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A theoretical study on fiber spinnability

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Summary

A theoretical investigation on fiber spinnability is undertaken, by formulating the force balance equation for a steady liquid thread under axial tension. In order to investigate the effect of the elastic properties of a spin dope, a simple model of a three-constantOldroyd fluid is chosen to solve the force balance equation. In the present study the effect of a hardening process (coagulation in wet spinning and cooling in melt spinning) is not considered, which confines our investigation to a very short distance from the face of the spinnerette. However, the approach taken in the present investigation is justifiable because in practice the breakdown of a thread in fiber spinning is believed to occur at a very short distance from the spinnerette. Prom the solution of the force balance equation a relation between the pullaway tension and jet stretch is obtained, with the elasticity of the spin dope as parameter. A criterion for spinnability is introduced in terms of the critical tensile stress which is the characteristic of a given spin dope. Some of the results are presented and discussed.

Zusammenfassung

Durch Formulierung einer Gleichung für das Kräftegleichgewicht einer stationären Flüssigkeit unter axialer Spannung wird die Spinnfähigkeit von Fasern theoretisch untersucht. Um den Einfluß der elastischen Eigenschaften auf eine Spinnflüssigkeit zu bestimmen, wird ein einfaches Modell einer dreikonstantigen Oldroyd-Flüssigkeit zur Lösung der Gleichung benutzt. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluß des Erstarrungsprozesses (Koagulation beim Naßspinnen und Abkühlung beim Schmelzspinnen) nicht betrachtet, so daß sich die Untersuchungen auf einen kurzen Bereich nach Austritt aus der Spinndüse beschränken. Dennoch erscheint die bei diesen Untersuchungen vorgenommene Näherung gerechtfertigt, weil man in der Praxis annimmt, daß ein Fadenbruch beim Spinnen in einem kurzen Abstand von der Spinndüse auftritt. Aus der Lösung dieser Gleichung wird eine Beziehung zwischen der Abzugsspannung und Strahldehnung abgeleitet mit der Elastizität der Spinnflüssigkeit als Parameter. Ein Kriterium für die Spinnbarkeit wird in Abhängigkeit von der kritischen Dehnspannung, die charakteristisch ist für eine gegebene Spinnflüssigkeit, eingeführt. Einige Ergebnisse werden mitgeteilt und diskutiert.

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Han, C.D. A theoretical study on fiber spinnability. Rheol Acta 9, 355–365 (1970). https://doi.org/10.1007/BF01975402

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