多针头静电纺场强分布的研究.docxVIP

递。在轧辊压力的作用下，软化熔融的纤维流动、扩散并粘连在一起，固结成布。轧辊压力低时，轧点处纤维密度低， 非织造布粘连强度低，导致非织造布强力低；轧辊压力高 时，影响纤维熔融后流入到轧点处，造成轧点处纤维变薄， 纤维密度低，也将导致非织造布强力低。因此，必须控制好 热轧机的轧辊压力。本次生产采用轧辊压力为70N/mm的工 艺条件，生产效果较好。5 结论实践证明，从切片含水率、纺丝工艺、侧吹风冷却、牵 伸气压、生产速度、成网机理、热轧机轧辊温度和压力等方 面加以调整、改善，同时加强生产管理，可生产出高质量的20g/m2薄型纺粘非织造布产品。参考文献：[1] 郭合信.纺粘法非织造布[M].北京：中国纺织出版社，2003.[2] 王延伟.非织造布[ J].纺织工业非织造布技术开发中 心， 2002（4）：20.多针头静电纺场强分布的研究张泽茹，刘延波，马营（天津工业大学）摘要：在静电纺丝过程中，电场的分布形式及场强大小会影响射流的稳定性及整个纺丝的效果。为了得到最佳的纺丝电场环境,需对工作电场进行初步的模拟及优化。本文利用有限元分析软件ANSYS分别对规模化多针头高 压静电纺丝机的工作场强进行了建模与仿真。分析研究发现：随着针头数的增加，场强峰值减小；同一排针中， 边缘针场强最大，中间针场强最小，且边缘针场强不是垂直针向下，而是由于受到其他针的库仑力向两侧倾斜。 另外，本研究对纺丝针距进行优化，得出了多针头静电纺的最佳针间距。 关键词：静电纺；多针头；有限元模拟；场强目前所研究的静电纺技术一般都集中于单针头静电纺丝，该工艺获得纤维的效率较低、产量小、无法达到工业化 要求。而多针头静电纺技术，是目前提高纺丝产量和推进纺 丝工业化应用最普遍也是最主要的方法之一。Theron等[1] 曾利用9个针头进行实验［图1(a)］。实验结果表明，多针头 射流间由于相邻针头之间的静电影响，会产生相互排斥的现象。在库仑力的作用下，除中心位置的针头可以保持垂直喷射外，其他针头产生的射流都向背离中心的位置弯曲，容易造成针头的堵塞，而影响纺丝质量；7针头射流间的排斥没 有9针头射流间的排斥明显［图1(b)］。射流在静电纺丝工艺中占有重要作用，射流排斥是由射 流所带电荷间产生的库仑力的相互排斥而产生，所以研究射 流所带电荷的场强就具有重要的理论意义。本文就是利用有限元分析软件ANSYS对规模化多针头53/ 中国产业用纺织品行业协会（a）九针头线性排布（b）七针头线性排布图1 相邻针头间的静电影响（a）单针头场强分布云图技术纺织品展会与论坛 高压静电纺丝机的工作场强进行2D建模与仿真，模拟静电纺过程中场强的大小及其分布形式，并对模拟结果进行了透彻的分析, 为静电纺丝多喷头的设计及其产业化的应用提供了理论依据。1 有限元软件模拟1.1 模型参数静电纺丝装置主要有注射泵、喷丝头、高压电源、接收 装置四部分组成[2]，模型参数见表1。表1 有限元模型参数1.4 施加载荷与约束条件静电分析中典型的载荷类型有：电压(VOLT)、电荷密度 (CHRG)、表面电荷密度(CHRGS)等[3]。本课题的模型仅涉 及电压对场强的影响，所以在模拟时在针尖和锯齿上加载10000V正电压，在接收板上加载10000V负电压。2 多针头模拟多针头静电纺一直被认为是提高传统针头式静电纺纳 米纤维产量或产率的有效措施。然而多针头射流之间存在 干扰的现象，成为静电纺丝技术走向工业化的最大障碍。为 了进一步研究这一问题，利用ANSYS软件对1～5个针头的 场强分布情况进行模拟，分析多针头场强的分布，模拟结果 如图2所示，ANSYS场强模拟结果的右侧颜色条带，从红色 到深蓝色，表示出了各个区域场强的分布状况。由于针按在 针板上，而针板对场强分布会有影响，为了使结果准确，在建模时没有忽略针板的模型。1.2 选择单元类型和设置材料属性静电纺丝简化 模 型 后，2D 模型选择PL A N E1 21单 元为优，这是8 节点四边形的电磁 场单元，3D 模型选择 SOLID122单元为优，需配合特殊的单元无限远面标志单元I NFI N111。静电纺丝所用材料属性主要考虑材料的介电常 数，国际单位制中ε0为真空介电常数，通常取为1；ε为相对介 电常数，是无量纲值。通常把ε≠1的物质称为电介质，在一般情况下所有物质均有ε1，因此都是电介质。初步设定钢针介电常数为2，钢板介电常数为2，空气介质的介电常数为1。1.3 划分网格对二维平面进行划分，可以采用三角形单元或者四边形 单元，对于三维立体进行划分，要么采用六面体单元，要么 采用四面体单元。为了精确地划分网格，本文采用自由网格 划分与映射网格划分相结合的形式、对面对象和体对象进行 了网格划分。54中国产业用纺织品行业协会 /无限面边长a喷丝板接收板接收距d8