離心紡纖維成形機(jī)制研究.pdf

1、本論文研究工作覆蓋兩大部分：一是觀測(cè)離心紡射流實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，建立高聚物溶液的流場(chǎng)模型；二是依據(jù)離心紡絲實(shí)驗(yàn)建立纖維的可紡性模型。
　　論文第一章論述了選題背景，介紹了離心紡絲機(jī)各組成系統(tǒng)，將紡絲模頭分為有噴嘴與無噴嘴兩種形式；介紹了與無噴嘴離心紡相關(guān)的旋涂機(jī)制、目前已知的旋轉(zhuǎn)射流拉伸機(jī)制及紡絲參數(shù)對(duì)纖維的作用機(jī)制；進(jìn)而提出了本論文擬解決的科學(xué)問題。
　　論文第二章分析了高聚物溶液在有/無噴嘴噴絲器內(nèi)部的流動(dòng)機(jī)制。利用自制的離

2、心力紡絲機(jī)，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶液為研究對(duì)象，用單反相機(jī)成功地捕捉了高聚物流體從噴嘴中擠出瞬間以及流體在旋轉(zhuǎn)盤面上鋪展、分裂形成手指的整個(gè)過程。根據(jù)該流體實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程，建模分析、比較了有/無噴嘴噴絲器形成射流的臨界轉(zhuǎn)速及射流初速度。結(jié)果顯示：相同紡絲條件下，無噴嘴離心紡具有更小的臨界轉(zhuǎn)速，因而更易加工高粘度的紡絲液；利用建模推導(dǎo)得到的射流初速度、噴絲器轉(zhuǎn)速及紡絲液濃度的函數(shù)關(guān)系圖可有效預(yù)測(cè)合理的轉(zhuǎn)速區(qū)間，從而減少試紡工作量。此

3、外，對(duì)液膜分裂的統(tǒng)計(jì)分析表明：溶液濃度對(duì)控制手指形貌及手指速度方面與轉(zhuǎn)速呈相反作用，較低的濃度及較高的轉(zhuǎn)速可以得到更細(xì)、更長(zhǎng)的手指。
　　論文第三章分析了離心紡射流在離開噴絲器后的拉伸機(jī)制。連續(xù)捕捉射流運(yùn)動(dòng)圖像后發(fā)現(xiàn)：有/無噴嘴的初始射流拉伸都將經(jīng)歷縮頸及鞭動(dòng)過程；穩(wěn)定時(shí)射流呈半徑逐漸增大且增大速率逐漸減小的平面二維螺旋軌跡，該軌跡與靜電紡絲射流的立體三維螺旋結(jié)構(gòu)有本質(zhì)區(qū)別，穩(wěn)定時(shí)的離心紡射流無彎曲不穩(wěn)定及劈裂現(xiàn)象產(chǎn)生。接著實(shí)驗(yàn)比

4、較了不同轉(zhuǎn)速及濃度條件下有/無噴嘴射流軌跡，圖像經(jīng)配準(zhǔn)后發(fā)現(xiàn)：在適合于聚乙烯吡咯烷酮（PVP）紡絲的參數(shù)范圍內(nèi)，增大轉(zhuǎn)速將促進(jìn)射流向外擴(kuò)張，導(dǎo)致射流螺旋半徑變大，而紡絲液濃度（黏度）對(duì)射流軌跡影響不大。在相同紡絲條件下，有噴嘴射流螺旋半徑大于無噴嘴射流螺旋半徑。
　　論文第四章在第三章研究射流拉伸的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了紡絲液黏度對(duì)纖維直徑與形貌的影響機(jī)制，建立了離心紡體系下的纖維可紡性模型。大量離心紡絲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，串珠形貌是影響纖維品

5、質(zhì)的關(guān)鍵因素。為了解射流波動(dòng)機(jī)制，首先建立了射流波動(dòng)模型。該模型顯示射流直徑、表面張力及黏度都將影響射流波動(dòng)，而調(diào)控紡絲液黏度是紡絲時(shí)最切實(shí)可行的方法。研究發(fā)現(xiàn)，溶液比濃度越高，射流將運(yùn)行更長(zhǎng)距離才產(chǎn)生波動(dòng)，當(dāng)比濃度達(dá)到一定值后，射流波動(dòng)消失。接著根據(jù)聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與聚環(huán)氧乙烷（PEO）的紡絲實(shí)驗(yàn)及大分子纏結(jié)理論，將紡絲液分成稀溶液區(qū)、半稀溶液未纏結(jié)區(qū)、半稀溶液纏結(jié)區(qū)、濃溶液區(qū)這四個(gè)紡絲區(qū)間。論文最后指出，制備同種高聚物纖維，