熔喷纤网均匀度预测模型研究

熔喷是生产超细纤维非织造布的一种方法，具有广阔的发展前途。然而，国内熔喷企业普遍具有产品质量档次不高和单线产能低的问题，其主要原因是国产熔喷设备生产的纤网均匀度低。为揭示熔喷纤网均匀度的多因素影响机理，提高国产熔喷设备的研发水平，项目拟采用计算流体力学的方法研究熔喷工艺中聚合物熔体分配系统的流场分布和两股收敛的高速热气流所形成的熔体拉伸流场的分布，在此基础上，应用珠链模型模拟纤维形态，并行计算经熔体分配系统分配后从各喷丝孔被挤出的熔体在高速热气流作用下的拉伸变细过程和运动轨迹，最终实现熔喷纤网均匀度的理论预测。基于建立的预测模型，可阐明熔体分配系统参数（衣架型流道歧管角度、喷丝孔直径、喷丝孔密度、喷丝孔长径比）、高速热气流通道尺寸和收敛夹角、气流初始速度、初始温度等多种因素对熔喷纤网均匀度的影响，为我国自主创新设计宽幅、高效、高质量的熔喷设备提供基础理论支持。

项目针对熔喷超细纤维非织造工艺，融合了计算流体力学、热力学、非织造学等多学科的知识，对熔体从入口到纤网成型的整个过程进行了理论建模。首先对聚合物熔体在衣架型分配流道和喷丝板内的流动进行了理论建模和数值求解，考察了衣架型流道的主要几何参数以及喷丝板对流道出口处熔体速度分布均匀度的影响，以及熔体从喷丝孔挤出时的胀大现象。其次，以珠链模型近似纤维，对熔体从喷丝孔挤出到纤网成型这一过程进行了理论建模，在通过单孔熔喷实验研究了喷丝孔出口处熔体的二维正态分布表达以及通过数值模拟方法研究并获得了熔喷喷射流场的速度分布和温度分布等先知条件后，通过matlab软件对模型进行了求解，实现了纤维运动轨迹和落点分布的预测。通过对纤网均匀度的预测结果和实测结果对比发现，在16孔/厘米的条件下，纤网均匀度的预测结果为8.47%，而实测结果为9.75%，说明了多孔条件下所建立模型的有效性。基于所建立的模型对影响纤网均匀度的多种因素进行了分析，并提出了先优化设计衣架型分配流道的歧管角度和狭缝宽度两个参数，再选择合适的拼接位置来并列拼接多个小宽度衣架型流道以实现熔喷设备宽幅化的设计思想。