第八章--化学纤维成型原理湿法1.ppt

第八章化学纤维成型原理第三节湿法纺丝

一．湿法纺丝的运动学和动力学

（一）湿法成形过程中纺丝线上的速度分布稳态纺丝时：?ρxvxAxCx＝常数 速度和速度分布如图8-33。喷丝头正拉伸，在整个或大部分纺丝线上，纺丝线的速度略大于喷丝速度，胀大区消失或部分消失，其vx和沿纺丝线分布与熔纺基本相同。喷丝头零拉伸或负拉伸有明显的胀大区。一般采用零拉伸或负拉伸。（二）湿法成形区内的喷丝头拉伸表观喷丝头拉伸率Φa（或喷丝头位伸比ia）和表观平均袖向速度梯度式中：v0为纺丝原液的挤出速度；vL为第一导辊上的卷取速度；Xe为凝固长度。考虑细流的挤出胀大，以自由挤出速度vf为计算基准。真实喷丝头拉伸率Φf、真实喷丝头拉伸比if以及真实平均轴向速度梯度应表示为：A0v0ρ0=AfvfρfR02v0ρ0=Rf2vfρf若ρ0≈ρfR02v0=Rf2vfVf=R02v0/Rf2Vf=v0/B2其中，B≡Rf/R0将Vf=v0/B2代入真实喷丝头拉伸率有：由式（8-68）可见，当B0＝1时，Φf=Φa。当B0＞1时，Φf＞Φa。湿纺中，常采用喷丝头负拉伸，以降低?Φf。湿纺纺丝中，内聚断裂是主要矛盾！！！第一导盘最大速度vLmax与自由流出速度vf间的关系：可以看出，vf增大，vLmax增大。vf与B0有关。B0增大后vf下降，vLmax下降。vLmax作为可纺性的一种量度。最小的挤出胀大比相应于最大的可纺性。vLmax-vL是正常纺丝的缓冲范围。其越大，成形越稳定。（三）湿纺纺丝线上的轴向力平衡轴向力平衡方程与熔纺相似，但有几项力与熔纺有较大差别。当无导丝装置时：Fr?(x)=Ff+Fr(0)Ff与x几乎成正比，沿纺丝线x测定Fr?(x)，外推至x=0，求出Fr(0)（如图）。纺丝线上受力分析的意义：(1)等温纺丝中Fr?(0)的测定→ηe。(2)纺丝张力与一系列参数有关，了解纺丝张力，检查纺丝过程是否稳定。(3)Fr?(L)的测定→纺丝工艺参数。实例：NaSCN-PAN，φa=c，Fr?(L)=f(Cb)有极大值。生产上采用Cb，见图8-35。（四）湿纺纺丝线上的径向应力分析纺丝线径向分布：如果ηe沿径向连续变化：如果ηe沿径向无差异，则：对湿法成形有皮、芯两层结构。设：式中：Rx：x处纺丝线的半径ξ*x：x处芯层的半径。则：湿纺形成中的流变力Fr(x)为：由于(ηe)s＞＞(ηe)c，上式简化为：皮层是承受应力的主体。(1)所有施加于纺丝线上的张力，实际上完全由皮层所承受和传递，而尚处于流动状态的芯层，则几乎是松弛的。换句话说，大部分拉伸张力导致皮层产生单轴拉伸形变，只有极小部分张力致使芯层发生单轴拉伸流动。湿纺形成中的张力并不大，但由于集中于不厚的皮层上，张力足以使皮层中的大分子和链段沿纤维轴取向。(2)把Fr(x)看作沿纺丝线不变的常数，并设为Fr，则在x处皮层内的拉伸应力?σxx,s(x)可表示为：在ξ*＝R处，σxx,s有最大值。在喷丝头附近断裂。(3)由于双扩散过程所引起的细流凝固作用，R-ξ*沿纺丝线逐渐增大，而σxx,s(x)则单调地减小。(4)Fr(L)越大，则ξ*(L)越小，相对于初生纤维的皮层越厚，纺丝越稳定，所得的纤维机械性能较好。当Cb=10%时，Fr(L)有极大值。二、湿法纺丝中的传质和相转变多组分扩散，伴随结构的转变及化学反应。（一）湿法成形中的扩散过程原液细流中的溶剂向凝固浴扩散凝固浴中的凝固剂向原液细流扩散表征扩散的基本物理量：传质通量J扩散系数D固化速率参数稳态纺丝时，传质通量J表示为：式中：Ji成分(i)在一维传递中，每秒通过垂直于x轴方向[其面积为(cm2)]的克数；Di为某成分(i)的扩散系数；为浓度梯度。对湿法成形过程中溶剂及凝固剂的双扩散：式中：DS、DN为溶剂和凝