CN114775081B - 一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，包括分配板、喷丝板和组分分隔板，喷丝板上设有喷丝孔，由自上而下顺序连接的导孔段、过渡孔段和微孔段组成；组分分隔板与分配板连接，且插入喷丝孔内，将其部分长度段内的空间分隔成互不相通的两部分；部分长度段的长度为喷丝孔总长度的50％～95％；组分分隔板的厚度不高于导孔段孔径的6％；组件结构用于制备双组分纤维，双组分纤维设定的横截面形状记为形状A，模拟的横截面形状记为形状B，由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状记为形状C，形状A～C的关系随双组分纤维设定的界面形状和双组分的粘度差变化。本发明能可控地生产出不同界面结构的并列复合纤维。
Description
技术领域
本发明涉及化纤生产领域，特别涉及并列复合纺丝的界面调控方法及纺丝组件。
背景技术
并列复合纺丝能够将两个不同组分汇集到单根纤维上，从而赋予纤维特殊的性能或功能，典型应用包括卷曲纤维、导电纤维等。但是，由于两组分熔体之间存在流变特性的差异，会使得两相熔体在分层流动的过程中发生界面的变形，形成低粘度组分包裹高粘度组分的界面结构，最终导致成形纤维的界面严重偏离所设计的纤维截面。随着经济的发展、技术的进步，对特殊功能性纤维的性能要求也越来越高。为了保证并列复合纤维性能的精确可控及稳定，对组分界面的调控成为了一个关键性问题。
研究人员对组分界面的控制方法进行了大量的探索。已有研究表明，界面的变形、偏移是由聚合物熔体间的粘度差异导致，例如文献《并列复合熔体界面运动规律初步探讨》。因此，降低两组分间的粘度差，即可抑制界面的畸变。然而，两组分的原料是根据目标功能或性能而选定，通常不可替换。而流量比则是控制组分界面的另一有效方法。通过调整两组分的入口流量，能够使界面形状与位置的改变，例如文献《An experimental study ofrheological properties of polymer melts in laminar shear flow and ofinterface deformation and its mechanisms in two phase stratified flow》。然而，流量比的改变虽然能影响界面的形状，但小范围内的流量比调节难以改变界面的弯曲变形，而大范围的流量比变化则会较大幅度地改变纤维中两组分的体积比，例如文献《Astudy of bicomponent coextrusion of molten polymers》,进而对成形纤维的性能产生影响。
纺丝组件是复合纺丝技术的核心，两组分的熔体由螺杆输入纺丝组件中，在各自流道中流动，并在挤出前汇合而成单根纤维。纺丝组件的孔道结构、汇合位置等设计直接决定了双组分纤维的截面形态。现有研究发现，两组分熔体从微孔挤出后再汇合成熔体细流的板外并流喷丝板设计，能在一定程度上避免界面的不可控变形（专利号：ZL200720119305. X）。然而，板外并流的设计需要在喷丝板上加工斜孔，仍存在技术难度大而加工成本高的不足；如图13所示，为喷丝板剖视图，包括导孔10、喷丝板7、微孔12，但是斜孔（即导孔10和微孔12）加工由于钻头与工件之间存在非垂直夹角，因而容易产生位置的滑偏，钻头钻削力不均匀且易损坏，表面质量与位置精度都更难控制，此外还需要一些特殊的专用零件和器材辅助，因此成本也相对高。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种能够抑制或抵消组分流变特性差异的影响，使得双组分纤维的界面稳定可控的用于并列复合纺丝界面控制的组件结构。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，包括分配板以及位于分配板下方的喷丝板，喷丝板上设有喷丝孔，喷丝孔由自上而下顺序连接的导孔段、过渡孔段和微孔段组成，还包括组分分隔板；
组分分隔板与分配板连接，且插入喷丝孔内，将其部分长度段内的空间分隔成互不相通的两部分；
所述部分长度段的长度不低于喷丝孔总长度的50%，以确保组分分隔板能发挥明显的作用，同时不高于喷丝孔总长度的95%，以确保双组分离开喷丝孔之前能充分接触；
组分分隔板的厚度不高于导孔段孔径的6%；板厚过大会使得两组分熔体间隔距离过大，汇合点离分隔段更远而并流流动距离短，界面融合不充分可能导致纤维容易劈裂，此外，过度占用孔道容积，使得两组分纺丝压力增大，导致纺丝过程的不稳定，板厚过大也会导致无法装配到喷丝孔内（孔壁轮廓为圆弧，板边缘为四边形）；
