高速離心力場作用下射流與納米纖維運動研究

第1章 緒論1
1.1 引言1
1.2 納米纖維材料的基本概念1
1.2.1 納米科技1
1.2.2 納米材料3
1.2.3 納米纖維5
1.3 傳統(tǒng)納米纖維制備方法簡介6
1.3.1 靜電紡絲法6
1.3.2 熔融紡絲法9
1.3.3 其他紡絲法11
1.4 高速離心紡絲國內(nèi)外研究進展15
1.4.1 高速離心紡絲法的提出與發(fā)展15
1.4.2 離心紡絲裝置類別18
1.4.3 高速離心紡絲納米纖維23
1.5 紡絲噴嘴結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀25
1.5.1 靜電紡絲噴嘴研究進展25
1.5.2 熔噴紡絲噴嘴研究進展26
1.5.3 離心紡絲噴嘴研究進展27
1.6 本書的研究內(nèi)容和方法29
1.6.1 研究目標與研究內(nèi)容29
1.6.2 研究方法與技術(shù)路線30

第2章 高速離心紡絲原理32
2.1 高速離心紡絲制備機理32
2.1.1 高速離心紡絲基本裝置32
2.1.2 高速離心紡絲基本過程37
2.2 工藝參數(shù)對納米纖維形態(tài)的影響43
2.2.1 紡絲溶液參數(shù)對纖維形態(tài)的影響44
2.2.2 噴嘴參數(shù)對纖維形態(tài)的影響48
2.2.3 電動機轉(zhuǎn)速52
2.2.4 收集距離54
2.2.5 環(huán)境參數(shù)54
2.3 本章小結(jié)56

第3章 紡絲溶液在噴嘴內(nèi)流動數(shù)學模型57
3.1 噴嘴內(nèi)紡絲溶液的運動57
3.1.1 紡絲溶液靜止階段57
3.1.2 紡絲溶液層流階段58
3.1.3 紡絲溶液湍流階段58
3.2 紡絲溶液錐體形成機理59
3.2.1 紡絲溶液表面張力對溶液錐體的影響60
3.2.2 紡絲溶液黏滯力對溶液錐體的影響61
3.3 噴嘴內(nèi)紡絲溶液運動的數(shù)學模型62
3.3.1 紡絲溶液連續(xù)性方程62
3.3.2 紡絲溶液運動方程62
3.3.3 紡絲溶液流變方程63
3.4 噴嘴內(nèi)紡絲溶液流動的理論模型63
3.5 噴嘴內(nèi)紡絲溶液的運動規(guī)律與受力分析65
3.5.1 相對靜止階段紡絲溶液的運動規(guī)律65
3.5.2 相對流動階段紡絲溶液的運動規(guī)律67
3.5.3 紡絲溶液層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯呐R界流速69
3.6 噴嘴處紡絲溶液錐體受力分析69
3.7 本章小結(jié)73

第4章 高速離心紡絲噴嘴優(yōu)化設(shè)計74
4.1 離心紡絲噴嘴結(jié)構(gòu)74
4.1.1 階梯形噴嘴74
4.1.2 錐直形噴嘴76
4.1.3 錐形噴嘴77
4.1.4 彎管形噴嘴78
4.2 高速離心紡絲噴嘴內(nèi)流場優(yōu)化數(shù)學模型79
4.2.1 離心紡絲噴嘴內(nèi)溶液的連續(xù)性方程79
4.2.2 離心紡絲噴嘴內(nèi)溶液的運動方程80
4.2.3 高速離心紡絲噴嘴內(nèi)流場優(yōu)化理論81
4.2.4 離心紡絲噴嘴流場計算區(qū)域的離散和邊界條件82
4.2.5 離心紡絲噴嘴內(nèi)流場有限元求解83
4.3 離心紡絲噴嘴流場求解流程87
4.4 高速離心紡絲噴嘴內(nèi)流場仿真優(yōu)化88
4.4.1 階梯形噴嘴內(nèi)溶液運動仿真及正交試驗88
4.4.2 錐直形噴嘴內(nèi)溶液運動仿真及正交試驗91
4.4.3 錐形噴嘴內(nèi)溶液運動仿真及正交試驗94
4.4.4 彎管形噴嘴內(nèi)溶液運動仿真及正交試驗97
4.5 不同離心紡絲噴嘴內(nèi)溶液運動仿真比較100
4.6 本章小結(jié)102

第5章 高速離心紡絲纖維射流空間運動的理論模型104
5.1 高速離心紡絲溶液射流理論模型基礎(chǔ)104
5.1.1 高速離心紡絲溶液射流的連續(xù)性方程104
5.1.2 高速離心紡絲纖維射流的動量方程105
5.1.3 紡絲溶液的流變本構(gòu)方程106
5.2 高速離心紡絲纖維射流空間運動的理論模型106
5.3 紡絲溶液射流的運動規(guī)律與受力分析109
5.3.1 紡絲溶液射流的相對運動方程110
5.3.2 曲線坐標系下的紡絲溶液射流運動方程111
5.4 本章小結(jié)116

第6章 高速離心紡絲溶液運動仿真117
6.1 聚氧化乙烯溶液參數(shù)測定117
6.1.1 聚氧化乙烯溶液的流變曲線與流變參數(shù)117
6.1.2 聚氧化乙烯溶液黏度隨剪切速率的變化規(guī)律119
6.2 噴嘴溶液運動仿真120
6.2.1 噴嘴溶液流動模型的建立120
6.2.2 噴嘴溶液流動模型網(wǎng)格劃分121
6.3 溶液運動仿真與結(jié)果分析121
6.3.1 紡絲溶液流速分布規(guī)律121
6.3.2 電動機轉(zhuǎn)速對溶液流動的影響124
6.3.3 溶液濃度對溶液流動的影響126
6.3.4 噴嘴長度對溶液流動的影響127
6.4 高速離心紡絲纖維射流空間運動仿真128
6.4.1 噴嘴射流運動模型的建立129
6.4.2 空間射流運動模型網(wǎng)格劃分129
6.5 纖維空間射流仿真與結(jié)果分析131
6.5.1 纖維射流運動過程與射流軌跡仿真131
6.5.2 紡絲轉(zhuǎn)速與射流軌跡之間的關(guān)系132
6.5.3 纖維空間運動的射流速度133
6.5.4 射流溶液濃度的影響134
6.5.5 噴嘴周圍的氣流速度變化135
6.6 本章小結(jié)137

第7章 高速離心紡絲實驗與結(jié)果分析139
7.1 高速離心紡絲射流實驗裝置與PEO紡絲溶液制備139
7.2 高速離心紡絲工藝參數(shù)對臨界轉(zhuǎn)速的影響140
7.3 高速離心紡絲工藝參數(shù)對纖維形態(tài)的影響141
7.3.1 紡絲溶液參數(shù)的影響141
7.3.2 噴嘴長度與直徑的影響145
7.3.3 不同離心紡絲噴嘴制備的纖維形態(tài)對比分析146
7.3.4 不同離心紡絲噴嘴制備的纖維直徑對比分析147
7.4 不同離心紡絲噴嘴制備的纖維生產(chǎn)效率對比分析150
7.5 高速離心紡絲工藝參數(shù)對射流的影響151
7.6 收集距離對射流運動的影響153
7.7 其他因素的影響154
7.8 本章小結(jié)155

第8章 總結(jié)與展望156
8.1 全書研究總結(jié)156
8.2 后續(xù)研究展望158

參考文獻160