紡粘非織造氣流牽伸工藝?yán)碚撗芯?pdf

1、紡粘法生產(chǎn)技術(shù)是依靠氣流的作用將聚合物牽伸細(xì)化成長(zhǎng)絲纖維，然后長(zhǎng)絲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)。由于紡粘法非織造布技術(shù)屬于一步法生產(chǎn)技術(shù)。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(duì)絲條進(jìn)行拉伸，由于紡絲、拉伸、鋪網(wǎng)和加固是連續(xù)進(jìn)行的，所以要求拉伸在極短的時(shí)間中完成，因此，它采用的拉伸方法與普通化學(xué)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(guān)系較復(fù)雜，因此，該技

2、術(shù)的進(jìn)一步研究在非織造布領(lǐng)域中具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文就以紡粘工藝中影響纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的根本原因--聚合物氣流拉伸模型和氣流拉伸機(jī)理研究的影響等為主要內(nèi)容進(jìn)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(duì)如何提高纖網(wǎng)的質(zhì)量有較好的指導(dǎo)意義，以便于認(rèn)識(shí)它們的特點(diǎn)和影響因素，掌握規(guī)律，為提高非織造布產(chǎn)品質(zhì)量奠定一定的理論基礎(chǔ)。
　　 本文的研究工作包括三大部分：一是紡粘法噴射流場(chǎng)理論的建模和數(shù)值模擬；二是在對(duì)前人紡粘聚

3、合物牽伸模型進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，給出了基于紡粘法噴射流場(chǎng)理論模型完整的聚合物牽伸模型；三是在前面的理論基礎(chǔ)上，就有關(guān)工藝參數(shù)對(duì)纖維直徑等影響進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)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(chǎng)理論研究和紡粘非織造牽伸器幾何外形研究等做了一簡(jiǎn)單的綜述，然后從國(guó)外和國(guó)內(nèi)的兩個(gè)方面，綜述了聚合物紡粘非織造布?xì)饬骼鞕C(jī)理研究的特點(diǎn)、研究動(dòng)態(tài)和研究進(jìn)展等情況。介紹了國(guó)外的研究情況，對(duì)其研究情況進(jìn)行了歸納，比

4、較了這些研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了在研究中存在的問(wèn)題，指出了他們研究中存在較大的差異。介紹了我國(guó)在紡粘氣流拉伸方面的研究情況，分析和評(píng)價(jià)了聚合物紡粘氣流拉伸的數(shù)學(xué)模型，展望了紡粘氣流拉伸研究的發(fā)展方向和應(yīng)用前景，指出重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)紡粘新技術(shù)，并對(duì)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(shù)的工藝類(lèi)型、原料、新技術(shù)、幾種典型的新型紡粘設(shè)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(jí)數(shù)展開(kāi)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(chǎng)的理論模型。根據(jù)紡粘非織造布?xì)饬骼斓臋C(jī)理和特點(diǎn)，紡粘噴射流場(chǎng)理論模型由連續(xù)方程、動(dòng)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(duì)紡粘噴射流場(chǎng)理論模型進(jìn)行離散化，從而建立了相應(yīng)的有限差分方程。
　　 論文第三章討論了紡粘牽伸器噴射流場(chǎng)理論模型的

6、數(shù)值模擬求解方法，并對(duì)幾種紡粘牽伸器的噴射流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，給出了相應(yīng)的流場(chǎng)矢量圖等。通過(guò)流場(chǎng)矢量圖的分析，發(fā)現(xiàn)：適當(dāng)設(shè)計(jì)牽伸器的收縮比，能使氣流速度得到提高，從而有利于對(duì)紡粘聚合物熔體進(jìn)行氣流牽伸，使纖維直徑變細(xì)。
　　 論文第四章介紹了粒子圖像測(cè)速儀的性能和特點(diǎn)，利用粒子圖像測(cè)速儀對(duì)五種設(shè)計(jì)參數(shù)的紡粘牽伸器噴射流場(chǎng)的氣流速度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)試，并給出了測(cè)試結(jié)果和數(shù)值模擬求解結(jié)果，所得的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)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(yù)測(cè)紡粘牽伸器的噴射流場(chǎng)。
　　 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(guān)工藝參數(shù)對(duì)最終纖維直徑等的影響，首先分析了紡粘氣流牽伸過(guò)程中的基本規(guī)律，然后，在此基礎(chǔ)上，對(duì)前人的聚合物牽伸理論模型進(jìn)行了改進(jìn)，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(jié)果和試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果相吻合。
　　 給出了紡粘聚合物氣流牽伸模型，

8、它包括五個(gè)方程，即連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程、本構(gòu)方程和結(jié)晶動(dòng)力方程，采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法求解牽伸器的噴射流場(chǎng)，預(yù)測(cè)的直徑和結(jié)晶度與實(shí)測(cè)的十分吻合，分析了紡粘工藝參數(shù)對(duì)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(shí)，可以使纖維直徑減小，并能提高紡粘成網(wǎng)的質(zhì)量。同時(shí)，該方法也顯示了本研究在對(duì)紡粘設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用前景。
　　 綜上所述，本文給出了基于紡粘噴射流