聚合物挤出法非织造布纤维直径预测方法技术

一种聚合物挤出法非织造布纤维直径预测方法，包括如下步骤：（１）获取原料、设备和工艺有关参数；（２）利用喷射流场理论模型计算气流速度分布和温度分布；（３）利用聚合物拉伸理论模型计算纤维直径。本发明专利技术可以由原料性能、设备参数和工艺参数来预测聚合物挤出法非织造布的纤维直径，提高了非织造布产品质量和优化了非织造工艺与设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纺织领域，涉及一种。
技术介绍
非织造布按加工方法可分为干法、湿法和聚合物挤出法。其中，聚合物挤出法是发展速度最快、最有发展潜力的一种非织造布加工方法。聚合物挤出法主要包括熔喷法和纺粘法两种。纤维直径是衡量聚合物挤出法非织造布产品质量最重要的参数之一，在纺织行业和有关应用领域都受到极大的关注。由于一直没有建立聚合物挤出法非织造布纤维直径的预测方法，因此，生产中只能依靠经验推测非织造布纤维直径。当原料或加工条件发生变化时，靠经验推测出来的结果往往与实际情况差异很大，这时必须进行探索性试验，根据试验结果对工艺与设备进行调整，然后再进行试验，循环往复直到试验结果达到要求。这种方式将显著增加物料、人力、能源的消耗，使成本明显提高，并且还耗费了大量时间。
技术实现思路
综上所述，如何科学、有效地预测聚合物挤出法非织造布纤维直径乃是本专利技术所要解决的的技术问题。为此，本专利技术的目的在于提供一种聚合物挤出法非织造布纤维直径的预测方法。有了这种方法，就可以根据原料、工艺和设备有关参数科学地预测聚合物挤出法非织造布的纤维直径。利用这种方法，可以对工艺与设备及原料进行综合协调，通过计算机仿真试验得到较优的组合，从而能够大大减少探索性试验的数量，显著减少物料、人力、能源的消耗。利用这种方法，还可以根据原料特性对非织造工艺与设备进行优化设计，从而进一步提高聚合物挤出法非织造布的产品质量。本专利技术是通过如下技术方案实现的一种，包括如下步骤(1)获取原料、设备和工艺有关参数利用本方法预测纤维直径，必须获取以下参数a.原料方面原料类型(如聚丙烯、聚酯等)，原料的密度、定压比热、剪切粘度和幂率指数；b.设备方面对于熔喷非织造布，需了解喷头有关参数，例如气流夹角、槽口宽度、头端宽度；对于纺粘非织造布，需了解拉伸管道有关参数，例如缩扩角度、管道宽度、管道长度；c.工艺方面聚合物流量、聚合物初始温度、气流初始速度、气流初始温度，(2)利用喷射流场理论模型计算气流速度分布和温度分布利用专利技术的喷射流场理论模型，根据有关设备参数和工艺参数设置边界条件，采用有限差分法计算出气流速度分布和温度分布；喷射流场理论模型包括控制方程和边界条件两部分。a.喷射流场理论模型的控制方程喷射流场理论模型控制方程的统一形式为(1)∂∂x(ρuφ)+∂∂y(ρvφ)=∂∂x(Γφ∂φ∂x)+∂∂y(Γφ∂φ∂y)+Sφ]]>式(1)中φ表示因变量，可以是速度、温度、紊流动能和紊流动能耗散率等，u为x方向的气流速度，v为y方向的气流速度，Γφ和Sφ分别表示对应于φ的扩散系数和源项。φ代表不同因变量时，对应的各控制方程中扩散系数Γφ和源项Sφ的表达式如表1所示。表1控制方程扩散系数和源项的表达式 表1中各参数的物理含义为 ρa——气体密度；υ——运动粘性系数；υt——紊流粘性系数；p——气体压力；θ——气流温度；θam——环境流体温度；g——重力加速度；σt——紊流Prandtl数；k——紊流动能；σk——紊流动能Prandtl数；ε——紊流动能耗散率；σε——紊流动能耗散率Prandtl数；Cμ，Cε1，Cε2——k-ε紊流模型中的常数。Pk=(υ+υt)[2(∂u∂x)2+2(∂v∂y)2+(∂u∂y+∂v∂x)2]]]>b.喷射流场理论模型的边界条件对于熔喷喷射流场，边界条件的设置共有四种边界，即入口边界、固壁边界、下游出口边界和两侧出口边界入口边界为u＝u0v＝v0θ＝θ0k=0.06(u02+v02)]]>ϵ=0.06u03+v03e]]>式中，u0为x方向的气流初始速度，v0为y方向的气流初始速度，θ0为气流初始温度，e为槽口宽度。。固壁边界为u＝0 v＝0∂θ∂x=0]]>k＝0 ε＝0下游出口边界3为∂u∂x=∂θ∂x=∂k∂x=∂ϵ∂x=0]]>v＝0两侧出口边界4为∂v∂y=∂θ∂y=∂k∂y=∂ϵ∂y=0]]>u＝0对于纺粘喷射流场，边界条件的设置共有三种边界，即入口边界、固壁边界和出口边界。入口边界为u＝0 v＝v0θ＝θ0k=0.06v02]]>ϵ=0.06v03e]]> 式中，u0为x方向的气流初始速度，v0为y方向的气流初始速度，θ0为气流初始温度，e为入口宽度。固壁边界为u＝0 v＝0∂θ∂y=0]]>k＝0 ε＝0出口边界为∂u∂x=∂θ∂x=∂k∂x=∂ϵ∂x=0]]>v＝0采用有限差分法对喷射流场理论模型进行数值求解。采用混合差分格式和原始变量法进行求解。