熔噴工藝氣流對纖維運動及熱熔纖網質量影響的研究.pdf

1、熔噴生產技術依靠氣流的作用將熔融的聚合物拉伸細化成纖維，然后纖維又在氣流的作用下隨機鋪放到接收裝置上形成纖網。熔噴技術以能生產超細纖維而倍受關注，引起了科研人員的極大興趣。他們針對纖維進行了聚合物拉伸機理的理論研究和相應的實驗研究，而針對纖網只進行了有關的實驗研究。但是由于熔噴屬于一步法生產技術，最終產品是纖網而不是單根的纖維，因此纖網的性質，尤其是纖網的結構性質(如孔隙特征)顯得更為重要，其在很大程度上影響了產品的過濾等性能。但對纖網

2、結構這方面所作的研究缺乏理論指導。為此，本文以熔噴工藝中影響纖網結構的根本原因一一氣流對纖維運動的影響為主要內容進行了一系列的研究。該研究不僅使得熔噴工藝的理論更趨于完整，而且對如何提高纖網的質量具有更好的理論指導意義。本課題的研究內容可分為三大部分： 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模型的求解方法進行探討?？紤]到求解拉伸理論模型需知氣流速度和溫度沿模頭中心線(紡絲線)分布的規(guī)律，故首先建立了更為完善和準確的熔

3、噴噴射流場氣流速度和溫度沿紡絲線變化的經驗方程，其包含了更多的模頭結構參數(shù)。在此基礎上，以眾多熔噴實驗數(shù)據(jù)為例，對拉伸理淪模型的求解方法(也即流變力初值的確定方法)進行了探討，即改進了現(xiàn)用的方法并提出了新的方法。通過對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，因通過求解聚合物拉伸理論模型才能獲得模擬纖維運動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中運

4、動，以此來分析氣流對纖維運動的影響，進而分析成網的結構性質。纖維運動模擬的過程包括，噴射流場的數(shù)值計算、纖維模型的建立以及纖維的受力分析和運動計算。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，并將纖維在流場中的運動視作單向耦合問題，即不考慮纖維對流場的反作用。分別利用高速攝影技術實際得到的實驗結果和文獻提供的實驗結果對纖維運動模擬的結果進行了驗證，計算結果和實驗結果吻合較好。同時，通過數(shù)值模

5、擬研究了初始氣流速度、氣流入射角度這兩個重要參數(shù)對纖維運動的影響，并分析了這兩個參數(shù)以及接收距離對纖網性質的影響，所得結論與文獻所報導的實驗結果相一致。 第三部分基于纖維運動的分析結果實驗研究了輔助氣流對熱熔纖網質量的影響。利用圖像測量軟件對獲取的纖網顯微圖象中的纖網結構特征參數(shù)，如孔隙面積、孔隙周長進行了測試及分析。結果表明，增加了輔助氣流和輔助風道后，纖網的質量得到了明顯提高。另外，還初步研究了在輔助氣流存在的情況下熔體的擠