Numerical simulation and experimental investigations of air drawing model and air jet flow field model in wide slot positive pressure spunbonding process

An air drawing model of polymers and a model of the air jet flow field model in wide slot positive pressure spunbonding process are established. The air jet flow field model is solved by means of the finite difference method. The numerical simulation computation results of distributions of the air velocity match quite well with the experimental data. We find that the variation of the density and the specific heat capacity of polymer melt at constant pressure with polymer temperature have much effects on fiber diameter. The newly developed formulas were incorporated into a spunbonding theoretical model to predict the fiber diameter of nonwoven web. The air drawing model of polymer is solved with the help of the distributions of the air velocity measured by a Particle Image Velocimetry (PIV). The predicted fiber diameters agree with the experimental data well. It can be concluded that the higher air pressure, higher air velocity and air temperature can yield the finer fibers diameter. The higher inlet pressure and smaller jet angle will all cause higher x-axis position of air velocity and air pressure, which are beneficial to the air drawing of the polymer melt and thus to reducing the fiber diameter.     

牵伸速度对PET纺粘纤维凝聚态结构的影响

在纺粘非织造布加工过程中,通过调整牵伸风的速度,制得不同结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维,研究了牵伸风速度对纺粘PET纤维外观形貌、直径、结晶度和取向度的影响。结果表明:牵伸风速度对纤维表观形貌没有影响;随着牵伸风速度的增加,PET纺粘纤维的直径逐渐减小,当牵伸风速度达到一定值后其对纤维直径的影响较小;PET纺粘纤维的结晶度低于15.0%,牵伸风速度对其影响不大;随着牵伸风速度的增加,PET纤维晶区的取向度逐渐增加,当牵伸风速度达到一定值后对其晶区取向度影响较小。     

纺粘法宽狭缝牵伸下出口气流流场的数值模拟

采用Fluent流体力学软件对纺粘宽狭缝牵伸下出口气流流场进行模拟,并将实验结果与理论计算进行对比。结果表明,Huent可以很好的模拟纺粘宽狭缝牵伸下出口气流流场。     

纺粘宽狭缝正压牵伸器拉伸气流流场研究

对纺粘牵伸器拉伸气流流场进行了数值模拟,分析了高压气流射流流场内速度、压力以及湍流动能的空间分布情况,并根据模拟结果,结合实际生产工艺条件,对出口端的压力值进行实地测量,验证了模拟的准确性。     

Simulating the drawing of spunbonding nonwoven process using an artificial neural network technique

The statistical and artificial neural network (ANN) models are established for predicting the fiber diameter of spunbonded nonwovens from the processing parameters. The ANN of Bayesian frameworks produces smaller prediction errors and thus is determined to be the preferred network. Results show that the ANN model yields more accurate and stable prediction than the statistical model, and a reasonably good ANN model can be established with relatively few data points. Four methods are used to reveal the relative importance of the processing parameters in terms of their effect on the fiber diameter. It is found that the initial polymer temperature plays an most important role in reducing the fiber diameter, while the effect of the initial air temperature is not significant. Using an established ANN model, computer simulations of the effects of the processing parameter on the fiber diameter are carried out. It is found that higher polymer melt index, smaller polymer flow rate, higher initial polymer temperature, higher initial air temperature, and higher initial air velocity can all produce finer fibers. This area of research has great potential in the field of computer-assisted design in spunbonding technology.     

熔喷工艺中纤维运动的研究

利用“球—弹簧”纤维模型,模拟计算了熔喷过程中纤维断裂后的运动情况,模拟计算的结果与实验拍摄到的纤维运动状况定性地符合;研究了空气的初始速度和气流的角度对纤维运动的影响。     

熔喷三维气流场的数值计算与分析

为探究双槽形熔喷模头喷气孔端面对空气流场特征和纤维拉伸工艺的影响,对熔喷三维流场进行数值分析。采用Gambit建立了双槽形熔喷模头的结构模型,应用Fluent软件对熔喷三维气流场进行数值计算,分析流场中的速度、温度和压强分布规律及喷气孔端面对纤维制备的影响。结果表明:喷气孔端面对流场分布有一定影响,若远离流场中心,纺丝线上的速度和温度开始下降,而静压值变化较小;流场中心附近处纺丝线上的速度、温度和压强分布差别很小,靠近喷气孔端面的纺丝线上的温度、速度和静压最低;双槽形模头流场不同位置纺丝线上速度、温度和压强的不同导致制备的熔喷纤维在性能等方面存在差异。     

