本文選題：熔噴流場 + 纖網(wǎng)均勻性��； 參考：《東華大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：熔噴纖網(wǎng)的形態(tài)及其均勻性直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能,也是衡量熔噴設(shè)備技術(shù)水平的一個重要標(biāo)志。纖網(wǎng)均勻性越高,產(chǎn)品的外觀質(zhì)量越好,縱、橫向機械性能越均勻,性能越好,產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次自然就越高。對熔噴纖網(wǎng)形態(tài)及其均勻性的預(yù)測可以揭示熔噴非織造纖網(wǎng)成型機理,有助于熔噴工藝條件的調(diào)整,優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量,并對實際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。本文的主要研究工作包括如下四個方面:(1)對熔噴氣流場(包括模頭附近的熔噴牽伸氣流場和成網(wǎng)簾附近的熔噴接收氣流場)的速度和溫度分布進行了數(shù)值模擬與實驗研究。(2)對現(xiàn)有熔噴纖維三維拉伸模型進行了改進,預(yù)測纖維的直徑、溫度、速度、結(jié)晶等物理參數(shù)以及纖維在氣流場中的運動路徑。(3)基于改進的熔噴纖維三維拉伸模型,模擬纖網(wǎng)的成型過程,并根據(jù)模擬的纖網(wǎng)形態(tài),分析了纖網(wǎng)的克重分布及均勻性。(4)模擬并實驗驗證了不同熔噴工藝條件對纖網(wǎng)均勻性的影響及其顯著性。全文共分六章:第1章對國內(nèi)外與本文研究領(lǐng)域相關(guān)的理論研究和實驗方面的文獻進行了綜述,主要涉及到熔噴牽伸氣流場,熔噴纖維拉伸模型以及熔噴纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)。并闡明了本文的研究意義、研究目的,以及相關(guān)創(chuàng)新點。第2章模擬了包括模頭附近的牽伸氣流場和成網(wǎng)簾附近的接收氣流場的整個狹槽形熔噴氣流場的速度和溫度分布。采用熱線風(fēng)速儀對模擬結(jié)果進行實驗驗證,并根據(jù)實驗和模擬結(jié)果,結(jié)合成網(wǎng)簾結(jié)構(gòu)對熔噴氣流場的速度和溫度分布進行了深入分析。研究發(fā)現(xiàn),模頭附近的熔噴牽伸氣流場的速度和溫度隨x增大(即cd方向偏離模頭區(qū)域)而出現(xiàn)劇烈下降,隨后下降程度逐漸緩和。流場的速度和溫度隨z的增大(垂直距離遠(yuǎn)離模頭區(qū)域)而近似線性下降。由于網(wǎng)下吸風(fēng)的加速效應(yīng)和成網(wǎng)簾鐵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的阻擋共同作用,成網(wǎng)簾內(nèi)部的接收氣流場氣流速度隨著垂直距離z的增大而波動起伏不定。流場溫度則隨著z的增大而逐漸下降至近室溫。在成網(wǎng)簾表面,接收氣流場的速度和溫度在成網(wǎng)簾上噴絲孔的對應(yīng)位置處為最大,隨著x的增大,接收氣流場的速度和溫度逐漸下降。第3章主要著重討論了熔噴纖維三維拉伸模型的改進:采用giesekus本構(gòu)方程描述纖維的流變行為;采用了動態(tài)結(jié)晶動力學(xué)模型描述熔體變化成纖過程中結(jié)晶度的變化;在能量方程中,考慮了纖維的結(jié)晶熱和熱輻射效應(yīng)。以上一章模擬獲得的熔噴牽伸氣流場速度和溫度分布為基礎(chǔ),預(yù)測了纖維的溫度、速度、結(jié)晶等物理量以及纖維在氣流場中的三維運動路徑,為下一章纖網(wǎng)的成型預(yù)測和均勻性分析奠定了基礎(chǔ)。改進后的模型預(yù)測了纖維自噴絲孔噴出后結(jié)晶度的變化,預(yù)測結(jié)果表明,纖維結(jié)晶度在距離噴絲孔約cm5~0范圍內(nèi)急劇上升,待纖維運動出該區(qū)域后,纖維結(jié)晶度也停止變化。模型還預(yù)測了纖維的溫度變化,結(jié)果顯示,纖維在剛噴出噴絲孔時由于周遭氣流溫度大于纖維溫度導(dǎo)致纖維溫度上升,隨后由于氣流溫度衰減,纖維溫度超過氣流溫度導(dǎo)致纖維熱量向周遭氣流擴散,隨著距離噴絲孔越來越遠(yuǎn),纖維溫度逐漸下降至室溫。由于考慮了熱輻射效應(yīng),改進后的模型與實驗值吻合得更好。在模型對纖維速度的預(yù)測方面,剛擠出噴絲孔時,纖維的速度慢于氣流速度,受到氣流的加速作用,由于氣流速度的衰減,這種加速效果逐漸微弱,當(dāng)纖維速度達到一個峰值后,纖維速度逐漸開始下降。在纖維直徑預(yù)測方面,預(yù)測結(jié)果顯示,纖維直徑在距離噴絲孔較近區(qū)域出現(xiàn)劇烈下降,隨后隨著纖維遠(yuǎn)離噴絲孔而逐漸緩慢下降至約10微米左右,這與已有文獻的觀察相一致。第4章提出了纖網(wǎng)形態(tài)和克重均勻性的預(yù)測方法。采用圖像處理技術(shù)計算了不同接收距離下接收的纖網(wǎng)的二維正態(tài)分布參數(shù)(包括方差和相關(guān)系數(shù)),并將參數(shù)與接收距離進行線性擬合,以獲得在噴絲孔附近1mm處的纖網(wǎng)二維正態(tài)分布參數(shù)。