熔噴纖網均勻度預測模型研究

《熔噴纖網均勻度預測模型研究》是依託蘇州大學，由孟凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：熔噴纖網均勻度預測模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孟凱
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

熔噴是生產超細纖維非織造布的一種方法，具有廣闊的發展前途。然而，國內熔噴企業普遍具有產品質量檔次不高和單線產能低的問題，其主要原因是國產熔噴設備生產的纖網均勻度低。為揭示熔噴纖網均勻度的多因素影響機理，提高國產熔噴設備的研發水平，項目擬採用計算流體力學的方法研究熔噴工藝中聚合物熔體分配系統的流場分布和兩股收斂的高速熱氣流所形成的熔體拉伸流場的分布，在此基礎上，套用珠鏈模型模擬纖維形態，並行計算經熔體分配系統分配後從各噴絲孔被擠出的熔體在高速熱氣流作用下的拉伸變細過程和運動軌跡，最終實現熔噴纖網均勻度的理論預測。基於建立的預測模型，可闡明熔體分配系統參數（衣架型流道歧管角度、噴絲孔直徑、噴絲孔密度、噴絲孔長徑比）、高速熱氣流通道尺寸和收斂夾角、氣流初始速度、初始溫度等多種因素對熔噴纖網均勻度的影響，為我國自主創新設計寬幅、高效、高質量的熔噴設備提供基礎理論支持。

結題摘要

項目針對熔噴超細纖維非織造工藝，融合了計算流體力學、熱力學、非織造學等多學科的知識，對熔體從入口到纖網成型的整個過程進行了理論建模。首先對聚合物熔體在衣架型分配流道和噴絲板內的流動進行了理論建模和數值求解，考察了衣架型流道的主要幾何參數以及噴絲板對流道出口處熔體速度分布均勻度的影響，以及熔體從噴絲孔擠出時的脹大現象。其次，以珠鏈模型近似纖維，對熔體從噴絲孔擠出到纖網成型這一過程進行了理論建模，在通過單孔熔噴實驗研究了噴絲孔出口處熔體的二維常態分配表達以及通過數值模擬方法研究並獲得了熔噴噴射流場的速度分布和溫度分布等先知條件後，通過matlab軟體對模型進行了求解，實現了纖維運動軌跡和落點分布的預測。通過對纖網均勻度的預測結果和實測結果對比發現，在16孔/厘米的條件下，纖網均勻度的預測結果為8.47%，而實測結果為9.75%，說明了多孔條件下所建立模型的有效性。基於所建立的模型對影響纖網均勻度的多種因素進行了分析，並提出了先最佳化設計衣架型分配流道的歧管角度和狹縫寬度兩個參數，再選擇合適的拼接位置來並列拼接多個小寬度衣架型流道以實現熔噴設備寬幅化的設計思想。