Polyester iplik üretiminde düze sonrası iplik akışının fluent programı kullanılarak modellenmesi

Abstract

Eriyikten lif üretimi prosesi, sentetik liflerin üretiminde önemli bir endüstriyel prosestir. Bu proses termoplastik polimerlerin şekil, yapı ve özelliklerinin değişimiyle meydana gelmekte ve lifin nihai özellikleri bu durumda oluşan uzama akışına bağlı olarak belirlenmektedir. Özellikle polimerin tek eksenli non-izotermal uzama davranışı proseste baskındır. Ayrıca proseste, momentum ve ısı transferi gerçekleşmektedir. Bilgisayar simülasyonu, lif hızı, çapı, sıcaklığı ve yoğunluğunun lif üretim hattının fonksiyonu olarak hesaplayabilen ve bu nedenle enerji ve zaman kazancı sağlayan yararlı bir yöntemdir.Bu çalışmada, farklı kütle akış miktarları ve kristalizasyonun ihmal edilebildiği düşük çekim hızlarında eriyikten lif üretimi prosesini tanımlayan bir model oluşturulmaktadır. Polimer akışının viskoz akış olduğu varsayımıyla Newtonian modele ait kurucu denklemler kullanılmaktadır. Proses parametrelerini tanımlamak için lif modeli CFD hesaplamalarında soğutma havası ile bir arada tanımlanmaktadır. Bu modelde enerji, momentum ve kütle denklemleri çözülmektedir. Bu amaçla Fluent Continuous Fiber Model kullanılmaktadır. Elde edilen grafikler daha önce literatürde PET için yapılmış olan iki deneysel çalışma ile (George 1982, Bansal ve Shambaugh 1998) karşılaştırılmaktadır. Karşılaştırmalar sonucunda oluşan farklılıklar tartışılmaktadır. Sonuçlar, yapılan modellemenin eriyikten lif üretimi prosesinde önemli özellikleri tanımladığını göstermektedir. Bununla beraber, viskoelastik davranış lif hızı ve lif çapında belirgin farklılıklar oluşturmaktadır.

The fiber-spinning process is an important industrial operation to manufacture synthetic fibers. The process includes change in shape, structure and properties of the thermoplastic polymer and the final properties of the fiber are characterized by the extensional properties of the polymer. Specifically, the non-isothermal response of the polymer in uniaxial extension dominates the process. Also the process includes momentum and heat transfer. Computer simulation is useful method to simulate melt spinning process that can compute the velocity, diameter, temperature, and density as a function of distance from the spinneret which provides saving energy and time.In this study, a model is formulated to describe the melt spinning of (PET) within the different mass throughputs and low range of take-up velocities when the degree of crystallization becomes negligible. The constitutive equations of Newtonian model are used for modellling which assumes the flow of polymer is as a viscous. To simulate the influence of process parameters to the melt spinning process a fiber model is used and coupled with CFD calculations of the quench air flow. In the fiber model energy, momentum and mass balance are solved for the polymer mass flow. The above formulation is implemented in Fluent Continuous Fiber Model. Numerical predictions of the model compare well with experimental data reported in the literature for a PET (George 1982, Bansal ve Shambaugh 1998). The reasons for the observed differences between experimental profiles and those computed from the model are discussed. The results show that the model describes the major features of the melt spinning process. However, viscoelasticity plays an important role in accurately predicting diameter and velocity profiles.