熔融纺丝加工中，分配板与喷丝板为两组分熔体在纺丝组件内流经的最后两段孔道，该段孔道需要控制两组分熔体的最终汇合；熔体流经压盖、砂杯和前几道分配板后流入最后一道分配板，现有技术的并列复合双组分纤维纺丝组件孔道的结构关系如图1 (a)所示，包括分配板6、喷丝板7、导孔段10、过渡孔段11、微孔段12，其中，锥角13为过渡孔段的锥角，如图1 (b)所示，本发明的并列复合双组分纤维纺丝组件孔道与现有技术的并列复合双组分纤维纺丝组件孔道区别在于，本发明除了以上结构，还包含组分分隔板14，组分分隔板14位于最后一道分配板6与喷丝板7之间；组分分隔板固定在分配板6的下端面，其截面可根据需求设计成不同的形状（直线、圆弧）与厚度；方向上，组分分隔板14从分配板6下端面起始，向喷丝板7方向（熔体流动方向）延伸，延伸的长度（插入喷丝板的深度）可根据需求选定，使组分分隔板14末端抵达喷丝板7的导孔段10、过渡孔段11或微孔段12；
两组分的熔体从分配板进入喷丝板后，组分间由组分分隔板隔离，两相间未发生接触；直至流过分隔距离后，熔体汇合，沿挤出方向并列流动；组分分隔板的形状、厚度、长度的不同可将喷丝孔分割成不同容积与形状的流道，改变熔体汇合的时间与汇合前的流动状态，从而使双组分纤维形成所需的界面结构；
组分分隔板的加工与安装，理论上不存在难度，基本加工技术即可实现；
组件结构用于制备双组分纤维，双组分纤维设定的横截面形状记为形状A，双组分纤维模拟的横截面形状记为形状B，由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状记为形状C；
双组分纤维设定的界面形状为直线且双组分的粘度差大于50Pa·s时，组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状B互为镜像对称；
双组分纤维设定的界面形状为直线且双组分的粘度差小于等于50Pa·s时，组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状B互为镜像对称，或者组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状A相同；粘度小于50Pa·s时界面变形不严重，因此不需要预补偿结构的分隔板，只要用直板分隔延迟两组分熔体的汇合，也能获得较为理想的截面，用直板分隔板不需要进行模拟和分隔板选型，弧形板需要模拟来确定预补偿曲率，可结合控制精度要求和效率进行选择（根据生产需要，方便快捷、精度高二选一）；
双组分纤维设定的界面形状为其他形状时，组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状A相同。
双组分纤维设定的横截面形状不考虑界面变形或者导致其变形的各种因素，仅仅是根据功能的需求指定的界面结构，如自卷曲纤维（并列复合）的需求就是圆形截面且两个组分以直径为对称轴对半平分，但是由于两组分的流变特性一定是不同的，因此熔体一旦汇合，就会产生界面弯曲变形，且不可避免，因此需要通过组件结构的改变来减缓和补偿此变形。若两组分的粘度差异较小，则界面发生变形的趋势较弱，可以通过分隔板延迟两相熔体的汇合，缩短并列流动的时间来减少成形纤维的界面变形；若两组分熔体粘度差异较大，则两组分熔体仅需短时间的并列流动即可产生较严重的界面变形，此时需要特殊分隔板给界面的大变形与偏移一个反向预补偿，使得界面在发生畸变后能达到所设定的纤维截面形态，获得性能所需的理想界面结构。
若所需截面结构为非对称的特殊形状，则需要其他特殊形状的分隔板对喷丝孔进行分割。由于并列复合纺丝的两组分熔体在汇合后必然形成并列的稀包粘弯曲界面，为获得特殊形状界面，如S形，则需在熔体汇合前利用S形分隔板将熔体分割，使熔体汇合时即形成性能所需的设定界面。
双组分纤维模拟的横截面形状的获取过程为已知技术，组分分隔板所在的喷丝孔的部分长度段的横截面形状的确定过程如下：
（1）根据纤维所需的特殊功能，选取两组分所用原料并设定组分间的界面结构；
（2）利用旋转流变仪测定两组分原料的稳态流变特性，获得剪切速率-粘度曲线；
（3）利用剪切速率-粘度参数拟合Bird-Carreau方程，获得流变参数零剪切粘度η 0、极限剪切粘度η ∞、自然时间λ和非牛顿指数n；