根據(jù)該參數(shù),采用蒙特卡洛抽樣方法生成了纖維初始擾動的振幅。最終,根據(jù)生成的擾動振幅結(jié)合第3章三維拉伸模型與第2章計算的接收氣流場,模擬了單孔和多孔熔噴纖網(wǎng)的成型過程,并對模擬的纖網(wǎng)進行了克重分布計算和均勻性分析。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有高度的一致性。由研究結(jié)果可知,不論是單孔還是多孔纖網(wǎng),相較于cd方向,md方向的均勻性更好。本章的研究內(nèi)容揭示了熔噴非織造纖網(wǎng)成型過程機理,并對實際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。第5章預(yù)測了在不同工藝條件下接收的纖網(wǎng)的均勻性,分析了諸如牽伸氣流場壓強、牽伸氣流場溫度、聚合物體積流率、接收距離、網(wǎng)下吸風(fēng)速度、鋪網(wǎng)速度等工藝條件對纖網(wǎng)均勻性的影響及其顯著性,并進行了實驗驗證。研究表明,隨著接收距離的增大,纖網(wǎng)的均勻性逐漸變差。隨著氣流溫度的增大,纖網(wǎng)的均勻性呈現(xiàn)出先改善后惡化的趨勢,在310℃時的纖網(wǎng)均勻性最好。當(dāng)牽伸氣流壓強或鋪網(wǎng)速度逐漸增大時,纖網(wǎng)的均勻性逐漸得到改善。當(dāng)聚合物體積流率逐漸增大時,纖網(wǎng)的均勻性逐漸惡化。當(dāng)網(wǎng)下吸風(fēng)速度逐漸增大時,當(dāng)鋪網(wǎng)速度逐漸增大時,纖網(wǎng)CD和MD方向的均勻性得到了一定改善。纖網(wǎng)的均勻性雖逐漸得到改善,但是其改善效果逐漸微弱。此外,本章還研究了這六種工藝條件對纖網(wǎng)均勻性影響的顯著性,發(fā)現(xiàn)接收距離和牽伸流場(包括溫度和壓強)對纖網(wǎng)均勻性的影響是極顯著的,聚合物體積流率和網(wǎng)下吸風(fēng)速度則對纖網(wǎng)均勻性影響顯著,鋪網(wǎng)速度對纖網(wǎng)均勻性的影響則較為微弱。第6章是全文的結(jié)論與展望。主要闡述了本文的主要研究成果,本文研究工作的不足以及所涉及的相關(guān)領(lǐng)域的進一步研究方向。
[Abstract]:The shape and uniformity of the meltblown webs directly influence the quality and performance of the final product , and it is also an important symbol to measure the technical level of the melt - blown fiber . The better the homogeneity of the melt - blown fiber , the better the quality and the grade of the product . The effects of different melt - jet flow fields on the homogeneity of the web are simulated and experimentally verified . The results of this paper are divided into six chapters : Chapter 1 is a review of the theoretical and experimental literatures related to the field of flow field , melt - blown fibre drawing and the structure of the melt - blown fibre network . The results show that the velocity and temperature of the flow field are gradually decreased with the increase of the vertical distance z . The results show that the uniformity of the fiber net is improved when the flow rate of the polymer increases gradually . The results show that the homogeneity of the web is improved . The results show that the uniformity of the web is improved . The results show that the uniformity of the web is improved . The results show that the uniformity of the web is improved .

【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TS171

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本文編號：1820188