[發明專利]一種熔融紡絲工藝優化方法

有效

• 申請號: 201711007230.0
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107557885B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 張帆;張玉梅;陳康;王建寧;崔世強;王彪;李征
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01D5/08
• 分類號: D01D5/08
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 金利琴

本發明涉及一種熔融紡絲工藝優化方法，根據纖維的目標直徑、目標結晶度和目標取向度模擬計算紡絲工藝參數后按模擬計算得到的紡絲工藝參數進行熔融紡絲，模擬計算步驟如下：(1)賦予材料參數、紡絲組件參數、紡絲工藝參數、噴絲孔處的應力F(0)和步長H初始值；(2)建立熔紡成形動力學模型；(3)將材料參數、紡絲組件參數、紡絲工藝參數、噴絲孔處的應力F(0)和步長H代入熔紡成形動力學模型；(4)判斷是否滿足終止條件，滿足則獲得模擬計算得到的紡絲工藝參數，結束程序，不滿足則進入下一步；(5)調整紡絲工藝參數；(6)返回步驟(3)。本發明的一種熔融紡絲工藝優化方法，節省了實驗的人力、時間以及資金成本，生產效率高。

技術領域

本發明屬于纖維制備領域，具體涉及一種熔融紡絲工藝優化方法。

背景技術

熔融紡絲又稱熔體紡絲，簡稱熔紡，是將聚合物加熱熔融后通過噴絲孔擠出，在空氣中冷卻固化形成纖維的化學纖維紡絲方法。聚酯纖維、聚酰胺纖維和聚丙烯纖維都可采用熔融紡絲法生產。熔融紡絲法的工藝流程主要為：成纖聚合物在螺桿擠出機中加熱熔融后形成熔體，熔體通過計量泵從噴絲孔擠出形成熔體細流，熔體細流冷卻固化形成絲條，絲條經上油和卷繞，最后被拉伸變細從而制得纖維。

熔紡的主要工藝參數為聚合物通過噴絲板各孔的流量(泵供量)、噴絲板規格(孔徑、孔數和孔分布)、紡絲速度(卷繞速度)、熔體擠出溫度、紡程上的冷卻條件(吹風溫度、吹風速度、吹風區高度和無風區高度)和紡程長度等。在熔融紡絲過程中，如圖1所示，紡絲熔體擠出時，恒定的紡絲溫度T₀、恒定的泵供量W、噴絲孔的直徑D₀、特性粘度[η]及材料的密度ρ一起決定了紡絲速度V_d，卷繞裝置距噴絲頭的距離為L，在這個L中有緩冷區L₁，吹風區L₂和自然冷卻區L₃，熔體沿紡程即從噴絲孔入口到卷繞之間，流體經剪切流動、擠出脹大、冷卻、固化成具有一定性能的纖維。在實際生產中主要是通過調節熔融紡絲的相關工藝條件來對紡絲過程進行改善，期以得到質量更好的絲條。這些參數之間通常情況都是存在相互影響，例如紡程長常常受紡絲線上冷卻效率的控制，高效的冷卻可以縮短紡程，冷卻空氣的速度和溫度分布對紡絲線的冷卻有很大的影響。

纖維的結晶和取向很大程度上決定了纖維的力學性能，所以這兩大指標是工廠最為關注的。通常為了使纖維達到目標結晶度或者取向度需要通過在生產線上進行大量實驗，不斷調整紡絲工藝參數從而得到一組適應于目標結晶度或者取向度的工藝參數。顯而易見，此種方法異常繁瑣，需要耗費大量的時間、人力以及資金，對于工廠而言效率非常低，不利于工業生產。

因此，研究一種生產效率高的熔融紡絲工藝優化方法具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術中存在的問題，提供一種生產效率高的熔融紡絲工藝優化方法。本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的缺點通過計算機模擬計算而非實驗的方法獲取纖維在紡程上的直徑、取向以及結晶分布，再將模擬結果反饋回來，然后優化工藝參數直至模擬的纖維的直徑、取向以及結晶度與目標纖維的直徑、取向以及結晶度的偏差值滿足程序終止條件，即可得到實現目標纖維的直徑、取向度以及結晶度時的紡絲工藝參數，利用本發明方法來獲取實現目標纖維的直徑、取向度以及結晶度時的紡絲工藝參數可以大大節省實驗人力、時間以及資金成本，并且不受外界條件的影響，提高了生產效率。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種熔融紡絲工藝優化方法，根據纖維的目標直徑、目標結晶度和目標取向度模擬計算紡絲工藝參數后按模擬計算得到的紡絲工藝參數進行熔融紡絲，所述模擬計算的步驟如下：

(1)賦予材料參數、紡絲組件參數、紡絲工藝參數、噴絲孔處的應力F(0)和步長H初始值；