中空纤维喷丝板设计方案优化

在中空短纤维的品种开发过程中，常会遇到喷丝板设计方面的一些问题。对中空纤维喷丝板微孔的设计，通常运用剪切速率等相关参数进行计算。

1.孔型设计的计算方法

按照高聚物流变学观点，纺丝熔体大多属非牛顿流体，它在不同形状的孔道中流动时，可按下列公式进行计算。

（1）任意截面微孔。

式中：r为剪切速率（s-1）；B为异形孔周长（cm）；A为异形孔截面积（cm2）；n为流动指数；η为表现黏度（Pa·s）；ΔP为压力降（Pa）；L为微孔长度（cm）。

（2）米勒提出的计算异形孔的简化公式。

式中：Dn为异形孔当量直径（mm）；q为微孔的横截面积（mm2）；s为微孔的周长（mm）；λ为与微孔截面积有关的形状因子。

（3）中空微孔的设计。上述公式大多是按流变学理论经复杂的数学运算推导而得，对生产实践而言，求解较复杂，且许多数据难以取得，故中空PTT纤维设计时，人们主要用试差法，凭经验公式数据设计出孔的几何形状与尺寸，再在生产实践中检验与修正。

2.孔形的选择

选择孔形要注意使喷丝孔的各组成微细小孔中的熔体流量平衡，否则，会使挤出熔体细流呈“膝状”弯曲，影响纺丝的稳定性及纤维的中空度，而各微细小孔的毛细孔截面积和边长、孔道长度、孔内壁的光洁度等，都是影响微细小孔熔体流量的因素，这些因素不但要在设计中加以重视，而且在喷丝板加工过程中也要引起重视。

3.微孔几何尺寸的设计(www.xing528.com)

（1）微孔中熔体的平均流速V0。V0大小不但影响纺丝的产量、单丝线密度、组件内压，而且还影响表观喷丝头拉伸倍数in、微孔中熔体的剪切速率r及孔口胀大程度等，V0过大过小都会影响纺丝的稳定性，一般中空型微孔V0选择在4～14m/min为宜。

（2）表观喷丝头拉伸比in。in的大小影响纺丝、卷绕的稳定性及初生纤维的后拉伸性能，一般原丝的in取200～800较适宜。

（3）微孔的面积A0。A0的大小既决定于喷丝板的可加工性，又受流变学可纺性和纺丝稳定性的制约，若A0较小或微孔的窄缝宽度小于0.06mm，国内对该微孔喷丝板加工有一定的困难，喷丝板孔面积大小直接影响A0大小，进而影响微孔中熔体的剪切速率r及孔口胀大的程度。如A0太小，使r值大于纺丝条件下PET熔体发生熔体破裂时的临界剪切速率rMF值，那么该喷丝板就不可能正常纺丝。

4.喷丝板材料及加工选择

异形喷丝板微孔采用电火花机床加工而成，考虑加工方法，及喷丝板材料要具备耐热、耐腐蚀、承压能力强等要求，选用SUS630为喷丝板材料。

常见的异形喷丝板结构如图6-8所示。

图6-8　异形喷丝板结构