双倾斜微孔复合喷丝板,为进一步开发性能优良的PTT/PET并列复合异形纤维提供技术支撑。本论文通过对异形纤维从喷丝板加工、纤维成形理论及实际生产的研究,使异形纤维的生产从定性摸索转变到定量控制,为我国异形纤维近年来的快速发展作出了贡献。