（4）采用三维建模软件和前处理软件建立熔体流动计算模型，采用结构化网格离散计算区域，两相熔体界面和壁面进行局部加密；
（5）根据实际纺丝工艺参数，制得数值模拟边界条件与计算方法，研究不同条件下的并列复合纤维界面分布情况；
（6）进行数值模拟，获得该原料体系、该工艺参数下两相熔体界面位置与形状稳定之后，界面上各节点的坐标（x, y, z）；
（7）将界面散点分布与组分分隔板的曲率及位置进行对比，选择形状及位置最为接近的预补偿结构组分分隔板进行纺丝，抵消物料熔体流变差异造成的界面变形；组分分隔板的长度因两组分原料的特性而定，粘度相差越大，则分隔长度应越长。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，组分分隔板的厚度不低于导孔段孔径的3%，组分分隔板的材质同喷丝板；板厚过小，当两组分比例不为50:50时，两侧存在压力差时，易发生弯曲变形。
如上所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，组分分隔板为一级直板、二级直板、三级直板、弧形板、波浪板或复合型板；
一级直板的底部位于导孔段内；
二级直板的底部位于过渡孔段内；
三级直板的底部位于微孔段内；
弧形板的上下两边呈弧线、两侧边呈直线，弧形板的底部位于导孔段内；
波浪板的上下两边呈波浪线、两侧边呈直线，波浪板的底部位于导孔段内；
复合型板包括直板段和弧形板段，直板段的底部位于导孔段与过渡孔段的交界处，弧形板段的上边呈直线，下边呈弧线，两侧边呈直线，弧形板段的底部位于过渡孔段与微孔段的交界处。
如上任一项所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，组分分隔板与喷丝孔过渡配合，以保证熔体密封与安装可操作性。
如上任一项所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，组分分隔板与分配板不可拆卸固定，即采用焊接方式将组分分隔板与分配板连接成一体，无须反复安装，或者组分分隔板与分配板可拆卸固定。
如上所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，组分分隔板与分配板可拆卸固定为分配板的下端面设有凹槽，组分分隔板的上端插入凹槽内，并与其过盈配合。
如上所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，导孔段的孔径为1~3mm，长度为5~20mm；过渡孔段的锥角为45~75°；微孔段的等效直径为0.1~1mm，长径比为1~5。
如上所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，微孔段的横截面呈圆形、8字形或哑铃形。
如上所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，喷丝板上所有的喷丝孔呈同心圆排列。
有益效果
利用复合纺丝组件中的组分分隔板，能够精确可控地生产出不同界面结构的并列复合纤维。组分分隔板结构可根据需求，设计成多种形式，具有较大的可选择性；需要更换不同界面结构的纤维时，只需要更换不同形式的组分分隔板，降低了纺丝组件的成本。
附图说明
图1为本发明的并列复合双组分纤维纺丝组件孔道与现有技术的并列复合双组分纤维纺丝组件孔道的对比示意图；其中，(a)为普通结构，(b)为包含组分分隔板的结构；
图2~图4为直板型组分分隔板示意图；其中，(a)为对称分割，(b)为不对称分割；
图5和图6为弧形板型组分分隔板示意图；其中，(a)、(b)、(c)为不同分隔位置，(d)、(e)、(f)为不同分隔曲率；
图7和图8为波浪板型组分分隔板示意图；其中，(a)为基本波浪结构，(b)为多重波浪结构；
图9为复合型板型组分分隔板示意图；其中，(a)为复合型板中的弧形板段的截面示意图，(b)为复合型板中的直板段的截面示意图；
图10为使用复合型板5的喷丝板7、分配板6组件结构装配体示意图；
图11~图12为本发明的装配体剖视图；其中，装配体为组分分隔板、分配板和喷丝板安装好后的整体结构；
图13为专利ZL 200720119305. X的喷丝板剖视图；
图14为实施例1的纤维截面示意图；
图15为实施例2的纤维截面示意图；
图16为实施例3的纤维截面示意图；
图17为实施例4的纤维截面示意图；
