Tc>=Tg,中速冷,有利晶核生成和晶体长大,性能好。
采用中等的冷却速度,冷却温度选择在Tg~最大结晶速度的温度Tmax之间。
(3)成型后后处理方法与结晶性(重点掌握)
二次结晶指一次结晶后,残留的非晶区和结晶不完善的晶体继续结晶并完善。
后结晶指来不及结晶的区域,在成型后继续结晶的过程。
不形成新的结晶区域,而在球晶界面继续长大,是初结晶的继续。
两者均对性能不利,可通过热处理,加速这两个过程的解决,但不彻底。
(4)成核剂与结晶性
加成核剂异相成核,可提高结晶速度,制品透明性提高。
(5)结晶性和物性
聚合物中的晶体(微晶)类似大分子的“物理交联点”。
受结晶度影响的物性有:
拉伸强度、弹性模量、冲击强度、耐热性(热变形温度)、耐化学药品性、吸水性、透明性、气体透过性、成型收缩率等。
(很大程度与结晶结构有关)
6、取向与解取向产生的原因
1)在流动中,由于在管道中沿垂直于流动方向上流度不同,存在速度梯度,卷曲的长链分子受到剪切力的作用,将沿流动方向舒展伸直和取向。
2)熔体温度很高,分子热运动剧烈,也存在解取向作用。
7、熔体粘度与成型性(影响熔体粘度因素):
3、等离子体
等离子体的定义:
由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系
非束缚性:
异类带电粒子之间相互“自由”,等离子体的基本粒子元是正负荷电的粒子(电子、离子),而不是其结合体。
粒子与电磁场的不可分割性:
等离子体中粒子的运动与电磁场(外场及粒子产生的自洽场)的运动紧密耦合,不可分割。
集体效应起主导作用:
等离子体中相互作用的电磁力是长程的。
物质的第四态:
固体,液体,气体;等离子体
等离子加工技术的特点:
速度快、温度低、能量高、适应广、功能强、污染小、成本低
低温等离子处理技术在高分子材料加工中的应用:
(1)改变高分子材料表面亲(疏)水性
(2)增强高分子材料的粘接性
(3)改善高分子材料印染性能
(4)在生物医用材料上的应用
4、辐射加工
辐射化学:
研究电离辐射与物质相互作用引起的各种化学变化的学科。
辐射工艺学:
又称辐射加工,是利用电离辐射诱发材料发生物理、生物和化学变化从而达到加工改性的目的。
辐射加工的优点:
(1)一种节约能源的技术。
(2)一种有利于环境保护的绿色工业技术
(3)加工技术简单,可根据产品需要来调节辐照条件,可快速、高质量处理加工件
缺点:
设备投入高,容易引发副反应,产额低,适应性不广,消费者心理障碍
应用:
辐射接枝、辐射聚合、辐射交联、辐射接枝、辐射降解
4、纺丝加工
1、切片筛选、输送
切片筛选:
去除不合格超长切片,粉末及杂质,避免影响切片的可纺性。
切片输送:
多次转运输送,耗用大量劳力,用气流输送具有设备简单、管理方便、保养维修费用低,灵活机动等优点。
气流输送原理:
通过气流的输送速度大于切片的悬浮速度来实现的。
稀浓度的输送:
切片在高于其悬浮速度时用较高的风速来驱动切片输送。
可靠性强,管道不易堵塞;动力损耗及输送费用较高,切片易于管道撞击而使其受损。
中浓度的输送:
阻力较大,费用昂贵,可靠性小,仅适于短距离输送
高浓度的脉冲输送:
将高浓度的切片,分割成小段,利用压缩空气将切片一股一股地输送。
呈现一段空气一段一段物料的脉冲现象。
2、切片干燥过程
原因:
在纺丝过程中切片含水易水解,使M下降,丝的质量下降,纺丝含水易造成染色不匀。
湿态切片结晶度低,软化点低,若直接进入螺杆挤出机,会因受热软化粘连,造成“环结”堵塞。
目的:
提高切片的干燥质量,使含水率尽可能低,尽可能减少纺丝过程中聚合物的粘度下降,保证纺丝的顺利进行和成品丝的质量。
脱除切片中的水分,提高结晶度,达到提高切片软化点的目的
切片干燥原理:
切片干燥是一个传热、传质的物理过程,除切片含水量的变化以外(结合水、自由水),切片结构也发生变化
3、熔体输送过程
螺杆发挥输送泵的作用,将完全熔融的聚合物在螺杆的推动下向挤压机出口运动,完成熔体输送。
聚合物熔体在螺槽内的流动,除受到粘性牵引力的作用外,还受到机头处阻力形成的反压力作用,这样熔体的实际流动形成很复杂的情形。
简单流动:
正流;逆流;净流;漏流;横流
4、螺杆挤出过程:
被加工的聚合物物料由螺杆挤出系统推送前进,以一定的压力从机头处挤出,物料在喂入到挤出系统时呈固态,经过机器加热系统和螺杆本身剪切热的作用被熔融流体状态。
三区:
固体输送区、熔融区、熔体输送区
5、过滤
熔体过滤器:
即预过滤器,主要用于在纺丝螺杆出口与纺丝箱体之间。
熔体在进入纺丝箱体经纺丝组件,在纺丝组件内还必须有一道过滤装置。
它是在熔体进入到箱体之前的一道过滤,所以也被称为预过滤器。
预过滤器作用
(1)过滤掉机械杂质和较大的凝聚粒子
(2)使熔体充分混合,
(3)分担组件的过滤作用,延长喷丝板的使用周期
(4)有利于获得质量均匀的丝条纺丝
