加装辅助喷嘴的熔喷非织造气体流场及聚合物拉伸研究

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熔喷是一种聚合物挤压成网非织造技术,也是制备超细纤维的主要方法之一。熔喷法是利用高温高速气流将聚合物熔体拉伸成超细纤维的,因此气体速度分布和气体温度分布对最终纤维直径有关键作用。本论文是在熔喷主喷嘴下方加装一个先收缩后扩张的辅助喷嘴,从而达到改变气体速度分布和气体温度分布的目的,这对于熔喷非织造设备水平和产品质量的提高具有实际意义。本文对加装辅助喷嘴的熔喷非织造气体流场进行了数值模拟,得到了气体流场速度分布和温度分布情况。对加装辅助喷嘴的熔喷非织造聚合物拉伸进行了数值模拟。对辅助喷嘴结构参数进行了优化设计。论文研究内容分为以下三个部分:(1)对加装辅助喷嘴的熔喷非织造气体流场建立了数学模型并进行了数值模拟,得到了气体流场的速度分布和温度分布情况。利用IFA300型热线风速仪对加装辅助喷嘴的熔喷气体流场的速度分布和温度分布进行了实测,将模拟结果与实测结果进行了比较。模拟结果与实测结果具有较好的吻合度,从而证明了本文所建立的加装辅助喷嘴的熔喷非织造气体流场数学模型的正确性,为辅助喷嘴优化设计奠定了基础。(2)建立了加装辅助喷嘴的熔喷聚合物拉伸模型,将气体流场模拟结果导入聚合物拉伸模型,应用四阶Runge-Kutta法进行了数值求解,模拟出纤维直径变化情况,并且与未加装辅助喷嘴的纤维直径模拟结果进行了对比,发现加装辅助喷嘴的纤维直径明显小于未加装辅助喷嘴的纤维直径。(3)利用所建熔喷气体流场模型和二次通用回归旋转组合设计方法对辅助喷嘴进行了优化设计,得到了优化目标(主拉伸区平均速度)与结构参数(喉部宽度、缩扩比、入口宽度、出口宽度)之间的关系,发现入口宽度与出口宽度对主拉伸区平均速度的影响较小,而喉部宽度和缩扩比的影响非常显著,并对最优参数就行了验证。综上所述,本文建立了加装辅助喷嘴的熔喷气体流场模型并进行了数值模拟,对加装辅助喷嘴的熔喷非织造聚合物拉伸进行了数值模拟并对辅助喷嘴结构进行了优化设计,从而为深入研究加装辅助喷嘴的熔喷非织造气体流场及聚合物拉伸机理奠定了基础。
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