随着高分子量PET熔融缩聚技术这个高分子工业世界级难题的攻克,液相增黏熔体直纺在涤纶工业丝行业开始得以工业化应用。但涤纶工业丝熔体直纺作为一项新工艺,仍需要进行系统性的研究,其关键技术主要涉及液相增黏制备高黏熔体、高黏熔体输送、纤维多级拉伸定型等环节。增黏反应器中降膜支撑件上聚酯熔体的成膜流动和反应进程匹配是制备高黏熔体的难题,而高黏熔体制备完成后,如何保证输送过程黏度降小且黏度均匀稳定也是关键技术之一,对这两项涉及熔体流动的生产过程进行数值模拟研究,可为熔体品质控制提供设备结构和工艺参数优化方案;鉴于工业丝成形过程中纤维聚集态结构变化和性能提升与多级拉伸定型密切相关,掌握其中工艺-结构-性能之间的关系可为调控熔体直纺工业丝性能提供理论支撑。本文选取与聚酯熔体流变性能相近的高黏聚合物作为模拟介质,对不同黏度和流量条件下的降膜流体动力学行为进行了理论分析和数值模拟,获得了降膜流动的膜厚分布、自由面曲线、速度分布特征,成膜特性数值模拟结果与模型分析和实验测试数据较为吻合,流体黏度对膜厚影响最大,降膜速度分布接近经典Nusselt抛物形曲线,当提高流体黏度或增大降膜流量,速度分布曲线逐渐偏离理论曲线;降膜起始处液膜自由面的扩张使得液膜表面更新频率急剧升高,随着降膜流动的逐渐稳定,表面更新频率降低直至趋于稳定,其值随黏度的升高而降低;高黏聚合物降膜流动的平均停留时间长,停留时间分布相对较宽。在自行搭建的热模试验平台上,实施了不同结构降膜支撑件和反应条件的降膜增黏实验,结果表明,降膜熔融缩聚反应的增黏效果与反应器成膜内构件的结构和工艺条件紧密相关,通过降膜反应器的优化选型及其匹配的工艺条件,可实现工业丝级聚酯物料的高效生产。建立了熔体输送过程中关键的熔体增压泵、静态混合器和熔体管道部位的三维数学模型,对影响熔体输送质量的关键因素进行数值模拟计算与分析。研究发现,熔体增压泵的输送特性受齿形结构影响较大,直齿熔体输送波动性明显,斜齿和人字齿齿轮泵具有良好熔体输送稳定性,斜齿和人字齿齿轮泵的温升和剪切速率均小于直齿齿轮泵;内构件旋转角度120°的静态混合器具有较好的分离尺度、面积伸展和较窄的停留时间分布,压力降随着流量的增加而增加,停留时间分布随着流量增加向短时间方向移动;在流量恒定条件下,熔体管的数值模拟结果表明,单位长度压力降保持定值,管道压力降随着流量增加而增加,停留时间随着流量增加而向短时间方向平移。对增压泵、管道和静态混合器的数值模拟结果进行配件组合,可以点对点获得整个熔体输送过程的流动信息,获得各个场量沿着流动方向变化情况,有利于输送过程工艺和几何结构的优化设计。采用在线取样方法,获得实际熔体直纺生产过程中超低缩涤纶工业丝在不同拉伸定型阶段的样品,通过多种结构表征方法联用,分析了纤维样品的热性能和热力学、红外分子构象、取向、结晶性能和晶区结构,结合纤维机械物理性能,建立了工业丝拉伸定型过程工艺-结构-性能之间的联系。以简明的三维结构模型揭示了一种包含片晶层、刚性非晶态部分、活动非晶态部分以及伸展的非晶分子链的四相结构模型。研究表明,工业丝的结晶度随着拉伸和热定型的进行逐渐增加,两级拉伸阶段发生显著的结晶结构变化,在随后两级松弛热定型过程中纤维保持了相似的结晶结构,完善程度逐渐增加;晶区取向因子在拉伸定型阶段一直在增大,而非晶取向因子在低温的第一级拉伸中增大,在高温的第二级拉伸紧张热定型阶段略有降低,在两级高温松弛热定型时则显著地下降。不同成形阶段纤维机械力学性能与非晶相结构和片晶层倾斜角均存在着较好的线性相关性。