6、纺丝
纺丝方法:
溶液纺丝;熔体纺丝(直接纺丝;切片纺丝);其它纺丝
纺丝过程基本:
纺丝熔体制备,熔体自喷丝孔挤出,熔体细流拉长变细和冷却固化,以及丝条的集束上油和卷绕。
熔体制备熔体挤出拉伸变细冷却固化
纺丝过程具体描述:
过滤后的熔体,通过熔体管道,进入纺丝箱体内的熔体分配管,由纺丝泵定量输送到纺丝组件,经喷丝板小孔喷出形成细流,经侧吹风冷却、固化而成丝束。
7、卷绕:
化纤长丝的生产,均需应用卷绕机构把丝条卷绕成为具有一定形状和容积的卷装。
卷绕的目的:
生产本身的不连续,上道工序的丝条只能做成卷装之后才能中间储存或送到下一道工序。
卷装的要求:
(1)形状稳定
(2)容量大(3)丝条分布均匀(4)张力均匀(5)退绕容易
8、后加工
5、熔融纺丝动力学模型优化及应用研究
1、熔融纺丝理论的研究意义:
(1)高聚物科学应该阐明各种纺丝技术原理,包括纤维结构的形成和性能在内的演变机理。
(2)在纺丝条件下,快速响应、更宽的形变和结晶条件,促进了高聚物流变学(对拉伸的粘弹效应),取向-结晶这些领域的基础研究,也有助于高聚物科学和纤维工艺学的发展。
唯象理论:
数字(实验数据)→模型→数字(理论预测)
2、理论研究熔纺的问题
重复性较差、系统性缺少、体系少、参数不完整。
熔融纺丝过程中的主要理论问题:
(1)高速流动状况下的取向机理
(2)取向诱导结晶机理及动力学
(3)取向和结晶化的高聚物流变性质
(4)非等温结晶动力学
(5)皮芯结构及不对称冷却
(6)边界层的动力学
黑体表示需要改进的地方,下面需要回答为什么要改进,改进在哪里(有问题,自己发挥)
3、熔融纺丝成形理论―基本数学模型的建立:
一般的物理规律和假设:
1、一般说来,聚合物的流动是稳态和连续的;
2、在纺丝线的主要区域中,占优势的形变类型是单轴延伸;
3、纤维的结构在方程上连续的变化,即起始(挤压)和最终(卷绕)条件保持不变,成品纤维的结构和性能仍然强烈地依赖于状态的全部“历史”;
4、纺丝动力学包括若干个同时发生的而且相互关联的“单元过程”;
5、纤维为圆形截面;(现在还可纺制各种异型纤维)
6、纺程是垂直的;
7、忽略相邻纤维间流体动力学和热的交互作用;(实际纤维间纯在热交换作用)
8、忽略孔口膨化;
9、单根纤维横截面上温度分布均匀一致,即纤维径向不存在热阻;(实际皮芯温差较大)
10、忽略纤维轴向热传导;
11、材料的流动为纯粘性流动;(高分子是粘弹性体)
12、将辐射传热系数包括在表面对流热传递系数h内;
13、按经验公式来决定运行速度V和横向流动的空气流是Vy和h的关系。
4、三维纺丝动力学及应用
第9条改进、单根纤维横截面上温度分布均匀一致,即纤维径向不存在热阻;(吹风不对称)
中空纤维的不对称冷却—三维卷曲,控制吹风起点及吹风速度可以得到最大的不对称冷却效果,生成三维卷曲纤维。
5、异形纤维纺丝动力学
在熔融纺丝基本数学模型的基础上,建立纺程上力平衡、温度分布等数学方程,并进一步拓展和建立异形纤维纺丝成形的基本数学模型,通过模拟用数学方式表征工艺条件对纺丝成形异形度的影响,从理论上分析了实际生产结果,为进一步优化异形纤维的生产工艺参数,实现异形度的可控,制备预期规格的异形纤维提供理论依据。
异性度=r/R(纤维内外半径比)
一般的物理规律和假设:
1、一般说来,聚合物的流动是稳态和连续的;
2、在纺丝线的主要区域中,占优势的形变类型是单轴延伸;
3、纤维的结构在方程上连续的变化,即起始(挤压)和最终(卷绕)条件保持不变,成品纤维的结构和性能仍然强烈地依赖于状态的全部“历史”;
4、纺丝动力学包括若干个同时发生的而且相互关联的“单元过程”;
5、纤维为圆形截面;(异型纤维不在是圆形,各种形状都有)
6、纺程是垂直的;
7、忽略相邻纤维间流体动力学和热的交互作用;
8、忽略孔口膨化;(实际孔口膨化对纤维的形状的影响较大)
9、单根纤维横截面上温度分布均匀一致,即纤维径向不存在热阻;
10、忽略纤维轴向热传导;
11、材料的流动为纯粘性流动;
12、将辐射传热系数包括在表面对流热传递系数h内;
13、按经验公式来决定运行速度V和横向流动的空气流是Vy和h的关系。
(异性纤维成型剧烈,使得dv/dx增大,传热加快,表面张力增加,温度冷却速度加快,缓冷处理使纤维更稳定)
14、表面能(通常异型纤维的表面积比较大,所以还需要考虑其表面能)
6、复丝纺丝动力学及工程应用
将纺丝理论与实际生产相结合,利用计算机模拟,研究工艺参数与产品质量的关系,建立取向度及倍半伸长率两者之间的指数关系,揭示生产工艺与产品质量之间的关系。
形成涤纶短纤维纺丝工程计算机仿真系统,指导生产,提高产能、提质降耗。
13条,第7条需改进、相邻纤维间流体动力学和热的交互作用;(由于是复丝,各组分在同一个喷丝孔中相互的热交换作用一定要考虑,而且得到的各组分复丝的间相互作用也是比较重要的,都要考虑)