纺织学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (01): 30-34.doi: 10.13475/j.fzxb.20200600505

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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

廖壑1,2, 王建宁3, 张东剑2, 甘学辉1,2(), 张玉梅3, 王华平3   

  1. 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
  • 收稿日期:2020-06-01 修回日期:2020-10-08 出版日期:2021-01-15 发布日期:2021-01-21
  • 通讯作者: 甘学辉
  • 作者简介:廖壑(1994—),男,博士生。主要研究方向为高性能纤维成形理论及装备。
  • 基金资助:
    中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(20D110323);上海市军民融合项目(JMRH-2018-1055)

Numerical simulation of interface distribution of side-by-side bi-component melt in orifice

LIAO He1,2, WANG Jianning3, ZHANG Dongjian2, GAN Xuehui1,2(), ZHANG Yumei3, WANG Huaping3   

  1. 1. Shanghai Collaborative Innovation Center for High Performance Fiber Composites, Shanghai 201620, China
    2. College of Mechanical Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China
    3. State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, Donghua University, Shanghai 201620, China
  • Received:2020-06-01 Revised:2020-10-08 Online:2021-01-15 Published:2021-01-21
  • Contact: GAN Xuehui

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摘要：

针对并列复合双组分纤维的界面变形与偏移导致纤维性能不稳定的问题,采用有限元法对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚酰胺6(PA6)聚合物熔体在双组分纺丝孔道内的流动进行数值模拟。根据数值计算结果得到不同条件下并列复合流动熔体的界面变化,并分析了熔体黏度、入口流量和流动长度对界面位置与形状的影响。结果表明:并列复合纤维的界面变形及偏移在孔道内就已发生,低黏度组分趋向于包裹高黏度组分,熔体沿流动方向的界面变化在较短距离内趋于稳定;熔体黏度比增大,界面向低黏度组分偏移且界面曲率增大;入口流量的不同会引起熔体界面的偏移,偏移量随流量比增大而增大。

关键词: 并列复合纺丝, 熔体界面分布, 聚对苯二甲酸乙二醇酯, 聚酰胺6

Abstract:

In order to discover the cause for performance instability from interfacial deformation and displacement in side-by-side bi-component fibers, the finite element method was used to simulate the flow of polyethylene terephthalate (PET)/polyamide 6(PA6) polymer melt in the spinneret orifice. According to the results of numerical calculation, the interface changes of parallel flow under different conditions are obtained, and the effects of melt viscosity, inlet flow rate and flow length on the interface position and shape were analyzed. The results show that the interfacial deformation and deviation of the side-by-side bi-component melt occur in the spinneret orifice and that the low-viscosity component tends to wrap the high-viscosity component, whereas the interface change of the melt along the flow direction tends to be stable within a short distance. As the melt viscosity ratio increases, the interface shifts to the low viscosity component and the interface curvature increases. The difference of the inlet flow rate will cause the interface deviation, which will increase with the increase of the flow ratio.

Key words: side-by-side bi-component spinning, interface distribution of melt, polyethylene terephthalate, polyamide 6

中图分类号: 

  • TS151

图1

双组分并列复合纺丝示意图"

图2

并列复合模拟结果截面"

图3

沿截面y方向的剪切速率分布"

图4

导孔内流动黏度云图"

图5

沿流动方向的界面分布"

表1

二组分熔体黏度参数"

ηPET/(Pa·s) ηPA6/(Pa·s) ηPA6/ηPET
132 145 1.1
132 198 1.5
132 264 2.0

图6

不同黏度比下的孔道截面界面分布"

表2

二组分流量参数"

QPET/(m3·s-1) QPA6/(m3·s-1) QPET/ QPA6
2×10-8 2×10-8 1.00
2.5×10-8 2×10-8 1.25
3×10-8 2×10-8 1.50

图7

不同流量比下的孔道截面界面分布"

图8

不同流量比下沿截面y方向的剪切速率"

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