纤维卷曲仿真加工

一、实验名称: 纤维卷曲仿真加工

学时数：4学时
面向专业：纺织工程、非织造材料与工程、高分子材料与工程

二、实验目的与要求

纤维卷曲是化学短纤维加工中的主要工艺之一，也是提高纤维比表面积、增加纤维之间抱合力的有效方法，利用自行编制的软件，设计纤维聚合物原料、纤维直径、纤维长度、纤维刚度等参数，仿真模拟纤维的卷曲过程，使学生了解和掌握纤维卷曲与其自身结构及性能之间的关系，以及纤维卷曲数对纤维最终状态和纺纱加工性能的影响。以该实验项目为基础，已经与南通醋酸纤维有限公司合作进行卷烟用醋酸纤维的仿真加工。

三、现有设备及台套数

各种气泡纺设备，Matlab数学软件和Fluent计算流体力学软件

四、实验内容

一）填塞箱卷曲变形模拟
1.1输入填塞箱基本尺寸和压轮压力，纱线基本参数，填塞箱内温度；
1.2 应用MATLAB软件计算计算轴向移动纱线的固有频率和波数；
1.3 应用MATLAB计算纱线的临近不稳定的长度；
1.4 应用MATLAB计算主波和次波，确定卷曲纤维的卷曲频率。
二）气泡纺制备纳米卷曲纤维
1.1输入气泡半径，气泡内外的气体压力，应用MATLAB软件计算气泡的表面张力；
1.2 输入外加气源的基本参数，应用Fluent软件计算流场分布；
1.3应用Fluent软件模拟气泡破裂瞬间射流速度；
1.4 应用Fluent软件模拟射流运动情况，计算纳米纤维的大小.
1.5 应用MATLAB软件计算计算纳米纱线的固有频率和波数；
1.6应用MATLAB计算主波和次波，确定纳米卷曲纤维的卷曲频率。

五、代表性实验结果

纳米卷曲是较前沿的纳米技术，其原理类似传统的填塞箱卷曲机理，由于在气泡纺丝过程中，射流速度很快，在固化过程，射流会产生模态振动而形成纳米卷曲。

J.H. He, H.Y. Kong, R.R. Yang, et al., Review of fiber morphology obtained by bubble electrospinning and blown bubble spinning, Therm. Sci., 16(2012) 1263-1279