其中，1-一级直板，2-二级直板，3-弧形板，4-波浪板，5-复合型板，6-分配板；7-喷丝板，8-汇合导流槽，9-凹槽，10-导孔段，11-过渡孔段，12-微孔段，13-锥角，14-组分分隔板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，包括分配板、位于分配板下方的喷丝板和组分分隔板；
喷丝板上设有喷丝孔，且喷丝板上所有的喷丝孔呈同心圆排列，喷丝孔由自上而下顺序连接的导孔段、过渡孔段和微孔段组成；
导孔段的孔径为1~3mm，长度为5~20mm；过渡孔段的锥角为45~75°；微孔段的等效直径为0.1~1mm，长径比为1~5；微孔段的横截面呈圆形、8字形或哑铃形；
组分分隔板的材质同喷丝板；组分分隔板与分配板不可拆卸固定连接，或者组分分隔板与分配板可拆卸固定，具体地，分配板的下端面设有凹槽，组分分隔板的上端插入凹槽内，并与其过盈配合；组分分隔板与分配板固定连接后，插入喷丝孔内，与喷丝孔过渡配合，将其部分长度段内的空间分隔成互不相通的两部分；如图11和图12所示，为组分分隔板14、分配板6和喷丝板7安装好后的整体结构的剖视图，其中8为将两组分熔体导入导孔的汇合槽，10为导孔段，11为过渡孔段，12为微孔段；
部分长度段的长度不低于喷丝孔总长度的50%，同时不高于喷丝孔总长度的95%；
组分分隔板的厚度不高于导孔段孔径的6%，不低于导孔段孔径的3%；
组分分隔板为一级直板、二级直板、三级直板、弧形板、波浪板或复合型板；
一级直板的底部位于导孔段内；
二级直板的底部位于过渡孔段内；
三级直板的底部位于微孔段内；
弧形板的上下两边呈弧线、两侧边呈直线，弧形板的底部位于导孔段内；
波浪板的上下两边呈波浪线、两侧边呈直线，波浪板的底部位于导孔段内；
复合型板包括直板段和弧形板段，直板段的底部位于导孔段与过渡孔段的交界处，弧形板段的上边呈直线，下边呈弧线，两侧边呈直线，弧形板段的底部位于过渡孔段与微孔段的交界处；
组件结构用于制备双组分纤维，双组分纤维设定的横截面形状记为形状A，双组分纤维模拟的横截面形状记为形状B，由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状记为形状C；
双组分纤维设定的界面形状为直线且双组分的粘度差大于50Pa·s时，组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状B互为镜像对称；
双组分纤维设定的界面形状为直线且双组分的粘度差小于等于50Pa·s时，组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状B互为镜像对称，或者组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状A相同；
双组分纤维设定的界面形状为其他形状时，组分分隔板的形状及其在喷丝孔内的位置满足一定的条件使得形状C与形状A相同。
一级直板、二级直板、三级直板都为平面薄板，如图2~4所示，由于组分分隔板无圆弧曲面，因此一级直板1、二级直板2或三级直板可将喷丝孔分割成两部分对称的半圆柱腔体，或不对称柱形腔体；一级直板1、二级直板2和三级直板的末端形状是根据其插入的深度决定的；
如图5所示，弧形板3将喷丝孔分割为月牙柱形和凸透镜柱形腔体，由于不同原料的流变特性不同，界面的变形程度也不尽相同，因而弧形板具有位置与曲率两个方面的多样化设计，末端形状可同样根据长度采用不同的设计，图6中(a)、(b)、(c)为不同分隔位置，(d)、(e)、(f)为不同分隔曲率；
如图7和图8所示，波浪板4分为基础波浪结构和复杂波浪结构，基础波浪结构的基本截面形状呈S，复杂波浪结构包含多个连续波动结构，波峰波谷数量与弯曲曲率按需求选定，在获得理想界面结构的同时可提升两组分间的结合力；
如图9所示，复合型板5包含一种以上形状特性；为控制熔体在汇合时所产生的界面畸变，可尽量增长组分分隔板长度，延迟两组分熔体的汇合，并通过弧形板段补偿由熔体流变特性差异导致的界面弯曲变形；如图9的(a)和(b)所示，该型组分分隔板深度至喷丝板内过渡孔段，导孔段为直板段，过渡孔段呈锥度收缩，末端为弧形；除此之外，亦可选取其他形状特性，按需选择搭配形成复合结构；如图10所示，为使用复合型板5的喷丝板7、分配板6组件结构装配体示意图。
下面分别选用一种直板、弧形板、波浪板对用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，进行举例说明：
实施例1
一种双组分纤维的制备方法，步骤如下：
