循环再利用聚酯熔融纺丝的原理解析

循环再利用聚酯熔融纺丝过程主要由四个步骤构成，如图6-1所示。

（1）聚酯熔体在喷丝毛细孔中流动。

（2）挤出熔体中的内应力松弛和流体体系的流畅转化，理解为从喷丝板孔中的剪切流动向纺丝线上的拉伸流动的转化。

（3）丝条的单轴拉伸流动。

（4）纤维的固化。

在这些过程中成纤高聚物要发生几何形态、物理状态和化学结构的变化。几何形态的变化是指高聚物流体经喷丝板孔中挤出和在纺丝线上转变为具有一定断面形状的、长径比无限大的连续丝条（即成型）。熔融纺丝为一元体系，只涉及高聚物熔体丝条与冷却介质间的传热，丝条体系组分是没有发生变化的。从这种意义上来说，再利用纤维熔融纺丝加工是简单的纺丝过程，在理论研究中，容易用数学模型进行分析，生产工艺也相对比较简单。(www.xing528.com)

早在20世纪60年代初，研究人员Denn、Ziabicki、Petrie、White和Han提出了近似的熔融纺丝动力学模型，称为“细特长丝理论”，利用计算机解此理论方程，只要很短时间就能够得到稳态数值解、瞬时解，甚至于解析解。随着计算机及纺丝理论的深入发展，“细特长丝理论”能够在合理的计算时间内求出任何条件下的数值解，即对材料的任何一种结构模型，只要给定纺丝冷却条件、惯性力、空气阻力、表面张力、重力等条件，就可以用此理论求出熔融纺丝过程和连续拉伸过程中的稳态解和瞬时解。Ziabicki对纺丝过程中力的关系式进行了详细分析，并测定了丝条细化过程，求出了某些材料的拉伸黏度。Andrews计算了丝条变细过程中的温度变化，研究了细化与冷却的相互关系。加濑等推导了沿纺程的熔纺纺丝动力学理论计算式。用该计算式结合高分子特性（如拉伸黏度和温度的关系、比热和温度的关系等）以及纺丝条件就可算出细化曲线、纺丝张力和冷却曲线。此外，为了使力场、速度场、温度场的理论计算尽可能与实际条件相符，许多研究者还研究了冷却时的热传导系数、丝条对空气的阻力、聚合物的拉伸黏度，所有这些研究都为纺丝动力学研究打下了良好的基础。浜名等还对PET和PA6在不同实验条件下单丝的三场分布作了理论计算和测定。

图6-1　循环再利用聚酯熔融纺丝示意图

随着化纤工业技术的迅速发展，在20世纪80年代前后对高速纺丝动力学的研究又成为热点，有关高速纺丝的研究报道也陆续出现。主要研究方向是研究纺速的提高对惯性力、纺丝参数、取向等的影响，用计算机来求单丝的三场分布以及对纺丝成型的研究，并建立了一系列更有效、更精确的直径、速度、温度等在线测量方法。

90年代以来，随着纺丝方法的多元化，纺丝动力学研究已不仅是在PET高速纺方面的研究，而向着多元化的方向发展，如热管纺丝的研究，吸管纺丝的研究，中空纤维的研究，复合纤维的研究，PA6、PA66、PP的高速纺研究等。这些研究虽然都有自己的侧重点，但都基于同样的纺丝动力学基本原理，所以，完全可能将它们集中、统一起来，构成一个完整的纺丝模拟系统。