粉尘过滤用熔喷纤网的可控制备机理研究

The face mask gradually becomes a necessity for normal life due to the increasingly serious air pollution in China. Melt-blown fibrous web (MFW) is an important filter material of face mask. However, homemade MFW usually has a non-uniform structure, which leads to the final products appearing low filtration efficiency and poor user experience. For controllable preparing and optimizing the MFW, the fabrication and mechanism of MFW should be investigated. We have ever put forward a model for predicting the morphology of MFW and its basis weight distribution. In this project, we will improve our modeling work from two aspects: initial whipping of fiber and the simulation of air flow. The improved model can predict the 3D motion path of fiber in the air flow and the morphology of MFW on the collector. According to the predicted results, the influences on the structure parameters will be analyzed. To determine the structural parameters of the MFW which will have low resistance pressure drop and high filtration efficiency, the internal relationship between the morphology and the filtering properties also will be discussed. The project will provide the theoretical and experimental support for the improvement of MFW structure as well as the guideline for the manufacture of the homemade melt-blown face mask.

近年来随着空气污染的日益严重，口罩成为了人们日常生活中的必需之物。然而，国产口罩的核心滤材—熔喷非织造纤网的结构不匀，导致口罩过滤效果不理想，进而影响用户体验。由此，为了优化纤网结构，并可控制备熔喷纤网，必须深入探讨熔喷纤网的成型机理。申请者曾提出一种熔喷纤网预测模型，成功预测了纤网的形态结构和克重分布。本项目在前期研究工作的基础上，从纤维初始扰动的实验研究、熔喷流场的模拟研究两个方面改进纤网预测模型，预测纤维在气流场中的运动轨迹和成网帘上的纤网形态结构，分析纤网本体结构参数及其影响因素，研究熔喷纤网的可控制备，并揭示纤网本体结构与粉尘过滤性能的内在联系，明确熔喷纤网具有低阻力压降、高过滤效率所必须的本体结构。本项目的实施将为粉尘过滤用熔喷纤网结构的改善提供理论与实验研究支持，对国产熔喷口罩的生产具有一定的指导意义。

近年来随着空气污染的日益严重，口罩成为了人们日常生活中的必需之物。然而，国产口罩的核心滤材—熔喷非织造纤网的结构不匀，导致口罩过滤效果不理想，进而影响用户体验。由此，为了优化纤网结构，并可控制备熔喷纤网，必须深入探讨熔喷纤网的成型机理。项目针对纤维初始扰动、纤网本体结构、过滤性能等开展了实验研究，针对喷射流场和抽吸风形成的混合流场进行了有限元模拟，在解决了纤维在流场中和在成网帘上的动力学问题基础上建立了熔喷纤维成型的理论模型，最终预测了纤维的各项指标(直径、温度、速度、结晶度)和纤网结构参数(纤维取向、孔径、孔隙率、克重)等。本项目还开发出一套熔喷虚拟生产系统，可实现单孔熔喷小样机的虚拟生产，预测出工艺参数与纤网本体结构参数的关系。在理论预测基础上，通过实验验证，探讨了工艺参数—纤网结构—过滤效率之间的关联。项目执行期间，项目组共在国外期刊发表SCI检索论文3篇，EI检索论文1篇，申请国家发明专利1项，授权实用新型专利1项，授权软件著作权1项，正在培养博士生1名，硕士生1名，已培养博士生1名。