（1）确定目标产品；
双组分纤维的组分1为特性粘度为0.85dl/g的PET；
双组分纤维的组分2为特性粘度为0.85dl/g的PBT；
双组分纤维设定的横截面形状（即形状A）由图14中的圆以及位于圆内的实心黑线组成；
（2）确定喷丝孔的形状和尺寸参数；
导孔段的孔径为1.5mm；
导孔段的长度为8.23mm；
过渡孔段的锥角为60°；
微孔段的直径为3.5mm；
微孔段的长径比1.7；
微孔段的横截面形状为图14中的圆；
（3）确定纺丝工艺参数；
纺丝温度为290℃；
组分1的流量为5×10-11m3/s；
组分2的流量为5×10-11m3/s；
（4）确定由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状；
由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状（即形状C）由图14中的圆以及位于圆内的实心黑线组成；
（5）确定组分分隔板的形状、厚度、插入喷丝孔内的深度、在喷丝孔内的位置；
组分分隔板的形状及在喷丝孔内的位置根据形状C确定；
组分分隔板的厚度为导孔段孔径的3.3%；
组分分隔板插入喷丝孔内的深度为喷丝孔总长度的75%；
（6）纺丝加工制得双组分纤维；
双组分纤维实际的横截面形状由图14中的圆以及位于圆内的密集的虚线组成，对比可以看出，双组分纤维实际的横截面形状与双组分纤维设定的横截面形状较为接近。
实施例2
一种双组分纤维的制备方法，步骤如下：
（1）确定目标产品；
双组分纤维的组分1为特性粘度为0.64dl/g的PET；
双组分纤维的组分2为特性粘度为0.85dl/g的PBT；
双组分纤维设定的横截面形状（即形状A）由图15中的圆以及位于圆内较细的实心黑线组成；
（2）确定喷丝孔的形状和尺寸参数；
导孔段的孔径为1.5mm；
导孔段的长度为8.23mm；
过渡孔段的锥角为60°；
微孔段的直径为3.5mm；
微孔段的长径比1.7；
微孔段的横截面形状为图15中的圆；
（3）确定纺丝工艺参数；
纺丝温度为290℃；
组分1的流量为5×10-11m3/s；
组分2的流量为5×10-11m3/s；
（4）确定双组分纤维模拟的横截面形状；
（4.1）利用旋转流变仪测定组分1和组分2的稳态流变特性，获得剪切速率-粘度曲线；
（4.2）利用剪切速率-粘度参数拟合Bird-Carreau方程，获得PBT流变参数零剪切粘度η 0=121Pa·s、极限剪切粘度η ∞=0Pa·s、自然时间λ=0.2s和非牛顿指数n=0.9，PET流变参数零剪切粘度η 0=79.3Pa·s、极限剪切粘度η ∞=0Pa·s、自然时间λ=4.2s和非牛顿指数n=0.9；
（4.3）采用三维建模软件建立熔体在孔道内外的几何结构，在前处理软件中进行网格划分，采用结构化网格离散计算区域，两相熔体界面和壁面进行局部加密；
（4.4）根据实际纺丝工艺参数，制得数值模拟边界条件与计算方法，研究该条件下的并列复合纤维界面分布情况；
（4.5）进行数值模拟，获得该原料体系、该工艺参数下两相熔体界面位置与形状稳定之后，界面上各节点的坐标（x, y, z），其中，z为熔体流动方向，xy平面为纤维截面，得到双组分纤维模拟的横截面形状，双组分纤维模拟的横截面形状（即形状B）由图15中的圆以及位于圆内的稀疏的虚线组成；
（5）确定由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状；
由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状（即形状C）由图15中的圆以及位于圆内较粗的实心黑线组成；
（6）确定组分分隔板的形状、厚度、插入喷丝孔内的深度、在喷丝孔内的位置；
组分分隔板的形状及在喷丝孔内的位置根据形状C确定；
组分分隔板的厚度为导孔段孔径的3.3%；
组分分隔板插入喷丝孔内的深度为喷丝孔总长度的75%；
（7）纺丝加工制得双组分纤维；
双组分纤维实际的横截面形状由图15中的圆以及位于圆内的密集的虚线组成，对比可以看出，双组分纤维实际的横截面形状与双组分纤维设定的横截面形状较为接近。
实施例3
一种双组分纤维的制备方法，步骤如下：
（1）确定目标产品；
双组分纤维的组分1为特性粘度为0.85dl/g的PET；
双组分纤维的组分2为特性粘度为0.64dl/g的PET；
双组分纤维设定的横截面形状（即形状A）由图16中的圆以及位于圆内的实心黑线组成；
（2）确定喷丝孔的形状和尺寸参数；
