二醋酸纤维干法纺丝组件的研究

论文摘要

因二醋酸纤维素纤维能够选择性的吸附香烟中的焦油并且能够有效截留香烟中的其他有害微粒而不改变烟的口感,因此各国都把二醋酸纤维素纤维选作香烟过滤嘴的滤材。但是由于二醋酸纤维纺丝生产技术的发展水平的限制,目前国内外生产二醋酸纤维用组件在组件上线后均会出现疵点现象而需要人工去堵孔,这样一来不但会影响丝束纤度的均匀性,而且因为需要人为将疵点孔堵住,因而其增加了人工成本,降低了生产效率。如何降低组件上线后需要堵孔的数量成了本课题主要研究重点,本为围绕喷丝头的设计、纺丝工艺温度条件下的浆液流变性能的测定以及浆液在组件内流动行为的数值模拟进行研究,开发一种新型的干法纺丝组件用于生产二醋酸纤维素纤维。本文首先分析了国内外生产二醋酸纤维存在的问题和二醋酸纤维丝束生产现状与发展,分析了喷丝头的结构形式、喷丝头的密封方式、喷丝孔在喷丝板面的排布方式、喷丝导孔的结构、喷丝微孔的形状、长径比、异形喷丝孔的压力降的计算；探讨了不同分配板的结构、分配孔的排布方式对纺丝的影响。其次介绍了高分溶液的流变特性,并基于MCR301旋转流变仪以及毛细管流变仪用实验的方法分别测定浆液在低温及高温下浆液的流变性能,并将在低温下测得的数据根据Arrhenius方程进行推导,推出其高温下(纺丝工艺条件下)浆液的粘度,并将其与用毛细管流变仪测得的在高温下浆液的流变数据进行比较。以高聚物流变学基本原理为理论依据,研究了浆液在组件内的流动机理,建立了浆液在组件及喷丝孔中流动的数学模型,利用模拟粘弹性流体流动的CFD软件PLOYFLOW对浆液在组件内部及喷丝孔的流动进行数值模拟,研究了浆液在组件内部及喷丝孔中的流动状态以及浆液的速度场、温度场和压力场。基于理论研究的基础,并结合实验的方法设计出一套新型组件,该组件上线后,丝束各向出丝均匀,斜丝、弱丝、飘丝及白点数明显减少,丝束粗壮,丝束喷出时强劲有力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究发展现状
• 1.2.1 国内外二醋酸纤维丝束的发展现状
• 1.2.2 醋酸丙酮溶液流变性能研究发展现状
• 1.2.3 CFD方法在纺丝熔体流动模拟研究现状
• 1.3 醋酸纤维丝束生产遇到的问题
• 1.4 课题研究内容及意义
• 1.5 本课题采用的研究方法
• 1.6 本课题研究的难点就创新点
• 第二章 二醋酸纤维干法纺丝组件的设计
• 2.1 组件的过滤及密封方式的选择
• 2.2 组件内喷丝板的结构特征
• 2.3 喷丝板材质
• 2.4 喷丝板宏观几何结构
• 2.4.1 喷丝板形状
• 2.4.2 喷丝板孔数及其板面直径尺寸的确定
• 2.4.3 喷丝板厚度的选择
• 2.4.4 喷丝板的受压负荷及变形
• 2.4.5 喷丝孔在喷丝板上排布方式的选择
• 2.4.6 喷丝板微孔尺寸间距尺寸
• 2.5 喷丝孔的的几何结构
• 2.5.1 异形喷丝微孔种类与特点
• 2.5.2 异形喷丝微孔的设计计算方法
• 2.5.3 三角形喷丝孔的设计计算实例
• 2.6 喷丝导孔的设计
• 2.6.1 圆形喷丝微孔导孔结构
• 2.6.2 三角形喷丝微孔导孔结构设计
• 2.7 组件内浆液分配板的设计
• 2.7.1 方案一：将滤布台换成无凸缘设计方案
• 2.7.2 方案二：凸缘锥台底锥形分配板的设计
• 2.7.3 方案三：斜锥圆柱底分配板的设计方案
• 2.8 小结
• 第三章 二醋酸纤维丙酮溶液流变性能的研究
• 3.1 高分子溶液的流变特性
• 3.1.1 触变性和震凝性
• 3.1.2 高粘度与剪切变稀行为
• 3.1.3 韦森堡效应
• 3.1.4 无管虹吸及拉伸流动和可纺性
• 3.2 低温下二醋酸纤维丙酮溶液的流变性能的测定
• 3.2.1 实验原理
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 实验结果与讨论
• 3.3 高温下二醋酸丙酮溶液的流变性能
• 3.3.1 实验原理
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 实验结果与讨论
• 3.3.4 毛细管流变仪测试实验数据分析
• 3.4 粘流活化能的推算
• 3.5 两种流变仪所测数据对比
• 3.6 小结
• 第四章 二醋酸纤维丙酮溶液在组件内流动的数值模拟
• 4.1 问题描述
• 4.1.1 几何模型的建立
• 4.1.2 模型网格的划分
• 4.2 纺丝溶液流动的基本理论
• 4.2.1 流变学的基本控制方程
• 4.2.2 本构方程
• 4.3 模拟计算原理及流程
• 4.3.1 计算原理
• 4.3.2 计算流程
• 4.4 浆液在组件中的流动模拟结果讨论
• 4.4.1 浆液流线图
• 4.4.2 组件温度场分布图
• 4.4.3 组件压力场分布
• 4.4.4 组件速度场分布云图
• 4.5 浆液在喷丝孔的流动模拟结果与讨论
• 4.5.1 喷丝孔温度分布云图
• 4.5.2 喷丝孔压力分布云图
• 4.5.3 喷丝孔速度分布图
• 4.6 小结
• 第五章 纺丝实验平台的搭建及纺丝实验
• 5.1 实验平台的搭建
• 5.1.1 二醋酸纤维丝束生产中的主要步骤及其参数
• 5.1.2 溶解釜及脱泡釜的设计
• 5.1.3 电机的选择
• 5.1.4 实验平台整体结构的设计
• 5.2 纺丝温度及压力测试的实验
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 组件的准备及溶液的配制
• 5.2.3 实验所需设备
• 5.2.4 实验过程及结果
• 5.3 更改分配板和过滤介质的纺丝实验
• 5.3.1 增加无纺布的层数的纺丝实验
• 5.3.2 过滤介质改用9层250目金属过滤网的纺丝实验
• 5.3.3 组件上线前预热的纺丝实验
• 5.3.4 滤布台换成无凸缘分配板的设计的纺丝实验
• 5.3.5 使用凸缘锥台底锥形分配板的纺丝实验
• 5.3.6 使用斜锥圆柱底分配板的纺丝实验
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及专利
• 致谢