[发明专利]一种熔融纺丝工艺优化方法

说明书

本发明涉及一种熔融纺丝工艺优化方法，根据纤维的目标直径、目标结晶度和目标取向度模拟计算纺丝工艺参数后按模拟计算得到的纺丝工艺参数进行熔融纺丝，模拟计算步骤如下：(1)赋予材料参数、纺丝组件参数、纺丝工艺参数、喷丝孔处的应力F(0)和步长H初始值；(2)建立熔纺成形动力学模型；(3)将材料参数、纺丝组件参数、纺丝工艺参数、喷丝孔处的应力F(0)和步长H代入熔纺成形动力学模型；(4)判断是否满足终止条件，满足则获得模拟计算得到的纺丝工艺参数，结束程序，不满足则进入下一步；(5)调整纺丝工艺参数；(6)返回步骤(3)。本发明的一种熔融纺丝工艺优化方法，节省了实验的人力、时间以及资金成本，生产效率高。

技术领域

本发明属于纤维制备领域，具体涉及一种熔融纺丝工艺优化方法。

背景技术

熔融纺丝又称熔体纺丝，简称熔纺，是将聚合物加热熔融后通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的化学纤维纺丝方法。聚酯纤维、聚酰胺纤维和聚丙烯纤维都可采用熔融纺丝法生产。熔融纺丝法的工艺流程主要为：成纤聚合物在螺杆挤出机中加热熔融后形成熔体，熔体通过计量泵从喷丝孔挤出形成熔体细流，熔体细流冷却固化形成丝条，丝条经上油和卷绕，最后被拉伸变细从而制得纤维。

熔纺的主要工艺参数为聚合物通过喷丝板各孔的流量(泵供量)、喷丝板规格(孔径、孔数和孔分布)、纺丝速度(卷绕速度)、熔体挤出温度、纺程上的冷却条件(吹风温度、吹风速度、吹风区高度和无风区高度)和纺程长度等。在熔融纺丝过程中，如图1所示，纺丝熔体挤出时，恒定的纺丝温度T₀、恒定的泵供量W、喷丝孔的直径D₀、特性粘度[η]及材料的密度ρ一起决定了纺丝速度V_d，卷绕装置距喷丝头的距离为L，在这个L中有缓冷区L₁，吹风区L₂和自然冷却区L₃，熔体沿纺程即从喷丝孔入口到卷绕之间，流体经剪切流动、挤出胀大、冷却、固化成具有一定性能的纤维。在实际生产中主要是通过调节熔融纺丝的相关工艺条件来对纺丝过程进行改善，期以得到质量更好的丝条。这些参数之间通常情况都是存在相互影响，例如纺程长常常受纺丝线上冷却效率的控制，高效的冷却可以缩短纺程，冷却空气的速度和温度分布对纺丝线的冷却有很大的影响。

纤维的结晶和取向很大程度上决定了纤维的力学性能，所以这两大指标是工厂最为关注的。通常为了使纤维达到目标结晶度或者取向度需要通过在生产线上进行大量实验，不断调整纺丝工艺参数从而得到一组适应于目标结晶度或者取向度的工艺参数。显而易见，此种方法异常繁琐，需要耗费大量的时间、人力以及资金，对于工厂而言效率非常低，不利于工业生产。

因此，研究一种生产效率高的熔融纺丝工艺优化方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种生产效率高的熔融纺丝工艺优化方法。本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的缺点通过计算机模拟计算而非实验的方法获取纤维在纺程上的直径、取向以及结晶分布，再将模拟结果反馈回来，然后优化工艺参数直至模拟的纤维的直径、取向以及结晶度与目标纤维的直径、取向以及结晶度的偏差值满足程序终止条件，即可得到实现目标纤维的直径、取向度以及结晶度时的纺丝工艺参数，利用本发明方法来获取实现目标纤维的直径、取向度以及结晶度时的纺丝工艺参数可以大大节省实验人力、时间以及资金成本，并且不受外界条件的影响，提高了生产效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种熔融纺丝工艺优化方法，根据纤维的目标直径、目标结晶度和目标取向度模拟计算纺丝工艺参数后按模拟计算得到的纺丝工艺参数进行熔融纺丝，所述模拟计算的步骤如下：

(1)赋予材料参数、纺丝组件参数、纺丝工艺参数、喷丝孔处的应力F(0)和步长H初始值；