导孔段的孔径为1.5mm；
导孔段的长度为8.23mm；
过渡孔段的锥角为60°；
微孔段的直径为3.5mm；
微孔段的长径比1.7；
微孔段的横截面形状为图16中的圆；
（3）确定纺丝工艺参数；
纺丝温度为290℃；
组分1的流量为5×10-11m3/s；
组分2的流量为5×10-11m3/s；
（4）确定由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状；
由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状（即形状C）由图16中的圆以及位于圆内的实心黑线组成；
（5）确定组分分隔板的形状、厚度、插入喷丝孔内的深度、在喷丝孔内的位置；
组分分隔板的形状及在喷丝孔内的位置根据形状C确定；
组分分隔板的厚度为导孔段孔径的3.3%；
组分分隔板插入喷丝孔内的深度为喷丝孔总长度的75%；
（6）纺丝加工制得双组分纤维；
双组分纤维实际的横截面形状由图16中的圆以及位于圆内的虚线组成，对比可以看出，双组分纤维实际的横截面形状与双组分纤维设定的横截面形状较为接近。
实施例4
一种双组分纤维的制备方法，步骤如下：
（1）确定目标产品；
双组分纤维的组分1为特性粘度为0.85dl/g的PET；
双组分纤维的组分2为特性粘度为0.64dl/g的PET；
双组分纤维设定的横截面形状（即形状A）由图17中的圆以及位于圆内的较细的实心黑线组成；
（2）确定喷丝孔的形状和尺寸参数；
导孔段的孔径为1.5mm；
导孔段的长度为8.23mm；
过渡孔段的锥角为60°；
微孔段的直径为3.5mm；
微孔段的长径比1.7；
微孔段的横截面形状为图17中的圆；
（3）确定纺丝工艺参数；
纺丝温度为290℃；
组分1的流量为5×10-11m3/s；
组分2的流量为5×10-11m3/s；
（4）确定双组分纤维模拟的横截面形状；
（4.1）利用旋转流变仪测定组分1和组分2的稳态流变特性，获得剪切速率-粘度曲线；
（4.2）利用剪切速率-粘度参数拟合Bird-Carreau方程，获得组分2流变参数零剪切粘度η 0=79.3Pa·s、极限剪切粘度η ∞=0Pa·s、自然时间λ=4.2s和非牛顿指数n=0.9，组分1流变参数零剪切粘度η 0=96.3Pa·s、极限剪切粘度η ∞=0Pa·s、自然时间λ=10.2s和非牛顿指数n=0.9；
（4.3）采用三维建模软件建立熔体在孔道内外的几何结构，在前处理软件中进行网格划分，采用结构化网格离散计算区域，两相熔体界面和壁面进行局部加密；
（4.4）根据实际纺丝工艺参数，制得数值模拟边界条件与计算方法，研究该条件下的并列复合纤维界面分布情况；
（4.5）进行数值模拟，获得该原料体系、该工艺参数下两相熔体界面位置与形状稳定之后，界面上各节点的坐标（x, y, z），其中，z为熔体流动方向，xy平面为纤维截面，得到双组分纤维模拟的横截面形状，双组分纤维模拟的横截面形状（即形状B）由图17中的圆以及位于圆内的稀疏的虚线组成；
（5）确定由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状；
由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状（即形状C）由图17中的圆以及位于圆内的较粗的实心黑线组成；
（6）确定组分分隔板的形状、厚度、插入喷丝孔内的深度、在喷丝孔内的位置；
组分分隔板的形状及在喷丝孔内的位置根据形状C确定；
组分分隔板的厚度为导孔段孔径的3.3%；
组分分隔板插入喷丝孔内的深度为喷丝孔总长度的94%；
（7）纺丝加工制得双组分纤维；
双组分纤维实际的横截面形状由图17中的圆以及位于圆内的密集的虚线组成，对比可以看出，双组分纤维实际的横截面形状与双组分纤维设定的横截面形状较为接近。
Claims (10)
1.一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，包括分配板以及位于分配板下方的喷丝板，喷丝板上设有喷丝孔，喷丝孔由自上而下顺序连接的导孔段、过渡孔段和微孔段组成，其特征在于，还包括组分分隔板；
组分分隔板与分配板连接，且插入喷丝孔内，将其部分长度段内的空间分隔成互不相通的两部分；
组件结构用于制备双组分纤维，双组分纤维设定的横截面形状记为形状A，双组分纤维模拟的横截面形状记为形状B，由喷丝孔以及位于喷丝孔内的组分分隔板构成的整体的仰视形状记为形状C；