网孔罗拉集聚纺纤维集聚区内气流流动状态分析

网孔罗拉集聚纺纤维集聚区构建了三维模型,采用流体计算软件Fluent模拟了气流在该三维模型内的流动状态,并基于数值模拟结果分析了气流吸聚槽始端位置对纤维集聚区内气流流动状态的影响。经分析认为当气流吸聚槽始端与牵伸钳口线对应时,在纤维集聚区内的气流流动速度较高,但气流逆纤维须丛输运方向流动;当气流吸聚槽始端设置在牵伸钳口前时,在纤维集聚区内的气流流动速度较低,但在自牵伸钳口至气流吸聚槽始端之间的纤维集聚区内,气流顺纤维须丛输运方向流动,而在自气流吸聚槽始端向前的纤维集聚区内,气流逆纤维须丛输运方向流动。     

宽狭缝式气流牵伸与铺网技术

从结构型式、风量、风压、风道结构等各个方面对PP纺粘法非织造布生产采用的宽狭缝气流牵伸与铺网技术进行了介绍     

纺粘法非织造布双狭缝正压牵伸器应用分析

概述了纺粘法非织造布牵伸器的分类,介绍了双狭缝正压气流牵伸器的设计制造,说明了其使用优势及维护保养。     

网格圈集聚纺纱系统三维流场表征与分析

通过建立流体动力学模型,利用标准κ-ε湍流模型及并行计算技术对网格圈集聚纺纱系统集聚区流场进行了模拟与表征,分析集聚区域内气流的流动状况,解析吸气斜槽入口曲面上气流的静压分布及速度分布规律,并讨论速度分布对须条的作用效果。研究结果表明：网格圈集聚纺纱系统是利用负压效应来产生集聚气流;斜槽入口曲面上的负压使网格圈向异形管内凹;X、Y、Z轴向的速度分量对须条的作用效果各不相同;集聚区产生附加捻度的区域主要靠近吸气斜槽的S1端。     

熔喷过程中纤维直径再次变大的模拟与验证

为直观表达熔喷过程中气流对纤维的拉伸作用,对熔喷过程中的纤维运动进行了数值模拟。首先将熔喷过程中的纤维看作是由麦克斯韦(Maxwell)元件连接的珠子;之后将已知的纤维速度、纤维温度数据加载到纤维模型上,通过拉格朗日法数值模拟预测纤维在熔喷过程中的运动速度、纤维直径等信息。模拟结果表明,纤维在远离喷丝孔的过程中,由于气流速度、气流温度逐渐衰减,致使纤维受到气流力的作用逐渐减弱,若气流力小于纤维自身的黏弹力,纤维会在黏弹力的作用下回缩,在宏观上表现为纤维直径的再次增大。最后在一定实验条件下,利用线下方法测量了熔喷纤维的直径,实验结果也验证了熔喷过程中纤维直径会有再次变大的现象。     

数值分析网孔罗拉气动式紧密纺纱纤维集聚区内的气流流动特征

采用大型流体计算软件模拟网孔罗拉气动式紧密纺纱纤维集聚区内的气流流动状态．并基于数值模拟结果分析了网孔罗拉气动式紧密纺纱纤维集聚区内的气流流动特征、分析认为由于气流吸聚槽自牵伸钳口线位置开始向纤维集聚区左侧倾斜,导致气流吸聚槽左右两侧气流流动方向不同,且气流流动速度差异显著,因此在气流吸聚槽处形成的气流汇聚线更靠近气流吸聚槽的右侧边缘,揭示了网孔罗拉气动式紧密纺纱实践中,被集聚的纤维须丛总是位于靠近气流吸聚槽右侧位置的原因。     

聚酯纺粘排水板滤膜的制备工艺与性能的研究

分析了聚酯纺粘工艺中的纺丝速度、热轧辊压力等工艺参数对排水板滤膜强力、伸长、纤维线密度、透气性、透水性及纤网结构性能的影响。     

基于螺旋导引槽空心锭子的喷气涡流纺加捻腔流场模拟

针对喷气涡流纺纺纱过程中存在的成纱强力偏低的问题,提出一种基于螺旋导引槽空心锭子以提高成纱强力的方法。通过数值模拟的方法,研究基于螺旋导引槽空心锭子的加捻腔气流场流动特征,验证螺旋导引槽空心锭子结构对成纱性能的改善作用。结果表明：空心锭子外表面的螺旋导引槽可以引导气流流动,使自由尾端纤维的加捻作用增强;此外,螺旋导引槽结构的存在,导致槽内外气流的静压和速度存在差异,引起自由尾端纤维的内外转移,并产生自捻效应,可进一步实现喷气涡流纺纱线强力的提高。     

