熔噴工藝氣流對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)及熱熔纖網(wǎng)質(zhì)量影響的研究.pdf

1、熔噴生產(chǎn)技術(shù)依靠氣流的作用將熔融的聚合物拉伸細(xì)化成纖維，然后纖維又在氣流的作用下隨機(jī)鋪放到接收裝置上形成纖網(wǎng)。熔噴技術(shù)以能生產(chǎn)超細(xì)纖維而倍受關(guān)注，引起了科研人員的極大興趣。他們針對(duì)纖維進(jìn)行了聚合物拉伸機(jī)理的理論研究和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，而針對(duì)纖網(wǎng)只進(jìn)行了有關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。但是由于熔噴屬于一步法生產(chǎn)技術(shù)，最終產(chǎn)品是纖網(wǎng)而不是單根的纖維，因此纖網(wǎng)的性質(zhì)，尤其是纖網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)(如孔隙特征)顯得更為重要，其在很大程度上影響了產(chǎn)品的過濾等性能。但對(duì)纖網(wǎng)

2、結(jié)構(gòu)這方面所作的研究缺乏理論指導(dǎo)。為此，本文以熔噴工藝中影響纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的根本原因一一氣流對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)的影響為主要內(nèi)容進(jìn)行了一系列的研究。該研究不僅使得熔噴工藝的理論更趨于完整，而且對(duì)如何提高纖網(wǎng)的質(zhì)量具有更好的理論指導(dǎo)意義。本課題的研究內(nèi)容可分為三大部分： 第一部分主要是建立聚合物氣流拉伸的一維理論模型并對(duì)模型的求解方法進(jìn)行探討。考慮到求解拉伸理論模型需知?dú)饬魉俣群蜏囟妊啬ｎ^中心線(紡絲線)分布的規(guī)律，故首先建立了更為完善和準(zhǔn)確的熔

3、噴噴射流場(chǎng)氣流速度和溫度沿紡絲線變化的經(jīng)驗(yàn)方程，其包含了更多的模頭結(jié)構(gòu)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，以眾多熔噴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，對(duì)拉伸理淪模型的求解方法(也即流變力初值的確定方法)進(jìn)行了探討，即改進(jìn)了現(xiàn)用的方法并提出了新的方法。通過對(duì)各種方法的綜合比較指出了最為穩(wěn)定和客觀的求解方法。該部分研究是第二部分研究工作的基礎(chǔ)，因通過求解聚合物拉伸理論模型才能獲得模擬纖維運(yùn)動(dòng)所必需的纖維商徑和速度。 第二部分通過數(shù)值模擬的方法研究了纖維在熔噴空氣流場(chǎng)中運(yùn)

4、動(dòng)，以此來分析氣流對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)的影響，進(jìn)而分析成網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。纖維運(yùn)動(dòng)模擬的過程包括，噴射流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算、纖維模型的建立以及纖維的受力分析和運(yùn)動(dòng)計(jì)算。在該部分的研究中，為了簡化問題的分析沒有考慮溫度的影響，纖維模型采用了“球一彈簧”鏈模型，并將纖維在流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)視作單向耦合問題，即不考慮纖維對(duì)流場(chǎng)的反作用。分別利用高速攝影技術(shù)實(shí)際得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)模擬的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。同時(shí)，通過數(shù)值模

5、擬研究了初始?xì)饬魉俣?、氣流入射角度這兩個(gè)重要參數(shù)對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)的影響，并分析了這兩個(gè)參數(shù)以及接收距離對(duì)纖網(wǎng)性質(zhì)的影響，所得結(jié)論與文獻(xiàn)所報(bào)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。 第三部分基于纖維運(yùn)動(dòng)的分析結(jié)果實(shí)驗(yàn)研究了輔助氣流對(duì)熱熔纖網(wǎng)質(zhì)量的影響。利用圖像測(cè)量軟件對(duì)獲取的纖網(wǎng)顯微圖象中的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，如孔隙面積、孔隙周長進(jìn)行了測(cè)試及分析。結(jié)果表明，增加了輔助氣流和輔助風(fēng)道后，纖網(wǎng)的質(zhì)量得到了明顯提高。另外，還初步研究了在輔助氣流存在的情況下熔體的擠