在控制方程的离散化过程中引入了交错网格和SIMPLE算法。应用TDMA方法求解代数方程；(3)利用聚合物拉伸理论模型计算纤维直径利用本专利技术的聚合物拉伸理论模型，代入有关原料性能、工艺参数及步骤(2)计算出的气流速度分布和温度分布，采用数值方法计算出纤维直径。聚合物拉伸理论模型为(2)dDdx=-12(π4)1-1mρG(Fr3η)1mD3-2m]]>(3)dθpdx=πDhCPG(θ-θp)]]>(4)dFrdx=&am本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物挤出法非织造布纤维直径预测方法，包括如下步骤：（１）获取原料、设备和工艺有关参数，预测纤维直径的参数是：ａ．原料方面：包括原料类型，原料的密度、定压比热、剪切粘度和幂率指数；ｂ．设备方面：对于熔喷非织造布， 需了解喷头有关参数，例如气流夹角、槽口宽度、头端宽度、喷丝孔直径；对于纺粘非织造布，需了解拉伸管道有关参数，例如缩扩角度、管道宽度、管道长度、喷丝孔直径；ｃ．工艺方面：需要了解的参数是聚合物流量、聚合物初始温度、气流初始速度、气流初 始温度；（２）利用喷射流场理论模型计算气流速度分布和温度分布：根据步骤（１）中有关设备参数和工艺参数设置边界条件，采用有限差分法计算出气流速度分布和温度分布；（３）利用聚合物拉伸理论模型计算纤维直径：对聚合物拉伸理论模型，代 入步骤（１）中有关原料性能、工艺参数及步骤（２）中计算出的气流速度分布和温度分布，采用数值方法计算出纤维直径。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物挤出法非织造布纤维直径预测方法，包括如下步骤(1)获取原料、设备和工艺有关参数，预测纤维直径的参数是a.原料方面包括原料类型，原料的密度、定压比热、剪切粘度和幂率指数；b.设备方面对于熔喷非织造布，需了解喷头有关参数，例如气流夹角、槽口宽度、头端宽度、喷丝孔直径；对于纺粘非织造布，需了解拉伸管道有关参数，例如缩扩角度、管道宽度、管道长度、喷丝孔直径；c.工艺方面需要了解的参数是聚合物流量、聚合物初始温度、气流初始速度、气流初始温度；(2)利用喷射流场理论模型计算气流速度分布和温度分布根据步骤(1)中有关设备参数和工艺参数设置边界条件，采用有限差分法计算出气流速度分布和温度分布；(3)利用聚合物拉伸理论模型计算纤维直径对聚合物拉伸理论模型，代入步骤(1)中有关原料性能、工艺参数及步骤(2)中计算出的气流速度分布和温度分布，采用数值方法计算出纤维直径。2.根据权利要求1所述的聚合物挤出法非织造布纤维直径预测方法，其特征在于，步骤(1)中所述的喷射流场理论模型包括控制方程和边界条件两部分a.喷射流场理论模型的控制方程喷射流场理论模型控制方程的统一形式为∂∂x(ρuφ)+∂∂y(ρvφ)=∂∂x(Γφ∂φ∂x)+∂∂y(Γφ∂φ∂y)+Sφ---(1)]]>式(1)中φ表示因变量，可以是速度、温度、紊流动能和紊流动能耗散率等，u为x方向的气流速度，v为y方向的气流速度，Гφ和Sφ分别表示对应于φ的扩散系数和源项。φ代表不同因变量时，对应的各控制方程中扩散系数Гφ和源项Sφ的表达式如表1所示。表1控制方程扩散系数和源项的表达式 表1中各参数的物理含义为ρa——气体密度；υ——运动粘性系数；υt——紊流粘性系数；p——气体压力；θ——气流温度；θam——环境流体温度；g——重力加速度；σt——紊流Prandtl数；k——紊流动能；σk——紊流动能Prandtl数；ε——紊流动能耗散率；σε——紊流动能耗散率Prandtl数；Cμ，Cε1，Cε2——k-ε紊流模型中的常数。Pk=(υ+υt)[2(∂u∂x)2+2(∂v∂y)2+(∂u∂y+∂v∂x)2]]]>b.喷射流场理论模型的边界条件对于熔喷喷射流场，边界条件的设置共有四种边界，包括入口边界1、固壁边界2、下游出口边界(3)和两侧出口边界(4)，入口边界(1)为u＝u0v＝v0θ＝θ0k=0.06(u06+v02)]]>ϵ=0.06u03+v03e]]>式中，u0为x方向的气流初始速度，v0为y方向的气流初始速度，θ0为气流初始温度，e为槽口宽度；固壁边界(2)为u＝0v＝0∂θ∂x=0]]>k＝0ε＝0下游出口边界(3)为∂u∂x=∂θ∂x=∂k∂x=∂ϵ∂x=0]]>v＝0两侧出口边界4为∂v∂y=∂θ∂y=∂k∂y=∂ϵ∂y=0]]>u＝0对于纺粘喷射流场，边界条件的设置共有四种边界，包括入口边界(11)、固壁边界(12)和出口边界(13)。入口边(11)为u＝0v＝v0θ＝θ0k=0.06v02&am...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈廷，李立轻，陈霞，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]