聚合物熔纺大直径(0.08-5mm)单丝,其成形工艺不同于常规熔纺短纤维、复丝的空气冷却成形,特点是聚合物熔体单孔大容量挤出、液体冷却和多级拉伸。大直径聚合物单丝有优良的物理机械性能,其中聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)等单丝是工业用高技术纤维不可缺少的分支之一,应用领域广泛。有关熔纺聚合物大直径单丝的课题,国内尚缺乏深入专题研究,为改变高性能聚合物大直径单丝长期依赖进口的现状,开展“大直径聚合物单丝的成形机理及结构性能研究”具有一定的学术价值和现实意义。本课题自行设计了熔体挤出、纺丝、液体冷却系统、多级拉伸等专用设备,在特定的试验条件下,分别制得大直径聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚己内酰胺(PA6)、聚苯硫醚(PPS)、聚乳酸(PLA)、热塑性弹性体(TPEE)、聚偏四氟乙烯(PVDF)等均聚物、共混物单丝,通过X-ray、DSC、SEM、DMA、强伸仪分析并表征了聚合物单丝的结构与性能。在经典熔纺聚合物纤维成形理论基础上,分析了液体冷却熔纺聚合物大直径单丝冷却速率、喷丝头拉伸比、纺丝张力与初生丝结构及力学性能的关系,研究了沿纺程单丝的轴向温度T(x)、径向温度T(x,r)的分布；探索了稳态纺丝的工艺条件。研究PP/PE、PP/PA6、PET/PBT、PPS/PA66等共混单丝的共混比例、增容剂的添加量对聚合物共混相容性及大直径单丝结构性能的影响；以及液体冷却条件对大直径共混单丝结构和力学性能的影响。研究多级拉伸的拉伸倍率、拉伸温度、拉伸倍率分配及口模拉伸对大直径聚合物熔纺单丝的结构性能的影响。为弥补聚合物熔纺大直径单丝存在皮芯层结构造成的力学性能缺陷,本文还研究了大直径复合单丝的纺丝组件技术参数和液体冷却工艺条件,研制了PA6/PET、PLA/PA6、TPEE/PA6等复合单丝。并采用挤出涂覆制得直径3-6mm的高圆整度PET单丝。为增加单丝的导电、阻燃、抗菌等功能,本文还研究了掺杂对单丝力学性能的影响。通过本课题的研究,有以下主要成果：研究表明,聚合物熔纺大直径单丝的液体冷却和传统的纤维空气冷却成形机理主要的区别在于：常规纤维空气冷却成形时,对流传热系数α*起主导作用,而大直径单丝液体冷却成形时,丝条内部的传热由聚合物导热系数λ起主导作用。由PP和PPS两组熔纺冷却成形实验说明,其单丝的最大直径和力学性能不仅取决于单孔熔体挤出量、纺丝参数,还取决于聚合物本身的热传导系数λ值和液体冷却条件所形成单丝皮芯结构程度。这也为解释影响熔纺大直径单丝的纺丝稳定性机理提出了新的观点,具有一定的学术价值。在本课题所设定的实验条件下,各种聚合物可达到的最大直径是不同的,其中：PP 0.6mm、PE 2.0mm、PET 3.5mm、PA6 6mm、PPS 5mm;为获得较好的单丝力学性能,在实验聚合物单丝直径均为0.20mm时,其液体冷却温度是不同的,PET为60-80℃,PA6为8-12℃,PP为20-30℃,PPS为70-80℃。PP与PE共混比为80：20时,添加0.5-1%马来酸酐接枝EVA或POE相容剂,克服了PP单丝的原纤化及易断裂分叉的弊端,改善了PP单丝的韧性；1.5-2% PP-g-马来酸酐也可改善PP与PA6共混相容性,冷却温度为25-30℃、冷却高度30cm时可有效达到PP/PA6共混单丝的稳态纺丝,直径为0.20mm PP/PA6共混单丝的勾结强度从共混前的3.6cN/dtex提高到4.8cN/dtex。该两种PP共混单丝已成为市场上高效单丝过滤织物的重要素材。对特性粘度为1.05的PET大直径熔纺初生丝进行后拉伸,试验发现：其他因素不变,总拉伸倍率为6时,一级拉伸的强度为5.8cN/dtex,三级拉伸强度为7.5cN/dtex。大直径单丝液体冷却成形后,经口模拉伸专用技术加工,可制得4-6mm大直径聚酰胺单丝,圆整度大大提高,可满足渔业、休闲、特种运输的需要。通过聚合物熔纺大直径单丝液体冷却成形机理的分析和多次试验实践的总结,不仅为大直径单丝液体冷却成形生产线设计,也为大直径单丝喷丝组件、多级拉伸、口模拉伸等工艺和关键设备的设计提供了理论依据。本课题制得的3mm大直径PPS/PA66共混单丝,PLA/PA6、TPEE/PA6复合单丝,填补了国内空白。通过大直径聚合物单丝成形机理及结构性能的研究,已申请国家发明专利12项,公开10项,其中“皮芯型造纸成型网单丝”已被国家专利局授权。