紡粘非織造氣流牽伸工藝理論研究.pdf

1、紡粘法生產技術是依靠氣流的作用將聚合物牽伸細化成長絲纖維，然后長絲纖維又在氣流的作用下隨機鋪放到接收裝置上形成纖網。由于紡粘法非織造布技術屬于一步法生產技術。目前，紡粘法主要采用氣流拉伸工藝，它依靠拉伸裝置提供的高速氣流對絲條進行拉伸，由于紡絲、拉伸、鋪網和加固是連續(xù)進行的，所以要求拉伸在極短的時間中完成，因此，它采用的拉伸方法與普通化學纖維紡絲的牽伸方法有很大的不同。影響聚合物氣流拉伸性能的因素很多，且各因素間的關系較復雜，因此，該技

2、術的進一步研究在非織造布領域中具有很高的現(xiàn)實意義。為此，本文就以紡粘工藝中影響纖網結構的根本原因--聚合物氣流拉伸模型和氣流拉伸機理研究的影響等為主要內容進行一系列的研究。該研究不僅使得紡粘工藝的理論更趨于完整，而且對如何提高纖網的質量有較好的指導意義，以便于認識它們的特點和影響因素，掌握規(guī)律，為提高非織造布產品質量奠定一定的理論基礎。
　　 本文的研究工作包括三大部分：一是紡粘法噴射流場理論的建模和數(shù)值模擬；二是在對前人紡粘聚

3、合物牽伸模型進行改進的基礎上，給出了基于紡粘法噴射流場理論模型完整的聚合物牽伸模型；三是在前面的理論基礎上，就有關工藝參數(shù)對纖維直徑等影響進行了仿真實驗和討論。
　　 論文第一章論述了選題背景，首先就紡粘非織造牽伸器噴射流場理論研究和紡粘非織造牽伸器幾何外形研究等做了一簡單的綜述，然后從國外和國內的兩個方面，綜述了聚合物紡粘非織造布氣流拉伸機理研究的特點、研究動態(tài)和研究進展等情況。介紹了國外的研究情況，對其研究情況進行了歸納，比

4、較了這些研究方法的優(yōu)缺點，分析了在研究中存在的問題，指出了他們研究中存在較大的差異。介紹了我國在紡粘氣流拉伸方面的研究情況，分析和評價了聚合物紡粘氣流拉伸的數(shù)學模型，展望了紡粘氣流拉伸研究的發(fā)展方向和應用前景，指出重點在于開發(fā)紡粘新技術，并對今后的研究方向提出了建議，最后介紹了紡粘法非織造布技術的工藝類型、原料、新技術、幾種典型的新型紡粘設備、發(fā)展方向和特性等等。
　　 論文第二章介紹了有限差分方法，論述了建立有限差分的兩種基本

5、方法，即采用的Taylor級數(shù)展開法和采用的控制體積積分法。介紹了控制微分方程離散化成代數(shù)方程后，求解代數(shù)方程組的常用方法。建立了紡粘牽伸器噴射流場的理論模型。根據(jù)紡粘非織造布氣流拉伸的機理和特點，紡粘噴射流場理論模型由連續(xù)方程、動量方程和邊界條件等等組成。湍流模型采用к-ε方程模型，采用有限差分方法中的控制體積法對紡粘噴射流場理論模型進行離散化，從而建立了相應的有限差分方程。
　　 論文第三章討論了紡粘牽伸器噴射流場理論模型的

6、數(shù)值模擬求解方法，并對幾種紡粘牽伸器的噴射流場進行了數(shù)值模擬，給出了相應的流場矢量圖等。通過流場矢量圖的分析，發(fā)現(xiàn)：適當設計牽伸器的收縮比，能使氣流速度得到提高，從而有利于對紡粘聚合物熔體進行氣流牽伸，使纖維直徑變細。
　　 論文第四章介紹了粒子圖像測速儀的性能和特點，利用粒子圖像測速儀對五種設計參數(shù)的紡粘牽伸器噴射流場的氣流速度分布進行了數(shù)值模擬和試驗測試，并給出了測試結果和數(shù)值模擬求解結果，所得的試驗測試結果和數(shù)值模擬結果相

7、吻合，從而顯示了本文所建立的數(shù)值模擬算法能夠預測紡粘牽伸器的噴射流場。
　　 論文第五章討論了紡粘聚合物牽伸理論模型的建立和求解以及有關工藝參數(shù)對最終纖維直徑等的影響，首先分析了紡粘氣流牽伸過程中的基本規(guī)律，然后，在此基礎上，對前人的聚合物牽伸理論模型進行了改進，從而給出了完整的紡粘聚合物牽伸理論模型。采用五階Runge-Kutta法求解該理論模型，數(shù)值求解結果和試驗測定結果相吻合。
　　 給出了紡粘聚合物氣流牽伸模型，

8、它包括五個方程，即連續(xù)方程、動量方程、能量方程、本構方程和結晶動力方程，采用計算機數(shù)值模擬方法求解牽伸器的噴射流場，預測的直徑和結晶度與實測的十分吻合，分析了紡粘工藝參數(shù)對纖維直徑等的影響，得出：聚合物流量越小，聚合物熔體初始溫度越大，氣流初始溫度越大，氣流初始速度越大時，可以使纖維直徑減小，并能提高紡粘成網的質量。同時，該方法也顯示了本研究在對紡粘設備進行計算機輔助設計方面的應用前景。
　　 綜上所述，本文給出了基于紡粘噴射流