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纤维差别化是纤维发展的总趋势,而异形纤维是纤维差别化的最主要技术。生产异形纤维的关键是设计、加工出使用效果良好的异形喷丝板,其中对孔型及孔型参数的选择与设计尤为重要。目前,对于圆形截面喷丝孔设计,主要依靠经验的积累。但对于异形截面喷丝孔的设计及加工理论,不仅涉及聚合物熔体在异形喷丝孔内流动理论,又要涉及高分子加工、纤维成型机理及机械加工技术。本文从流变学的基本理论出发,分析不同异形孔中的流变行为,并剖析喷丝孔构成的规律及组合方式。首次提出一种基本单元法的设计加工异形喷丝板的方法。
首先,分析了各种异形喷丝孔的组成方式,喷丝板孔主要由圆、矩形狭缝和圆环等基本单元构成,即对复杂异形喷丝板的流变状态研究,可基于基本单元的流变理论基础进行分析。本文推导了聚合物熔体通过异形喷丝孔基本单元:圆形单元、矩形狭缝单元以及圆环形单元的流动基本方程。并在理论上提出影响纺丝稳定性有三个主要因素:(a)喷丝孔的尺寸参数,(b)各参数的尺寸偏差,(c)同一喷丝板上各喷丝孔及同一喷丝孔各单元间尺寸偏差的一致性。
在此基础上,结合理论分析、喷丝板加工及纺丝实验,首次系统地提出了基于单元的异形喷丝板设计及加工方法,并解决提出了异形喷丝板设计加工的技术关键。
其次,研究了由基本单元加工异形喷丝孔的技术。通过导向器的设计解决喷丝板加工的电极装夹精度问题。
最后,本论文设计和加工了15、16、17中空纤维用喷丝板,并通过纺丝实验,获得预期的截面及性能优良的纤维。