“反应纺丝”是非常复杂的过程,聚酰胺酸溶液在干法纺丝的热甬道中会发生部分环化反应,因此,聚酰胺酸的纺丝过程不仅仅是一个涉及能量、物质转换的物理过程,也是一个化学反应的过程,纺丝过程中的应力、速度梯度及大分子链构象都会对聚酰胺酸的环化反应速率产生影响,纤维成型过程中,物理过程和化学反应同时存在、相互影响,定量研究尤为困难。采用模拟的方法对于理解纤维成型过程中的物理和化学变化具有重要意义。
基于Ziabicki 描述了溶液纺丝干法纺丝的基本原理[1],Ohzawa 建立了一套干法纺丝模拟的方程组用来对干法纺丝过程中细流的各种状态进行描述[2-3],在干法纺丝模拟中依次通过连续性方程解出纺丝细流的组成(如溶剂含量等),通过动量方程解出细流在轴向上的拉伸张力,通过能量平衡方程解出温度的变化,通过本构方程解出轴向速度随纺程的变化,并尝试采用迭代法对PAN—DMF 体系的干法纺丝过程中做出数值模拟。Sano等人[4-5]在聚合物溶液干法纺丝参数的测定上也进行了大量的研究,以Newtonian 流体构建了本构方程,对PVA/H2O 体系进行了干法纺丝模拟。Yamada 等[6-7]以Maxwell 流体模型为本构方程对氨纶的干法纺丝动力学进行了模拟计算,并对溶剂在径向的分布做了预测。尽管结果与实际预期有较大差距,却提供了一种模拟计算干法纺丝过程的思路。(www.xing528.com)
由于Newtonian 和Maxwell 流体模型的局限性,Gou等人[8-9]采用Giesekus本构模型对PVA/H2O 体系进行了纺丝模拟计算,并与Newtonian 模拟计算的结果进行了对比。研究结果表明,由于Giesekus 模型是一种微观模型,反映了聚合物分子在拉伸流动场中形变与构象变化的关系,因此,模拟计算结果比Newtonian 模型更加接近实际结果。为此,分别基于Newtonian 模型和Giesekus 模型对聚酰亚胺纤维的“干法纺丝”过程进行研究。由于篇幅所限,对一些方程没有进行详细的推导,系统报告可参阅相关文献[10-11]。
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