加装辅助喷嘴的熔喷非织造聚合物拉伸模型

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本文对熔喷气体射流场进行数值模拟的基础上,对加装辅助喷嘴后的熔喷聚合物拉伸过程进行了研究,建立了聚合物拉伸模型,并对模型进行了数值求解,得到了熔喷聚合物拉伸过程中的纤维直径、纤维温度、纤维速度等参数变化情况。同时根据模拟设计的辅助喷嘴,对已有的熔喷设备进行改进,完成了各工艺参数下的熔喷实验,实验结果与模拟结果虽存在一定的误差,但结果均表明加装辅助喷嘴这一做法在减小纤维直径方面确实存在较大潜力。本文研究内容分为四个部分:第一部分叙述了气体喷射流场模型以及聚合物拉伸模型的基本方程,阐述了聚合物拉伸模型的求解方法,并编制了MATLAB计算程序。第二部分对加装辅助喷嘴后的环形喷嘴喷射流场进行了理论建模和数值模拟,得到了气体速度和气体温度的分布情况。将所得的流场模拟结果代入聚合物拉伸模型,得到了纤维直径变化趋势,并与未加装辅助喷嘴下的熔喷纤维直径进行了比较,发现辅助喷嘴对聚合物拉伸确实起到了促进作用。第三部分对加装辅助喷嘴后的双槽形喷嘴气体流场进行了理论建模和数值模拟,得到了气流速度和气体温度的分布情况。将所得流场结果代入聚合物拉伸模型,得到了纤维直径、纤维速度以及纤维温度变化趋势。从这三个参数分析了辅助喷嘴对于熔喷过程中的影响。另外讨论了聚合物初始温度,气体初始压力等参数对纤维直径的影响,结果表明各参数对于纤维直径的影响规律与普通熔喷过程十分相似,这也间接证明了加装辅助喷嘴后,聚合物的内在拉伸机理并没有发生根本性的改变。第四部分利用安装辅助喷嘴后的熔喷非织造设备在不同工艺条件下进行了试验,对所得非织造布进行取样,利用S-4800型冷场发射扫描电子显微镜进行拍摄,分析了图像中看到的超细纤维以及球形颗粒出现的可能原因。将拍摄所得的扫描电子显微镜图像通过Image J软件处理,测量出纤维直径,并与模拟结果进行了比较,同时给出了纤维的直径分布情况。与未加装辅助喷嘴的熔喷纤维直径分布相比,辅助喷嘴明显减小了纤维直径,但也存在直径分布不匀的情况。综上所述,本文建立了加装辅助喷嘴后的熔喷聚物拉伸模型,对不同气体流场下的聚合物拉伸模型进行了计算,为减小纤维直径、降低能耗提供一定的参考。
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