離心紡纖維成形機制研究.pdf

1、本論文研究工作覆蓋兩大部分：一是觀測離心紡射流實際運動軌跡，建立高聚物溶液的流場模型；二是依據(jù)離心紡絲實驗建立纖維的可紡性模型。
　　論文第一章論述了選題背景，介紹了離心紡絲機各組成系統(tǒng)，將紡絲模頭分為有噴嘴與無噴嘴兩種形式；介紹了與無噴嘴離心紡相關(guān)的旋涂機制、目前已知的旋轉(zhuǎn)射流拉伸機制及紡絲參數(shù)對纖維的作用機制；進而提出了本論文擬解決的科學問題。
　　論文第二章分析了高聚物溶液在有/無噴嘴噴絲器內(nèi)部的流動機制。利用自制的離

2、心力紡絲機，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水溶液為研究對象，用單反相機成功地捕捉了高聚物流體從噴嘴中擠出瞬間以及流體在旋轉(zhuǎn)盤面上鋪展、分裂形成手指的整個過程。根據(jù)該流體實際運動過程，建模分析、比較了有/無噴嘴噴絲器形成射流的臨界轉(zhuǎn)速及射流初速度。結(jié)果顯示：相同紡絲條件下，無噴嘴離心紡具有更小的臨界轉(zhuǎn)速，因而更易加工高粘度的紡絲液；利用建模推導(dǎo)得到的射流初速度、噴絲器轉(zhuǎn)速及紡絲液濃度的函數(shù)關(guān)系圖可有效預(yù)測合理的轉(zhuǎn)速區(qū)間，從而減少試紡工作量。此

3、外，對液膜分裂的統(tǒng)計分析表明：溶液濃度對控制手指形貌及手指速度方面與轉(zhuǎn)速呈相反作用，較低的濃度及較高的轉(zhuǎn)速可以得到更細、更長的手指。
　　論文第三章分析了離心紡射流在離開噴絲器后的拉伸機制。連續(xù)捕捉射流運動圖像后發(fā)現(xiàn)：有/無噴嘴的初始射流拉伸都將經(jīng)歷縮頸及鞭動過程；穩(wěn)定時射流呈半徑逐漸增大且增大速率逐漸減小的平面二維螺旋軌跡，該軌跡與靜電紡絲射流的立體三維螺旋結(jié)構(gòu)有本質(zhì)區(qū)別，穩(wěn)定時的離心紡射流無彎曲不穩(wěn)定及劈裂現(xiàn)象產(chǎn)生。接著實驗比

4、較了不同轉(zhuǎn)速及濃度條件下有/無噴嘴射流軌跡，圖像經(jīng)配準后發(fā)現(xiàn)：在適合于聚乙烯吡咯烷酮（PVP）紡絲的參數(shù)范圍內(nèi)，增大轉(zhuǎn)速將促進射流向外擴張，導(dǎo)致射流螺旋半徑變大，而紡絲液濃度（黏度）對射流軌跡影響不大。在相同紡絲條件下，有噴嘴射流螺旋半徑大于無噴嘴射流螺旋半徑。
　　論文第四章在第三章研究射流拉伸的基礎(chǔ)上進一步探討了紡絲液黏度對纖維直徑與形貌的影響機制，建立了離心紡體系下的纖維可紡性模型。大量離心紡絲實驗發(fā)現(xiàn)，串珠形貌是影響纖維品

5、質(zhì)的關(guān)鍵因素。為了解射流波動機制，首先建立了射流波動模型。該模型顯示射流直徑、表面張力及黏度都將影響射流波動，而調(diào)控紡絲液黏度是紡絲時最切實可行的方法。研究發(fā)現(xiàn)，溶液比濃度越高，射流將運行更長距離才產(chǎn)生波動，當比濃度達到一定值后，射流波動消失。接著根據(jù)聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與聚環(huán)氧乙烷（PEO）的紡絲實驗及大分子纏結(jié)理論，將紡絲液分成稀溶液區(qū)、半稀溶液未纏結(jié)區(qū)、半稀溶液纏結(jié)區(qū)、濃溶液區(qū)這四個紡絲區(qū)間。論文最后指出，制備同種高聚物纖維，