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并列复合纺丝孔道内流动组分的界面分布数值模拟

2021-04-06王建宁张东剑甘学辉张玉梅王华平

纺织学报 2021年1期
关键词:界面

廖 壑, 王建宁, 张东剑, 甘学辉, 张玉梅, 王华平

(1. 上海市高性能纤维复合材料省部共建协同创新中心, 上海 201620; 2. 东华大学 机械工程学院, 上海 201620;3. 东华大学 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620)

复合纺丝技术可充分利用2个及以上聚合物各自的优点制备出具有特殊性能和功能的纤维,其中并列复合纺丝技术最为典型的应用是制备永久自卷曲纤维[1],如双聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维具有高强高模、抗皱质轻的优点。随着智能可穿戴及纤维传感技术的发展,复合纤维组分界面分布及调控成为至关重要的研究内容之一[2]。

已有研究发现影响并列复合纤维的因素包括组分黏度比、毛细管长径比、温度等[3]。实际上,除二组分之间的界面作用力和收缩应力差造成纤维卷曲特性的不同外,其他因素的影响从本质上都会导致二组分相界面的形态和分布发生变化。通常观察二组分界面形态的方法是在光学显微镜或电子显微镜下观察凝固成形后复合纤维的截面[4],这很难判断出从纺丝挤出到冷却成形、拉伸过程这一流程中界面形态是从哪一环节发生的变化,且众多工艺因素的影响错综复杂,给实验研究带来困难,特别是对于复合组件孔道中的流动所引起的界面变化至今没有实验方法可以实现。

当聚合物熔体在组件内汇合时,组分的界面开始形成,而二组分熔体在组件内的复合流动过程中,材料特性、组件的流道结构和纺丝工艺参数均会对组分界面产生影响,导致界面的位置与形状发生改变,严重影响纺丝过程的稳定性和纤维性能的均匀性[5-6]。……

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