熔体直纺在线添加功能母粒制备功能纤维已经成为化学纤维中的热点课题，它具有流程短、产能大、成本低、效率高、改变品种灵活、中间过渡料较少等突出优点，可以根据市场需求，生产抗紫外、抗静电、抗菌、阻燃等单一或者多重性能的功能性纤维。由于功能母粒中的无机纳米粒子具有粒径小、比表面积大、表面能高等特点，容易出现无机纳米粒子在聚合物熔体中团聚、难以分散等问题，为此课题组自主设计研发了一种新型高效动态混合器，有效解决了这一难题。　　本文主要基于自主设计的3-DD动态混合器，建立冷态模型，选择糖浆溶液为连续相，含有示踪剂的糖浆溶液为分散相，系统的研究了转速、流量、粘弹性等因素下的混合与分散性能及影响规律;同时对工业化生产的功能纤维中的无机纳米粒子分散性进行了系统的研究，为新一代新型高效动态混合器的研发提供了理论依据。　　首先选择糖浆溶液作为冷态模型系统的模拟介质，对糖浆溶液的粘弹性进行了分析与讨论，结果表明:糖浆溶液可通过去除部分水分、添加一定量的PAM来实现粘弹性的调节，通过拟合得出不同除水量下零剪切粘度的预测公式:η0=68.5183×e0.5672x;在剪切速率低于400 s-1时，粘度基本保持不变，表现为牛顿流体行为，剪切速率高于1000 s-1时，出现明显的切力变稀，表现为假塑性行为;Cross模型适用于整个剪切速率范围内，拟合效果最好，标准误差较小，牛顿流体模型适用于剪切速率低于400 s-1且拟合效果优于Cross模型;不同PAM添加量对糖浆溶液的储能模型G和损耗模量G"影响较大。随着PAM含量的增加，松弛时间越来越大;糖浆溶液的挤出胀大比(B)，随着PAM的添加量和挤出速率的增加而增大;其他条件相同，零剪切粘度越大，糖浆溶液的弹性效应越明显;通过对PET熔体和糖浆溶液在线性粘弹区、本构方程、Wi数、挤出胀大等方面的系统分析，得出可通过除去不同水分、添加一定量的PAM使糖浆溶液的粘度和弹性在一定的剪切速率范围内与PET熔体具备一致或者相似的变化规律，证实了糖浆溶液作为冷态模型系统模拟介质的可行性。　　构建了动态冷模系统，采用比例为1∶1的加工尺寸、选定3-DD动态混合器的球窝结构为动态冷模设计的依据，以透明介质有机玻璃为加工原料，设计并成功加工冷态模型系统的核心部件——冷态3-DD动态混合器，依据模拟介质——糖浆溶液的性质，选定齿轮式计量泵作为计量系统的关键部件，主料选用型号JRG-2.4型计量泵，辅料选用型号JR-0.3型计量泵。通过对传动系统的分析，选定减速比35∶1的摆线针轮减速机及1.5KW的三相异步电动机为冷态模型系统的动力系统，选定180W的三相永磁同步电动机和减速比为35∶1的摆线针轮减速机作为计量泵的动力系统。　　运用Photoshop结合灰度分析技术对不同转速、不同流量和不同粘弹性条件下的动态冷模实验进行了系统分析，结果表明:不同转速对紫色糖浆溶液的第一入口位置影响较大，在转速为2～8 r/min的范围内，入口覆盖球窝个数从5个升高到8个，紫色流线相隔距离从9 cm降低到0.5 cm，覆盖球窝个数增加，混合与分散效率越高，且高转速下，紫色流线容易出现“回流”现象;不同流量条件下紫色流线一般呈现从无到有、从细到粗、颜色从浅到深的基本规律，且流量对入口位置影响较小;不同粘弹性的糖浆溶液由于分子间作用力的影响，入口位置容易改变，且相同粘度不同弹性的条件下，球窝内部分布情况各不相同;各个不同因素下虽入口位置、第一排球窝内部糖浆溶液的分布各自不同，但动态冷模排出物料颜色均一稳定，基本无差别，说明球窝结构具有较好的混合与分散性能，且对物料具有较强的剪切、分流、剥离配位以及挤压啮合的综合作用。　　运用Image J软件对OM图像进行分析，结果表明:不同工艺条件下的TiO2粒子分布明显不同，在其他条件相同时，随着混合器转速的提升，灰度图像中的粒子分布越来越均匀，粒径越来越小;在混合器转速为70 rpm，TiO2粒子添加量为7wt％，卷绕速度为2950 m/min时TiO2粒子的分散指数D为85.2％，表明TiO2粒子在PET熔体中分散良好、分布均匀。粒子面积符合指数分布，可用拟合方程y=A1e-x/l1+A2e-x/t2+K来表示，其中A1、A2、t1、t2、K为常数。对SEM图片进行分析，结果表明TiO2粒子在纤维中呈现出“岛屿”分布，“岛屿”大小不一、形状各异，且基本无连接，视野中所有粒子的直径均小于1μm，Morisita分散指数I=0.9958，综上所述POY纤维中TiO2粒子分布均匀。运用色彩色差法对POY纤维的色差值进行分析，结果表明:标准色差条件下，不同工艺条件下、不同测试位置的POY纤维的色差值△E*＜0.65;skewness-kurtosis检验法表明色差值近似服从正态分布且相互之间无显著差异;POY纤维的灰卡级数为4.89。采用TG法和密度法对粒子的分散性进行分析，表明无机粒子实测含量较理论含量偏大0.0102％，这就说明TiO2粒子在POY纤维中分布比较均匀;随着混合器转速升高，纤维密度的平均值和TiO2质量分数的平均值逐渐增大，同时标准差逐渐减小，表明在相同母粒添加量的条件下，随着混合器转速的增大，无机TiO2粒子的分散越来越均匀。