确定形状A：根据纤维所需的特殊功能，选取两组分所用原料并设定组分间的界面结构，得到形状A；
确定形状B，形状B的确定过程如下：
（1）利用旋转流变仪测定两组分原料的稳态流变特性，获得剪切速率-粘度曲线；
（2）利用剪切速率-粘度参数拟合Bird-Carreau方程，获得两组分原料的流变参数零剪切粘度η 0、极限剪切粘度η ∞、自然时间λ和非牛顿指数n；
（3）采用三维建模软件建立熔体在孔道内外的几何结构，在前处理软件中进行网格划分，采用结构化网格离散计算区域，两相熔体界面和壁面进行局部加密；
（4）根据实际纺丝工艺参数，制得数值模拟边界条件与计算方法，研究不同条件下的并列复合纤维界面分布情况；
（5）进行数值模拟，获得该原料体系、该工艺参数下两相熔体界面位置与形状稳定之后，界面上各节点的坐标（x, y, z）；其中，z为熔体流动方向，xy平面为纤维截面，得到形状B；
确定形状C：双组分纤维设定的界面形状为直线且双组分的粘度差大于50Pa·s时，形状C与形状B互为镜像对称；双组分纤维设定的界面形状为直线且双组分的粘度差小于等于50Pa·s时，形状C与形状B互为镜像对称，或者形状C与形状A相同；双组分纤维设定的界面形状为其他形状时，形状C与形状A相同；
确定组分分隔板的形状、厚度、插入喷丝孔内的深度、在喷丝孔内的位置；
其中，组分分隔板的形状及在喷丝孔内的位置根据形状C确定；
组分分隔板的厚度不高于导孔段孔径的6%；
组分分隔板插入喷丝孔内的深度不低于喷丝孔总长度的50%，同时不高于喷丝孔总长度的95%。
2.根据权利要求1所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，组分分隔板的厚度不低于导孔段孔径的3%，组分分隔板的材质同喷丝板。
3.根据权利要求1所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，组分分隔板为一级直板、二级直板、三级直板、弧形板、波浪板或复合型板；
一级直板的底部位于导孔段内；
二级直板的底部位于过渡孔段内；
三级直板的底部位于微孔段内；
弧形板的上下两边呈弧线、两侧边呈直线，弧形板的底部位于导孔段内；
波浪板的上下两边呈波浪线、两侧边呈直线，波浪板的底部位于导孔段内；
复合型板包括直板段和弧形板段，直板段的底部位于导孔段与过渡孔段的交界处，弧形板段的上边呈直线，下边呈弧线，两侧边呈直线，弧形板段的底部位于过渡孔段与微孔段的交界处。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，组分分隔板与喷丝孔过渡配合。
5.根据权利要求1~3任一项所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，组分分隔板与分配板不可拆卸固定。
6.根据权利要求1~3任一项所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，组分分隔板与分配板可拆卸固定。
7.根据权利要求6所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，分配板的下端面设有凹槽，组分分隔板的上端插入凹槽内，并与其过盈配合。
8.根据权利要求1所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，导孔段的孔径为1~3mm，长度为5~20mm；过渡孔段的锥角为45~75°；微孔段的等效直径为0.1~1mm，长径比为1~5。
9.根据权利要求1所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，微孔段的横截面呈圆形、8字形或哑铃形。
10.根据权利要求1所述的一种用于并列复合纺丝界面控制的组件结构，其特征在于，喷丝板上所有的喷丝孔呈同心圆排列。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1148780A (en) * | 1966-12-19 | 1969-04-16 | Kanegafuchi Spinning Co Ltd | Improved spinneret assembly for the manufacture of conjugate filaments |