喷气涡流纺喷嘴内部三维流场的数值研究

采用3D CFD建立喷气涡流纺喷嘴结构模型,应用Fluent 6.2流体计算软件对模型内气流场进行数值模拟,表征了喷嘴内部三维流场的流动状态,解析了喷嘴内气流流场的压力场和速度场分布,分析了流场与成纱机制的相关关系。研究表明:压缩气流经喷孔后在喷嘴内形成三维旋转气流,切向、轴向气流速度分布符合旋转气流理论;切向气流对边缘自由端纤维加捻,轴向气流对纤维束的牵伸作用可忽略,径向气流对纤维束起膨胀作用,在切向气流作用下获得更多的包缠纤维;喷嘴内部静压呈U形分布;边缘自由端纤维在不同位置加捻程度的差异导致纱线捻度不匀。     

Optimal geometry design of the melt‐blowing slot die with high stagnation temperature via the orthogonal array method and numerical simulation

In this paper, a method combining the orthogonal array design and the numerical simulation is proposed to optimize the geometry parameters of the melt‐blowing slot die. An index, the stagnation temperature, is used to evaluate the performance of the slot die. The stagnation temperature is obtained by simulating the subsonic compressible air jet from the melt‐blowing slot die, whereas the optimization is accomplished by the orthogonal array method. Three geometry parameters of the slot die: slot width, nose piece width, and slot angle are investigated. The results show that smaller slot angle and larger slot width will result in a higher stagnation temperature, which is beneficial to the air drawing of the polymer melt and thus to reducing fiber diameter, whereas the effect of nose piece width is insignificant. The optimal geometry parameters of the melt‐blowing slot die achieved in this study are: slot width of 1.5 mm, slot angle of 30°, and nose piece width of 2 mm.     

基于有限元模型的喷气涡流纺纤维运动轨迹模拟

为模拟喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维的运动轨迹,针对喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维柔性体的动力学特点,基于弹性细杆单元建立纤维有限元模型,结合喷气涡流纺气流加捻腔内流场的气压、速度分布特征,确立自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程,遵循力学平衡、能量守恒、质量守恒和动量守恒等原理,解析自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程的待定系数,数值模拟自由端纤维在加捻腔内高速旋转气流作用下的运动轨迹;利用示踪纤维法对有限元模拟纤维运动轨迹的理论结果进行验证。结果表明,基于弹性细杆单元的有限元模型对于模拟纤维运动轨迹具有一定可行性和有效性。     

微纳米纤维的熔喷制作工艺

通过数值计算方法和熔喷实验方法,探索微纳米纤维的熔喷制作工艺。选用 Shambaugh 一维数学模型,运用数值计算方法,得出空气速度、熔体流量和喷丝孔直径对纤维直径的影响关系。通过分析比较得到这 3 个参数对纤维直径减小程度的影响顺序：熔体流量影响最大,空气速度次之,喷丝孔直径影响最小。根据熔喷实际情况,得出喷丝孔直径不能够太大。设计微纳米纤维的熔喷实验工艺,进行熔喷工艺实验和纤维直径测定实验,得到了纳米级纤维。证明了工艺参数对纤维直径影响关系和影响顺序规律的正确性,也证实了微纳米纤维制作工艺的有效性。     

喷气涡流纺成纱工艺对竹浆纤维色纺纱性能的影响

为进一步拓展喷气涡流纺织品种及提高传统色纺纱加工效率,利用Box-Behnken设计实验方案,借助软件Minitab 16,分析喷气涡流纺工艺参数对竹浆纤维色纺纱性能的影响。结果表明：成纱工艺对色纺纱断裂强度的影响较为复杂,其中纺纱速度及纱线线密度对色纺纱断裂强度的影响受喷嘴气压不同取值影响;色纺纱条干不匀主要受纺纱速度和纱线密度影响,提高纺纱速度使纱线条干不匀先减后增,而减小纱线线密度将显著恶化色纺纱条干;色纺纱毛羽主要受喷嘴气压和纺纱速度影响,降低喷嘴气压及提高纺纱速度均会使纱线毛羽增加;色纺纱直径主要受喷嘴气压和纺纱线密度影响,增加喷嘴气压或减小纱线线密度,均会使色纺纱直径明显减小。