| EP0123667A2 (en) * | 1983-04-11 | 1984-10-31 | Monsanto Company | Conjugate filaments and process for producing same |
| CN1117533A (zh) * | 1993-10-04 | 1996-02-28 | 智索股份有限公司 | 一种熔喷纺丝头装置 |
| JPH09209217A (ja) * | 1996-01-29 | 1997-08-12 | Toray Ind Inc | サイドバイサイド型複合紡糸用口金および複合繊維の製造方法 |
| CN1276444A (zh) * | 1999-06-08 | 2000-12-13 | 东丽株式会社 | 柔软弹力丝及其制造方法 |
| JP2002363828A (ja) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Toray Ind Inc | 貼合型複合繊維およびその製造方法 |
| CN103510275A (zh) * | 2013-07-05 | 2014-01-15 | 华中科技大学 | 一种多层薄膜微结构自对准制备方法及装置 |
| CN113235178A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-10 | 四川亿耐特新材料有限公司 | 一种双组分喷丝板 |
-
2022
- 2022-04-02 CN CN202210350402.9A patent/CN114775081B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1148780A (en) * | 1966-12-19 | 1969-04-16 | Kanegafuchi Spinning Co Ltd | Improved spinneret assembly for the manufacture of conjugate filaments |
| EP0123667A2 (en) * | 1983-04-11 | 1984-10-31 | Monsanto Company | Conjugate filaments and process for producing same |
| CN1117533A (zh) * | 1993-10-04 | 1996-02-28 | 智索股份有限公司 | 一种熔喷纺丝头装置 |
| JPH09209217A (ja) * | 1996-01-29 | 1997-08-12 | Toray Ind Inc | サイドバイサイド型複合紡糸用口金および複合繊維の製造方法 |
| CN1276444A (zh) * | 1999-06-08 | 2000-12-13 | 东丽株式会社 | 柔软弹力丝及其制造方法 |
| JP2002363828A (ja) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Toray Ind Inc | 貼合型複合繊維およびその製造方法 |
| CN103510275A (zh) * | 2013-07-05 | 2014-01-15 | 华中科技大学 | 一种多层薄膜微结构自对准制备方法及装置 |
| CN113235178A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-08-10 | 四川亿耐特新材料有限公司 | 一种双组分喷丝板 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Numerical study on forming process of the PET/PA6 component melt in micro hole in composite spinning;王磊;Journal of Donghua University;第30卷(第6期);第510~513页 * |
| 并列复合纺丝孔道内流动组分的界面分布数值模拟;廖壑等;纺织学报;第42卷(第1期);第30~34页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114775081A (zh) | 2022-07-22 |
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